KR100425774B1 - Method for making a bundle of photocatalyst-coated plastic optical fibers - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광촉매가 코팅된 플라스틱 광섬유 다발의 제작방법을 개시한다. 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 플라스틱 광섬유 다발의 제작방법은 플라스틱 광섬유의 외피를 용해시키기 위한 CH3CR의 작용기를 가지며, 플라스틱 광섬유의 코어를 손상시키지 않는 용매를 준비하는 단계와; 플라스틱 광섬유를 제거하고자 하는 외피길이만큼 용매에 침지하는 단계와; 외피가 제거된 플라스틱 광섬유의 코어를 증류수로 세척하는 단계와; 코어에 광촉매를 코팅하는 단계와; 광촉매가 코팅된 플라스틱 광섬유를 섭씨 80도이하의 온도에서 건조하는 단계와; 상기 단계들을 반복적으로 실행하여 만들어진 복수의 플라스틱 광섬유를 다발로 형성하는 단계와; 상기 복수의 플라스틱 광섬유의 끝면을 폴리싱하는 단계로 구성되어 있다. 본 발명에 따라, 광촉매가 코팅된 플라스틱 광섬유 다발의 제작방법에 의하면 플라스틱 광섬유의 외피를 용이하게 제거할 수 있어 외피가 제거된 복수의 플라스틱 광섬유를 다발로 제작할 수 있으며 가격이 매우 저렴하고 취급이 용이한 플라스틱 광섬유를 광화학 반응에 적용할 수 있는 효과가 있다.The present invention discloses a method for producing a plastic optical fiber bundle coated with a photocatalyst. The method of manufacturing a photocatalyst coated plastic optical fiber bundle according to the present invention comprises the steps of preparing a solvent having a functional group of CH 3 CR for dissolving the shell of the plastic optical fiber and not damaging the core of the plastic optical fiber; Immersing in a solvent by an outer length of the plastic optical fiber to be removed; Washing the core of the removed plastic optical fiber with distilled water; Coating the photocatalyst on the core; Drying the photocatalyst coated plastic optical fiber at a temperature of 80 degrees Celsius or less; Repeatedly forming the plurality of plastic optical fibers made by repeatedly performing the above steps; Polishing end surfaces of the plurality of plastic optical fibers. According to the present invention, according to the manufacturing method of the photocatalyst-coated plastic optical fiber bundle can be easily removed the outer sheath of the plastic optical fiber can be produced in a bundle of a plurality of plastic optical fibers from which the outer shell is removed, the price is very cheap and easy to handle There is an effect that one plastic optical fiber can be applied to a photochemical reaction.

Description

광촉매가 코팅된 플라스틱 광섬유 다발의 제작방법{METHOD FOR MAKING A BUNDLE OF PHOTOCATALYST-COATED PLASTIC OPTICAL FIBERS}METHODS FOR MAKING A BUNDLE OF PHOTOCATALYST-COATED PLASTIC OPTICAL FIBERS}

본 발명은 광촉매가 코팅된 광섬유의 제작방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 폴리머인 플라스틱 광섬유(POF:Plastic Optical Fiber)의 외피제거와 광촉매 코팅에 의한 플라스틱 광섬유 다발의 제작방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing optical fiber coated with a photocatalyst, and more particularly, to a method for manufacturing a plastic optical fiber bundle by removing the envelope of a polymer optical fiber (POF) and photocatalyst coating.

주지하는 바와 같이, 반도체 성질의 광촉매 물질에 고유의 띠에너지 - 반도체 물질내에는 전자가 채워지지 않은 전도띠(Conduction Band, Ecb)와 전자가 채워져 있는 공유띠(Valaence Band, Evb)라는 원자궤도들의 선형결합으로 이루어진 분자궤도가 존재한다. 이에 따라, 이 두 띠의 사이에는 전자가 점유할 수 없는 금지된 공간이 존재한다. 이를 띠에너지(Eg)라 하며, 그 크기는 Ecb-Evb에 해당한다. - 이상의 빛에너지를 받고 Evb내의 전자(e-)가 여기된 후(Excitation) 생성된 전자(e-)와 정공(h+) 쌍이 유익하게 쓰이는 광화학 시스템의 설계에 있어서 기존에 존재하던 반응기 설계의 제약을 해소할 수 있는 빛의 전달을 가능하게 한다.As is well known, the band energy inherent in semiconductor photocatalytic materials—conduction bands (E cb ) with no electrons filled in them and atoms called valence bands (E vb ) filled with electrons. There is a molecular orbital consisting of linear combinations of orbits. Thus, there is a forbidden space between the two bands that cannot be occupied by the electrons. This is called the band energy (E g ), and its size corresponds to E cb -E vb . - or more electron (e -) in the receiving E vb light energy after the here (Excitation) generated electron (e -) found in the original in the design of the hole (h +) pairs are used to advantage photochemical system Reactor It enables the transmission of light that can solve the constraint of.

상술한 광화학 반응의 과정을 거쳐 빛에너지를 화학에너지 또는 전기에너지로 전환시키는 것은 생성된 전자/정공이 광촉매에 흡착되어 있거나 확산층 (Diffusion Layer)내에 있는 물질들을 환원/산화시키거나, 구성된 전극회로에 의하여 전류를 생성시킴으로써 가능하다. 이를 활용하면 주변의 유기물질을 분해하는 환경정화는 물론, 물분해 수소제조, 태양전지등에 활용할 수 있다. 여기서 해결하여야 할 가장 커다란 문제는 태양광의 44% 이상을 차지하는 가시광선을 활용할 수 있는 안정한 광촉매를 개발하는 것이며, 그에 따라 이론적인 최대 태양광 변환효율인 42%(물분해 수소제조의 경우 24%)에 근접하여 궁극적으로 환경친화적이고 경제적인 환경정화 및 대체/청정에너지의 생산을 이루어 인류사회에 엄청난 이바지를 할 수 있게 된다.The conversion of light energy into chemical energy or electrical energy through the above-described photochemical reaction process reduces or oxidizes the generated electrons / holes adsorbed to the photocatalyst or in the diffusion layer, or By generating a current. This can be used for environmental purification to decompose organic substances in the surroundings, as well as for hydrolysis hydrogen production and solar cells. The biggest problem to be solved here is to develop a stable photocatalyst that can utilize visible light, which takes up more than 44% of sunlight, and thus the theoretical maximum photovoltaic conversion efficiency of 42% (24% for hydrolysis hydrogen production). In the near future, environmentally friendly and economical environmental clean-up and the production of alternative / clean energy can contribute tremendously to human society.

최근에는 종래의 원통형 램프의 사용으로 인한 반응기 형태 및 재질에 제한이 있어 이를 해결하기 위하여 광화학 반응기에 광섬유가 사용되고 있다. 광섬유는 코어 이외의 모든 외피를 제거하고 코어의 표면에 광촉매를 코팅함으로써 광섬유의 한쪽 끝에서 조사된 빛의 계속적인 반사 및 굴절에 의하여 빛을 흡수할 있어 주변 물질을 분해할 수 있는 광화학 반응이 일어날 수 있다. 이에 따라, 반응기 형태 및 재질이 다양해 질 수 있고, 빛의 전달이 가능하므로 외부 자연광을 이용할 수 있고 반응기와 광원을 분리할 수 있기 때문에 위험한 지역 및 고립된 공간, 지하 상업시설등에서도 환경정화가 가능해 진다. 특히, 수처리용 슬러리 형태의 시스템인 경우 빛의 침투거리가 0.2mm정도로 시스템의 구성에 제약이 많았으나 광섬유를 활용하는 경우 수많은 광섬유를 활용함으로써 체적반응을 쉽게 도모할 수 있다.Recently, there is a limitation in the shape and material of the reactor due to the use of the conventional cylindrical lamps in order to solve this problem, optical fibers are used in the photochemical reactor. The optical fiber absorbs light by the continuous reflection and refraction of the light irradiated from one end of the optical fiber by removing all the skins other than the core and coating the photocatalyst on the surface of the core, so that a photochemical reaction occurs that can decompose the surrounding material. Can be. Accordingly, the type and material of the reactor can be varied, and the light can be transmitted, so that the external natural light can be used, and the reactor and the light source can be separated, thereby enabling environmental purification in hazardous areas, isolated spaces, and underground commercial facilities. Lose. In particular, in the case of a slurry-type system for water treatment, the penetration of light is about 0.2 mm, and the configuration of the system is limited. However, when using an optical fiber, the volume reaction can be easily achieved by utilizing a large number of optical fibers.

이와 같이 광섬유을 광화학반응에 사용하는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 현재까지 광화학반응에 사용되고 있던 광섬유는 외피로 피복된 코어의 재질이 석영(Quartz)인 석영 광섬유(QOF; Quartz Optical Fiber)이다. 석영 광섬유는 가격이 비싸기는 하지만 빛 전달효율이 뛰어나 광화학반응의 광섬유로 사용되고 있다. 석영 광섬유를 사용한 기술은 1977년 미국의 올리스(Ollis) 교수가 처음으로 제안하였다(AICHE J., 1977, 23, 415), 그 후, 석영 광섬유(QOF)에 관한 기술이 미국 캘리포니아 공대의 호프만(Hoffman) 교수에 의하여 계속적으로 연구되어 논문(Environ Sci. Tech., 1995, 29, 2974)등에 발표되었고, 또한 관련기술내용이 미국특허 제5,875,384호에 개시되어 있다. 한편, 기상 휘발성유기물질(Volatile Organic Compound)와 관련하여 석영 광섬유 다발의 제작방법이 대한민국 공개특허공보 공개번호 제2000-17691호에 개시되어 있다.As such, studies on using optical fibers for photochemical reactions are being actively conducted. The optical fibers used for photochemical reactions are quartz optical fibers (QOF), in which the core of the outer core is coated with quartz. Quartz fiber is expensive, but it is used as optical fiber for photochemical reaction because of its excellent light transmission efficiency. The technology using quartz fiber was first proposed in 1977 by Professor Ollis of the United States (AICHE J., 1977, 23, 415). Since then, the technology of quartz fiber (QOF) has been developed by Hoffmann, California Institute of Technology. It is continuously studied by Professor Hoffman and published in the paper (Environ Sci. Tech., 1995, 29, 2974) and the like, and related technical contents are disclosed in US Pat. No. 5,875,384. Meanwhile, a method of manufacturing a quartz optical fiber bundle in relation to a vapor volatile organic compound is disclosed in Korean Laid-Open Patent Publication No. 2000-17691.

그러나, 종래에 환경정화를 위하여 사용되는 석영 광섬유는 상술한 바와 같이 가격이 매우 비싸며 또한 쉽게 파손되기 때문에 취급이 대단히 어려운 단점이 있다. 이에 따라, 환경정화를 위하여 사용되는 석영 광섬유는 실험 및 연구용으로만 제한적으로 사용되고 있는 실정이다.However, the quartz optical fiber conventionally used for environmental purification has a disadvantage that it is very difficult to handle because it is very expensive and easily broken as described above. Accordingly, the quartz optical fiber used for environmental purification is limitedly used only for experiment and research.

본 발명은 광화학 반응에의 빛 전달매체로 석영 광섬유 대신에 플라스틱 광섬유를 적용하고자 한다. 플라스틱 광섬유는 듀퐁사에 의하여 1964년 최초로 개발된 후에 미쓰비시 레이온사에 의하여 1983년부터 생산되기 시작하였다. 플라스틱 광섬유는 단가가 저렴하고(고순도 광학용 석영 원가의 30%이고, 생산비는 약 0.12$/m) 외피가 제거되었을 경우도 매우 유연하고 질겨 취급이 용이하다는 장점을 가지고 있다. 반면에, 플라스틱 광섬유는 근자외선 빛의 손실율이 석영 광섬유에 비하여 약 10배이상 크고 열처리가 불가능한 커다란 단점이 있다. 또한, 250nm이하의 파장을 갖는 자외선에 의하여 변질된다는 단점이 있다.The present invention intends to apply a plastic optical fiber instead of a quartz optical fiber as a light transmission medium for the photochemical reaction. Plastic optical fiber was first developed by DuPont in 1964 and then started production in 1983 by Mitsubishi Rayon. Plastic optical fiber has the advantages of low cost (30% of the high purity optical quartz cost, production cost about 0.12 $ / m) and very flexible and tough handling even when the outer skin is removed. On the other hand, plastic optical fiber has a large disadvantage that the loss ratio of near-ultraviolet light is about 10 times larger than that of quartz optical fiber and cannot be heat-treated. In addition, there is a disadvantage that it is altered by ultraviolet light having a wavelength of 250nm or less.

플라스틱 광섬유가 상술한 바와 같은 단점들을 보유하고 있지만, 외피가 제거된 부분의 길이 및 코어의 직경등의 선택, 실온건조등의 번들 제작과정 중의 변화로 상당히 보완될 수 있으며, 또한 광화학 반응에 사용되는 파장이 주로 388nm이고 태양광에는 250nm대의 파장빛이 존재하지 않는 등의 해결방안들이 존재한다. 이와 같이 플라스틱 광섬유를 광화학반응에 사용하기 위하여는 우선적으로 플라스틱 광섬유의 외피를 용이하게 제거할 수 있는 방법의 개발이 선행되어야 한다.Although plastic optical fibers have the disadvantages described above, they can be significantly compensated by changes in bundle manufacturing processes such as the length of the stripped part and the diameter of the core, room temperature drying, etc. There are solutions such as the wavelength is mainly 388nm and sunlight does not exist in the 250nm wavelength light. In order to use the plastic optical fiber in the photochemical reaction as described above, development of a method of easily removing the outer surface of the plastic optical fiber should be preceded.

따라서, 본 발명은 플라스틱 광섬유의 외피를 용이하게 제거하고 외피가 제거된 복수의 플라스틱 광섬유 다발을 제작할 수 있는 광촉매가 코팅된 플라스틱 광섬유 다발의 제작방법을 제공함에 있다.Accordingly, the present invention is to provide a method for producing a photocatalyst-coated plastic optical fiber bundle that can easily remove the outer surface of the plastic optical fiber and to produce a plurality of plastic optical fiber bundles from which the outer skin is removed.

본 발명의 다른 목적은 가격이 매우 저렴하고 취급이 용이한 플라스틱 광섬유을 광화학 반응에 적용할 수 있는 광촉매가 코팅된 플라스틱 광섬유 다발의 제작방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a method for producing a photocatalyst-coated plastic optical fiber bundle which can be applied to a photochemical reaction of a plastic fiber which is very inexpensive and easy to handle.

도 1은 본 발명에 따라 코어에 광촉매가 코팅된 플라스틱 광섬유의 작용원리를 나타내는 개념도,1 is a conceptual diagram showing the principle of operation of a plastic optical fiber coated with a photocatalyst on the core according to the present invention,

도 2는 본 발명에 따라 광촉매가 코팅된 복수의 플라스틱 광섬유가 다발로 제작된 구성을 나타내는 개략도,Figure 2 is a schematic view showing a configuration in which a plurality of plastic optical fiber coated with a photocatalyst according to the present invention,

도 3은 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 플라스틱 광섬유 다발의 제작방법의 흐름도이다.3 is a flow chart of a method for manufacturing a photocatalyst-coated plastic optical fiber bundle according to the present invention.

♣도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♣♣ Explanation of symbols for main part of drawing ♣

1: 외피 2: 코어1: jacket 2: core

3: 광섬유의 일단 5: 광촉매3: one end of optical fiber 5: photocatalyst

10: 플라스틱 광섬유 20: 홀더10: plastic optical fiber 20: holder

30: 다발 L: 광30: Bundle L: Light

L1: 굴절광 L2: 반사광L1: refractive light L2: reflected light

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 플라스틱 광섬유 다발의 제작방법은 플라스틱 광섬유의 외피를 용해시키기 위한 CH3CR의 작용기를 가지며, 플라스틱 광섬유의 코어를 손상시키지 않는 용매를 준비하는 단계와; 플라스틱 광섬유를 제거하고자 하는 외피길이만큼 용매에 침지하는 단계와; 외피가 제거된 플라스틱 광섬유의 코어를 증류수로 세척하는 단계와; 코어에 광촉매를 코팅하는 단계와; 광촉매가 코팅된 플라스틱 광섬유를 섭씨 80도이하의 온도에서 건조하는 단계와; 상기 단계들을 반복적으로 실행하여 만들어진 복수의 플라스틱 광섬유를 다발로 형성하는 단계와; 상기 복수의 플라스틱 광섬유의 끝면을 폴리싱하는 단계로 구성되어 있다.In order to achieve the above object, the manufacturing method of the photocatalyst-coated plastic optical fiber bundle according to the present invention has a functional group of CH 3 CR for dissolving the outer surface of the plastic optical fiber, and prepares a solvent that does not damage the core of the plastic optical fiber. Steps; Immersing in a solvent by an outer length of the plastic optical fiber to be removed; Washing the core of the removed plastic optical fiber with distilled water; Coating the photocatalyst on the core; Drying the photocatalyst coated plastic optical fiber at a temperature of 80 degrees Celsius or less; Repeatedly forming the plurality of plastic optical fibers made by repeatedly performing the above steps; Polishing end surfaces of the plurality of plastic optical fibers.

이하, 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 플라스틱 광섬유 다발의 제작방법의 실시예를 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, an embodiment of a method for producing a photocatalyst-coated plastic optical fiber bundle according to the present invention will be described in detail.

먼저, 도 1을 참조로 하여 본 발명에 따라 코어에 광촉매가 코팅된 플라스틱 광섬유의 작용에 대한 원리를 설명한다. 플라스틱 광섬유(10)는 불소가 치환된 폴리메틸 메타크리레이트(F-PMMA: Fluoro-Polymethyl Methacrylate) 재질의 외피(1)와 폴리메틸 메타크리레이트(PMMA) 재질의 코어(2)로 이루어져 있다. 광섬유의 끝단(3)으로부터 광(L)이 입사되고, 광섬유에 입사된 광은 반사와 굴절을 반복하면서 다른 끝단(4)으로 전송된다. 이 과정에서 굴절되어 코어(2)의 외부로 나오는 빛인 굴절광(L1)은 코어의 표면에 코팅되어 있는 광촉매(5)에 의하여 흡수되어 광촉매 (5)를 활성화시키며, 나머지 빛은 반사광(L2)으로 계속 전송된다. 굴절광(L1)에 의하여 활성화되는 광촉매(5)는 광촉매 주변의 유독유기물(S)를 분해하여 제거한다.First, with reference to Figure 1 will be described the principle of the action of a plastic optical fiber coated with a photocatalyst in the core according to the present invention. Plastic optical fiber 10 is composed of a fluorine-substituted polymethyl methacrylate (F-PMMA: Fluoro-Polymethyl Methacrylate) shell (1) and a polymethyl methacrylate (PMMA) core (2). Light L is incident from the end 3 of the optical fiber, and the light incident on the optical fiber is transmitted to the other end 4 while repeating reflection and refraction. Refracted light L1, which is light refracted in this process and emitted to the outside of the core 2, is absorbed by the photocatalyst 5 coated on the surface of the core to activate the photocatalyst 5, and the remaining light is reflected light L2. Will continue to be sent. The photocatalyst 5 activated by the refracted light L1 decomposes and removes the toxic organic substances S around the photocatalyst.

다음으로 도 2는 본 발명에 따라 코어에 광촉매가 코팅된 복수의 플라스틱 광섬유가 다발로 형성된 구성을 나타낸다. 도시되어 있는 바와 같이, 도 1과 같이 광촉매가 코팅된 광섬유가 복수개 만들어지면 홀더(20)에 의하여 다발(30)로 형성된다. 도 2의 원내의 도면은 복수의 플라스틱 광섬유가 다발로 형성되어 있음을 나타내고 있다.Next, FIG. 2 shows a configuration in which a plurality of plastic optical fibers coated with a photocatalyst on a core are formed according to the present invention. As shown in FIG. 1, when a plurality of photocatalyst-coated optical fibers are made, the holder 20 is formed into a bundle 30. The diagram in the circle of FIG. 2 shows that a plurality of plastic optical fibers are formed in a bundle.

지금부터는 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 플라스틱 광섬유 다발의 제작방법의 실시예에 대하여 설명한다.Hereinafter, an embodiment of a manufacturing method of a plastic optical fiber bundle coated with a photocatalyst according to the present invention will be described.

처음은 준비단계로 플라스틱 광섬유의 외피를 제거하기 위한 용매를 준비한다(S10). 일반적으로, 고분자 물질이 어느 한계까지 용해되는 가에 대한 문제는 저분자의 경우처럼 이론적으로 확인하기가 매우 어렵다. 이는 고분자 물질이 매우 크고 다분자성이며 또한 점도가 크고 결정영역의 영향등이 있기 때문인 것으로 알려져 있다. 그러나, 여러 가지 경험을 종합해 보면, 화학구조가 유사한 것은 상용되기 쉽고, 용해도 파라미터(SP: Solubility Parameter)가 유사한 것이 잘 용해된다는 것이다. 이러한 현상은 다음의 수학식 1과 수학식2에서 확인될 수 있다.First prepare a solvent for removing the outer shell of the plastic optical fiber in the preparation step (S10). In general, the problem of how far the polymer material dissolves is very difficult to confirm theoretically, as in the case of small molecules. It is known that this is because the polymer material is very large, multi-molecular, and also has a high viscosity and influence of the crystal region. However, based on various experiences, similar chemical structures are more likely to be used, and similar solubility parameters (SP) are well dissolved. This phenomenon can be confirmed by the following equations (1) and (2).

여기서, H는 엔탈피, v는 부피분율, SP는 용해도 파라미터, 1은 용매, 2는 고분자를 나타낸다.Where H is enthalpy, v is volume fraction, SP is solubility parameter, 1 is solvent, and 2 is polymer.

ΔG = ΔH - TΔSΔG = ΔH-TΔS

여기서, G는 깁스자유에너지, T는 온도, S는 엔트로피를 나타낸다.Where G is Gibbs free energy, T is temperature, and S is entropy.

상기한 현상은 수학식 1과 수학식 2에서 (SP1- SP2)가 매우 크면 ΔH 〉 TΔS가 되고, 즉 ΔG 〉 0이 되며, (SP1- SP2)가 유사하면 ΔH 〈 TΔS가 되고, 즉 ΔG 〈 0이 되기 때문이다.The above phenomena are ΔH> TΔS when (SP 1 -SP 2 ) is very large in Equations 1 and 2 , that is, ΔG> 0, and ΔH <TΔS when (SP 1 -SP 2 ) are similar. This is because ΔG <0.

그러나, 이는 항상 그런 것은 아니며, 다른 용매와 고분자 간의 상호작용에도 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 본 발명을 위한 용매를 선정하기 위한 실험의 결과 아세톤(SP=9.71), 아세토니트릴(SP=12.10), 아세틸아세톤의 용매에는 플라스틱 광섬유의 외피가 제거되었으나, 그 외의 n-헥산(SP=7.24), 에틸에테르(SP=7.50), 4염화탄소(SP=8.58), 톨루엔(SP=8.93), 벤젠(SP=9.15), n-부탄올 (SP=11.40), 에틸알코올(SP=12.70), 메틸알코올(SP=14.50), 니트로벤젠, 그리고 물 (SP=23.40)에는 플라스틱 광섬유의 외피가 제거되지 않았다. 따라서, 실험에 의하여 플라스틱 광섬유의 외피를 용해시키는 용매에는 CH3CR(R은 O 또는 N등의 극성원소) 그룹이 공통적으로 존재한다는 것을 얻었다. 단, 이러한 용매들의 사용조건은 플라스틱 광섬유의 외피만을 제거하여야 하며, 코어에 손상을 주어 플라스틱 광섬유의 빛 전달능력을 감소시켜서는 안된다.However, this is not always the case and is known to be affected by interactions between other solvents and polymers. As a result of the experiment for selecting a solvent for the present invention, acetone (SP = 9.71), acetonitrile (SP = 12.10), and acetylacetone were removed from the plastic optical fiber, but other n-hexane (SP = 7.24) was removed. , Ethyl ether (SP = 7.50), carbon tetrachloride (SP = 8.58), toluene (SP = 8.93), benzene (SP = 9.15), n-butanol (SP = 11.40), ethyl alcohol (SP = 12.70), methyl Alcohol (SP = 14.50), nitrobenzene, and water (SP = 23.40) did not remove the plastic fiber shell. Thus, experiments have shown that CH 3 CR (R is a polar element such as O or N) is commonly present in a solvent in which the outer shell of the plastic optical fiber is dissolved. However, the conditions of use of these solvents should only remove the outer sheath of the plastic optical fiber, and should not damage the core to reduce the light transmission capability of the plastic optical fiber.

본 발명에 있어서는 플라스틱 광섬유의 외피를 제거하기 위하여 석영 광섬유에서 사용되는 불 또는 스트라이퍼의 사용이 불가능하다. 만일 외피의 제거를 위하여 불을 사용하는 경우에는 외피 뿐만 아니라 코어까지 모두 연소되며, 스트라이퍼를 사용하는 경우에는 코어까지 손상된다.In the present invention, it is not possible to use the fire or striper used in the quartz optical fiber to remove the shell of the plastic optical fiber. If the fire is used to remove the shell, not only the shell but also the core is burned, and if the striper is used, the core is also damaged.

다음의 단계로, 단계(S10)에 의하여 선정된 아세톤에 플라스틱 광섬유를 제거하고자 하는 외피길이만큼 침지한다(S20). 가장 적합한 외피제거시간인 침지시간은 침지동안 시간별로 측정된 주사전자현미경(SEM:Scanning Electronic Microscope)의 사진을 통하여 3분으로 결정되었다. 플라스틱 광섬유를 3분동안 제거할 길이만큼 침지한 후에는 아세톤으로부터 인출하여 흐르는 2차 증류수(Milli-Q, 18㏁)로 3회 내지 4회 세척한다(S30).In the next step, it is immersed by the length of the outer skin to remove the plastic optical fiber in the acetone selected by the step (S10) (S20). Immersion time, the most suitable desorption time, was determined to be 3 minutes by scanning electron microscopy (SEM) measurements taken hourly during soaking. After immersing the plastic optical fiber for a length of 3 minutes, the plastic optical fiber is washed three to four times with secondary distilled water (Milli-Q, 18 kPa), which is drawn out from acetone (S30).

다음으로는 외피가 제거된 플라스틱 광섬유의 코어를 광촉매로 코팅한다 (S40). 코어의 코팅방법들은 여러 가지 방법이 가능하다. 첫째로, 외피가 제거된코어를 TiO2분말(P25 from Degussa GmbH)을 사용하여 5중량%로 제조된 후 음파 (Sonication)와 혼합(Stirring)으로 분산된 용액에 침지하여 코팅한다. 둘째로, 아파타이트(Apatite)에 코팅된 TiO2인 F4-AP(Showa Denko사, 일본)분말을 플라스틱 광섬유에 코팅시키기 위하여는 단순히 용매만 혼합해서는 코팅이 되지 않으므로 바인딩 첨가제를 혼합하여 코팅한다. 바인딩 첨가제로는 예컨대, 졸겔법을 활용한 코팅의 경우 무기골격(Inorganic Backbone)의 물질로 Si-C 결합의 축합반응에서의 안정성을 보유하는 알콕시실란(Alkoxysilane)이 사용된다. 일예로, 에틸알코올 (Ethylalcohol)과 테트라에틸 오르쏘실리게이트(TEOS: Tetraethyl orthosilicate)의 몰비가 10:1 정도가 되도록 혼합한 후 상온에서 충분히 교반시킨다. 이 비율은 허용된 건조시간과 필요한 결합력의 세기에 의하여 조절될 수 있다. 여기에 F4-AP분말을 첨가하여 원하는 중량비가 되도록 조절한 후 혼합용액을 상온에서 24시간동안 교반하고, 이 용액에 플라스틱 광섬유를 침지코팅한다. 셋째로, 스프레이에 의하여 플라스틱 광섬유를 코팅한다. 광촉매 함유량이 30중량%인 수분산 도료 (Marutake사, 일본)와 기재에 대한 결합력을 향상시키기 위한 프라이머를 중량비로 1:1∼1:2의 비율로 혼합하여 총 광촉매 함유량이 20∼30%가 되도록 한다. 이를 5∼10kgf/cm2의 압력을 가진 콤프레셔와 0.3 내지 0.4mm 직경의 노즐을 가진 스프레이건으로 10 내지 30g/m2만큼 코팅한다.Next, the core of the plastic optical fiber from which the outer skin is removed is coated with a photocatalyst (S40). Coating methods of the core can be a variety of methods. First, the outer skinned core is coated with 5 wt% TiO 2 powder (P25 from Degussa GmbH) and then immersed in a solution dispersed by sonication and stirring. Second, in order to coat F4-AP (Showa Denko Co., Ltd.) powder of TiO 2 coated on apatite on a plastic optical fiber, the coating is performed by mixing a binding additive since it is not simply mixed with a solvent. As the binding additive, for example, an alkoxysilane having stability in the condensation reaction of Si-C bond is used as an inorganic backbone material in the case of coating using the sol-gel method. For example, the molar ratio of ethyl alcohol (Ethylalcohol) and tetraethyl orthosilicate (TEOS) is about 10: 1, and the mixture is sufficiently stirred at room temperature. This ratio can be controlled by the allowable drying time and the strength of the required bonding force. After adding F4-AP powder to a desired weight ratio, the mixed solution was stirred at room temperature for 24 hours, and the plastic optical fiber was immersed in this solution. Third, the plastic optical fiber is coated by spraying. A water dispersion paint (Marutake, Japan) having a photocatalytic content of 30% by weight and a primer for improving the binding strength to the substrate are mixed in a ratio of 1: 1 to 1: 2 by weight, and the total photocatalyst content is 20 to 30%. Be sure to It is coated with a compressor with a pressure of 5-10 kgf / cm 2 and a spray gun with a nozzle of 0.3-0.4 mm diameter by 10-30 g / m 2 .

다음의 단계로, 광촉매가 코팅된 플라스틱 광섬유를 건조시킨다(S50). 광촉매가 코팅된 플라스틱 광섬유는 크랙(Crack)의 방지를 위하여 대략 24시간동안 섭씨 80도이하의 온도에서 건조된다. 석영 광섬유의 경우에는 열처리과정이 반드시 실행되나 플라스틱 광섬유는 플라스틱 광섬유가 열처리된다면 플라스틱 광섬유가 용융되기 때문에 열처리과정은 전혀 없다.In the next step, the plastic film coated with a photocatalyst is dried (S50). The photocatalyst coated plastic optical fiber is dried at a temperature of less than 80 degrees Celsius for approximately 24 hours to prevent cracking. In the case of quartz optical fiber, the heat treatment process is necessarily performed, but the plastic optical fiber does not undergo any heat treatment process because the plastic optical fiber is melted if the plastic optical fiber is heat treated.

상술한 단계들의 실행에 의하여 하나의 광촉매가 코팅된 플라스틱 광섬유를 얻는다. 따라서, 플라스틱 광섬유를 다발로 형성하기 위하여 필요한 수만큼의 새로운 플라스틱 광섬유를 상기 단계들(S10∼S50)을 반복적으로 실행한다(S60). 이상과 같이 제작된 각각의 광섬유를 원하는 수만큼 복수개가 다발로 묶는다. 다발은 외피를 제거한 부분이외의 외피를 제거하지 않은 부분을 이용하여 만든다(S70). 스테인레스 스틸 또는 테플론 재질의 홀더(20)에 형성한 5∼10mm의 구멍에 각각의 광섬유의 외피가 제거되지 않은 부분을 삽입하고 에폭시를 넣고 10시간동안 건조하여 다발로 제작한다. 이와 같이 복수의 플라스틱 광섬유가 다발로 제작한한 후 최종적으로 복수의 플라스틱 광섬유의 끝면을 폴리싱한다(S80). 폴리싱은 플라스틱 광섬유의 빛 전달효율을 증대시키기 위한 것이며 폴리싱에 의하여 플라스틱 광섬유 다발 끝면의 경사와 요철등이 제거된다.The execution of the above steps yields a plastic optical fiber coated with one photocatalyst. Therefore, the steps S10 to S50 are repeatedly executed as many new plastic optical fibers as necessary to form the bundle of plastic optical fibers (S60). Each of the optical fibers produced as described above is bundled in plural as desired. The bundle is made using a portion of which the outer shell is not removed other than the portion of the outer shell (S70). Insert the portion of the optical fiber that is not removed in the hole of 5 ~ 10mm formed in the holder 20 made of stainless steel or Teflon, and put epoxy to dry for 10 hours to produce a bundle. As described above, after the plurality of plastic optical fibers are manufactured in bundles, the end surfaces of the plurality of plastic optical fibers are finally polished (S80). Polishing is to increase the light transmission efficiency of the plastic optical fiber and the inclination and irregularities of the end surface of the plastic optical fiber bundle are removed by the polishing.

이상은 본 발명의 실시예를 설명한 것이나, 본 발명의 보호범위가 상기 실시예들에만 한정되는 것이 아님은 물론이며, 상기한 실시예들에서 나타낸 구체적인 재료나 수치등은 본 발명에 있어서 구체화된 예시를 나타낸 것으로 상기한 실시예이외에도, 특허청구범위내에서 다양하게 변경가능한 것이다.As described above, the embodiments of the present invention are described, but the protection scope of the present invention is not limited to the above embodiments, and specific materials and numerical values shown in the above embodiments are exemplified in the present invention. In addition to the embodiments described above, various modifications are possible within the scope of the claims.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 플라스틱 광섬유 다발의 제작방법에 의하면 플라스틱 광섬유의 외피를 용이하게 제거하고 외피가 제거된 복수의 플라스틱 광섬유 다발을 제작할 수 있으며 가격이 매우 저렴하고 취급이 용이한 플라스틱 광섬유를 광화학 반응에 적용할 수 있는 효과가 있다. 또한, 반응기 외부에서 빛 조사시 고려하여야 할 반응기의 재질 형태에 관한 제약을 극복할 수 있으며, 평면에 코팅할 경우 면적 광화학 반응을 플라스틱 광섬유를 반응기 부피로 분산 분포시켜 부피반응으로 전환할 수 있어 물질전달의 제약을 줄일 수 있는 효과가 있다. 그리고, 광섬유의 주요한 역할인 장식효과까지도 접목하여 투명 광촉매가 코팅된 실내공기 정화용 장식용구의 상용화에의 응용도 가능하다.As described above, according to the manufacturing method of the plastic optical fiber bundle coated with the photocatalyst according to the present invention, the outer sheath of the plastic optical fiber can be easily removed and a plurality of plastic optical fiber bundles from which the outer skin is removed can be manufactured, and the price is very low and the handling is possible. This easy plastic optical fiber has an effect that can be applied to the photochemical reaction. In addition, it is possible to overcome the restrictions on the material shape of the reactor to be considered when irradiating light from outside the reactor, and when coated on a plane, the area photochemical reaction can be distributed to the volumetric reaction by dispersing and distributing the plastic optical fiber into the reactor volume. There is an effect that can reduce the constraint of the transmission. In addition, it is also possible to apply to the commercial effect of the indoor air purification decorative tools coated with a transparent photocatalyst by applying the decorative effect, which is the main role of the optical fiber.

Claims (7)

플라스틱 광섬유의 외피를 용해시키기 위하여 R이 극성원소인 CH3CR의 작용기를 가지며, 상기 플라스틱 광섬유의 코어를 손상시키지 않는 용매를 준비하는 단계와;Preparing a solvent having a functional group of CH 3 CR in which R is a polar element so as to dissolve the outer surface of the plastic optical fiber and not damaging the core of the plastic optical fiber; 상기 플라스틱 광섬유를 제거하고자 하는 외피길이만큼 상기 용매에 침지하는 단계와;Immersing in the solvent by the length of the outer skin to remove the plastic optical fiber; 외피가 제거된 상기 플라스틱 광섬유의 코어를 증류수로 세척하는 단계와;Washing the core of the plastic optical fiber whose shell has been removed with distilled water; 상기 코어에 광촉매를 코팅하는 단계와;Coating a photocatalyst on the core; 상기 광촉매가 코팅된 플라스틱 광섬유를 섭씨 80도이하의 온도에서 건조하는 단계와;Drying the photocatalyst coated plastic optical fiber at a temperature of 80 degrees Celsius or less; 상기 단계들을 반복적으로 실행하여 만들어진 복수의 플라스틱 광섬유를 다발로 형성하는 단계와;Repeatedly forming the plurality of plastic optical fibers made by repeatedly performing the above steps; 상기 복수의 플라스틱 광섬유의 끝면을 폴리싱하는 단계로 구성되어 있는 광촉매가 코팅된 플라스틱 광섬유 다발의 제작방법.A method of manufacturing a photocatalyst-coated plastic optical fiber bundle consisting of polishing the end surfaces of the plurality of plastic optical fibers. 제 1 항에 있어서, 상기 용매는 아세톤이고 이 아세톤에 3분동안 상기 플라스틱 광섬유를 침지하는 광촉매가 코팅된 플라스틱 광섬유 다발의 제작방법.The method of claim 1, wherein the solvent is acetone and the photocatalyst-coated plastic optical fiber bundle is immersed in the acetone for 3 minutes. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 코어에 광촉매를 코팅하는 단계는 TiO2분말이 음파와 혼합으로 분산된 용액에 상기 코어가 침지됨으로써 이루어지는 광촉매가 코팅된 플라스틱 광섬유 다발의 제작방법.The method according to claim 1 or 2, wherein the coating of the photocatalyst on the core is performed by immersing the core in a solution in which TiO 2 powder is dispersed by mixing with sound waves. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 코어에 광촉매를 코팅하는 단계는 아파타이트에 코팅된 TiO2분말을 바인딩 첨가제가 포함된 용액과 혼합하여 상온에서 충분히 교반하고, 이 용액에 상기 코어가 침지됨으로써 이루어지는 광촉매가 코팅된 플라스틱 광섬유 다발의 제작방법.The method of claim 1 or 2, wherein the coating of the photocatalyst on the core is performed by mixing TiO 2 powder coated on the apatite with a solution containing a binding additive and sufficiently stirring the mixture at room temperature, thereby immersing the core in the solution. Method for producing a plastic optical fiber bundle coated with a photocatalyst. 제 4 항에 있어서, 상기 바인딩 첨가제는 알콕시실란인 광촉매가 코팅된 플라스틱 광섬유 다발의 제작방법.5. The method of claim 4, wherein the binding additive is an alkoxysilane. 6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 코어에 광촉매를 코팅하는 단계는 광촉매 함유량이 30wt%인 수분산 도료와 기재에 대한 결합력을 향상시키기 위한 프라이머를 소정의 중량비로 혼합하고, 5 내지 10 kgf/cm2의 압력을 갖는 콤프레셔와 0.3 내지 0.4mm 직경의 노즐을 가진 스프레이건으로 10 내지 30g/m2만큼 코팅하는 광촉매가 코팅된 플라스틱 광섬유 다발의 제작방법.The method of claim 1 or 2, wherein the coating of the photocatalyst on the core comprises mixing a water-dispersion paint having a photocatalytic content of 30 wt% with a primer for improving the binding force to the substrate in a predetermined weight ratio, and 5 to 10 kgf. A method of manufacturing a photocatalyst-coated plastic optical fiber bundle coated with a compressor having a pressure of / cm 2 and a spray gun having a nozzle of 0.3 to 0.4 mm diameter by 10 to 30 g / m 2 . 제 6 항에 있어서, 상기 중량비는 1:1∼1:2의 비율인 광촉매가 코팅된 플라스틱 광섬유 다발의 제작방법.The method of claim 6, wherein the weight ratio is in a ratio of 1: 1 to 1: 2.
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