KR19990046492A

KR19990046492A - 산화티타늄광촉매코팅막제조방법

Info

Publication number: KR19990046492A
Application number: KR1019990009582A
Authority: KR
Inventors: 안길홍
Original assignee: 안길홍
Priority date: 1999-03-17
Filing date: 1999-03-17
Publication date: 1999-07-05

Abstract

본 발명은 산화티타늄 광촉매 코팅막 제조방법에 관한 것으로, 산화티타늄 (TiO₂)광촉매 코팅막을 고분자 무기물인 실록세인 폴리머(Siloxane polymer)를 바인더로하여 티탄산산화물의 겔(Gel) 상태로부터 제조하는 것을 특징으로 한다.

Description

산화티타늄 광촉매 코팅막 제조방법{TiO2 PHOTO CATALYST COATING MANUFACTURE METHOD}

반도체성 물질들은 밴드갭(Band gap) 에너지 이상의 빛(X선, 자외선 및 전자선), 열 또는 전기에너지를 흡수하면, 반도체성 물질들은 전도전자가 여기되어(excited) 전자들로 채워져 있는 전도대(conduction band)로 전도전자가 이동하면서 가전자대에는 정공(positive hole)을 남기고 전도대에는 전자가 생성되어, 전자-정공쌍(electron-hole pair)을 형성한다.

즉, e^--h⁺ _△Ebge^-+ h⁺로 나타낼 수 있다.

이러한 반도체성 물질중에서 음이온 부족형 비화학 양론성 전단구조(Crystallogra phically sheared structure)를 가진 산화티타늄은 광촉매로 사용할 수 있는 가장 효과적인 물질로써 3.2 전자볼트(eV) 이상 및/ 또는 400나노미터(nm) 이하인 파장의 밴드갭 에너지를 흡수하면 전도전자가 여기되어 전자-정공쌍이 형성된다. 이렇게 여기된 산화티타늄은 유기물을 포함한 수용액과 반응할 경우 정공은 강력한 산화제인 OH 라디칼을 생성하여 유기물질을 분해하는 산화반응에 참여하고, 전자는 환원반응에 활용된다.

따라서 광촉매로써의 산화티타늄은 수중 또는 대기중에 포함된 유독성 유기물 및 미연소 탄화수소 화합물 등을 흡착하여

로 분해한다.

또한 산화티타늄 광촉매는 OH 라디칼에 의한 살균 및 항균, NOx 및 SOx의 제거, 소취 및 탈취, 열선반사, 담배의 니코틴 분해 제거, 자기정화(Self-cleaning), 유전손실, 유분분해 등의 특성으로 인하여 각종 산업분야에 광범위하게 이용된다.

광촉매 반응은 산화티타늄 표면에서의 화학결합의 절단, 격자결함의 생성 및 대기중의 산소분자의 흡착(0^-, O^2-) 등에 의하여 일어나는 복합적 광화학 표면반응이다. 이러한 반응이 광파장 400 나노미터 이하에서 일어나기 위하여서는, 가열에 따른 산화티타늄의 입자성장제어를 통하여 400 나노미터 이하 수준으로 초미립이어야 하며 비표면적(B.E.T)이 충분히 커야한다.

국내 특허 공개 93-16376, 96-7504 및 일본 JP08215563을 본 발명과 비교하여보면 특히 국내의 경우 흑연이 들어간 디젤분진필터 및 세라믹 다공질 필터가 소개되어 있고, 일본의 경우에는 탄소흑연내 산화티타늄 입자를 넣어서 광촉매를 만드는 기술이 있으나 전부 소결체로 제조하는 방법이며, 코팅막을 형성하는 방법에 있어서도 1차 가열하여 산화티타늄 분말을 얻고 난 후, 분말과 유기바인더를 혼합하여 다시 2차 가열하여 코팅막을 얻기 때문에 2중 열처리로 인한 입자성장이 발생하여 광화학 표면 반응에 적합한 400 나노미터 이하 수준의 산화티타늄 초미립자를 얻기가 어렵다.

또한, 유기바인더에 있어서도 고분자 유기물인 PVA, 셀룰로우즈, 불소수지 등을 채택하여 제조하므로 산화티타늄 광촉매 분해작용에 의하여 고분자 유기물에 함유되어 있는 할로겐(Halogen) 원소 자신이 분해되기 때문에 신뢰성이 높은 안정적인 코팅막이 형성 될 수 없다.

따라서 본 발명은, 티탄산산화물의 겔 상태로부더 1차 가열에 의하여 코팅막을 얻기 때문에 산화티타늄의 초미립자를 광화학 표면 반응에 참여할 수 있는 400나노미터 이하 수준으로 제어할 수 있으며, 비표면적 또한 충분히 크고 또한, 바인더로서 고분자 무기물인 실록세인 폴리머를 사용하기 때문에 열처리 후에는 광촉매 분해작용에 의하여 원소결합구조가 분해되지 않는 [O-Si-O]n의 구조를 가지는 신뢰성이 높은 안정된 산화티타늄 광촉매 코팅막 제조방법을 제공코저 한다.

이를 위한 본 발명은, 산화티타늄(Tio₂) 광촉매 코팅막을 고분자 무기물인 실록세인 폴리머(Siloxane polymer)를 바인더로하여 티탄산산화물의 겔(Gel) 상태로부터 제조하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 공정도.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그리고, 하기의 설명에서는 본 발명을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흐트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

본 발명의 실시예는 도 1의 공정도에 의거 설명된다.

[실시예]

(1) TEOT[Tetraethyl orthotitanate: Ti(OC₂H₅)₄]를 물/알콕사이드의 몰비를 10∼50 으로 하여 두용액을 혼합하고, 2∼8시간 교반하여 가수분해 반응을 시킨다. 이때 중성의 물 대신 1∼7wt%의 염산 또는 황산수용액을 사용한다.

반응식은 다음과 같으며, 비표면적이 큰 분자수준(nm)의 균일한 티탄산산화물을 얻을 수 있다.

Ti(OR)₄+ H₂O → HO - Ti(OR)₃+ ROH

Ti(OR)₄+ 4H₂O →Ti(OH)₄+4 ROH

(OR)₃Ti - OH+HO-Ti(OR)₃→(OR)₃Ti-O-Ti(OR)₃+H₂O

(OR)₃Ti - OR+HO-Ti(OR)₃→(OR)₃Ti-O-Ti(OR)₃+ROH

(2) 티탄산산화물을 메티놀 용액에 혼합한 후, 100W High pressure mercury lamp 로 광환원 방법에 의하여 조사하면서 증류수에 용해시킨 백금용액(1,000~5000PPM)을 투입하여 백금을 담지시킨 후, 200 니노미터 멤브레인 필터로 여과하여 백금담지 티탄산산화물을 얻는다.

이때의 조성비는 티탄산산화물 1∼5wt%, 4∼10wt%, 증류수 85∼95wt%, 백금용액 0.1∼0.5wt%로 한다.

(3) 실록세인 폴리머 바이터 100중량부에 (2)에서 얻어진 백금담지 티탄산산화물을 10∼150 중량부가 되도록 하여 상온에서 6∼24시간 분산시킨다.

(4) 분산이 완료된 백금담지 티탄산산화물 코팅조성물을 적합한 소재(금속 또는 비금속물)에 건조도막 두께 0.2∼35마이크로미터가 되도록 분사 또는 스핀코팅방법에 의하여 코팅시킨다.

(5) 코팅된 소재를 300~450℃에서 2∼12시간 가열하여 최종 산화티타늄 광촉매 코팅막을 얻는다.

이상과 같은 본 발명은, 티탄산산화물로부터 직접 산화티타늄 코팅막을 얻기 때문에 산화티타늄의 입자크기가 400 나노미터 이하 수준으로 제어되어 400 나노미터 이하의 파장에 의한 광촉매 표면화학반응의 효율성(photon efficiency)이 높고, 산화티타늄 초미립자의 비표면적이 55∼110m²/gr으로 크기 때문에 광촉매 표면반응 활성도가 높으며, 고분자 무기물인 실록세인 폴리머를 사용하므로 유연성이 탁월하고, 코팅막의 부착력이 높아 내구성이 우수하며, 안정된 산화티타늄 광촉매 코팅막을 얻을 수 있다.

또한 고분자 무기물인 실록세인 폴리머를 사용하기 때문에 열처리 후에는 광촉매 분해작용에 의하여 원소결합구조가 분해되지 않는 [O-Si-O]n의 구조를 가지는 특성으로 인해 광촉매 반응 후 생성되는 Mineral acids(무기산)에 대한 내화학성이 탁월하고, 다양한 색상의 광촉매 코팅막을 얻을 수 있으며, 분사 또는 스핀코팅 처리하기 때문에 복잡한 형상 및 대면적의 소재에도 용이하게 처리할 수 있는 등의 유용한 효과가 있어 종래 대비 신뢰성과 경제성이 탁월한 특징이 있다.

Claims

산화티타늄(TiO₂) 광촉매 코팅막을 고분자 무기물인 실록세인 폴리머(Siloxane polymer)를 바인더로하여 티탄산산화물의 겔(Gel) 상태로부터 제조하는 것을 특징으로 하는 산화티타늄 광촉매 코팅막 제조방법.