KR101051919B1 - 산화티탄 분말이 부착된 유리구조체 - Google Patents

Abstract

유리 자체의 특성을 활용하고, 광촉매 기능을 적용할 수 있도록 산화티탄 분말을 유리구조체의 표면에 부착할 수 있는 산화티탄 분말이 부착된 유리구조체를 제공한다. 그 유리구조체는 열을 가하면 일정한 녹는점에 보이지 않고 점성이 감소하면서 액체상태로 변환되는 기재에서 일부가 노출되도록 기재에 부착된 미세한 동공을 가진 다공성 담체 및 다공성 담체에 담지된 산화티탄 분말을 포함한다.

유리구조체, 산화티탄, 다공성 담체

Description

산화티탄 분말이 부착된 유리구조체{Glass structure attached titanium dioxide powder}

본 발명은 산화티탄 분말이 부착된 유리구조체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 표면에 광촉매인 산화티탄(TiO₂)의 특성을 구현하기 위하여 산화티탄 분말이 부착된 유리구조체에 관한 것이다.

유리구조체는 우리 생활 전반에 걸쳐 사용되는 물품의 중요한 재료 중의 하나이다. 유리구조체는 내구성이 우수하고, 화학적으로 안정하여 인체에 무해한 특성이 있다. 또한, 유리구조체의 투명한 특성은 건축물의 내외장재, 차량, 의료기구, 식기, 포장용기 등 수많은 분야에 활용될 수 있다. 특히, 최근의 웰빙 열풍을 타고 인체에 해가 없는 내열성의 유리구조체를 전자렌지용 용기나 젖병으로 사용하는 사례도 늘어나고 있다.

광촉매인 산화티탄은 흰색분말로 태양광 등으로부터 방사되는 자외선으로 활성화 되어 공기 중의 산소나 물로부터 활성산소를 발생시키며, 이 활성산소는 물질의 표면이나 공기 중의 유기 오염물질을 분해하여 공기정화, 항균, 탈취기능 등을 수행하는 것으로 알려져 있다.

따라서, 앞서 살펴본 유리구조체의 표면에 산화티탄 분말을 부착하면 광촉매의 효과를 발휘할 수 있는 유리구조체를 제조할 수 있다. 그러나 유리는 표면이 매끄럽고 경도가 크며 깨지기 쉬운 성질을 가지므로 산화티탄 분말을 직접 부착하기 곤란하다. 직접 부착하는 방법 외에 바인더를 이용하여 유리구조체 표면을 코팅하는 방법을 고려해 볼 수 있겠으나, 이 방법은 코팅층이 유리 자체의 특성을 활용하기 어렵게 만들고, 바인더 층에 산화티탄이 묻혀 광촉매의 기능을 충분히 발휘할 수 없을 뿐 아니라, 바인더 수지가 유기물인 경우 산화티탄 분말이 바인더까지 분해하는 문제점이 있다.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 유리 자체의 특성을 활용하고, 광촉매의 기능을 발휘할 수 있는 산화티탄 분말을 표면에 부착한 유리구조체를 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 유리구조체는 온도를 가하면 일정한 녹는점이 보이지 않고 점성이 감소하면서 액체상태로 변화되는 기재, 상기 기재에 부착된 미세한 동공을 가진 다공성 담체 및 상기 다공성 담체에 담지된 산화티탄 분말을 포함한다.

본 발명의 유리구조체에 있어서, 상기 기재는 평활한 면을 가진 평판형, 금 형의 형상대로 나타난 금형용, 일체로 된 통형 또는 미세기공을 가진 다공형 중에 선택된 어느 하나의 형태를 갖거나 상기 형태들이 조합되어 이루어질 수 있다.

본 발명의 바람직한 유리구조체에 있어서, 상기 담체는 상기 기재의 표면에 부착되거나 상기 기재의 내부에 일부가 박혀 있고 나머지는 상기 기재의 표면에 노출될 수 있다.

본 발명의 유리구조체에 의하면, 산화티탄은 담체에 담지된 상태로 유리구조체의 표면에 부착되어 유리의 특성은 그대로 유지하고, 산화티탄 분말은 외부로 드러나 외부의 물질과 직접 반응할 수 있도록 넓은 표면적을 확보함으로써 산화티탄 분말의 광촉매로서의 기능을 효율적으로 발휘할 수 있다. 따라서 산화티탄 분말의 기능을 목적으로 하는 모든 유리구조체에 본 발명을 적용할 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예들은 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.

본 발명의 실시예는 산화티탄 분말이 담체(carrier)에 담지되어 유리구조체의 표면에 부착된 구조체 및 이를 구현하는 방법을 제시할 것이다. 또한, 상기 산화티탄 분말이 부착된 유리구조체의 활용방법을 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 유리구조체를 개념적으로 설명하기 위한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 유리구조체는 기재(10), 기재(10)의 표면에 부착된 담체(20) 및 담체(20)에 담지된 산화티탄 분말(30)을 포함한다. 산화티탄 분말(30)은 이온교환법 또는 습식법 등에 의해 담체(20)에 담지된다. 산화티탄 분말(30)이 담지된 담체(20)는 열에 의해 기재(10)의 표면에 결합되는데 도시한 바와 같이 일부는 기재(10) 내에 묻히고, 일부는 기재(10) 밖으로 노출될 수 있다.

본 발명을 구성하는 기재(10)는 일반적으로 깨지기 쉬운 딱딱한 재질로서, 상온에서 질이 치밀하여 흡수성, 통수성, 통기성 등이 없다. 그러나 열을 가하여 일정한 온도영역에 도달하면 고무와 같이 부드러운 재질로 되며, 계속 열을 가하면 유체와 같은 상태가 될 수 있다. 이때, 기재(10)는 종류에 따라 특유의 온도에서 점성이 감소하며 부드럽게 변하는데 이때의 온도를 유리전이온도라고 한다.

통상적으로 기재(10)는 유리를 적용할 수 있으며, 일반적인 유리는 조직을 구성하는 망목(網目) 형성물질과 이와 결합하여 유리의 특수한 성질을 나타내는 보조물질인 망목수식산화물로 이루어진다. 이때, 망목형성물질에 따라 규산염 유리, 붕규산 유리, 인산염 유리 등으로 나뉘며 그 중 규산염 유리가 가장 널리 사용된다. 또한, 망목수식산화물은 상기 유리의 용해성, 착색, 투명도, 내구성, 전도도 등의 특성을 부여하는 물질로서 나트륨, 칼륨과 같은 알칼리 금속이나 마그네슘, 칼슘, 바륨과 같은 알칼리 토금속의 산화물이 해당한다. 예를 들면, 소다(Na₂O), 석회(CaO), 산화마그네슘(MgO) 등이 있다. 그 외에도 납산화물, 알루미나(Al₂O₃)와 같 은 알루미늄 산화물 등도 망목수식산화물로 쓰인다.

담체(20)는 제올라이트, 실리카, 알루미나, 인산지르코늄 등의 세라믹 물질로 이루어진 것이 바람직하며, 경우에 따라 다공성 금속으로 할 수 있다. 즉, 다공성 물질은 담체(20)로 이용할 수 있고, 담체(20)에 형성된 동공에 본 발명에 적용되는 산화티탄 분말(30)을 담지할 수 있다. 이때, 담체(20)에 담지된 산화티탄 분말(30)은 담체(20)에 결합된 것이 아니므로 용액과 만나면 산화티탄 분말(30)의 일부가 용액 상으로 빠져 나올 수 있다.

광촉매인 산화티탄 분말(30)은 흰색분말로 태양광 등으로부터 방사되는 자외선으로 활성화 되어 공기 중의 산소나 물로부터 활성산소를 발생시켜 공기정화, 항균 작용을 한다. 상세하게는, 산화티탄은 N형 반도체로서 자외선을 쪼이면 전자 정공이 형성된다. 상기 정공은 표면의 수분과 반응하여 강력한 산화력을 가지는 히드로키실 라디칼(H₃O₂ ^-)을 생성한다. 상기 히드로키실 라디칼은 산화력이 매우 강하여 대부분의 유기물을 탄소기체와 수분으로 분해한다. 따라서 공기중 이나 물속의 오염물질을 제거하여 항균, 탈취 기능을 수행할 수 있다.

도 2는 본 발명의 유리구조체를 제조하는 방법을 나타낸 단면도이다. 여기에서 제시하는 방법은 유리구조체인 평판형 기재(130)에 산화티탄 분말(30)이 담지된 담체(20)를 부착하는 것이다. 이때, 유리구조체는 도 1을 참조한다.

일반적으로 유리를 제조하는 공정을 살펴보면, 먼저 유리성형에 적합한 원료들을 일정한 비율로 배합하고, 충분히 섞여진 배합원료를 1500℃ 이상의 온도로 가 열하여 성형이 가능한 형태로 용융하는 공정을 거친다. 다음으로, 제품을 성형하기에 적절히 용융된 원료는 정해진 중량만큼 나누어져 각종 성형기계를 이용하여 제품으로 성형 된다. 이때, 용융되었던 배합원료는 급랭하면 그 구조가 불규칙해지는데 유리가 단단하지만 액체인 특성에 기인한다.

이에 따라, 급랭하여 불규칙한 구조를 갖게 된 성형물은 어닐링(Annealing)공정을 거치게 되는데, 즉, 급랭한 유리 성형물을 다시 어닐링 포인트(Annealing Point)인 일정 온도로 가열한 다음 그 온도가 유지되는 로(furnace) 안에서 서랭하여 불균일한 구조를 없앨 수 있다. 상기 서랭공정을 거친 유리는 투명성을 유지하며 강한 강도를 가지게 된다. 본 발명의 범주에 적용되는 공정은 상술한 것 외에도 여러 가지 일 수 있다.

도 2를 참조하면, 지지대(150) 상에 일정한 간격을 두고 배치된 롤러(140) 위에 기재(130)가 놓여 있으며, 이동하거나 정지되어 있다. 이와 같은 장치는 기재인 유리를 가열하거나 서랭하는 로의 안에 배치될 수 있다. 이때, 기재(130)인 유리는 적정하게 가열되어 있는 상태로 유연성을 가지는 연질층(132)과 유연성을 갖지 않는 경질층(131)으로 나누어진다. 즉, 유리는 가해지는 직접 열이 가해진 부분부터 서서히 점성이 감소되어 유연성을 갖게 된다. 따라서, 이와 같이 유연성을 갖게 된 연질층(132)은 본 발명의 담체(20)가 유리와 부착할 수 있는 부분이 된다. 특히, 담체(20)는 다공성 물질이므로 연질층(132)과 쉽게 결합할 수 있다.

기재(130) 위에 일정 간격이 떨어진 위치에는 산화티탄 분말(30)을 담지한 담체(20)를 분사하여 부착시킬 수 있는 장치를 배치한다. 상기 장치는 산화티탄 분 말(30)이 담지된 담체(20)을 저장하는 저장부(110), 저장부(110)에 저장된 담체(20)에 압력을 주어 기재(130) 쪽으로 밀어내는 가압부(100) 및 담체(20)를 기재(130)에 분사하는 분사부(120)를 포함한다.

연질층(132)에는 상기 장치의 압력에 의해 분사되는 산화티탄 분말(30)을 담지한 담체(20)가 박히게 되며, 이후 일정한 조건에서 담체(20)는 기재(130)와 결합한다. 이때, 분사부(120)는 상하좌우로 움직이거나 회전할 수 있도록 하여 평판형 기재(130)의 크기나 형상 또는 용도에 따라 적절한 밀도로 담체(20)를 공급할 수 있다.

연질층(132)에 박힌 담체(20)는 열에 의해 연질층(132)과 결합한다. 다시 말해, 담체(20)는 제올라이트, 실리카, 알루미나, 인산지르코늄과 같은 세라믹 물질이므로 동일한 세라믹 물질인 유리와 열에 의해 쉽게 결합한다. 구체적으로, 담체(20)는 가열된 연질층(132)에 닿으면서 열에 의해 녹아 연질층(132)과 융합되거나, 연질층(132)의 일부가 담체(20)의 동공으로 들어가 굳음으로써 융합될 수 있다.

연질층(132)의 두께는 유리와 담체의 종류 및 가압부(100)에서 가해지는 압력에 따라 다르게 할 수 있다. 예를 들어, 담체(20)와 연질층(132)의 결합이 쉬운 조합이라면 연질층(132)의 두께를 얇게 할 수 있고, 반대로 결합이 다소 어려운 조합이라면 연질층(132)의 두께를 두껍게 하여 결합력을 증가시킬 수 있다. 또한, 담체(20)에 포함된 산화티탄 분말(30)의 사용되는 비율을 최대화하기 위하여 담체(20)가 연질층(132)에 박히는 깊이를 작게 하는 것이 바람직하다.

경우에 따라, 본 발명의 담체(20)는 가압부(100)없이 자체 무게에 의한 자유낙하에 의해 연질층(132)에 박힐 수 있다. 즉, 가압부(100)를 포함하지 않는 간단한 구조의 장치로도 담체(20)를 연질층과 결합시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 적용되는 기재(10)는 평판형의 기재(130)만을 제시하였으나 본 발명의 범주에서 유리구조체의 용도에 따라 굴곡형 또는 가능한 모든 형태를 적용할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 유리구조체가 응용되는 방법을 사례를 들어 설명할 것이다. 여기서는 본 발명의 유리구조체를 응용하는 분야의 일부를 예시한 것에 불과하므로 본 발명의 범주에서 다양한 분야에 적용할 수 있을 것이다.

도 3은 본 발명의 유리구조체를 응용하는 분야의 사례를 나타낸 사시도이다.

여기서 제시하는 응용분야는 금형용 기재(200)에 산화티탄 분말(30)이 담지된 담체(20)를 부착하는 것이다. 이때, 유리구조체 및 담체(20)를 공급하는 장치에 대한 설명은 도 1 내지 도 2를 참조한다.

도 3에 따르면, 금형용 기재(200)는 분리된 금형(300)에 의해 기재(200)를 고정하고 이를 열에 의해 접합하여 용기 등을 제조하는 과정에 적용될 수 있다. 금형용 기재(200)는 앞서 설명한 기재와 같이 경질층(210)과 연질층(212)으로 나누어 진다.

또한, 산화티탄 분말(30)이 담지된 담체(20)가 유리구조체인 금형용 기재(200)에 부착되는 방식은 앞서 설명한 평판형 기재(도 2의 130)에서와 같다. 이때, 담체(20)는 분사하는 장치의 가압부(100)의 압력을 조절하고, 분사부(120)를 상하좌우로 움직이거나 회전하도록 하여 금형용 기재(20)의 표면에 적절한 밀도, 적절한 깊이로 부착될 수 있다.

상기 방법으로 만들어진 산화티탄 분말(30)이 부착된 유리구조체는 건축용 내장재나 차량용 내장내의 일부로 사용되거나, 실내 장식용품, 이를테면 액자의 유리로 사용될 수 있다. 이때, 상기 유리구조체에 부착되어 있는 산화티탄은 자외선에 의하여 활성화되어 공기 중에 오염물질인 유기물을 분해하여 공기를 정화할 수 있다. 또한, 욕실의 내장재의 일부, 욕조 등에 적용할 수도 있다.

여기서, 유기물을 분해하는데 필요한 활성화 에너지는 약한 가시광선이나 자외선으로 1 ㎼/㎠ 이상의 세기이면 되므로 형광등이 켜진 실내 또는 흐린 날의 그늘에서도 충분히 얻을 수 있다.

이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정하지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하며 여러 가지 변형이 가능하다. 예를 들어 본 발명의 응용분야는 금형용 기재만을 예로 들었으나 블로잉 기법으로 만든 통형 기재 등 유리구조체로 만들 수 있는 모든 형태가 가능하며, 경우에 따라 유리구조체의 표면에 그루브, 홈 또는 홀을 형성하여 다양한 형태의 유리구조체를 형성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 산화티탄 분말이 부착된 유리구조체를 나타낸 단면도이다.

도 2는 도 1의 유리구조체의 제조방법을 나타낸 단면도이다.

도 3은 도 2의 응용분야의 사례를 나타낸 사시도이다.

*도면 주요부분에 대한 부호의 설명*

10: 기재 20: 담체

30: 산화티탄 분말 100: 가압부

110: 저장부 120: 분사부

130: 평판형 기재 131: 경질층

132: 연질층 140: 롤러

150: 지지대 200: 금형용 기재

210: 경질층 212: 연질층

300: 금형

Claims (3)

1. 온도를 가하면 일정한 녹는점이 보이지 않고 점성이 감소하면서 액체상태로 변화되는 기재;

   상기 기재에 부착된 미세한 동공을 가진 다공성 담체; 및

   상기 다공성 담체에 담지되고, 자외선에 의해 활성화되는 광촉매인 산화티탄 분말을 포함하고,

   상기 담체는 상기 기재의 내부에 일부가 박혀 있고 나머지는 상기 기재의 표면에 노출된 산화티탄 분말이 부착된 유리구조체.
2. 제1항에 있어서, 상기 기재는 평활한 면을 가진 평판형, 금형의 형상대로 나타난 금형용, 일체로 된 통형 또는 미세기공을 가진 다공형 중에 선택된 어느 하나의 형태를 갖거나 상기 형태들이 조합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 산화티탄 분말이 부착된 유리구조체.
3. 삭제

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