KR101133969B1 - 공기정화기능 벽지 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기정화기능 벽지 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 아래로부터 순차적으로 기재층, 인쇄층 및 공기정화코팅층을 포함하여 이루어진 벽지에 있어서, 상기 공기정화코팅층은 가시광선의 영역에서 활성화되는 가시광촉매로 코팅되었으며, 상기 가시광촉매는 용매, 티탄화합물, 킬레이트제, 금속화합물 및 산촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기정화기능 벽지에 관한 것이다.

본 발명에 의하면, 자외선뿐만 아니라 실내의 백열등, 형광등, LED 등과 같은 미약한 광량의 광원으로도 충분히 광촉매 작용을 발휘할 뿐만 아니라 지속효과가 우수하기 때문에 종래의 광량이 낮아 충분한 효과를 얻을 수 없었던 장소뿐만 아니라 여러 장소의 벽지에 사용이 가능하며, 벽지 외관에 손상을 주지 않음으로써 오랜기간 사용할 수 있는 벽지를 제공할 수 있다.

가시광촉매, 벽지, 공기정화, 킬레이트

Description

공기정화기능 벽지 및 그의 제조방법{Wallpaper with Deodorizing function and Method of Maunfacturing of the Wallpaper}

본 발명은 공기정화기능 벽지 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자외선, 태양광뿐만 아니라 실내의 백열등, 형광등과 같은 미약한 광량의 광원으로 충분히 광촉매 작용을 발휘할 수 있는 공기정화기능 벽지 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 벽지에 탈취 기능을 부여하는 방법으로는 기공이 많은 흡착제를 첨가하거나 광촉매를 사용하는 방법이 있다. 기공이 많은 흡착제를 벽지에 적용하는 경우 흡착제가 표면에 노출이 되어 효과를 발휘할 수 있다. 그러나 벽지에 흡착제를 부착시키기 위해서는 표면 코팅층에 첨가하여야 하고 이러한 경우 흡착제의 기공이 접착제에 의해 막혀 탈취 성능을 발휘할 수 없게 된다. 또한 흡착제의 크기는 일반적으로 수십 마이크로미터 정도이고 색상이 검정색이라, 벽지 표면에 코팅이 될 경우 인쇄성을 저하시키는 문제점을 가지고 있다.

쾌적한 실내환경을 조성하기 위하여 광촉매의 광활성을 이용하여 오염물질을 제거하는 방법이 제안되고 있으며, 그 중에서도 이산화티탄으로 대표되는 광촉매를 이용한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

이산화티탄계 광촉매는 상온에서 광에너지를 화학에너지로 변환시키는 환경 친화형의 재료로서 각광받고 있으며, 최근에는 실내공기질정화, 항균, 탈취 등의 분야에서 널리 응용되고 있고, 광활성의 향상을 위한 연구도 활발히 이루어지고 있다. 특히 광활성을 향상시키기 위한 방안으로 사용되는 방법은 이산화티탄을 나노단위로 초미립자화시키는 방법과 백금, 은, 니켈 등의 금속을 이산화티탄에 첨가시키는 방법이 검토되고 있다.

그러나 일반적인 광촉매 코팅은 자외선에서 반응이 효과적으로 일어나고 있으나, 일상생활에서는 가시광선에 노출되어 있기 때문에 큰 효과를 보기 힘들다. 또한 광촉매들은 표면 코팅액 속에 첨가되기 때문에 광촉매가 반응하게 되면 코팅액 내부에서 반응이 일어나 표면 노화현상을 일으킬 수도 있다. 또한, 자외선 감응형의 광촉매는 태양광하에서나 자외선 등의 조사하에서만 작용하므로 사용상 제한이 많은 것이 사실이고 광촉매 응용의 다양화와 확대에 걸림돌이 되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 제품 표면에 탈취가 가능한 공기 정화 코팅을 하여 포름알데히드 및 생활 악취를 제거 할 수 있는 벽지에 있어, 실내의 전등, 형광등, LED등과 같은 가시광선 영역의 낮은 에너지를 갖는 파장대 및 광의 조사량이 부족한 상태에서도 탈취 효과 유지하고, 일회성 효과가 아닌 지속적인 효과 유지하며, 스프레이 코팅으로 벽지의 노화현상을 일으키지 않으면서 탈취 효과 유지하면서도 벽지 외관에 손상을 주지 않는 공기정화기능 벽지를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위한 것으로, 아래로부터 순차적으로 기재층, 인쇄층 및 공기정화코팅층을 포함하여 이루어진 벽지에 있어서, 상기 공기정화코팅층은 가시광선의 영역에서 활성화되는 가시광촉매로 코팅되었으며, 상기 가시광촉매는 용매, 티탄화합물, 킬레이트제, 금속화합물 및 산촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기정화기능 벽지를 제공한다.

또한, 상기 가시광촉매는 바인더를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 바인더는 트리에틸오르소실리케이트, 감마글리시독시프로필트리메톡시실란 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 용매는 C1~C4의 알코올인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 알코올은 이소프로판올인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 티탄화합물은 티타늄(Ⅳ)이소프로폭사이드인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 킬레이트제는 에틸렌디아민 테트라아세트산(EDTA) 또는 디아세틸메탄인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 금속화합물은 아연, 구리, 철, 망간, 리튬 및 은으로 이루어진 군에서 선택된 금속의 질산염, 황산염 또는 염화염인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 산촉매는 염산, 질산, 황산 또는 아세트산인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 (a) 알코올에 티탄화합물과 킬레이트제를 첨가하여 반응시키는 단계; (b) 증류수에 금속화합물을 용해시키는 단계; (c) 산촉매하에 단계(a)의 용액을 단계(b)의 용액에 투입하여 교반시켜 가시광촉매를 제조하는 단계; 및 (d) 상기 가시광촉매를 벽지에 코팅하는 단계를 포함하는 공기정화기능 벽지의 제조방법을 제공한다.

또한, 상기 단계(c)와 단계(d) 사이에 바인더를 투입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 코팅은 스프레이 코팅인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 (a) 이소프로판올에 티타늄(IV)이소프로폭사이드와 킬레이트제로 디아세틸메탄을 첨가하여 반응시키는 단계; (b) 증류수에 금속화합물로 Zn, Cu, Fe, Mn, Li, Ag의 질산염(nitrate) 중에서 2~4종을 선택하여 넣고 용해시키는 단계; (c) 상온에서부터 90℃까지의 온도범위에서 단계(b)에서 얻어진 용액에 단계(a)에서 얻어진 용액을 서서히 투입하고 90rpm 이상으로 교반하면서 산촉매로 질산을 넣어 2시간 이상 반응시키는 단계; (d) 바인더로 트리에틸오르소실리케이트와 감마글리시독시프로필트리메톡시실란을 단독 또는 병용하여 투입하여 가시광촉매를 제조하는 단계; 및 (e) 상기 가시광촉매를 벽지에 코팅하는 단계를 포함하는 공기정화기능 벽지의 제조방법을 제공한다.

또한, 상기 코팅은 스프레이 코팅인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 자외선뿐만 아니라 실내의 백열등, 형광등, LED 등과 같은 미약한 광량의 광원으로도 충분히 광촉매 작용을 발휘할 뿐만 아니라 지속효과가 우수하기 때문에 종래의 광량이 낮아 충분한 효과를 얻을 수 없었던 장소뿐만 아니라 여러 장소의 벽지에 사용이 가능하며, 벽지 외관에 손상을 주지 않음으로써 오랜기간 사용할 수 있는 벽지를 제공할 수 있다.

본 발명은 아래로부터 순차적으로 기재층, 인쇄층 및 공기정화코팅층을 포함하여 이루어진 벽지에 있어서, 상기 공기정화코팅층은 가시광선의 영역에서 활성화되는 가시광촉매로 코팅되었으며, 상기 가시광촉매는 용매, 티탄화합물, 킬레이트제, 금속화합물 및 산촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기정화기능 벽지에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

여러 종류의 금속이온을 이산화티탄에 도핑하여 광촉매의 효과에 대한 이들 금속들의 영향을 검토한 결과 특정의 금속이온을 사용했을 때 제조된 광촉매가 자외선영역에서의 효과는 물론이고 지금까지의 난제로 여겨왔던 가시광영역(약 400nm~800nm)에서도 효과적으로 광흡수를 일으켜 백열등, 형광등, LED 등에서도 우수한 활성을 보이는 것을 확인하여 벽지의 코팅에 적용하였으며, 이를 바탕으로 본 발명을 완성하였다.

또한, 본 발명의 벽지는 다음과 같은 단계를 포함하는 방법에 의하여 제조될 수 있다.

(a) 알코올에 티탄화합물과 킬레이트제를 첨가하여 반응시키는 단계;

(b) 증류수에 금속화합물을 용해시키는 단계;

(c) 산촉매하에 단계 (a)의 용액을 단계 (b)의 용액에 투입하여 교반시켜 가시광촉매를 제조하는 단계;및

(d) 상기 가시광촉매를 벽지에 코팅하는 단계

(a) 알코올에 티탄화합물과 킬레이트제를 첨가하여 반응시키는 단계

본 단계에서의 첨가 순서는 어느 것을 먼저 넣어도 무방하다. 이때 매우 격렬한 발열반응이 진행되는데 충분히 교반하면서 발열이 멈추는 시점까지 반응시킨다. 이때 사용하는 티탄화합물로는 기존에 알려진 티탄화합물은 모두 사용할 수 있으며, 안정적인 공급 및 취급성 등을 고려하여 유기계 티탄화합물인 티타늄(IV)이소프로폭사이드(titanium tetra isopropoxide, TTIP)를 사용하는 것이 바람직하다.

알코올은 C1-C4의 저급알콜을 사용하며, 그 중 이소프로판올을 예로 들 수 있다. 알코올의 사용양은 티타늄(IV)이소프로폭사이드 1mol에 대하여 0.50 ~ 5.00mol의 비율로 사용하였다. 0.50mol 미만이거나 5.00mol을 초과하는 경우 촉매로서의 성능이 나타나지 않는다.

킬레이트제는 티탄화합물을 균일하고 안정적으로 반응을 시키기 위해 킬레이트제를 사용하는 것으로, 사용할 수 있는 킬레이트제의 예로는 에틸렌디아민 테트라아세트산(EDTA)과 디아세틸메탄 등이 있으며, 반응특성을 고려하여 디아세틸메탄을 사용하는 것이 바람직하다. 첨가량은 사용하는 티탄화합물 1mol에 대하여 0.10~1.00mol의 비율로 첨가할 수 있다. 0.10mol 미만이거나 1.00mol을 초과하는 경우 촉매로서의 성능이 나오지 않는다.

(b) 증류수에 금속화합물을 용해시키는 단계

본 단계에서의 증류수는 사용하는 티탄화합물 1mol에 대하여 25 ~ 550mol의 비율로 사용하였다.

금속염으로 사용할 수 있는 금속으로는 Zn, Cu, Fe, Mn, Li, 또는 Ag이 있으 며, 상기 금속의 질산염(nitrate), 황산염(sulfate), 염화염(chloride) 등을 사용할 수 있는데, 이중에서 2 ~ 4종을 선택하여 사용한다.

(c) 산촉매하에 단계 (a)의 용액을 단계 (b)의 용액에 투입하여 교반시켜 가시광촉매를 제조하는 단계

본 단계는 상온에서부터 90℃까지의 온도범위에서 단계(b)에서 금속염이 증류수에 완전히 녹은 후 단계(a)에서 얻어진 용액을 서서히 투입하여 90rpm 이상으로 교반하면서 산촉매를 넣어 2시간 이상 반응시켜 가시광촉매를 제조하는 것이다.

사용할 수 있는 산촉매로는 염산(HCl), 질산(HNO₃), 황산(H₂SO₄), 아세트산(CH₃COOH) 등이 있고, 바람직하게는 질산과 염산이 적당하다. 본 발명에서는 질산을 선택하였으며, 첨가량은 사용하는 티탄화합물 1mol에 대하여 0.10 ~ 0.50mol의 비율로 사용하였다. 0.10mol 미만이거나 0.50mol을 초과하는 경우 촉매로서의 성능이 나오지 않는다.

(d) 가시광촉매를 벽지에 코팅하는 단계

본 단계에서는 상기와 같이 제조된 가시광촉매를 벽지 표면에 코팅하여 본 발명에 따른 공기정화기능을 가진 벽지를 제조하는 것이다. 상기 코팅은 공지의 코팅 수단을 사용할 수 있고 한정되지 않으나, 특히 스프레이 코팅을 사용하는 것이 바람직하다. 종래의 광촉매 코팅 벽지의 제조에서 광촉매들이 코팅액 속에 첨 가되어 표면 노화현상을 일으키는 것에 반해, 본 발명의 공기정화기능의 벽지는 이와 같은 스프레이 코팅으로 최외각 표면에 코팅함으로써 벽지의 노화 현상 등의 외관에 손상을 주지 않는 벽지의 제조가 가능하다.

(e) 바인더를 투입하는 단계

본 단계의 바인더 투입은 필수적인 단계가 아니라 선택적으로 포함될 수 있는 것으로, 상기의 각 단계들 사이의 어느 단계에서 행해져도 상관없으나, 가장 바람직하기는 단계 (c) 이후가 좋다. 이때 사용하는 바인더로는 트리에틸오르소실리케이트와 감마글리시독시프로필트리메톡시실란을 단독 또는 병용하여 사용하고, 첨가량은 각각 사용하는 티탄화합물 1mol에 대하여 0.01~0.20mol의 비율이 적당하며 반응시간은 바인더 투입 후 120분 이내로 한다.

상기와 같은 단계로 이루어지는 본 발명의 공기정화기능 벽지의 제조방법의 일실시예로 다음과 같은 방법을 들 수 있다.

(a) 이소프로판올에 티타늄(IV)이소프로폭사이드와 킬레이트제로 디아세틸메탄을 첨가하여 반응시키는 단계,

(b) 증류수에 금속화합물로 Zn, Cu, Fe, Mn, Li, Ag의 질산염(nitrate) 중에서 2~4종을 선택하여 넣고 용해시키는 단계,

(c) 상온에서부터 90℃까지의 온도범위에서 단계(B)에서 얻어진 용액에 단계(A)에서 얻어진 용액을 서서히 투입하고 90rpm 이상으로 교반하면서 산촉매로 질 산을 넣어 2시간 이상 반응시키는 단계;

(d) 바인더로 트리에틸오르소실리케이트와 감마글리시독시프로필트리메톡시실란을 단독 또는 병용하여 투입하여 가시광촉매를 제조하는 단계; 및

(e) 상기 가시광촉매를 벽지에 코팅하는 단계

이하 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 실시예의 범위에 의해 한정되지는 않는다.

실시예

1반응기에 티타늄(IV)이소프로폭사이드 142g과 이소프로판올 72g, 디아세틸메탄 10g을 상온에서 30분간 반응시킨다. 2반응기에 증류수 760g, 질산철 1.4g, 질산아연 2.6g, 질산구리 1.8g을 넣고 400rpm으로 교반하여 금속염을 완전히 용해시킨다. 2반응기에 1반응기의 액을 서서히 투입한 다음 질산 1.6g을 적하(dropping)하고 온도를 80℃까지 승온시킨 후 3시간 동안 반응을 시킨다. 마지막으로 트리에틸오르소실리케이트 7.6g을 투입하여 1시간 동안 반응시켜 투명한 가시광 활성 이산화티탄계 광촉매를 생성하였다

상기 제조된 광촉매를 벽지 표면에 코팅한다. 코팅방법은 스프레이 방식을 이용하였으며, 코팅량은 1~20g/㎡이다.

비교예

광촉매를 코팅하지 않은 벽지를 사용하였다.

실험예 1

본 발명의 비교예와 실시예에 의해 제조된 투명한 가시광촉매의 포름알데히드 가스 저감율 측정 시험을 다음과 같이 시행하였다. 이 시험편을 Tedlarbag에 넣고 포름알데히드 가스를 80ppm을 주입하여 밀봉한 다음 형광등에 시험편을 30분단위로 120분까지 측정하였다(1회). 상기 1회 시험된 시험편을 다시 반복시험하여 30분단위로 120분까지 측정하고(2회), 이 시험편을 포름알데히드 가스의 과포화 농도에서 다시 반복시험 측정(3회)하고, 그 결과를 각각 표 1(비교예), 표 2(실시예)에 나타내고, 이를 도 1에 그래프로 도시하였다.

	0min	30min	60min	90min	120min
1회	80	47.3	41.6	38.7	36.2
2회	80	50.2	46.3	43.1	40.9
3회	과포화	61.7	58.8	57.3	56.7

	0min	30min	60min	90min	120min
1회	80	25.6	20.5	15.1	12
2회	80	26	18.8	14.4	11.2
3회	과포화	35.6	29.3	27	22.8

상기 결과에서 볼 수 있듯이, 비교예에 비하여 실시예의 포름알데히드 가스의 저감률이 뛰어나며, 횟수가 늘어남에 따라 저감률이 유지되는 것을 알 수 있다.

실험예 2

1회 및 2회 실험에서 포름알데히드 가스를 70ppm으로 주입한 것을 제외하고 실험예 1과 동일하게 측정하였으며, 그 결과를 각각 표 3(비교예) 및 표 4(실시예)에 나타내고, 이를 도 2에 그래프로 도시하였다.

	0min	30min	60min	90min	120min
1회	70	46.8	35.1	27.3	25.5
2회	70	63.4	59	55.1	53.6
3회	과포화	50.6	40.9	35.1	33.8

	0min	30min	60min	90min	120min
1회	70	23.4	16.2	9.1	8.5
2회	70	26	18.5	10.4	7.8
3회	과포화	33	27.6	22.2	20

실험예 3

1회 및 2회 실험에서 포름알데히드 가스를 100ppm으로 주입한 것을 제외하고 실험예 1과 동일하게 측정하였으며, 그 결과를 각각 표 5(비교예) 및 표 6(실시예)에 나타내고, 이를 도 3에 그래프로 도시하였다.

	0min	30min	60min	90min	120min
1회	100	48	40	36	33
2회	100	58	53.3	49.7	47.4
3회	과포화	68.9	65	63	62.4

	0min	30min	60min	90min	120min
1회	100	18	10	8	6
2회	100	21.5	16.2	13	10.6
3회	과포화	50	40.7	36	32

도 1 내지 도 3은 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 벽지의 포름알데히드 가스 저감률을 측정한 실험 결과 데이터.

Claims (14)

1. 아래로부터 순차적으로 기재층, 인쇄층 및 공기정화코팅층을 포함하여 이루어진 벽지에 있어서,

   상기 공기정화코팅층은 가시광선의 영역에서 활성화되는 가시광촉매를 그 코팅량이 1~20g/m²이 되도록 스프레이 코팅하며,

   상기 가시광촉매는 C1~C4의 알코올, 티탄화합물, 에틸렌디아민 테트라아세트산(EDTA), 금속화합물 및 산촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기정화기능 벽지.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 가시광촉매는 바인더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기정화기능 벽지.
3. 제2항에 있어서,

   상기 바인더는 트리에틸오르소실리케이트, 감마글리시독시프로필트리메톡시실란 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 공기정화기능 벽지.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 알코올은 이소프로판올인 것을 특징으로 하는 공기정화기능 벽지.
6. 제1항에 있어서,

   상기 티탄화합물은 티타늄(Ⅳ)이소프로폭사이드인 것을 특징으로 하는 공기정화기능 벽지.
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,

   상기 금속화합물은 아연, 구리, 철, 망간, 리튬 및 은으로 이루어진 군에서 선택된 금속의 질산염, 황산염 또는 염화염인 것을 특징으로 하는 공기정화기능 벽지.
9. 제1항에 있어서,

   상기 산촉매는 염산, 질산, 황산 또는 아세트산인 것을 특징으로 하는 공기정화기능 벽지.
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제

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