KR101400766B1

KR101400766B1 - 포름알데히드 제거능이 강화된 정전기 방지 ｃｎｔ와 음이온 방사를 위한 게르마늄 미분을 함유한 새집증후군 제거용 나노산소 촉매제 제조방법

Info

Publication number: KR101400766B1
Application number: KR1020130024737A
Authority: KR
Inventors: 김윤환
Original assignee: 김윤환
Priority date: 2013-03-07
Filing date: 2013-03-07
Publication date: 2014-05-29

Abstract

본 발명은 정전기 방지 CNT를 함유한 새집증후군 제거용 나노산소 촉매제에 관한 것으로, (1) 스테인레스 재질 탱크에 사염화티탄과 정제된 용수를 상온에서 질량비 1 : 100 비율로 탱크에 충전한 후 암모니아수를 0.20 내지 0.39 mol을 첨가하여 1차 교반하는 단계와; (2) 분리된 하층 용제인 순수한 이산화티탄 용액을 추출하여 스테인레스 재질의 탱크에 충전하는 단계와; (3) 질산 0.23 내지 0.35 mol을 첨가하여 교반한 후 실리카졸 0.12 내지 0.25 mol을 더 첨가하여 20 내지 50분간 2차 교반하는 단계와; (4) 아크릴 바인더 0.013 내지 0.03 mol 및 탄소나노튜브와 게르마늄 미분이 동일한 중량비로 충전된 마이크로 캡슐과 분산제 및 EDTA를 함께 첨가하여 3차 교반하는 단계를 포함하되, 상기 탄노나노튜브와 상기 게르마늄 미분이 충전된 마이크로 캡슐은 새집증후군 제거용 나노산소 촉매제 100 중량부에 대하여 0.05 내지 0.1 중량부이며, 상기 탄소나노튜브는 5 내지 20nm의 직경과 5 내지 10um의 길이를 갖는 90% 이상의 순도이고, 상기 게르마늄 미분은 30 내지 250nm의 직경의 95% 이상의 순도이고, 상기 마이크로 캡슐의 재질은 저밀도 PE인 것을 특징으로 함으로써, 새집증후군의 대표물질인 포름알데히드, 톨루엔, 자일렌 및 벤젠 등과 같은 휘발성 유기화합물(VOC)을 실내 마감재 표면에 간단한 도포를 통해 용이하고 확실하게 제거할 수 있는 바, 이는 시험성적서에 명기된 바와 같이 120분 이내에 48 μmol/mol의 농도의 포름알데히드를 89.6% 까지 탈취할 수 있음은 물론, 휘발성 유기화합물이나 기타 오염물질과는 반응하지 않는 촉매 타입으로 반영구적으로 효능이 저하되지 않고 사용할 수 있음은 물론, 정전기를 실시간 제거할 수 있는 효과가 있다.

Description

포름알데히드 제거능이 강화된 정전기 방지 ＣＮＴ와 음이온 방사를 위한 게르마늄 미분을 함유한 새집증후군 제거용 나노산소 촉매제 제조방법 {Method of menufacturing nano-oxygen catalyst with carbon nanotubes for removing sick house syndrome and Ge powder for radiating a negative ion}

본 발명은 포름알데히드 제거능이 강화된 정전기 방지 CNT와 음이온 방사를 위한 게르마늄 미분을 함유한 새집증후군 제거용 나노산소 촉매제 제조방법에 관한 것이다.

새집증후군은 집이나 건물을 새로 지을 때 사용하는 건축자재나 벽지 등에서 배어나오는 휘발성 벤젠·톨루엔·클로로폼·아세톤·스타이렌·포름알데히드 등의 발암물질로 인한 불편함을 총칭하는 용어로써, 집을 지을 때 포함된 라돈, 석면, 일산화탄소, 이산화탄소, 질소산화물, 오존, 미세먼지, 부유세균과 같은 오염물질을 포함하기도 있다.

특히, 포름알데히드는 실온에서 자극성이 강한 냄새를 띤 무색의 기체로 새집증후군의 대표적인 물질이라 할 수 있다.

이러한 새집증후군을 제거하기 위해 제안된 대한민국 등록특허 제808094호(등록일자: 2008.2.21., 발명의 명칭: 새집 증후군의 원인이 되는 포름알데히드 및 휘발성 유기화합물을 제거하기 위한 탈취 및 항균성 조성물)는 새집 증후군 개선의 원인이 되는 포름알데히드 및 휘발성 유기화합물을 제거하기 위해, ⅰ) 광합성 세균, 슈퍼버그, 항산화 효모균 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 미생물 20∼60중량%; ⅱ) 피톤치드 수액, 테르펜, 폴리페놀, 알칼로이드, 글리코시드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 식물성 정유 15∼35 중량%; ⅲ) 하이드록시에시드 10∼20 중량%; ⅳ) 질산은 1∼10 중량%; ⅴ) 대두 단백질, 견 단백질, 콜라겐 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 천연 단백질 5∼20 중량%; 및 ⅵ) 인산티타늄계 화합물 5∼20 중량%;를 포함하는 탈취 및 항균성 조성물이 개시되어 있다.

그러나, 이러한 종래 기술의 조성물은 초기 효과가 장시간 지속되지 못하고 점착성이 낮은 단점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하고자 창출된 본 발명의 목적은, 새집증후군 및 아토피의 주요 원인물질인 포름알데히드와 휘발성 유기화합물들을 제거하여 웰빙의 삶을 구현할 수 있는 친환경 무독성의 포름알데히드 제거능이 강화된 정전기 방지 ＣＮＴ와 음이온 방사를 위한 게르마늄 미분을 함유한 새집증후군 제거용 나노산소 촉매제를 대량 제조할 수 있는 방법을 제공함에 있다.

이러한 본 발명의 목적은, (1) 스테인레스 재질 탱크에 사염화티탄과 정제된 용수를 상온에서 질량비 1 : 100 비율로 탱크에 충전한 후 암모니아수를 0.20 내지 0.39 mol을 첨가하여 1차 교반하는 단계와; (2) 분리된 하층 용제인 순수한 이산화티탄 용액을 추출하여 스테인레스 재질의 탱크에 충전하는 단계와; (3) 질산 0.23 내지 0.35 mol을 첨가하여 교반한 후 실리카졸 0.12 내지 0.25 mol을 더 첨가하여 20 내지 50분간 2차 교반하는 단계와; (4) 아크릴 바인더 0.013 내지 0.03 mol 및 탄소나노튜브와 게르마늄 미분이 동일한 중량비로 충전된 마이크로 캡슐과 분산제 및 EDTA를 함께 첨가하여 3차 교반하는 단계를 포함하되, 상기 탄노나노튜브와 상기 게르마늄 미분이 충전된 마이크로 캡슐은 새집증후군 제거용 나노산소 촉매제 100 중량부에 대하여 0.05 내지 0.1 중량부이며, 상기 탄소나노튜브는 5 내지 20nm의 직경과 5 내지 10um의 길이를 갖는 90% 이상의 순도이고, 상기 게르마늄 미분은 30 내지 250nm의 직경의 95% 이상의 순도이고, 상기 마이크로 캡슐의 재질은 저밀도 PE인 것을 특징으로 하는 포름알데히드 제거능이 강화된 정전기 방지 CNT와 음이온 방사를 위한 게르마늄 미분을 함유한 새집증후군 제거용 나노산소 촉매제 제조방법에 의해 달성될 수 있다.

상세하게는, 본 발명의 제조된 상기 나노산소 촉매제를 PVC 재질의 탱크에 충전 보관하는 (5) 단계를 더 포함하고, 상기 (2)단계는, 교반이 완료되면, 상기 탱크내 분리된 상층 용제를 제거하는 단계와, 상기 상층 용제를 완전 제거한 후 하층 용제인 순수한 이산화티탄을 추출하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상세하게는, 본 발명의 상기 1차 교반은 교반기를 50 내지 80rpm으로 작동시켜 교반하되, 30 내지 50분간 교반 공정을 2 내지 5회 반복 수행하고, 상기 2차 교반은 교반기를 3,000rpm으로 작동시켜 교반하되, 30 내지 50분간 교반 공정을 2 내지 5회 반복 수행하고, 상기 3차 교반은 교반기를 3,000rpm으로 작동시켜 5 내지 10분간 교반하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같은 본 발명은 새집증후군의 대표물질인 포름알데히드, 톨루엔, 자일렌 및 벤젠 등과 같은 휘발성 유기화합물(VOC)을 실내 마감재 표면에 간단한 도포를 통해 용이하고 확실하게 제거할 수 있는 바, 이는 시험성적서에 명기된 바와 같이 120분 이내에 48 μmol/mol의 농도의 포름알데히드를 89.6% 까지 탈취할 수 있음을 확인할 수 있다.

또한, 본 발명은 휘발성 유기화합물이나 기타 오염물질과는 직접 반응하지 않는 촉매 타입으로써 반영구적으로 효능이 저하되지 않고 사용할 수 있음은 물론, 정전기를 실시간 제거할 수 있는 특징이 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하기로 한다.

1. 새집증후군 제거용 나노산소 촉매제 제조방법

3중 구조를 갖는 1톤 용량의 스테인레스 재질 탱크에 원재료인 사염화티탄(TiCl₄)과 정제된 용수를 상온에서 질량비 1 : 100 비율로 탱크에 충전한다.

이후, 부재료인 암모니아수를 0.20 내지 0.39 mol을 탱크에 충전한다.

계속해서, 저속 교반기를 50 내지 80rpm로 작동시켜 혼합된 사염화티탄, 암모니아수 및 정제된 용수를 30 내지 50분간 1차 교반하되, 이러한 교반 과정을 2 내지 5회 반복 수행한다. 여기서, 교반시 혼합된 사염화티탄, 암모니아수 및 정제된 용수의 반응온도는 적어도 0℃ 이상의 상온을 유지하여야 된다.

교반이 완료되면, 탱크내 내용물인 용제가 상층과 하층으로 분리된다.

마지막으로, 상층 용제를 제거하고 하층 용제인 순수한 이산화티탄(TiO₂)만을 추출한다.

추출된 순수한 이산화티탄은 3중 구조를 갖는 1톤 용량의 스테인레스 재질 탱크에 충전하고 질산(HNO₃) 0.23 내지 0.35 mol을 탱크에 주입한다.

이어서, 교반기를 3,000rpm으로 회전시켜 30 내지 50분간 교반하되, 이러한 교반 과정을 2 내지 5회 반복 수행한다.

계속해서, 실리카졸(SiO₂ SOL) 0.12 내지 0.25 mol을 주입한다.

이후, 교반기를 3,000rpm으로 회전시켜 20 내지 50분간 교반하여 이산화티탄 나노 산소촉매를 생성한다. 이때, 반응온도는 적어도 0℃ 이상의 상온을 유지하여야 한다.

여기서, 질산이 0.23 mol 미만이거나 0.35 mol을 초과하는 경우와 실리카졸 0.12 mol 미만이거나 0.25 mol을 초과하는 경우에는 시험성적서와 동일한 방법으로 포름알데히드의 탈취율을 시험하면 80% 미만으로 탈취율이 현저히 저하된다.

결과적으로, 질산과 실리카졸은 본 실시예에서 예시하고 있는 mol 농도를 지키는 것이 바람직하다.

생성된 이산화티탄 나노 산소촉매에 아크릴 바인더 0.013 내지 0.03 mol을 주입하고 탄소나노튜브(Carbon Nanotubes, CNT)와 게르마늄 미분이 동일한 중량비로 충전된 마이크로 캡슐을 첨가한 후, 교반기를 3,000rpm으로 회전시켜 5 내지 10분간 교반시킨다.

여기서, 본 발명에 적용되는 탄소나노튜브 및 게르마늄 미분은 다음과 같은 규격을 갖는다.

1. 탄소나노튜브의 경우

순도: 90% 이상, 직경: 5 내지 20nm 및 길이: 5 내지 10um

2. 게르마늄 미분의 경우

순도: 95% 이상, 직경: 30 내지 250nm

그리고, 마이크로 캡슐의 재질은 저밀도 PE이다.

탄소나노튜브가 충전된 마이크로 캡슐의 취급 및 첨가시 다음의 사항을 주의하여야 한다.

1. 취급시 주의 사항

마이크로 캡슐이 충전된 용기는 밀폐 구조이어야 하며, 또한 흡습제를 넣어 마이크로 캡슐에 수분이 흡습되는 것을 원천적으로 방지하여야 한다.

2. 첨가시 주의 사항

첨가될 일정량의 마이크로 캡슐을 용기로부터 꺼내어 50 내지 80 ℃의 밀폐 구조의 챔버 내에서 5 내지 7시간 교반하면서 건조한 후, 별도의 밀폐 용기에 충전한다.

이후, 마스크와 순수 PE 재질의 장갑을 착용한 작업자가 건조된 마이크로 캡슐이 충전된 밀폐 용기를 개폐하여 탱크에 첨가하여야 한다.

여기서, 탄소나노튜브와 게르마늄 미분을 충전한 마이크로 캡슐은 최종 조성물의 100 중량부에 대하여 0.05 내지 0.1 중량부 첨가되어야 한다. 만약, 마이크로 캡슐이 0.05 중량부 미만인 경우에는 효과가 없거나 미비하며 0.1 중량부를 초과하는 경우에는 단가 급격하게 상승하는 단점이 있다.

최종적으로, 이산화티탄 나노 산소촉매, 탄소나노튜브가 충전된 마이크로 캡슐과 아크릴 바인더에 분산제와 EDTA(콜로이드인)을 함께 주입하여, pH 7 중성의 이산화티탄 나노 산소촉매 용액을 생성한다.

마지막으로, 본 발명의 이산화티탄 나노 산소촉매 용액은 PVC 재질 탱크에 저장되며, 이후 출고를 위해 200ml, 500ml, 1000ml, 4L, 10L, 20L 및 드럼 형태로 소포장된다.

여기서, 본 발명에 의한 나노산소 촉매제는 통풍이 양호한 그늘에 보관되어야 한다.

이상과 같은 본 발명의 새집증후군 제거용 나노산소 촉매제는 여러 단계의 나노화 공정을 거쳐 새로운 특성을 가진 나노 융합소재로 생성된 액상 타입의 물질이며, 실내 마감재에 도포하여 새집증후군의 여러 원인물질들을 2차 오염원의 배출없이 신속하게 제거할 수 있는 친환경 나노 조성물이다.

2. 나노산소 촉매제의 특성

먼저, 나노산소 촉매제는 이산화티탄을 원재료인 사염화티탄으로 부터 여러 단계의 나노화 공정을 통해 강력한 탈취기능을 갖는 액상타입의 나노 융합신소재이다.

그리고, 이러한 본 발명의 나노산소 촉매제는 실내 마감재에 직접 도포하여 새집증후군의 여러 원인물질들을 2차 오염원의 배출없이 신속하게 제거하는 친환경 나노 조성물이다(시험성적서 참조).

또한, 본 발명의 나노산소 촉매제는 반영구적으로 작용이 가능한 촉매제이다.

이러한, 본 발명의 구성은 안정된 중성의 액상타입으로, 화학적으로 안정적이며 인체에 무해한 물성을 가진 신소재임은 물론, Anataze형 결정 구조를 갖기 때문에 효율성이 매우 높은 장점이 있다.

3. 나노산소 촉매제의 주요 기능

- 휘발성 유기 화합물 제거

- 향균(멸균)작용: 병원성 대장균, 인플루엔자 바이러스, 박테리아 등의 유해세균 제거

- 악취제거: 담배의 니코친, 곰팡이, 화장실의 암모니아 냄새 등의 각종 악취제거

- 공기정화: 질소산화물 또는 유황산화물인 대기오염물질을 분해하여 정화

- 오염방지: 초 친수성 코팅막을 형성하여 피도포 대상물의 오염을 사전방지

4. 탄소나노튜브 및 게르마늄 미분을 충전한 마이크로 캡슐의 특성

탄소나노튜브의 특성

- 피막 손상 방지

본 발명에 의한 나노산소 촉매제가 실내 및 가구 등에 도포되어 코팅막을 형성한 이유, 자연적이거나 외력에 의해서 코팅막이 손상되는 것을 방지한다.

- 정전기 방지

탄소나노튜브는 구리보다 전기전도도 우수하고 자연계에서 가장 우수한 열전도율을 갖는 다이아몬드와 동일한 특성을 갖기 때문에 적은 양으로도 나노산소 촉매제 코팅막에 대전될 수 있는 정전기를 실시간으로 제거할 수 있는 효과가 있다.

게르마늄 미분의 특성

- 음이온 방사

본 발명에 의한 나노산소 촉매제가 실내 및 가구 등에 도포되어 코팅막을 형성한 이유는 게르마늄은 32 이상이 되면 음이온을 방출하기 때문에, 인간의 체온에 접촉하면 체내에 흐르고 있는 생체전류를 활성화시켜 혈행을 좋게 함으로써 근육의 뭉침, 피로, 통증 등의 증상을 완화시켜주고 피로물질의 축적을 억제하며 또한 인간이 본래 가지고 있는 자연치유력을 높여주는 효과가 있으며, 몸을 많이 사용하는 스포츠에서 근육피로나 일상생활에서 축적된 근육, 관절의 통증, 어깨결림, 요통, 신경질환 등 신체발란스의 조절이나 스트레스에 의한 정신피로등을 완화해 주는 효과가 있다.

5. 나노산소 촉매제의 항목별 성능지표

본 발명의 항목별 성능지표는 하기 표 1과 같은 성능지표를 갖는다.

6. 포름알데히드 탈취 시험

본 발명의 나노산소 촉매제(품명: 에코제로)의 포름알데히드 탈취능을 검정하기 위하여, 2012.1.6.자 한국건설생활환경시험연구원에 검정을 의뢰하였다(구리 미포함).

검정결과는 표 2와 같이, 120분 이내에 48 μmol/mol의 농도의 포름알데히드를 89.6% 까지 탈취할 수 있음을 확인할 수 있다.

따라서, 본 발명의 구성은 새집증후군의 대표 물질인 포름알데히드에 대한 매우 강력한 탈취능이 있다는 것이 판명되었다.

7. 게르마늄의 음이온 방사 시험

a) 시험방법: KFIA-FI-1042

b) 시 험 편: 60g

c) 전하입자 측정 장치를 이용하여 실내온도 23℃, 습도 32%, 대기 중 음이온수 104/cc 조건에서 시험하였으며 측정대상물에서 방출되는 음이온을 측정하여 단위체적당 ION수로 표시한 결과는 표 3과 같다.

표 3에 나타나 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 나노산소 촉매제의 음이온 발생수는 166ION/cc를 나타내고 있어 음이온 효과가 매우 양호할 것으로 판명되었다.

이상과 같은 본 발명은 일 실시예에 한정되어 설명되었으나, 이에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 사상을 토대로 변형되는 실시예들은 모두 본 발명의 권리범위에 속함이 분명하다.

Claims

(1) 스테인레스 재질 탱크에 사염화티탄과 정제된 용수를 상온에서 질량비 1 : 100 비율로 탱크에 충전한 후 암모니아수를 0.20 내지 0.39 mol을 첨가하여 1차 교반하는 단계와;
(2) 분리된 하층 용제인 순수한 이산화티탄 용액을 추출하여 스테인레스 재질의 탱크에 충전하는 단계와;
(3) 질산 0.23 내지 0.35 mol을 첨가하여 교반한 후 실리카졸 0.12 내지 0.25 mol을 더 첨가하여 20 내지 50분간 2차 교반하는 단계와;
(4) 아크릴 바인더 0.013 내지 0.03 mol 및 탄소나노튜브와 게르마늄 미분이 동일한 중량비로 충전된 마이크로 캡슐과 분산제 및 EDTA를 함께 첨가하여 3차 교반하는 단계를 포함하되,
상기 탄노나노튜브와 상기 게르마늄 미분이 충전된 마이크로 캡슐은 새집증후군 제거용 나노산소 촉매제 100 중량부에 대하여 0.05 내지 0.1 중량부이며,
상기 탄소나노튜브는 5 내지 20nm의 직경과 5 내지 10um의 길이를 갖는 90% 이상의 순도이고, 상기 게르마늄 미분은 30 내지 250nm의 직경의 95% 이상의 순도이고,
상기 마이크로 캡슐의 재질은 저밀도 PE인 것을 특징으로 하는 포름알데히드 제거능이 강화된 정전기 방지 CNT와 음이온 방사를 위한 게르마늄 미분을 함유한 새집증후군 제거용 나노산소 촉매제 제조방법.
제 1 항에 있어서,
제조된 상기 나노산소 촉매제를 PVC 재질의 탱크에 충전 보관하는 (5) 단계를 더 포함하고,
상기 (2)단계는,
교반이 완료되면, 상기 탱크내 분리된 상층 용제를 제거하는 단계와,
상기 상층 용제를 완전 제거한 후 하층 용제인 순수한 이산화티탄을 추출하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 포름알데히드 제거능이 강화된 정전기 방지 CNT와 음이온 방사를 위한 게르마늄 미분을 함유한 새집증후군 제거용 나노산소 촉매제 제조방법.
제 1 항에 있어서,
상기 1차 교반은 교반기를 50 내지 80rpm으로 작동시켜 교반하되, 30 내지 50분간 교반 공정을 2 내지 5회 반복 수행하고,
상기 2차 교반은 교반기를 3,000rpm으로 작동시켜 교반하되, 30 내지 50분간 교반 공정을 2 내지 5회 반복 수행하고,
상기 3차 교반은 교반기를 3,000rpm으로 작동시켜 5 내지 10분간 교반하는 것을 특징으로 하는 포름알데히드 제거능이 강화된 정전기 방지 CNT와 음이온 방사를 위한 게르마늄 미분을 함유한 새집증후군 제거용 나노산소 촉매제 제조방법.