KR100534034B1 - 광촉매 코팅피막자재의 제조 방법 및 장치 - Google Patents

광촉매 코팅피막자재의 제조 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 각종 패널부재와 타일, 유리, 커튼, 버티칼, 블라인드, 금속천장재 등의 광촉매 코팅부재를 세척하여 불순물을 제거하고 광촉매 액상을 분사하는 분사노즐을 통해 상기 광촉매 코팅부재에 광촉매 액상을 균일하게 도포하여 광촉매 피막을 형성되게 한 후 건조 어셈블리에서 광촉매 피막이 형성된 상기 광촉매 코팅부재를 가열/건조시키되 자외선램프에 의한 자외선(315nm~400nm)장파 A영역 조사를 통하여 상기 광촉매 코팅부재에 코팅된 광촉매의 피막을 활성화시켜 광촉매 코팅피막자재를 제조하는 광촉매 코팅피막자재의 제조방법을 그 기술적 공정상의 특징으로 하며, 광촉매 코팅을 위한 코팅부재를 일정 전송속도로 이동시키는 컨베이어와, 상기 컨베이어에 의해 이송되는 광촉매 코팅부재에 광촉매 액상을 균일하게 분사하여 광촉매 피막을 형성시키는 광촉매 분사 어셈블리와, 상기 컨베이어 상에 설치되며 상기 광촉매 분사 어셈블리를 통해 광촉매의 피막이 형성된 상기 광촉매 코팅부재에 열에너지를 공급하여 가열/건조시키는 건조 어셈블리 및 자외선의 빛에너지를 공급하여 상기 광촉매 코팅부재에 코팅피막된 광촉매를 활성화시키는 자외선램프를 포함하여 이루어지는 광촉매 코팅피막자재의 제조장치를 그 기술적 장치상의 특징으로 한다.

Description

광촉매 코팅피막자재의 제조 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTURING RESOURCES COATED WITH PHOTOCATALYST}
본 발명은 광촉매 코팅피막자재의 제조 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광촉매의 손실을 최소화하고 피막 밀도 및 밀착성을 높이며 광촉매가 활성화되도록 함으로써 광촉매의 기능 향상을 제고할 수 있도록 함과 동시에 장기간의 광촉매 효과를 유지할 수 있도록 한 광촉매 코팅피막자재의 제조 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 광촉매(photocatalyst)는 빛(Photo)과 촉매(catalyst)의 합성어로 빛을 이용한 촉매라 할 수 있으며 빛을 에너지원으로 촉매 반응을 진행시키는 물질을 지칭하는데, 그 자신은 변화하지 않으면서 화학반응을 촉진시키는 효과가 있는 물질이다.
광촉매로는 반도체성 금속 산화물이나 황 화합물이 이용되는데, 반도체는 일정한 영역의 에너지가 가해지면 전자가 가전자대(valence band)에서 전도대(conduction band)로 여기 된다. 즉, 전도대에는 전자(electron)들이 형성되고 가전자대에는 정공(electron hole)이 형성된다. 이렇게 형성된 전자와 정공은 각각 산화/환원 반응에 참여하게 된다.
이러한 광촉매는 그 기능이 다양하여 적용분야가 급속히 확대되고 있는데, 광촉매의 주요효과를 살펴보면 다음과 같다.
첫째, 자정효과(self-cleaning)가 있다. 광촉매는 유기물을 분해하고 먼지나 기름 등 각종 오염물을 용이하게 제거하므로 청결상태를 유지할 수 있게 한다.
둘째, 냄새를 제거한다. 실내 및 밀폐된 공간에서 발생하는 각종 미생물균 및 악취를 분해하여 준다. 광촉매는 단순한 냄새 흡수가 아니라 담배의 니코친, 곰팡이, 암모니아 계통의 냄새 원인을 분자 레벨로 분해하므로 근본적인 냄새를 제거한다.
셋째, 살균작용을 한다. 광촉매는 각종 병원균과 박테리아 등 모든 대상물질을 산화시켜 살균되게 한다.
넷째, 오염방지작용을 한다. 광촉매는 축산폐수, 오수, 공장폐수의 BOD, 색도 및 난분해성 오염물질 및 환경호르몬 등을 완벽히 제거하여준다.
한편, 이와 같은 광촉매의 다양한 기능 및 효과에 의하여 광촉매의 적용범위는 급속도로 확대 적용되어가고 있는데, 종래의 기술에 의하면 광촉매의 응용시 광촉매의 피막밀도 및 밀착성이 떨어지거나 활성화가 제대로 이루어지지 못하여 오히려 광촉매의 기능 및 효과를 저하시키는 요인으로 작용할 뿐만 아니라 장기간의 효과유지가 어려워 반영구적으로 사용할 수 없는 문제점이 있으며, 제작단가가 높아 광범위한 적용을 어렵게 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적으로 하는 바는 광촉매의 손실을 최소화하고 피막 밀도 및 밀착성을 높일 수 있도록 함과 더불어 장기간의 광촉매 효과를 유지할 수 있도록 하며 제작단가를 낮출 수 있도록 한 광촉매 코팅피막자재의 제조방법을 제공하는데 있다.
특히, 본 발명은 자외선의 빛에너지 조사에 의하여 광촉매의 활성화를 촉진시킬 수 있도록 한 광촉매 코팅피막자재의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 광촉매의 손실을 최소화하고 피막 밀도 및 밀착성을 높일 수 있으며 광촉매의 활성화를 촉진시킬 수 있도록 한 광촉매 코팅피막자재의 제조장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광촉매 코팅피막자재의 제조방법은,
광촉매 코팅부재를 세척하여 불순물을 제거하고 광촉매 액상을 분사하는 분사노즐을 통해 상기 광촉매 코팅부재에 광촉매 액상을 균일하게 도포하여 광촉매 피막을 형성되게 한 후 20~600℃ 조건의 건조 어셈블리에서 광촉매 코팅피막이 형성된 상기 광촉매 코팅부재를 가열/건조시키되 자외선램프에 의한 조사를 통하여 상기 광촉매 코팅부재에 코팅된 광촉매의 피막을 활성화시켜 광촉매 코팅피막자재를 제조하는 방법을 그 기술적 공정상의 기본 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광촉매 코팅피막자재의 제조장치는,
광촉매 코팅부재를 일정 전송속도로 이동시키는 컨베이어와, 상기 컨베이어에 의해 이송되는 광촉매 코팅부재에 광촉매 액상을 균일하게 분사하여 광촉매 피막을 형성시키는 광촉매 분사 어셈블리와, 상기 컨베이어의 상에 설치되며 상기 광촉매 분사 어셈블리를 통해 광촉매 피막이 형성된 상기 광촉매 코팅부재에 열에너지를 공급하여 가열/건조시키는 건조 어셈블리를 포함하여 이루어지는 것을 그 기술적 장치상의 기본 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 하며, 이 실시예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 보다 잘 이해할 수 있게 될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 광촉매 코팅피막자재의 제조장치를 나타낸 전체 구성도이고, 도 2는 도 1의 장치 중 광촉매 분사 어셈블리를 나타내는 상세도이며, 도 3은 본 발명에 따른 광촉매 코팅피막자재의 제조장치를 나타낸 정면도이다.
도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 광촉매 코팅피막자재의 제조장치(100)는 광촉매 코팅부재(10)를 이동시키는 컨베이어(110)와, 상기 컨베이어(110)에 의해 이송되는 광촉매 코팅부재(10)에 광촉매 액상의 분사를 통해 광촉매를 도포하여 광촉매 피막을 형성시키는 광촉매 분사 어셈블리(120)와, 상기 컨베이어(110) 상에 설치되며 상기 광촉매 분사 어셈블리(120)를 통해 광촉매 피막이 형성된 광촉매 코팅부재에 열에너지를 공급하여 가열/건조시키는 건조 어셈블리(130)와, 상기 건조 어셈블리(130)의 내부 상측에 설치되며 광촉매 피막이 형성된 광촉매 코팅부재에 빛에너지를 공급하여 코팅피막된 광촉매의 활성화를 촉진시키는 자외선램프(140)로 이루어진다.
이때, 상기 컨베이어(110)는 1m/min∼5m/min의 전송속도 조건으로 조절되도록 한다.
상기 광촉매 분사 어셈블리(120)는 외부의 물리적인 요인으로부터 보호하여 광촉매 피막효율을 향상시키기 위한 코팅실(121)과, 상기 코팅실(121) 내부에 위치하여 광촉매 액상을 분사하며 왕복작동을 위한 셔틀 주파수 10∼40shuttle/min 및 분사직경 0.2∼1.0mm를 갖는 분사노즐(122)과, 상기 분사노즐(122)에 연결되어 광촉매를 액상으로 공급하는 광촉매 공급부(123)와, 상기 분사노즐(122)에 연결되어 광촉매 액상이 일정 분사되도록 1∼7kg/㎠의 공기압을 제공하는 공기압 공급부(124)로 구성된다.
여기서, 광촉매 공급부(123)는 광촉매를 20∼50cc/min의 공급조건으로 분사노즐(122)에 공급되도록 한다.
상기 자외선램프(140)는 315nm~400nm인 장파 A영역의 자외선 방출이 이루어지도록 한다.
한편, 본 발명의 상세한 구성설명의 기재에 있어 전반적으로 사용되어지는 상기 광촉매 코팅부재(10)는 "광촉매의 코팅 형성을 위한 부수적인 재료(部材)"를 의미하며 광촉매의 코팅피막이 이루어지지 않은 기본재료에 해당되는 것으로 이해하면 된다.
또한, 차후에 기술될 광촉매 코팅피막자재(20)는 "상기 광촉매 코팅부재(10)에 본 발명에서 기술하는 조건으로 광촉매가 도포되어 광촉매의 코팅피막이 이루어진 자재(資材)"를 의미하는 것이다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 광촉매 코팅피막자재의 제조장치(100)의 작용 및 이를 이용하여 광촉매 코팅부재(10)에 광촉매의 코팅피막을 극대화시킬 수 있도록 한 광촉매 코팅피막자재의 제조방법을 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 광촉매 코팅피막자재의 제조장치(100)를 최적의 운영조건으로 설치한다.
컨베이어(110)는 전체길이 20~40m, 폭 1.5m로 구성하되 전송속도를 1~5m/min로 설정한다.
광촉매 분사 어셈블리(120)는 코팅실(121)을 컨베이어(110) 상의 초기부분에 위치되게 하고 코팅실(121) 내에서 왕복운동이 가능하도록 셔틀 슬라이드 형태(shuttle slide type)의 분사노즐(122)을 설치하며 광촉매 공급부(123) 및 공기압 공급부(124)를 분사노즐(122)의 상측으로 연결한다. 이때, 분사노즐(122)은 분사직경을 0.5mm로 하되 왕복운동을 위한 셔틀 주파수(shuttle frequency)를 20shuttle/min로 설정하는 것이 좋고, 광촉매 공급부(123)에서는 30cc/min의 소모량으로 공급되도록 설정하며, 공기압 공급부(124)에서는 3kg/㎠의 공기압이 공급되도록 설정하는 것이 바람직하다.
건조 어셈블리(130)는 광촉매 분사 어셈블리(120)의 뒤쪽에 위치시키되 오븐(oven)을 사용하도록 하며, 광촉매의 기능 저하를 방지하도록 600?? 이내에서 가열/건조되게 한다. 이때, 건조 어셈블리(130)는 그 중심부 온도를 전/후반부의 온도에 비해 높게 형성되도록 하며 중심부 온도는 가열/건조를 위한 최대치가 형성되도록 한다
자외선램프(140)는 건조 어셈블리(130) 내의 상측부에 일정간격으로 다수 설치한다.
다음으로, 광촉매 코팅부재(10)의 표면을 AIR나, 물·세제 등의 세척제, 알코올 및 솔벤트 등으로 깨끗하게 세척하여 불순물을 제거한다. 이는 코팅부재(10)에 광촉매의 코팅피막을 용이하게 형성되게 할 뿐만 아니라 광촉매의 손실을 최소화할 수 있게 한다.
광촉매 코팅부재(10)로는 폴리카보네이트 시트, 알루미늄 불소 패널, 알루미늄 복합패널 및 SHEET판넬, 아연도 불소 패널, 법랑 패널, STS 패널(스테인리스 패널) 및 착색패널 등의 패널부재와 타일, 유리, 커튼, 버티칼, 블라인드, 금속천장재 등이 사용되며 사용용도에 따라 어느 하나를 선택 사용하면 된다.
상기와 같이 광촉매 코팅피막자재의 제조장치(100)가 설치되고 광촉매 코팅부재(10)의 세척이 완료되면, 광촉매 코팅 형성을 위한 코팅부재(10)를 일정 전송속도로 작동하는 컨베이어(110) 상에 투입한다.
컨베이어(110) 상에 투입된 광촉매 코팅부재(10)는 광촉매 분사 어셈블리(120)의 코팅실(121) 내로 유입되고 광촉매 공급부(123)로부터 광촉매 액상 30~100cc/min 및 공기압 공급부(124)로부터 공기압 1~7kg/㎠을 제공받은 분사노즐(122)에 의해 광촉매가 분사되어 광촉매 코팅부재(10)의 표면을 도포, 즉 광촉매의 피막 형성을 이루어지게 한다.
이때, 분사노즐(122)은 0.2~1.0mm인 분사직경과 1~7kg/㎠인 공기압 및 좌우 왕복작동을 위한 20shuttle/min의 셔틀 주파수에 의해 광촉매 피막 두께를 0.5∼1㎛로 유지되게 한다.
여기서, 피막 형성에 사용되는 광촉매로는 TiO2, ZnO, CdS, WO3 등 여러 종류를 사용할 수 있지만, 광(光) 여기반응을 일으키는데 필요한 에너지가 387.5nm 정도로 태양광으로부터 충분한 에너지를 받을 수 있고 화학적으로 안정하며 인체에 무해한 점 등 물성이 우수할 뿐만 아니라 염소나 오존보다 높은 산화력을 갖고 있어 강력한 살균력과 모든 유기물을 이산화탄소와 물로 분해할 수 있는 능력이 있는 산화티타늄(TiO2)을 사용하는 것이 바람직하다.
광촉매의 피막 형성이 이루어진 광촉매 코팅부재(10)는 컨베이어(110)의 전송속도에 의해 이동되어 건조 어셈블리(130) 내로 유입되고 열에너지의 공급에 의한 광촉매로서의 기능성 건조가 시작되는데, 사용되는 광촉매 코팅부재(10)의 종류에 따라 건조 어셈블리(130)의 온도를 다르게 설정하여 광촉매의 기능성과 밀착성 및 경도가 최적화되도록 한다.
여기서, 건조 어셈블리(130)의 온도조건으로는 광촉매 코팅부재(10)가 폴리카보네이트 시트·알루미늄 복합패널 및 SHEET판넬·착색 패널인 경우 20~40℃로 설정하고, 커튼·버티칼·블라인드·금속천장재인 경우 20~30℃로 설정하고, 아연도 불소 패널인 경우 30~50℃로 설정하고, STS 패널인 경우 60~80℃로 설정하며, 법랑 패널·타일·유리인 경우 500~600℃로 설정하는 것이 바람직하다.
나아가, 열에너지의 공급과 더불어 자외선램프(140)에 의한 빛에너지(특히 315nm~400nm인 장파 A영역의 자외선)가 공급되어 광촉매의 코팅피막효율을 향상시킴은 물론 광촉매의 활성화를 촉진되게 한다. 이는 광촉매의 기능성과 밀착성 및 경도의 증대효과를 발휘한다.
그래서, 광촉매 분사 어셈블리(120) 및 건조 어셈블리(130)를 통과하면 광촉매의 피막 밀도 및 밀착성이 좋아지고 광촉매의 기능성 및 경도가 증대되어 장기간의 효과를 발휘할 수 있을 뿐만 아니라 저가공급이 가능한 광촉매 코팅피막자재(20)가 완성된다.
이렇게 제조된 본 발명의 광촉매 코팅피막자재(20)는 주로 건축자재용 내/외장재 및 생활용품으로 사용할 수 있으며 자정효과(self-cleaning), 오염방지효과 및 살균효과 등의 기능을 발휘하게 된다.
한편, 본 발명에 의해 제조된 광촉매 코팅피막자재(20)에 대하여 자정효과를 확인하기 위해 잉크분해시험을 실시하였으며 그 결과를 도 4 및 도 5를 참조하여 살펴보면 다음과 같다.
[잉크분해시험]
1. 시험방법 : 하나의 시험부재(법랑패널) 상에 좌측부는 광촉매 코팅피막을 형성시키지 않은 일반적인 상태로 두고 우측부는 본 발명에 의한 광촉매의 코팅피막이 형성된 상태로 구획한 후 동일한 잉크를 도포하여 시간경과에 따른 잉크분해능력을 테스트하였다. 이때, 광택은 96∼98을 유지하게 하였으며, 마스킹용 동전을 경계지역에 위치하게 하였다.
2. 시험결과 : 잉크를 도포한 후 20분이 경과된 때부터 광촉매의 코팅피막이 형성된 상태의 우측부에서 잉크가 연해져 잉크분해가 시작됨을 확인할 수 있고, 1시간 20분이 경과된 때부터는 잉크분해의 촉진에 따라 광촉매의 피막이 형성되지 않은 일반적인 상태의 좌측부와 확연하게 구분됨이 보였으며 계속적인 시간 경과시 좌측부와 우측부가 더욱 뚜렷하게 차이를 나타내었다.
한편, 본 발명에 따른 광촉매 코팅피막자재의 제조 방법 및 장치는 첨부된 도면 및 상술한 바와 같은 구체적인 실시예에 의하여 특별히 제한되는 것은 아니며 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 적용이 가능함은 자명하다 할 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 광촉매 코팅피막자재의 제조 방법 및 장치에 의하면, 광촉매 코팅피막을 위한 광촉매 분사 어셈블리와 광촉매로서의 기능성 발휘 및 경도를 위한 건조 어셈블리의 운영조건을 최적으로 하되 자외선램프에 의한 자외선 조사를 통하여 광촉매의 활성화를 촉진되게 함으로써 광촉매의 손실을 최소화시키면서 피막 밀도 및 밀착성을 높일 수 있고 광촉매의 기능성 발휘 및 경도를 증대시킬 수 있으며 장기간의 광촉매 효과를 유지할 수 있을 뿐만 아니라 광촉매 코팅피막자재의 제작단가를 낮출 수 있는 유용한 효과가 있다.
따라서, 본 발명의 광촉매 코팅피막자재의 제조 방법 및 장치에 의해 제조되는 폴리카보네이트 시트, 알루미늄 불소 패널, 알루미늄 복합패널 및 SHEET판넬, 아연도 불소 패널, 법랑 패널, STS 패널(스테인리스 패널) 및 착색패널 등의 패널부재와 타일, 유리, 커튼, 버티칼, 블라인드, 금속천장재 등의 광촉매 코팅피막자재는 광촉매 효과의 장기간 발휘가 가능하고 반영구적으로 사용할 수 있으며 저렴한 공급이 가능하여 적용범위의 확대를 기할 수 있는 이점을 지니게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 광촉매 코팅피막자재의 제조장치를 나타낸 전체 구성도.
도 2는 도 1의 장치 중 광촉매 분사 어셈블리를 나타내는 상세도.
도 3은 본 발명에 따른 광촉매 코팅피막자재의 제조장치를 나타낸 정면도.
도 4 및 도 5는 본 발명의 잉크분해시험 결과를 나타낸 사진.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: 광촉매 코팅부재 20: 광촉매 코팅피막자재
100: 광촉매 코팅피막 제조장치 110: 컨베이어
120: 광촉매 분사 어셈블리 121: 코팅실
122: 분사노즐 123: 광촉매 공급부
124: 공기압 공급부 130: 건조 어셈블리
140: 자외선램프

Claims (10)

  1. 폴리카보네이트 시트, 알루미늄 불소 패널, 알루미늄 복합패널 및 SHEET판넬, 아연도 불소 패널, 법랑 패널, STS 패널, 착색패널, 타일, 유리, 커튼, 버티칼, 블라인드, 금속천장재 중에서 선택되는 어느 하나의 광촉매 코팅부재를 세척하여 불순물을 제거하고,
    광촉매 도포를 위한 분사노즐의 공기압 및 직경은 각각 1∼7kg/㎠, 0.2∼1.0mm인 광촉매 액상을 분사하는 분사노즐을 통해 상기 광촉매 코팅부재에 광촉매 액상을 균일하게 도포하여 상기 광촉매 코팅부재에 도포되는 광촉매의 피막 두께는 0.5∼1㎛이 되도록 광촉매의 피막을 형성되게 한 후,
    상기 광촉매 코팅부재가 폴리카보네이트 시트·알루미늄 복합패널 및 SHEET판넬·착색 패널인 경우 20~40℃, 커튼·버티칼·블라인드·금속천장재인 경우 20~30℃, 아연도 불소 패널인 경우 30~50℃, STS 패널인 경우 60~80℃, 법랑 패널·타일·유리인 경우 500~600℃로 설정하는 조건의 건조 어셈블리에서 광촉매 피막이 형성된 상기 광촉매 코팅부재를 가열/건조시키되,
    자외선램프에 의해 그 파장이 315nm~400nm의 장파 A영역인 자외선 조사를 통하여 상기 광촉매 코팅부재에 코팅된 광촉매의 피막을 활성화시켜 광촉매 코팅피막자재를 제조하는 것을 특징으로 하는 광촉매 코팅피막자재의 제조방법.
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  7. 광촉매 코팅피막을 위한 코팅부재(10)를 일정 전송속도로 이동시키는 컨베이어(110)와;
    상기 컨베이어(110)에 의해 이송되는 상기 광촉매 코팅부재(10)에 광촉매 액상을 균일하게 분사하여 광촉매 피막을 형성시키되, 외부의 물리적인 요인으로부터 보호하여 광촉매 피막효율을 향상시키기 위한 코팅실(121)과 상기 코팅실(121) 내부에 위치하여 광촉매 액상을 분사하며 왕복운동을 위한 셔틀 주파수 10∼40shuttle/min 및 분사직경 0.2∼1.0mm를 갖는 분사노즐(122)과 상기 분사노즐(122)에 연결되어 광촉매 액상을 20∼50cc/min의 공급조건으로 공급하는 광촉매 공급부(123) 및 상기 분사노즐(122)에 연결되어 광촉매 액상을 1∼7kg/㎠의 공기압으로 제공하는 공기압 공급부(124)로 구성되어 있는 광촉매 분사 어셈블리(120)와;
    상기 컨베이어(110)의 연장 위에 설치되며 상기 광촉매 분사 어셈블리(120)를 통해 광촉매의 코팅피막이 형성된 상기 코팅부재(10)에 열에너지를 공급하여 가열/건조시키는 건조 어셈블리(130)와;
    상기 건조 어셈블리(130)의 내부 상측에 설치되며, 광촉매의 코팅피막이 형성된 상기 광촉매 코팅부재(10)에 그 파장이 315nm~400nm의 장파 A영역인 자외선의 빛에너지를 공급하여 광촉매의 활성화를 촉진시키는 자외선램프(140)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광촉매 코팅피막자재의 제조장치(100).
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