KR102237709B1 - 외장재 표면에 이산화티탄의 영구고착방법 및 그 제품 - Google Patents

외장재 표면에 이산화티탄의 영구고착방법 및 그 제품 Download PDF

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Abstract

본 발명은 외장재 표면에 이산화티탄의 영구고착방법 및 그 제품에 관한 것으로, 더 상세하게는 벽면용 또는 기와용으로 사용되는 외장재의 제조공정에서 성형체의 일측면을 커피찌꺼기를 이용하여 1차 소성을 통한 다공질화가 이루어지고, 1차소성체의 다공질화된 가공면에는 이산화티탄분말을 도포하여 통공에 이산화티탄 분말이 내입되도록 하고, 이산화티탄분말을 도포한 1차소성체는 2차소성을 통해 통공의 공극을 축소시켜 이산화티탄을 견고하게 고정되도록 하는 등 영구고착되는 이산화티탄에 의해 유해성분의 분해 및 살균효과를 지속적으로 제공하는 외장재 표면에 이산화타틴의 영구고착방법 및 그 제품에 관한 것이다.

Description

외장재 표면에 이산화티탄의 영구고착방법 및 그 제품{A method for permanently depositing titanium dioxide on an exterior surface and products thereof}
본 발명은 외장재 표면에 이산화티탄의 영구고착방법 및 그 제품에 관한 것으로, 더 상세하게는 벽면용 또는 기와용으로 사용되는 외장재의 제조공정에서 성형체의 일측면을 원두커피찌꺼기를 이용하여 1차 소성을 통한 다공질화가 이루어지고, 1차소성체의 다공질화된 가공면에는 이산화티탄분말을 도포하여 통공에 이산화티탄 분말이 내입되도록 하고, 이산화티탄분말을 도포한 1차소성체는 2차소성을 통해 통공의 공극을 축소시켜 이산화티탄을 견고하게 고정되도록 하는 등 영구고착되는 이산화티탄에 의해 유해성분의 분해 및 살균효과를 지속적으로 제공하는 외장재 표면에 이산화타틴의 영구고착방법 및 그 제품에 관한 것이다.
세라믹 제품은 비금속 또는 무기질 재료를 높은 온도에서 가공 및 성형하여 만든 제품을 지징하는 것으로, 도자기, 유리, 시멘트, 내화물 등이 있다
이러한 세라믹 제품은 금속 재질에 비해 보온성 및 내열성이 우수하고, 인체에 무해하며, 단단하면서도 고유의 질감을 통해 장식적 효과를 제공할 수 있는 특징이 있어, 보온 용기 등의 각종 생활, 주방 용품에서부터 전자장치에 이르기까지 다양한 분야에서 이용되고 있으며, 건축물의 외장재로서도 널리 사용되고 있다.
최근에는 세라믹 제품의 표면에 광촉매를 코팅하는 기술이 제안되고 있으며, 대표적인 광촉매로는 이산화티탄(TiO2)이 있다.
상기 이산화티탄은 UV가 조사되면 대기 중의 각종 오염물질, 차동차 배기가스인 질소산화물을 분해하여 공기를 정화시키는 작용이 발생되고, 각종 병원균에 대한 살균 및 항균작용에 의해 위생적인 문제를 해결할 수 있다.
이산화티탄은 아나타제(anatase)상, 루타일상(rutile), 브루카이트상(brookite)이 존재하는데 브루카이트상은 불안정한상으로 공업적으로 사용하지 않고, 루타일(rutile)상은 밴드갭에너지가 작기 때문에 전자와 정공의 재결합이 쉬워 광촉매의 효율이 떨어지지만 아나타제(anatase)와 혼합된 경우 효율성은 더 높아진다. 아나타제(anatase)상은 광촉매 효율성이 좋은 대표적인 물질로 수산화라디칼을 생성해 강력한 산화력을 가지기 때문에 광촉매 표면에서 유해물질을 분해하여 대기정화, 수질정화, 탈취 및 향균기능 등에서 효능이 탁월하고, 무독성 물질로 인체에 무해하여 2차 공해에 대한 염려도 없으며, 광촉매로서 사용시 반영구적으로 사용이 가능하다는 장점이 있다.
이와같이 효과를 갖는 이산화티탄 광촉매는 세라믹 성형물로의 코팅 방법으로는 현재 바인더를 사용하여 코팅시키는 방법이 주로 사용되고 있다. 즉, 이산화티탄 자체로는 성형물에 코팅이 이루어지지 않기 때문에 바인더와 혼합하여 도포시키는 방법이 주로 사용된 것이다.
그러나 바인더를 사용하게 되면 바인더가 이산화티탄을 코팅하기 때문에 외부로 노출되는 면적이 작아서 공기정화나 살균 효능이 저하된다.
다른 코팅 방법으로는 이산화티탄을 증착시키는 이온 플레이팅법(Ion plating)이 있으며, 이온 플레이팅법 중에는 이온을 직접 이용하는 플라즈마법과 고진공 중에 이온을 인출하여 이용하는 이온빔법이 있다. 그러나 상기 방법을 수행하기 위해서는 진공장치가 요구되며 제조공정이 까다롭고 단가가 매우 높고 증착 강도가 약한 단점이 있다.
이외에 화학적 기상 증착법(CVD)은 화학물질을 포함하는 가스에 열이나 빛으로 에너지를 가하거나 고주파로 플라즈마화해 원료물질의 반응성을 높여 증착하는 방법이다. 이 방법도 제조공정이 까다롭고 단가가 매우 높으며 증착강도가 약해 실효성이 떨어지는 단점이 있다.
또한, 이산화티탄을 세라믹의 기공에 직접 부착시키는 방법이 있으나 이는 부착강도가 약해 빗물이나 물세척시 부착된 이산화티탄이 탈거되어 광촉매효과가 떨어지는 단점이 있다.
한국등록특허 제10-1942261호(2019.01.21.등록; 이하 '선행문헌1'이라 함)는 가시광 활성 광촉매 타일을 제시하였다. 상기 선행문헌1은 다공성 세라믹에 코팅조성물을 도포 및 건조하여 광촉매층을 형성하였다. 상기 선행문헌1은 광촉매층에 의해 유해가스 제거성능을 향상되나, 바인더 없이 안착시킨 것이므로 세척 또는 빗물에 의해 코팅조성물이 씻겨 내려가 광촉매에 의한 분해효율이 떨어지는 단점이 있다.
한국등록특허 제10-0225342호(1999.07.19.등록; 이하 '선행문헌2'이라 함)은 산화티타늄 광촉매막의 제조방법을 제시하였다. 상기 선행문헌2는 코팅졸에 의해 막을 형성하고, 막표면에 수산화이온의 양을 증가시켜 광촉매에 의한 분해성능을 향상시키는 것이다. 이 역시 세라믹에 도포시 막표면으로 노출되는 광촉매량이 낮고, 코팅막의 박피되어 광촉매효과가 떨어지는 문제점이 여전치 내재되어 있다.
한국등록특허 제10-1942261호(2019.01.21.등록; 이하 '선행문헌1'이라 함)는 가시광 활성 광촉매 타일 한국등록특허 제10-0225342호(1999.07.19.등록; 이하 '선행문헌2'이라 함)은 산화티타늄 광촉매막의 제조방법
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 외장재 표면에 이산화티탄의 영구고착방법 및 그 제품은,
외장재 성형체의 일측면에 내입 또는 적층되는 반죽물에 사용되는 원두 커피찌꺼기를 연소시켜 통공을 형성하여 다공질화하고, 다공질화된 면의 통공에는 이산화티탄을 내입시키고 재소성을 통해서 통공 입구를 축소시켜 이산화티탄을 고정키는 방법에 의해 외장재를 제공하는 것이다.
이와같이 이산화티탄을 고착시키면 외부세척에도 이산화티탄이 외장재 표면에서 탈거되지 않아 지속적으로 유해가스를 분해하는 광촉매기능을 제공할 수 있는 방법 및 그 제품의 제공을 목적으로 한다.
상기 과제를 해소하기 위한 본 발명의 외장재 표면에 이산화티탄의 영구고착방법은,
외장재 표면에 이산화티탄을 영구고착시키는 방법에 있어서, 외장재의 모양을 성형하여 성형체를 준비하는 모양성형단계; 성형체의 일측면에 원두커피찌꺼기를 포함하는 혼합물로 층을 형성하는 커피찌꺼기층 형성단계; 커피찌꺼기층이 형성된 성형체를 가열하되 1000~1100℃로 10~15시간동안 소성하여 원두커피찌꺼기의 연소로 다공질화하는 1차소성다공질화단계; 상기 1차소성된 소성체의 다공질 표면에 수용성 이산화티탄 또는 이산화티탄 혼합물을 도포하는 이산화티탄 도포단계; 자연건조를 통해 이산화티탄을 다공질 표면의 공극에 안착시키는 건조단계; 상기 건조단계를 수행한 소성체를 300~800℃온도에서 5~20시간동안 소성하여 소성체의 표면 공극 축소로 안착된 이산화티탄을 내포하면서 고정시키는 2차소성고정단계;를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 모양성형단계는, 일반황토를 모양성형틀로 찍어서 모양을 형성하여 성형체를 준비하고; 커피찌꺼기층 형성단계는, 원두커피찌꺼기 100중량부에 대해 이산화티탄 분말 60~80중량부를 혼합한 혼합물을 성형체의 일측면에 살포하여 적층하는 혼합물적층단계와, 혼합물이 적층된 성형체를 모양성형틀로 다시 찍어서 혼합물층이 성형체 표면으로 내입되게 하는 가압단계;를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 모양성형단계는, 일반황토를 모양성형틀로 찍어서 모양을 형성하거나, 기존 외장재를 사용하여 성형체를 준비하고; 상기 커피찌꺼기층 형성단계는, 백토 100중량부에 대해 원두커피찌꺼기 30~40중량부와, 물 50~60중량부를 혼합한 반죽물을 제조하는 반죽물준비단계와; 상기 반죽물을 성형체 일측면에 적층하여 반죽물층을 형성하는 반죽물층 형성단계;를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 커피찌꺼기층 형성단계에는, 성형체의 일측면에 유약을 도포하여 방수층을 형성하는 방수층형성단계를 더 수행한 다음 반죽물층 형성단계를 수행할 수 있다.
또한, 상기 반죽물에는 백토 100중량부에 대해 포졸란 20~40 중량부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 도포단계는, 물 100중량부에 대해 이산화티탄 분말 20~30중량부를 혼합하여 수용성 이산화티탄을 제조하고; 상기 도포단계와 건조단계는 1~3회 수행할 수 있다.
또한, 상기 도포단계는, 수용성 이산화티탄을 분무하는 제1도포단계와; 이산화티탄 분말을 분사하는 제2도포단계;로 이루어질 수 있다.
또한, 2차소성고정단계는, 1시간에 100~150℃로 승온하면서 가열이 이루어지게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 표면에 이산화티탄이 영구고착된 외장재는,
성형체 일측면에 커피찌꺼기와 이산화티탄분말을 살포하여 적층한 다음 가압하여 커피찌꺼기와 이산화티탄분말이 성형체에 내입되도록 하고, 1차소성으로 통해 커피찌꺼기를 연소시켜 성형체 표면을 다공질화하고, 표면의 통공에는 이산화티탄분말을 도포하여 안착시키고, 2차소성에 의해 통공크기를 축소시켜 이산화티탄을 고정시키는 방법에 의해 일측면을 다공질화하여 이산화티탄이 영구고착된 것을 특징으로 한다.
또한, 성형체 일측면에 커피찌꺼기와 이산화티탄분말과 백토를 혼합한 반죽물을 적층하고, 1차소성을 통해 커피찌꺼기를 연소시켜 다공질층을 형성하고, 표면의 통공에는 이산화티탄분말을 도포하여 안착시키고, 2차소성에 의해 통공크기를 축소시켜 이산화티탄을 고정시키는 방법에 의해 일측면에 다공질층이 형성되고 다공질층에는 이산화티탄이 영구고착된 것을 특징으로 한다.
상기 해결수단에 의한 본 발명의 외장재 표면에 이산화티탄의 영구고착방법 및 그 제품은,
성형체 표면에 내입된 원두커피찌거기 또는 적층된 반죽물에 혼합된 원두커피찌꺼기가 연소되면서 성형체의 표면을 다공질화하고, 상기 표면 통공으로 이산화티탄을 내입시킨 후 재소성을 통해서 통공의 부피를 축소시키고, 내입된 이산화티탄은 압착되어 고정됨으로써 외부 세척에도 탈거되지 않는 영구 고착이 이루어질 수 있다. 이와같이 이산화티탄을 장시간 고착시키면 자외선을 통한 유해가스를 분해하여 제거하는 광촉매기능을 지속적으로 제공하여 쾌적한 생활을 영위하게 할 수 있는 유용한 방법 및 제품의 제공이 가능하게 되었다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이산화티탄 영구고착방법을 도시한 공정도.
도 2는 본 발명에 따른 도포단계의 다른 실시예를 도시한 공정도.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 제1실시예에 따른 외장재 제조과정을 나타낸 단면도.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 제2실시예에 따른 외장재 제조과정을 나타낸 단면도.
도 5a와 도 5b는 본 발명에 따른 소성에 의해 통공크기 축소과정을 도시한 단면도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에서 본 발명을 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대 또는 축소하여 도시한 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되고 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 외장재 표면에 이산화티탄 영구고착방법을 도시한 공정도이다.
참조한 바와같이 본 발명에 따른 이산화티탄 영구고착방법은, 모양성형단계와, 커피찌꺼기층 형성단계와, 1차소성다공질화단계와, 이산화티탄 도포단계와, 건조단계 및 2차소성고정단계를 포함하여 이루어진다.
상기 모양성형단계는, 외장재를 제조하는 재료인 일반황토로 반죽하여 모양성형틀인 성형기에 의해 외장재 모양으로 성형체를 형성하거나 기존 외장재를 그대로 성형체로 사용하여 준비하는 단계이다. 상기 모양을 형성하는 물질로 일반황토를 언급하였으나 이에 일반적으로 외장재 도자기, 타일 및 기와에 사용되는 재료로 대체하거나 일부 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 커피찌꺼기층 형성단계는, 상기 모양성형단계에서 제조된 성형체의 일측면에 원두커피찌꺼기로 층을 형성하는 단계이다.
여기서 사용되는 원두커피찌꺼기는 함수율이 20% 이하로 건조되고, 10~1000㎛ 크기로 분쇄한 것이다. 상기 원두커피찌꺼기의 분말은 연소후 통공을 제공하는 것이므로 원하는 통공의 크기로 분쇄하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 원두커피찌꺼기의 함수율이 20%를 초과하면 원두커피찌꺼기 끼리 응집되어 뿌려서 단층으로 층을 형성하기 어렵고, 응집되면 연소후 생성되는 표면공극의 크기가 커져서 이산화티탄 분말을 내입시켜 고정시키기 어렵다. 또한 원두커피찌꺼기의 크기를 10㎛이하로 형성할 경우 소성 후 통공이 너무 작게 형성되어 이산화티탄을 내입시키기 어렵고, 1000㎛이상으로 형성할 경우 원두커피찌꺼지가 내포된 층의 구조강도가 저하는 물론 2차소성에 의해 통공입구 축소가 내포된 이산화티탄이 탈거되는 것을 방지할 수 있을 만큼 이루어지기 어렵기 때문에 상기 범위로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 커피찌꺼기층 형성단계는 다음의 2가지 형태로 형성할 수 있다.
첫 번째 예로는, 혼합물적층단계와, 가압단계에 의해 커피찌꺼기층을 형성하는 것이다.
상기 혼합물적층단계는, 모양성형틀에 의해 찍어서 모양을 형성한 성형체의 일측면에 원두커피찌꺼기 단독 또는 원두커피찌꺼기와 이산화티탄 분말의 혼합물을 살포하여 적층하는 단계이고,
상기 가압단계는, 혼합물이 적층된 성형체를 모양성형틀을 이용하여 다시 찍어서 성형체 상부표면에 안치된 혼합물을 성형체 표면을 통해 내측으로 내입되도록 가압하는 단계이다.
따라서 첫 번째 예로는 원두커피찌꺼기가 가압단계를 통해 성형체 상부면으로 내입되어 원두커피찌꺼기가 성형체 일측 표면에 표출되는 형태로 커피찌꺼기층이 형성되는 단계이다.
여기서 상기 커피찌꺼기층을 형성하기 위한 혼합물은 원두커피찌꺼기 100중량부에 대해 이산화티탄 분말 60~80중량부를 혼합하여 구성된다. 상기 이산화티탄 분말이 80중량부 이상으로 혼합되면 성형체 표면에 커피찌꺼기를 통한 통공형성면이 적어서 이산화티탄을 통공에 내입하여 고정시키는 면적이 줄어들고, 60중량부 이하로 혼합되면 표면에 내입시킨 이산화티탄의 면적이 좁아져서 이산화티탄의 살균분해효과가 저하됨으로 본 단계에서 이산화티탄 분말을 투입한다면 상기 범위로 형성하는 것이 바람직하다.
두 번째 예로는, 반죽물준비단계와, 반죽물층 형성단계에 의해 커피찌꺼기층을 형성하는 것이다.
상기 반죽물준비단계는, 백토 100중량부에 대해 원두커피찌꺼기 30~40중량부, 물 50~60중량부의 비율로 혼합하여 반죽물을 준비하는 단계이다.
상기 원두커피찌꺼기의 혼합량이 30중량부 보다 적게 혼합하면 성형체일측면의 반죽물층 형성시 반죽물층 표면에 형성되는 공극량이 적어 표면을 다공질화하는 효과가 떨어지게 되며, 40중량부 이상으로 혼합하면 다량의 공극에 의해 반죽물층의 구조강도가 저하되는 문제점이 있다.
상기 혼합되는 물도 50중량부 이하로 혼합하면 반죽시 응집력이 낮아지고, 60중량부 이상으로 혼합하면 구조강도가 낮아져 성형체 일측면에 반죽물층의 형태유지가 어려움으로 상기 범위로 혼합하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 반죽물에는 백토 100중량부에 대해 포졸란 20~40중량부가 더 포함될 수 있다.
상기 포졸란은 게르마늄, 셀리늄과 각종 미네랄 성분을 함유하는 광물로서 원적외선과 음이온을 다량 방출하는 유익한 광물이다. 이러한 포졸란은 항균효과를 제공함은 물론 곰팡이균에 대한 억제효과가 있고, 결로방지, 수맥 및 전자파 차단, 단열, 방열 등의 효과가 있다. 상기 포졸란을 20중량부 이하로 혼합할 경우 포졸란의 유효성분효과의 제공이 미비하고, 40중량부 이상으로 혼합할 경우 백토에 의한 결합력이 저하되어 소성과정에서 반죽물층이 성형체로부터 분리될 수 있으므로 상기 범위로 혼합하는 것이 바람직하다.
여기서 상기 커피찌꺼기층 형성단계에는 방수층형성단계를 더 수행할 수 있다. 외장재에 방수층을 형성하면 기와용 또는 외부벽면용으로 사용시 물이 내측으로 침투되는 것을 방지할 수 있다. 상기 방수층형성단계는 성형체에 반죽물층을 형성하기 이전에 성형체의 일측면에 방수소재를 도포하여 방수층을 형성하고, 방수층 상부에 반죽물층이 적층되도록 구성할 수 있다.
다음으로 1차소성다공질화단계가 수행된다. 본 단계는 커피찌꺼기층이 형성 또는 적층된 성형체를 소성시켜 소성체를 제조하고, 소성과정에서 커피찌꺼기층을 형성하는 원두커피찌꺼기를 연소시켜 다공질화하는 단계이다.
본 단계에서 성형체는 도자기, 벽돌, 타일, 지붕재 등으로 제조될 수 있다. 제조된 성형체는 1000~1100℃의 온도에서 10~15시간동안 소성시켜 내포된 원두커피찌꺼기를 연소시켜 다공질화가 이루어지도록 한다. 즉, 고온조건을 제공함으로 유기물인 원두커피찌꺼기는 연소하여 제거되고, 원두커피찌꺼기가 차지했던 공간은 통공으로 남아서 추후 이산화티탄이 내입되는 공간으로 제공된다.
상기 소성온도는 1000℃ 미만의 온도에서는 소성이 잘 이루어지지 않아 강도가 저하되는 문제점이 있으며, 1100℃초과하는 온도에서는 소성체의 표면이 용융되어 표면기공이 소실될 수 있으므로 상기 범위내에서 소성이 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 도포단계는 소성체의 표면에 이산화티탄을 도포하는 단계이다.
1차소성을 수행한 소성체는 표면에 직접 내입한 원두커피찌꺼기 또는 적층된 반죽물층에 내입된 원두커피찌꺼기가 연소되어 제거된 통공이 다수 형성된 다공질표면을 갖는다. 이러한 표면으로 수용성 이산화티탄을 도포하여 다공질 표면의 통공내로 이산화티탄이 내입되어 고정되게 한다.
상기 수용성 이산화티탄은 물 100중량부에 대해 이산화티탄 분말 20~30중량부를 혼합하여 제조한다. 상기 이산화티탄 분말이 20중량부 이하로 혼합되면 도포되는 도포층내 이산화티탄의 분포가 낮아 성형체의 다공질 표면으로 이산화티탄이 내입되는 량이 적어 영구고정에 의한 광촉매효과가 저조해진다. 또한 30중량부 이상으로 혼합하면 분산성이 떨어져 이산화티탄이 덩어리화되는 경향이 발생되어 소성체의 다공질 표면으로 이산화티탄이 내입되기 어려워 영구고정이 이루어지지 않는 단점이 있으므로 상기 범위로 혼합사용하는 것이 바람직하다.
상기 도포 방식으로는 수용성 이산화티탄을 소성체 표면에 일정두께 바르거나, 분무장치를 통해서 분무하여 표면에 부착시키는 방식을 적용할 수 있다. 상기 분무방식에 의해 도포가 이루어질 경우 소성체의 다공질표면과 직각인방향어로 분무가 이루어지도록 하고 다공질표면의 통공내로 이산화티탄이 용이하게 내입되게 할 수 있다. 또한, 분사압력은 이산화티탄이 다공질표면으로부터 튕겨지는 것을 방지하도록 저압으로 분사가 이루어지는 것이 바람직하다.
다음으로 상기 건조단계는, 이산화티탄의 도포가 완료된 소성체를 자연건조방식에 의해 건조시켜 수분을 증발시켜 이산화티탄이 소성체의 다공질표면에 부착되게 한다. 예컨대 다공질표면의 공극에 이산화티탄이 내입되어 안치되게 한다.
상기 도포단계와 건조단계는 여러번 반복수행하여 도포되는 이산화티탄 량을 증가시킬 수 있으며, 바람직하게는 1~3회 수행하는 것이다.
상기 2차소성고정단계는, 건조단계를 수행한 소성체를 가열하여 잔류 수분제거와, 소성체 다공질표면의 통공을 축소시켜 내입된 이산화티탄을 통공 내벽으로 압착 고정시켜 제품을 생산하는 단계이다. 여기서 상기 다공질표면은 1차 소성과정에서 성형체 내부의 수분이 배출되면서 생성된 미세공극도 포함된다.
상기 2차소성은 300~800℃온도에서 5~20시간 소성하여 이루어지며, 300℃ 이하로 가열하면 소성시간이 너무 길어져 생산성이 떨어지는 단점이 있고, 800℃ 이상으로 가열하면 이산화티탄의 성상이 아나타제(anatase)상에서 루타일(rutile)상으로 상변화가 이루어지지 않게 하는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 400~500℃의 온도로 소성하여 상변화없이 광촉매효율이 높은 아나타제상의 이산화티탄이 부착되게 하는 것이다.
또한, 상기 2차소성온도는 1시간에 100~150℃로 승온하면서 가열이 이루어지게 하여 급격한 온도상승으로 인한 소성체 내외부면의 온도차이로 파손되는 것을 방지할 수 있다.
상기와 같이 2차 소성에 의해 소성체 표면의 통공은 내부공간이 축소되면서 내입된 이산화티탄을 압착시켜 탈거되지 않도록 견고하게 고정시킨 성형체를 제조할 수 있다. 상기 성형체는 빗물이나 세척시 표면에 고정된 이산화티탄이 탈거되는 것을 최소화하는 효과를 제공할 수 있다.
도 2를 참조한 바와같이 본 발명은 도포단계에서 수용성 이산화티탄을 분무하는 제1도포단계와; 이산화티탄 분말을 분사하는 제2도포단계;로 다단으로 실행할 수 있다.
즉, 소성체 표면공극에 수용성 이산화티탄을 분무하여 도포가 이루어지고, 추가적으로 분말상의 이산화티탄을 분사할 수 있다. 상기 제2도포단계는 제1도포단계에서 분무되어 소성체 표면에 도포된 수분에 분사하여 이산화티탄 분말이 부착되게 하거나, 제1도포단계에서 분무된 소성체 표면이 충분히 건조된 다음 제2도포단계를 수행하여 소성체 표면 중 빈 통공에 제2도포단계에서 분사된 이산화티탄 분말이 내입되도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 제1실시예의 이산화티탄이 고착된 외장재는, 도 3a를 참조한 바와같이 성형체의 상부면에 커피찌꺼기(12)를 살포하여 커피찌꺼기층(11)을 형성하고, 모양성형틀로 가압하면 도 3b와 같이 커피찌꺼기(12)는 성형체(10) 내부로 내입된다.
이 상태에서 소성하면 도 3c와 같이 커피찌꺼기가 연소되어 제거되면서 통공(21)이 형성되는 다공질화가 이루어지고, 도 3d와 같이 이산화티탄(30) 분말을 통공(21)에 내입하여 연소시키면 통공의 체적이 줄어들면서 내입된 이산화티탄 분말을 강하게 압박하여 고착되게 하는 소성체(20)인 외장재를 제조할 수 있다.
또한 제2실시예의 이산화티탄이 고착된 외장재는, 도 4a와 도 4b와 같이 커피찌꺼기(12)를 다량 포함하는 반죽물층(13)을 성형체(10) 상부면에 적층하여 일체로 부착시키고 1차소성공정을 수행한다.
도 4c와 같이 반죽물층의 커피찌꺼기(12)는 연소되어 제거되면서 통공(21)이 형성되는 다공질화가 이루어진다. 도 4d와 같이 이산화티탄(30) 분말을 통공(21)에 내입하여 연소시키면 통공(21)의 체적이 줄어들면서 내입된 이산화티탄(30) 분말을 강하게 압박하여 고착이 이루어진다.
상기 연소에 의한 통공 입구 축소는 도 5a를 참조한 바와같이 통공(21)입구에 이산화티탄(30) 분말이 내입된 상태에서 소성체(20)의 2차소성이 이루어지면, 통공이 부피가 축소되면서 도 5b와 같이 통공입구가 좁혀지게 되어 내입된 이산화티탄의 탈거를 방지하는 강한 부착이 이루어진다. 따라서, 세척이나 빗물에 의해 이산화티탄이 씻겨지는 것을 방지할 수 있어 장시간 반영구적으로 광촉매효과의 제공이 가능하게 된다.
실시예1
본 발명의 방법에 따라 황토를 반죽하여 모양성형틀로 찍어서 외장재 형태의 성형체를 준비하였다.
상기 성형체 상부면에 원두커피찌꺼기 100중량부에 대해 이산화티탄 분말 70중량부를 혼합한 혼합물을 살포하여 단층으로 적층되도록 안치하였다.
상기 원두커피찌꺼기가 포함된 혼합물층이 형성된 성형체는 모양성형틀로 다시 찍어서 상부면에 안치된 원두커피찌꺼기와 이산화티탄 분말을 성형체 상부면에 표출되면서 내입되도록 하였다.
성형체는 1000℃에서 12시간 1차소성하여 소성체를 제조하였다.
소성체는 실온에서 10시간 방치하여 온도를 낮췄고, 물 100중량부에 대해 이산화티탄30중량부를 혼합한 수용성 이산화티탄을 분무하였다 표면을 적시고 실온에서 2시간 방치하여 건조시켰다.
분무도포와 건조를 3회 반복실시하였다.
최종 건조된 소성체는 400~500℃의 온도범위에서 10시간 2차소성시켜 최종 성형물인 외장재를 제조하였다.
실시예2
본 발명의 방법에 따라 황토를 반죽하여 모양성형틀로 찍어서 외장재 형태의 성형체를 준비하였다.
상기 성형체의 상부면에 유약을 도포하여 방수층을 형성하였다.
백토 100중량부에 원두커피찌꺼기 30중량부, 물50중량부를 혼합하여 반죽물을 제조하였다.
반죽물로 성형체 상부면에 일정두께로 적층하였고, 모양성형틀로 찍어서 표면을 매끄럽게 하였다. 이때 모양성형틀은 황토반죽에 이용된 모양성형틀보다 반죽물층 두께만큼 두꺼운 틀을 이용하였다.
성형체는 1000℃에서 12시간 1차 소성하여 소성체를 제조하였다.
소성체는 실온에서 10시간 방치하여 온도를 낮췄고, 물 100중량부에 대해 이산화티탄30중량부를 혼합한 수용성 이산화티탄을 분무하였다 표면을 적시고 실온에서 2시간 방치하여 건조시켰다.
분무도포와 건조를 3회 반복실시하였다.
최종 건조된 소성체는 400~500℃의 온도범위에서 10시간 2차소성시켜 최종 성형물인 외장재(외벽타일)를 제조하였다.
비교예1
실시예1과 동일한 과정으로 외장재를 제조하였다.
다만, 물 100중량부에 대해 이산화티탄 30중량부를 혼합한 혼합물의 분무는 2차소성이 완료된 후에 실시하였고, 분무도포와 건조를 3회 반복실시하여 외장재를 제조하였다.
비교예2
실시예2와 동일한 과정으로 외장재를 제조하였다.
다만, 물 100중량부에 대해 이산화티탄 30중량부를 혼합한 혼합물의 분무는 2차소성이 완료된 후에 실시하였고, 분무도포와 건조를 3회 반복실시하여 외장재를 제조하였다.
비교예3
실시예1과 동일한 과정으로 외장재를 제조하였다.
다만, 물 100중량부에 대해 이산화티탄 30중량부와 바인더 20중량부를 혼합한 혼합물의 분무는 2차소성이 완료된 후에 실시하였고, 분무도포와 건조를 3회 반복실시하여 외장재를 제조하였다.
비교예4
실시예2와 동일한 과정으로 외장재를 제조하였다.
다만, 물 100중량부에 대해 이산화티탄 30중량부와 바인더 20중량부를 혼합한 혼합물의 분무는 2차소성이 완료된 후에 실시하였고, 분무도포와 건조를 3회 반복실시하여 외장재를 제조하였다.
<휘발성 유기화합물 분해실험>
상기 실시예1 및 2와 비교예1 및 2에서 제조된 타일을 흐르는 물에 세척하여 건조시켰다.
밀폐된 공간에 제조된 타일을 각각 넣고, 동일한 농도의 휘발성 유기화합물(VOC)을 주입한 다음 초기와, 10분간격으로 VOC농도를 측정하였다.
측정결과 실시예1 및 2의 타일은 2시간 이내에 VOC가 거의 분해제거되었고, 비교예1 및 2는 2시간이 되었을 때 초기보다 VOC가 10%만 줄어들었음을 확인하였고, 비교예3 및 4는 VOC가 60% 줄어들었음을 확인하였다
따라서, 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 외장재는 외부로 표출된 이산화티탄의 고착율이 높아 이산화티탄의 광촉매효과가 잘 이루어졌으나, 비교예1 및 2는 외장재 표면에서 이산화티탄의 탈거가 다량 이루어져 광촉매효과가 잘 나타나지 않았으며, 비교예3 및 4는 혼합된 바인더에 의해 외장재 표면에 이산화티탄을 부착시키는 효율은 증가시켰으나, 바인더 자체가 이산화티탄을 덮는 비율이 높아서 광촉매효과는 다소 낮게 나타남을 확인하였다.
10 : 성형체
11 : 커피찌꺼기층 12 : 커피찌꺼기
13 : 반죽물층
20 : 소성체
21 : 통공
30 : 이산화티탄

Claims (10)

  1. 외장재 표면에 이산화티탄을 영구고착시키는 방법에 있어서,
    외장재의 모양을 성형하여 성형체를 준비하는 모양성형단계;
    성형체의 일측면에 원두커피찌꺼기를 포함하는 혼합물로 층을 형성하는 커피찌꺼기층 형성단계;
    커피찌꺼기층이 형성된 성형체를 가열하되 1000~1100℃로 10~15시간동안 소성하여 원두커피찌꺼기의 연소로 다공질화하는 1차소성다공질화단계;
    상기 1차소성된 소성체의 다공질 표면에 수용성 이산화티탄 또는 이산화티탄 혼합물을 도포하는 이산화티탄 도포단계;
    자연건조를 통해 이산화티탄을 다공질 표면의 공극에 안착시키는 건조단계;
    상기 건조단계를 수행한 소성체를 300~800℃온도에서 5~20시간동안 소성하여 소성체의 표면 공극 축소로 안착된 이산화티탄을 내포하면서 고정시키는 2차소성고정단계;를 포함하여 이루어지되,
    상기 모양성형단계는, 일반황토를 모양성형틀로 찍어서 모양을 형성하거나, 기존 외장재를 사용하여 성형체를 준비하고;
    상기 커피찌꺼기층 형성단계는, 백토 100중량부에 대해 원두커피찌꺼기 30~40중량부와, 물 50~60중량부를 혼합한 반죽물을 제조하는 반죽물준비단계와; 상기 반죽물을 성형체 일측면에 적층하여 반죽물층을 형성하는 반죽물층 형성단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 외장재 표면에 이산화티탄의 영구고착방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 커피찌꺼기층 형성단계에는,
    성형체의 일측면에 유약을 도포하여 방수층을 형성하는 방수층형성단계를 더 수행한 다음 반죽물층 형성단계를 수행하게 하는 것을 특징으로 하는 외장재 표면에 이산화티탄의 영구고착방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반죽물에는 백토 100중량부에 대해 포졸란 20~40 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 외장재 표면에 이산화티탄의 영구고착방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 도포단계는,
    물 100중량부에 대해 이산화티탄 분말 20~30중량부를 혼합하여 수용성 이산화티탄을 제조하고;
    상기 도포단계와 건조단계는 1~3회 수행하는 것을 특징으로 하는 외장재 표면에 이산화티탄의 영구고착방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 도포단계는,
    수용성 이산화티탄을 분무하는 제1도포단계와;
    이산화티탄 분말을 분사하는 제2도포단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 외장재 표면에 이산화티탄의 영구고착방법.
  8. 제1항에 있어서,
    2차소성고정단계는,
    1시간에 100~150℃로 승온하면서 가열이 이루어지게 한 것을 특징으로 하는 외장재 표면에 이산화티탄의 영구고착방법.
  9. 삭제
  10. 제1항, 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재되어 성형체 일측면에 원두커피찌꺼기와 이산화티탄분말과 백토를 혼합한 반죽물을 적층하고, 1차소성을 통해 원두커피찌꺼기를 연소시켜 다공질층을 형성하고, 표면의 통공에는 이산화티탄분말을 도포하여 안착시키고, 2차소성에 의해 통공크기를 축소시켜 이산화티탄을 고정시키는 방법에 의해 일측면에 다공질층이 형성되고 다공질층에는 이산화티탄이 영구고착된 외장재.
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