KR100834770B1 - 합성수지 판넬의 광촉매 코팅방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 합성수지 판넬의 광촉매 코팅방법에 관한 것으로, 유기용매와 산의 혼합물을 물로 가수분해한 다음, 티타늄 화합물을 첨가하여 수열반응시켜 수열 졸을 얻는 단계, 티타늄 화합물 및 유기용매를 물과 혼합한 다음, 가온 후 산을 첨가하는 수계합성반응을 통해 수계 졸을 얻는 단계, 상기 수열 졸과 수계 졸을 2:1~7:1(중량비)로 혼합하여 광촉매 졸을 얻는 단계 및 상기 광촉매 졸을 사용하여 합성수지 판넬을 코팅시키는 단계로 이루어진 것이다.
상기 본 발명의 광촉매 코팅방법으로 얻어진 합성수지 판넬은 오염 방지(self-cleaning), 탈취, 공기정화, 항균작용 등의 기능을 갖는 기능성 건축 내외장재로 사용될 수 있는 것이다.
광촉매, 합성수지, 폴리카보네이트 판넬, self-cleaning

Description

합성수지 판넬의 광촉매 코팅방법{Photocatalyst Coating Method Of Plastic Panel}
도 1은 본 발명의 합성수지 판넬의 포름알데히드 가스 분해능 시험 결과 그래프
도 2는 본 발명의 합성수지 판넬의 내구성 시험 전의 결과를 나타낸 사진
도 3은 본 발명의 합성수지 판넬의 내구성 시험 200시간 후의 결과를 나타낸 사진
본 발명은 합성수지 판넬의 광촉매 코팅방법에 관한 것으로, 좀더 상세하게는, 유기용매와 산의 혼합물을 물로 가수분해한 다음, 티타늄 화합물을 첨가하여 수열반응시켜 수열 졸을 얻는 단계, 티타늄 화합물 및 유기용매를 물과 혼합한 다음, 가온 후 산을 첨가하는 수계합성반응을 통해 수계 졸을 얻는 단계, 상기 수열 졸과 수계 졸을 2:1~7:1(중량비)로 혼합하여 광촉매 졸을 얻는 단계 및 상기 광촉 매 졸을 사용하여 합성수지 판넬을 코팅시키는 단계로 이루어진 것이다.
상기 본 발명의 광촉매 코팅방법으로 얻어진 합성수지 판넬은 오염 방지(self-cleaning), 탈취, 공기정화, 항균작용 등의 기능을 갖는 기능성 건축 내외장재로 사용될 수 있는 것이다.
합성수지, 예컨대 폴리카보네이트로 만들어진 판넬은 건축 내외장재로 최근 들어 많이 사용되고 있다.
폴리카보네이트 판넬이 건축 외장재로 사용될 경우, 자동차 매연이나 부유분진 등에 의해 표면 오염이 심하여 주기적으로 세척작업을 하여야 하나, 건물의 지붕 등에서는 그 세척이 어려울 뿐만 아니라 소요비용도 막대하다. 건축 외장재 표면은 고착된 오염물질의 세정작업에 사용되는 연마제에 의하여 손상되어 오염이 더 심화되어 건축물의 미관을 크게 훼손시킬 수 있다.
폴리카보네이트 판넬이 건축 내장재로 사용될 경우, 그 표면이 정전기로 인해 먼지 등이 쌓여 오염될 뿐 아니라, 세균이 증식되어 인간의 호흡기 질환 및 위생에 유해 요소로 작용하고 있다.
이러한 문제점을 극복하기 위하여, 최근에 이산화티탄 등의 광촉매가 코팅된 폴리카보네이트 판넬이 개발되어 왔으나, 사용된 이산화티탄 코팅액은 도포한 후 100℃ 이상의 고온에서 열처리를 해야 하거나, 코팅액에 분산되어 있는 이산화티탄 입자가 균질하지 않아서 도포 후 폴리카보네이트 판넬에 형성된 코팅층의 투명도가 떨어지는 문제점이 있었다. 또한 종래의 이산화티탄 코팅액의 pH가 강산성이여서 코팅 과정 등의 작업이 작업자에게 매우 유해하였다.
본 발명자들은 이와 같은 종래의 이산화티탄 코팅된 폴리카보네이트 판넬 및 그 제조방법의 문제점을 해결하고자 연구를 계속한 결과, 중성의 투명한 상온경화형 이산화티탄 코팅액이 코팅되어 오염방지, 탈취, 공기정화 및 항균 작용을 갖는 합성수지 판넬을 발명하기에 이르렀다.
본 발명의 목적은 투명한 이산화티탄 코팅층을 갖고, 오염방지, 탈취, 공기정화 및 항균 작용을 갖는 합성수지 판넬의 광촉매 코팅방법으로서, 합성수지 판넬에 중성의 투명한 상온경화형 이산화티탄 코팅액을 도포하여 코팅층을 형성하고, 상온에서 건조하여 형성된 코팅층을 경화시키는 것으로 이루어지는 합성수지 판넬의 광촉매 코팅방법을 제공하는 것이다.
상기한 과제를 위하여 본 발명은 유기용매와 산의 혼합물을 물로 가수분해한 다음, 티타늄 화합물을 첨가하여 수열반응시켜 수열 졸을 얻는 단계, 티타늄 화합물 및 유기용매를 물과 혼합한 다음, 가온 후 산을 첨가하는 수계합성반응을 통해 수계 졸을 얻는 단계, 상기 수열 졸과 수계 졸을 2:1~7:1(중량비)로 혼합하여 광촉매 졸을 얻는 단계 및 상기 광촉매 졸을 사용하여 합성수지 판넬을 코팅시키는 단계로 이루어진 것이다.
상기 본 발명에 따르면, 중성의 투명한 상온경화형 광촉매 졸(이산화티탄) 코팅액이 코팅되어 오염방지, 탈취, 공기정화 및 항균 작용을 갖는 합성수지 판넬이 제공된다.
본 발명에서 사용되는 중성의 투명한 상온경화형 광촉매 졸 코팅액은 나노미립자 형태의 이산화티탄이 1 ~ 5중량%로 분산되어 있고, 산촉매로 많이 사용되는 무기산 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는 안정화제 0.1중량% 이상, 상기 안정화제를 중화시킬 수 있는 양의 염기성 용액, 및 나머지로는 용매인 물 또는 알코올을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 알코올은 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올과 같은 C1-C4의 저급 알코올이 바람직하다.
상기 안정화제는 바람직하기는 산촉매로 많이 사용되는 질산, 염산 등의 무기산이나 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 안정화제의 첨가량은 안정화제의 분자량에 따라 달라질 수 있으며, 대체로 생성되는 광촉매 졸을 100중량%로 할때, 0.1중량% 이상이면 되는데, 0.1중량% 이하이면 안정화 작용이 충분하지 않아 입자가 커지게 된다. 바람직하게는 1~3중량%로 첨가하는 것이 좋은데, 3중량% 이상이면 비용이 많이 들게 된다.
상기 염기성 용액으로는 가성소다, 물유리 등 염기성 화합물, 암모니아 또는 알루미늄 이온과 같은 다가 양이온성 염기성 화합물 등을 들 수 있다.
상기 광촉매 졸 코팅액은 추가로 나노미립자 형태의 유기규소화합물(SiO2), 알루미늄 산화물(Al2O3), 지르코늄산화물, 철화합물 또는 이들의 혼합물을 티타늄 화합물 함량 기준 1~50중량% 함유할 수 있다. 유기규소화합물을 추가로 포함할 경우, 코팅액의 합성수지 판넬에 대한 밀착성은 더욱 향상된다. 유기규소화합물 등은 생성된 콜로이드 용액내에서 분산된 TiO2 : SiO2 등의 비가 2:1 이하가 되도록 환산하여 첨가하는 것이 좋다.
상기 본 발명에서의 합성수지 판넬로는 폴리카보네이트(PC)를 비롯하여 폴리스티렌(PS), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리염화비닐(PVC) 수지, 강화플라스틱, 엔지니어링플라스틱 등의 다양한 판넬을 들 수 있다.
상기 본 발명에서 사용되는 티타늄 화합물은 티타늄(Ⅳ) 이소프로폭사이드 (테트라이소프로판올티탄), 티타늄(Ⅳ) 부톡사이드, 티타늄(Ⅳ) 에톡사이드 (티탄테트라에탄올레이트), 티타늄(Ⅳ) 메톡사이드, 티타늄(Ⅳ) 스티어레이트 또는 이들의 혼합물이다.
본 발명에서 광촉매 졸은 코팅액에서 생성되는 나노미립자 형태의 이산화티탄이 1~5중량%의 농도가 되도록 환산하여 첨가한다. 이산화티탄 나노미립자 분산량이 1중량% 이하이면 코팅시 적절한 코팅층이 형성되지 않고, 5중량% 이상을 분산시킨 용액은 분산된 이산화티탄 나노 콜로이드가 응집되어 입자가 커질 수 있으므로 상기 분산범위가 적절하다.
한편, 본 발명의 광촉매 졸을 사용하여 합성수지 판넬을 코팅시키는 단계에서의 코팅방법은 스프레이법이 바람직하고, 코팅층의 두께는 2.0㎛ 이하로 하는 것 이 바람직하다. 두께가 2.0㎛을 초과하면 도막을 형성하여 코팅층이 쉽게 벗겨진다.
본 발명에 의해 제조된 합성수지 판넬은 초 친수성인 이산화티탄 코팅층을 갖게 되어, 오염방지 효과가 있어서 비가 올 경우 오염물질이 자연적으로 제거되며, 청소시 물만으로 가능하다. 또한, 코팅층에서 이산화티탄은 10nm미만의 균일한 크기를 갖는 미립자의 형태로 있어서, 코팅층이 투명할 뿐 아니라, 광촉매의 표면적이 넓게 되어 빠른 시간에 효율적으로 탈취, 공기정화, 항균작용 및 오염방지 작용을 수행할 수 있는 것이다.
이하, 제조예, 실시예 및 시험예를 통하여 본 발명을 좀더 상세히 설명한다.
제조예 1 : 수열 졸 제조
수열 졸 합성을 위해 3L 95% 에틸알코올에 HNO3 (67%) 19g과 순수 63g을 첨가하여 가수분해 반응을 실시하였다. 그 후에 수열합성반응기에 투입한 후 티타늄 화합물 중 하나인 테트라티타늄이소프로폭사이드(TTIP)를 첨가하여 교반기의 회전속도를 1000rpm으로 고정한 후 다음과 같이 온도조건을 설정하였다.
150℃ 승온까지 1시간, 150℃에서 2시간 동안 수열합성을 실시한 후 실온까지 냉각시킨 후 배출구를 통해 1% 정도의 백색 산화티탄 분산졸을 제조하였다. 150℃에서 가해지는 용기내 압력은 10~15기압으로 확인되었다.
제조예 2 : 수계 졸 제조
수계 졸 합성을 위해 5L 반응기에 순수 1Kg에 티타늄 화합물 중 하나인 TTIP 177 .65g과 아세틸아세톤 65g을 투입하고 30분 동안 교반을 실시하며 가열장치(heating mantle과 hot plate)를 통해 온도를 조절하여 90℃까지 상승시켰다. 90℃에서 2시간을 유지시킨 후 HNO3 9.8g을 첨가한 후 2시간 동안 교반을 실시하였고, 이후에 12시간 동안 교반을 하면서 자연냉각을 시켜 yellow 색의 수계 졸을 제조하였다.
실시예 : 이산화티탄 코팅된 폴리카보네이트 판넬 제조
제조예 1, 2에서 제조된 이산화티탄 콜로이드 용액을 3:1~5:1의 혼합비로 혼합하여 광촉매 졸을 만들고, 이 졸을 1.3mm 크기의 다홀의 와류형 노즐이 장착된 스프레이로, 4Kg/cm2의 콤프레서 압력하에, 폴리카보네이트 판넬 (polygal)로부터 0.5 ~ 1m 거리를 두고 1 ~ 2회 분사하여 그 표면에 이산화티탄 코팅층을 형성한 후, 상온에서 2시간 이상 건조시켰다.
시험예 1 : 탈취(deodorization) 시험
상기 실시예에서 제조된 이산화티탄 코팅된 폴리카보네이트 판넬의 탈취 작용을 가스 검지관법으로 포름알데히드 가스에 대해 행하였고, 그 결과를 도 1에 나 타내었다. 도 1에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 폴리카보네이트 판넬은 시간이 경과함에 따라 우수한 탈취 작용을 나타냈다.
시험예 2 : 내구성 시험
상기 실시예에서 제조된 이산화티탄 코팅된 폴리카보네이트 판넬의 내구성 시험을 알아보기 위해 QUV weathering meter를 사용하여 200시간을 시험하였다. QUV 200시간은 옥외평가 1년과 같은 기준으로 정해졌다. 그 결과를 도 2 및 도 3에 나타내었다.
도 2는 본 발명의 합성수지 판넬의 내구성 시험 전의 결과, 도 3은 200시간 후의 결과를 나타낸 사진이다.
도면에서와 같이, 200시간이 지난 후에도 친수효과가 나타나, 본 발명에 따른 폴리카보네이트 판넬은 우수한 내구성을 가졌음을 확인할 수 있었다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 광촉매 졸(이산화티탄)이 코팅된 합성수지 판넬은 투명하고 광촉매 활성이 우수하여 오염방지, 탈취, 공기정화, 항균작용 및 오염방지 작용을 수행할 수 있는 다기능성 건축 내외장재로 사용될 수 있다. 또한 본 발명의 제조방법은 사용되는 코팅액이 중성이여서 작업환경이 우수하고 또한 상온에서 경화되므로 열처리 없이 단지 건조시키는 것만으로 작업이 이루어지므로 그 과정이 매우 간략하게 된다.

Claims (7)

  1. 유기용매와 산의 혼합물을 물로 가수분해한 다음, 티타늄 화합물을 첨가하여 수열반응시켜 수열 졸을 얻는 단계;
    티타늄 화합물 및 유기용매를 물과 혼합한 다음, 가온 후 산을 첨가하는 수계합성반응을 통해 수계 졸을 얻는 단계;
    상기 수열 졸과 수계 졸을 2:1~7:1(중량비)로 혼합하여 광촉매 졸을 얻는 단계; 및
    상기 광촉매 졸을 사용하여 합성수지 판넬을 코팅시키는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 합성수지 판넬의 광촉매 코팅방법
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 티타늄 화합물이 티타늄(Ⅳ) 이소프로폭사이드 (테트라이소프로판올티탄), 티타늄(Ⅳ) 부톡사이드, 티타늄(Ⅳ) 에톡사이드 (티탄테트라에탄올레이트), 티타늄(Ⅳ) 메톡사이드, 티타늄(Ⅳ) 스티어레이트 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 합성수지 판넬의 광촉매 코팅방법
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 수열반응에서의 유기용매는 메탄올, 에탄올, 이소프로판올 또는 부탄올이고, 수계합성반응에서의 유기용매는 아세틸아세톤인 것을 특징으로 하는 합성수지 판넬의 광촉매 코팅방법
  4. 제 1 항에 있어서,
    얻어지는 광촉매 졸의 티타늄 화합물의 함량은 중량비로 1~5%인 것을 특징으로 하는 합성수지 판넬의 광촉매 코팅방법
  5. 제 1 항 내지 제 4 항의 어느 한항에 있어서,
    상기 광촉매 졸은 추가로 나노미립자 형태의 유기규소화합물, 알루미늄산화물, 지르코늄산화물, 철화합물 또는 이들의 혼합물을 티타늄 화합물 함량 기준 1~50중량% 함유한 것을 특징으로 하는 합성수지 판넬의 광촉매 코팅방법
  6. 삭제
  7. 제 1 항 내지 제 4 항의 어느 한 항의 코팅방법으로 얻어진 광촉매 코팅 합성수지 판넬
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