KR20000012172A

KR20000012172A - 광반도성복합세라믹스와그제조방법

Info

Publication number: KR20000012172A
Application number: KR1019990009735A
Authority: KR
Inventors: 전형탁
Original assignee: 전형탁
Priority date: 1999-03-22
Filing date: 1999-03-22
Publication date: 2000-03-06
Also published as: KR100310039B1

Abstract

본 발명은 광반도성 복합 세라믹스와 그 제조방밥에 관한 것으로, Ti[OCH(CH₃)₂]₄와 (CH₃)₂CHOH로 제조한 TiO₂sol 0.57mol/ℓ, C₈H₂₀O₄Si와 (CH₃)₂CHOH로 제조한 SiO₂sol 0.44mol/ℓ, Zn(C₂H₃O₃)₂로부터 제조한 ZnO sol 0.5mol/ℓ그리고 Silver를 각각 제조하여 이를 중량대비 TiO₂sol, SiO₂sol, ZnO sol와 Silver로 복합 처리한 수용액 또는 분말 상태로 이루어짐으로써, 항균, 탈취, 대기·수질 오염물질의 분해, 원적외선 방사 및 자외선 차단 등의 복합적 기능을 발휘하는 광반도성 복합 세라믹스를 수십 나노미터 크기의 미립자로 제조하여, 이것을 섬유류, 요염제품류 및 수지(플라스틱)류 등 산업분야 및 실생활에 적용함으로써 기능의 지속성, 내열성, 안정성 등을 증진시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

광반도성 복합 세라믹스와 그 제조방법{Photo semiconductive composite ceramics and the manufacturing method}

[산업상 이용분야]

본 발명은 광반도성 복합 세라믹스와 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 항균, 탈취, 대기·수질 오염물질의 분해, 원적외선 방사 및 자외선 차단 등의 복합적 기능을 발휘할 수 있도록 한 광반도성 복합 세라믹스와 그 제조방법에 관한 것 이다.

[종래 기술]

일반적으로 섬유 및 제지류, 페인트, 식품용기, 포장필름 등의 수지류에 세라믹스 미분말을 함침시키는 것에 의해 항균작용, 탈취작용, 원적외선 방사특성으로 자외선차단 및 각종 세균으로부터의 보호, 신선도 증진, 환경오염방지에 큰 역할을 하고 있다.

이러한 특성을 갖는 세라믹스로서는 광촉매 역할을 하는 것으로서 TiO₂가 잘 알려져 있으며 항균성, 자외선 조사에 의한 자동차 배기가스와 대기 중의 NOx,SOx의 분해 및 정화, 농약 및 유기염소 화합물로 오염된 토양의 정화, 병원 및 공공장소에서의 공조설비에 장착함으로써 살균, 탈취에 크게 효과적이며 또 ZnO는 자외선 흡수효과가 매우 커서 자외선 차단제로 크게 기대되는 세라믹 쟤료이며 SiO₂, Al₂O₃등도 역시 원적외선을 대량 방출하는 특성이 있다.

[종래기술의 문제점]

그 동안 국내, 외에서 초미립자를 제조하는 방법으로는 분무 변환법, 축합 공침법 등(한국특허공고 93-10558, 96-2416) 다양한 방법이 있고, 나노 미립자로 항균성, 자외선 차단 등의 단독 기능만을 발휘(미국특허 5180585)하거나, 원적외선 방사와 항균성 등 복합기능을 발휘하지만 입자경이 수 마이크로미터(일본특허공개평9-77620, 한국특허공고 93-8252,96-3672) 등의 선행기술은 있지만 복합기능을 발휘하면서 수십 나노미터 크기의 초미세 분말을 얻지 못하는 문제점이 있었다.

따라서 이와 같은 문제점을 해결하기 위해서는 세라믹스의 복합기능 발현을 위한 세라믹스 성분의 최적조성과 나노 미립자화는 더욱 연구개발이 요구되며, 특히 세라믹스를 섬유 등에 적용시킬 때 분말의 응집 등에 관한 문제가 해결된다면 섬유방사시 사절(絲絶)문제도 없으면서, binder 없이 후처리 가공도 가능한 고부가가치의 제품이 개발될 수 있으리라 생각된다.

[발명의 목적]

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 제문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 복합기능발현을 위한 세라믹스 성분의 최적조성과 나노 미립화에 대한 기술로서 항균, 탈취, 자외선 차단, 원적외선 방사율 등이 90% 이상을 보이는 나노사이즈의 광반도성 복합 세라믹스와 그의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

[목적을 달성하기 의한 수단]

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광반도성 복합 세라믹스와 그 제조방법은 Titanium isopropoxide(Ti[OCH(CH₃)₂]₄)와 Isopropyl alcohol((CH₃)₂CHOH)로 제조한 TiO₂sol 0.5mol/ℓ, Tetraethyl orthosilicate Tetraethoxysilane(C₈H₂₀O₄Si)와 Isopropyl alcohol((CH₃)₂CHOH)로 제조한 SiO₂sol 0.44mol/ℓ, Zn acetate(Zn(C₂H₃O₂)₂)로부터 제조한 ZnO sol 0.5mol/ℓ 그리고 Silver를 각각 제조하여 이를 중량대비 TiO₂sol, SiO₂sol, ZnO sol와 Silver로 복합 처리한 수용액 또는 분말 상태로 이루어짐과 방법을 특징으로 한다.

발명이 이루고자 하는 기술적 과제 누락

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 광반도성 복합 세라믹스는 Titanium isopropoxide(Ti[OCH(CH₃)₂]₄)와 Isopropyl alcohol((CH₃)₂CHOH)로 제조한 TiO₂sol 0.57mol/ℓ, Tetraethyl orthosilicate Tetraethoxysilane(C₈H₂₀O₄Si)와 Isopropyl alcohol((CH₃)₂CHOH)로 제조한 SiO₂sol 0.44mol/ℓ, Znacetate(Zn(C₂H₃O₂)₂)로부터 제조한 ZnO sol 0.5mol/ℓ그리고 Silver를 각각 제조하여 이를 중량대비 TiO₂sol, SiO₂sol, ZnO sol와 Silver로 복합 처리한 수용액 또는 분말 상태로 이루어짐읕 특징으로 한다.

여기서, 이를 중량대비 TiO₂so1 50%, SiO₂sol 40%, ZnO sol 9% 와 Silver 1% 비율로 복합 처리한 수용액 또는 분말 상태로 이루어짐을 특징으로 한다.

한편 본 발명에 따른 광반도성 복합 세라믹스 제조방법은 Titanium isopropoxide(Ti[OCH(CH₃)₂]₄)와 Isopropyl alcohol((CH₃)₂CHOH)로 제조한 TiO₂sol 0.57mol/ℓ, Tetraethyl orthosilicate Tetraethoxysilane(C₈H₂₀O₄Si)와 Isopropyl alcohol((CH₃)₂CHOH)로 제조한 SiO₂sol 0.44mol/ℓ, Zn acetate(Zn(C₂H₃O₂)₂)로부터 제조한 ZnO sol 0.5mol/ℓ그리고 Silver를 각각 제조하여 이를 중량대비 TiO₂sol, SiO₂sol, ZnO sol와 Silver로 복합 처리한 수용액 또는 분말 상태로 제조함을 특징으로 한다.

또한, 이를 중량대비 TiO₂sol 50%, SiO₂sol 40%, ZnO sol 9%와 Silver 1% 비율로 복합 처리한 수용액 또는 분말 상태로 제조함을 특징으로 한다.

여기서, 상기 수용액 또는 분말 상태를 유기물, 무기물, 금속물 등에 코팅 또는 첨가함과 제오라이트, 인산칼슘류, 인산지르코늄류, 세라믹, 황토, 숯, 키토산 등에 중량비 10%를 혼합시켜 화합물을 제조함을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 광반도성 복합세라믹스의 제조방법은 TiO₂, SiO₂, ZnO 등 금속 또는 금속염 중 1종 이상의 금속 또는 금속염을 물, 벤젠, 알콜, 염산, 질산, 암모니아, 과산화수소 중 1종 이상과 반응시켜 각각의 sol을 제조하는 단계와 이어서 상기한 금속 또는 금속염에 Ag,Zn,Cu 중 1종 이상의 금속이온을 담지하는 단계, 그리고 상기 금속이온을 첨가한 상기 금속염의 복합세라믹스 조성물을 만드는 단계로 이루어진다.

[실시예]

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

실시예1

본 발명의 실시예1은 TiO₂sol 80%와 SiO₂sol 19%, Ag 1%의 복합 sol을 제조하여 섬유에 함침시키고 광반도성 항균성 섬유를 제조하였다.

이렇게 제조한 광반도성 섬유의 항균성을 다음과 같은 조건으로 항균성 시험을 하였다.

·시험조건 : 시험균액을 25℃에서 24 hr 진탕배양 후 균수측정

(진탕횟수 150회/분) 시료표면적 : 60㎠

·사용공시균주 : Escherichia coli (ATCC 25922)

결과는 표1과 같이 99.8%의 멸균율을 보이는 것을 알 수 있으며 이것으로 광반도성 복합 세라믹의 효과가 충분히 발휘되고 있다는 것을 확인할 수 있다.

표1. 광반도성 세라믹스의 항균성 시험 결과(세균수/mℓ)

실시예2

본 발명의 실시예2는 상기한 광반도성 복합 세라믹을 도자기 유약에 분말과 수용액상상태로 첨가하고 항균특성을 조사하였다.

도자기 유약의 4w%에 상당하는 광반도성 복합 세라믹을 수용액상상태로 유약에 첨가하고 1300℃로 소성하여 도자기를 제조하였고 다음과 같은 조건에서 항균성 실험을 실시하였다.

·시험조건 : 시험균액올 25℃에서 24hr 정치배양 후 균 수 측정

시료표면적 60㎠

·사용공시균주 : 균주1 Escherichia coli(ATCC 43895)

균주2 Bacillus megatherium (ATCC 10778)

결과는 표2와 같이 98.5%의 멸균율을 보이며 이러한 현상으로부터 도자기나 타일에 광반도성 복합세라믹스를 사용하는 경우에는 도자기나 타일의 제조공정상 분말이든 수용액상이든 커다란 차이는 없다.

표2. 광반도성 복합 세라믹스 첨가 도자기의 항균 특성

실시예3

본 발명의 실시예3은 광반도성 복합 세라믹 분말의 광화학 반응의 효율을 측정하기 위하여 다량의 부유물질을 포함한 담갈색의 염류폐수를 이용하여 COD, BOD, 색도의 분해반응 정도를 측정하여 대상물질의 광화학 반응 정도를 측정하였다.

※ 처 리 결 과

1) 대상물질 : 다량의 부유물질을 포함한 담갈색의 염류폐수

① COD_Mn: 220.0PPM

② BOD : 161.25PPM

③색도 : 9,134.98

2) 처리방법 :

① 원수를 여과지를 이용하여 여과함

② 여과한 여과수에 광촉매를 투입

③ 광촉매를 투입한 원수를 교반

④ 황산을 이용하여 pH 조정 (6.79 →3.0)

⑤ 반응기(Batch type) 내에서 자외선조사

표3. 염류폐수의 광화학 반응 처리결과

본 발명의 실시예3의 결과 역시 실시예1,2와 유사한 효과를 갖게 되었다.

실시예4

본 발명의 실시예4는 상기한 광반도성 복합졸을 형광램프에 코팅 처리하여 이 코팅처리 된 형광램프의 광촉매 효능으로 인한 탈취, 방오효과 및 항균효과를 시험하였다.

(1)탈취(악취제거)효과 시험

가. 시험 기기 : ① GASTEC (Model 801. GASTEC Co. JAPAN)

② 밀폐 BOX (25cm×25cm×65cm)

나. 시험 방법 : 밀폐 BOX內에 악취발생원인인 아세트알데히드를 주입한 후, 측정하여 1000PPM이 되도록 하고, 램프를 점등하여 시간이 경과됨에 따른 아세트알데히드의 농도 변화를 측정함.

다. 시험 조건 : ① 실내온도 : 25 ± 2℃

② 상대습도 : 25 ± 2%

③ Sample양 : FL 20S EX-D/18 ×3개

라. 시험 결과 단위 : PPM

(2) 방오(오염물질 분)효과 시험

가. 시험 기기 : 휘도계(Model BM-7.TOPCON Co.JAPAN

나. 시험 방법 : 램프를 점등한 상태에서 측정한 값을 최대휘도로 하고, 램프 표면에 오염물질(적색잉크)을 도포한 후 측정한 휘도를 초기휘도로 하여 시간경과에 따른 휘도의 변화를 측정, 오염물질의 분해율을 구한다.

다. 시험조건 : ① 실내온도 : 25 ± 2℃

② 상대습도 : 55 ±5%

③ Samp1e양 : FL 20S EX-D/18 × 1개

라. 시험결과 단위 : %(오염분해율)

(3) 항균(세균사멸)효과 시험

가. 시험 기기 : Clean Beanch (덕우과학, 한국)

Colony Countor (덕우과학, 한국)

Incubater (덕우과학, 한국)

나. 시험 방법 : 광반도성 복합세라믹스가 코팅된 배양접시에 10㎖ 대장균을 담아 자외선 강도 0.5mW/㎠의 형광램프를 조사하여 시간대별 세균의 사멸율을 측정하고, 광촉매가 코팅 안된 배양접시에 대해서도 동일 방법으로 비교 측정한다.

다. 시험 조건 : Escherichai Coil ATCC 25922

라. 시험 결과

본 발명의 실시예에서도 실시예 1, 2, 3과 마찬가지로 광반도성 복합 세라믹스의 광촉매 효능은 항균, 탈취, 방오에 상당한 효능이 있음을 알 수 있다.

실시예5

본 발명의 실시예5는 상기한 광반도성 복합세라믹스를 섬유에 처리하였을 때 섬유의 광촉매 효능으로 인한 탈취, 방오효과 및 항균효과를 시험하였다.

표5. 섬유의 광화학 반응 처리결과

본 발명의 실시예5에서도 실시예 1, 2, 3, 4와 마찬가지로 광반도성 복합 세라믹스를 섬유에 처리하였을 때 광화학 반응 처리결과가 90%로 우수하게 나왔다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 광반도성 복합 세라믹스와 그 제조방법은 항균, 탈취, 대기·수질 오염물질의 분해, 원적외선 방사 및 자외선 차단등의 복합적 기능을 발휘하는 광반도성 복합 세라믹스를 수십 나노미터 크기의 미립자로 제조하여, 이것을 섬유류, 요업제품류 및 수지(플라스틱)류 등 산업분야 및 실생활에 적용함으로써 기능의 지속성, 내열성, 안정성 등을 증진시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 명세서에 기재한 비람직한 실시예는 예시적인 것으로써 한정적인 것은 아니며, 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 나타나 있고, 그들 특허 청구범위의 의미중에 들어가는 모든 변형예는 본 발명에 포함되는 것이다.

Claims

Ti[OCH(CH₃)₂]₄와 (CH₃)₂CHOH로 제조한 TiO₂sol 0.57mol/ℓ, C₈H₂₀O₄Si와 (CH₃)₂CHOH로 제조한 SiO₂sol 0.44mol/ℓ, Zn(C₂H₃O₂)₂로부터 제조한 ZnO sol 0.5mol/ℓ 그리고 Silver를 각각 제조하여 이를 중량대비 TiO₂sol, SiO₂sol, ZnO sol와 Silver로 복합 처리한 수용액 또는 분말 상태로 이루어짐을 특징으로하는 광반도성 복합 세라믹스.
제1항에 있어서, 이를 중량대비 TiO₂sol 50%, SiO₂sol 40%, ZnO sol 9%와 Silver 1% 비율로 복합 처리힌 수용액 또는 분말 상태로 이루어짐을 특징으로 하는 광반도성 복합 세라믹스.
Ti[OCH(CH₃)₂]₄와 (CH₃)₂CHOH로 제조한 TiO₂sol 0.57mol/ℓ, C₈H₂₀O₄Si와 (CH₃)₂CHOH로 제조한 SiO₂sol 0.44mol/ℓ, Zn(C₂H₃O₂)₂로부터 제조한 ZnO sol 0.5mol/ℓ 그리고 Silver를 각각 제조하여 이를 중량대비 TiO₂sol, SiO₂sol, ZnO sol와 Silver로 복합 처리한 수용액 또는 분말 상태로 제조함을 특징으로 하는 광반도성 복합 세라믹스 제조방법.
제3항에 있어서, 이를 중량대비 TiO₂sol 50%, SiO₂sol 4O% , ZnO sol 9%와 Silver 1% 비율로 복합 처리한 수용액 또는 분말 상태로 제조함을 특징으로 하는 광반도성 복합 세라믹스 제조방법.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 수용액 또는 분말 상태를 제오라이트, 인산칼슘류, 인산지르코늄류, 세라믹, 황토 숯, 키토산 등에 혼합시켜 화합물을 제조함을 특징으로 하는 광반도성 복합 세라믹스의 제조방범.
제3항 또는 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 수용액 또는 분말 상태를 유기물, 무기물, 금속물 등에 코팅 또는 첨가함을 특징으로 하는 광반도성 복합 세라믹스의 제조방법.