KR19990008279A - 광촉매기능을 가지는 성형품 - Google Patents
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Abstract
임의의 형상으로 성형할 수 있으며, 큰 접촉면적을 가지면서 또한 필요에 따라 내면에 이르기까지 충분하게 자외선을 조사할 수 있는 광촉매 기능을 가지는 성형품. 유리 비즈 (5) 와 같은 단위입자 또는 파이버 (13) 와 같은 선재를 집합하고, 이것을 서로 접착하여 전체를 필요한 형상 (블록 (2)) 으로 성형한다. 이어서, 각 입자 (5) 또는 파이버 (13) 의 표면에 광촉매 기능층을 형성한다. 성형품에 자발형 자외선 방사재나 축광형 자외선 방사재의 입자 (9) 를 첨가할 수 있다.
Description
산화티탄 (TiO2) 등의 금속 산화물은 자외선에 의하여 여기 (勵起) 되고, 이것에 접촉 혹은 접근하는 유기 화합물을 산화·환원작용에 의하여 분해하는 기능을 가지기 때문에 광촉매 반도체라 불린다.
이 기능은 이미 잘 알려져 있으며 여러 가지 태양으로 이용되고 있다. 예를 들면 일본 공개특허공보 소62-66861 호에는 필름형상, 비즈형상, 보드형상 혹은 섬유상의 기초체 표면에 광촉매 반도체를 담지시킨 광촉매체를 유리관 속에 배치하여, 유리관으로 기체나 액체를 유통시키는 구성이 개시되고, 일본 공개특허공보 평1-143630 호에는 격자형상, 판형상, 입자형상, 플리츠 형상 혹은 그물코 형상으로 한 기초체 표면에 광촉매 반도체를 담지시킨 광촉매체로 기체나 액체를 유통시키는 구성이 개시되고, 그리고 일본 공개특허공보 평4-61933 호에는 스테인리스강관, 다공질 세관 (細管) 에 광촉매 반도체를 직접 담지시키는 구성이 개시되어 있다.
종래의 광촉매체의 구조를 살펴보면, 용도에 맞게 형태가 미리 정해져 있는 부재 (관이나 판) 를 기초체로 하여 그 표면에 광촉매 반도체를 담지시키고 있다. 이 경우, 광촉매 반도체가 기능하는 면적을 기초체의 표면적보다 대량으로 크게 하기는 어렵다. 또한 광촉매 반도체를 기초체의 표면에 담지시키기 위해서는, 졸 (sol) 상태로 한 광촉매 반도체를 기초체 표면에 부착시킨 후에 소정 온도 (50 ℃ ∼ 500 ℃) 로 베이킹하는 것이 보통인데, 기초체의 형상이 복잡해지면 내면측에 광촉매 반도체를 부착시키기가 어려워지거나 기초체가 열변형할 우려가 있다. 그리고, 기초체의 형상이 복잡해지면 내측면에 자외선을 조사하기가 어렵다.
본 발명은 소취 (消臭), 살균, 오염방지에 효과가 있는 광촉매 기능을 가지는 성형품에 관한 것이다.
도 1 은 본 발명에 의한 성형품 (블록) 을 사용한 벽의 일부를 나타내는 사시도,
도 2 는 도 1 에 나타낸 성형품의 사시도,
도 3a 는 도 2 의 Ⅲ 부분을 확대한 사시도, 도 3b 는 유리 비즈와 유리 비즈에 고정된 광반도체 입자를 나타내는 모식도, 도 3c 는 단위입자로서의 유리 비즈를 나타내는 도면,
도 4 는 유리 비즈에 자외선을 방사하는 소재로 이루어지는 입자를 혼합하여 성형한 성형품의 확대도,
도 5 는 본 발명의 성형품을 사용한 유체 정화 장치의 사시도,
도 6a 는 본 발명에 의한 광촉매체의 구조예, 도 6b 는 종래 광촉매체의 구조예,
도 7 은 실험장치의 개략도,
도 8 은 본 발명에 의한 관형상으로 성형한 성형품의 예를 나타내는 사시도,
도 9 는 본 발명에 의한 반원통 형상으로 성형한 성형품의 예를 나타내는 사시도,
도 10 은 본 발명에 의한 볼형상으로 성형한 성형품의 예를 나타내는 사시도 (이용예),
도 11 은 도 10 에 나타낸 볼형상 성형품의 확대도,
도 12 는 단위선재를 사용하여 성형한 성형품의 사시도,
도 13 은 단위선재에 자외선을 방사하는 소재로 이루어지는 입자를 혼합하여 성형한 성형품의 사시도이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
도 1 에 나타내는 필터 (1) 는 인접하는 방 사이의 구획벽에 끼워넣어져서, 양측 방 사이에서 공기의 유통을 도모하기 위하여 이용된다.
필터 (1) 는 도 2 에 나타내는 바와 같이 복수개의 투광성 또한 통기성을 가지는 블록 (2) 을 겹쳐쌓아 구성되어 있다.
블록 (2) 은 조합에 의하여 임의의 면적을 완전히 메울 수 있도록 전체 형태가 모듈화되어 있으며, 본 실시예에서는 가로방향 중앙에 형광관 (3) 을 통과시키는 장착구멍 (4) 이 형성되어 있다. 형광관 (3) 은 조명과 자외선 방사를 겸용하고 있다. 형광관 (3) 은 다른 것으로부터 에너지를 받아 발광하는 타발형 자외선 방사구이다.
본 실시예에 있어서 블록 (2) 은 도 3a 와 같이 다수의 유리 비즈 (5) (단위입자) 의 집합을 목적하는 블록 (2) 의 형태로 성형한 것이다. 각 유리 비즈 (5) (도 3c) 는 소재가 자외선에 관하여 투명한 소다 유리이며 크기는 직경 약 5 ㎜ 이다.
목적하는 형태를 부여하는 질그릇으로 된 형틀에 유리 비즈 (5) 를 채워넣고, 진동을 가하여 내부의 비즈 (5) 를 형틀에 잘 맞춘 후, 전체를 전기로에 넣어 전류강(强)의 상태로 하여 비즈의 자체 무게로 상측에서 약간 압박을 가하면서 700 ℃ 에서 30 분 가열하고, 가열한 후에는 충분히 시간을 들여 자연냉각시킨다. 가열에 의하여 각 비즈 (5) 는 점접착에 가까운 형태로 서로 접착됨으로써 유리 비즈 (5) 의 집합 전체의 형태가 고정된다.
가열온도와 시간은 비즈의 재질과 크기 및 블록의 형태에 따라 다르다. 가열온도와 시간의 조정은 각 비즈 (5) 가 구형 (입자형상) 을 유지하며 서로 접착되는 것을 기준으로 한다. 가열온도는 단위입자의 소재가 본 실시예와 같이 유리 비즈인 경우에는 650 ℃ ∼ 720 ℃ 정도이고, 플릿인 경우에는 450 ℃ ∼ 800 ℃ 정도, 폴리카보네이트 수지에서는 120 ℃ ∼ 200 ℃ 정도로 적합하다. 이와 같이 하여 완성된 유리 비즈 (5) 의 집합으로 이루어진 성형품은 각 비즈 (5) 사이로 연이어 통하는 간극 (6) 을 가지며, 또한 위치에 따라서는 비즈 (5) 가 결락되어 공간으로 되는 경우도 있다.
단위입자의 소재는 유리에 한정되는 것이 아니라 플릿, 폴리카보네이트 수지 등을 사용할 수 있으며, 적어도 자외선에 관하여 어느 정도 투명한 것이면 된다. 또한, 단위입자의 형태는 도 3c 에 나타낸 바와 같은 구에 한정되지 않으며, 분쇄입자와 같은 요철이 있는 다면체로 하여도 되고, 크기는 용도에 따라 다르지만, 통상 평균직경으로 20 ㎛ 정도에서 10 ㎜ 정도의 것까지 사용한다. 본 실시예와 같이 기체를 유통시킬 목적의 것에서는 단위입자는 적어도 되지만 (20 ㎛ ∼ 1,000 ㎛), 액체의 유통을 예정한 것에서는 입경을 크게 하여 간극을 크게 할 필요가 있다. 그리고 경사면에 입자를 전면에 깔아 유체를 흘려 내려보내는 타입의 것에서는, 비즈라 하기 보다는 볼이라 할 수 있는 크기의 것을 사용하는 경우도 있다. 단위입자는 글라스 벌룬 (glass balloon) 과 같이 중공 (中空) 이어도 된다. 유리 비즈로서 시판되고 있는 GB201M (상품명, 도시바 바로티니제, 입경 0.71 ∼ 1.00 ㎜) 을 사용할 수 있다.
성형된 유리 비즈 (5) 의 집합체를 미리 준비한「TO 졸」(주식회사 다나카덴샤제) 의 졸 중에 전체를 디핑하고 충분히 흔들어서 간극 (6) 에 막힘이 발생하지 않도록 한 후에 45 ℃ 에서 10 시간 건조시킨다. 이와 같이 하여 중간 성형품을 구성하는 각 비즈 (5) 의 표면에 광촉매 반도체 (8) 를 코팅하고, 이어서 40 ℃ 에서 30 분간 소성함으로써, 광반도체 입자 (이 경우, TiO2) 를 유리 비즈 (5) 의 표면에 고정함으로써 (도 3b), 광촉매 기능층 (이 경우, 피막) 을 형성한다. 그리고 소성의 온도와 시간은 TiO2의 고정에 필요한 것인데, 성형품의 변형이나 입자형상의 변화를 초래하지 않도록 충분히 주의할 필요가 있다.
광촉매 반도체로서는 TiO2, ZnO, SrTiO3, CdS, CdO, CaP, InP, In2O3, CaAs, BaTiO3, K2NbO3, Fe2O3, Ta2O5, WO3SaO2Bi2O3, NiO, Cu2O, SiC, SiO2, MoS2, MoS3,InPb, RuO2, CeO2등을 사용할 수 있다.
TiO2는 상품명「STS-20」(이시하라산교 주식회사제), 상품명「TO 졸」,「PTO 졸」(주식회사 다나카덴샤제) 로서 졸의 상태로 판매되고 있다. 졸 중의 TiO2의 입경은 0.01 ㎛ ∼ 0.07 ㎛ 이다. 그리고, 이들을 여기하기 위한 자외선의 파장은 각각 상이하다.
그리고, 곰팡이 방지, 살균 등의 기능보완용으로 Pt, Ag, RuO2, Nb, Cu, SnNiO 등을 첨가제로서 사용할 수 있다.
완성된 블록 (2) (광촉매 기능을 가지는 성형품) 은 투명감이 있는 백색을 띠고, 간극 (6) 이 연결된 다수의 연통구멍을 가지며, 그 표면적의 합계는 안이 차있는 블록이 가지는 표면적의 3 ∼ 4 배에 달한다.
블록 (2) 을 도 1 과 같이 쌓아 올림으로써 필터 (1) 로 하여 벽면의 일부를 형성한다. 그러면, 도어의 개폐나 사람의 움직임이 있어도 필터 (1) 의 양측에 위치하는 공간의 공기가 다수의 간극 (6) 을 통하여 서로 유통된다. 이 때, 방 내의 형광등 (타발형 자외선 방사구) 등으로 필터 (1) 의 표면에 자외선이 조사되고 있으면, 블록 (2) 의 광촉매 기능층은 활성화되므로, 이것에 접촉되는 공기 중의 유기 화합물이 분해 (산화·환원) 되어 소취, 유해한 부유 유기물의 제거가 이루어진다. 또한, 살균효과가 있다.
블록 (2) 이 두껍거나 일측 공간이 어두운 경우에는 블록 (2) 의 장착구멍 (4) 에 형광관 (3) 을 삽입하여 점등한다. 그러면 필터 (1) 의 벽면은 빛나서 방 내부의 조명으로 되고, 또한 블록 (2) 은 내부에서 자외선이 조사되어 광촉매 기능층은 높은 레벨로 활성화된다. 그 결과 소취, 살균기능이 더욱 강화된다.
유리 비즈 (5) 를 집합하기만 한 중간 성형품은 자외선에 관하여 상당한 정도까지 투명하지만, 광촉매 반도체는 반투명하므로 표면의 광촉매 반도체가 자외선을 흡수하기 때문에, 광촉매 기능층을 구비한 성형품 (완성품) 에서는 표면으로부터의 자외선이 내부나 내면측에 충분히 도달하지 않는 경향이 있다. 이와 같은 경우에 블록 (2) 의 내부에 형광관과 같은 타발형 자외선 방사구를 배치하는 것은 블록 (2) 의 광촉매 기능을 발휘시키는 면에서 매우 유용하다.
형광관 (3) 은 수은등, 크세논등, 블랙 라이트 혹은 할로겐등 등의 타발형 자외선 방사구로 바꿀 수 있다.
필터 (1) 는 지하도로 에어를 공급하는 덕트의 출구 필터 등으로서도 이용할 수 있다.
도 1 에 나타낸 블록 (2) 은 도 4 에 나타내는 바와 같이 유리 비즈 (5) (자외선을 투과하는 소재로 이루어지는 단위입자) 의 표면에 미리 광촉매 기능층을 형성한 후, 광촉매 기능층을 형성한 유리 비즈 (5) 와 축광형 자외선 방사재를 소재로 하는 입자 (9) 를 혼합하여 집합하고, 입자 (5) 와 입자 (9) 를 입자형상을 유지하며 서로 접착하여 성형할 수 있다. 축광형 자외선 방사재에는 축광형 발광 세라믹「루미노바」(네모토도쿠슈가가쿠 제) 를 사용할 수 있다. 혹은 이 축광형 발광 세라믹의 미세 분쇄입자를 유리나 유기 고분자 수지에 혼입하여 비즈형상으로 성형한 것 (혼입입자 (9')) 을 사용할 수 있으며, 비즈 (5) 의 입경에 맞춘 크기로 하고 있다. 광촉매 반도체에는「TO 졸」(주식회사 다나카덴샤제) 을 사용할 수 있으며, 상술한 바와 같은 성형법으로 성형품을 얻을 수 있다.
각 유리 비즈 (5) 의 표면에 광촉매 기능층이 미리 형성되어 있어도, 가열중에 유리 비즈 끼리의 표면이 접촉하여 접착되고, 또한 축광형 발광 세라믹의 입자 (9) 혹은 혼입입자 (9') 는 주위의 유리 비즈 (5) 에 둘러싸여서 이들에 포착되는 것으로 생각된다.
자발형 자외선 방사재 (자발형 발광 세라믹) 는 내부의 에너지를 소비하여 스스로 발광하는 소재로서, 라듐이나 프로메튬의 방사붕괴를 이용하고 있으며, 발광에 자외선 영역을 가지고 있다. 그리고, 현재로서는 이와 같은 성분을 함유하는 암석의 정제분말을 굳힌 것을 다시 분쇄한 파쇄입자를 이용한다.
축광형 자외선 방사재 (축광형 발광 세라믹) 는 외부의 에너지를 받아들여 그 분량을 방출하면서 발광하는 소재로서, 발광에 자외선 영역을 가지고 있다. 「루미노바」(상품명, 주식회사 네모토도쿠슈가가쿠제),「키플러스」(상품명, 주식회사 넥스트·아이제) 가 시판되고 있다. 이들은 고순도의 알루미나, 탄산스트론튬, 유로퓸, 디스프로슘 등의 성분을 함유한 스트론튬알루미네이트 (SrAl2O4) 를 주성분으로 하는 것이다. 흡수 스펙트럼의 최대점은 360 나노미터에 있으며, 입경은 20 ㎛ ∼ 50 ㎛ 이다. 그러나, 분쇄전의 파쇄한 상태의 것을 그대로 파쇄입자로서 얻을 수도 있다.
그리고, 이들 시판품 중에는 습기를 흡수하면 성능이 크게 저하되는 것이 있기 때문에, 미리 유리나 폴리카보네이트와 같은 투명한 유기 고분자 수지 중에 혼입하여 사용할 수 있다.
사용 태양은 상술한 예와 동일하나, 형광관 (3) 이 소등된 후에는 그 때까지 자외선을 받아 에너지를 축적한 축광형 발광 세라믹의 입자 (9) 혹은 혼입입자 (9') 로부터 계속에서 자외선이 방사되어 주위의 광촉매 기능층을 활성화하여 촉매기능이 지속된다. 따라서, 사람이 없는 야간에도 탈취, 살균작용이 이루어져서 방에 악취가 남아 있는 불쾌감을 없앨 수 있다.
그리고, 처음에 유리 비즈 (5) 와 축광형 발광 세라믹의 입자 (9) 혹은 혼입입자 (9') 를 가열·접착하여 성형하고, 그리고 나서 전체를 광촉매 반도체의 졸 중에 디핑하여 건조시킨 후에 소성하는 순서에 의해서도 동일한 성형품을 얻을 수 있다. 단, 표면에 부착되는 광촉매 기능층에 의하여 축광형 발광 세라믹의 입자 (9') 혹은 혼입입자 (9') 에 대한 자외선의 조사효율이나 이 입자 (9,9') 로부터의 자외선의 방사효율은 저하된다.
도 5 는 상하좌우의 유리판 (14a ∼ 14d) 으로 구성된 통로 내에 필터 블록 (15) 을 복수개 배치한 유체 정화 장치를 나타낸다.
필터 블록 (15) 은 표면에 광촉매 기능층 (이 예에서는 TiO2의 피막) 을 가지는 유리 비즈 (5) 를 직육면체로 성형한 것이다. 좌우 유리판 (14c 및 14d) 을 따라 각각 3 개의 형광관 (3) 을 배치하고 있으며, 이것을 점등한 상태에서 앞측에서 후측으로 기체 또는 액체를 통과시킨다. 기체 또는 액체는 필터 블록 (15) 을 통과하는 중에 광촉매 기능층과 접함으로써, 소취, 유독물의 분해 혹은 살균 등의 작용을 받는다.
이러한 종류의 필터는 사용시간이 길어지면, 필터 블록에 분해물이 부착되어 성능이 저하되기 때문에 정기적으로 세정할 필요가 있다. 이 때, 이 예와 같이 필터 기능을 발휘하는 각 단위입자가 접착하여 성형되어 있는 필터 블록 (성형품) 은 유닛과 같이 쉽게 탈착하여 세정할 수 있다. 또한 미세한 비즈 (5) 를 따로따로 다루지 않기 때문에, 큰 정화장치라도 메인티넌스가 용이하다.
도 1 의 필터나 도 5 의 유체 정화 장치가 발휘하는 유기 화합물을 분해하는 능력은 광촉매 기능층의 표면적이 큰 점에서 종래의 광촉매체와 비교하여 매우 크다. 이 점을 도 6a 및 도 6b 에 나타내는 광촉매체를 사용한 실험결과로 나타낸다.
광촉매체 A (본 발명에 의한 유리 비즈 성형품)
유리 비즈 : GB604M (도시바 바로티니제).
입경 평균 4.0 ㎜
성형 : 질그릇의 주발형 용기에 넣어 700 ℃ 분위기에서 30 분 가열하고, 냉각. 전체 형상이 구체의 일부를 평면으로 커트한 형태로 된다. 평면부분의 직경 130 ㎜, 중앙부의 두께 15 ㎜. 동일한 크기의 안이 차 있는 것으로서 전체 총면적은 320 ㎠. 유리 비즈의 배열은 각추상 배열 (도 6) 이고, 전체 표면적은 199 ㎤ × 2.22 / 0.4 = 1104.45 ㎠, 공극율은 199 ㎤ × 25.95 % = 51.64 ㎤ 이다.
광촉매 반도체 : STS-21 (이시하라산교 주식회사제 … TiO2의 중성 졸, 입경은 0.07 ㎛). 20 w% 의 용액으로 하여 사용, 디핑으로 코팅한 후에 건조시켜 400 ℃ 에서 30 분 소성. 비즈의 표면에 형성된 피막의 두께는 2 ㎛ ∼ 3 ㎛.
광촉매체 B (기판에 광촉매 반도체를 담지시킨 종래품)
기판 : 케라믹 화장판 (상품명, 주식회사 크레반·세라믹스제, 150 ㎜ × 220 ㎜ × 두께 4 ㎜), 기능하는 표면적 330 ㎠.
광촉매 반도체 : STS-21, 상기한 바와 동일한 조건, 디핑후 건조, 소성, 피막의 두께 2 ㎛ ∼ 3 ㎛.
[실험장치 (도 7)]
두께 5 ㎜ 의 플로트 유리로 성형한 용기 (a) (330 ㎜ × 330 ㎜ × 40 ㎜) 를 2 개 준비하고, 일측에 광촉매체 A 를, 타측에 광촉매체 B 를 넣어, 포룩스블루PM-B (상품명, 스미토모칼라 주식회사제) 의 0.049 % 용액에 의한 착색수 (b) 를 광촉매체 A, B 가 매몰될 때까지 동량만큼 채워넣고 플로트 유리로 뚜껑을 덮는다.
이 착색수는 PH = 5.5 ∼ 6.5 이다. 착색수를 용기 (a) 에 주입할 때의 액온도 13 ℃, 실온 20 ℃ 였다. 용기 (a) 의 상측 약 50 ㎝ 와 하측 약 80 ㎝ 에 각각 블랙 라이트 (c) (40 w) 를 2 개씩 배치한다.
그리고, 포룩스블루 PM-B 는 프탈로시아닌블루/폴리옥시알킬렌알킬아릴에테르/유기질소계 방부제/실리콘계 소포재의 조성을 가지며, 비이온성으로서 착색성분은 자외선으로 분해되지 않고 유기 분해작용만으로 분해된다.
[실험결과]
블랙 라이트 (c) 를 점등하고, 30 분마다 착색수 (b) 의 색변화를 관찰한다. 그 결과, 광촉매체 A, B 모두 시간이 경과함에 따라 뚜렷하게 색이 흐려져서 용기 (a) 에 짙은 감색의 침전물이 보이게 되었으나, 착색성분의 대부분이 침전되어 착색수가 거의 투명해질 때까지는 광촉매체 A 의 경우 12 시간 30 분이었음에 비하여 광촉매체 B 는 61 시간 30 분이 걸렸다. 광촉매체 A 는 B 에 비하여 약 5 배의 분해능력을 가짐을 알 수 있다.
도 8 및 도 9 는 본 발명에 의하여 관형상 및 커버 위의 블록 (2) 으로 성형한 성형품을 나타내며 조명등으로 사용하고 있다. 내부에 넣은 형광관 (3) 이 발하는 자외선에 의하여 커버의 광촉매 기능층이 활성화됨과 동시에, 형광관 (3) 이 발하는 빛에 의하여 커버의 간극 (6) 을 완전히 빠져나가는 기류가 발생함으로써 탈취나 살균기능이 발휘된다. 통상의 커버에 비하여 광촉매 기능을 가지는 층의 표면적이 훨씬 크므로 광촉매 기능의 효과가 높다. 또한, 필요에 따라 복잡한 형태를 비교적 자유롭게 성형할 수 있다.
도 10 및 도 11 은 본 발명에 의하여 볼형상의 블록 (2) 으로 성형한 성형품을 나타내며, 예를 들면 사육용 수조 (10) 에 넣고 외부로부터 자외선 방사기구 (11) 가 조사된다. 볼형상의 블록 (2) 에는 다수의 간극 (6) 이 연이어 통해 있으며, 여과장치 (12) 에서 발생하는 기포와 수류가 블록 (2) 의 내부를 통과하여 수중의 유해한 유기 화합물 (노폐물) 이 분해된다. 종래의 관내에 단지 이온교환수지의 입자를 채워넣은 것에 비하여 물의 유통저항이 적으며 세정시에 취급이 용이하다. 배치하는 장소도 특별히 제한되지 않는다.
도 12 는 평균 단면직경이 100 ㎛ 인 유리 섬유 (13) (자외선을 통과하는 소재로 이루어지는 선재 … 단위선재) 를 랜덤하게 얽히게 하여 집합함으로써, 파이버 (13) 사이에 공극을 가진 상태로 통형상으로 성형한 블록 (2) 을 나타낸다. 파이버 (13) 는 가열하여 성형하면 표면에서의 형태가 굳어지기 때문에 내부의 얽힌 파이버 사이에서는 파이버 상호간의 접촉점이 마찰에 의하여 고정된다. 따라서, 성형품의 전체적인 형상이 흐트러지는 일은 없다. 이 중간 성형품을「TO 졸」(주식회사 다나카덴샤제) 에 디핑하고, 건조시킨 후에 형이 흐트러지는 것을 방지하기 위하여 다시 형틀에 넣어 소성한다. 그럼으로써 각 선재의 표면에 광촉매 기능층을 구비한 성형품이 완성된다. 비즈 (5) 를 사용한 예와 마찬가지로 비교적 자유로운 형태로 성형할 수 있다. 또한, 유리 섬유의 단면직경을 변경함으로써 여러 가지 용도에 적합한 것을 얻을 수 있다.
단위선재의 소재는 유리 (소다 유리, 붕규산 유리, 석영유리 등), 합성수지 (아크릴, 폴리스티렌, 폴리카보네이트 등) 이다.
그리고, 블록 (2) 의 가로방향 중앙에 구멍 (4) 이 형성되어 있으며, 이 구멍 (4) 은 다른 곳에서 에너지를 받아 발광하는 타발형 자외선 방사구로서의 형광관을 통과시키기 위한 장착구멍으로서 사용할 수 있다.
도 13 은 도 12 에 나타낸 성형품에 축광형 발광 세라믹의 입자 (9) 나 상기한 혼입입자 (9') 를 가지도록 한 것이다. 유리 섬유 (13) 와 축광형 발광 세라믹의 입자 (9) 혹은 혼입입자 (9') 를 혼합해 두어 가열성형하여, 그 전체를 광반도체의 졸에 디핑하여도 되고, 도 12 에 나타낸 성형품에 축광형 발광 세라믹의 입자 (9) 혹은 혼입입자 (9') 를 얽히게 하여 다시 천천히 소성해서 빠지지 않도록 고정하여도 된다.
도 13 에 나타낸 예와 같이 블록 (2) 의 가로방향 중앙에는 구멍 (4) 이 형성되어 있으며, 이 구멍 (4) 은 다른 것에서 에너지를 받아 발광하는 타발형 자외선 방사구로서의 형광관을 통과시키기 위한 장착구멍으로서 사용할 수 있다.
그리고, 상기한 성형품에는 그 제조과정에서 광촉매 반응을 촉진 보완하기 위하여 광촉매 기능보조 첨가금속 (Pt, Ag, Rh, RuO2, Nb, Cu, Sn, NiO 등) 을 부가할 수 있다.
본 발명에 의하면, 단위입자나 단위선재의 집합으로서의 성형품이기 때문에, 광촉매 기능을 가지는 성형품을 비교적 자유로운 형태로 만들 수 있다. 성형품이 가지는 표면적, 즉 광촉매 기능층의 면적이 훨씬 커서 광촉매 효과가 크다. 내부에 타발형 자외선 방사구를 배치하면 광촉매 기능층의 넓은 표면적을 더욱 유효하게 이용할 수 있으며 또한 강력한 광촉매 기능을 얻을 수 있다.
본 발명은 임의의 형상으로 성형할 수 있고, 성형품의 형상이 가지는 외형의 표면적보다 대량으로 큰 접촉면적을 가지며 또한 필요에 따라 내면에 이르기까지 충분히 자외선을 조사할 수 있는 광촉매 기능을 가지는 성형품을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일태양에 의하면, 유리 비즈와 같은 단위입자를 집합하여 이것을 서로 접착해서 전체를 필요한 형상으로 성형하고, 이어서 각 입자의 표면에 광촉매 기능층을 형성함으로써 성형품이 제조된다.
단위입자는 성형형틀 내에 채워넣어 집합시키고, 자체 무게 등의 가벼운 압박하에서 가열함으로써 상호간을 열융착시킨다. 혹은 접착제를 사용하여 서로 접착한다. 이 때, 압박의 정도나 온도는 입자가 그 형상을 유지하여 접착되는 정도로 하며, 입자 상호간으로 연이어 통하는 간극 (間隙) 이 형성되게 한다. 접착제를 사용할 경우에는, 접착제로 인하여 단위입자나 광촉매 반도체가 변질되지 않도록 이들 소재에 알맞는 것이면서 또한 성형품이 광촉매체로서 사용될 때에 내구성이 있는 것 (예를 들면, 물유리나 저융점 글라스 프릿 (glass frit)) 을 사용한다.
단위입자를 집합한 성형품은 자유로운 형상의 성형품을 얻을 수 있다는 점에 특징이 있고, 여러 가지 입체형상을 가지는 블록으로서 관, 홈통, 용기, 골함석 형상 등의 형태를 취한다. 특히, 종래 물리적, 경제적으로 제작이 어려웠던 부재나 기기의 용도에 맞는 적절한 형상을 선택할 수 있다. 그리고, 예를 들면 물고기나 동물 혹은 나뭇잎 등 자연의 형상을 만들 수 있다.
광촉매 기능층을 형성하는 방법은, 예를 들면 광반도체 분말의 졸에 성형품을 디핑 (dipping) 하여 건조시킨 후에 베이킹한다. 이 때, 성형품의 간극이 반도체 층으로 막히지 않도록 또한 베이킹시에 성형품의 변형이나 입자의 변질, 분해를 일으키지 않도록 주의할 필요가 있다.
본 발명의 다른 태양에 의하면, 유리 솜 (glass wool) 이나 유리 섬유 등의 단위선재를 서로 얽히게 해서 집합하여, 가열성형으로 전체를 필요로 하는 형상으로 성형하고, 이어서 각 선재의 표면에 광촉매 기능층을 형성함으로써 성형품이 제조된다.
단위선재의 소재는 유리 (소다 유리, 붕규산 유리, 석영유리 등), 합성수지 (아크릴, 폴리스티렌, 폴리카보네이트 등) 이다. 단위선재에는 섬유상, 실형상 혹은 파이버나 스트링 형상의 것을 사용할 수 있다. 단, 적어도 자외선에 관하여 어느 정도 투명한 소재를 사용하여야만 하며, 성형상태는 램덤하게 굴곡된 선재가 서로 접점을 가지며 그 접촉점에서 고정된 구조로 한다. 고정은 상호간의 마찰에 의하는 경우가 많으나 접착에 의할 경우도 있다.
성형품에 있어서 선재의 밀도는 펠트형상부터 눈이 성긴 바구니 형상까지 다양하며, 용도에 따라 다르지만 모두 선재 사이에 공극 (空隙) 을 가지고 있다.
성형품 전체에 자외선을 거의 균등하게 조사할 수 있는 것에 있어서는, 금속 (스테인리스, 알루미늄, 주석, 강철 등) 혹은 목재 등도 사용할 수 있다.
광촉매 기능층은 상기한 바와 같은 방법으로 형성되는데, 선재 사이의 간극이 광반도체 층으로 막히지 않도록 또한 베이킹시에 성형품의 변형이나 선재의 용단 (溶斷), 분해를 일으키지 않도록 주의할 필요가 있다.
성형전에 상기한 단위입자 또는 단위선재의 집합에 자발형 (自發型) 자외선 방사재, 축광형 (蓄光型) 자외선 방사재 소재로 이루어지는 입자 또는 이들 방사재를 유리나 유기 고분자 수지에 혼입한 입자를 혼합해 둘 수 있다.
단위입자나 섬유의 집합에 자발형 발광 세라믹이나 축광형 발광 세라믹의 입자 혹은 이들 세라믹의 미립자를 유리나 유기 고분자 수지에 혼입하여 성형한 입자를 혼합하여 성형품으로 하면, 성형품에 대한 자외선의 조사가 중단되어도 자발형 발광 세라믹 입자로부터 방사되는 자외선 혹은 축광형 발광 세라믹 입자가 그 때까지 축적한 에너지를 소비하여 발하는 자외선에 의하여 성형품의 광반도체가 여기됨으로써 광촉매 기능을 지속한다. 또한, 자발형 발광 세라믹이나 축광형 발광 세라믹의 입자는 통상 녹색이나 청색 혹은 등색의 가시광선도 발하기 때문에, 이것을 이용하여 장식이나 어두운 곳에서의 안내에 사용할 수 있다.
그리고, 광촉매 반도체는 그 조성을 조정 (무기안료나 금속의 첨가) 하거나 제조과정에서의 열처리를 조정함으로써, 촉매기능을 발휘하는 데 필요한 자외선의 파장 (흡수대) 을 변경할 수 있다. 예를 들면, TiO2에 CrO3를 소량 첨가하면 장파장측에 흡수대가 변위된다. 그럼으로써 광촉매체측을 자발형 자외선 방사재 또는 축광형 자외선 방사재의 발광 스펙트럼 특성에 맞출 수 있으므로, 공급되는 자외선의 파장에 맞춘 광촉매 반도체를 선택할 수 있다.
광촉매 반도체는 단위입자의 표면에만 미리 담지시켜 두어도 되고, 단위입자에 자발형 발광 세라믹이나 축광형 발광 세라믹의 입자 혹은 혼입입자를 혼합하여 성형품으로 한 후, 전체 표면에 담지시켜도 된다. 전자가 자발형 발광 세라믹이나 축광형 발광 세라믹의 입자 혹은 혼입입자의 표면에 광촉매 반도체가 부착되지 않기 때문에, 이들 입자로부터 방사되는 자외선의 양이 많아진다. 또한 축광형 발광 세라믹 입자의 경우에는, 외부로부터의 자외선을 효율적으로 흡수할 수 있다.
성형품에는 그 제조과정에서 광촉매 반응을 촉진 보완하기 위하여 광촉매 기능보조 첨가금속을 부가할 수 있다.
Claims (29)
- 자외선을 투과하는 소재로 이루어지는 단위입자를 집합하고, 상기 단위입자를 입자형상을 유지하며 서로 접착함으로써 원하는 형상으로 형성하고, 각 입자의 표면에 광촉매 기능층을 형성하는 방법에 의하여 제조된 광촉매 기능을 가지는 성형품.
- 제 1 항에 있어서, 다른 것으로부터 에너지를 받아 발광하는 타발형 자외선 방사구를 끼워 통과시키기 위한 구멍이 형성되어 있는 광촉매 기능을 가지는 성형품.
- 표면에 광촉매 기능층을 형성한 자외선을 투과하는 소재로 이루어지는 단위입자와 자외선을 방사하는 소재로 이루어지는 입자를 혼합하여 집합하고, 입자 상호간을 입자형상을 유지하며 접착함으로써 원하는 형상으로 하는 방법에 의하여 제조된 광촉매 기능을 가지는 성형품.
- 제 3 항에 있어서, 상기 자외선을 방사하는 소재는 자발형 자외선 방사재인 광촉매 기능을 가지는 성형품.
- 제 3 항에 있어서, 상기 자외선을 방사하는 소재는 축광형 자외선 방사재인 광촉매 기능을 가지는 성형품.
- 제 3 항에 있어서, 상기 자외선을 방사하는 소재는 자발형 자외선 방사재를 유리 및 유기 고분자 수지 중 어느 하나에 혼입한 입자인 광촉매 기능을 가지는 성형품.
- 제 3 항에 있어서, 상기 자외선을 방사하는 소재는 축광형 자외선 방사재를 유리 및 유기 고분자 수지 중 어느 하나에 혼입한 입자인 광촉매 기능을 가지는 성형품.
- 제 3 항에 있어서, 다른 것으로부터 에너지를 받아 발광하는 타발형 자외선 방사구를 끼워 통과시키기 위한 구멍이 형성되어 있는 광촉매 기능을 가지는 성형품.
- 자외선을 투과하는 소재로 이루어지는 단위입자와 자외선을 방사하는 소재로 이루어지는 입자를 혼합하여 집합하고, 상기 단위입자를 입자형상을 유지하며 서로 접착함으로써 원하는 형상으로 하고, 각 입자의 표면에 광촉매 기능층을 형성하는 방법에 의하여 제조된 광촉매 기능을 가지는 성형품.
- 제 9 항에 있어서, 상기 자외선을 방사하는 소재는 자발형 자외선 방사재인 광촉매 기능을 가지는 성형품.
- 제 9 항에 있어서, 상기 자외선을 방사하는 소재는 축광형 자외선 방사재인 광촉매 기능을 가지는 성형품.
- 제 9 항에 있어서, 상기 자외선을 방사하는 소재는 자발형 자외선 방사재를 유리 및 유기 고분자 수지 중 어느 하나에 혼입한 입자인 광촉매 기능을 가지는 성형품.
- 제 9 항에 있어서, 상기 자외선을 방사하는 소재는 축광형 자외선 방사재를 유리 및 유기 고분자 수지 중 어느 하나에 혼입한 입자인 광촉매 기능을 가지는 성형품.
- 제 9 항에 있어서, 다른 것으로부터 에너지를 받아 발광하는 타발형 자외선 방사구를 끼워 통과시키기 위한 구멍이 형성되어 있는 광촉매 기능을 가지는 성형품.
- 자외선을 투과하는 소재로 이루어지는 선재를 선재 사이에 공극을 가진 상태로 서로 얽히게 하여 집합하고, 상기 선재 상호간을 그 접촉점에서 고정함으로써 원하는 형상으로 하고, 각 선재의 표면에 광촉매 기능층을 형성하는 방법에 의하여 제조된 광촉매 기능을 가지는 성형품.
- 제 15 항에 있어서, 다른 것으로부터 에너지를 받아 발광하는 타발형 자외선 방사구를 끼워 통과시키기 위한 구멍이 형성되어 있는 광촉매 기능을 가지는 성형품.
- 자외선을 투과하는 소재로 이루어지는 선재를 선재 사이에 공극을 가진 상태로 서로 얽히게 하여 집합하고, 선재 상호간을 그 접촉점에서 고정함으로써 원하는 형상으로 하고, 각 선재의 표면에 광촉매 기능층을 형성하고, 선재 사이의 공극 일부에 자외선을 방사하는 소재로 이루어지는 입자를 가지게 하는 방법에 의하여 제조된 광촉매 기능을 가지는 성형품.
- 제 17 항에 있어서, 상기 자외선을 방사하는 소재는 자발형 자외선 방사재인 광촉매 기능을 가지는 성형품.
- 제 17 항에 있어서, 상기 자외선을 방사하는 소재는 축광형 자외선 방사재인 광촉매 기능을 가지는 성형품.
- 제 17 항에 있어서, 상기 자외선을 방사하는 소재는 자발형 자외선 방사재를 유리 및 유기 고분자 수지 중 어느 하나에 혼입한 입자인 광촉매 기능을 가지는 성형품.
- 제 17 항에 있어서, 상기 자외선을 방사하는 소재는 축광형 자외선 방사재를 유리 및 유기 고분자 수지 중 어느 하나에 혼입한 입자인 광촉매 기능을 가지는 성형품.
- 제 17 항에 있어서, 다른 것으로부터 에너지를 받아 발광하는 타발형 자외선 방사구를 끼워 통과시키기 위한 구멍이 형성되어 있는 광촉매 기능을 가지는 성형품.
- 자외선을 투과하는 소재로 이루어지는 선재를 선재 사이에 공극을 가진 상태로 서로 얽히게 하여 집합하고, 상기 선재 사이의 공극 일부에 자외선을 방사하는 소재로 이루어지는 입자를 가지게 하여, 선재 상호간을 그 접촉점에서 고정함으로써 원하는 형상을 만들고, 상기 선재 및 상기 자외선을 방사하는 소재로 이루어지는 입자의 표면에 광촉매 기능층을 형성하는 방법에 의하여 제조된 광촉매 기능을 가지는 성형품.
- 제 23 항에 있어서, 상기 자외선을 방사하는 소재는 자발형 자외선 방사재인 광촉매 기능을 가지는 성형품.
- 제 23 항에 있어서, 상기 자외선을 방사하는 소재는 축광형 자외선 방사재인 광촉매 기능을 가지는 성형품.
- 제 23 항에 있어서, 상기 자외선을 방사하는 소재는 자발형 자외선 방사재를 유리 및 유기 고분자 수지 중 어느 하나에 혼입한 입자인 광촉매 기능을 가지는 성형품.
- 제 23 항에 있어서, 상기 자외선을 방사하는 소재는 축광형 자외선 방사재를 유리 및 유기 고분자 수지 중 어느 하나에 혼입한 입자인 광촉매 기능을 가지는 성형품.
- 제 23 항에 있어서, 다른 것으로부터 에너지를 받아 발광하는 타발형 자외선 방사구를 끼워 통과시키기 위한 구멍이 형성되어 있는 광촉매 기능을 가지는 성형품.
- 제 1 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서, 광촉매 기능보조 첨가금속을 부가하고 있는 광촉매 기능을 가지는 성형품.
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