KR100526432B1 - 이산화티타늄을 이용한 곰팡이 또는 진드기 제거제 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

이산화티타늄을 이용한 곰팡이 또는 진드기 제거제 및 그 제조방법에 관하여 개시한다. 상기 곰팡이 또는 진드기 제거제의 제조방법은, 티타늄알콕사이드 용액과 에탄올을 혼합하여 혼합용액을 형성하는 단계; 상기 혼합용액에 물과 촉매를 투입하고 교반함으로써 이산화티타늄 슬러리용액을 형성하는 단계; 상기 이산화티타늄 슬러리용액을 건조시켜 비결정구조의 이산화티타늄 분말을 형성하는 단계; 상기 비결정구조의 이산화티타늄 분말을 가열하여 결정화하는 단계; 및 상기 결정화된 이산화티타늄 분말을 분산매 상에 분산시키켜 분산액을 형성하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 종래에는 이산화티타늄의 종래에 알려지지 않았던 곰팡이 또는 진드기 제거 특성을 발견 및 이용함으로써 이산화티타늄 광촉매의 활용 영역을 크게 신장시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 이산화티타늄을 함유한 곰팡이 또는 진드기 제거제는 종래에 매우 제거하기 어렵고 인체에 유해한 곰팡이 또는 진드기를 용이하게 그리고 극히 신뢰성있게 제거할 수 있다는 이점을 제공한다.

Description

이산화티타늄을 이용한 곰팡이 또는 진드기 제거제 및 그 제조방법{Eradicator of filamentous fungi or acarid and method for manufacturing the same}

본 발명은 이산화티타늄을 이용한 곰팡이 또는 진드기 제거제 및 그 제조방법에 관한 것이다.

이산화티타늄 등의 광촉매는 빛에너지를 화학에너지로 전환하고, 이 때의 화학에너지로 오염물질을 산화 및 분해하는 광촉매 반응을 일으키는 물질이다. 즉 자외선을 광촉매 물질에 주사하면 전자와 정공이 발생하고, 상기 전자와 정공에 의하여 생성되는 수산화라디칼 등의 강력한 산화력으로 광촉매 표면에 흡착된 기상 또는 액상의 유기물이 산화 및 분해되는 것으로 알려져 있다.

광촉매물질인 이산화티타늄은 현재 페인트, 섬유, 고무, 종이 화장품, 식품 등에 광범위하게 사용되고 있다. 이산화티타늄은 다면적인 특성을 가진 물질로서 현재까지 다양한 특성 및 용도가 계속 발견되고 있으며, 현재까지 밝혀진 광촉매의 특성 및 용도는 아래와 같이 정리된다.

(1) 항균 및 살균: 촉매의 강력한 산화력에 의해 대장균, O-157, 포도상구균 등의 세균류나 바이러스 등을 분해시킨다.

(2) 탈취: 담배냄새, 음식냄새, 암모니아 냄새 및 항화수소 냄새 및 악취를 산화분해한다.

(3) 공기정화: 대기 중의 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx)을 이온화시키고, 실내의 포름알데히드를 분해한다.

(4) 방오: 자동차매연, 탄화수소, NOx, SOx, 기름찌꺼기, 담배 니코틴 등을 이온화하여 분해하므로 광촉매 코팅면은 항상 청결하게 유지된다.

(5) 초친수성: 광촉매 코팅한 표면은 물의 첩촉각이 작아 친수성을 나타내는데, 이로 인해 광촉매 코팅면에 이물질이나 물이 부착되지 않고 흘러내림으로써 물맺힘방지제로서 사용된다.

(6) 자외선차단: 광촉매는 자외선을 에너지원으로 하므로 광촉매 코팅면에서는 자외선에 의한 피해를 거의 받지 않는다.

본 발명은 이산화티타늄을 함유한 물질이 전술한 공지된 특성이나 용도 이외에 곰팡이와 진드기에 유효하게 작용한다는 특성을 발견하고, 이를 기초로 이산화티타늄을 이용하여 곰팡이 및 진드기를 효율적으로 제거할 수 있는 제거제 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 곰팡이 또는 진드기 제거제는 이산화티타늄을 함유하는 것을 특징으로 한다.

상기 이산화티타늄이 주위의 공기 중의 유해물 등을 분해하면서 발생된 물질이 곰팡이나 진드기의 생물학적인 조건에 영향을 미침에 따라 곰팡이나 진드기를 제거하는 작용을 가지는 것으로 추정된다.

상기 이산화타타늄은 실질적으로 아나타제의 결정구조를 가지는 것이 바람직하다.

또한 상기 곰팡이 또는 진드기 제거제는 입자 크기가 5 내지 10nm인 이산화티타늄 분말이 분산매 상에 실질적으로 균일하게 분산된 분산액인 것이 바람직하다.

또한 상기 곰팡이 또는 진드기 제거제를 담체 상에 분무하여 상온에서 유지함으로써 상기 담체 상에 곰팡이 제거용 코팅층을 형성하는 것이 바람직하다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 곰팡이 또는 진드기 제거제의 제조방법은, 티타늄알콕사이드 용액과 에탄올을 혼합하여 혼합용액을 형성하는 단계; 상기 혼합용액에 물과 촉매를 투입하고 교반함으로써 이산화티타늄 슬러리용액을 형성하는 단계; 상기 이산화티타늄 슬러리용액을 건조시켜 비결정구조의 이산화티타늄 분말을 형성하는 단계; 상기 비결정구조의 이산화티타늄 분말을 가열하여 결정화하는 단계; 및 상기 결정화된 이산화티타늄 분말을 분산매 상에 분산시키켜 분산액을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 이산화티타늄 슬러리용액을 필터링 장비에 넣고 질소가스를 사용하여 가압하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한 상기 결정화된 이산화티타늄 분말을 그 입자 크기가 5 내지 10nm 가 되도록 분쇄하는 분쇄단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한 상기 분산액 형성단계에서 이산화티타늄 분말을 분산매 상에 투입하고 산 촉매를 부가한 다음에 60℃ 내지 80℃의 온도에서 교반하는 것이 바람직하다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 곰팡이 또는 진드기 제거제 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 하기의 실시예는 본 발명의 효과를 나타내기 위하여 제시된 일 예에 불과한 것이므로, 본 발명이 하기 실시예에 제한되는 것이 아니다.

먼저 도1을 참조하면서, 본 발명에 따른 곰팡이 또는 진드기 제거제의 제조방법의 일 예를 설명한다.

(1) TTIP와 ETOH의 혼합

티타늄 금속의 알콕사이드 용액(Titanium tetra-isopropoxide: TTIP)과 수분을 포함하지 않은 무수에탄올(Water-free Ethanol: EtOH) 용액을 혼합한다. 알콕사이드 용액과 무수에탄올의 혼합비율은 몰비 1:5가 바람직하다. TTIP는 수분과 쉽게 반응하므로, TTIP가 공기 중의 수분과 반응하는 것을 억제하기 위하여 무수에탄올을 첨가하는 것이다. 이에 의하여 최종입자의 특성을 결정하는 물과의 반응공정(후술함)의 속도를 조절할 수 있다.

(2) 물과 촉매의 첨가

TTIP와 EtOH의 혼합물에 물과 미량의 촉매를 첨가한다. 상기 첨가비율은 TTIP와 물의 몰비가 1:20이고, TTIP와 촉매의 몰비가 1:0.05 인 것이 바람직하다. 상기 촉매제로는 통상적으로 사용되는 염기 촉매 또는 산촉매를 사용할 수 있다. 본 공정에서 TTIP의 유기분자와 물의 수산화기 사이의 교환반응(수화반응) 및 축합반응이 발생하여 흰색의 이산화티타늄 입자가 생성되기 시작한다. 상기 염기 또는 산 촉매는 상기 교환반응과 축합반응의 속도를 조절함으로써 최종 이산화티타늄 분말의 입자크기, 응집도, 입자크기 분포도 및 결정구조를 제어하게 된다.

(3) 교반

위 공정에서 생성되기 시작하는 흰색의 이산화티타늄 입자들을 미세하게 분쇄함과 동시에 물과 TTIP 사이의 균일한 반응을 유도하기 위하여, 상기 혼합용액을 300rpm으로 1시간 이상 강하게 교반한다. 교반이 완료되면 슬러리 형태의 이산화티타늄 용액이 형성된다.

(4) 필터링

상기 슬러리 형태의 이산화티타늄 용액을 필터링 장비에 넣고 질소 가스로 가압하여 잔여 용액을 채취한다. 상기 슬러리 형태의 이산화티타늄 용액에는 알콜, 물, 염 등과 같은 불순물이 존재하고 있으며, 본 공정에 의하여 이들 중에서 이산화티타늄 입자만을 필터링할 수 있다. 필터링 장비는 0.33μm 정도의 구멍을 갖는 멤브레인을 사용하는 것이 바람직하다.

(5) 건조

상기 필터링된 이산화티타늄 슬러리 용액을 건조하여 비결정구조의 이산화티타늄 분말을 형성한다. 본 건조 공정의 온도는 100 내지 150℃가 바람직하다. 본 공정에 의하여 필터링된 입자들에 남아있는 수분 및 유기물이 제거된다.

(6) 결정화(calcination)

위 건조 공정에서 생성된 이산화티타늄 분말은 결정성이 거의 없는 비결정구조의 물질이다. 상기 비결절구조의 분말을 결정화하기 위해서 400℃ 이상의 온도에서 열처리하여야 한다. 본 실시예의 이산화티타늄 분말의 대부분은 아나타제 결정구조를 가지는 것이 바람직하다.

(7) 분쇄

상기 결정화 과정에서 생성된 분말 입자들은 상호 응집하여 수백 나노미터 내지 수 마이크로미터 정도의 크기를 갖는다. 입자 크기가 크면 그 특성이 떨어질 뿐 아니라 입자가 분산매(물)에 분산되지 않고 침전하는 문제가 발생한다. 따라서 상기 결정화 과정을 거친 이산화티타늄 분말을 지르코니아 볼과 초순수 물에 혼합한 후 밀링(milling)한다.

본 분쇄 공정에 의하여 최종 이산화티타늄 분말의 입자 크기가 5 내지 10nm 의 범위에 있도록 하는 것이 바람직하다.

(8) 분산액 제조

상기 미세한 이산화티타늄 분말은 분산매(물) 상에 분산시킨다. 또한 입자들의 분산도를 향상시키기 위하여 산촉매를 첨가한 후 60 내지 80℃의 온도에서 교반한다.

(9) 희석

상기 이산화티타늄 분산액은 곰팡이 또는 진드기 제거제의 원액이므로, 담체 상에 코팅이 용이하게 이루어지도록 하기 위하여 상기 원액에 물을 적절히 첨가한다.

상기와 같은 제조공정에 의하여 제조된 곰팡이 또는 진드기 제거제의 특성 및 용도를 아래에서 상세히 설명한다.

전술한 제조공정에 의하여 제조된 이산화티타늄 분산액을 실내 또는 실외의 곰팡이 또는 진드기가 서식할 수 있는 부분, 예를 들어 방안의 습기찬 부분(담체)에 스프레이 등의 도포용기를 이용하여 분무하고 상온으로 유지한다. 담체 상에 분무된 이산화티타늄 분산액은 일정시간이 경과하면 분산매인 물이 증발되고, 담체 상에는 미세한 분말 크기의 이산화티타늄 코팅층이 형성되어 곰팡이 또는 진드기를 제거하는 기능을 수행한다.

한편 상기 이산화티타늄 분산액을 기후조건이 가혹한 실외의 담체에 분무하는 경우에는, 코팅층과 담체 사이의 접착성을 유지하기 위하여 상기 이산화티타늄 분산액에 바인더(접착제)를 미리 첨가하여 사용하는 것도 가능하다.

상기 실시예의 제조공정에 따라 제조된 이산화티타늄 분산액의 시료를 채취하여 곰팡이 제거시험(방미도 시험)을 아래와 같이 행하였다.

① 시험방법: ASTM G 21-1996에 규정된 방법

② 사용공시균주: Aspergillius niger ATCC 6205, Chaetomium globosum ATCC 11797, Gliocladium virens ATCC 9645, Aureobasidium pullulans ATCC15233

③ 시험평가등급:

0등급: 시편 상에서 곰팡이가 자라지 못함

1등급: 시편 상에 곰팡이가 10% 이하로 자라남

2등급: 시편 상에 곰팡이가 10~30% 자라남

3등급: 시편 상에 곰팡이가 30~60% 자라남

4등급: 시편 상에 곰팡이가 60% 이상 자라남

④ 시험결과

상기 조건으로 시험한 결과 본 실시예에 따른 곰팡이 제거제를 함유한 시편에는 곰팡이가 전혀 자라지 못하였다. 도2 및 도3은 곰팡이 제거제를 함유하지 않는 시편과 본 실시예에 따른 곰팡이 제거제를 함유한 시편을 상호 대비되도록 촬영한 사진이다. 도 2에 도시된 바와 같이 곰팡이 제거제를 함유하지 않은 시편에는 곰팡이가 자라는 반면에, 도3에 도시된 바와 같이 본 실시예의 곰팡이 제거제를 함유한 시편에서는 곰팡이가 전혀 자라지 못한다는 사실이 밝혀졌다.

한편 한국원사직물시험연구원(FITI TESTING & RESEARCH INSTITUTE)에 곰팡이 제거시험(방미성 시험)을 의뢰한 결과, 본 실시예의 곰팡이 제거제가 0등급(곰팡이가 자라지 못함)에 해당한다는 시험성적서를 받은 바 있다.(시험번호: 41-41-03-20992-2)

상기 실시예의 제조공정에 따라 제조된 이산화티타늄 분산액의 시료를 채취하여 진드기 제거시험(진드기 기피성 시험)을 아래와 같이 행하였다.

① 시험방법

시험방법 1: 침입저지법(진드기가 배지에서 시험시료에 포함된 유인물질로 이동하는지의 여부)

시험방법 2: 확산저지법(유인물질과 시험시료가 혼합 배치된 상태에서 진드기의 선택적 침입 여부)

시험방법 3: 시험관법(진드기가 시험시료를 통과하여 유인물질로 이동하는 투과성 여부)

② 사용공시충: 큰다리 먼지 진드기, 세로무늬 먼지 진드기

③ 시험결과

상기 시험방법 1 내지 시험방법 3에 의한 테스트 결과, 본 실시예의 진드기 제거제는 사용공시충 모두에 대해서 기피 성능이 있는 것으로 확인되었다. 한편 한국원사 직물심헝연구원(FITI TESTING & RESEARCH INSTITUTE)에 진드기 제거시험(진드기 기피성 시험)을 의뢰한 결과, 본 실시예의 곰팡이 제거제가 사용공시충 모두에 대하여 기피성이 있다는 시험성적서를 발부받은 바 있다.(시험번호: 414103-20992-3)

본 발명은 이산화티타늄의 종래 알려지지 않았던 곰팡이 또는 진드기 제거 특성을 발견하고 이를 이용하여 새로운 용도의 제품을 개발함으로써 이산화티타늄 광촉매의 적용영역을 크게 신장시킬 수 있다. 또한 본 발명에 따른 이산화티타늄을 함유한 곰팡이 또는 진드기 제거제는 종래에 매우 제거하기 어렵고 인체에 유해한 곰팡이 또는 진드기를 용이하게 그리고 극히 효율적으로 제거할 수 있다는 이점을 제공한다.

도1은 본 발명에 따른 곰팡이 또는 진드기 제거제 제조방법의 일 실시예에 대한 공정 순서도이다.

도2 및 도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 곰팡이 또는 진드기 제거제의 곰팡이 제거효과를 촬영한 사진으로서, 도2는 곰팡이 제거제가 함유되어 있지 않은 시편을 촬영한 것이고, 도3은 본 실시예에 따른 곰팡이 제거제를 함유한 시편을 촬영한 것이다.

Claims (8)

1. 이산화티타늄을 함유하는 진드기 제거제로서,

   상기 이산화타타늄은 실질적으로 아나타제의 결정구조를 가지고,

   진드기 제거제는 입자 크기가 5 내지 10nm인 이산화티타늄 분말이 분산매 상에 실질적으로 균일하게 분산된 분산액으로 마련되고,

   상기 진드기 제거제는 담체 상에 분무하여 상온에서 유지함으로써 상기 담체 상에 코팅층을 형성하는 것을 특징으로 하는 진드기 제거제.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 티타늄알콕사이드 용액과 에탄올을 혼합하여 혼합용액을 형성하는 단계;

   상기 혼합용액에 물과 촉매를 투입하고 교반함으로써 이산화티타늄 슬러리용액을 형성하는 단계;

   상기 이산화티타늄 슬러리용액을 건조시켜 비결정구조의 이산화티타늄 분말을 형성하는 단계;

   상기 비결정구조의 이산화티타늄 분말을 가열하여 결정화하는 단계; 및

   상기 결정화된 이산화티타늄 분말을 분산매 상에 분산시키켜 분산액을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 곰팡이 또는 진드기 제거제의 제조방법
6. 제5항에 있어서, 상기 이산화티타늄 슬러리용액을 필터링 장비에 넣고 질소가스를 사용하여 가압하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 곰팡이 또는 제거제의 제조방법
7. 제5항에 있어서, 상기 결정화된 이산화티타늄 분말을 입자 크기가 5 내지 10nm 가 되도록 분쇄하는 분쇄단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 곰팡이 또는 진드기 제거제의 제조방법
8. 제5항에 있어서, 상기 분산액 형성단계에서 이산화티타늄 분말을 분산매 상에 투입하고 산 촉매를 부가한 다음에 60℃ 내지 80℃의 온도에서 교반하는 것을 특징으로 하는 곰팡이 또는 진드기 제거제의 제조방법