KR102354109B1 - Core-shell structure apatite-plastic molded product using titanium dioxide photocatalyst - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 코어-쉘 구조의 아파타이트-이산화티타늄 광촉매를 이용한 플라스틱 성형물에 관한 것이다.The present invention relates to a plastic molding using an apatite-titanium dioxide photocatalyst having a core-shell structure.
환경의 변화에 따라 인체에 유해한 곰팡이, 바이러스 및 박테리아 등 인간의 건강을 위협하는 미생물의 확산이 문제되고 있어, 이를 효과적으로 차단하기 위한 노력이 지속되고 있다.As the environment changes, the spread of microorganisms that threaten human health, such as mold, virus, and bacteria harmful to the human body, has become a problem, and efforts are being made to effectively block it.
세균에 대한 제품의 외적 증상은 부패취 및 가스 발생, pH 저하 및 그에 따른 물리 및 화학적 특성 저하가 발생할 수 있으며, 이러한 이유로 생활 전반에 걸쳐 자주 사용되는 고분자 화합물인 플라스틱 제품은 현재 항균 기능을 접목하여 세탁기, 냉장고, 에어컨 등의 가전 제품은 물론 자동차, 오토바이 등의 운송 수단, 그릇, 욕조, 바닥재 등 생활용품 전반에 걸쳐 보급되고 있다.The external symptoms of the product against bacteria may include decay odor and gas generation, pH drop, and consequent deterioration of physical and chemical properties. It is widely used in household appliances such as washing machines, refrigerators, and air conditioners, as well as transportation means such as automobiles and motorcycles, dishes, bathtubs, and flooring materials.
항균제는 크게 유기계 항균제, 무기계 항균제 및 천연계 항균제로 분류된다. 그중 천연계 항균제는 천연물로부터 얻어진 항균제로 키토산, 아미노 화합물, 삼백초 추출물, 천연 유황, 천연광석 및 세라믹 등이 있다.Antibacterial agents are largely classified into organic antibacterial agents, inorganic antibacterial agents and natural antibacterial agents. Among them, natural antibacterial agents are antibacterial agents obtained from natural products, and include chitosan, amino compounds, extracts of trifolieae, natural sulfur, natural ore, and ceramics.
하지만 천연계 항균제를 사용함에 따라 환경과 인체에 무해한 장점을 가지기는 하지만 지속성이 떨어지고, 특정 미생물에만 선택적인 항균성을 나타내어 광범위한 적용이 힘들다는 한계가 있다.However, as a natural antibacterial agent is used, although it has the advantage of being harmless to the environment and the human body, the durability is lowered, and there are limitations in that it is difficult to apply a wide range of antibacterial properties to specific microorganisms only.
이와 같은 이유로 유기계 항균제와 무기계 항균제가 항균 플라스틱 제품에 첨가되고 있으며, 유기계 항균제와 무기계 항균제의 특징을 비교하여 하기 표 1에 나타내었다.For this reason, organic antibacterial agents and inorganic antibacterial agents are added to antibacterial plastic products, and the characteristics of the organic antibacterial agent and inorganic antibacterial agent are compared and shown in Table 1 below.
표 1을 참조하여, 일반적으로 사용되는 유기계 항균제로는 트리클로산, 트리클로카본, PCMX, DCOIT, OPBA 및 징크피리치온 등이 있으나, 장기간 사용 시 인체 유해 등의 문제로 규제가 되고 있는 추세이다.Referring to Table 1, although commonly used organic antibacterial agents include triclosan, triclocarbon, PCMX, DCOIT, OPBA and zinc pyrithione, it is a trend that is regulated due to problems such as harm to the human body when used for a long period of time.
유기계 항균제와 달리, 무기 항균제로는 은나노 계열의 항균 제품이 알려져 있지만 곰팡이(진균)에 대해서는 효과가 거의 없다고 판명되었고, 미국 EPA에서는 환경과 인체에 대한 무해성이 입증되지 않아 사용에 제재를 가하고 있는 상황이다.Unlike organic antibacterial agents, silver nano-based antibacterial products are known as inorganic antibacterial agents, but they have been found to have little effect on mold (fungi). situation.
한편 '대나무 숯을 함유하는 항균 플라스틱 펠렛 및 이의 제조 방법(등록번호: 10-1481579)'에서는 대나무 숯에 질산은 또는 염화은이 담지된 은 첨착 대나무 숯과 폴리프로필렌을 포함하는 대나무 숯을 함유하는 항균 플락스틱 펠렛과, 이를 제조하는 방법을 제공하고 있다.On the other hand, in 'Antibacterial plastic pellets containing bamboo charcoal and manufacturing method thereof (registration number: 10-1481579)' Provided are stick pellets and a method for manufacturing the same.
그러나 환경과 인체에 대한 무해성이 입증되지 않은 은(silver)을 사용하였으며, 대나무 숯과 같은 천연 항균제는 항균 효과의 지속에 한계가 있는 문제점이 있다. 따라서 이를 개선할 수 있는 새로운 기술개발 연구가 절실히 요구되는 시점이다.However, silver, which has not been proven to be harmful to the environment and the human body, is used, and natural antibacterial agents such as bamboo charcoal have a problem in that there is a limit to the continuation of the antibacterial effect. Therefore, it is a time when new technology development research that can improve this is urgently required.
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 유기물 또는 고분자를 분해하는 이산화티타늄이 고분자에 접촉되지 않도록 하여 고분자의 분해를 방지할 수 있도록 코어-쉘 구조의 아파타이트-이산화티타늄 광촉매를 이용한 플라스틱 성형물을 제공하는 것을 기술적 해결과제로 한다.The present invention was invented to solve the above problems, and a plastic using an apatite-titanium dioxide photocatalyst having a core-shell structure to prevent decomposition of the polymer by preventing titanium dioxide that decomposes organic substances or polymers from contacting the polymer. It is a technical solution to provide a molding.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 플라스틱 성형물에 있어서, 고분자와, 상기 고분자 100중량부에 대하여 아파타이트-이산화티타늄 광촉매 0.001 내지 30중량부가 분산되어 형성되고, 상기 아파타이트-이산화티타늄 광촉매는, 상기 이산화티타늄이 코어로 배치되고 상기 아파타이트가 상기 이산화티타늄의 외부에 쉘로 배치되어 20nm 내지 10㎛ 범위의 크기로 형성되고, 상기 이산화티타늄이 상기 고분자에 접촉되지 않도록 하여 상기 고분자의 분해가 억제되되, 상기 이산화티타늄과 상기 고분자를 물리적으로 분리시켜 상기 고분자의 열화를 방지하고, 상기 플라스틱 성형물의 사출 성형 시, 표면에 엠보스 가공하여 상기 플라스틱 성형물 표면의 발수성을 억제하여 수용성인 균이 상기 플라스틱 성형물의 표면과 밀착되도록 하고, 상기 플라스틱 성형물은 표면처리를 통하여 반영구적인 친수성이 부여되되, 상기 표면처리는, 상기 플라스틱 성형물에 에테르기, 카르보닐기 및 에스테르기 중 어느 하나 이상을 포함하는 유기화합물 또는 에테르기, 카르보닐기 및 에스테르기 중 어느 하나 이상과 탄소 이중결합을 포함하는 유기화합물에 매체가스를 혼합하여 혼합가스를 형성하고, 상기 혼합가스에 연소가스를 혼합하여 700 내지 1,400℃에서 열분해하여 형성되는 표면개질제를 분사하여 표면개질층을 형성함으로써 표면 친수성을 형성하는 것을 특징으로 하는 코어-쉘 구조의 아파타이트-이산화티타늄 광촉매를 이용한 플라스틱 성형물을 제공한다.In order to solve the above technical problem, the present invention, in a plastic molding, is formed by dispersing 0.001 to 30 parts by weight of an apatite-titanium dioxide photocatalyst with respect to 100 parts by weight of a polymer and 100 parts by weight of the polymer, and the apatite-titanium dioxide photocatalyst, The titanium dioxide is disposed as a core and the apatite is disposed as a shell on the outside of the titanium dioxide to form a size in the range of 20 nm to 10 μm, and the titanium dioxide is not in contact with the polymer so that the decomposition of the polymer is suppressed, The titanium dioxide and the polymer are physically separated to prevent deterioration of the polymer, and during injection molding of the plastic molded product, embossed on the surface to suppress the water repellency of the plastic molding surface, so that water-soluble bacteria are generated in the plastic molding to be in close contact with the surface, and semi-permanent hydrophilicity is imparted to the plastic molding through surface treatment, wherein the surface treatment is an organic compound or ether group containing at least one of an ether group, a carbonyl group and an ester group to the plastic molding; A mixed gas is formed by mixing a medium gas with an organic compound containing at least one of a carbonyl group and an ester group and a carbon double bond, and a combustion gas is mixed with the mixed gas and thermally decomposed at 700 to 1,400 ° C. A surface modifier formed Provided is a plastic molding using an apatite-titanium dioxide photocatalyst having a core-shell structure, characterized in that the surface is hydrophilic by spraying to form a surface modification layer.
본 발명에 있어서, 상기 고분자는, 폴리아미드(PA), 폴리카보네이트(PC), 폴리에스테르(PES), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리올레핀(PO), 폴리스타이렌(PS), 폴리우레탄(PU), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 에폭시(Epoxy), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 페놀포름알데히드(PF), 멜라민포름알데히드(MF), 우레아포름알데히드(UF), 폴리염화비닐(PVC), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리이미드(PI), 플라스타치(Plastarch), 폴리락트산(PLA), 퓨란(Furan), 폴리염화비닐리덴(PVDC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PETE), 폴리아이소프렌, 폴리비닐아세테이트(PVAc), 나일론, 올레핀, 아크릴 수지, 레이온, 스테렌부타디엔(SBR) 및 폴리비닐알코올(PVA)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the polymer is polyamide (PA), polycarbonate (PC), polyester (PES), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyolefin (PO), polystyrene (PS), polyurethane (PU), acrylonitrile butadiene styrene (ABS), epoxy (Epoxy), polymethyl methacrylate (PMMA), polytetrafluoroethylene (PTFE), phenol formaldehyde (PF), melamine formaldehyde (MF), Ureaformaldehyde (UF), polyvinyl chloride (PVC), polyetheretherketone (PEEK), polyetherimide (PEI), polyimide (PI), plastarch, polylactic acid (PLA), furan ), polyvinylidene chloride (PVDC), polyethylene terephthalate (PETE), polyisoprene, polyvinyl acetate (PVAc), nylon, olefin, acrylic resin, rayon, sterenebutadiene (SBR) and polyvinyl alcohol (PVA) It is characterized in that at least one selected from the group consisting of.
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상기 과제의 해결 수단에 의한 본 발명의 코어-쉘 구조의 아파타이트-이산화티타늄 광촉매를 이용한 플라스틱 성형물에 따르면, 가시광선과 자외선 영역의 경계선인 파장 395nm, 1W인 램프로 항균 측정 시 99.9% 살균될 수 있는 효과가 있다.According to the plastic molding using the apatite-titanium dioxide photocatalyst with the core-shell structure of the present invention as a means to solve the above problems, 99.9% sterilization can be achieved when antibacterial measurement is performed with a lamp with a wavelength of 395 nm and 1 W, which is the boundary between visible and ultraviolet regions. It works.
또한, 플라스틱 성형물의 사출 성형 시, 금형 표면에 엠보스 가공하고 동시에 친수성을 부여하여 플라스틱 표면의 발수성을 억제해 수용성인 균이 항균 및 살균 기능을 갖는 플라스틱 표면과 밀착되도록 함으로써, 항균 및 살균 작용을 극대화할 수 있는 효과가 있다.In addition, during injection molding of plastic moldings, embossing on the mold surface and at the same time imparting hydrophilicity to suppress water repellency of the plastic surface so that water-soluble bacteria adhere to the plastic surface having antibacterial and sterilizing functions, thereby improving antibacterial and sterilizing action There is a maximizing effect.
도 1은 본 발명에 따른 아파타이트-이산화티타늄 광촉매를 모식적으로 나타낸 예시도.
도 2는 실시예의 표면개질 여부에 따른 샘플 사진을 나타낸 사진.
도 3은 실시예 3에 따른 균의 저항력을 확인한 결과를 나타낸 시험성적서.
도 4는 실시예 3의 황색포도상구균에 대한 시험결과를 나타낸 사진.
도 5는 실시예 3의 대장균에 대한 시험결과를 나타낸 사진.1 is an exemplary view schematically showing an apatite-titanium dioxide photocatalyst according to the present invention.
Figure 2 is a photograph showing a sample photograph according to whether or not the surface modification of the embodiment.
3 is a test report showing the results of confirming the resistance of the bacteria according to Example 3.
Figure 4 is a photograph showing the test results for Staphylococcus aureus of Example 3.
5 is a photograph showing the test results for E. coli of Example 3.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
단, 본 명세서에서 기재된 항균은 세균과 곰팡이를 포함하는 미생물에 저항하는 효능을 의미하며, 이때 저항은 균을 죽이는 살균과 균 발생을 억제함을 의미한다.However, the antibacterial described herein means the efficacy of resisting microorganisms including bacteria and fungi, and in this case, resistance means sterilization that kills bacteria and suppressing the generation of bacteria.
본 발명을 설명하기에 앞서, 보통 아파타이트형 이산화티타늄은 수용액 상태로 제조되고 있었으며, 현재까지 고체 상태로 형성되도록 하여 플라스틱 제품 제조를 위한 고분자에 혼합되는 사례가 없었다. 또한, 수용액 상태의 아파타이트형 이산화티타늄은 고분자 수지에 혼합하여 성형할 수 없다.Prior to explaining the present invention, apatite-type titanium dioxide was usually prepared in an aqueous solution state, and there has been no case of mixing it with a polymer for manufacturing plastic products to form a solid state until now. In addition, apatite-type titanium dioxide in an aqueous solution state cannot be molded by mixing it with a polymer resin.
이에 따라 본 발명은 종래와 달리, 원심분리, belt press, filter press, 흡인 여과 등의 분리방법을 조합해서 활용하여 여과 후, 자연 건조, 동결 건조, 열풍 건조, 적외선 건조, 진공 건조, barrel 건조 등을 조합해서 활용하여 수분함량 0.001중량% 이하인 아파타이트형 이산화티타늄 광촉매를 얻음으로써, 고분자와의 복합화를 달성할 수 있게 된다.Accordingly, the present invention uses a combination of separation methods such as centrifugal separation, belt press, filter press, suction filtration, etc., unlike the prior art, and after filtration, natural drying, freeze drying, hot air drying, infrared drying, vacuum drying, barrel drying, etc. By using in combination to obtain an apatite-type titanium dioxide photocatalyst having a water content of 0.001 wt% or less, it is possible to achieve complexation with a polymer.
이와 같은 본 발명은 플라스틱 성형물에 있어서, 고분자와, 고분자 100중량부에 대하여 아파타이트-이산화티타늄 광촉매 0.001 내지 30중량부를 포함하여 형성될 수 있으며, 아래에서 더욱 상세히 설명하기로 한다.As described above, in the plastic molding, the present invention may include a polymer and 0.001 to 30 parts by weight of an apatite-titanium dioxide photocatalyst based on 100 parts by weight of the polymer, which will be described in more detail below.
본 발명에 있어서, 고분자는 플라스틱 성형물의 베이스 수지가 되는 구성이다.In the present invention, the polymer is a component used as the base resin of the plastic molding.
고분자로는 폴리아미드(PA), 폴리카보네이트(PC), 폴리에스테르(PES), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리올레핀(PO), 폴리스타이렌(PS), 폴리우레탄(PU), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 에폭시(Epoxy), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 페놀포름알데히드(PF), 멜라민포름알데히드(MF), 우레아포름알데히드(UF), 폴리염화비닐(PVC), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리이미드(PI), 플라스타치(Plastarch), 폴리락트산(PLA), 퓨란(Furan), 폴리염화비닐리덴(PVDC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PETE), 폴리아이소프렌, 폴리비닐아세테이트(PVAc), 나일론, 올레핀, 아크릴 수지, 레이온, 스테렌부타디엔(SBR) 및 폴리비닐알코올(PVA)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상이 사용될 수 있다. 단, 고분자는 상술한 종류 외에 플라스틱 성형물의 베이스 수지가 될 수 있는 물질이라면 다양하게 사용 가능하다.Polyamide (PA), polycarbonate (PC), polyester (PES), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyolefin (PO), polystyrene (PS), polyurethane (PU), acrylo Nitrile butadiene styrene (ABS), epoxy (Epoxy), polymethyl methacrylate (PMMA), polytetrafluoroethylene (PTFE), phenol formaldehyde (PF), melamine formaldehyde (MF), urea formaldehyde (UF) , polyvinyl chloride (PVC), polyetheretherketone (PEEK), polyetherimide (PEI), polyimide (PI), plastarch, polylactic acid (PLA), furan, polyvinylidene chloride (PVDC), polyethylene terephthalate (PETE), polyisoprene, polyvinyl acetate (PVAc), nylon, olefin, acrylic resin, rayon, sterenebutadiene (SBR) and polyvinyl alcohol (PVA) 1 selected from the group consisting of More than one species may be used. However, the polymer can be used in various ways as long as it is a material that can be a base resin for a plastic molding other than the above-mentioned types.
본 발명에 있어서, 아파타이트-이산화티타늄 광촉매는 고분자에 항균능을 부여하면서 아파타이트(200) 피복을 통하여 이산화티타늄(100)이 고분자에의 직접적인 접촉을 막아 고분자의 분해를 억제하는 구성이다.In the present invention, the apatite-titanium dioxide photocatalyst is configured to suppress the decomposition of the polymer by preventing the
관련하여 도 1은 본 발명에 따른 아파타이트-이산화티타늄 광촉매를 예시도로 나타낸 것이다. 도 1을 참조하면, 아파타이트-이산화티타늄 광촉매는 이산화티타늄(100)이 코어로 배치되고, 아파타이트(200)가 이산화티타늄(100)의 외부에 쉘로 배치되어, 이산화티타늄(100)이 고분자에 접촉되지 않도록 함으로써 고분자의 분해가 억제되는데 특징이 있음을 알 수 있다.In relation to FIG. 1, an apatite-titanium dioxide photocatalyst according to the present invention is shown as an exemplary view. 1, in the apatite-titanium dioxide photocatalyst,
여기서 도 1은 아파타이트-이산화티타늄 광촉매를 모식적으로 도시한 것이로, 광촉매 활성을 나타내기 위해서는 아파타이트(200)가 대부분 덮여져 있으며, 극히 부분적으로 이산화티타늄(100)이 노출된 상태의 아파타이트-이산화티타늄 광촉매가 형성되어도 이상적인 상태가 될 수 있다. 단, 아파타이트-이산화티타늄 광촉매는 고분자와의 혼합성 향상을 위하여 마스터배치 형태로 형성될 수도 있다.Here, FIG. 1 schematically shows an apatite-titanium dioxide photocatalyst. In order to exhibit photocatalytic activity, most of the
이산화티타늄(100)의 경우 브루카이트(brookite), 아나타스(anatase) 및 루틸(rutile)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 결정구조를 가질 수 있으며, 아파타이트(200)의 경우 Ca10(PO4)6X2의 분자식을 가지는 물질로 치아 에나멜질의 95%, 뼈의 65%를 구성하고 있는 물질이다.In the case of titanium dioxide (100), it may have at least one crystal structure selected from the group consisting of brookite, anatase, and rutile, and in the case of apatite (200), Ca 10 (PO 4 ) ) It is a substance with a molecular formula of 6 X 2 that constitutes 95% of tooth enamel and 65% of bone.
이처럼 아파타이트(200)가 치아 에나멜질의 95%, 뼈의 65%를 구성하고 있듯 이, 생체 친화성이 우수하여 미생물 흡착에 용이하기 때문에, 본 발명에서 이산화티타늄(100)의 코어 외부에 아파타이트(200)를 쉘로 피복한 것이다.As such, as the
이렇게 아파타이트(200)가 이산화티타늄(100)의 외부에 코팅됨에 따라 이산화티타늄(100)과 고분자를 물리적으로 분리시킴으로써, 고분자의 열화를 방지할 수 있게 해준다. 또한 아파타이트(200)는 각종 유기물이나 단백질을 흡착하는 성능이 뛰어나 세균 뿐만 아니라, 암모니아, 질소산화물 및 알데하이드류 등 각종 오염물질들을 광촉매의 표면으로 유도하여 고분자 내에서 광촉매의 기능을 촉진시켜준다.As the
외부에 아파타이트(200)가 피복된 이산화티타늄(100)으로 구성되는 광촉매는 20nm 내지 10㎛ 범위를 갖는 것이 바람직하다. 광촉매가 20nm 미만의 크기를 가지면 플라스틱 성형물 내에서 균일한 분산성을 가질 수는 있게 되긴 하나, 입자가 너무 미세하여 공정상 수분의 제거가 극도로 어려워지며, 광촉매의 흩날림이 발생할 수 있어 목적으로 하는 광촉매 함량이 손실되어 버리는 단점이 있다. 반대로, 광촉매가 10㎛를 초과하면 입자 크기가 너무 커서 성형 시의 기계적인 전단응력으로 광촉매의 코어-쉘 구조가 파괴될 우려가 있어 바람직하지 않다.The photocatalyst composed of
아파타이트-이산화티타늄 광촉매가 고분자 100중량부에 대하여 0.001중량부 미만으로 첨가되면 고분자 내에서의 광촉매 활성을 충분히 발현할 수 없으며, 30중량부를 초과하면 그 이하의 양을 첨가한 경우와 대비하여 오히려 물성 변형을 초래할 수 있어 항균활성이 탁월하지 못하게 되는 단점이 있다. 이에 따라, 고분자 100중량부에 대하여 아파타이트-이산화티타늄 광촉매는 0.001 내지 30중량부의 범위 내에서 적절하게 조절되는 것이 바람직하다.When the apatite-titanium dioxide photocatalyst is added in an amount of less than 0.001 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer, the photocatalytic activity in the polymer cannot be sufficiently expressed. There is a disadvantage in that the antibacterial activity is not excellent because it can cause deformation. Accordingly, it is preferable that the apatite-titanium dioxide photocatalyst is appropriately adjusted within the range of 0.001 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer.
특히 플라스틱 성형물을 이용한 사출 후 플라스틱 제품에 거칠기 표면을 형성하여 반영구적인 친수성을 부여할 수 있다. 이는 살균 효과를 높이기 위한 것으로, 금형 표면에 부식을 넣어주는 엠보스 가공을 이용하여 플라스틱 제품의 표면의 발수성을 억제함으로써, 수용성인 균이 항균, 살균 기능을 갖는 플라스틱 표면과 밀착하여 항균, 살균 작용을 극대화할 수 있게 된다. 이를 위해 사출된 플라스틱 표면에 반영구적인 친수성(사포 #1000 보다 거친 표면)을 부여할 수 있다.In particular, it is possible to impart semi-permanent hydrophilicity by forming a rough surface on a plastic product after injection using a plastic molding. This is to enhance the sterilization effect. By suppressing the water repellency of the surface of plastic products by using embossing processing to put corrosion on the mold surface, water-soluble bacteria adhere to the plastic surface having antibacterial and sterilization functions, thereby performing antibacterial and sterilizing action. can be maximized. For this purpose, semi-permanent hydrophilicity (a rougher surface than sandpaper #1000) can be given to the injected plastic surface.
이때 특수 표면처리는 분자 내에 에테르기, 카르보닐기 및 에스테르기 중 어느 하나 이상을 포함하는 유기화합물, 또는 분자 내에 에테르기, 카르보닐기 및 에스테르기 중 어느 하나 이상과 탄소 이중결합을 포함하는 유기화합물에 매체가스를 혼합하여 혼합가스를 형성하고, 이러한 혼합가스에 연소가스를 혼합하여 700 내지 1,400℃에서 열분해함으로 인해 형성되는 표면개질제를 분사함으로써 플라스틱 제품 상에 표면개질층을 형성해 표면을 친수성으로 형성한다.In this case, the special surface treatment is an organic compound containing at least one of an ether group, a carbonyl group, and an ester group in a molecule, or an organic compound containing at least one of an ether group, a carbonyl group, and an ester group and a carbon double bond in the molecule. is mixed to form a mixed gas, and by mixing the combustion gas with this mixed gas and spraying a surface modifier formed by thermal decomposition at 700 to 1,400° C., a surface modification layer is formed on the plastic product to form a hydrophilic surface.
정리하면, 본 발명은 코어-쉘 구조의 아파타이트-이산화티타늄 광촉매를 이용한 플라스틱 성형물에 관한 것으로, 아파타이트-이산화티타늄 광촉매에 의하여 플라스틱 성형물이 항균 작용을 갖게 되는 장점이 있을 뿐만 아니라, 아파타이트에 의해 피복된 이산화티타늄 광촉매는 고분자와의 접촉이 방지되어 고분자의 분해를 억제하면서 유기물질이나 암모니아, 포름알데하이드 등에 대한 광촉매 활성은 유지할 수 있는 장점이 있다.In summary, the present invention relates to a plastic molded article using an apatite-titanium dioxide photocatalyst having a core-shell structure. Titanium dioxide photocatalyst has the advantage of being able to maintain photocatalytic activity for organic substances, ammonia, formaldehyde, etc. while inhibiting the decomposition of the polymer by preventing contact with the polymer.
이하, 본 발명의 실시예를 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. 단, 이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것일 뿐, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in more detail as follows. However, the following examples are merely illustrative to aid the understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereby.
<실시예 1><Example 1>
1-1. 아파타이트-이산화티타늄 광촉매의 제조1-1. Preparation of apatite-titanium dioxide photocatalyst
10L의 탈탄산 가스 처리한 순수를 준비하고 질소 분위기에서, 순수에 질산칼슘(율촌노테람 주식회사) 101g과 황산 타이타늄(율촌노테람(주)) 216g을 혼합하여 교반하였다. 다음으로 얻어진 혼합물에 인산(광진화학(주)) 9.8g (순수 인산 성분으로 환산)을 첨가하여 이어서 암모니아수(남해화학(주))을 첨가하여 pH를 9.00이 되도록 조정하였다. 계속해서 얻어진 현탁액을 부식에 강한 용기에 옮겨 100℃에서 6시간 숙성하였다. 침전물이 생성된 현탁액을 여과와 원심분리, filter press 등의 분리기술을 복합적으로 사용하여 침전물을 분리하였다. 이때 분리한 침전물을 50L의 순수로 씻어내고, 또 다시 여과와 원심분리, filter press 등의 분리기술을 사용하여 침전물을 분리하였다. 그리고 120 내지 130℃인 dry oven 중에서 12시간 동안 건조하여 광촉매를 제조하였다.10 L of decarboxylated gas-treated pure water was prepared, and 101 g of calcium nitrate (Yulchon Noteram Co., Ltd.) and 216 g of titanium sulfate (Yulchon Noteram Co., Ltd.) were mixed and stirred in the pure water in a nitrogen atmosphere. Next, 9.8 g (converted to pure phosphoric acid component) of phosphoric acid (Kwangjin Chemical Co., Ltd.) was added to the obtained mixture, followed by the addition of aqueous ammonia (Namhae Chemical Co., Ltd.) to adjust the pH to 9.00. Subsequently, the obtained suspension was transferred to a container resistant to corrosion and aged at 100°C for 6 hours. The suspension in which the precipitate was formed was separated using a combination of separation techniques such as filtration, centrifugation, and filter press. At this time, the separated precipitate was washed with 50L of pure water, and the precipitate was separated again using separation techniques such as filtration, centrifugation, and filter press. Then, the photocatalyst was prepared by drying in a dry oven at 120 to 130° C. for 12 hours.
1-2. 마스터배치의 제조1-2. Preparation of masterbatch
극성인 PC 수지 100중량부에 대해, PC 수지에 분산될 수 있는 광촉매 함량이 10중량부인 마스터배치를 각각 제조하였다.With respect to 100 parts by weight of the polar PC resin, each masterbatch having a photocatalyst content of 10 parts by weight that can be dispersed in the PC resin was prepared.
1-3. 사출 제품의 제조1-3. Manufacturing of injection products
마스터배치를 5 내지 10중량% 포함한 PC 시험편을 제조하여 우진기계(주) 사출기(형체력 170ton)로 항균 테스트 샘플로 준비하였다.A PC test piece containing 5 to 10% by weight of the masterbatch was prepared and prepared as an antibacterial test sample with an injection machine of Woojin Machinery Co., Ltd. (clamping force 170ton).
<실시예 2><Example 2>
2-1. 아파타이트-이산화티타늄 광촉매의 제조2-1. Preparation of apatite-titanium dioxide photocatalyst
10L의 탈탄산 가스 처리한 순수를 준비하고 질소 분위기에서, 순수에 질산칼슘(율촌노테람 주식회사) 101g과 황산 타이타늄(율촌노테람(주)) 216g을 혼합하여 교반하였다. 다음으로 얻어진 혼합물에 인산(광진화학(주)) 9.8g (순수 인산 성분으로 환산)을 첨가하여 이어서 암모니아수(남해화학(주))을 첨가하여 pH를 9.00이 되도록 조정하였다. 계속해서 얻어진 현탁액을 부식에 강한 용기에 옮겨 100℃에서 6시간 숙성하였다. 침전물이 생성된 현탁액을 여과와 원심분리, filter press 등의 분리기술을 복합적으로 사용하여 침전물을 분리하였다. 이때 분리한 침전물을 50L의 순수로 씻어내고, 또 다시 여과와 원심분리, filter press 등의 분리기술을 사용하여 침전물을 분리하였다. 그리고 120 내지 130℃인 dry oven 중에서 12시간 동안 건조하여 광촉매를 제조하였다.10 L of decarboxylated gas-treated pure water was prepared, and 101 g of calcium nitrate (Yulchon Noteram Co., Ltd.) and 216 g of titanium sulfate (Yulchon Noteram Co., Ltd.) were mixed and stirred in the pure water in a nitrogen atmosphere. Next, 9.8 g (converted to pure phosphoric acid component) of phosphoric acid (Kwangjin Chemical Co., Ltd.) was added to the obtained mixture, followed by the addition of aqueous ammonia (Namhae Chemical Co., Ltd.) to adjust the pH to 9.00. Subsequently, the obtained suspension was transferred to a container resistant to corrosion and aged at 100°C for 6 hours. The suspension in which the precipitate was formed was separated using a combination of separation techniques such as filtration, centrifugation, and filter press. At this time, the separated precipitate was washed with 50L of pure water, and the precipitate was separated again using separation techniques such as filtration, centrifugation, and filter press. Then, the photocatalyst was prepared by drying it in a dry oven at 120 to 130° C. for 12 hours.
2-2. 마스터배치의 제조2-2. Preparation of masterbatch
무극성인 PE 수지 100중량부에 대해, PE 수지에 분산될 수 있는 광촉매 함량이 10중량부인 마스터배치를 각각 제조하였다.With respect to 100 parts by weight of the non-polar PE resin, a masterbatch having a photocatalyst content of 10 parts by weight that can be dispersed in the PE resin was prepared, respectively.
2-3. 사출 제품의 제조2-3. Manufacturing of injection products
마스터배치를 5 내지 10중량% 포함한 PE 시험편을 제조하여 우진기계(주) 사출기(형체력 170ton)로 항균 테스트 샘플로 준비하였다.A PE test piece containing 5 to 10% by weight of the masterbatch was prepared and prepared as an antibacterial test sample with an injection machine of Woojin Machinery Co., Ltd. (clamping force 170ton).
<실시예 3><Example 3>
3-1. 아파타이트-이산화티타늄 광촉매의 제조3-1. Preparation of apatite-titanium dioxide photocatalyst
10L의 탈탄산 가스 처리한 순수를 준비하고 질소 분위기에서, 순수에 질산칼슘(율촌노테람 주식회사) 101g과 황산 타이타늄(율촌노테람(주)) 216g을 혼합하여 교반하였다. 다음으로 얻어진 혼합물에 인산(광진화학(주)) 9.8g (순수 인산 성분으로 환산)을 첨가하여 이어서 암모니아수(남해화학(주))을 첨가하여 pH를 9.00이 되도록 조정하였다. 계속해서 얻어진 현탁액을 부식에 강한 용기에 옮겨 100℃에서 6시간 숙성하였다. 침전물이 생성된 현탁액을 여과와 원심분리, filter press 등의 분리기술을 복합적으로 사용하여 침전물을 분리하였다. 이때 분리한 침전물을 50L의 순수로 씻어내고, 또 다시 여과와 원심분리, filter press 등의 분리기술을 사용하여 침전물을 분리하였다. 그리고 120 내지 130℃인 dry oven 중에서 12시간 동안 건조하여 광촉매를 제조하였다.10 L of decarboxylated gas-treated pure water was prepared, and 101 g of calcium nitrate (Yulchon Noteram Co., Ltd.) and 216 g of titanium sulfate (Yulchon Noteram Co., Ltd.) were mixed and stirred in the pure water in a nitrogen atmosphere. Next, 9.8 g (converted to pure phosphoric acid component) of phosphoric acid (Kwangjin Chemical Co., Ltd.) was added to the obtained mixture, followed by the addition of aqueous ammonia (Namhae Chemical Co., Ltd.) to adjust the pH to 9.00. Subsequently, the obtained suspension was transferred to a container resistant to corrosion and aged at 100°C for 6 hours. The suspension in which the precipitate was formed was separated using a combination of separation techniques such as filtration, centrifugation, and filter press. At this time, the separated precipitate was washed with 50L of pure water, and the precipitate was separated again using separation techniques such as filtration, centrifugation, and filter press. Then, the photocatalyst was prepared by drying in a dry oven at 120 to 130° C. for 12 hours.
3-2. 마스터배치의 제조3-2. Preparation of masterbatch
극성인 PC 수지 100중량부에 대해, PC 수지에 분산될 수 있는 광촉매 함량이 10중량부인 마스터배치를 각각 제조하였다.With respect to 100 parts by weight of the polar PC resin, each masterbatch having a photocatalyst content of 10 parts by weight that can be dispersed in the PC resin was prepared.
3-3. 사출 제품의 제조3-3. Manufacturing of injection products
마스터배치를 5 내지 10중량% 포함한 PC 시험편을 제조하여 우진기계(주) 사출기(형체력 170ton)로 엠보스 가공된 항균 테스트 샘플로 준비하였다. 이후, 샘플의 표면에 특수 표면처리하여 친수성으로 표면개질하였다.A PC test piece containing 5 to 10% by weight of the masterbatch was prepared and prepared as an antibacterial test sample embossed by Woojin Machinery Co., Ltd. injection machine (clamping force 170ton). Thereafter, the surface of the sample was specially surface-treated and surface-modified to be hydrophilic.
상술한 실시예 관련하여, 도 2는 실시예의 표면개질 여부에 따른 샘플 사진을 사진으로 나타낸 것으로, 도 2(a)는 실시예 1에 따라 제조된 샘플을 사진으로 나타낸 것이고, 도 2(b)는 실시예 3에 따라 제조된 샘플을 사진으로 나타낸 것임을 알 수 있다.In relation to the above-described embodiment, FIG. 2 is a photograph showing the sample according to whether or not the surface is modified in Example, FIG. 2(a) is a photograph showing the sample prepared according to Example 1, and FIG. 2(b) It can be seen that is a photograph of the sample prepared according to Example 3.
<시험예 1><Test Example 1>
본 실험예에서는 실시예 1 및 실시예 3을 샘플로 준비하고, 이 중에서 표면에 엠보스 가공을 통해 거칠기와 특수 표면처리로 친수성이 부여된 실시예 3을 이용하여 항균 특성을 분석해 보았다.In this experimental example, Examples 1 and 3 were prepared as samples, and the antibacterial properties were analyzed using Example 3, in which the surface was embossed to give roughness and hydrophilicity by special surface treatment.
이를 위해 JIS Z 2801에 따라 균 전배양액을 준비하고 샘플의 시험면에 멸균면봉을 사용하여 균을 고르게 도말한 후 10분 간 건조하여 균을 부착시켰다. 부착이 끝난 샘플을 블랙라이트(1와트)와 4cm 거리에서 균을 도말한 면이 블랙라이트를 향하도록 필름을 두었다. 이후, 24시간 동안 블랙라이트를 조사하고 조사가 끝나면 필름을 회수하여 JIS Z 2801의 방법으로 CFU를 측정한 후 하기 식 1에 따라 균 감소율을 계산하였다.To this end, a pre-culture solution was prepared according to JIS Z 2801, spread the bacteria evenly on the test surface of the sample using a sterile cotton swab, and then dried for 10 minutes to attach the bacteria. The film was placed so that the surface on which the bacteria was smeared faced the black light at a distance of 4 cm from the black light (1 watt) of the attached sample. Then, after irradiating the black light for 24 hours, after the irradiation was completed, the film was recovered, and the CFU was measured by the method of JIS Z 2801, and then the bacterial reduction rate was calculated according to Equation 1 below.
[식 1][Equation 1]
균 감소율(%)=[(Control의 시험 후 균수)-(샘플의 시험 후 균 수)]/(Control의 시험 후 균 수)Bacteria reduction rate (%) = [(number of bacteria after test in Control)-(number of bacteria after test in sample)]/(number of bacteria after test in Control)
관련하여, 도 4는 실시예 3의 황색포도상구균에 대한 시험결과를 사진으로 나타낸 것으로, 도 4를 참조하면 Control과, 황색포도상구균 접종 후 24시간이 경과된 샘플 사진임을 알 수 있다.In relation to this, FIG. 4 is a photograph showing the test results for Staphylococcus aureus of Example 3, and referring to FIG. 4, it can be seen that the control and the sample photograph 24 hours after Staphylococcus aureus inoculation have elapsed.
도 4를 참조하여, 황색포도상구균(사용균주: Staphylococcus aureus ATCC 6538)을 사용하여 초기농도가 상온을 유지하여 24시간 후 어느 정도 변화하였는지 확인할 수 있으며, 도 3에서 볼 수 있듯이 황색포도상구균이 99.9%의 감소율을 보임을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4, it can be confirmed how much the initial concentration has changed after 24 hours by maintaining room temperature using Staphylococcus aureus (used strain: Staphylococcus aureus ATCC 6538), and as shown in FIG. 3, Staphylococcus aureus is 99.9 It can be seen that there is a decrease in %.
도 5는 실시예 3의 대장균에 대한 시험결과를 사진으로 나타낸 것으로, 도 5를 참조하면 Control과, 대장균 접종 후 24시간이 경과된 샘플 사진임을 알 수 있다.5 is a photograph showing the test results for E. coli of Example 3, and referring to FIG. 5, it can be seen that the control and the sample photograph 24 hours after E. coli inoculation have elapsed.
도 5를 참조하면, 대장균(사용균주: Escherichia coli ATCC 8739)을 사용하여 초기농도가 상온을 유지하여 24시간 후 어느 정도 변화하였는지 확인할 수 있으며, 도 3에서 볼 수 있듯이 대장균이 99.9%의 감소율을 보였다.Referring to FIG. 5, it can be confirmed how much the initial concentration has changed after 24 hours by maintaining room temperature using E. coli (Strain used: Escherichia coli ATCC 8739), and as can be seen in FIG. 3, E. coli showed a reduction rate of 99.9% seemed
이와 같이 본 발명은 코어-쉘 구조의 아파타이트-이산화티타늄 광촉매를 이용한 플라스틱 성형물에 관한 것으로, 고분자와, 고분자 100중량부에 대하여 아파타이트-이산화티타늄 광촉매 0.001 내지 30중량부를 포함하여 형성되고, 아파타이트-이산화티타늄 광촉매는, 이산화티타늄이 코어로 배치되고, 아파타이트가 이산화티타늄의 외부에 쉘로 배치되어, 이산화티타늄이 고분자에 접촉되지 않도록 하여 고분자의 분해가 억제되는데 특징이 있다.As described above, the present invention relates to a plastic molded article using an apatite-titanium dioxide photocatalyst having a core-shell structure, comprising a polymer and 0.001 to 30 parts by weight of an apatite-titanium dioxide photocatalyst based on 100 parts by weight of the polymer, and apatite-titanium dioxide photocatalyst Titanium photocatalyst is characterized in that titanium dioxide is disposed as a core and apatite is disposed as a shell on the outside of titanium dioxide, so that the titanium dioxide does not come into contact with the polymer, thereby suppressing decomposition of the polymer.
특히 기존의 광촉매를 이용한 플라스틱 제품은 용액 상태 또는 무기물질을 혼합하여 사용할 수밖에 없었는데, 본 발명에 따르면 이러한 상태에서도 우수한 살균력이나 유해물질을 분해하는 능력이 우수하다는 점에 큰 의미가 있다.In particular, plastic products using conventional photocatalysts had no choice but to be used in a solution state or by mixing inorganic substances. According to the present invention, it has great significance in that it has excellent sterilization power or ability to decompose harmful substances even in such a state.
또한 기존 무기물질에 혼합하여 성형하는 것은 매우 제한적이었는데, 이로 인해 성형물 형태에도 제한이 있었으나, 본 발명을 통해 이러한 제한을 극복할 수 있을 것으로 기대된다.In addition, molding by mixing with existing inorganic materials was very limited, which limits the shape of the molded article, but it is expected that this limitation can be overcome through the present invention.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것도 아니다. 본 발명의 보호 범위는 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical spirit of the present invention, and various modifications and variations will be possible without departing from the essential characteristics of the present invention by those skilled in the art to which the present invention pertains. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed by the claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.
100: 이산화티타늄
200: 아파타이트100: titanium dioxide
200: apatite
Claims (3)
고분자와, 상기 고분자 100중량부에 대하여 아파타이트-이산화티타늄 광촉매 0.001 내지 30중량부가 분산되어 형성되고,
상기 아파타이트-이산화티타늄 광촉매는,
상기 이산화티타늄이 코어로 배치되고 상기 아파타이트가 상기 이산화티타늄의 외부에 쉘로 배치되어 20nm 내지 10㎛ 범위의 크기로 형성되고, 상기 이산화티타늄이 상기 고분자에 접촉되지 않도록 하여 상기 고분자의 분해가 억제되되, 상기 이산화티타늄과 상기 고분자를 물리적으로 분리시켜 상기 고분자의 열화를 방지하고,
상기 플라스틱 성형물의 사출 성형 시, 표면에 엠보스 가공하여 상기 플라스틱 성형물 표면의 발수성을 억제하여 수용성인 균이 상기 플라스틱 성형물의 표면과 밀착되도록 하고,
상기 플라스틱 성형물은 표면처리를 통하여 반영구적인 친수성이 부여되되, 상기 표면처리는, 상기 플라스틱 성형물에 에테르기, 카르보닐기 및 에스테르기 중 어느 하나 이상을 포함하는 유기화합물 또는 에테르기, 카르보닐기 및 에스테르기 중 어느 하나 이상과 탄소 이중결합을 포함하는 유기화합물에 매체가스를 혼합하여 혼합가스를 형성하고, 상기 혼합가스에 연소가스를 혼합하여 700 내지 1,400℃에서 열분해하여 형성되는 표면개질제를 분사하여 표면개질층을 형성함으로써 표면 친수성을 형성하는 것을 특징으로 하는 코어-쉘 구조의 아파타이트-이산화티타늄 광촉매를 이용한 플라스틱 성형물.In the plastic molding,
A polymer and 0.001 to 30 parts by weight of an apatite-titanium dioxide photocatalyst based on 100 parts by weight of the polymer are dispersed,
The apatite-titanium dioxide photocatalyst,
The titanium dioxide is disposed as a core and the apatite is disposed as a shell on the outside of the titanium dioxide to form a size in the range of 20 nm to 10 μm, and the titanium dioxide is not in contact with the polymer so that the decomposition of the polymer is suppressed, Physically separate the titanium dioxide and the polymer to prevent deterioration of the polymer,
During injection molding of the plastic molding, embossing on the surface to suppress the water repellency of the surface of the plastic molding so that water-soluble bacteria are in close contact with the surface of the plastic molding,
The plastic molding is given semi-permanent hydrophilicity through surface treatment, and the surface treatment is an organic compound or an ether group, a carbonyl group and an ester group including any one or more of an ether group, a carbonyl group and an ester group in the plastic molding. A surface modification layer is formed by mixing a medium gas with at least one organic compound and a carbon double bond to form a mixed gas, and mixing the combustion gas with the mixed gas and spraying a surface modifier formed by thermal decomposition at 700 to 1,400 ° C. A plastic molding using a core-shell structure apatite-titanium dioxide photocatalyst, characterized in that the surface is hydrophilic by forming.
상기 고분자는,
폴리아미드(PA), 폴리카보네이트(PC), 폴리에스테르(PES), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리올레핀(PO), 폴리스타이렌(PS), 폴리우레탄(PU), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 에폭시(Epoxy), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 페놀포름알데히드(PF), 멜라민포름알데히드(MF), 우레아포름알데히드(UF), 폴리염화비닐(PVC), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리이미드(PI), 플라스타치(Plastarch), 폴리락트산(PLA), 퓨란(Furan), 폴리염화비닐리덴(PVDC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PETE), 폴리아이소프렌, 폴리비닐아세테이트(PVAc), 나일론, 올레핀, 아크릴, 레이온, 스테렌부타디엔(SBR) 및 폴리비닐알코올(PVA)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 코어-쉘 구조의 아파타이트-이산화티타늄 광촉매를 이용한 플라스틱 성형물.The method of claim 1,
The polymer is
Polyamide (PA), polycarbonate (PC), polyester (PES), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyolefin (PO), polystyrene (PS), polyurethane (PU), acrylonitrile butadiene styrene (ABS), epoxy, polymethyl methacrylate (PMMA), polytetrafluoroethylene (PTFE), phenol formaldehyde (PF), melamine formaldehyde (MF), urea formaldehyde (UF), polychloride Vinyl (PVC), polyetheretherketone (PEEK), polyetherimide (PEI), polyimide (PI), plastarch (Plastarch), polylactic acid (PLA), furan (Furan), polyvinylidene chloride (PVDC) , polyethylene terephthalate (PETE), polyisoprene, polyvinyl acetate (PVAc), nylon, olefin, acrylic, rayon, sterene butadiene (SBR) and polyvinyl alcohol (PVA) characterized in that at least one selected from the group consisting of A plastic molding using a core-shell structure apatite-titanium dioxide photocatalyst.
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