KR100437657B1 - 항균성 및 자가세척성 타일 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광촉매제가 코팅된 항균 기능 및 자가세척 기능의 타일 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 타일은 은 또는 구리 이온이 담지된 아나타제 결정형의 산화티탄 졸(Sol)을 물에 희석하여 내장,외장 또는 바닥 타일의 유약면 상에 분사코팅하여 광촉매제 박막을 형성시킨 후, 600∼750℃의 소성온도, 25∼35분의 소성시간으로 소성융착시켜 제조됨을 특징으로 하며, 광촉매 작용에 의한 자가세척(Self-cleaning) 기능과 항균기능 및 탈취 기능이 우수하다.

Description

항균성 및 자가세척성 타일 및 이의 제조방법{ANTIBACTERIAL AND SELF-CLEANING TILE AND PROCESS FOR THE PREPARATION THEREOF}

본 발명은 은 또는 구리가 담지된 아나타제 결정형의 산화티탄 졸(Sol)을 광촉매제로 코팅한, 초친수성의 자가세척(Self-cleaning)기능과 유기물 분해 등의 항균기능 및 탈취기능을 갖는 내장, 외장, 바닥 타일과 이의 제조방법에 관한 것이다.

일반적인 외장 및 바닥 타일은 소지층 위에 장석, 고령토, 카올린, 석회석, 알루미나, 규석 등으로 이루어진 유약을 입힌 후 고온에서 소성하여 제조되는데, 이때 사용되는 유약은 광촉매 기능이 없어 건축물의 외벽 및 바닥에 시공하여 장기적으로 사용할 경우 유기물 등 오염물질이 분해되지 않고 타일 유약 표면에 달라붙어 잘 떨어지지 않으므로 청소가 용이하지 않다는 문제점이 있었다. 또한 내장 타일은 소지층 위에 프리트(frit), 카올린(kaoline)으로 이루어진 유약을 입힌 후 고온에서 단기 소성하여 제조되는데, 역시 광촉매에 의한 분해기능 및 항균기능이 없어 욕실, 주방, 위생장소의 실내에 시공하여 장기적으로 사용할 경우 세균이 타일표면에 달라붙어 서식하므로 위생상 불결하였다.

또한, 종래의 항균 타일은 시중의 항균제를 유약에 혼합하여 만든 세라믹 조성물을 시유면에, 프린트코팅 또는 스프레이 코팅하여 800∼1,200℃의 온도에서 정착시킨 것으로 항균제가 유약 안에 묻히거나, 프린팅 매질의 연소시 항균제가 함께 휘발되거나, 고온에서 불안정한 산화티탄 졸의 결정구조가 아나타제형에서 루틸형의 결정구조로 바뀌게 되어 광촉매 작용에 의한 효과가 없어져 유기물의 분해능이 떨어져 이에 따라 항균성이 저하되었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 광촉매기능과 항균기능을 하는 은 또는 구리의 금속이 담지된 아나타제 결정형의 산화티탄을 이용하여 내장, 외장, 바닥 타일을 코팅하고 저온 소성할 경우, 광 조사시 광기능에 의해 친수성이 있어 타일에 달라붙은 오염물, 먼지 등이 빗물에 의해서도 쉽게 세척될 수 있는 자가세척(Self-cleaning)기능과 탈취기능 및 동시에 광촉매, 금속 이온에 의한 항균기능이 우수한 타일을 제공할 수 있음을 알고, 본발명을 완성하게 되었다.

도 1은 본 발명에 따른 기능성 타일과 일반 타일의 자가세척능을 비교하는 사진으로서, 도 1a에는 오일을 바른 모습이, 도 1b에는 광조사 후의 수세척 상태가 비교 도시되어 있다.

본 발명의 한 태양에 따르면, 은(Ag) 또는 구리(Cu)가 1∼5 몰% 담지된 아나타제 결정형의 산화티탄 졸 광촉매제의 수용액을 타일의 유약면 위에 코팅하여 광촉매제 박막을 형성시킨 후, 이를 600∼750℃의 소성온도에서 25∼35분의 소성시간 동안 소성하여 융착시키는 것을 특징으로 하는, 항균 기능 및 자가세척 기능을 가진 타일의 제조방법이 제공된다.

본 발명의 또 하나의 태양에 따르면, 상기 방법에 의해 제조된, 유약면 위에 광촉매제 코팅층을 가진, 자가세척성 및 항균성 타일이 제공된다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명은 오염물질에 대한 자가세척(Self-cleaning) 기능 및 항균 기능이 있는 타일을 제공하는 것으로, 본 발명의 광촉매 기능 타일은 타일의 유약면 위에 광촉매제를 코팅한 후 저온 소성함으로써 제조됨을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 타일에 사용되는 박막코팅재료인 광촉매제는 은 또는 구리가 1∼5 몰% 담지된 아나타제 결정형의 산화티탄 졸(Sol)로서, 5∼10㎚의 입경과 2 ±0.5의 pH를 가지며, 보통 원액 농도가 10∼20 중량%인 것이 사용된다. 이 광촉매제는 타일 완제품의 유약면 또는 데코레이션 프린팅면 위에 균일하게 미세 박막으로 코팅되어 광기능을 발휘하게 된다.

상기 광촉매제는 타일 면에 코팅시 물에 희석시켜 수용액 상태로 사용하며, 보통 티탄졸 원액(10-20 중량%의 농도)을 5∼30중량%의 농도로 증류수 또는 수돗물에 희석하여 사용하며, 이때 코팅량은 10∼20gr/㎡ 정도가 적합하다.

상기 광촉매제 희석액은 코팅시에 보통 분사머신에 의해 분사코팅되는데, 이 박막 코팅 단계에서는 4∼7㎏/㎠의 공기압력 및 0.8∼1.8㎜ 범위의 노즐 직경을 가진 분사머신을 이용하여 노즐부터 타일 코팅면까지의 거리를 50∼80㎝로 유지하며 광촉매제 희석액을 분사코팅하는 것이 좋다.

상기와 같이하여 형성된 광촉매제 박막은 이어서 소성에 의해 융착되는데, 소성은 연속소성가마인 로라허스킬른에서 600∼750℃ 범위 (바람직하게는 620 내지 700 ℃ 범위, 더욱 바람직하게는 약 650 ℃)의 소성온도와 25∼35분의 소성시간으로 수행하는 것이 좋다.

본 발명에 따르면, 소성 단계에서 저온을 이용하므로 아나타제의 결정구조가 그대로 유지될 수 있어 타일에 광촉매 기능에 의한 자가세척기능과 항균금속이온 및 광촉매 작용에 의해 항균기능 및 탈취기능을 유효하게 제공하게 된다.

본원에서 자가세척기능이라 함은 타일이 태양광이나 형광에 의해서도 쉽게 광촉매 기능을 발휘하여 타일 표면에 달라붙은 세균, 먼지, 오염물질, 기름성분 등을 쉽게 분해하며, 또한 친수성의 특성이 있어 빗물 등에 의해서도 쉽게 청소되는 특성을 의미한다.

이하 실시예에 의해 본 발명을 설명하며, 이로써 본 발명이 국한되는 것은 아니다.

실시예

은(Ag)이 5몰% 담지되어 있고, 티탄 졸의 원액 농도가 12%인 광촉매제 (대주정밀화학(주) 제품, 품명: TS-1013A)를 수돗물에 20중량%의 농도로 희석한 용액을, 표면을 프릿(frit) 유약으로 시유하여 1,040℃의 온도에서 소성함으로써 제조된 도기질 내장 타일(흡수율 : 16%)의 완제품 유약면 상에, 공기압력 5㎏/㎠, 노즐직경 1.5㎜인 분사 머신을 이용하여 노즐부터 타일 표면까지의 거리를 60㎝로 유지하여 14gr/㎡의 코팅량으로 분사코팅하여, 타일 유약면 상에 광촉매제 박막을 형성시켰다.

상기와 같이 코팅된 타일을 연속소성가마인 롤라허스킬른에서 각각 600℃, 650℃, 700℃, 750℃, 800℃, 850℃ 및 900℃의 소성온도에서 30분간 소성시켜, 코팅된 박막이 타일에 완전히 융착되도록 하였다.

유기물 분해능 시험

상기와 같이 제조된 광촉매제 코팅 타일의 표면 상의 유기화합물의 분해능을 다음과 같이 시험하였다.

메칠렌블루를 알코올에 0.05중량% 희석하여 희석액을 제조한 다음, 500rpm으로 회전하는 회전판 위에서 이 희석액을 상기 광촉매제 코팅면 위에 회전 코팅시킨 후 건조하여 색채색차계를 통하여 자외선에서의 분해능을 관찰하였으며, 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.

구분	ΔE
	600℃	650℃	700℃	750℃	800℃	850℃	900℃
메칠렌블루 코팅전	2.02	1.93	2.50	2.04	2.75	3.12	2.52
메칠렌블루코팅후 경과시간	0시간	8.71	6.98	7.95	7.38	6.67	6.94	6.02
	3시간	5.46	2.25	3.46	4.55	6.66	6.84	6.00
	6시간	5.34	2.26	3.33	3.98	6.52	6.75	5.89
	9시간	4.85	1.86	2.75	3.74	6.44	6.66	5.82

상기 표 1로부터, 본 발명에 따라 광촉매제 박막을 600 내지 750 ℃ 범위의 온도에서 저온 소성하여 얻은 타일은 메칠렌블루 코팅 후 시간이 증가할수록 색채색차계에서의 ΔE값이 메칠렌블루를 코팅하지 않은 원래상태로 가까워짐을 알 수 있으며, 특히 650℃에서 소성된 타일은 분해능이 완벽한 것으로 나타났다. 또한, 800℃ 이상 900℃의 고온 소성 타일의 경우는 광촉매 특성이 거의 나타나지 않음을 알 수 있었다.

항균성 시험

상기와 같이 제조된 본 발명에 따른 광촉매 기능 타일(650℃소성품)과 광촉매가 코팅되지 않은 기존 일반 내장 타일에 대해 대장균(Escherichia coli ATCC 25922) 및 녹농균(Pseudomonas aeruginosa ATCC 15442)을 이용하여 24 시간후의 항균시험을 수행하였으며, 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.

사용 균주	사용 타일	초기 균주농도(CFU/30p)	24시간 후 농도(CFU/30p)	세균감소율(%)
대장균	기존 타일	229	602	-
	광촉매기능타일	229	26	95.7
녹농균	기존 타일	214	574	-
	광촉매기능타일	214	10	98.3

상기 표 2로부터, 본 발명에 따른 광촉매 기능타일은 균 주입 24 시간 후에 95% 이상의 높은 세균감소율을 나타낸 반면에 코팅 처리하지 않은 일반 타일은 높은 세균증식율을 나타냄을 알 수 있다.

자가 세척성 시험

상기와 같이 제조된 본 발명에 따른 광촉매 기능 타일(650℃ 소성품)과 광촉매가 코팅되지 않은 기존의 일반 내장 타일에 대해 다음과 같이 자가세척성 시험을 수행하였다.

자외선(400 nm 부근)이 조사되는 블랙 나이트 박스(black night box)에 시험 타일들을 3시간 동안 방치한 후, 타일들을 꺼내어 안료가 첨가된 텔라스 오일 T(유압작동유)를 발라 다시 블랙 나이트 박스에 넣어 방치하였다. 3시간 후에 타일들을 꺼내어 물을 분사하여 오일을 세척하면서 그 세척 상태를 비교하였다.

도 1은 본 발명에 따른 광촉매 기능 타일과 일반 타일의 자가세척능을 비교하는 사진들로서, 도 1a는 오일을 바른 모습을, 도 1b는 광조사 후의 수세척 상태를 비교하여 보여주는 사진이다. 도 1로부터, 기존의 일반 타일은 세척이 잘 이루어지지 않는 반면, 본 발명에 따른 광촉매 기능성 타일은 오일이 거의 세척되어져서 자가세척능을 가짐을 알 수 있다.

본 발명에 따라 저온소성융착된 광촉매제 박막을 가진 광촉매 기능성 타일은 광촉매로 사용된 아나타제 결정형을 갖는 산화티탄의 광촉매 작용이 그대로 유지되어 유기물을 쉽게 분해시키고 자가세척성이 있을 뿐 아니라, 또한 광촉매제에 담지된 은 또는 구리 이온이 항균성을 나타내므로, 건축물의 외벽에 시공시 오염물질, 먼지, 기름 등을 분해하고 빗물 등에 의해 쉽게 청소될 수 있으며, 내벽 및 바닥 타일로서 사용시에는 특히 환경 위생을 필요로 하는 욕실, 주방, 병원 등에 유용하게 사용될 수 있다.

Claims (6)

1. 광촉매 물질층을 포함하는 타일의 제조방법에 있어서, 타일의 유약면 위에 은(Ag) 또는 구리(Cu)가 1∼5 몰% 담지된 아나타제 결정형의 산화티탄 졸 광촉매제의 수용액을 코팅하여 광촉매제 박막을 형성시킨 후, 이를 600∼750℃의 소성온도에서 25∼35분의 소성시간 동안 소성하여 융착시키는 것을 특징으로 하는, 항균성 및 자가세척성 저온 소성 타일의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   산화티탄 졸이 10 ~ 20 중량%의 원액 농도, 5∼10㎚의 입자경 및 2 ±0.5의 pH 범위인 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   광촉매제의 수용액이 산화티탄 졸 원액을 5 내지 30 중량%의 농도로 물에 희석한 용액이며, 10 ~ 20 gr/㎡의 양으로 코팅됨을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   광촉매제 용액의 코팅이, 4∼7㎏/㎠의 공기압력 및 0.8∼1.8㎜ 범위의 노즐 직경을 가진 분사머신을 이용하여 노즐부터 타일 코팅면까지의 거리를 50∼80㎝로 유지하면서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   소성 온도가 620 내지 700 ℃ 범위인 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조된, 저온 소성에 의해 융착된 광촉매제 코팅 박막을 유약면 위에 가진, 자가세척성 및 항균성 타일.