KR101319818B1 - 세라믹 탈취제 제조방법 - Google Patents

세라믹 탈취제 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 세라믹 탈취제 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 분말 형태의 재료를 혼합하고 성형하여 제조되는 유해가스 제거 및 탈취 효과가 우수한 세라믹체에 관한 것이다.
본 발명의 제조방법에 따르면 유해가스 제거 효과 및 탈취 효과, 특히 암모니아(NH3), 톨루엔(C6H5CH3) 및 포름알데하이드(HCHO)의 제거 효과가 우수한 세라믹체를 필요에 따라 다양한 형태로 제조할 수 있으며, 이를 실생활에 적용할 경우 유해가스 및 악취문제를 효과적으로 해결할 수 있어 새집 증후군, 새차 증후군 등을 방지할 수 있다.

Description

세라믹 탈취제 제조방법{Method for manufacturing ceramic deodorizer}
본 발명은 세라믹 탈취제 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 분말 형태의 재료를 혼합하고 성형하여 제조되는 유해가스 제거 및 탈취 효과가 우수한 세라믹체에 관한 것이다.
건축물이나 자동차 등에 사용되는 내외장재가 다양한 화학물질 처리과정을 거쳐 제조되는 경우가 많기 때문에, 신축건물 또는 새차에서 포름알데히드, 벤젠 등의 유해가스가 발생할 수 있다.
이러한 유해가스에 노출될 경우 두통이나 현기증, 피부염 등을 일으킬 수 있고, 지속적으로 노출될 경우 심각한 질병에도 걸릴 수 있기 때문에 유해가스를 제거하거나 방지하기 위한 노력이 필요하다.
또한, 겨울철 실내와 같은 밀폐된 공간에서는 음식물, 화장실, 쓰레기 등으로 인한 냄새가 발생하면 인위적으로 환기를 시키는 방법 이외에는 악취 문제를 해결하기 어렵다.
따라서 건축 내장재나 실내에 사용되는 인테리어 자재 또는 생활용품에 탈취효과를 부여한다면 보다 쾌적한 실내 생활을 즐길 수 있을 것이다.
이에 본 발명자는 생활에 밀접하게 연관된 물건에서 발생하는 유해가스 및 냄새를 효과적으로 제거할 수 있는 소재를 개발하기 위하여 예의 연구 노력하였고, 이의 결과 미세하게 분말화한 칼슘, 황토, 산화철, 산화아연, 산화티탄, 운모석, 토르마린, 구리, 아연, 인, 은 및 백금 분말을 혼합하여 소정의 형태로 성형하고, 고온에서 1차 무산화 열처리한 다음 은이나 동 입자로 코팅하고 다시 2차 무산화 열처리하면, 유해가스 제거 효과 및 탈취 효과가 우수한 세라믹체를 제조할 수 있고, 또한 필요에 따라 세라믹체를 다양한 형태로 제조할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서 본 발명의 주된 목적은 유해가스 제거 효과 및 탈취 효과가 우수한 세라믹체의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 세라믹체의 제조방법에 따라 제조된 다양한 형태의 세라믹체를 제공하는데 있다.
본 발명의 한 양태에 따르면, 본 발명은 칼슘 분말 15 내지 55중량%, 황토 분말 7 내지 13중량%, 산화철 분말 3 내지 13중량%, 산화아연 분말 3 내지 15중량%, 산화티탄 분말 3 내지 13중량%, 운모석 분말 5 내지 13중량%, 토르마린 분말 3 내지 13중량%, 구리 분말 5 내지 13중량%, 아연 분말 1 내지 7중량%, 인 분말 0.1 내지 1중량%, 은 분말 1 내지 3중량% 및 백금 분말 0.1 내지 1중량%를 포함하여 이루어지며 각 분말의 입경이 2㎛ 이하인 혼합물을 바인더와 혼합하고 성형하여 성형물을 제조하는 단계; 상기 성형물을 무산소 분위기에서 600 내지 1200℃로 5 내지 12시간 동안 가열하는 단계; 가열된 성형물을 입경이 10 내지 1000㎚인 은 입자 및 동 입자 중에서 선택된 입자로 코팅하는 단계; 및 코팅된 성형물을 무산소 분위기에서 600 내지 1200℃로 5 내지 12시간 동안 가열하는 단계;를 포함하는 세라믹 탈취제 제조방법을 제공한다.
이때, 상기 칼슘은 굴껍질을 소성하여 제조한 것을 사용하는 것이 바람직하며, 이 경우 버려지는 굴껍질을 재활용할 수 있다는 장점 또한 갖게 된다.
본 발명의 세라믹 탈취제 제조방법에 있어서, 상기 혼합물은 칼슘 분말 15 내지 25중량%, 황토 분말 7 내지 13중량%, 산화철 분말 7 내지 13중량%, 산화아연 분말 9 내지 15중량%, 산화티탄 분말 7 내지 13중량%, 운모석 분말 7 내지 13중량%, 토르마린 분말 7 내지 13중량%, 구리 분말 7 내지 13중량%, 아연 분말 3 내지 7중량%, 인 분말 0.1 내지 1중량%, 은 분말 1 내지 3중량% 및 백금 분말 0.1 내지 1중량%를 포함하여 이루어지거나, 칼슘 분말 45 내지 55중량%, 황토 분말 7 내지 13중량%, 산화철 분말 3 내지 7중량%, 산화아연 분말 3 내지 7중량%, 산화티탄 분말 3 내지 7중량%, 운모석 분말 6 내지 11중량%, 토르마린 분말 3 내지 7중량%, 구리 분말 5 내지 9중량%, 아연 분말 1 내지 5중량%, 인 분말 0.1 내지 1중량%, 은 분말 1 내지 3중량% 및 백금 분말 0.1 내지 1중량%를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 세라믹 탈취제 제조방법을 단계별로 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명의 세라믹 탈취제는 칼슘과 금속류를 포함한 다양한 광물질이 적절한 비율로 혼합되어 있어, 유해가스 및 악취 성분을 강력하게 흡수하고 이를 분해하거나 흡수된 상태로 유지하여 결과적으로 공기 중의 유해가스 및 악취 제거 효과를 부여한 것이 가장 큰 특징이라고 할 수 있다.
본 발명의 제조방법은 혼합물의 성형단계, 가열단계, 코팅단계 및 추가 가열단계로 구분할 수 있다.
혼합물은 각 분말의 입경이 2㎛ 이하가 되도록 제조하는데, 칼슘, 황토, 산화철, 산화아연, 산화티탄, 운모석, 토르마린, 구리, 아연, 인, 은 및 백금을 혼합한 다음 분쇄기를 이용하여 2㎛ 이하의 입경으로 미분쇄하거나, 2㎛ 이하의 입경으로 분쇄된 각 분말을 혼합하여 제조할 수 있다.
혼합물의 성형단계는 칼슘 분말, 황토 분말, 산화철 분말, 산화아연 분말, 산화티탄 분말, 운모석 분말, 토르마린 분말, 구리 분말, 아연 분말, 인 분말, 은 분말 및 백금 분말을 포함하여 이루어지는 혼합물을 소정의 형태로 성형하는 단계이다. 이때 혼합물의 성형을 용이하게 하기 위해 바인더(binder)를 첨가하는데, 상기 바인더는 혼합물을 구성하는 각 분말의 접착제 역할을 하는 것으로, 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리비닐부티랄(polyvinyl butyral, PVB), 폴리비닐클로라이드(polyvinyl chloride, PVC), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol, PVA), 아크릴, 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리아미드 등을 바인더로 사용할 수 있다. 바인더는 혼합물 중량을 기준으로 2 내지 5%로 첨가하는 것이 바람직하다. 성형은 드라이, 압출, 사출 또는 프레스 방법을 이용하여 다양한 형태로 성형할 수 있으며, 특별히 제한되지는 않는다. 성형 방법에 따라 적절한 점도로 혼합물을 제조할 수 있으며, 혼합물의 점도는 바인더의 종류 또는 첨가량의 조절에 의해 달성할 수 있다.
필요에 따라 세라믹 탈취제에 색상을 부여하기 위해 색소를 첨가할 수 있는데, 상기 혼합물을 분쇄하는 과정이나 바인더를 혼합하는 과정 또는 압출 성형 방법을 사용하는 경우에는 압출 성형 시에 색소를 첨가할 수 있다.
가열단계는 상기 성형단계를 통해 제조된 성형물을 열처리 하는 단계로, 무산소 분위기에서 이루어지는 것이 바람직하다. 혼합물의 구성 성분 중에는 산소에 의해 쉽게 산화될 수 있는 성분이 존재하기 때문에, 이들의 산화 방지를 위하여 무산소 분위기에서 열처리한다. 이 단계에서 상기 혼합물에 첨가된 바인더가 산화 또는 증발된다. 무산소 분위기에서 열처리하는 방법으로는 가열로에 질소를 주입하여 무산소 분위기로 만든 다음 가열하는 방법을 사용할 수 있다.
코팅단계는 성형물의 표면에 은 나노, 동 나노 또는 붕산 입자를 코팅하는 단계로, 제조되는 세라믹 탈취제의 탈취효과를 높이고 은, 동, 붕산 입자에 따른 항균력을 부여하기 위한 단계라 할 수 있다. 이때 코팅은 은 나노 입자, 동 나노 입자, 붕산 입자를 각각 별도로 또는 동시에 사용하여 이루어질 수 있으며, 각 입자는 입경이 10 내지 1000㎚, 보다 바람직하게는 10 내지 100㎚인 것이 좋다. 코팅 방법은 특별히 제한되지 않으며, 은 나노 입자, 동 나노 입자 또는 붕산 입자가 분산되어 있는 용액에 상기 성형물을 침지하여 코팅하는 방법, 입자가 분산되어 있는 용액을 표면에 분사하여 코팅하는 방법 또는 진공분위기에서 코팅하는 방법을 사용할 수 있다.
추가 가열단계는 코팅 이후 상기 가열단계와 동일한 방법으로 이루어질 수 있다.
상기 방법으로 제조된 세라믹 탈취제를 대상으로 공기 중 암모니아(NH3), 톨루엔(C6H5CH3) 또는 포름알데하이드(HCHO)의 제거 효과를 확인한 결과, 제거 효과가 매우 우수한 것으로 나타났다.
본 발명의 제조방법에 따르면 유해가스 제거 효과 및 탈취 효과, 특히 암모니아(NH3), 톨루엔(C6H5CH3) 및 포름알데하이드(HCHO)의 제거 효과가 우수한 세라믹체를 필요에 따라 다양한 형태로 제조할 수 있으며, 이를 실생활에 적용할 경우 유해가스 및 악취문제를 효과적으로 해결할 수 있어 새집 증후군, 새차 증후군 등을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 세라믹 탈취제 제조방법 중 일실시예를 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 세라믹 탈취제를 촬영한 사진이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 세라믹 탈취제를 촬영한 사진이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 세라믹 탈취제를 촬영한 사진이다.
도 5는 본 발명 세라믹 탈취제의 암모니아(NH3) 제거 효과를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명 세라믹 탈취제의 톨루엔(C6H5CH3) 제거 효과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명 세라믹 탈취제의 포름알데하이드(HCHO) 제거 효과를 나타내는 그래프이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다.
실시예 1. 세라믹 탈취제 제조
칼슘 20중량%, 황토 10중량%, 산화철 10중량%, 산화아연 12중량%, 산화티탄 10중량%, 운모석 10중량%, 토르마린 10중량%, 구리 10중량%, 아연말 5중량%, 인 0.5중량%, 은 2중량% 및 백금 0.5중량%를 혼합하고, 분쇄기를 이용하여 입경이 2㎛ 이하가 되도록 분쇄하였다.
분쇄한 혼합물에 혼합물 중량을 기준으로 3중량%의 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol, PVA)을 첨가하여 혼합한 다음, 돌출기가 형성되어 있는 40×40×9㎜ 크기의 육면체 틀, 돌출기가 없는 40×40×9㎜ 크기의 육면체 틀 또는 지름이 40㎜이고 높이가 9㎜인 원판 틀에 담고 가압하여 성형하였다.
성형물을 질소 분리기 전기로에 투입하고, 질소를 주입하여 포화상태로 만든 다음, 600 ~ 1200℃로 5 ~ 12시간 동안 무산화 열처리하였다.
열처리된 성형물을 입경이 10 내지 1000㎚인 은나노 입자로 코팅한 다음, 다시 질소 분리기 전기로에 투입하여 600 ~ 1200℃로 5 ~ 12시간 동안 무산화 열처리하였다.
실시예 2. 세라믹 탈취제 제조
칼슘 50중량%, 황토 10중량%, 산화철 5중량%, 산화아연 5중량%, 산화티탄 5중량%, 운모석 8중량%, 토르마린 5중량%, 구리 7중량%, 아연말 3중량%, 인 0.5중량%, 은 1.3중량% 및 백금 0.2중량%를 혼합하고, 입경이 2㎛ 이하가 되도록 분쇄하여 혼합물을 제조하였으며, 이후 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
실시예 3. 세라믹 탈취제 제조
세라믹 탈취제에 색상을 부여하기 위해 혼합물을 분쇄할 때 혼합물 중량의 0.2 ~ 0.5%의 색소를 추가로 첨가하여, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
실험예 1.
본 실험예는 한국건설생활환경시험연구원(KCL)에 의뢰하여 실시하였다.
상기 실시예 1의 세라믹 탈취제를 5ℓ 크기의 반응기에 넣고 밀봉한 다음, 암모니아(NH3) 가스를 초기농도 50μmol/mol로 주입하고 가스의 농도를 초기(0분), 30분, 60분, 90분, 120분에서 측정하였다.
시험가스의 농도는 KS I 2218 : 2009에 의해 측정하였다.
실험 중 온도는 23±5℃로 하였고, 습도는 50±10%로 유지하였다.
별도로 시료가 없는 상태에서 동일하게 실험을 진행하고 이를 blank 농도로 하였다.
시간대별 시험가스의 제거율은 다음 계산식에 의해 계산하였다.
[계산식]
시험가스 제거율(%) = [{(blank 농도)-(sample 농도)}/((blank 농도)]×100
이의 결과는 아래의 표 1 및 도 5와 같다.
시험항목 시험결과
blank 농도
(μmol/mol)		 sample 농도
(μmol/mol)		 탈취율(%)
탈취시험
(암모니아, NH3)		 0분 50 50 0.0
30분 49 5 89.8
60분 49 5 89.8
90분 49 5 89.8
120분 48 4 91.7
* sample : 본 발명의 세라믹 탈취제
30분 경과 후 반응기의 암모니아 가스가 90% 가까이 제거되었고, 120분 경과 후에는 90% 이상의 탈취율을 나타냈다.
실험예 2.
시험가스로 톨루엔(C6H5CH3)을 사용하여 상기 실험예 1과 동일하게 실시하였다.
이의 결과는 아래의 표 2 및 도 6과 같다.
시험항목 시험결과
blank 농도
(μmol/mol)		 sample 농도
(μmol/mol)		 탈취율(%)
탈취시험
(톨루엔, C6H5CH3)		 0분 50 50 0.0
30분 49 25 49.0
60분 49 12 75.5
90분 49 9 81.6
120분 48 7 85.4
* sample : 본 발명의 세라믹 탈취제
30분 경과 후 반응기의 톨루엔 가스가 50% 정도 제거되었고, 시간이 경과할 수록 점차 탈취율이 높아져 120분 경과 후에는 85% 이상의 탈취율을 나타냈다.
실험예 3.
시험가스로 포름알데하이드(HCHO)를 사용하여 상기 실험예 1과 동일하게 실시하였다.
이의 결과는 아래의 표 3 및 도 7과 같다.
시험항목 시험결과
blank 농도
(μmol/mol)		 sample 농도
(μmol/mol)		 탈취율(%)
탈취시험
(포름알데하이드, HCHO)		 0분 50 50 0.0
30분 49 10 79.6
60분 49 10 79.6
90분 49 10 79.6
120분 48 9 81.2
* sample : 본 발명의 세라믹 탈취제
30분 경과 후 반응기의 포름알데하이드 가스가 80% 가까이 제거되었고, 120분 경과 후에는 80% 이상의 탈취율을 나타냈다.

Claims (3)

  1. 칼슘 분말 15 내지 55중량%, 황토 분말 7 내지 13중량%, 산화철 분말 3 내지 13중량%, 산화아연 분말 3 내지 15중량%, 산화티탄 분말 3 내지 13중량%, 운모석 분말 5 내지 13중량%, 토르마린 분말 3 내지 13중량%, 구리 분말 5 내지 13중량%, 아연 분말 1 내지 7중량%, 인 분말 0.1 내지 1중량%, 은 분말 1 내지 3중량% 및 백금 분말 0.1 내지 1중량%를 포함하여 이루어지며 상기 각 분말의 입경이 2㎛ 이하인 혼합물을 바인더와 혼합하고 성형하여 성형물을 제조하는 단계;
    상기 성형물을 무산소 분위기에서 600 내지 1200℃로 5 내지 12시간 동안 가열하는 단계;
    가열된 성형물을 입경이 10 내지 1000㎚인 은 입자 및 동 입자 중에서 선택된 입자로 코팅하는 단계; 및
    코팅된 성형물을 무산소 분위기에서 600 내지 1200℃로 5 내지 12시간 동안 가열하는 단계;를 포함하는 세라믹 탈취제 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 혼합물은
    칼슘 분말 15 내지 25중량%, 황토 분말 7 내지 13중량%, 산화철 분말 7 내지 13중량%, 산화아연 분말 9 내지 15중량%, 산화티탄 분말 7 내지 13중량%, 운모석 분말 7 내지 13중량%, 토르마린 분말 7 내지 13중량%, 구리 분말 7 내지 13중량%, 아연 분말 3 내지 7중량%, 인 분말 0.1 내지 1중량%, 은 분말 1 내지 3중량% 및 백금 분말 0.1 내지 1중량%를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 세라믹 탈취제 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 혼합물은
    칼슘 분말 45 내지 55중량%, 황토 분말 7 내지 13중량%, 산화철 분말 3 내지 7중량%, 산화아연 분말 3 내지 7중량%, 산화티탄 분말 3 내지 7중량%, 운모석 분말 6 내지 11중량%, 토르마린 분말 3 내지 7중량%, 구리 분말 5 내지 9중량%, 아연 분말 1 내지 5중량%, 인 분말 0.1 내지 1중량%, 은 분말 1 내지 3중량% 및 백금 분말 0.1 내지 1중량%를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 세라믹 탈취제 제조방법.
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