KR102278891B1 - 이산화티탄으로 이루어진 광촉매 복합체가 포함된 테라조 타일 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이산화티탄을 포함하는 광촉매 복합체가 포함된 테라조 타일에 관한 것으로 더욱 상세하게는 가시광선에서도 광촉매 작용이 이루어지는 이산화티탄 광촉매 소재를 시멘트와 혼합하여 테라조 타일로 제조하고, 설치시켜 대기 중의 오염물질을 제거하는 이산화티탄으로 이루어진 광촉매 복합체가 포함된 테라조 타일 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 이산화티탄으로 이루어진 광촉매 복합체가 포함된 테라조 타일 및 그 제조방법은 이산화티탄에 산화무기물이 포함되고, 백색 시멘트 분말에 혼합되어 가시광선에서도 광촉매 효율을 가지며, 테라조 타일의 소재로 사용되어 내외면을 이루는 건축 소재로 사용되어 대기중의 오염물질을 제거하여 대기정화 효과를 가진다.
또한, 광촉매 및 종석에 의해서 탈취 작용 및 미세먼지를 유발하는 휘발성 유기화합물에 의한 오염을 방지하는 방오 작용이 실시되며, 구리를 포함하여 항균성능을 가짐으로써 대기 중 바이러스 및 박테리아를 제거하고, 루틸형의 이산화티탄 촉매제를 사용하여 재료에는 드는 비용을 절감할 수 있다.

Description

이산화티탄으로 이루어진 광촉매 복합체가 포함된 테라조 타일 및 그 제조방법{Terrazzo tile with photocatalytic complex consisting of titanium dioxide}
본 발명은 이산화티탄을 포함하는 광촉매 복합체가 포함된 테라조 타일에 관한 것으로 더욱 상세하게는 가시광선에서도 광촉매 작용이 이루어지는 이산화티탄 광촉매 소재를 시멘트와 혼합하여 테라조 타일로 제조하고, 설치시켜 대기 중의 오염물질을 제거하는 이산화티탄으로 이루어진 광촉매 복합체가 포함된 테라조 타일 및 그 제조방법에 관한 것이다.
테라조(Terrazzo)는 인조석의 일종으로 기존에는 대리석에 백색 시멘트를 혼합하여 경화 시킨 후 표면을 닦은 것을 말하는 것으로 화강암을 부순 골재, 안료, 시멘트 등의 고착제를 더 포함하여 성형 시킬 수 있으며, 성형 후 경화시킨 뒤 표면을 연마 및 광택을 낸 타일로 제조하여 바닥이나 벽에 부착시키거나 직접 바른 후 성형하여 경화시키는 재료이다. 또한, 최근에는 에폭시, 폴리에스테르, 라텍스 및 아크릴 등의 재료를 더 포함하여 다양한 형상의 테라조 타일로 제조되고 있으며, 가격측면에서도 저렴하고, 강성이 높아 많이 사용되고 타일 있다.
광촉매는 빛을 에너지원으로 하여 촉매 반응을 진행시키는 물질을 말하는 것으로 광촉매의 종류로는 이산화티탄(TiO2), 산화아연(ZnO), 황화 카드뮴(CdS), 삼산화 텅스텐(WO3) 등이 있으며, 이중 이산화티탄은 파장 400nm이하의 자외선을 흡수하여 고에너지의 전자(e-)와 정공(h+)으로 분리되는데 이 전자와 정공은 표면 흡착산소 및 물과 반응하여 각각 수퍼옥사이드 음이온(O2 -)과 수산화라이칼(OH)이라는 활성종을 형성하며, 활성종의 강한 산화력으로 인하여 오염물질을 분해하고 살균효과를 나타내며, 유해가스를 제거 및 흡수하는 작용을 한다.
이산화티탄을 더 자세히 알아보면 이산화티탄은 이산화 타이타늄 또는 이산화 티타늄으로 불리며, 전이금속인 티타늄 원자 하나와 산소 원자 2개가 결합된 분자로서 분자량은 79.866g/mol이며, 무미, 무취의 흰색 가루이고, 성질은 산소와 쉽게 반응하여 산화력이 크고, 음폐력이 커서 모든 용매에 녹지 않으며, 굴절류이 매우 큰 이방성을 나타내고, 산란성이 크며, 매우 안정한 물질이고, 생물학적으로 반응을 하지 않아 환경 및 인체 무해하며, brookite(판티탄석, 이하 브루카이트형), anatase(예추석, 이하 아나테형) 및 rutile(금홍석, 루틸형)의 동질다상 형태로 존재하고, 항균 작용과 악취제거와 살균작용이 있다.
한편, 브루카이트형은 매우 불안정하여 상업적으로 거의 활용되지 않고 있고, 광촉매 효율은 루틸형 보다는 아나테형에서 더 높다. 루틸형과 브루카이트형은 아나테형보다 적은 각각 2.18eV 및 3.0eV의 밴드 갭 에너지를 가지고 있으며, 그 이유로는 루틸형과 브루카이트형에서 전자의 이동도가 감소하여 광조사에 의해 형성된 전자-홀의 재결합 속도가 증가하기 때문이다. 아나테형의 TiO2는 밴드 갭 에너지가 3.2eV로 비교적 크지 않고, 수용액에서도 안정성이 우수하다. 루틸형은 티탄광석에서 추출되어 주로 백색색소로 이용되고, 빛 이용 효율이 적다. 따라서, 루틸형의 이산화티탄의 사용량은 적고 가격측면에서도 루틸형이 저렴하나 주로 상업적으로 이용되고 있는 이산화티탄은 아타네형을 사용하고 있는 실정이다.
최근에는 타일에 광촉매제를 코팅하여 대기 중에 포함되어 있는 오염물질을 제거하는 선행기술들이 나오고 있으며, 그와 관련된 선행기술들로는 한국등록특허 10-1823178호(2018.01.29.)는 타일; 및 타일 일면에 TiO2 비결정성 졸 및 가시광 활성 광촉매재를 포함하는 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물로 형성된 광촉매층;을 포함하는 가시광 활성 광촉매 타일을 제공하고, 한국등록실용신안 제20-0426332호(2006.09.14.)는 타일(100)과; 타일의 일면에 구성되는 유약층(110)과; 2nm ~ 5nm의 일바를 가지는 이산화티탄(TiO2)과 상기 이산화티탄의 0.5배 중량비를 가지는 하이드록시 아파타이트(HAP) 각각이 혼합되어 상기 유약층(110)의 상부에 도포되는 광촉매 코팅층(200);으로 이루어지는 광촉매 타일을 제공하고 있다.
그러나 광촉매의 대부분이 전자-정공쌍의 빠른 재결합이나 넓은 밴드 갭 때문에 가시광선에서 적용이 제한되는 한계점이 있으므로 위에서 기재된 선행기술들에서 타일들의 광촉매 활성도가 적다는 문제점이 있다. 또한, 광촉매를 내면 또는 외면에 코팅하였을 때 시간이 지남에 따라서 코팅층이 훼손된다는 점은 분명하므로 재 코팅하여야 한다는 번거로움이 발생된다.
한국등록특허 10-1823178호(2018.01.29.) 한국등록실용신안 제20-0426332호(2006.09.14.)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 시설물의 내면 및 외면에 부착 또는 내면과 외면의 소재로 하는 테라조 타일에 광촉매제를 포함시켜 대기 중 오염을 저감시키고, 아나테형 보다 상대적으로 가격이 저렴한 루틸형을 사용하여 공정상 드는 비용을 절감하며, 항균성능을 가지는 이산화티탄으로 이루어진 광촉매 복합체가 포함된 테라조 타일 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 문제점을 해결하고, 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 이산화티탄으로 이루어진 광촉매 복합체가 포함된 테라조 타일은 산화물기물이 코팅된 이산화티탄, 구리 및 시멘트 분말로 이루어진 광촉매 복합체와 종석을 이루어지는 표층; 및 상기 표층 하부면에 부착 형성되는 모르타르로 이루어지는 기층;을 포함한다.
상기 표층에서 광촉매 복합체는 시멘트 분말 100중량부 기준으로 이산화티탄 13~20 중량부 및 구리 0.1~1.2 중량부로 이루어지고, 광촉매 복합체와 종석은 중량비율로 1 : 0.1~0.5으로 혼합된다.
상기 광촉매 복합체와 종석이 혼합된 혼합물 100중량부를 기준으로 물 12~16 중량부가 포함되어 성형 후 경화시킨다.
상기 종석은 대리석, 화강암 및 백운석 중 선택된 하나 이상으로 이루어진다.
상기 표층 및 기층은 경화제가 더 첨가될 수 있고, 표층에는 안료가 첨가될 수 있다.
상기 표층 및 기층은 분쇄된 광물이 더 추가 될 수 있으며, 상기 광물은 맥반석, 제올라이트, 일라이트, 벤토나이트, 세리사이트, 각섬석, 납석, 활석, 장석, 백토, 흑연, 황토 및 화산암 중 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 이산화티탄은 루틸형으로 입자크기는 20~300nm이고, pH는 6.5~8.5이며, 체적밀도가 1~4 g/cm3 이며, 산화무기물은 지르코니아(ZrO2) 및 알루미나(Al2O3)가 코팅된다.
상기 이산화티탄은 추가 화합물이 함유될 수 있으며, 추가 화합물은 인산염, 피로인산염, 트리폴리인산염, 테트라폴리인산염, 메타 인산염 및 울트라 인산염 중 선택된 하나를 이용한다.
상기 광촉매 복합체 조성물은 인산은을 더 포함할 수 있으며, 인산은의 입자크기는 100~200nm이며, 시멘트 분말 100 중량부를 기준으로 1~15 중량부로 포함한다.
상기 구리는 분말상태로 입자크기는 200~300 메쉬이고, 시멘트 분말은 백색으로 입자크기는 200~300 메쉬이다.
상기 표층에서 광촉매 복합체에는 활성탄 무기분말 입자가 더 포함될 수 있는 이산화티탄으로 이루어진 광촉매 복합체가 포함된 테라조 타일을 제공한다.
이산화티탄으로 이루어진 광촉매 복합체가 포함된 테라조 타일의 제조방법은 a) 산화무기물이 코팅된 이산화티탄, 구리 및 시멘트 분말로 이루어진 광촉매 복합체와 종석을 혼합한 혼합물과 물 및 경화제를 이용하여 교반하는 교반단계; b) 상기 교반단계 후 교반된 혼합물을 성형틀에 주입하는 표층 주입단계; c) 18 내지 60℃의 스팀을 이용하여 3~4시간동안 양생 하는 표층 양생단계; d) 모르타르 분말과 물 및 경화제를 혼합하여 상기 표층 양생단계에서 양생을 마친 성형틀에 주입하는 기층 주입단계; e) 18 내지 60℃의 스팀을 이용하여 3~4시간동안 양생 하는 기층 양생단계; f) 상기 기층 양생단계를 마친 후 성형틀에서 탈형시키는 탈형단계; g) 탈형단계 후 상온에서 3~5일간 건조하는 건조단계; 및 h) 건조를 마친 후 표층의 외면을 연마하는 연마단계;를 포함하는 이산화티탄으로 이루어진 광촉매 복합체가 포함된 테라조 타일 제조방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 이산화티탄으로 이루어진 광촉매 복합체가 포함된 테라조 타일 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
(1) 본 발명은 이산화티탄에 산화무기물이 포함되고, 백색 시멘트 분말에 혼합되어 가시광선에서도 광촉매 효율을 가지며, 테라조 타일의 소재로 사용되어 내외면을 이루는 건축 소재로 사용되어 대기중의 오염물질을 제거하여 대기정화 효과를 가진다.
(2) 본 발명은 광촉매 및 종석에 의해서 탈취 작용 및 미세먼지를 유발하는 휘발성 유기화합물에 의한 오염을 방지하는 방오 작용이 실시되며, 구리를 포함하여 항균성능을 가짐으로써 대기 중 바이러스 및 박테리아를 제거한다.
(3) 본 발명은 루틸형의 이산화티탄 촉매제를 사용하여 재료에는 드는 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이산화티탄으로 이루어진 광촉매 복합체가 포함된 테라조 타일의 사용 예시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 지르코니아 및 알루미나가 코팅된 이산화티탄, 백색 시멘트, 구리로 이루어진 광촉매 복합체의 일산화질소 제거 및 질산이온으로 제거되는 효율을 나타내는 도표이다.
도 3은 본 발명으 바람직한 일 실시예에 따른 이산화티탄으로 이루어진 광촉매 복합체가 포함되 테라조 타일 제조방법의 공정도이다.
본 발명의 명칭은 "이산화티탄으로 이루어진 광촉매 복합체가 포함된 테라조 타일"로 통상의 기술자가 쉽게 알 수 있도록 구체적인 내용을 기재하고, 충분히 유추 가능한 별도의 기재는 생략하며, 필요 경우 실시예 및 도면을 기재한다. 또한, 본 명세서 및 특허청구범위에서 정의된 용어들은 한정 해석하지 아니하며, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있고, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 발명의 일면에 있어서,
산화물기물이 코팅된 이산화티탄, 구리 및 시멘트 분말로 이루어진 광촉매 복합체와 종석을 이루어지는 표층; 및
상기 표층 하부면에 부착 형성되는 모르타르로 이루어지는 기층;을 포함하는 이산화티탄으로 이루어진다.
본 발명은 산화무기물이 코팅된 이산화티탄과 구리와 시멘트 분말의 혼합된 광촉매 복합체와 종석으로 이루어진 표층과 일반적으로 사용되는 모르타르로 이루어진 기층의 2개 층으로 이루어진 테라조 타일로 상기 조성물로 제조된 테라조 타일을 시설물의 내외면에 표층이 외면방향으로 부착 시공하여 대기 중의 오염물질을 제거하는 것이며, 상기 표츨과 기층 제조시 물 뿐만아니라 일반적으로 타일 제조에 드는 조성물이 더 추가 될 수 있다.
한편, 상기 표층은 7~9mm 두께이고, 기층은 16~18mm 두께로 이루어진다.
상기 표층에서 광촉매 복합체는 시멘트 분말 100중량부 기준으로 이산화티탄 13~20 중량부 및 구리 0.1~1.2 중량부로 이루어지고, 광촉매 복합체와 종석은 중량비율로 1 : 0.1~0.5으로 혼합된다.
본 발명의 광촉매는 여러 종류의 광촉매 종류에서 활성 정도는 TiO2(anatase) > TiO2(rutile) > ZnO > ZrO2> SnO2 > V2O3 의 순서로 이루어져 있으므로 활성도를 판단할 때 이산화티탄이 가장 적합하다고 판단되며, 이산화티탄은 환경에 무해하고 높은 산화력을 갖고 있어 거의 모든 유기물을 산화시키는 특징이 있다. 이는 염소(Cl2)나 오존(O3)보다 높은 산화능력으로 평가되고, 이산화티탄의 산화력은 유기물의 이산화탄소와 물로 분해하는 능력이다. 이러한 능력은 빛을 받아도 자신이 변하지 않아 반영구적으로 사용할 수 있고, 반응 후 2차 환경오염물을 발생시키지 않는다. 이러한 여러 이유로 이산화티탄이 가장 적합하다고 판단되며. 아나테형의 이산화티탄보다 비교적 저렴한 루틸형 이산화티탄을 사용한다.
이산화티탄은 빛이 닿으면 산소나 물과 반응하여 활성산소를 생성시키고, 광촉매를 도포한 표면은 활성산소의 반응에 의해 표면에 붙은 유기물(VOCs)이나 NOx, SOx, Cl2, NH3 등의 분자를 분해한다. 또한, 이산화티탄 표면에서 빛에너지를 받아 전자가 계속해서 이동하므로 정공이 한 곳에서만 형성되지 않으므로 정공에 의해 생성되는 수산화기와 전자에 의해 생성되는 활성산소 음이온이 표면 여러 곳에 생성되기 때문에 박테리아와의 접촉 가능성이 매우 높아 항균, 살균 및 방취 능력을 가진다.
상기 광촉매 복합체와 종석이 혼합된 표층을 이루는 혼합물 100중량부를 기준으로 물 12~16 중량부가 포함되어 성형 후 경화시킨다.
상기 물의 혼합 범위는 광촉매 복합체 및 종석과 혼합시 적정한 점도를 가지는 범위로 12 중량부 미만이면 점도가 높아 성형이 어려우며, 16 중량부가 초과되면 점도가 약하여 성형 및 벽면 미장이 어렵다.
상기 종석은 대리석, 화강암 및 백운석 중 선택된 하나 이상으로 이루어진다.
본 발명의 표층에서 종석은 상기 대리석, 화강암 및 백운석 뿐만아니라 천연석 중 선택된 하나 이상을 사용하여도 무방하다.
상기 표층 및 기층은 경화제가 더 첨가될 수 있고, 표층에는 안료가 첨가될 수 있다.
상기 경화제 및 안료는 타일 제조시 사용되는 일반적인 경화제 및 유기질의 착색재로 사용되는 일반적인 안료를 사용하여도 무방하며, 이때 안료는 본 발명의 테라조 타일 제조시 소정 첨가하여 타일 색상을 선택할 수 있으나 광촉매 효율을 위해 백색 또는 명도와 채도가 높은 경색계통을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 표층 및 기층은 분쇄된 광물이 더 추가 될 수 있으며, 상기 광물은 맥반석, 제올라이트, 일라이트, 벤토나이트, 세리사이트, 각섬석, 납석, 활석, 장석, 백토, 흑연, 황토 및 화산암 중 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 분쇄된 광물은 인체에 이로운 원적외선 및 음이온이 발생되며, 상기 분쇄된 광물이 표층에 더 추가시 종석에 포함되어 종석과 분쇄된 광물이 혼합된 혼합물의 100 중량부 기준 물 12~16 중량부로 혼합된다.
또한, 분쇄된 광물이 기층에 포함될 때에는 모르타르 100중량부를 기준으로 10~40 중량부가 혼합된다.
상기 이산화티탄은 루틸형으로 입자크기는 20~300nm이고, pH는 6.5~8.5이며, 체적밀도가 1~4 g/cm3 이며, 산화무기물은 지르코니아(ZrO2) 및 알루미나(Al2O3)가 코팅된다.
상기 본 발명의 이산화티탄은 일반적으로 사용되는 루틸형의 이산화티탄으로 비표면적은 5 m2/g 이상이고, 평균 기공 크기는 50nm이하인 것이 바람직하다.
상기 산화무기물은 가시광 영역에서 광촉매 활성을 증가시켜 밴드 갭을 조절하여 광분해 효율을 향상시킬 수 있는 것으로 이산화티탄 대비 0.001 내지 5중량% 이하로 한다. 상기 범위 이상일 경우에는 가시광 영역의 흡수가 증가할 수 있으나, 광촉매 활성의 저하가 발생될 수 있을 수 있고, 범위 미만일 경우에는 가시광 영역의 흡수가 미미하여 가시광에서 광촉매 반응 효율이 저감된다.
상기 산화무기물의 코팅을 형성은 습식 코팅법, 스퍼터링법 또는 증착법을 이용하여 코팅을 형성할 수 있다. 바람직하게는 ALD(atomic layer deposition), CVD(temperature-regulated chemical vapor deposition) 등의 증착법을 이용하고, 더 바람직하게는 TR-CVD(온도 조절식 화학 증착법, temperature-regulated chemical vapor deposition)를 이용하여 산화무기물 코팅을 형성할 수 있다. TR-CVD의 적용 시 산화무기물 양의 조절을 통하여 이산화티탄 상에 증착되는 산화무기물의 양을 용이하게 조절할 수 있고, 광촉매의 제조공정을 단순화시키고 효율적으로 광촉매를 제공할 수 있다.
상기 산화무기물 코팅 형성은 100 ℃ 내지 300 ℃ 온도에서 제1 열처리하는 단계 및 300 ℃ 내지 900 ℃ 온도에서 제2 열처리하고, 각각 1분 내지 20 시간 동안 실시되며, 공기, 20 % 이상; 40 % 이상의 산소를 포함하는 공기 또는 비활성 기체 분위기에서 실시될 수 있다. 상기 제1 열처리는 산화무기물이 산소의 반응에 의해서 산화물로 전환하는 산화물 증착을 위한 어닐링 공정일 수 있다. 상기 제2 열처리하는 단계는, 제1 열처리 단계 이후의 후열 처리단계이며, 탄화물 등과 같은 불순을 제거하여 광촉매의 활성 및 성능을 향상시키는 어닐링 공정일 수 있다.
상기 이산화티탄은 추가 화합물이 함유될 수 있으며, 추가 화합물은 인산염, 피로인산염, 트리폴리인산염, 테트라폴리인산염, 메타 인산염 및 울트라 인산염 중 선택된 하나를 이용한다.
상기 추가 화합물인 인산염 계열의 추가는 인산염 계열이 불활성 물질이나 광촉매 표면 처리시 광촉매의 활성이 향상되어 실시하는 것으로 상기 선택된 하나를 증류수의 100중량부 기준 5중량부를 용해하고, 이산화티탄을 상기 증류수 100중량부 기준 10중량부를 투입하여 28℃에서 1시간동안 교반하는 과정으로 이산화티탄에 추가 화합물을 함유시킨다.
상기 광촉매 복합체 조성물은 인산은을 더 포함할 수 있으며, 인산은의 입자크기는 100~200nm이며, 시멘트 분말 100 중량부를 기준으로 1~15 중량부로 포함한다.
인산은(Ag3PO4)은 가시광선 영역에서도 높은 산화력을 발휘하고, 일반적인 실내에서 사용되는 광원에서도 촉매 활성 반응을 보이는 장점이 있다.
상기 인산은은 질산은(AgNO3)이나 염화은(AgCl)과 같은 은 이온을 함유하는 염을 인산(H3PO4), 또는 포스페이트(PO4 3-), 모노하이드젠포스페이트(HPO4 2 -), 또는 디하이드로젠포스페이트(H2PO4 -)과 같은 인산 이온을 함유하는 염과 이온교환 반응시켜 제조한다.
상기 인산은의 입자크기는 100nm이하일 경우에는 은 이온의 빠른 환원에 따른 급격한 효율이 감소되고, 200nm 이상일 경우에는 비표면적이 작아져 오염물질과의 접촉 및 흡착이 어려워져 효율이 감소된다.
상기 구리는 분말상태로 입자크기는 200~300 메쉬이고, 멘트 분말은 백색으로 입자크기는 200~300 메쉬 인것을 사용한다.
상기 구리는 대기중의 바이러스 및 박테리아 등을 사멸시키는 것으로 박테리아의 경우 박테리아가 구리표면에 있는 구리 이온을 필수 영양소로 인식해서 세포 내부로 흡수시키고, 흡수된 구리이온이 세포막에 구멍을 내어 영양분과 수분을 배출시키며, 구리이온은 세포막에 난 구멍을 통해 활성 산소를 끌어당겨 박테리아의 호흡과 대사 작용을 방해하여 DNA를 손상시켜 사멸시킨다.
상기 표층에서 광촉매 복합체에는 활성탄 무기분말 입자가 더 포함될 수 있다.
상기 활성탄은 g당 1,000m2 이상의 매우 큰 비표멱적을 가지며, 기공의 크기와 분포가 일정하고 흡착 능력이 뛰어나다.
상기 활성탄은 표층 및 기층 혼합조성물 각 100중량부를 기준으로 각 2~5 중량부를 혼합한다.
상기 광촉매 복합체 조성물이 포함된 표층과 기층으로 이루어진 테라조 타일은 제조시 각각 물과 혼합하여 제조되어 건물, 공공시설물 내면 및 외면에 부착 설치되어 사용된다.
다시 살펴보면 본 발명의 테라조 타일의 표층 및 기층 제조시 물 및 추가로 경화제를 주입하여 제조되되 물의 함량 또는 경화제의 함량에 따라 경화전의 혼합물의 점도를 조절시켜 제조 시간을 조절할 수 있으며, 안료가 추가 될 수 있고, 상기 일정크기로 제조된 테라조 타일을 시설물의 벽면 및 바닥면에 부착시공 되어 표층에 포함된 광촉매제로 대기중의 오염물질을 제거한다.
본 발명의 일면에 있어서,
a) 산화무기물이 코팅된 이산화티탄, 구리 및 시멘트 분말로 이루어진 광촉매 복합체와 종석을 혼합한 혼합물과 물 및 경화제를 이용하여 교반하는 교반단계;
b) 상기 교반단계 후 교반된 혼합물을 성형틀에 주입하는 표층 주입단계;
c) 18 내지 60℃의 스팀을 이용하여 3~4시간동안 양생 하는 표층 양생단계;
d) 모르타르 분말과 물 및 경화제를 혼합하여 상기 표층 양생단계에서 양생을 마친 성형틀에 주입하는 기층 주입단계;
e) 18 내지 60℃의 스팀을 이용하여 3~4시간동안 양생 하는 기층 양생단계;
f) 상기 기층 양생단계를 마친 후 성형틀에서 탈형시키는 탈형단계;
g) 탈형단계 후 상온에서 3~5일간 건조하는 건조단계; 및
h) 건조를 마친 후 표층의 외면을 연마하는 연마단계;를 포함하여 이루어진다.
상기 기층 주입단계에서 모르타르는 시멘트와 모래가 용적비 1 : 2.5~3.5로 이루어진다.
상기 교반단계 및 기층 주입단계에서 각각 CSA 팽창제를 표층 조성물 및 기층 조성물 각 100중량부를 기준으로 1~2 중량부를 추가하여 표층 및 기층의 균열을 방지하고, 조직을 치밀하게 한다.
상기 교반단계에서 광촉매 복합체는 시멘트 분말 100중량부 기준으로 이산화티탄 13~20 중량부 및 구리 0.1~1.2 중량부로 이루어지고, 광촉매 복합체와 종석은 중량비율로 1 : 0.1~0.5으로 혼합된다.
상기 광촉매 복합체에서 이산화티탄에는 추가 화합물로 인산염, 피로인산염, 트리폴리인산염, 테트라폴리인산염, 메타 인산염 및 울트라 인산염 중 선택된 하나를 포함하거나 광촉매 복합체에 인산은을 더 포함할 수 있다.
실시예1 : 지르코니아 및 알루미나 코팅 이산화티탄
스테인레스강으로 이루어진 반응기와 반응기 외면에 가열수단이 구비된 반응기를 이용하여 온도조절식 화학 증착법(TR-CVD)으로 루틸형 이산화티탄에 지르코니아와 알루미나를 코팅하였다.
구체적으로는 상기 반응기에 지르코니아와 알루미나를 석영재질의 용기에 담아 투입하고, 반응기 하부면 중앙에 이산화티탄을 스테인레스 메쉬망으로 이루어진 용기에 넣어 투입한 뒤 반응기의 온도를 60℃에서 2시간동안 증착공정을 실시하고, 200℃에서 12시간동안 증착공정을 실시하여 제조하였다.
실시예2 : 이산화티탄 및 백색 시멘트 혼합
상기 실시예 1에서 제조된 이산화티탄 150g을 백색 시멘트 1kg에 혼합하고 물을 배합하여 경화시킨 시료를 제조하였다.
실시예3 : 이산화티탄, 백색 시멘트 및 구리 혼합
이산화티탄 20 중량부, 백색 시멘트 100 중량부 및 물 80 중량부와 구리 각 0(실시예 1), 0.1, 0.2, 1.2 중량부를 포함하여 혼합 후 경화된 시료를 제조하였다.
시험예1 : 지르코니아 및 알루미나 코팅 이산화티탄의 질소산화물 제거
상기 실시예 1에서 지르코니아 및 알루미나가 코팅된 이산화티탄과 이산화티탄으로만 이루어진 시료에 가시광을 조사하여 질소산화물로의 제거를 알아보았으며, 도 2와 같은 결과를 나타내었다. 도 2를 살펴보면 실시예 1에서 제조된 시료는 가시광을 켠 후 반응기를 통과하는 공기중의 1ppm 농도의 일산화질소(NO) 기체가 이산화질소(NO2) 기체로 전환되거나 질산이온(NO3 -)로 완전히 산화되고 표면에 흡착되어 제거되는 활성을 측정하였다.
한편, 이산화티탄만 있는 경우에는 약 2%의 일산화질소 기체가 이산화질소로 전화되었으며, 질산이온으로 완전히 제거되는 활성은 없었다.
시험예2 : 이산화티탄 및 백색 시멘트의 질소산화물 제거
상기 실시예 2에서 제조된 시료에 가시광을 조사하여 질소산화물로의 제거를 알아보았으며, 도 2와 같은 결과를 나타내었다. 도 2를 살펴보면 광반응 초기 약 40%의 일산화질소 기체가 제거되며, 제거된 일산화질소 중 질산이온으로 완전히 제거되는 선택성이 80%가 넘었다.
시험예3 : 이산화티탄, 백색 시멘트 및 구리 혼합물의 질소산화물 제거
상기 실시예 3에서 제조된 시료들에 가시광을 조사하여 질소산화물로의 제거를 알아보았으며, 도 2와 같은 결과를 나타내었다. 도 2를 살펴보면 구리 분말이 첨가될 경우 특히 0.2 및 1.2 중량부가 첨가되었을 때 질소산화물로 제거는 95.5%이상 이루어지는 것을 나타내었다. 따라서 구리 분말을 첨가할 경우 일산화질소의 제거량은 감소하였지만 이산화질소 대비 질소이온으로의 제거 선택성이 증가됨을 알 수 있다.
추가의 일면에 있어서,
상기 지르코니아 및 알루미나가 코팅된 이산화티탄이외에 카본 질화물(g-C3N4(Graphitic carbon nitride))이 코팅된 이산화티탄이 더 혼합될 수 있다.
상기 카본 질화물은 가격이 저렴하고, 독성이 적으며, 금속이 포함되지 않은 것으로 밴드 갭 에너지가 2.7eV로, 자외선과 가시광선 영역 모두에서 활성이 가능하다.
상기 이산화티탄에 카본 질화물의 코팅은 먼저 멜라민(Melamine)과 우레아(Urea)를 각각 정량하고, 붕산(Boric acid)과 염화세슘(Cesium chloride)을 증류수에 첨가하여 반응기에 넣어 1시간동안 혼합하고, 온도를 70℃정도로 유지하며 다시 1시간 동안 혼합하며, 혼합된 용액을 코니칼튜브에 나누어 담아 원심분리를 하고, 액체를 제거한 후 건조기에서 18시간 이상 충분히 건조시켜 준다. 건조된 파우더를 미세입자로 분쇄한 후 뚜껑을 덮고 500℃에서 3시간, 550℃에서 3시간을 소성시킨 뒤 500℃에서 2시간 더 소성시켜 카본 질화물의 가시광선 하에서 활성화 될수 있도록 합성을 진행한다. 상기 활성화된 카본 질화물을 온도조절식 화학 증착법(TR-CVD)으로 루틸형 이산화티탄 외면에 코팅하는 과정으로 카본 질화물이 코팅된 이산화티탄을 제조한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었지만, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술은 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (14)

  1. 산화물기물이 코팅된 이산화티탄, 구리 및 시멘트 분말로 이루어진 광촉매 복합체와 종석을 이루어지는 표층; 및
    상기 표층 하부면에 부착 형성되는 모르타르로 이루어지는 기층;을 포함하고,
    상기 표층에서 광촉매 복합체는 시멘트 분말 100중량부 기준으로 이산화티탄 13~20 중량부 및 구리 0.1~1.2 중량부로 이루어지고, 광촉매 복합체와 종석은 중량비율로 1 : 0.1~0.5으로 혼합되며, 상기 광촉매 복합체와 종석이 혼합된 혼합물 100중량부를 기준으로 물 12~16 중량부가 포함되어 성형 후 경화시킨 것이고,
    상기 표층 및 기층은 분쇄된 광물이 더 추가되며, 상기 광물은 맥반석, 제올라이트, 일라이트, 벤토나이트, 세리사이트, 각섬석, 납석, 활석, 장석, 백토, 흑연, 황토 및 화산암 중 선택된 하나 이상을 포함하고,
    상기 이산화티탄은 루틸형으로 입자크기는 20~300nm이고, pH는 6.5~8.5이며, 체적밀도가 1~4 g/cm3 이며, 산화무기물은 지르코니아(ZrO2) 및 알루미나(Al2O3)가 코팅된 것을 특징으로 하는 이산화티탄으로 이루어진 광촉매 복합체가 포함된 테라조 타일.
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  4. 제1 항에 있어서,
    상기 종석은 대리석, 화강암 및 백운석 중 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이산화티탄으로 이루어진 광촉매 복합체가 포함된 테라조 타일.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 표층 및 기층은 경화제가 더 첨가될 수 있고, 표층에는 안료가 첨가될 수 있는 것을 특징으로 하는 이산화티탄으로 이루어진 광촉매 복합체가 포함된 테라조 타일.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 이산화티탄은 추가 화합물이 함유될 수 있으며, 추가 화합물은 인산염, 피로인산염, 트리폴리인산염, 테트라폴리인산염, 메타 인산염 및 울트라 인산염 중 선택된 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 산화티탄으로 이루어진 광촉매 복합체가 포함된 테라조 타일.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 광촉매 복합체 조성물은 인산은을 더 포함할 수 있으며, 인산은의 입자크기는 100~200nm이며, 시멘트 분말 100 중량부를 기준으로 1~15 중량부로 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화티탄으로 이루어진 광촉매 복합체가 포함된 테라조 타일.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 구리는 분말상태로 입자크기는 200~300 메쉬이고, 시멘트 분말은 백색으로 입자크기는 200~300 메쉬 인 것을 특징으로 하는 이산화티탄으로 이루어진 광촉매 복합체가 포함된 테라조 타일.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 표층에서 광촉매 복합체에는 활성탄 무기분말 입자가 더 포함될 수 있는 것을 특징으로 하는 이산화티탄으로 이루어진 광촉매 복합체가 포함된 테라조 타일.
  12. 청구항 1의 이산화티탄으로 이루어진 광촉매 복합체가 포함된 테라조 타일 제조방법에 있어서,
    a) 산화무기물이 코팅된 이산화티탄, 구리 및 시멘트 분말로 이루어진 광촉매 복합체와 종석을 혼합한 혼합물과 물 및 경화제를 이용하여 교반하는 교반단계;
    b) 상기 교반단계 후 교반된 혼합물을 성형틀에 주입하는 표층 주입단계;
    c) 18 내지 60℃의 스팀을 이용하여 3~4시간 동안 양생하는 표층 양생단계;
    d) 모르타르 분말과 물 및 경화제를 혼합하여 상기 표층 양생단계에서 양생을 마친 성형틀에 주입하는 기층 주입단계;
    e) 18 내지 60℃의 스팀을 이용하여 3~4시간 동안 양생하는 기층 양생단계;
    f) 상기 기층 양생단계를 마친 후 성형틀에서 탈형시키는 탈형단계;
    g) 탈형단계 후 상온에서 3~5일간 건조하는 건조단계; 및
    h) 건조를 마친 후 표층의 외면을 연마하는 연마단계;를 포함하고,
    상기 교반단계에서 광촉매 복합체는 시멘트 분말 100중량부 기준으로 이산화티탄 13~20 중량부 및 구리 0.1~1.2 중량부로 이루어지고, 광촉매 복합체와 종석은 중량비율로 1 : 0.1~0.5으로 혼합되며,
    상기 광촉매 복합체에서 이산화티탄에는 추가 화합물로 인산염, 피로인산염, 트리폴리인산염, 테트라폴리인산염, 메타 인산염 및 울트라 인산염 중 선택된 하나를 포함하거나 광촉매 복합체에 인산은을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화티탄으로 이루어진 광촉매 복합체가 포함된 테라조 타일 제조방법.
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