KR102630080B1 - 광촉매 졸 또는 분말을 적용한 세균 또는 바이러스 제거 성능의 코팅제 및 이의 제조 방법 - Google Patents
광촉매 졸 또는 분말을 적용한 세균 또는 바이러스 제거 성능의 코팅제 및 이의 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
광촉매 졸 또는 분말을 적용한 세균 또는 바이러스 제거 성능의 코팅제 및 이의 제조 방법이 개시되며, 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 졸 적용 코팅제는, 물 80 wt%이상 95 wt% 이하; 및 광촉매 졸 1 wt% 이상 15 wt% 이하를 포함하되, 상기 광촉매 졸은 아나타제 타입의 TiO2를 포함하고, 분말형 TiO2보다 낮은 비중을 갖는 졸이고, 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 분말 적용 코팅제는, 무기바인더 89 wt% 이상 99.4 wt% 이하; 및 광촉매 분말 0 초과 25wt% 이하를 포함하되, 상기 광촉매 분말은 적어도 일부가 아나타제 타입의 TiO2를 포함하고, 상기 무기 바인더는 금속 실리케이트 혼합물 및 콜로이달 실리카를 포함하며, 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 졸 적용 코팅제 제조 방법은, 상기 물에 상기 광촉매 졸을 투입하고 교반하며, 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 분말 적용 코팅제 제조 방법은, 상기 무기바인더와 상기 광촉매 분말을 혼합한다.
Description
본원은 광촉매 졸 또는 분말을 적용한 세균 또는 바이러스 제거 성능의 코팅제 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
항바이러스 기술로서는 구리, 백금과 같은 항바이러스 금속 미립자를 현탁하여 제조되는 스프레이제재(특허문헌 1: 일본특허공개공보 2010-239897호), 금속 미립자를 바인더 수지에 첨가하여 제조되는 항바이러스 도료(특허 문헌 2: 일본특허공개공보 2010-168578호), 산화 구리와 폴리머 재료에 포함하는 항균·항바이러스 성능의 고분자재료(특허문헌 3: 일본특허공개공보 5457504호) 등이 개발되고 있다.
그런데, 특허문헌 1의 항바이러스성 스프레이제재의 경우 분무된 곳에서만 일시적 효과가 있을 뿐 용품이나 부재 전체를 장기적으로 항균·항바이러스 효과를 실현할 수가 없으며, 특허문헌 2의 항바이러스 도료의 경우는 도료의 도막이 40㎛ 이상으로 높기 때문에 사용되는 일가의 구리화합물의 량이 많아지게 되고, 바인더와의 비중차로 인한 도료 제조 과정의 분산 문제와 피도체와의 접착성능도 사용상 제한을 받게 될 수 있다. 또한, 특허문헌 3의 항균·항바이러스 성능을 갖는 고분자재료는 항균·항바이러스 성능의 입자를 고분자 표면으로 배위시켜야 그 효과를 기대할 수 있는 측면이 있다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 바이러스 사멸 성능을 극대화하고 코팅 작업을 쉽게 할 수 있도록 자외선 영역에서의 활성을 극대화할 수 있으며, 제조하기에 쉬운 이점을 가지고, 각종 소지에 우수한 부착력을 가질 수 있는 광촉매 졸 또는 분말을 적용한 세균 또는 바이러스 제거 성능의 코팅제 및 이의 제조 방법(항바이러스 및/또는 항균용 광촉매 졸 적용 코팅제, 이의 제조 방법, 항바이러스 및/또는 항균용 광촉매 분말 적용 코팅제 및 이의 제조 방법)을 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 일 구현예에 따른 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 졸 적용 코팅제는, 물 80 wt%이상 95 wt% 이하; 및 광촉매 졸 1 wt% 이상 15 wt% 이하를 포함하되, 상기 광촉매 졸은 아나타제 타입의 TiO2를 포함하고, 분말형 TiO2보다 낮은 비중을 갖는 졸일 수 있다.
본원의 일 구현예에 따른 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 분말 적용 코팅제는, 무기바인더 89 wt% 이상 99.4 wt% 이하; 및 광촉매 분말 0 초과 25wt% 이하를 포함하되, 상기 광촉매 분말은 적어도 일부가 아나타제 타입의 TiO2를 포함하고, 상기 무기 바인더는 금속 실리케이트 혼합물 및 콜로이달 실리카를 포함할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따른 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 졸 적용 코팅제 제조 방법은, 상기 물에 상기 광촉매 졸을 투입하고 교반할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따른 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 졸 적용 코팅제 제조 방법은, 상기 무기바인더와 상기 광촉매 분말을 혼합할 수 있다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 아나타제 타입의 TiO2를 포함하고, 분말형 TiO2보다 낮은 비중을 갖는 졸인 광촉매 졸을 포함함으로써, 낮은 도료의 비중을 가지고 적은 양으로 넓은 면적을 코팅할 수 있는 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 졸 적용 코팅제가 구현될 수 있다.
또한 전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 화학적 안정성을 가지고 있으며 중독성 및 발암성이 없어서 생체 적합성이 우수하고, 바이러스 사멸 성능을 극대화하고 코팅 작업을 쉽게 할 수 있도록 자외선 영역에서의 활성을 극대화할 수 있으며, 제조하기에 쉬운 이점을 가지고, 각종 소지에 우수한 부착력을 가질 수 있는 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 분말 적용 코팅제가 구현될 수 있다.
또한, 전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 광촉매 입자가 도료 내부로 함입되지 않도록 초친수의 알칼리실리케이트 바인더로 고정화시키면서 알칼리실리케이트의 단점인 수분에 스웰링되는 것이 최대한 억제될 수 있어, 도막이 안정되고 장기간 항바이러스 성능을 유지할 수 있는 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 분말 적용 코팅제가 구현될 수 있다.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 졸 적용 코팅제에 따른 실시예 1 내지 3의 성분 조성표이다.
도 2는 도 1의 실시예 1 내지 3의 부착력 비교 실험 결과이다.
도 3a는 본원의 일 실시예에 따른 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 졸 적용 코팅제의 광촉매 졸 함량에 따른 성능을 평가하기 위한 예비 테스트용 배합 조성표이다.
도 3b는 도 3a의 본원의 일 실시예에 따른 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 졸 적용 코팅제의 광촉매 졸 함량에 따른 성능을 도시한 그래프이다.
도 4a는 본원의 일 실시예에 따른 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 졸 적용 코팅제의 광촉매 Sol 6% 혼입 코팅제(도 1의 실시예 2에 따름)의 바이러스 제거 성능평가 결과 (Bacteriophage MS-2)가 나타난 그래프이다.
도 4b는 본원의 일 실시예에 따른 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 졸 적용 코팅제의 광촉매 Sol 6% 혼입 코팅제(도 1의 실시예 2에 따름)의 세균 제거 성능평가 결과 (Salmonella)이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 분말 적용 코팅제의 무기 바인더 조성의 하나의 예의 성분 조성표이다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 분말 적용 코팅제에 따른 실시예 4 내지 10의 성분 조성표이다.
도 7은 일반 도료와 본원의 일 실시예에 따른 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 분말 적용 코팅제가 도포된 사진이다.
도 8은 도 6의 실시예 4 내지 8의 부착력을 평가한 결과이다.
도 9는 본원의 일 실시예에 따른 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 분말 적용 코팅제의 광촉매 혼입율별 코팅제의 항바이러스 성능 평가 결과(P-25)가 도시된 그래프로서, 도 6의 실시예 4 내지 8의 성능 평가 결과일 수 있다.
도 10은 모재 적용에 따른 본원의 일 실시예에 따른 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 분말 적용 코팅제의 광촉매 분말 5% 혼입 코팅제(도 6의 실시예 7에 따름)의 항바이러스 성능 평가 결과이다.
도 11은 본원의 일 실시예에 따른 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 분말 적용 코팅제의 광촉매 5% 혼입 코팅제(도 6의 실시예 7에 따름)의 바이러스 제거 성능이 도시된 표이다(Bacteriophage MS-2, 120min Exposure).
도 12는 본원의 일 실시예에 따른 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 분말 적용 코팅제의 광촉매 5% 혼입 코팅제(도 6의 실시예 7에 따름)의 바이러스 제거 성능이 도시된 표이다(바이러스 3종, 180min Exposure).
도 13은 도 6의 실시예 9 및 10에 따른 본원의 일 실시예에 따른 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 분말 적용 코팅제의 바이러스 제거 성능평가 결과(Bacteriophage MS-2)이다.
도 14는 도 6의 실시예 9 및 10에 따른 본원의 일 실시예에 따른 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 분말 적용 코팅제의 바이러스 제거 성능평가 결과(Salmonella)이다.
도 2는 도 1의 실시예 1 내지 3의 부착력 비교 실험 결과이다.
도 3a는 본원의 일 실시예에 따른 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 졸 적용 코팅제의 광촉매 졸 함량에 따른 성능을 평가하기 위한 예비 테스트용 배합 조성표이다.
도 3b는 도 3a의 본원의 일 실시예에 따른 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 졸 적용 코팅제의 광촉매 졸 함량에 따른 성능을 도시한 그래프이다.
도 4a는 본원의 일 실시예에 따른 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 졸 적용 코팅제의 광촉매 Sol 6% 혼입 코팅제(도 1의 실시예 2에 따름)의 바이러스 제거 성능평가 결과 (Bacteriophage MS-2)가 나타난 그래프이다.
도 4b는 본원의 일 실시예에 따른 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 졸 적용 코팅제의 광촉매 Sol 6% 혼입 코팅제(도 1의 실시예 2에 따름)의 세균 제거 성능평가 결과 (Salmonella)이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 분말 적용 코팅제의 무기 바인더 조성의 하나의 예의 성분 조성표이다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 분말 적용 코팅제에 따른 실시예 4 내지 10의 성분 조성표이다.
도 7은 일반 도료와 본원의 일 실시예에 따른 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 분말 적용 코팅제가 도포된 사진이다.
도 8은 도 6의 실시예 4 내지 8의 부착력을 평가한 결과이다.
도 9는 본원의 일 실시예에 따른 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 분말 적용 코팅제의 광촉매 혼입율별 코팅제의 항바이러스 성능 평가 결과(P-25)가 도시된 그래프로서, 도 6의 실시예 4 내지 8의 성능 평가 결과일 수 있다.
도 10은 모재 적용에 따른 본원의 일 실시예에 따른 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 분말 적용 코팅제의 광촉매 분말 5% 혼입 코팅제(도 6의 실시예 7에 따름)의 항바이러스 성능 평가 결과이다.
도 11은 본원의 일 실시예에 따른 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 분말 적용 코팅제의 광촉매 5% 혼입 코팅제(도 6의 실시예 7에 따름)의 바이러스 제거 성능이 도시된 표이다(Bacteriophage MS-2, 120min Exposure).
도 12는 본원의 일 실시예에 따른 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 분말 적용 코팅제의 광촉매 5% 혼입 코팅제(도 6의 실시예 7에 따름)의 바이러스 제거 성능이 도시된 표이다(바이러스 3종, 180min Exposure).
도 13은 도 6의 실시예 9 및 10에 따른 본원의 일 실시예에 따른 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 분말 적용 코팅제의 바이러스 제거 성능평가 결과(Bacteriophage MS-2)이다.
도 14는 도 6의 실시예 9 및 10에 따른 본원의 일 실시예에 따른 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 분말 적용 코팅제의 바이러스 제거 성능평가 결과(Salmonella)이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본원은 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 졸 적용 코팅제, 이의 제조 방법, 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 분말 적용 코팅제 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
먼저, 본원의 일 실시예에 따른 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 졸 적용 코팅제(이하 '본 광촉매 졸 적용 코팅제'라 함)에 대해 설명한다.
본 광촉매 졸 적용 코팅제는 물 80 wt%이상 95 wt% 이하를 포함한다.
본 광촉매 졸 적용 코팅제는 광촉매 졸 1 wt% 이상 15 wt% 이하를 포함한다. 광촉매 졸은 아나타제 타입의 TiO2를 포함하고, 분말형 TiO2보다 낮은 비중을 갖는 졸이다.
구체적으로, 본 광촉매 졸 적용 코팅제는 광촉매 졸(sol)로TiO2 content가 20%인 Anatase 타입의 광촉매 sol을 사용할 수 있다. 이러한 광촉매 졸은 비중이 약 1.2 정도로서, 통상 광촉매로 사용되는 분말형 TiO2의 비중(약 4)보다 현저히 낮은 비중을 가질 수 있어, 도료(본 광촉매 졸 적용 코팅제)의 비중을 낮추고 적은 양으로 넓은 면적을 코팅할 수 있게 할 수 있다.
또한, 본 광촉매 졸 적용 코팅제는, 무기 실리케이트 수지를 포함할 수 있다. 무기 실리케이트 수지는, 양이온성이고, 1 wt%이상 5wt% 이하로 포함될 수 있다. 무기 실리케이트 수지는 양이온성 콜로이달 실리카일 수 있다. 이온성 무기 실리케이트 수지인 콜로이달 실리카는 표면에 친수성기를 갖고 있으며 내부에는 실록산 결합(Si-O-Si)을 이루고 있으므로 물과의 혼합성이 우수하여 환경 친화적인 특징과, 각종 소지와의 결합성과 조막성 등의 특징을 나타낼 수 있다. 비이온성 콜로이달 실리카를 사용할 경우 각종 소지와의 부착력이 다소 떨어지므로 양이온성 콜로이달 실리카가 바람직하다.
또한, 본 광촉매 졸 적용 코팅제는, 아크릴 에멀젼을 포함할 수 있다. 아크릴 에멀젼은 비이온성이고, 0 wt% 초과 2 wt%이하로 포함될 수 있다.
본 광촉매 졸 적용 코팅제는, 조막 성능 및 소지 부착 성능을 증대시키기 위해 비이온성 pure 타입 아크릴 에멀젼을 포함할 수 있다(소량 첨가). 일반적인 아크릴 에멀젼은 음이온성 제품이 대부분이며 음이온성 에멀젼을 사용할 경우 양이온성의 콜로이달 실리카와 비상용적 특징을 나타내므로 저장 중에 도료의 엉김이나 저장중에 gel 현상이 발생할 수 있으므로 비이온성 아크릴 에멀젼을 사용함이 바람직하다.
또한, 본 광촉매 졸 적용 코팅제는, 표면 조정제를 포함할 수 있다. 표면 조정제는, 실록산 기반의 표면 조정제이고, 0 wt% 초과 1 wt% 이하로 포함될 수 있다. 본 광촉매 졸 적용 코팅제는, 상대적으로 표면 장력이 높은 물이 과량 투입되므로 여러 종류의 소지에 평활한 도막을 얻기 위해서 소지 wetting과 anti-cratering의 특징이 있는 실록산 base의 표면 조정제를 포함할 수 있다.
또한, 본 광촉매 졸 적용 코팅제는, 커플링 에이전트(coupling agent)를 포함할 수 있다. 커플링 에이전트는 0 wt% 초과 1 wt% 이하로 포함될 수 있다. 본 광촉매 졸 적용 코팅제는 여러 종류의 소지에 부착력을 증대시키기 위하여 에폭시계 커플링 에이전트를 포함할 수 있다.
참고로, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 광촉매 졸 적용 코팅제를 제조하여 혼입율별(3.0wt%, 6.0wt%. 12.0wt%) 바이러스(MS-2 phage) 제거 성능 평가 결과, 모든 코팅제에서 시간이 지남에 따라 바이러스가 제거되는 효과를 확인하였으며, 특히, 광촉매 졸 6.0wt%, 12.0wt% 혼입한 코팅제에서 30분에 99% 이상의 항바이러스 성능 발현을 확인하였다. 경제성, 코팅의 조막성 등을 고려하여 광촉매 졸 6.0wt% 혼합 배합이 최적임을 확인할 수 있다.
이하에서는, 본 광촉매 졸 적용 코팅제의 성능을 실험을 통해 통해 설명한다. 다만, 본원이 이하의 실험에 의하여 제한되는 것은 아니다.
도 1을 참조하면, 본 광촉매 졸 적용 코팅제에 따라 실시예 1 내지 3 각각에 따른 광촉매 졸 적용 코팅제가 제조되었다.
참고로, 도 1의 표에서 물은 이온교환수 일 수 있고, 아크릴 에멀젼은 비이온성 pure 타입 아크릴 에멀젼(대한고분자)일 수 있으며, 광촉매 졸은 이온계 Anatase 광촉매 졸(크리스탈 사)일 수 있으며, 커플링 에이전트는 에폭시 실란(MOMENTIVE)일 수 있으며, 표면 조정제는 실록산계 표면조정제(Evonik)일 수 있다.
실시예 1 내지 3의 제조 방법은 다음과 같을 수 있다.
상기된 중량%의 이온교환수와 아크릴 에멀젼을 교반 혼합 후 교반 중에 서서히 광촉매 졸과 콜로이달 실리카를 투입할 수 있다. 교반 속도는 1000rpm 정도일 수 있고, 약 20~30분간 충분히 교반하고 뒤에 커플링 첨가제와 표면 조정제를 투입하여 1000 rpm 정도로 교반, 혼합한 후 제조된 도료를 여과하고 포장하여 상온에서 밀폐시켜 보관할 수 있다.
도 2는 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 광촉매 졸 적용 코팅제(도료)의 소지별 부착력을 비교한 표이다.
부착력 시험은 Cross Cut Tape Test로 ASTM D 3359의 국제 표준 방법으로 진행하였다.
도 2를 참조하면, 콘크리트 및 수성 구도막, sheet 지, 목재 등의 부착력 결과는 5B로 완벽한 부착력이 나타났으며 비철 금속류는 4B로 양호한 수준으로 나타나 실시예 1 내지 3이 각종 소지의 부착력에는 문제가 없음을 확인할 수 있다. 또한 광촉매의 투입량에 따른 부착력 결과는 동일하며 광촉매 졸의 투입량과 부착력과의 관계는 인과관계가 크게 없음을 알 수 있다.
또한, 코팅 후 경화를 위한 후처리 공정 필요 유무를 확인하기 위해, 경화방법(상온경화, 열경화)에 따라 최적화된 광촉매 Sol 6% 적용한 코팅제 시편을 제작한 후, 감염원(바이러스 및 세균) 제거 성능을 평가하였다.
도 4a는 실시예 2에 따라, 촉매 Sol 6% 혼입 코팅제의 바이러스 제거 성능평가 결과(Bacteriophage MS-2)가 도시되었다. 또한, 도 4b는 실시예 2에 따라 광촉매 Sol 6% 혼입 코팅제의 세균 제거 성능평가 결과 (Salmonella)가 도시되었다.
상기 감염원(바이러스 및 세균) 제거 성능 평가는 광촉매 적용 제품의 항바이러스 성능(ISO 18061), 광촉매 적용 제품의 항균 성능(ISO 27447) 국제 표준 시험 방법을 준용하여 수행하였다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 감염원(바이러스 및 세균) 제거 성능 평가 결과, 바이러스 및 세균 모두 시간에 따라 선형적으로 제거됨을 확인하였으며, 120분 이내에 99% 이상의 바이러스 및 세균 제거 성능 발현을 확인하였다. 또한, 경화 방법에 상관없이 동등한 성능 발현을 확인할 수 있다.
전술한 바에 따르면, 본 광촉매 졸 적용 코팅제는, 물 80 wt%이상 95 wt% 이하, 광촉매 졸 1 wt% 이상 15 wt% 이하, 무기 실리케이트 수지 1 wt%이상 5wt% 이하, 아크릴 에멀젼 0 wt% 초과 2 wt%이하 및 표면 조정제 0 wt% 초과 1 wt% 이하 포함할 수 있다. 바람직하게는, 물 83 wt%이상 93 wt% 이하, 광촉매 졸 2 wt% 이상 13 wt% 이하, 무기 실리케이트 수지 2 wt%이상 4wt% 이하, 아크릴 에멀젼 0.5 wt% 초과 1.5 wt%이하 및 표면 조정제 0.2 wt% 초과 0.6 wt% 이하 포함할 수 있다. 도 1을 참조하면, 보다 바람직하게는, 물 83.5 wt%이상 92.5 wt% 이하, 광촉매 졸 3 wt% 이상 12 wt% 이하, 무기 실리케이트 수지 3wt%, 아크릴 에멀젼 1 wt% 및 표면 조정제 0.4 wt% 포함할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 실시예 2에 따라 물 89.5 wt%, 광촉매 졸 6 wt%, 무기 실리케이트 수지 3wt%, 아크릴 에멀젼 1 wt% 및 표면 조정제 0.4 wt% 포함할 수 있다.
또한, 본원은 전술한 본 광촉매 졸 적용 코팅제를 제조하는데 적용되는 본원의 일 실시예에 따른 광촉매 졸 적용 코팅제 제조 방법을 제공한다.
본원의 일 실시예에 따른 광촉매 졸 적용 코팅제 제조 방법은 전술한 물에 광촉매 졸을 투입하고 교반한다. 예를 들어, 본원의 일 실시예에 따른 광촉매 졸 적용 코팅제 제조 방법은, 전술한 함량의 물(이를 테면 이온교환수)과 전술한 함량의 아크릴 에멀젼을 교반 혼합 후 교반 중에 서서히 전술한 함량의 광촉매 졸과 전술한 함량의 콜로이달 실리카를 투입할 수 있다. 교반 속도는 1000rpm 정도로 약 20~30분간 충분히 교반하고, 그 후, 전술한 함량에 따라 커플링 첨가제와 표면 조정제를 투입하여 1000 rpm 정도로 교반, 혼합하고, 여과함으로써, 본원의 일 실시예에 따른 광촉매 졸 적용 코팅제를 제조할 수 있고, 제조 후 제조된 본원의 일 실시예에 따른 광촉매 졸 적용 코팅제(도료)를 포장하여 상온에서 밀폐시켜 보관할 수 있다.
이하에서는 본원의 일 실시예에 따른 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 분말 적용 코팅제(이하 '본 광촉매 분말 적용 코팅제'라 함)에 대해 설명한다. 다만, 본 광촉매 분말 적용 코팅제는 전술한 본 광촉매 졸 적용 코팅제와 대응되게 광촉매를 포함하는 것으로서, 본 광촉매 졸 적용 코팅제와 동일하거나 상응하는 기술적 특징 및 구성을 공유한다. 따라서, 본 광촉매 졸 적용 코팅제에서 설명한 내용과 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략한다.
본 광촉매 분말 적용 코팅제는, 무기바인더 89 wt% 이상 99.4 wt% 이하를 포함한다. 무기 바인더는 금속 실리케이트 혼합물 및 콜로이달 실리카를 포함한다.
금속 실리케이트 혼합물은 규산칼륨 수용액, 규산나트륨 수용액 및 규산리튬 수용액 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 광촉매 분말 적용 코팅제는 나노 입자의 광촉매가 코팅제 내부로 함입되지 않도록 초친수의 알칼리실리케이트 바인더로 고정화 시키면서 또한 알칼리실리케이트의 단점인 수분에 스웰링되는 것을 최대한 억제시킴으로써 도막이 안정되고 장기간 감염원(바이러스 및 세균) 제거 성능을 유지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 광촉매 분말 적용 코팅제는 장시간의 항바이러스 성능을 효과적으로 발휘할 수 있으며, 도료와는 달리 코팅제의 도막이 비교적 얇으면서도 나노크기의 이산화티탄 광촉매 분말이 표면 위로 도출되도록 배위시킴과 동시에, 실리케이트 바인더의 초친수성을 이용하여 광촉매 입자와 감염원의 접촉을 유리하게 함에 따라, 감염원(바이러스 및 세균) 제거 효과를 극대화할 수 있다. 다시 말해, 본 광촉매 분말 적용 코팅제는 장시간의 항바이러스 성능을 효과적으로 발휘할 수 있으며, 도료와는 달리 코팅제의 도막이 3 마이크로미터 이하로 비교적 얇으면서도 나노 크기의 이산화티탄 광촉매 분말이 표면위로 노출되도록 배위시킴으로써 항바이러스 효과를 그대화할 수 있고 실리케이트 바인더가 초친수성을 가지므로 항균-항바이러스 성능 발현에 매우 효과적인 장점을 가질 수 있다.
본 광촉매 분말 적용 코팅제는 항바이러스 성능을 위해 초친수성을 가지는 것이 중요할 수 있다. 코팅제의 구성 성분 중 유기물이 포함되면 물 접촉각은 증가하게 되므로 가능한 초친수성을 가지는 무기물로 바인더를 구성함이 바람직하다. 하지만, 무기물로 구성된 코팅제는 경화 후 코팅막이 취성으로 인한 균열이 발생하기 쉬우므로 용제의 건조 속도를 조절하여 고화되도록 해야할 수 있다. 이에 따라, 본 광촉매 분말 적용 코팅제는 알칼리 금속 실리케이트를 포함할 수 있는데, 이는 규산나트륨, 규산칼륨 및 규산리튬 등이 대표적이며, 이러한 알칼리 금속 실리케이트는 몰비 및 고형분 함량에 따라 도막의 기계적인 성능의 차이가 존재할 수 있다.
알칼리 금속 실리케이트의 도막 성능은 규산나트륨, 규산칼륨, 규산리튬 순이고, 내수성은 규산리튬, 규산칼륨, 규산나트륨 순일 수 있으며 백화현상에 대한 저항은 규산리튬, 규산칼륨, 규산나트륨 순일 수 있다. 따라서, 코팅제로서 수분저항성과 코팅막의 안정성을 고려해볼 때, 규산칼륨이 가장 적합한 것으로 판단될 수 있다.
이에 따라, 예를 들어, 무기 바인더는, 알칼리 금속 실리케이트 수용액을 포함할 수 있다. 알칼리 금속 실리케이트 수용액은 물에 고형 분말 형태의 알칼리 금속 실리케이트가 혼합된 것일 수 있다. 알칼리 금속 실리케이트 수용액은 물 60 중량% 이상 63중량% 이하, 알칼리 금속 실리케이트 37 중량% 이상 40중량% 이하 포함할 수 있다. 알칼리 금속 실리케이트로는 규산나트륨 및 규산칼륨이 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다. 경우에 따라서는 규산나트륨 및 규산칼륨 각각의 단독으로 이루어진 것 또는 혼합한 것에 규산리튬이 추가적으로 더 포함된 것이 알칼리 금속 실리케이트로 사용될 수 있다.
또한, 알칼리금속 실리케이트의 몰비에 따른 접착강도 특성을 고려하여 보면, 몰비에 따른 접착 강도는 SiO2/M2O 몰비의 몰비가 2.0인 경우 접착강도가 20kg/cm2 정도이고, SiO2/M2O 몰비가 증가함에 따라 접착강도 역시 급격하게 증가하여 SiO2/M2O 몰비가 3.0인 경우에 49.0kg/cm2로 되며, 그 이상으로 SiO2/M2O의 몰비가 증가하는 경우에 급격하게 감소하는 경항을 가질 수 있다.
다시 말해, 알칼리 금속 실리케이트는 건조과정에서 점진적으로 끈적끈적해지며 점성이 증가하면서 유리상에 코팅막을 형성하면서 고착화할 수 있다. 알칼리 금속 실리케이트에서는 “SiO2/M2O 몰비”가 매우 중요할 수 있는데, SiO2/M2O 몰비가 낮을 경우 수분의 증발이 늦어져서 수분저항성이 낮아지고, 반대로 SiO2/M2O 몰비가 과도하게 높을 경우에는 수분이 빠르게 증발하여 취성이 강해질 수 있다. 특히 알칼리 금속 실리케이트에서 SiO2/M2O 몰비에 따른 접착강도 특성에 대한 연구결과에 따르면, SiO2/M2O 몰비가 2.0인 경우 접착강도가 20kg/cm2 정도이고, SiO2/M2O 몰비가 증가함에 따라 접착강도 역시 급격하게 증가하여 SiO2/M2O 몰비가 3.0인 경우에 49.0kg/cm2로 되며, 그 이상으로 SiO2/M2O의 몰비가 증가하는 경우에 급격하게 감소하는 경항을 가질 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 광촉매 분말 적용 코팅제의 무기 바인더에 포함되는 알칼리 금속 실리케이트는 2.80 이상 3.40 이하의 SiO2/M2O 몰비를 가지는 것이 적합하며, 더 바람직하게는 2.8 이상 3.2 이하 범위 적합하며, 보다 바람직하게는 알칼리 금속 실리케이트의 SiO2/M2O 몰비는 3.20일 수 있다. 여기에 가장 적합한 것은 규산칼륨, 규산나트륨이며, 규산리튬의 경우 몰비가 높아 바인더로 사용하기 어렵지만 규산칼륨, 규산나트륨의 수분저항성들을 개선하기 위한 첨가제로 사용할 수 있다. 참고로, 여기서 “SiO2/M2O 몰비”는 SiO2의 몰 수를 M2O의 몰수로 나눈 값(SiO2의 몰수 ÷ M2O의 몰수)일 수 있다. 또한 M2O에서 M2O는 알칼리 금속을 의미하므로, 규산나트륨의 경우 M은 나트륨 Na를 의미하고, 규산칼륨의 경우 M은 칼륨 K를 의미하며, 규산리튬의 경우 M은 리튬 Li을 의미할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 알칼리 금속 실리케이트로는 규산나트륨 및 규산칼륨을 각각 단독으로 포함할 수도 있지만, 규산나트륨과 규산칼륨을 혼합하여 포함할 수 있다. 규산나트륨과 규산칼륨을 혼합하여 사용하는 경우, 규산나트륨과 규산칼륨의 배합비(중량비)는 1:0.5 내지 1:1인 것이 바람직하다. 즉, 규산나트륨의 중량을 1이라고 할 때 규산칼륨의 중량은 0.5 내지 1로 되는 것이 바람직하다. 규산나트륨과 규산칼륨의 배합비가 1:1을 초과하게 되면 조막성은 좋으나 수분저항성이 현저히 떨어지고, 1:0.5 미만이 되면 수분저항성은 좋아지나 조막성이 떨어지게 될 수 있다.
또한, 알칼리 금속 실리케이트가 규산나트륨 및 규산칼륨을 각각 단독으로 포함하거나, 또는 규산나트륨과 규산칼륨을 혼합하여 포함하는 경우, 필요에 따라서는 규산리튬이 더 포함될 수 있다. 코팅제에 있어서 수분저항성은 가장 중요한 문제일 수 있다. 고착화된 코팅제의 표면은 수분에 민감하게 되고, 경화된 이후에 수분과 반응하여 재용해되므로 표면을 불용화하는 것이 매우 중요할 수 있다. 특히 무기코팅제는 고온처리에 의해 불용화시키는 것이 불가능하므로 상온경화형으로서 수분저항성을 향상시키기는 것이 필요한 바, 이를 위하여 알칼리 금속 실리케이트로서 규산리튬이 더 포함된 것을 사용할 수 있다.
규산리튬은 높은 SiO2/M2O 몰비를 가지는 경우에도 실온에서 안정하고 점도가 낮다는 특성을 가질 수 있다. 특히, 규산리튬은 알칼리의 용해성이 낮기 때문에 수분에 의해 쉽게 용출되지 않아 백화현상(efflorescence)을 거의 발생시키지 않을 수 있다. 특히, 규산리튬을 규산나트륨이나 규산칼륨과 함께 사용할 경우 내수성 및 내열성 개선에 도움을 줄 수 있다. 이러한 이유에서 필요에 따라 알칼리 금속 실리케이트로 규산나트륨에 규산리튬이 더 혼합된 것, 규산칼륨에 규산리튬이 더 혼합된 것 또는 규산나트륨과 규산칼륨의 혼합물에 규산리튬이 더 혼합된 것이 사용될 수도 있다. 이 때, 규산리튬은 알칼리 금속 실리케이트 전체의 100중량%에서 20중량% 이하로 포함되는 것이 바람직하다. 즉, 규산리튬이 포함된 알칼리 금속 실리케이트의 경우, 규산리튬을 제외한 성분이 80중량% 이상이고, 규산리튬이 20중량% 이하로 되는 것이다. 규산리튬은 가격이 고가이고 20중량%를 초과하여 과도하게 포함되는 경우에는 조막성이 불량해질 수 있다. 따라서 규산리튬은 20중량% 이하의 범위 내에서 필요에 따라 첨가하여 사용함이 바람직하다.
즉, 본원은 본 광촉매 분말 적용 코팅제(무기코팅제 조성물)를 규산칼륨, 규산나트륨의 알칼리금속 실리케이트 두 종에 규산리튬을 미량 첨가하여 수분저항성을 개선할 수 있다. 알칼리 금속 실리케이트는 건조과정에서 점진적으로 끈적끈적해지며 점성이 증가하면서 기재상의 필름 코팅막을 형성하면서 고착화할 수 있다. 몰비가 3.2일 때 도막필름화가 적절해지고 몰비가 3.2보다 낮아지면 알칼리함량의 증가로 인해 수분의 증발이 늦어져서 수분저항성이 낮아지고, 반대로 몰비가 3.2 이상이 되면 알칼리 함량이 낮아져서 수분이 빠르게 증발하여 취성이 강해질 수 있다. 또한, 사용하는 M2O의 조건에 따라 도막의 성능이 달라질 수 있는데, 코팅제의 수분저항성은 가장 중요한 문제일 수 있다. 고착화된 코팅제의 표면은 수분에 민감하게 될 수 있고, 경화된 이후에 수분과 반응하여 재용해되므로 표면을 불용화하는 기술이 중요할 수 있다. 무기코팅제는 고온처리에 의해 불용화시키는 것이 불가능하므로 상온경화형으로서 수분저항성을 향상시키기 위한 기술로서 M2O의 알카리에 다른 M의 양이온 치환첨가로 인한 고정화가 필요할 수 있다.
본 광촉매 분말 적용 코팅제는 알칼리 금속 실리케이트 외에도 콜로이달 실리카를 첨가하면 건조 후 도막의 기계적 특징과 부가적 수분 저항성을 향상시킬 수 있다.
성분의 배합에 있어서, 규산칼륨과 규산나트륨의의 배합비(중량비)는 1:1~1:0.5로 조정되는 것이 바람직하다. 1:1보다 높으면 조막성은 좋아지나 조막성(물이 증발한 후 수지입자를 뭉치기 쉽도록 하는 성질)이 떨어질 수 있다. 규산리튬은 규산칼륨과 규산나트륨을 합한 중ㄹ양의 중량비로 0.1 이상 0.2 이하로 조정되는 것이 좋다.
또한, 콜로이달 실리카(실리카졸)는 알칼리 금속 실리케이트 수용액과 혼합되어 본 광촉매 졸 적용 코팅제(광촉매 무기코팅제)의 무기 바인더를 이룰 수 있다. 콜로이달 실리카는 액체(물 또는 유기용제)에 고형의 실리카(SiO2) 입자가 침전되거나 응집되지 않은 상태로 분산되어 있는 것으로서, 본 발명에서 콜로이달 실리카는 규산칼륨 수용액과 규산나트륨 수용액 합에 대하여 10 내지 40중량부로 포함된다. 콜로이달 실리카의 함유량이 10중량부 미만일 경우에는 도막의 표면경도개선과 수분저항성 향상을 기대하기 어렵게 되며, 반대로 40중량부를 초과할 경우에는 조막성이 떨어지게 될 수 있다.
규산리튬은 규산칼륨과 규산나트륨에 비하여 가격이 비싸고 배합량이 많아지면 조막성에 좋지 않아지므로 적절량의 사용이 중요할 수 있다. 콜로이달 실리카는 규산칼륨과 규산나트륨의 총 합중량의 중량비로 0.1~0.4로 조정되는 것이 좋을 수 있다. 콜로이달 실리카 함량이 0.4 이상으로 많아지면 조막성이 떨어지고 상대적으로 콜로이달 실리카 함량이 0.1 미만으로 적어지면 도막의 표면경도 개선과 수분저항성 향상을 기대하기 어려울 수 있다.
또한, 본원은 규산나트륨, 규산칼륨 및 규산리튬 등 알칼리 금속 실리케이트의 적정 배합과 클로이달 실리카를 혼입하여 무기 코팅제 바인더를 제조하고 기계적인 물성 평가(부착 성능과 물접촉각 시험) 및 항바이러스 성능 평가를 통해 광촉매 분말 적용 코팅제를 제조할 수 있다.
또한, 본 광촉매 졸 적용 코팅제는, 광촉매 분말 0 초과 25wt% 이하를 포함한다. 광촉매 분말은 적어도 일부가 아나타제 타입의 TiO2를 포함한다. 이를 테면, 광촉매 분말은 아나타제 타입(Anatase형)의 TiO2를 포함할 수 있다. 또한, 광촉매 분말은 Rutile 형 TiO2를 포함할 수 있다. 구체적으로, 광촉매 분말은 Anatase형 TiO2와 Rutile 형 TiO2를 7:3의 비율로 포함할 수 있다. 이에 따르면, 광촉매 분말은 Anatase형 TiO2와 Rutile 형 TiO2 가7:3의 비율로 혼합된 것(P-25)일 수 있다. 또는, 다른 예로서, 광촉매 분말은, 99.9% Anatase형 TiO2 분말(NP-500)일 수 있다.
또한, 본 광촉매 분말 적용 코팅제는 광촉매를 전체 코팅제 100중량%에 대하여 0 초과 25wt% 이하로 포함할 수 있고, 바람직하게는 5 중량% 이상 20중량% 이하로 포함한다. 본원에서는 자외선에서 광촉매 효과를 발휘하는 “자외선 반응형 광촉매”와 가시광선 영역에서도 효과를 발휘할 수 있는 “가시광 반응형 광촉매” 모두를 광촉매로서 사용할 수 있다. 광촉매로서 사용되는 물질은 다양한 것이 공지되어 있는데, 그 중에서도 화학적 안정성을 가지고 있으며 중독성 및 발암성이 없어서 생체 적합성이 우수한 산화티탄(TiO2)을 광촉매로 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 광촉매 분말 적용 코팅제는, 표면용첨가제를 포함할 수 있다. 표면용첨가제는 0 초과 1 wt% 이하로 포함될 수 있다.
또한, 본 광촉매 분말 적용 코팅제는, 0 초과 1 wt% 이하의 안료 분산용 첨가제를 포함할 수 있다.
전술한 바에 따르면, 본 광촉매 분말을 적용한 코팅제는, 무기바인더 95.0중량% 및 광촉매 5.0중량%를 포함할 수 있다. 또는, 무기바인더 91.86중량% 및 광촉매 7.14중량% 및 첨가제(표면용 첨가제 및 안료 분산용 첨가제 중 적어도 하나를 포함할 수 있음) 1중량%를 포함할 수 있다. 이때, 도 5를 참조하면, 무기 바인더는 알칼리 금속 실리케이트 수용액 85 중량% (규산나트륨 수용액 40 중량% + 규산칼륨 35 중량% + 규산리튬 10 중량%) 및 콜로이달 실리카 15 중량%를 포함할 수 있다. 또한, 규산나트륨 수용액은 규산나트륨(고형분말) 38 중량% 및 물 62 중량%를 포함할 수 있다. 또한, 규산칼륨 수용액은 규산칼륨(고형분말) 41.5 중량% 및 물 58.5 중량%를 포함할 수 있다. 또한, 규산리튬 수용액은 규산리튬(고형분말) 22 중량% 및 물 78 중량%를 포함할 수 있다. 또한, 콜로이달 실리카는 이산화규소(고형분말) 29 중량% 이상 31 중량% 이하, 물 69 중량% 이상 71 중량% 이하 포함할 수 있다.
이에 따라, 예를 들어, 본 광촉매 분말 적용 코팅제는 “항바이러스성”을 갖는 것으로서, 바인더 90 내지 95 중량%(90 중량% 이상 95 중량% 이하) 및 광촉매 5 내지 10중량%로 이루어질 수 있다.
또한, 첨가제는, 표면용 첨가제 및 안료 분산용 첨가제 중 적어도 하나를 포함할 수 있는데, 바람직하게는 표면용 첨가제 및 안료 분산용 첨가제를 포함할 수 있고, 이를 테면, 표면용 첨가제(BYK 349) 0.3중량% 및 안료 분산용 첨가제(BYK 180) 0.7중량%를 포함할 수 있다.
이하에서는, 본 광촉매 분말 적용 코팅제의 성능을 실험을 통해 통해 설명한다. 다만, 본원이 이하의 실험에 의하여 제한되는 것은 아니다.
도 6을 참조하면, 본 광촉매 분말 적용 코팅제에 따라 실시예 4 내지 10 각각에 따른 광촉매 분말 적용 코팅제가 제조되었다.
[실시예 4]
실시예 4에 따른 광촉매 분말 적용 코팅제(광촉매 무기 코팅제)는 무기 바인더 99.5중량%, 광촉매 0.5중량%를 포함할 수 있다. 여기서 무기 바인더의 100중량부에, 알칼리 금속 실리케이트 수용액 약 85중량부와 콜로이달 실리카 15중량부로 포함된 것이고, 알칼리 금속 실리케이트 수용액은 고형분 함유량 38wt%의 액상규산나트륨, 고형분 함유량 41.5wt%의 액상규산칼륨, 고형분 함유량 22wt%의 액상규산리튬이 혼합된 것으로서(참고로, 이는 액상규산 나트륨, 액상규산 칼륨, 액상규산 리튬 각각에 대한 고형분 함유량 및 물과의 혼입 비율을 나타낸 것으로서, 도 6의 표에서 실시예 4의 수치는 코팅제를 100%로 봤을 때, 광촉매 분말(0.5%), 무기바인더를 99.5% 혼합비를 나타내고 있으며, 무기바인더를 99.5%가 100으로 봤을 때, 각각 들어가는 비율로 기재되어 있다. 다시 말해, 도 6의 표에서 성분의 수치는, 전체 비율에서 각각의 규산칼륨 수용액, 규산나트륨 수용액, 규산리튬 수용액의 혼합 비율로 기재되어 있다(실시예 4 내지 10 동일). 도 6의 표는 광촉매량이 늘어날수록 무기 바인더에 들어가는 절대량 수치가 달라짐에 따라 이와 같이 구성되었다.), 고형분말로 이루어진 알칼리 금속 실리케이트 33.65 중량%와 물 62.35 중량%로 이루어질 수 있다(참고로, 상기 수치는, 무기바인더에서 알칼리 금속 실리케이트만을 100으로 각 알칼리 금속 실리케이트 수용액의 혼입비율별(규산칼륨 40%, 규산나트륨 35%, 규산리튬 10%) 고형분 합과 물 합의 혼입 비율을 나타낸 것으로서, 산출식은 다음과 같을 수 있다. 산출식 : (규산칼륨 고형분 함유량 * 40/85 + 물 함유량 * 40/85) + (규산나트륨 고형분 함유량 * 35/85 + 물 함유량 * 35/85) + (규산리튬 고형분 함유량 * 10/85 + 물 함유량 * 10/85). 광촉매로는 Anatase상과 rutile 상이 혼입 비율 7: 3으로 혼입된 TiO2 분말을 포함할 수 있다.
[실시예 5]
실시예 5에 따른 광촉매 분말 적용 코팅제는 위 실시예 4와 동일한 무기 바인더와 광촉매로 이루어지되, 무기 바인더와 광촉매의 혼합 비율이 실시예 4와 상이할 수 있다. 즉, 실시예 5는 무기 바인더 99.0중량%와 광촉매 1.0중량%로 이루어진 것으로서, 무기 바인더의 구체적은 구성 및 광촉매의 종류는 실시예 4와 동일할 수 있다.
[실시예 6]
실시예 6에 따른 광촉매 분말 적용 코팅제는 위 실시예 4와 동일한 무기 바인더와 광촉매로 이루어지되, 무기 바인더와 광촉매의 혼합 비율이 실시예 4와 상이하다. 즉, 실시예 6은 무기 바인더 97.50중량%와 광촉매 2.5중량%로 이루어진 것으로서, 무기 바인더의 구체적은 구성 및 광촉매의 종류는 실시예 4와 동일할 수 있다.
[실시예 7]
실시예 7에 따른 광촉매 분말 적용 코팅제는 위 실시예 4와 동일한 무기 바인더와 광촉매로 이루어지되, 무기 바인더와 광촉매의 혼합 비율이 실시예 4와 상이할 수 있다. 즉, 실시예 7은 무기 바인더 95.0중량%와 광촉매 5.0중량%로 이루어진 것으로서, 무기 바인더의 구체적은 구성 및 광촉매의 종류는 실시예 4와 동일할 수 있다.
[실시예 8]
실시예 8에 따른 광촉매 분말 적용 코팅제는 위 실시예 4와 동일한 무기 바인더와 광촉매로 이루어지되, 무기 바인더와 광촉매의 혼합 비율이 실시예 4와 상이할 수 있다. 즉, 실시예 8은 무기 바인더 90.0중량%와 광촉매 10.0중량%로 이루어진 것으로서, 무기 바인더의 구체적은 구성 및 광촉매의 종류는 실시예 4와 동일할 수 있다.
[실시예 9]
실시예 9에 따른 광촉매 분말 적용 코팅제는 위 실시예 4와 동일한 무기 바인더와 광촉매로 이루어지되, 첨가제(표면용 첨가제 또는 안료 분산용 첨가제)가 추가되고, 무기 바인더, 광촉매, 첨가제의 혼합 비율이 실시예 4와 상이할 수 있다. 즉, 실시예 9는 무기 바인더 91.86중량%와 광촉매 7.14중량%, 첨가제 1중량%를 포함하는 것으로서, 무기 바인더의 구체적은 구성 및 광촉매의 종류는 실시예 4와 동일할 수 있다.
[실시예 10]
실시예 10에 따른 광촉매 분말 적용 코팅제는 위 실시예 4와 동일한 무기 바인더로 이루어지되, 첨가제(표면용 첨가제 또는 안료 분산용 첨가제)가 추가되고, 무기 바인더, 광촉매, 첨가제의 혼합 비율이 실시예 4와 상이할 수 있다. 즉, 실시예 10은 무기 바인더 91.86중량%와 광촉매 7.14중량%, 첨가제 1중량%를 포함하는 것으로서, 무기 바인더의 구체적은 구성은 실시예 4와 동일하되, 광촉매의 종류는 Anatase 순도 99.9 % TiO2 분말을 사용하였다.
실시예 4 내지 실시예 8의 전부에 대해 공통적으로, 광촉매 분말 적용 코팅제를 제조하여 슬라이드 글라스에 붓으로 발라서 코팅함으로써 시편을 제작하고, 제작된 시편에 대하여 물접촉각, 부착력(Cross Cut Tape Test로 ASTM D 3359) 및 항바이러스 성능(ISO 18061 준용)을 각각 측정하였다.
시편에 제작된 슬라이드 글라스는 50×50mm2 크기를 가지는 것을 이용하였고, 각각의 실시예에 대해 6개의 시편을 제작하여 시험을 수행하였다.
특히, 물접촉각을 측정함에 있어는 광촉매 무기코팅제를 슬라이드 글라스에 바른 후 건조시킨 다음, 코팅된 상면에 증류수를 떨어뜨리고 3~5초 이내로 다섯 개의 지점에서의 접촉각을 측정하여 평균값을 도출하였다.
부착력에 대해서는, 광촉매 무기코팅제를 슬라이드 글라스에 바른 후 건조시킨 다음, 코팅된 상면을 직각의 격자 무늬로 절단하고 규격테이프를 이용하여 시편과 규격테이프가 서로 분리되는 정도를 육안으로 관찰함으로써 그 성능을 비교 평가하였다.
참고로, 도 7에는 일반 도료와 본 광촉매 분말 적용 코팅제 각각이 도포된 사진이 또한, 도 8에는 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 졸 적용 코팅제가 구현될 수 있다.
또한, 도 9를 참조하면, 실시예 4 내지 8에 따른 광촉매 분말을 적용한 코팅제의 바이러스 제거 성능 평가 결과, 실시예 7, 실시예8에 따른 광촉매 분말을 적용한 코팅제에서 30분내 99.9% 이상의 바이러스 제거 성능(항바이러스 성능 발현)을 확인하였으며, 경제성, 코팅의 조막성 등을 고려하여 실시예 7이 최적 배합으로 선정될 수 있다.
또한, 도 10 내지 도 12를 참조하면, 최적 배합으로 선정된 실시예 7에 따른 광촉매 분말을 적용한 코팅제를 다양한 소지에 적용하여 바이러스 제거 성능 평가를 수행한 결과, 모든 소지에서 120분 내지 180분에서 99% 내지 99.99% 이상의 바이러스 제거 성능을 확인할 수 있다.
또한, 도 10 내지 도 12를 참조하면, 본 광촉매 분말을 적용한 코팅제의 기계적인 물성과 항바이러스 성능 평과 결과를 토대로 실시예 7을 다양한 모재(유리, steel, 타일, 모르타르, 콘크리트 등)에 적용 후 항바이러스 성능 평가 결과, 일부 시편을 제외하고 120분 내 99% 이상의 항바이러스 성능이 발현되는 것을 확인할 수 있으며, 다양한 모재에 적용하여 바이러스 제거 성능 평가를 통해 99% 이상의 성능 발현을 확인할 수 있다. 또한, 유리, steel, 타일, 모르타르, 콘크리트(세라믹) 등에서 다양한 마감재에 항바이러스 성능 발현을 확인함에 따라, 건설 내외장재에 항바이러스 성능을 부여할 수 있는 마감재료로 활용이 가능하다.
광촉매 분말은 기본적으로 분말도가 매우 높은 물질로서, 코팅제 도포 후, 코팅제에 존재하는 다량 수분을 흡수하여 급속한 기화로 인해 코팅제 경화 과정에서 표면에 크랙이 발생할 수 있다. 이에, 조막성, 경화 방법 등을 고려하여 다양한 종류의 광촉매 분말 적용 가능하도록 적정 혼입율, 코팅제 조성을 통해 최적화된 시편을 제조할 수 있다.
또한, 도 13 및 도 14를 참조하면, 실시예 9와 실시예 10을 통한 최적화된 코팅제 배합으로 50×50mm2 크기의 슬라이드 글라스 위에 스프레이 코팅하여 시편을 제작하였으며, 각각의 실시예에 대해 6개의 시편을 제작하여 항바이러스 성능(ISO 18061) 및 항균 성능(ISO 27447) 평가를 수행하였다.
상기 감염원(바이러스 및 세균) 제거 성능 평가는 광촉매 적용 제품의 항바이러스 성능(ISO 18061), 광촉매 적용 제품의 항균 성능(ISO 27447) 국제 표준 시험 방법을 준용하여 수행하였다.
감염원(바이러스 및 세균) 제거 성능 평가 결과, 바이러스 및 세균 모두 시간에 따라 선형적으로 제거됨을 확인하였으며, 120분 이내에 99% 이상의 바이러스 및 세균 제거 성능 발현을 확인하였다., 이에 대한 감염원(바이러스 및 세균) 제거 성능 평가를 실시하였다. 그 결과, 바이러스 및 세균 모두 시간에 따라 선형적으로 제거됨을 확인하였으며, 광촉매 종류 및 경화 방법에 따라 감염원 제거 성능 발현 속도의 차이가 있으나, 240분 이내에 최대 99.9% 성능 발현을 확인할 수 있다.
전술한 바에 따르면, 본 광촉매 졸 적용 코팅제는, 무기바인더 89 wt% 이상 99.4 wt% 이하를 포함할 수 있고, 바람직하게는, 90 내지 95 중량% 포함할 수 있으며, 보다 바람직하게는, 91.88 내지 95 중량% 포함할 수 있다.
또한, 본 광촉매 졸 적용 코팅제는, 광촉매 분말 0 초과 25wt% 이하를 포함할 수 있고, 바람직하게는 0.5 내지 10 중량% 포함할 수 있으며, 보다 바람직하게는 5 내지 10 중량% 포함할 수 있다.
또한, 본 광촉매 졸 적용 코팅제는, 0 초과 1 wt% 이하의 표면용 첨가제를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 0.3 내지 0.7 중량% 포함할 수 있다.
또한, 본 광촉매 졸 적용 코팅제는, 0 초과 1 wt% 이하의 안료 분산용 첨가제를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 0.3 내지 0.7 중량% 포함할 수 있다.
전술한 바에 따르면, 본 광촉매 졸 적용 코팅제는, 바이러스를 사멸시키는 성능을 극대화하고 코팅 작업을 쉽게 할 수 있도록 자외선 영역에서 활성을 극대화할 수 있고, 코팅용 도료를 제조하기에 쉬운 이점이 있는 졸(sol) 타입의 광촉매를 적용하고, 각종 소지에 부착력이 우수한 특수 실리콘 수지와 첨가제를 사용하여, 실내 콘크리트 벽면, 실내 내벽용 도막, 실내 인테리어용 도막, sheet지, 목재, 또한 산업용 공조 장치 등에서 활용하는 ASA(Acrylic Styrene Acrylonitrile), 비철 금속, ABS 같은 소지에 코팅이 가능한 장점이 있다.
이를 통해, 사람이 거주하는 실내 공간이나, 또는 공항, 대중교통, 다중이용시설 등 불특정 다수가 이용하는 실내 공간, 병원 등 감염원(바이러스 및 세균) 노출에 취약한 실내 공간 내 부재 및 표면에 침적된 감염원(바이러스 및 세균)의 효과적인 제거를 통해 코로나19 등 감염병 확산으로부터 국민 안전·안심 생활 환경 구현이 가능하다.
또한, 본원은 전술한 본 광촉매 분말 적용 코팅제를 제조하는데 적용되는 본원의 일 실시예에 따른 광촉매 분말 적용 코팅제 제조 방법을 제공한다.
본원의 일 실시예에 따른 광촉매 분말 적용 코팅제 제조 방법은, 전술한 함량의 무기바인더와 전술한 함량의 광촉매 분말을 혼합할 수 있다. 또한, 본원의 일 실시예에 따른 광촉매 분말 적용 코팅제 제조 방법은, 전술한 함량에 따른 표면용 첨가제를 혼합할 수 있다. 또한, 본원의 일 실시예에 따른 광촉매 분말 적용 코팅제 제조 방법은, 전술한 함량에 따른 안료 분산용 첨가제를 혼합할 수 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (12)
- 광촉매 졸 적용 코팅제로서,
물 83.5 wt%이상 92.5 wt% 이하;
광촉매 졸 3 wt% 이상 12 wt% 이하;
무기 실리케이트 수지 2 wt% 이상 4 wt% 이하;
아크릴 에멀젼 0.5 wt% 초과 1.5 wt% 이하; 및
표면 조정제 0.2 wt% 초과 0.6 wt% 이하를 포함하되,
상기 광촉매 졸은 아나타제 타입의 TiO2를 포함하고, 분말형 TiO2보다 낮은 비중을 갖는 졸이고,
상기 무기 실리케이트 수지는 양이온성 콜로이달 실리카이며,
상기 아크릴 에멀젼은 비이온성이고,
상기 표면 조정제는 실록산 기반인 것인, 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 졸 적용 코팅제. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
커플링 에이전트를 더 포함하고,
상기 커플링 에이전트는 0 wt% 초과 1 wt% 이하로 포함되는 것인, 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 졸 적용 코팅제. - 광촉매 분말 적용 코팅제로서,
무기바인더 90 wt% 이상 97.5 wt% 이하; 및
광촉매 분말 2.5 wt% 이상 10 wt% 이하를 포함하되,
상기 광촉매 분말은 적어도 일부가 아나타제 타입의 TiO2를 포함하고,
상기 무기바인더는 76.50 wt% 이상 82.88 wt% 이하의 금속 실리케이트 혼합물 및 13.50 wt% 이상 14.62 wt% 이하의 콜로이달 실리카를 포함하며,
상기 금속 실리케이트 혼합물은, 초친수성을 가지는 무기물인 알칼리 금속 실리케이트의 수용액을 포함하고,
상기 알칼리 금속 실리케이트는, 규산칼륨, 규산나트륨 및 규산리튬 중 하나 이상이고,
상기 알칼리 금속 실리케이트는 2.80 이상 3.40 이하의 SiO2/M2O 몰비를 가지되, 상기 SiO2/M2O 몰비는 SiO2의 몰수를 M2O의 몰수로 나눈 값이고, 상기 M2O는 알칼리 금속을 의미하는 것인, 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 분말 적용 코팅제. - 삭제
- 제7항에 있어서,
0 초과 1 wt% 이하의 표면용첨가제를 더 포함하는, 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 분말 적용 코팅제. - 제7항에 있어서,
0 초과 1 wt% 이하의 안료 분산용 첨가제를 더 포함하는, 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 분말 적용 코팅제. - 제1항에 따른 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 졸 적용 코팅제 제조 방법으로서,
상기 물에 상기 광촉매 졸을 투입하고 교반하는, 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 졸 적용 코팅제 제조 방법. - 제7항에 따른 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 분말 적용 코팅제 제조 방법으로서,
상기 무기바인더와 상기 광촉매 분말을 혼합하는, 세균 또는 바이러스 제거 성능의 광촉매 분말 적용 코팅제 제조 방법.
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