KR101322153B1 - Porous ceramic structures, preparation methods thereof, humidifier comprising the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다공질 세라믹 페이퍼; 상기 다공질 세라믹 페이퍼 상에 형성되고, 알루미늄 성분 및 인 성분을 함유하는 코팅층; 및 상기 코팅층 상에 형성되고, 광촉매 입자 및 알루미늄 화합물을 함유하는 광촉매층을 포함하는 다공질 세라믹 구조체, 그 제조방법 및 이를 포함하는 가습장치에 관한 것으로서, 본 발명에 의하면, 다공질 세라믹 페이퍼 상에 형성된 코팅층과 UV 광에 안정한 광촉매층이 강한 결합력에 의하여 코팅되어 있어, 보다 안정적으로 유기물 분해효과를 향상시킬 수 있으며, 자기 정화 기능 강화에 따른 가습매체로서의 수명을 향상시킬 수 있다.The present invention is a porous ceramic paper; A coating layer formed on the porous ceramic paper and containing an aluminum component and a phosphorus component; And a photocatalyst layer formed on the coating layer, the photocatalyst layer containing a photocatalyst particle and an aluminum compound, a method of manufacturing the same, and a humidifying apparatus including the same. According to the present invention, a coating layer formed on a porous ceramic paper The photocatalyst layer, which is stable to UV light and is coated by a strong bonding force, can more stably improve the decomposition effect of organic matter, and can improve the lifespan as a humidifying medium according to enhanced self-purifying function.
알루미늄 화합물, 광촉매, 알루미늄, 인, UV 안정, 가습장치 Aluminum compound, photocatalyst, aluminum, phosphorus, UV stabilizer, humidifier
Description
본 발명은 다공질 세라믹 구조체, 그 제조방법 및 이를 포함하는 가습장치에 관한 것이다.The present invention relates to a porous ceramic structure, a method of manufacturing the same, and a humidifier including the same.
일반적으로 자연 가습 방식은 초음파식 가습 방식보다 발생하는 물 분자가 더 작기 때문에 가습 범위가 넓으며 그로 인한 가습 효과가 우수하다고 알려져 있다. 또한 증발식 가습 방식보다 에너지 소모율이 낮기 때문에 친환경적인 가습 방식으로도 알려져 있다. In general, the natural humidification method is known to have a wide range of humidification because of the smaller water molecules generated than the ultrasonic humidification method, the resulting humidification effect is excellent. It is also known as an environmentally friendly humidification method because the energy consumption rate is lower than the evaporative humidification method.
그러나 종래 자연 가습 방식에 의하면, 가습매체가 쉽게 오염되기 때문에, 공기 중이나 물에 존재하는 먼지, 단백질 등의 유기물 침적에 의해 가습매체의 항균성 및 기능을 잃게 되고, 시간이 지날수록 각종 미생물이나 곰팡이 번식에 의한 악취가 발생한다는 문제점이 있었다.However, according to the conventional natural humidification method, since the humidifying medium is easily contaminated, the antimicrobial activity and function of the humidifying medium are lost due to the deposition of organic substances such as dust and protein present in the air or water. There was a problem that odor caused by.
따라서 자연 가습 방식의 오염문제를 해결하고자 UV를 가습매체에 조사하는 방식이 개발되었으나, 종래 폴리머로 이루어진 자연 가습매체의 경우, UV 시스템을 도입할 경우에 가습매체 자체가 열화 되어 버리는 문제가 있어, 분해된 유해 유기물이 방출되어 버리는 2차적인 문제가 발생하였다.Therefore, in order to solve the pollution problem of the natural humidification method was developed a method of irradiating UV to the humidifying medium, but in the case of the natural humidification medium made of a conventional polymer, there is a problem that the humidifying medium itself is degraded when the UV system is introduced, A secondary problem has arisen, in which decomposed harmful organics are released.
이에, 다공질 소재를 이용한 다공질 세라믹 구조체로 유해 유기물의 분해능을 향상시키는 방법 등이 개발되고 있다.Accordingly, a method of improving the resolution of harmful organic materials with a porous ceramic structure using a porous material has been developed.
다공질 소재는 일반적으로 체적의 15% 내지 95%가 기공으로 이루어진 소재를 지칭하며, 예를 들면 폐기물 처리 설비에서의 유해 물질 제거 필터, 자동차 매연제거장치, 화학 반응의 촉매 담지체, 이차 전지의 핵심 부품, 단열재, 흡음재 또는 차음 소재 등 여러 분야에서 응용되고 있다.Porous materials generally refer to materials composed of pores of 15% to 95% of the volume, for example, hazardous material removal filters, waste smoke removal devices, catalyst carriers for chemical reactions, cores of secondary batteries It is applied in various fields such as components, heat insulating materials, sound absorbing materials or sound insulating materials.
이러한 다공질 소재 중에서도 대표적인 예에 해당하는 세라믹 다공질 구조체는 일반적으로 코디어라이트(cordierite), 실리콘 카바이드(SiC) 또는 질화 알루미늄(aluminum nitride) 등의 세라믹 입자를 유기 바인더와 혼합하여 압출 성형한 후, 고온에서 소성함으로써 입자 간 소결(sintering) 효과에 의해 다공질의 세라믹 구조체를 형성하는 방식, 또는 세라믹 섬유로 구성된 성형체에 점토 또는 용융 온도가 낮은 세라믹 입자 슬러리를 코팅한 후 열처리함으로써, 입자간 결합력으로 세라믹 섬유를 결합시키는 방식을 통하여 제조되었다.Among the porous materials, a ceramic porous structure, which is a representative example, is generally formed by extrusion molding by mixing ceramic particles such as cordierite, silicon carbide (SiC), or aluminum nitride with an organic binder, followed by high temperature. The method of forming a porous ceramic structure by the sintering effect between particles by firing at or by coating a ceramic or slurry of low clay or low melting temperature on a molded body made of ceramic fibers, and then heat-treating the ceramic fiber with intergranular bonding force. It was prepared through the method of combining.
다만, 종래 세라믹 다공질 구조체의 경우, 사용되는 유기 바인더가 가습매체의 가습성능을 현저하게 저하시키거나, 자외선을 조사 시에 상기 유기 바인더가 분해되는 경우가 있어, 자외선에 안정적이면서도 우수한 가습성능을 유지할 수 있는 기술의 개발이 필요한 실정이다.However, in the case of the conventional ceramic porous structure, the organic binder used may significantly reduce the humidification performance of the humidifying medium, or the organic binder may be decomposed when irradiated with ultraviolet rays, thereby maintaining excellent humidification performance while being stable to ultraviolet rays. There is a need for development of technology.
본 발명은 상술한 기술개발의 필요성을 고려하여 창출된 것으로서, 자외선에 안정하면서도 가습효과를 저하시키지 않고, 우수한 유기물 분해효과를 가지는 광촉매층이 안정적으로 결합되어 있는 다공질 세라믹 구조체, 그 제조방법 및 이를 포함하는 가습장치에 관한 것이다.The present invention has been made in consideration of the necessity of the above-described technology development, a porous ceramic structure which is stably combined with a photocatalyst layer having excellent organic substance decomposition effect while being stable to ultraviolet rays and not degrading a humidification effect, and a method of manufacturing the same. It relates to a humidifier comprising.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 다공질 세라믹 페이퍼; 상기 다공질 세라믹 페이퍼 상에 형성되고, 알루미늄 성분 및 인 성분을 함유하는 코팅층; 및 상기 코팅층 상에 형성되고, 광촉매 입자 및 알루미늄 화합물을 함유하는 광촉매층을 포함하는 다공질 세라믹 구조체를 제공한다.The present invention as a means for solving the above problems, porous ceramic paper; A coating layer formed on the porous ceramic paper and containing an aluminum component and a phosphorus component; And a photocatalyst layer formed on the coating layer and including a photocatalyst particle and an aluminum compound.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서, 다공질 세라믹 페이퍼 상에 표면에 알루미늄 성분 및 인 성분을 함유하는 무기 바인더 전구체를 코팅하는 제 1 단계; 상기 제 1 단계에서 형성된 코팅층 상에 광촉매 입자 및 알루미늄 화합물을 함유하는 혼합물을 코팅하는 제 2 단계; 및 상기 제 2 단계에서 형성된 광촉매층을 열처리하는 제 3 단계를 포함하는 본 발명에 따른 다공질 세라믹 구조체의 제조방법을 제공한다.As another means for solving the above problems, the present invention comprises a first step of coating an inorganic binder precursor containing an aluminum component and a phosphorus component on the surface of the porous ceramic paper; A second step of coating a mixture containing photocatalyst particles and an aluminum compound on the coating layer formed in the first step; And it provides a method of manufacturing a porous ceramic structure according to the present invention comprising a third step of heat-treating the photocatalyst layer formed in the second step.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 또 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 다공질 세라믹 구조체; 및 상기 구조체에 물을 공급하는 저장 탱크를 포함하는 가습장치를 제공한다.The present invention is another means for solving the above problems, the porous ceramic structure according to the present invention; And a storage tank supplying water to the structure.
본 발명에 의하면, 기존 자연 가습 방식의 사용 시 가습매체의 오염 문제를 해결하고자 UV 조사 방식을 적용하는 경우에도, 안정적으로 유기물 분해능 및 가습 성능을 유지할 수 있는 다공질 세라믹 구조체를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 다공질 세라믹 구조체는 다공질 세라믹 페이퍼 상에 광촉매층이 안정적으로 결합되어 있으므로 유기물 분해효과를 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 수분이 많은 습한 조건에서 보다 유용하게 사용될 수 있다. 따라서, 이를 이용하여 제조된 가습장치는 유기물 분해, 살균 및 청정 기능을 가질 뿐 아니라 자기 정화 기능 강화에 따라 수명이 연장되는 효과를 가질 수 있다.According to the present invention, even when the UV irradiation method is applied to solve the problem of contamination of the humidifying medium when the existing natural humidification method is used, it is possible to provide a porous ceramic structure that can stably maintain the organic material resolution and humidification performance. In addition, the porous ceramic structure of the present invention is not only improve the decomposition effect of the organic material because the photocatalyst layer is stably bonded on the porous ceramic paper can be used more useful in wet conditions with a lot of moisture. Therefore, the humidifier manufactured using this may have an effect of decomposing, disinfecting and cleaning the organic matter, as well as extending the life according to the enhanced self-purifying function.
본 발명은 다공질 세라믹 페이퍼; 상기 다공질 세라믹 페이퍼 상에 형성되고, 알루미늄 성분 및 인 성분을 함유하는 코팅층; 및 상기 코팅층 상에 형성되고, 광촉매 입자 및 알루미늄 화합물을 함유하는 광촉매층을 포함하는 다공질 세라믹 구조체에 관한 것이다.The present invention is a porous ceramic paper; A coating layer formed on the porous ceramic paper and containing an aluminum component and a phosphorus component; And a photocatalyst layer formed on the coating layer and containing a photocatalyst particle and an aluminum compound.
이하, 본 발명의 다공질 세라믹 구조체에 관하여, 보다 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, the porous ceramic structure of the present invention will be described in more detail.
본 발명의 다공질 세라믹 구조체는 전술한 바와 같이, 다공질 세라믹 페이퍼; 상기 다공질 세라믹 페이퍼 상에 형성되고, 알루미늄 성분 및 인 성분을 함유하는 코팅층; 및 상기 코팅층 상에 형성되고, 광촉매 입자 및 알루미늄 화합물을 함유하는 광촉매층을 포함한다.As described above, the porous ceramic structure of the present invention comprises a porous ceramic paper; A coating layer formed on the porous ceramic paper and containing an aluminum component and a phosphorus component; And a photocatalyst layer formed on the coating layer and containing the photocatalyst particles and the aluminum compound.
상기한 바와 같이, 다공질 세라믹 페이퍼 상에 알루미늄 성분 및 인 성분을 함유하는 코팅층이 형성되고, 상기 코팅층 상에 광촉매 입자와 알루미늄 화합물을 함유하는 혼합물이 코팅되어 광촉매층을 형성하므로 UV 광 조사시 바인더가 분해되어 유해물질을 배출하거나 가습기능이 저하될 우려가 없고, 코팅층과 광촉매층 간의 강한 결합력으로 인하여 다공질 세라믹 페이퍼 상에 보다 안정적으로 우수한 유기물 분해효과를 가지는 광촉매층을 형성할 수 있다.As described above, a coating layer containing an aluminum component and a phosphorus component is formed on the porous ceramic paper, and a mixture containing the photocatalyst particles and the aluminum compound is coated on the coating layer to form a photocatalyst layer. There is no fear of decomposing to discharge harmful substances or deteriorating humidification function, and due to the strong bonding force between the coating layer and the photocatalyst layer, a photocatalyst layer having a more stable organic substance decomposition effect on the porous ceramic paper can be formed.
본 발명의 다공질 세라믹 구조체는 상기와 같은 물성을 가지는 한 그 구체적인 구조가 특별히 제한되지는 않지만, 예를 들면, 상기 다공질 세라믹 페이퍼는 세라믹 파형 페이퍼; 및 상기 파형 페이퍼에 부착된 세라믹 판형 페이퍼를 포함하는 허니컴 구조일 수 있다.As long as the porous ceramic structure of the present invention has the above properties, the specific structure thereof is not particularly limited. For example, the porous ceramic paper may include ceramic corrugated paper; And it may be a honeycomb structure including a ceramic plate-shaped paper attached to the corrugated paper.
이와 같이 세라믹 파형 페이퍼 및 세라믹 판형 페이퍼를 사용하여 다공질 구조체를 구성할 경우, 대량 생산이 가능하고, 최종 구조체의 기공 특성(ex. 기공 크기 및 기공률 등)을 효과적으로 제어할 수 있다는 장점이 있다.As described above, when the porous structure is formed using the ceramic corrugated paper and the ceramic plate paper, mass production is possible, and the pore characteristics (eg, pore size and porosity) of the final structure can be effectively controlled.
상기 세라믹 판형 및 파형 페이퍼(이하에서는, 세라믹 판형 페이퍼 및 세라 믹 파형 페이퍼를 부착한 형태를 「세라믹 페이퍼」로 통칭하여 기재할 수 있다.)는 세라믹 섬유를 이용하여 제조할 수 있다.The ceramic plate shape and corrugated paper (hereinafter, the form in which the ceramic plate paper and the ceramic corrugated paper are attached can be referred to collectively as "ceramic paper") can be produced using ceramic fibers.
세라믹 페이퍼의 제조에 사용될 수 있는 세라믹 섬유는 일반적으로 1 마이크론 내지 20 마이크론의 직경을 가지는데, 그 평균 길이는 0.1 mm 내지 10 mm일 수 있고, 구체적으로는 0.1 mm 내지 5 mm일 수 있으며, 보다 구체적으로는 0.1 mm 내지 1 mm일 수 있다.Ceramic fibers that can be used to make ceramic paper generally have a diameter of 1 micron to 20 microns, the average length of which can be 0.1 mm to 10 mm, specifically 0.1 mm to 5 mm, and more Specifically, it may be 0.1 mm to 1 mm.
상기 세라믹 섬유의 길이가 0.1 mm 미만이면, 세라믹 페이퍼의 강도가 저하될 우려가 있고, 10 mm를 초과하면, 원료인 슬러리 내에서 섬유를 균일하게 분산시키는 것이 어려워져서 페이퍼의 불 균일화가 야기될 수 있다.If the length of the ceramic fiber is less than 0.1 mm, the strength of the ceramic paper may be lowered. If the length of the ceramic fiber exceeds 10 mm, it may be difficult to uniformly disperse the fibers in the slurry as a raw material, causing unevenness of the paper. have.
본 발명에서 사용되는 세라믹 섬유는 또한 약 1,200℃ 이상의 고온에서 견딜 수 있는 물질인 것이 바람직하다. 이와 같은 물질의 예로는 알루미늄 및/또는 규소를 포함하는 소재로서, 구체적으로는 실리카, 알루미나, 실리카-알루미나, 알루미노 실리케이트, 알루미노 보로실리케이트 및 뮬라이트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The ceramic fiber used in the present invention is also preferably a material that can withstand high temperatures of about 1,200 ° C. or more. Examples of such materials include aluminum and / or silicon, and specifically, one or more selected from the group consisting of silica, alumina, silica-alumina, aluminosilicate, alumino borosilicate and mullite, It is not limited to this.
본 발명의 세라믹 페이퍼는 또한, 상기 세라믹 섬유 100 중량부에 대하여, 5 중량부 내지 30 중량부의 유기 섬유를 추가로 포함할 수 있다. 본 발명에서 사용될 수 있는 유기 섬유의 예로는 침엽수 펄프, 우드 섬유 또는 헴프(hemp) 등의 천연 섬유; 및 나일론, 레이욘, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 아라미드 또는 아크릴 등의 합성 섬유를 들 수 있으며, 상기 예시된 섬유 중 1종 또는 2종 이상의 혼합을 사용할 수 있다.The ceramic paper of the present invention may further include 5 parts by weight to 30 parts by weight of organic fibers based on 100 parts by weight of the ceramic fiber. Examples of the organic fibers that can be used in the present invention include natural fibers such as conifer pulp, wood fibers or hemps; And synthetic fibers such as nylon, rayon, polyester, polypropylene, polyethylene, aramid or acrylic, and one or two or more kinds of the above-exemplified fibers may be used.
상기와 같은 유기 섬유의 함량이 세라믹 섬유 100 중량부에 대하여 5 중량부 미만이면, 세라믹 그린 페이퍼의 인장 강도의 유지가 어려워 제조 과정에서 파형화가 곤란해질 우려가 있고, 30 중량부를 초과하면, 세라믹 구조체의 기공률이 과도하게 증가하여 강도가 저하될 우려가 있다.When the content of the organic fiber as described above is less than 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the ceramic fiber, it is difficult to maintain the tensile strength of the ceramic green paper, making it difficult to corrugate during the manufacturing process. There is a fear that the porosity of is excessively increased and the strength is lowered.
본 발명의 세라믹 페이퍼는 또한 전술한 세라믹 섬유 및 유기 섬유와 함께 5 중량부 내지 20 중량부의 바인더를 추가로 포함할 수 있다.The ceramic paper of the present invention may also further comprise 5 parts by weight to 20 parts by weight of the binder together with the aforementioned ceramic fibers and organic fibers.
본 발명에서는 세라믹 페이퍼에 함유되는 바인더로서, 유기 바인더를 사용할 수 있으며, 상기 유기 바인더의 구체적인 예를 들면 에폭시계 바인더, 소듐 카복시메틸 셀룰로오스(CMC), 폴리아크릴아미드(PAM), 폴리에틸렌옥시드(PEO), 메틸 셀룰로오스, 히드록시에틸 셀룰로오스, 정제 녹말, 덱스트린, 폴리비닐알코올, 폴리비닐부티랄, 폴리메틸(메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜, 파라핀, 왁스 에멀션 및 미결정 왁스(microcrystalline wax)의 일종 또는 이종 이상의 혼합을 들 수 있다.In the present invention, an organic binder can be used as the binder contained in the ceramic paper. Specific examples of the organic binder include epoxy binders, sodium carboxymethyl cellulose (CMC), polyacrylamide (PAM), and polyethylene oxide (PEO). ), Methyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, refined starch, dextrin, polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, polymethyl (meth) acrylate, polyethylene glycol, paraffin, wax emulsion and microcrystalline wax The above mixing is mentioned.
이와 같은 바인더는 세라믹 섬유 100 중량부에 대하여 5 중량부 내지 20 중량부의 양으로 세라믹 페이퍼 내에 포함되는 것이 바람직하다. 상기 함량이 5 중량부 미만이면, 섬유간의 결합력이 저하될 우려가 있고, 20 중량부를 초과하면, 세라믹 그린 페이퍼의 유동성 및 접착성이 증가하여 작업성이 저하될 우려가 있다.Such a binder is preferably included in the ceramic paper in an amount of 5 parts by weight to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the ceramic fiber. If the content is less than 5 parts by weight, there is a fear that the bonding force between the fibers is lowered, if it exceeds 20 parts by weight, the flowability and adhesion of the ceramic green paper is increased, there is a fear that the workability is lowered.
본 발명에서, 상기 다공질 세라믹 페이퍼는 그 평균 피크 하중이 300 g 이상이고, 가스 투과도가 12 cc/sec/cm2 이상일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.In the present invention, the porous ceramic paper may have an average peak load of 300 g or more and a gas permeability of 12 cc / sec / cm 2 or more, but is not limited thereto.
또한, 상기 코팅층은 알루미늄 성분 및 인 성분을 함유하는 것으로서, 구조체가 가지는 물성을 개선하는 역할을 한다. 보다 구체적으로는 세라믹 페이퍼를 보호하는 역할을 하는 동시에, 광촉매층과 강한 결합력을 형성하여 광촉매층이 보다 안정적으로 잘 부착되도록 부착력을 강화하는 역할을 할 수 있다.In addition, the coating layer contains an aluminum component and a phosphorus component, and serves to improve physical properties of the structure. More specifically, it may serve to protect ceramic paper, and at the same time, may form a strong bonding force with the photocatalyst layer to enhance the adhesion to attach the photocatalyst layer more stably.
상기에서 알루미늄 성분의 예로는 질산 알루미늄, 아세트산 알루미늄, 알루미늄의 할로겐화물(ex. aluminum chloride) 또는 수산화 알루미늄의 일종 또는 이종 이상을 들 수 있고, 이 중 질산 알루미늄이 보다 바람직하며, 인 성분의 예로는 인산계 화합물 또는 인산염 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Examples of the aluminum component may include aluminum nitrate, aluminum acetate, aluminum halide (ex. Aluminum chloride) or one or more kinds of aluminum hydroxide, among which aluminum nitrate is more preferable, and examples of phosphorus component include Phosphoric acid-based compound or phosphate salts may be mentioned, but is not limited thereto.
또한, 상기 코팅층에 함유되는 알루미늄 성분 및 인 성분의 혼합비도 특별히 제한되는 것은 아니고, 다양한 혼합비로 혼합될 수 있는데, 예를 들면, 인 성분 및 알루미늄 성분의 원자비(P/Al)가 3 내지 50인 것을 사용할 수 있다.In addition, the mixing ratio of the aluminum component and the phosphorus component contained in the coating layer is not particularly limited, but may be mixed in various mixing ratios. For example, the atomic ratio (P / Al) of the phosphorus component and the aluminum component is 3 to 50 Can be used.
상기 원자비가 3 미만이면, 코팅층이 원활하게 형성되지 않을 우려가 있고, 50을 초과하면, 섬유 표면이 손상되어 강도가 저하될 우려가 있다.When the said atomic ratio is less than 3, there exists a possibility that a coating layer may not be formed smoothly, and when it exceeds 50, a fiber surface may be damaged and a strength may fall.
아울러, 알루미늄 성분 및 인 성분을 함유하는 코팅층은 구체적으로 알루미늄 포스페이트를 포함하는 것일 수 있고, 보다 구체적으로는 Al(PO3)3(aluminum metaphosphate) 및 AlPO4(aluminum orthophosphate)의 두 가지 상이 혼재된 상태로 존재하는 것일 수 있다.In addition, the coating layer containing the aluminum component and the phosphorus component may specifically include aluminum phosphate, and more specifically, two phases of Al (PO 3 ) 3 (aluminum metaphosphate) and AlPO 4 (aluminum orthophosphate) are mixed. It may be present in a state.
또한, 상기 코팅층은 섬유간 결합력을 보다 강화시키기 위하여, 마그네슘 성 분, 칼슘 성분 및 붕소 성분으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 함유하는 화합물 1종 또는 2종 이상을 추가로 포함할 수 있다.In addition, the coating layer may further include one or two or more compounds containing at least one selected from the group consisting of a magnesium component, a calcium component and a boron component in order to further strengthen the inter-fiber bonding strength.
상기 성분은 코팅층에 포함되어 있는 알루미늄 이온 등을 부분적으로 치환시켜, 무기 바인더의 결합력을 증가시키고, 고온에서의 열적 안정성을 개선하는 역할을 한다. 본 발명에서 사용될 수 있는 붕소 성분, 마그네슘 성분 또는 칼슘 성분을 함유하는 화합물의 구체적인 종류는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 붕산, 산화 마그네슘 및 염화 칼슘 등이 사용될 수 있다.The component partially replaces aluminum ions and the like included in the coating layer, thereby increasing the bonding strength of the inorganic binder and improving thermal stability at high temperature. Although the specific kind of the compound containing a boron component, a magnesium component, or a calcium component which can be used by this invention is not specifically limited, For example, a boric acid, magnesium oxide, calcium chloride, etc. can be used.
아울러, 상기와 같은 성분들의 함량이 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 코팅층 100 중량부를 기준으로 0.1 중량부 내지 10 중량부의 양으로 포함될 수 있다.In addition, the content of the above components is not particularly limited, but, for example, may be included in an amount of 0.1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the coating layer.
한편, 상기 코팅층 상에 형성되는 광촉매층은 광촉매 입자를 포함하여 우수한 유기물 분해능을 제공할 수 있으며, 상기 광촉매 입자와 함께 알루미늄 화합물을 바인더로 사용하여 코팅층 상에 형성된다.On the other hand, the photocatalyst layer formed on the coating layer may provide excellent organic matter resolution including photocatalyst particles, and is formed on the coating layer using an aluminum compound as a binder together with the photocatalyst particles.
여기서, 상기 광촉매 입자는 그 종류가 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 산화 티타늄, 산화 아연, 산화 텅스텐, 산화 철, 티탄산 스트론티움, 황화 카드뮴 및 셀렌화 카드뮴으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있고, 구체적으로는 산화 티타늄을 사용할 수 있다.Here, the photocatalyst particles are not particularly limited in kind, but for example, at least one selected from the group consisting of titanium oxide, zinc oxide, tungsten oxide, iron oxide, strontium titanate, cadmium sulfide, and cadmium selenide. It may include, specifically titanium oxide may be used.
산화 티타늄은 투명성 및 내구성이 우수할 뿐 아니라 유해성이 없기 때문에 유기물 분해효과를 가져오기 위한 광촉매 입자로서 보다 바람직하게 사용될 수 있 다.Titanium oxide may be more preferably used as a photocatalyst particle for bringing about an organic substance decomposition effect because of excellent transparency and durability as well as no harmful effects.
여기서, 상기 산화 티타늄의 결정 구조는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 루틸(rutile)형, 아나타세(anatase)형, 브루카이트(brookite)형 또는 무정(amorphous)형 등을 들 수 있으며, TiO2 - xNx 또는 TiO2 -x (x는 0 또는 1)를 사용할 수 있다. 상기 TiO2 - xNx는 산화 티타늄 내에 적어도 하나의 산소 원자를 음이온(anion)의 역할을 하는 질소 원자로 치환한 것이다.Here, the crystal structure of the titanium oxide is not particularly limited, and examples thereof include rutile type, anatase type, brookite type or amorphous type, and the like. TiO 2 - x N x or TiO 2 -x (x is 0 or 1) can be used. The TiO 2 - x N x is obtained by replacing at least one oxygen atom in titanium oxide with a nitrogen atom serving as anion.
또한, 광촉매층의 광촉매 기능을 향상시키기 위해, 바나듐, 구리, 니켈, 코발트, 크롬, 팔라듐, 은, 백금 및 금과 같은 금속 또는 금속 화합물을 광촉매 입자의 표면상에 도핑시키거나 광촉매 입자와 혼합할 수 있으며, 흡착제를 광촉매 입자와 함께 사용할 수도 있다.In addition, in order to improve the photocatalytic function of the photocatalyst layer, metals or metal compounds such as vanadium, copper, nickel, cobalt, chromium, palladium, silver, platinum and gold may be doped or mixed with the photocatalyst particles. Adsorbents can also be used with the photocatalyst particles.
이에 따라, 악취 제거 성능 및 오염물질 제거 성능을 보다 증가시킬 수 있다. 흡착제의 예로는, 활성탄과 같은 탄소계 흡착제, 제올라이트계 흡착제, 분자 시브(molecular sieve), 아파타이트(apatite), 알루미나, 산화 실리콘과 같은 금속 산화물계 흡착제, 및 킬레이트 수지 등을 들 수 있다.Accordingly, the odor removal performance and the pollutant removal performance can be further increased. Examples of the adsorbent include carbon-based adsorbents such as activated carbon, zeolite-based adsorbents, molecular sieves, apatite, alumina, metal oxide-based adsorbents such as silicon oxide, chelate resins, and the like.
이와 같은 광촉매 입자는 전술한 바와 같이, 알루미늄 화합물을 바인더로 이용하여 상기 코팅층 상에 코팅될 수 있다. 이 경우, 광촉매층이 코팅되는 코팅층은 알루미늄 성분 및 인 성분을 함유하므로 상기 코팅층 내에 함유되어 있는 인 성분과 광촉매층에 함유되어 있는 알루미늄 화합물(ex. 알루미나 등)의 알루미늄 성분이 새로운 알루미늄 포스페이트를 형성함으로써 보다 강한 결합력을 제공할 수 있다.As described above, the photocatalyst particles may be coated on the coating layer using an aluminum compound as a binder. In this case, since the coating layer coated with the photocatalytic layer contains an aluminum component and a phosphorus component, the aluminum component of the phosphorus component contained in the coating layer and the aluminum compound (eg, alumina, etc.) contained in the photocatalytic layer forms a new aluminum phosphate. By doing so, a stronger bonding force can be provided.
상기 알루미늄 화합물의 경우, 광촉매 입자를 안정적으로 결합시켜주며, 코팅층 내에 함유된 무기 바인더와 강한 결합력을 제공할 수 있는 것이라면 그 종류가 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 비정질 알루미나를 사용할 수 있으며, 구체적으로는 알루미나 졸 형태로 사용할 수 있다.In the case of the aluminum compound, as long as it can stably bind the photocatalyst particles and can provide a strong bonding force with the inorganic binder contained in the coating layer, the kind is not particularly limited, but, for example, amorphous alumina can be used, Specifically, it can be used in the form of an alumina sol.
또한, 상기 광촉매층은 세라믹 구조체의 기계적 강도를 보다 향상시키기 위하여 실리카, 지르코니아 및/또는 티타니아와 같은 추가적인 산화물 세라믹을 적정량으로 포함할 수 있다.In addition, the photocatalyst layer may include an additional amount of additional oxide ceramics such as silica, zirconia and / or titania in order to further improve the mechanical strength of the ceramic structure.
본 발명의 세라믹 구조체는 또한 세라믹 페이퍼와 일체적으로 형성된 점토 성분 함유 외벽을 추가로 포함할 수 있다. 이와 같은 외벽을 포함함으로써 점토 성분으로 인한 단열 효과 및 구조체의 기계적 강도를 보다 향상시킬 수 있다.The ceramic structure of the present invention may further comprise a clay component-containing outer wall formed integrally with the ceramic paper. By including such an outer wall, the thermal insulation effect due to the clay component and the mechanical strength of the structure can be further improved.
상기 외벽에 포함될 수 있는 점토 성분의 구체적인 예로는 벤토나이트, 카올린, 납석 및 활석의 일종 또는 이종 이상의 혼합물을 들 수 있으며, 구체적으로는 벤토나이트를 들 수 있다.Specific examples of the clay component that may be included in the outer wall include bentonite, kaolin, feldspar and talc, or a mixture of two or more kinds thereof, and specifically bentonite.
벤토나이트는 몬모릴로나이트를 주성분으로 하는 광물로서, 그 종류로는 크게 Ca계 벤토나이트 및 Na계 벤토나이트로 구분된다. 이 중 Na계 벤토나이트는 입자가 미세하고, 팽윤성이 높으며, 물 흡수 시에 겔 형성능이 탁월하다. 본 발명에서는 특히 몬모릴로나이트의 함량이 높고, Na계인 벤토나이트를 사용할 수 있고, 보다 구체적으로는 Ca의 함량이 1% 미만이고, Na의 함량이 1% 이상인 벤토나이트를 사용할 수 있다.Bentonite is a mineral containing montmorillonite as a main component, and its kind is largely divided into Ca-based bentonite and Na-based bentonite. Among these, Na-based bentonite has fine particles, high swelling properties, and excellent gel-forming ability upon water absorption. In the present invention, in particular, the montmorillonite content is high, Na-based bentonite may be used, and more specifically, bentonite having a Ca content of less than 1% and a Na content of 1% or more may be used.
상기와 같은 점토 성분 함유 외벽은 세라믹 페이퍼를 점토 성분 함유 슬러리에 함침 처리한 후, 이를 다공질 세라믹 구조체에 부착하거나, 또는 상기 슬러리를 구조체에 도포 처리함으로써 형성할 수 있다.The clay component-containing outer wall as described above may be formed by impregnating the ceramic paper into the clay component-containing slurry, and then attaching it to the porous ceramic structure, or applying the slurry to the structure.
또한, 상기 점토 성분 함유 외벽은 건조 과정에서의 균열 방지 및 분리 현상 방지의 관점에서 적정량의 세라믹 섬유, 산화물 입자 또는 세라믹 파우더 등을 1종 또는 2종 이상 추가로 포함할 수 있다.In addition, the clay component-containing outer wall may further include one or two or more kinds of ceramic fibers, oxide particles, or ceramic powders in an appropriate amount from the viewpoint of preventing cracking and separation phenomenon during drying.
상기에서 세라믹 섬유의 구체적인 종류는 전술한 바와 같으나, 외벽 형성 시에는 상기 섬유의 평균 길이가 0.1 mm 내지 0.5 mm일 수 있다. 또한, 상기 산화물 입자의 예로는 실리카 등을 들 수 있고, 세라믹 파우더의 예로는 실리콘 카바이드(silicone carbide) 등을 들 수 있다.Specific types of ceramic fibers are as described above, but when the outer wall is formed, the average length of the fibers may be 0.1 mm to 0.5 mm. In addition, examples of the oxide particles include silica and the like, and examples of the ceramic powder include silicon carbide and the like.
상기 세라믹 섬유 등의 성분의 외벽 내에서의 함량도 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 0.5 중량부 내지 2 중량부의 양으로 함유될 수 있고, 구체적으로는 0.5 중량부 내지 1.5 중량부의 양으로 함유될 수 있다. 상기 함량이 0.5 중량부 미만이면, 외벽에 균열이 발생할 우려가 있고, 2 중량부를 초과하면, 점토 외벽과 구조체의 분리 현상이 발생할 우려가 있다.The content in the outer wall of the component, such as the ceramic fiber is not particularly limited, for example, may be contained in an amount of 0.5 parts by weight to 2 parts by weight, specifically contained in an amount of 0.5 parts by weight to 1.5 parts by weight. Can be. If the content is less than 0.5 parts by weight, there is a fear that cracks occur in the outer wall, and if it exceeds 2 parts by weight, separation of the clay outer wall and the structure may occur.
또한, 상기 광촉매층 내에 함유되는 광촉매 입자 및 알루미늄 화합물의 함량도 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 광촉매 입자 100 중량부에 대하여, 알루미늄 화합물 10 내지 40 중량부를 포함할 수 있다. 상기 광촉매층 내에서, 광촉매 입자 100 중량부에 대하여 알루미늄 화합물이 10 중량부 미만으로 함유되는 경우, 광촉매의 박리현상이 일어날 우려가 있고, 40 중량부를 초과하여 함유되는 경우, 광촉매 성능이 저하될 우려가 있다.In addition, the content of the photocatalyst particles and the aluminum compound contained in the photocatalyst layer is not particularly limited, but may include, for example, 10 to 40 parts by weight of the aluminum compound, based on 100 parts by weight of the photocatalyst particles. In the photocatalyst layer, when the aluminum compound is contained in an amount less than 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the photocatalyst particles, there is a concern that the photocatalyst may be peeled off, and when it is contained in an amount exceeding 40 parts by weight, the photocatalyst performance may be deteriorated. There is.
뿐만 아니라, 본 발명은 다공질 세라믹 페이퍼 상에 표면에 알루미늄 성분 및 인 성분을 함유하는 무기 바인더 전구체를 코팅하는 제 1 단계; 상기 제 1 단계에서 형성된 코팅층 상에 광촉매 입자 및 알루미늄 화합물을 함유하는 혼합물을 코팅하는 제 2 단계; 및 상기 제 2 단계에서 형성된 광촉매층을 열처리하는 제 3 단계를 포함하는 본 발명에 따른 다공질 세라믹 구조체의 제조방법에 관한 것이다.In addition, the present invention comprises a first step of coating an inorganic binder precursor containing an aluminum component and a phosphorus component on the surface of the porous ceramic paper; A second step of coating a mixture containing photocatalyst particles and an aluminum compound on the coating layer formed in the first step; And a third step of heat-treating the photocatalyst layer formed in the second step.
본 발명에 따른 다공질 세라믹 구조체의 제조방법에 의하면, 광촉매 입자가 안정적으로 세라믹 페이퍼 상에 결합될 수 있도록 반응성이 우수한 알루미늄 화합물이 코팅층 내에 함유되어 있는 인 성분과 강한 결합력을 제공하므로 안정적으로 유기물 분해효과를 향상시킬 수 있으며, 이와 함께 가습 성능 저하도 방지할 수 있다.According to the method of manufacturing a porous ceramic structure according to the present invention, since the aluminum compound having excellent reactivity provides a strong bonding force with the phosphorus component contained in the coating layer so that the photocatalytic particles can be stably bonded on the ceramic paper, the organic substance is stably decomposed. It is possible to improve the temperature, and at the same time prevent the deterioration of the humidification performance.
본 발명의 제 1 단계는 다공질 세라믹 페이퍼 상에 표면에 알루미늄 성분 및 인 성분을 함유하는 무기 바인더를 코팅하는 단계이다.The first step of the present invention is coating an inorganic binder containing an aluminum component and a phosphorus component on the surface of the porous ceramic paper.
여기서, 상기 다공질 세라믹 페이퍼는 세라믹 그린 페이퍼를 이용하여 제조한 것일 수 있으며, 상기 세라믹 그린 페이퍼는 세라믹 그린 페이퍼를 파형화하여 세라믹 파형 페이퍼를 제조하는 단계, 및 상기 파형 페이퍼를 세라믹 판형 페이퍼와 부착시키는 단계를 통하여 제조될 수 있다.Here, the porous ceramic paper may be manufactured using ceramic green paper, wherein the ceramic green paper is a step of forming a ceramic corrugated paper by corrugating the ceramic green paper, and attaching the corrugated paper with a ceramic plate-shaped paper It can be prepared through the steps.
또한, 상기 세라믹 그린 페이퍼는 세라믹 섬유, 유기 섬유 및 바인더를 포함 하는 슬러리를 사용하여 제조될 수 있으며, 이때, 사용되는 제조 방법은 특별히 한정되지 않고 일반적인 제지 공법을 사용할 수 있다.In addition, the ceramic green paper may be manufactured using a slurry including ceramic fibers, organic fibers, and a binder. In this case, the manufacturing method used is not particularly limited, and a general papermaking method may be used.
상기 슬러리를 구성하는 각 성분의 구체적인 종류 및 함량은 전술한 바와 같다. 상기 슬러리는 전술한 성분을 물과 같은 일반적인 용매에 용해시켜 제조될 수 있고, 이때 슬러리 내에 세라믹 파이퍼의 함량은 고형분 기준으로 50 중량% 내지 80 중량%일 수 있으며, 구체적으로는 70 중량% 내지 80 중량%인 것을 사용할 수 있다. 그러나, 상기 세라믹 섬유의 함량은 슬러리의 농도가 전체적인 공정이 원활하게 유지될 수 있을 정도로 유지된다면 특별히 한정되는 것은 아니다.Specific kinds and contents of each component constituting the slurry are as described above. The slurry may be prepared by dissolving the aforementioned components in a general solvent such as water, wherein the content of the ceramic piper in the slurry may be 50% by weight to 80% by weight based on solids, and specifically 70% by weight to 80%. It may be used by weight. However, the content of the ceramic fiber is not particularly limited as long as the concentration of the slurry is maintained to such an extent that the entire process can be smoothly maintained.
또한, 세라믹 그린 페이퍼를 제조하는 과정에서는 공정 중 물의 원활한 제거를 위해 제지 장치에 진공 펌프를 연결하여, 상기 펌프를 통해 과량의 물을 제거하고, 압착기 등의 추가적인 수단을 통해 잔존하는 과량의 물을 제거할 수도 있다.In the process of manufacturing ceramic green paper, a vacuum pump is connected to a paper making device to smoothly remove water during the process, to remove excess water through the pump, and to remove excess water through an additional means such as a press. You can also remove it.
세라믹 그린 페이퍼에 사용되는 슬러리는 또한 바인더 성분 및 섬유 성분의 부착력의 추가적인 개선의 관점에서, pH 조절제를 추가로 포함할 수 있다. 상기 pH 조절제의 구체적인 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 암모늄 알루미늄 설페이트(알룸)과 같은 범용의 수단을 사용할 수 있다. 상기 pH 조절제의 함량은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 슬러리의 pH를 5.5 내지 6.5 사이의 범위로 유지시킬 수 있는 양으로 첨가될 수 있다.The slurry used for the ceramic green paper may also further comprise a pH adjuster, in view of further improvement of the adhesion of the binder component and the fiber component. The specific kind of the pH adjuster is not particularly limited, and a general means such as ammonium aluminum sulfate (alum) can be used. The content of the pH adjuster is not particularly limited and may be added, for example, in an amount capable of maintaining the pH of the slurry in the range of 5.5 to 6.5.
본 발명에서 제조된 세라믹 페이퍼를 사용하여 상기 단계 (1)의 파형화를 수행하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 범용의 파형화 기기를 사용하여 수행할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 파형화 기기는 드럼의 골의 깊이가 약 1.5 mm 내지 3.5 mm이고, 피치(pitch)가 각각 약 1.5 mm 내지 4.5 mm이며, 표면 온도와 페이퍼의 공급 속도가 조절 가능하도록 구성되어 있는 것이 바람직하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.The method of performing the waveform of the step (1) using the ceramic paper produced in the present invention is not particularly limited, and can be performed using, for example, a general waveform device. The corrugating apparatus used in the present invention has a depth of the valley of the drum of about 1.5 mm to 3.5 mm, a pitch of each of about 1.5 mm to 4.5 mm, the surface temperature and the feed rate of the paper is adjustable It is preferred, but not limited to.
또한, 상기 단계 (2)에서 판형 및 파형 페이퍼의 부착은, 예를 들면, 세라믹 파형 페이퍼의 하부에 세라믹 판형 페이퍼를 위치시키고, 접촉면에 접착제를 도포한 후, 접착시켜 제조할 수 있다. 이 때 접착제는 당업계에서 범용되는 접착제를 사용할 수 있으며, 이는 특별히 제한되지 않는다.In addition, in the step (2), the plate and corrugated paper may be attached, for example, by placing the ceramic plate paper on the lower portion of the ceramic corrugated paper, applying an adhesive to the contact surface, and then attaching the plate. In this case, the adhesive may use an adhesive generally used in the art, which is not particularly limited.
이와 같이 판형 및 파형 페이퍼가 부착되어 제조된 세라믹 그린 페이퍼는 달팽이관 모양 또는 원통형 등의 형상으로 권취 등의 공정을 거쳐 성형함으로써, 상기 제 1 단계의 다공질 세라믹 페이퍼로 사용될 수 있다.The ceramic green paper prepared by attaching the plate-like and corrugated papers may be used as the porous ceramic paper of the first step by molding through a process such as winding in a cochlear or cylindrical shape.
그러나, 이는 본 발명의 일 태양에 불과하며, 본 발명에서는 상기와 같이 세라믹 그린 페이퍼의 성형체를 코팅 공정에 적용할 수도 있으며, 또는 코팅 공정이 종료된 세라믹 그린 페이퍼를 사용하여 상기와 같은 허니컴 구조체를 제조한 다음 소성 공정을 수행할 수도 있다.However, this is only one aspect of the present invention, and in the present invention, the molded article of ceramic green paper may be applied to the coating process as described above, or the honeycomb structured body may be formed using the ceramic green paper after the coating process is completed. After the preparation, the firing process may be performed.
본 발명의 제 1 단계에서는 상기 다공질 세라믹 페이퍼 상에 알루미늄 성분 및 인 성분을 함유하는 무기 바인더 전구체를 코팅한다.In the first step of the present invention, an inorganic binder precursor containing an aluminum component and a phosphorus component is coated on the porous ceramic paper.
여기서, 상기 무기 바인더 전구체는 알루미늄 성분을 포함하는 용액 및 인 성분을 포함하는 용액을 혼합하여 제조하거나, 또는 적정 용매 내에 알루미늄 성분 또는 인 성분을 동시에 또는 순차로 용해시켜 제조할 수 있다. 이 때 사용될 수 있는 용매의 예로는 물, 산성 용액 또는 알코올 등의 유기 용매 등을 들 수 있으 나, 이에 제한되는 것은 아니다.Here, the inorganic binder precursor may be prepared by mixing a solution containing an aluminum component and a solution containing a phosphorus component, or by simultaneously or sequentially dissolving the aluminum component or the phosphorus component in a suitable solvent. Examples of the solvent that can be used at this time may include an organic solvent such as water, an acidic solution or alcohol, but is not limited thereto.
상기와 같이, 무기 바인더(ex. 알루미늄 포스페이트)의 전구체인 코팅액을 이용하여 코팅을 수행할 때, 상기 코팅액 내에서 무기 바인더의 농도는 고형분 기준으로 1 중량% 내지 80 중량%일 수 있다. 상기 농도가 1 중량% 미만이면, 적절한 양의 코팅층의 형성을 위해 코팅 공정을 수회 반복해야 하여 공정 효율성이 저하될 우려가 있고, 80 중량%를 초과하면, 구조체의 기공 폐색이 발생할 우려가 있다.As described above, when the coating is performed using a coating liquid which is a precursor of an inorganic binder (eg, aluminum phosphate), the concentration of the inorganic binder in the coating liquid may be 1% by weight to 80% by weight based on solids. If the concentration is less than 1% by weight, the coating process may need to be repeated several times in order to form an appropriate amount of coating layer, and if it exceeds 80% by weight, pore blocking of the structure may occur.
상기 코팅층 형성에 사용되는 무기 바인더의 전구체인 코팅액은 또한 물 및 침투 용매를 혼합한 혼합 용매를 추가로 포함할 수 있다. 이 때 침투 용매의 예로는 에탄올 및/또는 이소프로필 알코올 등을 들 수 있다. 또한 상기 침투 용매의 함량은 물 100 중량부에 대하여, 1 중량부 내지 30 중량부일 수 있다.The coating solution, which is a precursor of the inorganic binder used to form the coating layer, may further include a mixed solvent in which water and a penetrating solvent are mixed. At this time, examples of the penetrating solvent include ethanol and / or isopropyl alcohol. In addition, the content of the penetrating solvent may be 1 part by weight to 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of water.
상기 함량이 1 중량부 미만이면, 공정 효율이 저하될 우려가 있고, 30 중량부를 초과하면, 무기 바인더가 소성 전에 석출될 우려가 있다. 또한, 상기와 같은 혼합 용매는 코팅액 100 중량부에 대하여 5 내지 15 중량부의 양으로 포함될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.If the content is less than 1 part by weight, the process efficiency may decrease, and if it exceeds 30 parts by weight, the inorganic binder may be precipitated before firing. In addition, the mixed solvent as described above may be included in an amount of 5 to 15 parts by weight based on 100 parts by weight of the coating liquid, but is not limited thereto.
상기한 바와 같이, 다공질 세라믹 페이퍼 상에 코팅층이 형성되면, 이를 소성하는 공정을 수행할 수 있다. 다만, 상기 소성 공정이 제 2 단계 수행 전에 수행되어야 하는 것은 아니고, 광촉매층을 코팅한 이후, 최종적으로 열처리를 통하여 소성 공정을 수행하는 것도 가능하다.As described above, when the coating layer is formed on the porous ceramic paper, a process of firing the coating layer may be performed. However, the firing process is not to be performed before performing the second step, and after coating the photocatalyst layer, it is also possible to finally perform the firing process through heat treatment.
이 때 소성 공정의 조건은, 예를 들면 진공, 불활성 가스 또는 공기 중에서 600℃ 이상에서 수행할 수 있다.At this time, the conditions of a baking process can be performed at 600 degreeC or more in a vacuum, an inert gas, or air, for example.
구체적으로, 상기 소성 온도는 930℃ 이상일 수 있고, 보다 구체적으로는 950℃ 이상일 수 있다.Specifically, the firing temperature may be 930 ° C or more, and more specifically 950 ° C or more.
상기 소성 온도가 600℃ 미만이면, 유기 성분이 충분히 제거되지 않거나, 최종 제품 내에서 인 성분 용출량을 제어하기 어려울 수 있다.If the firing temperature is less than 600 ° C., the organic component may not be sufficiently removed or it may be difficult to control the amount of phosphorus component eluted in the final product.
본 발명에서 상기 소성 온도의 상한은 소성되는 구조체 등에 따라 결정되는 것으로 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 2,000℃ 이하, 구체적으로는 1,500℃ 이하, 보다 구체적으로는 1,200℃ 이하, 더욱 구체적으로는 1,000℃ 이하에서 수행될 수 있다. 상기 소성 온도가 2,000℃를 초과하면, 코팅층에 포함되는 성분의 변형에 의해 강도가 저하될 우려가 있다.In the present invention, the upper limit of the firing temperature is not particularly limited as determined by a structure to be fired, and the like, for example, 2,000 ° C. or less, specifically 1,500 ° C. or less, more specifically 1,200 ° C. or less, and more specifically 1,000. It may be carried out at below ℃. When the calcination temperature exceeds 2,000 ° C., there is a fear that the strength is lowered by the deformation of the components included in the coating layer.
또한, 상기 소성 공정이 수행되는 시간은, 소성 온도에 따라 적절히 선택되는 것으로 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 약 10분 내지 100분, 약 15분 내지 90분 또는 약 15분 내지 60분 동안 수행될 수 있다.In addition, the time for which the firing process is performed is not particularly limited as appropriately selected depending on the firing temperature, but is, for example, about 10 minutes to 100 minutes, about 15 minutes to 90 minutes, or about 15 minutes to 60 minutes. Can be performed.
본 발명에서 상기와 같은 소성 공정은 2회 이상 반복되어 수행될 수도 있고, 경우에 따라서는 전술한 코팅, 건조 및 소성 공정을 순차적으로 수회 반복하여 수행할 수도 있다.In the present invention, the above-described firing process may be repeated two or more times, or in some cases, the above-described coating, drying and firing processes may be repeatedly performed several times in sequence.
한편, 제 2 단계는, 광촉매층을 상기한 바와 같은 코팅층 상에 코팅하는 단계이다.On the other hand, the second step is to coat the photocatalyst layer on the coating layer as described above.
여기서, 상기 제 2 단계는, 광촉매 입자 및 알루미늄 화합물을 함유하는 혼합물을 다공질 세라믹 페이퍼 상에 코팅하는 단계 (1); 및 상기 단계 (1)에서 세라 믹 페이퍼 상에 형성된 광촉매층을 건조시키는 단계 (2)를 포함할 수 있다.Wherein the second step comprises the steps of: (1) coating a mixture containing photocatalytic particles and an aluminum compound onto the porous ceramic paper; And (2) drying the photocatalyst layer formed on the ceramic paper in the step (1).
여기서, 상기 혼합물은 코팅액 또는 코팅 졸의 형태일 수 있으나, 그 형태가 특별히 제한되는 것은 아니고, 다공질의 세라믹 페이퍼 상에 광촉매층을 형성하는 방법도 이 분야에서 공지된 다양한 코팅 방법 등이 제한 없이 사용될 수 있다.Here, the mixture may be in the form of a coating solution or a coating sol, but the form thereof is not particularly limited, and a method of forming a photocatalyst layer on porous ceramic paper may be used without limitation in various coating methods known in the art. Can be.
상기 단계 (1)에서는, 광촉매 입자 및 알루미늄 화합물을 혼합하여 혼합물을 준비하고, 이어서, 이 분야에서 공지된 다양한 코팅 방법 중 어느 하나의 방법에 따라 상기 혼합물을 다공질 세라믹 페이퍼 상에 코팅함으로써 광촉매층을 형성할 수 있다. 상기 코팅 방법의 구체적인 예를 들면, 딥 코팅법 또는 필터링 코팅법 등이 사용될 수 있다.In the step (1), the photocatalyst layer is prepared by mixing the photocatalyst particles and the aluminum compound, and then coating the mixture on the porous ceramic paper according to any one of various coating methods known in the art. Can be formed. Specific examples of the coating method may be a dip coating method or a filtering coating method.
상기한 바와 같이, 단계 (1)에 의하여 코팅층 상에 광촉매층이 형성되면, 단계 (2)에서는 상기 광촉매층을 적정한 온도에서 건조시키는 공정을 수행할 수 있다. 광촉매층에 함유되어 있는 알루미늄 화합물은 높은 반응성을 가지기 때문에 이와 같은 건조 단계를 통하여 세라믹 섬유 간의 결합력을 증진시켜 구조체 전체의 기계적 강도를 개선할 수 있다.As described above, when the photocatalyst layer is formed on the coating layer by step (1), the step of drying the photocatalyst layer at an appropriate temperature may be performed in step (2). Since the aluminum compound contained in the photocatalyst layer has high reactivity, the mechanical strength of the entire structure can be improved by enhancing the bonding force between the ceramic fibers through this drying step.
여기서, 상기 건조 방식은 이 분야에서 통상적으로 사용되는 다양한 건조 방식을 모두 포함할 수 있으며, 건조 시 온도도 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 상온 내지 200℃의 온도에서 수행될 수 있으며, 충분한 건조가 이루어질 수 있다면 그 온도가 특별히 제한되는 것은 아니다.Here, the drying method may include all of the various drying methods commonly used in this field, the temperature during drying is not particularly limited, for example, may be carried out at a temperature of room temperature to 200 ℃, sufficient If drying can take place, the temperature is not particularly limited.
제 3 단계는, 전술한 바와 같이, 코팅층과 광촉매층을 순차적으로 코팅한 후, 제 2 단계에서 형성된 광촉매층을 열처리하는 단계이다.In the third step, as described above, the coating layer and the photocatalytic layer are sequentially coated, followed by heat treatment of the photocatalyst layer formed in the second step.
상기 제 3 단계를 통하여 광촉매층에 함유되어 있던 잔여 유기물을 제거할 수 있다.Through the third step, residual organic matter contained in the photocatalyst layer may be removed.
또한, 상기 열처리 시 온도 조건이 특별히 제한되는 것은 아니지만, 잔여 유기물을 효율적으로 제거하는 동시에, 가습매체의 가습 성능을 저하시키지 않을 수 있도록 예를 들면, 400 내지 600 ℃의 온도에서 수행할 수 있다.In addition, the temperature condition during the heat treatment is not particularly limited, but may be performed at a temperature of, for example, 400 to 600 ° C. to efficiently remove residual organic matter and not to reduce the humidification performance of the humidifying medium.
본 발명에 따른 다공질 세라믹 구조체의 제조방법에 있어서, 광촉매층의 열처리 온도가 400 ℃ 미만이면, 잔여 유기물의 제거가 효율적으로 이루어지지 않을 우려가 있고, 600 ℃를 초과하면, 광촉매 성능이 저하될 우려가 있다.In the method of manufacturing the porous ceramic structure according to the present invention, if the heat treatment temperature of the photocatalyst layer is less than 400 ° C., there is a fear that the removal of residual organic matters may not be efficiently performed, and if it exceeds 600 ° C., the photocatalytic performance may be degraded. There is.
또한, 상기 열처리가 수행되는 시간도 특별히 제한되는 것은 아니지만, 잔여 유기물의 제거 및 가습 매체의 가습 성능 저하 방지를 위하여 충분한 열처리가 수행될 수 있도록 적절한 범위 내에서 채용할 수 있다.In addition, the time for performing the heat treatment is not particularly limited, but may be employed within an appropriate range so that sufficient heat treatment can be performed to remove residual organic matter and to prevent deterioration of humidification performance of the humidifying medium.
뿐만 아니라, 본 발명은 상기 다공질 세라믹 구조체; 및 상기 구조체로 물을 공급하는 저장 탱크를 포함하는 가습장치에 관한 것이다.In addition, the present invention is a porous ceramic structure; And it relates to a humidifier comprising a storage tank for supplying water to the structure.
본 발명에 따른 가습장치는 상기한 바와 같은 본 발명의 특징적인 다공질 세라믹 구조체를 사용함으로써, 초음파 진동자 등의 증발 수단을 사용하던 기존 가습장치에 비하여 현저히 적은 전기 소모량으로도 구동이 가능하다는 장점이 있다.The humidifier according to the present invention has the advantage that it can be driven with a significantly lower electricity consumption than the conventional humidifier using the evaporation means such as ultrasonic vibrator by using the characteristic porous ceramic structure of the present invention as described above. .
또한, 본 발명의 가습 장치는 다공질 세라믹 구조체의 모세관 효과 등을 이용하여, 보다 미세하고 균일한 크기의 수분 입자의 생성이 가능하기 때문에, 작은 사이즈로 구성될 경우에도 넓은 공간에서 균일한 습도를 유지할 수 있는 장점을 가진다.In addition, the humidifier according to the present invention can generate finer and more uniform moisture particles by using the capillary effect of the porous ceramic structure, and thus, maintains uniform humidity even in a large space even when configured in a small size. Has the advantage.
본 발명에 따른 가습장치는 다공질 세라믹 구조체에 자외선을 조사하는 자외선 조사장치를 추가로 포함할 수 있다. 즉, 상기 자외선 조사장치는 UV 광을 가습장치에 공급하여 가습장치 내에 유해한 물질들을 제거할 수 있다.The humidifier according to the present invention may further include an ultraviolet irradiation device for irradiating ultraviolet rays to the porous ceramic structure. That is, the ultraviolet irradiation device can remove harmful substances in the humidifier by supplying UV light to the humidifier.
이하, 하기 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples and comparative examples, but the scope of the present invention is not limited to the following examples.
[[ 제조예Manufacturing example 1] 다공질 세라믹 페이퍼의 제조 1] Preparation of Porous Ceramic Paper
(1) (One) 파형화된Waveform 세라믹 그린 페이퍼의 제조 Manufacture of Ceramic Green Paper
물 2000 ml에 평균 길이 300 ㎛인 알루미나-실리카 섬유 3 g을 넣은 후, 강하게 교반하여 상기 섬유를 분산시켰다. 이어서, 상기에 유기 섬유로서 침엽수 펄프를 상기 세라믹 섬유 함량을 기준으로 25 중량%로 투입하고, 아크릴계 바인더를 상기 섬유를 기준으로 10 중량%의 양으로 첨가하였다. 그 후, pH 3의 1% 암모늄 알루미늄 설페이트 수용액 1 ml를 넣어 전체 슬러리 용액의 pH를 약 5.5로 조절하였다. 그 후, 상기 슬러리 내의 고형분들이 고루 섞이도록 계속적으로 약하게 교반하고, 제지 장치를 이용하여 두께 800 ㎛의 세라믹 그린 페이퍼를 제조하였다. 그 후, 상기에서 제조된 세라믹 그린 페이퍼를 상온에서 30분 동안 자연 건조한 뒤, 100℃의 건조 오븐에서 잔존하는 수분을 건조시켰다. 제조된 그린 페이퍼를 파형화 기기 (모델명: KIER, 골: 2 mm, 피치: 3 mm, 화성기기(제))를 사용하여 표면온도 150℃ 하 2-10 m/분의 공급 속도로 파형화하여, 세라믹 파형 페이퍼를 제조하였다. 3 g of alumina-silica fiber having an average length of 300 μm was added to 2000 ml of water, followed by vigorous stirring to disperse the fibers. Subsequently, coniferous pulp was added as an organic fiber at 25% by weight based on the ceramic fiber content, and an acrylic binder was added in an amount of 10% by weight based on the fiber. Thereafter, 1 ml of an aqueous 1% ammonium aluminum sulfate solution of pH 3 was added to adjust the pH of the entire slurry solution to about 5.5. Thereafter, the mixture was continuously stirred gently so that the solids in the slurry were evenly mixed, and a ceramic green paper having a thickness of 800 μm was prepared using a papermaking apparatus. Thereafter, the ceramic green paper prepared above was naturally dried at room temperature for 30 minutes, and then the remaining moisture was dried in a drying oven at 100 ° C. The prepared green paper was corrugated at a feed rate of 2-10 m / min at a surface temperature of 150 ° C. using a corrugating apparatus (model name: KIER, goal: 2 mm, pitch: 3 mm, and a chemical device). , Ceramic corrugated paper was prepared.
(2) 세라믹 판형 페이퍼의 제조(2) Manufacture of Ceramic Plate Paper
파형화 공정을 수행하지 않은 것을 제외하고는 상기 (1)과 동일한 방법으로 세라믹 그린 페이퍼를 제조하고, 이를 세라믹 판형 페이퍼로 사용하였다.A ceramic green paper was prepared in the same manner as in (1) except that the corrugation process was not performed, and this was used as the ceramic plate-shaped paper.
(3) 다공질 세라믹 페이퍼의 제조(3) Preparation of Porous Ceramic Paper
상기에서 제조된 세라믹 판형 페이퍼 및 파형 페이퍼를 부착하여 원지를 제조하고, 상기 원지를 직경 3.5 cm, 높이 5 cm의 원통형으로 제조하였다. 이어서 제조된 원통형 그린 성형체를 실리카졸 (고형분 농도: 20%)에 담지한 후, 꺼내어 120℃의 오븐에서 건조시켜 다공성 세라믹 페이퍼를 제조하였다.The base paper was prepared by attaching the ceramic plate-like paper and corrugated paper prepared above, and the base paper was made into a cylinder having a diameter of 3.5 cm and a height of 5 cm. Subsequently, the prepared cylindrical green compact was supported on silica sol (solid content concentration: 20%), and then taken out and dried in an oven at 120 ° C. to prepare a porous ceramic paper.
[[ 제조예Manufacturing example 2] 무기 바인더의 전구체 제조 2] Preparation of Precursor of Inorganic Binder
물 100g에 아세트산 알루미늄(aluminium acetate) 32 g을 첨가하고, 교반하면서 인산 230 g을 서서히 첨가하여 무기 바인더의 전구체인 코팅액을 제조하였다.32 g of aluminum acetate was added to 100 g of water, and 230 g of phosphoric acid was slowly added while stirring to prepare a coating solution as a precursor of the inorganic binder.
[[ 제조예Manufacturing example 3] 알루미나 졸을 함유하는 3] containing alumina sol 광촉매Photocatalyst 슬러리Slurry 제조 Produce
물 100g에 고형분 함량 20wt%의 알루미나 졸 5g을 넣은 후 교반시키면서 이산화티타늄(TiO2; anatase:rutlie = 7:3)의 분말(powder) 10g을 천천히 넣었다. 이어서, 40 분 교반시킨 후 300rpm으로 12시간 동안 볼 밀링을 수행함으로써 광촉매 슬러리를 제조하였다.5 g of alumina sol having a solid content of 20 wt% was added to 100 g of water, and 10 g of a powder of titanium dioxide (TiO 2 ; anatase: rutlie = 7: 3) was slowly added thereto while stirring. Subsequently, a photocatalyst slurry was prepared by performing ball milling at 300 rpm for 12 hours after stirring for 40 minutes.
[[ 제조예Manufacturing example 4] 4] GPTMSGPTMS 를 함유하는 Containing 광촉매Photocatalyst 슬러리Slurry 제조 Produce
알루미나 졸 대신에 3-글리시디옥시프로필 메틸 디에톡시실란(3-glycidioxypropyl methyl diethoxysilane; GPTMS) 5g을 사용하였다는 점을 제외하고는, 상기 제조예 3과 동일한 방법으로 광촉매 슬러리를 제조하였다.Photocatalyst slurry was prepared in the same manner as in Preparation Example 3, except that 5 g of 3-glycidioxypropyl methyl diethoxysilane (GPTMS) was used instead of the alumina sol.
[[ 실시예Example 1] One]
상기 제조예 1에서 제조한 다공질 세라믹 페이퍼를 800℃의 온도에서 열처리하여 유기물을 burning한 후, 상기 다공질 세라믹 페이퍼를 상기 제조예 2에서 제조된 코팅액에 함침한 후 꺼내어 골 사이에 남은 용액을 제거하였다.The organic ceramics were burned by heat treating the porous ceramic paper prepared in Preparation Example 1 at 800 ° C., and the porous ceramic paper was immersed in the coating solution prepared in Preparation Example 2, and then taken out to remove the remaining solution between the bones. .
그 후, 상온에서 1 시간 동안 자연 건조한 후, 950℃의 온도에서 60분 동안 소성하고, 로(furnace) 내에서 냉각시켰다.Thereafter, the mixture was naturally dried at room temperature for 1 hour, and then calcined at a temperature of 950 ° C. for 60 minutes and cooled in a furnace.
이에 따라 얻어진 세라믹 구조체에 상기 제조예 3에서 제조한 광촉매 슬러리를 딥 코팅하고, 코팅 후 60℃의 건조 오븐(dry oven)에서 건조한 후, 400℃의 온도에서 열처리를 수행함으로써 실시예 1에 따른 다공질 세라믹 구조체를 제조하였 다.The photocatalyst slurry prepared in Preparation Example 3 was dip coated on the ceramic structure thus obtained, dried in a dry oven at 60 ° C., and then heat treated at a temperature of 400 ° C. for the porous material according to Example 1 Ceramic structures were prepared.
[[ 비교예Comparative Example 1] One]
제조예 3에 따른 광촉매 슬러리 대신에, 제조예 4에 따른 광촉매 슬러리를 사용하여 코팅층상에 광촉매층을 코팅하였다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 다공질 세라믹 구조체를 제조하였다.Instead of the photocatalyst slurry according to Preparation Example 3, a porous ceramic structure was prepared in the same manner as in Example 1 except that the photocatalyst layer was coated on the coating layer using the photocatalyst slurry according to Preparation Example 4.
[[ 시험예Test Example ]]
1. One. 광촉매의Photocatalyst 부착력 테스트 Adhesion test
상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 다공질 세라믹 구조체를 각각 물 속에서 1시간 동안 초음파 처리(sonication)한 후, 이에 따른 질량 손실(mass loss)을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.The porous ceramic structures prepared in Example 1 and Comparative Example 1 were each sonicated in water for 1 hour and then mass loss was measured accordingly, and the results are shown in Table 1 below. It was.
2. 2. 광촉매의Photocatalyst 성능 실험 테스트( Performance experiment testing ( 메칠렌Methylene 블루법Blue Law ))
상기 실시예 1에서 제조된 다공질 세라믹 구조체에 탈색(육안관찰)법을 이용하여 광촉매 성능 평가시험을 실시하였다. 평가 시험법은 한국 광촉매 협회에서 규정하는 메칠렌 블루법을 이용하였다.The photocatalyst performance evaluation test was performed on the porous ceramic structure prepared in Example 1 by using a decolorization (visual observation) method. The evaluation test method used the methylene blue method prescribed by the Korean Photocatalyst Association.
메칠렌 블루(KSM 8274) 10 mg/L를 구조체 표면에 칠한 후, 10분 간 1.5cm의 물 높이에 구조체의 일부를 담그고 자연적으로 구조체에 물이 흡수되도록 하였다. 이후, 상기 실시예 1에서 제조된 다공질 세라믹 구조체에 340nm 내지 420nm의 파장을 가지는 UV-A 광을 조사한 결과, 한 시간 후 탈색이 완료되었다.After 10 mg / L of Methylene Blue (KSM 8274) was applied to the surface of the structure, part of the structure was immersed at a height of 1.5 cm for 10 minutes and water was naturally absorbed into the structure. Thereafter, the porous ceramic structure prepared in Example 1 was irradiated with UV-A light having a wavelength of 340 nm to 420 nm, and decolorization was completed after one hour.
3. 3. 광촉매의Photocatalyst 성능 시험Performance test 테스트( Test( 가스백Gas bag A법) A method)
가스백 A법을 이용하여 상기 실시예 1에서 제조된 다공질 세라믹 구조체에 아세트 알데하이드 제거율을 측정하였다. 여기서 상기 가스백 A법은 한국 광촉매 협회에서 규정하는 가스백 A법을 의미한다.Acetic aldehyde removal rate was measured in the porous ceramic structure prepared in Example 1 using the gas bag A method. Here, the gas bag A method means a gas bag A method defined by the Korean Photocatalyst Association.
사용 규격은 KS M 0031 가스크로마토그래프 분석방법 통칙, KS M 0027 가스크로마토그래프-지량분석방법 통칙 및 KS A 3251-1 데이터의 통계적인 해석방법을 이용하였다.The standard used was KS M 0031 Gas Chromatograph Analysis General Rule, KS M 0027 Gas Chromatograph-Regulation Method General Rule, and KS A 3251-1 statistical analysis method.
이후, 상기 실시예 1에서 제조된 다공질 세라믹 구조체에 340nm 내지 420nm의 파장을 가지는 UV-A 광을 조사한 결과, 아세트알데히드 제거율이 99%를 초과하는 것으로 나타났다.Thereafter, the porous ceramic structure prepared in Example 1 was irradiated with UV-A light having a wavelength of 340 nm to 420 nm, and the acetaldehyde removal rate was found to exceed 99%.
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