KR102341519B1

KR102341519B1 - 광촉매 필터 제조용 금형과 이를 이용한 광촉매 필터 제조방법 및 그 광촉매

Info

Publication number: KR102341519B1
Application number: KR1020210098453A
Authority: KR
Inventors: 허찬
Original assignee: 허찬
Priority date: 2021-07-27
Filing date: 2021-07-27
Publication date: 2021-12-21

Abstract

본 발명은 글래스비드로 구성되며 글래스비드의 표면에 이산화티타늄이 코팅되도록 하여 글래스비드를 화학적으로 가공할 필요가 없으며 자외선에 의해 활성화된 이산화티타늄의 촉매 작용에 의해 글래스비드 사이에 형성된 기공을 통과하는 공기를 정화할 수 있도록 한 광촉매를 제조하기 위한 광촉매 필터 제조용 금형과 이를 이용한 광촉매 필터 제조방법 및 그 광촉매에 관한 것으로,
광촉매 필터 제조용 금형은 글래스비드(10)의 표면에 이산화티타늄이 코팅되고 자외선에 의해 활성화된 이산화티타늄의 촉매작용에 의해 글래스비드(10) 사이에 형성된 기공(30)을 통과하는 공기를 정화하는 통형상의 광촉매 필터를 제조하기 위한 금형에 있어서, 외부면이 상기 광촉매 필터의 내부 형상에 대응하는 형상으로 형성되는 코어금형(120); 내부면이 상기 광촉매 필터의 외부 형상에 대응하는 형상으로 형성되는 외부금형(110); 및 코어금형(120)과 외부금형(110)을 지지하는 받침금형(130);을 포함하고,
상기 코어금형(120)은 100~150도의 원호각을 갖는 곡면 형상으로 형성되며 광촉매 필터의 내경에 대응하도록 중심으로부터 일정 정도 이격된 상태로 대칭되게 배치되는 한 쌍의 제1금형편(121)과, 100~150도의 원호각을 갖는 곡면 형상으로 형성되며 상기 제1금형편(121)의 안쪽에 대칭되게 배치되어 제1금형편(121) 사이의 틈새를 막아는 제2금형편(122)과, 양단이 각각 상기 제1금형편(121)을 관통하여 설치되는 제1고정볼트(123a)와 제1금형편(121)의 안쪽과 바깥쪽에서 제1고정볼트(123a)에 각각 체결되어 제1금형편(121) 사이의 간격을 조절하는 한 쌍의 너트(123b)로 이루어진 제1간격조절부재(123)와, 양단이 각각 상기 제2금형편(122)을 관통하여 설치되는 제2고정볼트(124a)와 제2금형편(122)의 안쪽과 바깥쪽에서 제2고정볼트(124a)에 각각 체결되어 제2금형편(122) 사이의 간격을 조절하는 한 쌍의 너트(124b)로 이루어진 제1간격조절부재(124)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

광촉매 필터 제조용 금형과 이를 이용한 광촉매 필터 제조방법 및 그 광촉매{Photocatalyst Filter Manufacturing Mold and Manufacturing Method for Photocatalyst Filter using It, and The Photocatalyst Filter}

본 발명은 광촉매 필터 제조용 금형과 이를 이용한 광촉매 필터 제조방법 및 그 광촉매에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 글래스비드로 구성되며 글래스비드의 표면에 이산화티타늄이 코팅되도록 하여 글래스비드를 화학적으로 가공할 필요가 없으며 자외선에 의해 활성화된 이산화티타늄의 촉매 작용에 의해 글래스비드 사이에 형성된 기공을 통과하는 공기를 정화할 수 있도록 한 광촉매를 제조하기 위한 광촉매 필터 제조용 금형과 이를 이용한 광촉매 필터 제조방법 및 그 광촉매에 관한 것이다.

광촉매(光觸媒, Photocatalyst)는 빛을 받아들여 화학반응을 촉진시키는 물질을 의미한다. 이러한 광촉매는 일반 촉매와는 약간 다른 반응 메커니즘을 가지기 때문에, 다음의 조건을 만족시켜야 한다.

첫째, 광촉매는 빛을 받아들여서 촉매 역할을 해야 하기 때문에 광학적으로 활성이 있으면서도 광부식이 없는 물질이어야 한다. 광학적으로 활성이 있어야지 빛을 쪼였을 때 빛에 반응을 할 것이고 광부식이 일어나지 않아야만 계속해서 빛을 쪼일 수 있기 때문에 이 조건을 일단 만족하는 물질이어야 한다.

둘째, 빛 외에는 반응하지 않는 물질이 내구성도 뛰어나고 좀 더 효과적인 광촉매 반응을 만들어 낼 수 있기 때문에 화학적으로나 생물학적으로는 비활성인 물질이 유리하다.

셋째, 가시광선이나 자외선 영역의 빛 등 다양한 종류의 빛을 이용할 수 있는 물질이어야 한다.

마지막으로, 경제적인 측면에서 저렴한 물질이어야 한다. 앞에 조건들을 아무리 충실히 만족시키는 물질이라 하더라도 가격이 너무 비싸다면 광촉매로써 실용화 시키는 데에 큰 어려움이 있기 때문이다.

상기한 조건들과 빛에 대한 활성을 모두 고려할 때, 광촉매로서 가장 적합한 물질은 현재 가장 많이 사용되고 있는 이산화티타늄(TiO₂)이다. 이산화티타늄은 빛을 쪼여도 자신은 변하지 않고 그대로 있으므로 반영구적인 사용이 가능하고, 내구성과 내마모성이 뛰어나기 때문에 경제적인 장점이 있다. 또한, 염소나 오존보다 산화력이 높기 때문에 뛰어난 살균력을 갖고 있으며, 모든 유기물질을 이산화탄소와 물로 분해할 수 있는 능력을 갖추고 있다. 마지막으로 이산화티타늄은 환경에 부정적인 영향을 끼치지 않는 안전한 무독 물질이기 때문에 폐기했을 때 2차 공해에 대한 우려가 없는 장점이 있다.

여기서, 광촉매의 광화학반응에 대하여 살펴보면 다음과 같다. 이산화티타늄 등의 광촉매에 빛을 쪼이게 되면, 표면에 전자와 정공이 생기게 되고, 전자는 산소와 반응하여 수퍼옥사이드 음이온(Superoxide Anion, O₂ ^-)을 생성하고 정공은 공기중의 수분과 반응하여 하이드록실 라디칼(hydroxyl Radical, 중성 OH)를 만들게 된다. 이때, 생성된 하이드록실 라디칼은 유기물질을 산화시켜 분해할 수 있는 능력이 매우 뛰어나기 때문에, 공기 중의 악취물질, 바이러스, 박테리아 등의 세균 등을 분해하여 물과 이산화탄소 등의 무해한 물질로 바꿀 수 있다.

한편, 본 발명과 관련한 선행기술을 조사한 결과 다수의 국내외 특허문헌이 검색되었으며, 그 중 국내 특허문헌 일부를 소개하면 다음과 같다.

특허문헌 1은, 오염된 공기가 원통형 공기청정기 다층필터를 통해 내부로 유입되고 각각의 필터를 지나면서 1차적인 정화를 시켜주게 되며 마지막 필터에 결합되어 있는 광촉매와 원통 중앙에 위치한 UV 램프 자외선에 의해 광화학 반응을 일으켜 2차적으로 공기를 정화시키는 장치로 구성되고, 출구 부분인 배출구 전단에 오존 필터를 장착하여 일부 생성되는 오존과 부산물을 소멸함으로써, 쾌적하고 상쾌한 공기로 재생성하는 완벽한 공기청정을 실현하는 원통형 UV+광촉매 공기청정기를 개시하고 있다.

특허문헌 2는, 유리 비드들을 유리 연화점보다 5-20℃ 더 높은 온도에서 소결하는 단계, 상기 비드 표면을 화학 에칭제로 개질하는 단계, 및 pH 2.9± 0.1의 수 현탁액으로부터의 이산화 티탄 분말로 상기 비드 표면을 코팅하는 단계;를 포함하고, 20% 내지 40% 기공 부피 분획 및 0.1 내지 0.5㎜ 기공 크기를 가진 소결된 유리 비드들로 구성되어 있고, 이의 표면은 150-400㎡/g의 비 표면적을 가진 이산화 티탄으로 코팅되어 있으며, 이산화 티탄은 상기 광촉매성 요소의 총 질량의 0.5 - 2%로 사용되고, 유리 비드들은 0.5-10 미크론의 양감 오목부를 가진 양감 형태를 가지며, 정화 처리되는 매체의 흐름 속에서 담체의 표면 상에 이산화 티탄 분말을 강하게 접착하고 보유하는 것과 높은 광촉매성 활성을 가지는 공기 및 정화 소독용 광촉매성 요소 및 이의 제조방법을 개시하고 있다.

특허문헌 3은, 분자 및 에어로졸 상태의 유해 화학물질, 악취, 알레젠, 바이러스, 박테리아, 및 균류와 같은 유기, 무기, 및 생물 오염물질로부터 실내 공기를 정화하도록; 먼지 필터; 0.8-1.5㎜ 직경으로 소결된 글래스 비드를 가지며, 그 표면이 100-400㎡/g의 비표면적 범위에서 아나타제 이산화 티타늄 나노입자 분말로 코팅된 두 개의 관형 광촉매 요소; 및 범위 "A"(파장 400-315㎚)의 방사선을 갖는 하나 이상의 UV 램프를 포함하고, 관형 광촉매 요소 전에 전기식 필터가 설치되고, 상기 전기식 필터는 코로나 와이어 전극, 및 10 내지 25㎸의 상기 코로나 와이어 전극과 집진 전극 간의 전위차 및 1 내지 20㎸/㎝의 상기 집진 전극과 반발 전극 간의 전기장에서 홈 형태의 고정 및 반발 전극을 포함하는 공기 소독 청정기를 개시하고 있다.

KR

10-2005-0031331

A

KR

10-2015-0118108

A

KR

10-2017-0009375

A

JP

1997007306

A

US

06135838

A

JP

2006501020

A

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 글래스비드로 구성되며 글래스비드의 표면에 이산화티타늄이 코팅되도록 하여 글래스비드를 화학적으로 가공할 필요가 없으며 자외선에 의해 활성화된 이산화티타늄의 촉매 작용에 의해 글래스비드 사이에 형성된 기공을 통과하는 공기를 정화할 수 있도록 한 광촉매를 제조하기 위한 광촉매 필터 제조용 금형과 이를 이용한 광촉매 필터 제조방법 및 그 광촉매을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광촉매 필터 제조용 금형은, 글래스비드의 표면에 이산화티타늄이 코팅되고 자외선에 의해 활성화된 이산화티타늄의 촉매작용에 의해 글래스비드 사이에 형성된 기공을 통과하는 공기를 정화하는 통형상의 광촉매 필터를 제조하기 위한 금형에 있어서,
외부면이 상기 광촉매 필터의 내부 형상에 대응하는 형상으로 형성되는 코어금형; 내부면이 상기 광촉매 필터의 외부 형상에 대응하는 외부금형; 및 코어금형과 외부금형을 지지하는 받침금형;을 포함하고, 상기 코어금형은 100~150도의 원호각을 갖는 곡면 형상으로 형성되며 광촉매 필터의 내경에 대응하도록 중심으로부터 일정 정도 이격되게 배치되는 한 쌍의 제1금형편과, 100~150도의 원호각을 갖는 곡면 형상으로 형성되며 상기 제1금형편의 안쪽에 배치되어 제1금형편 사이의 틈새를 막아주는 제2금형편과, 양단이 각각 상기 제1금형편을 관통하여 설치되는 제1고정볼트와 제1금형편의 안쪽과 바깥쪽에서 제1고정볼트에 각각 체결되어 제1금형편 사이의 간격을 조절하는 한 쌍의 너트로 이루어진 제1간격조절부재와, 양단이 각각 상기 제2금형편을 관통하여 설치되는 제2고정볼트와 제2금형편의 안쪽과 바깥쪽에서 제2고정볼트에 각각 체결되어 제2금형편 사이의 간격을 조절하는 한 쌍의 너트로 이루어진 제1간격조절부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 광촉매 필터의 제조방법은 상기한 광촉매 필터 제조용 금형을 이용하여 광촉매 필터를 제조하는 방법으로서, 상기 코어금형과 외부금형 및 받침금형을 포함하는 제조금형의 수용공간에 입경이 1.0~2.5㎜인 글래스비드를 투입한 후 3~10㎏/㎠의 압력을 가하여 글래스비드들을 밀착시키는 압착단계; 일측에 가스배출구가 구비된 가마에 상기 제조금형을 투입하고 유리의 연화온도보다 높은 730~830℃의 온도로 6~8시간 동안 가열하여, 글래스비드의 표면이 녹으면서 밀착된 글래스비드끼리 융착되어 일체화되도록 함으로써 원통형 구조 또는 다각의 통형 구조로 이루어진 글래스비드 조립체가 형성되도록 하는 융착단계; 제조금형을 가마에서 꺼내 냉각시킨 후 글래스비드 조립체로부터 코어금형을 분리하여 제거하고 외부금형으로부터 글래스비드 조립체를 취출하는 탈형단계; 상기 제조금형에서 취출된 글래스비드 조립체의 내측과 외측에서 각각 액상의 이산화티타늄을 미스트 분사방식으로 분사하여 글래스비드의 표면에 이산화티타늄이 도포되도록 한 후 건조시키는 도포단계; 이산화티타늄이 도포된 글래스비드 조립체를 가마에 투입한 후 유리의 연화온도보다 낮은 300~350℃의 온도로 2~4시간 동안 가열하여 글래스비드 조립체에 이산화코팅층이 형성되도록 하는 코팅단계; 및 이산화티타늄 코팅층이 형성된 글래스비드 조립체를 가마로부터 꺼내 통풍이 가능한 지역에서 자연건조시키는 건조단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 광촉매 필터의 제조방법에 따르면, 상기 압착단계에서 글래스비드를 투입할 때 입경이 상이한 글래스비드들을 혼합하여 투입하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 광촉매 필터의 제조방법에 따르면, 상기 도포단계와 코팅단계 및 건조단계는 2회 반복 수행되는 것을 특징으로 한다.

삭제

본 발명의 광촉매 필터 및 그 제조방법은, 글래스비드에 액상의 이산화티타늄을 도포하여 이산화티타늄 코팅층을 형성하게 되므로, 글래스비드를 에칭하여 개질하는 공정을 생략할 수 있게 되어 제조비용과 시간이 절감됨은 물론 글래스비드에 형성된 이산화코팅층이 자외선은 물론 가시광선에 의해 활성화되어 광촉매 필터를 통과하는 공기가 정화되는 효과가 있다.

또, 본 발명의 광촉매 필터 및 그 제조방법에 따르면, 압착단계에서 입경이 상이한 글래스비드를 혼합하여 투입함에 따라 글래스비드 사이의 기공 크기는 감소하고 이산화티타늄층의 면적은 증가하여 공기 정화효율이 향상되는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 광촉매 필터 및 그 제조방법에 따르면, 액상의 이산화티타늄을 미스트 분사함에 따라 외부로 노출된 글래스비드의 표면 전체에 이산화코팅층이 형성되고, 도포단계와 코팅단계 및 건조단계를 반복수행 함에 따라 이산화코팅층이 형성되지 않는 부분이 최소화됨은 물론 이산화코팅증의 면적이 증가하여 공기정화효율이 향상되는 효과가 있다.

본 발명의 광촉매 필터 제조용 금형은 광촉매 필터의 내부에 위치하는 코어금형이 분리형 구조로 형성됨과 아울러 그 직경을 조절할 수 있으므로, 광촉매 필터의 성형이 완료된 후 탈형하는 과정에서 코어금형을 구성하는 제1금형편과 제2금형의 직경을 변화시켜 광촉매 필터로부터 쉽게 분리할 수 있게 됨은 물론 탈형 과정에서 글래스비드 조립체의 손상이 최소화하여 수율이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 광촉매 필터의 제조방법이 도시된 순서도.
도 2는 본 발명에 따른 광촉매 필터의 외관 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 광촉매 필터의 일부를 나타낸 확대도.
도 4는 본 발명에 따른 광촉매 필터 제조용 금형을 나타낸 평면도.
도 5는 본 발명에 따른 광촉매 필터 제조용 금형의 코어금형의 변형예을 나타낸 평면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 광촉매 필터 및 그 제조방법과 이에 사용되는 금형에 대하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 발명의 기술적 사항에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.

아울러, 본 발명의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예이다.

그리고, 아래 실시예에서의 선택적인 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로서, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니며, 각 구성에 대한 도면은 해당 구성요소의 특징부를 개략적으로 나타낸 것일 뿐 해당 구성요소를 구체적으로 도시한 것이 아니다.

이에, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위한, 도 1은 본 발명에 따른 광촉매 필터의 제조방법이 도시된 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 광촉매 필터의 외관 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 광촉매 필터의 일부를 나타낸 확대도이고, 도 4는 본 발명에 따른 광촉매 필터 제조용 금형을 나타낸 평면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 광촉매 필터 제조용 금형의 코어금형의 변형예을 나타낸 평면도이다.

본 발명에 따른 광촉매 필터의 제조방법은 글래스비드의 표면에 이산화티타늄이 코팅되고 자외선에 의해 활성화된 이산화티타늄의 촉매작용에 의해 글래스비드 사이에 형성된 기공을 통과하는 공기를 정화하는 통형상의 광촉매 필터를 제조하는 방법이다. 구체적으로, 본 발명의 광촉매 필터의 제조방법은 도 1에 도시된 바와 같이, 제조금형을 이용하여 통형상으로 글래스비드를 압착하는 압착단계(S10)와, 글래스비드의 표면을 녹여 일체화시키는 융착단계(S20)와, 제조금형으로부터 글래스비드 조립체를 취출하는 탈형단계(S30)와, 글래스비드(10)의 표면에 이산화티타늄을 도포하는 도포단계(S40)와, 글래스비드 조립체를 가열하여 글래스비드에 이산화티타늄 코팅층(20)이 형성되도록 하는 코팅단계(S50) 및 글래스비드 조립체를 자연건조시키는 건조단계(S60)를 포함하여 이루어진다.

상기 압착단계(S10)는 광촉매 필터의 내부 형상에 대응하는 형상을 가지는 코어금형(120)과 광촉매 필터의 외부 형상에 대응하는 형상을 가지는 외부금형(110)으로 이루어진 제조금형(100)의 수용공간에 입경이 1.0~2.5㎜인 글래스비드(10)를 투입한 후 3~10㎏/㎠의 압력을 가하여 글래스비드(10)들을 밀착시키는 공정이다.

이때, 광촉매 필터는 원형 단면 또는 타원형 단면을 가지는 원통형 구조로 형성되거나, 삼각 이상의 다각 단면을 가진 통형 구조로 형성되고, 상기 제조금형(100)은 이러한 광촉매 필터의 형상에 대응하도록 형성된다.

여기서, 글래스비드(10)의 입경을 1.0~2.5㎜로 한정한 이유는, 상기 글래스비드(10)의 입경이 1.0㎜ 미만인 경우 광촉매 필터를 구성하는 글래스비드(10) 사이에 형성되는 기공의 크기가 너무 미세하여 이산화티타늄 용액을 도포하더라도 글래스비드(10)의 표면에 이산화티타늄 코팅층이 제대로 형성되지 않을 수 있고, 글래스비드(10)의 입경이 2.5㎜를 초과하게 되면 글래스비드(10) 사이에 형성하는 기공의 크기가 커져 이산화티타늄의 촉매 효과에 따른 정화효율이 떨어질 수 있기 때문이다. 그리고, 글래스비드(10)에 가하는 압력이 3㎏/㎠ 미만이면 글래스비드(10)들이 충분히 밀착되지 않을 수 있고, 10㎏/㎠를 초과하면 글래스비드(10)들이 깨질 수 있으므로, 3~10㎏/㎠의 압력을 가하도록 하였다.

한편, 원통형 구조의 광촉매 필터를 형성하기 위한 제조금형(100)은 도 4에 도시된 바와 같이, 외부면이 상기 광촉매 필터의 내부 형상에 대응하는 형상으로 형성되는 코어금형(120)과, 내부면이 상기 광촉매 필터의 외부 형상에 대응하는 형상으로 형성되는 외부금형(110) 및 상기 코어금형(120)과 외부금형(110)을 지지하는 받침금형(130)을 포함하여 이루어진다. 이에 따라, 상기 코어금형(120)과 외부금형(110) 및 받침금형(130) 사이에 형성되는 수용공간에 글래스비드(10)를 투입하여 광촉매 필터를 제조할 수 있게 된다.

그런데, 상기 코어금형(120)이 일체형 구조로 형성될 경우 성형이 완료된 글래스비드 조립체를 분리하는 과정에서 글래스비드 조립체가 코어금형(120)으로부터 쉽게 분리되지 않아 손상되는 현상이 발생할 수 있다. 이에 따라, 코어금형(1200을 분리형 구조로 형성하여 글래스비드 조립체로부터 코어금형(120)이 쉽게 분리되도록 구성하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 코어금형(120)은 도 4에 도시된 바와 같이, 100~150도의 원호각을 갖는 곡면 형상으로 형성되며 광촉매 필터의 내경에 대응하도록 중심으로부터 일정 정도 이격된 상태로 대칭되게 배치되는 한 쌍의 제1금형편(121)과, 100~150도의 원호각을 갖는 곡면 형상으로 형성되며 상기 제1금형편(121)의 안쪽에 대칭되게 배치되어 제1금형편(121) 사이의 틈새를 막아는 제2금형편(122)과, 양단이 각각 상기 제1금형편(121)을 관통하여 설치되는 제1고정볼트(123a)와 제1금형편(121)의 안쪽과 바깥쪽에서 제1고정볼트(123a)에 각각 체결되어 제1금형편(121) 사이의 간격을 조절하는 한 쌍의 너트(123b)로 이루어진 제1간격조절부재(123)와, 양단이 각각 상기 제2금형편(122)을 관통하여 설치되는 제2고정볼트(124a)와 제2금형편(122)의 안쪽과 바깥쪽에서 제2고정볼트(124a)에 각각 체결되어 제2금형편(122) 사이의 간격을 조절하는 한 쌍의 너트(124b)로 이루어진 제1간격조절부재(124)를 포함하여 이루어진다.

이에 따라, 광촉매 필터의 내경에 대응하도록 제1금형편(121)의 위치를 결정한 후 제1간격조절부재(123)를 이용하여 제1금형편(121)이 움직이지 않도록 고정하고, 제1금형편(121)의 안쪽에 위치한 위치한 제2금형편(122)이 제1금형편(121) 사이의 틈새를 막아주도록 제2금형편(122)의 위치를 결정한 후 제2간격조절부재(124)를 이용하여 제2금형편(122)이 움직이지 않도록 고정함으로써, 코어금형(120)을 완성한다.

이어, 코어금형(120)의 외측에 외부금형(110)을 위치시켜 제조금형(110)을 완성한다. 이때, 상기 외부금형(110)은 일체형 구조로 형성될 수도 있지만, 2~4개로 분할 형성되는 것이 바람직하다. 다만, 이 경우에는 상기 제1금형편(121)과 제2금형편(121)의 외경 차이로 인해 광촉매 필터의 내부에 단차가 발생할 수 있다.

이에 따라, 상기 제2금형편(122)을 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1금형편(121)과 동일한 외경으로 형성되는 외경부(122a)와, 상기 제1금형편(121)의 내측에 밀착되도록 외경부(122a)의 양단에서 연장되는 밀착 고정부(222b)를 포함하도록 구성할 수도 있다. 이 경우, 상기 제1금형편(121)과 제2금형편(122)의 외경이 동일하게 되어 연속된 원주면을 가진 코어금형(120)을 형성할 수 있게 된다.

그리고, 상기 압착단계(S10)에서는 동일 입경의 글래스비드(10)를 투입하기 보다는 입경이 상이한 글래스비드(10)들을 고르게 혼합하여 투입하는 것이 바람직하다. 즉, 입경이 1.0㎜인 다수의 글래스비드와 입경이 2.5㎜인 다수의 글래스비드를 혼합하여 투입함으로써, 입경이 큰 글래스비드 사이에 형성되는 공간에 입경이 작은 글래스비드가 투입되어 조직이 치밀해지고 글래스비드 사이에 형성된 공간이 감소되어 이산화티타늄의 코팅면적이 증가하도록 하는 것이다.

상기 융착단계(S20)는 일측에 가스배출구가 구비된 가마(도시 생략)에 상기 제조금형(100)을 투입하고 유리의 연화온도보다 높은 730~830℃의 온도로 6~8시간 동안, 바람직하게는 7시간 정도 가열하는 것이다. 이에 따라, 글래스비드(10)의 표면이 녹으면서 밀착된 글래스비드(10)끼리 융착되어 일체화됨으로써 원통형 구조 또는 다각의 통형 구조로 이루어진 글래스비드 조립체가 형성된다.

여기서, 융착온도의 하한을 700℃로 한 것은 유리의 연화온도인 약 690℃보다 높은 온도로 가열함으로써 글래스비드의 표면이 원활하게 녹을 수 있도록 하는 것이고, 융착온도의 상한을 850℃로 한 것은 글래스비드가 완전히 녹아 글래스비드 사이에 관통공이 형성되지 않는 것을 방지하기 위한 것이다.

상기 탈형단계(S30)은 제조금형(100)을 가마에서 꺼내 냉각시킨 후 글래스비드 조립체로부터 코어금형(120)을 분리하여 제거하고 외부금형(110)으로부터 글래스비드 조립체를 취출하는 공정으로, 상기 융착단계(S20)에서 글래스비드(10)의 표면이 녹아 서로 융착됨에 따라 이들이 일체화된 상태의 글래스비드 조립체가 취출된다.

상기 코어금형(120)을 분리하는 경우, 제2간격조절수단(124)를 이용하여 제2금형편(122) 사이의 간격을 줄여 제2금형편(122)이 글래스비드 조립체로부터 먼저 분리되도록 한 후, 제1간격조절수단(123)을 이용하여 제1금형편(121) 사이의 간격을 줄여 제1금형편(121)이 글래스비드 조립체로부터 분리되도록 한다. 이에 따라, 글래스비드 조립체의 손상 없이 코어금형(120)을 분리할 수 있게 된다. 상기 코어금형(120)의 분리가 완료되면, 외부금형(110)으로부터 글래스비드 조립체를 분리한다.

이상에서는 코어금형(120)을 먼저 분리한 후 외부금형(110)을 분리하는 것에 대하여 설명하였으나, 제조금형(100)이 완전히 냉각되기 전에 외부금형(110)을 먼저 분리하고 제조금형(100)이 충분히 냉각된 후 코어금형(120)을 분리할 수도 있다. 이는 철재로 형성된 제조금형(100)과 글래스비드(10)의 팽창율 차이를 이용하여 제조금형(100)으로부터 글래스비드 조립체를 안전하게 취출할 수 있도록 하기 위한 것이다.

상기 도포단계(S40)는 제조금형(100)에서 취출된 글래스비드 조립체의 내측과 외측에서 각각 액상의 이산화티타늄을 미스트 분사방식으로 분사하여 글래스비드(10)의 표면에 이산화티타늄이 도포되도록 한 후 건조시키는 공정이다. 이와 같이 액상의 이산화티타늄을 미스트 분사방식으로 분사하는 이유는, 미세하게 형성된 액상 이산화티타늄을 분무함으로써 글래스비드(10) 사이에 형성된 기공(30)의 크기에 관계없이 이산화티타늄이 글래스비드(10)의 표면에 고르게 도포되도록 하기 위한 것이다.

상기 코팅단계(S50)는 이산화티타늄이 도포된 글래스비드 조립체를 가마에 투입한 후 유리의 연화온도보다 낮은 300~350℃의 온도로 2~4시간 동안 가열하여 글래스비드 조립체를 구성하는 글래스비드(10)에 이산화티타늄 코팅층(20)이 형성되도록 하는 단계로서, 유리의 연화온도 이하로 가열함에 따라 글래스비드(10)를 구성하는 유리는 녹지 않도록 하면서 액상 이산화티타늄 중의 수분은 완전히 증발시켜 이산화티타늄 코팅층(20)이 글래스비드(10)의 표면에 형성되도록 하게 된다.

상기 건조단계(S60)는 이산화티타늄 코팅층(20)이 형성된 글래스비드 조립체를 가마로부터 꺼내 통풍이 가능한 지역에서 자연건조시키는 단계로서, 대략 3시간 정도의 건조시간이 필요하다.

그리고, 글래스비드 조립체를 형성하는 글래스비드(10)의 표면에 충분한 두께의 이산화티타늄 코팅층(20)이 형성되도록 하기 위하여, 상기 도포단계(S40)와 코팅단계(S50) 및 건조단계(S60)는 2회 반복 수행되는 것이 바람직하다. 즉, 제조금형(100)에 글래스비드(10)를 투입하여 압착 성형한 후, 제조금형(100)을 가열하여 글래스비드(10)들을 융착시키고, 일체화된 글래스비드 조립체를 제조금형(100)으로부터 취출한 후 액상의 이산화티타늄을 도포하고, 유리의 연화온도 이하로 글래스비드 조립체를 가열하여 이산화티타늄 코팅층(20)이 형성되도록 한 후 자연건조하며, 다시 액상의 이산화티타늄을 글래스비드 조립체에 도포한 후 가열하고 자연건조시키는 것이다.

이상의 과정을 통해 글래스비드 사이에 다수의 기공이 형성됨과 아울러 글래스비드 표면에 이산화코팅층이 형성된 글래스비드 조립체로 이루어진 광촉매 필터를 얻을 수 있게 된다.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 몇 가지 실시 예들과 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 발명의 설명에 기재된 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 통상의 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

10...글래스비드
20...이산화티탄 코팅층
30...기공
100...제조금형
110...외부금형
120...코어금형
121...제1금형편
122...제2금형편
123...제1간격조절부재
123a...제1고정볼트
123b...너트
124...제2간격조절부재
124a...제2고정볼트
124b...너트
130...받침금형

Claims

글래스비드(10)의 표면에 이산화티타늄이 코팅되고 자외선에 의해 활성화된 이산화티타늄의 촉매작용에 의해 글래스비드(10) 사이에 형성된 기공(30)을 통과하는 공기를 정화하는 통형상의 광촉매 필터를 제조하기 위한 금형에 있어서,
외부면이 상기 광촉매 필터의 내부 형상에 대응하는 형상으로 형성되는 코어금형(120);
내부면이 상기 광촉매 필터의 외부 형상에 대응하는 형상으로 형성되는 외부금형(110); 및
코어금형(120)과 외부금형(110)을 지지하는 받침금형(130);을 포함하고,
상기 코어금형(120)은 100~150도의 원호각을 갖는 곡면 형상으로 형성되며 광촉매 필터의 내경에 대응하도록 중심으로부터 일정 정도 이격된 상태로 대칭되게 배치되는 한 쌍의 제1금형편(121)과, 100~150도의 원호각을 갖는 곡면 형상으로 형성되며 상기 제1금형편(121)의 안쪽에 대칭되게 배치되어 제1금형편(121) 사이의 틈새를 막는 제2금형편(122)과, 양단이 각각 상기 제1금형편(121)을 관통하여 설치되는 제1고정볼트(123a)와 제1금형편(121)의 안쪽과 바깥쪽에서 제1고정볼트(123a)에 각각 체결되어 제1금형편(121) 사이의 간격을 조절하는 한 쌍의 너트(123b)로 이루어진 제1간격조절부재(123)와, 양단이 각각 상기 제2금형편(122)을 관통하여 설치되는 제2고정볼트(124a)와 제2금형편(122)의 안쪽과 바깥쪽에서 제2고정볼트(124a)에 각각 체결되어 제2금형편(122) 사이의 간격을 조절하는 한 쌍의 너트(124b)로 이루어진 제2간격조절부재(124)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광촉매 필터 제조용 금형.
제1항의 광촉매 필터 제조용 금형을 이용하여 광촉매를 제조하는 방법으로서,
상기 코어금형(120)과 외부금형(110) 및 받침금형(130)을 포함하는 제조금형(100)의 수용공간에 입경이 1.0~2.5㎜인 글래스비드(10)를 투입한 후 3~10㎏/㎠의 압력을 가하여 글래스비드(10)들을 밀착시키는 압착단계(S10);
일측에 가스배출구가 구비된 가마에 상기 제조금형(100)을 투입하고 유리의 연화온도보다 높은 730~830℃의 온도로 6~8시간 동안 가열하여, 글래스비드(10)의 표면이 녹으면서 밀착된 글래스비드(10)끼리 융착되어 일체화되도록 함으로써 원통형 구조 또는 다각의 통형 구조로 이루어진 글래스비드 조립체가 형성되도록 하는 융착단계(S20);
제조금형(100)을 가마에서 꺼내 냉각시킨 후 글래스비드 조립체로부터 코어금형(120)을 분리하여 제거하고 외부금형(110)으로부터 글래스비드 조립체를 취출하는 탈형단계(S30);
제조금형(100)에서 취출된 글래스비드 조립체의 내측과 외측에서 각각 액상의 이산화티타늄을 미스트 분사방식으로 분사하여 글래스비드(10)의 표면에 이산화티타늄이 도포되도록 한 후 건조시키는 도포단계(S40);
이산화티타늄이 도포된 글래스비드 조립체를 가마에 투입한 후 유리의 연화온도보다 낮은 300~350℃의 온도로 2~4시간 동안 가열하여 글래스비드 조립체를 구성하는 글래스비드(10)에 이산화티타늄 코팅층(20)이 형성되도록 하는 코팅단계(S50); 및
이산화티타늄 코팅층(20)이 형성된 글래스비드 조립체를 가마로부터 꺼내 통풍이 가능한 지역에서 자연건조시키는 건조단계(S60);를 포함하는 것을 특징으로 하는 광촉매 필터의 제조방법.
제2항에 있어서,
상기 압착단계(S10)에서 글래스비드(10)를 투입할 때 입경이 상이한 글래스비드(10)들을 혼합하여 투입하는 것을 특징으로 하는 광촉매 필터의 제조방법.
제2항에 있어서,
상기 도포단계(S40)와 코팅단계(S50) 및 건조단계(S60)는 2회 반복 수행되는 것을 특징으로 하는 광촉매 필터의 제조방법.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 광촉매 필터.