KR20010078480A - 광촉매 코팅 조화 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실내장식을 목적으로 이용되는 조화(造花)의 표면에 산화티탄 광촉매를 코팅함으로써 장식 효과뿐만 아니라 실내 공기정화와 살균 효과를 얻을 수 있는 광촉매 코팅 조화에 관한 것이다.

본 발명에 따르면 장식용 조화에 산화티탄이 함유된 광촉매 졸을 조화의 표면(20)에 코팅하여, 실내에 조사되는 태양 빛이나 전등 빛만으로도 상기 광촉매에 의해 실내 유해가스를 분해 제거하고 세균을 살균시킬 수 있는 기능성 조화가 제공된다.

Description

광촉매 코팅 조화 {Artificial Flower Coated with Photocatalyst}

본 발명은 장식용으로만 사용되고 있는 조화(造花)의 표면에 산화티탄 광촉매를 코팅하여 실내 공기를 오염시키는 포름알데히드, 아세트알데히드 등 유기 유해가스와 세균을 광촉매와 빛에너지에 의해 분해시켜 제거함으로써 쾌적한 실내공기를 유지하는 기능이 부여된 조화에 관한 것이다.

조화는 미관상 실내장식 효과가 높고 취급하기 쉬우며 수명이 반영구적이기 때문에 가정, 사무실, 업소 등에 널리 사용되고 있다. 조화의 재료는 주로 합성수지, 철사와 종이 등으로 구성되며 최근에는 여러 가지 방법으로 인조 꽃향기를 발산시키는 효과를 내고자 하는 노력도 시도되고 있다.

조화가 설치되는 장소는 대부분 가정이나, 사무실, 업소 등 실내공간이며, 이러한 곳은 가구나 실내 장식물에서 발생되는 포름알데히드 등의 유기 유해가스와 담배연기에 포함되어 있는 아세트알데히드, 벤조피렌 등의 유해가스에 의해 쉽게 공기가 오염되는 곳이다.

지금까지 조화는 시각적인 효과 때문에 단순히 장식물로 사용되는 것에 국한되었으나, 조화에 광촉매를 코팅하면 실내 조명이나 태양 빛에 의해 광촉매가 강한 산화작용을 일으켜 공기중 유기 유해가스를 분해하고 살균시키는 효과를 얻을 수 있다.

광촉매는 촉매에 쪼여진 빛 에너지에 의해 활성이 높은 물질을 생성하여 화학반응을 촉진시키는 물질로서 산화티탄(TiO₂), 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO₂) 등이 있으며, 이 중에서 내산, 내알칼리성이 강하고 인체에 무해한 산화티탄이 널리 알려져 있다. 광촉매에 밴드갭(band gap) 에너지 이상의 빛을 쪼여주면 전자와 정공이 생성되고, 이들에 의해 강한 산화-환원 반응이 진행된다. 산화-환원 과정에서 유기화학물질이 분해되어 무해한 이산화탄소와 물로 분해된다. 또, 이러한 강한 산화력에 의해 대장균, 황색 포도상구균 등의 세균을 제거하는 살균 효과도 나타난다. 따라서 장식용 조화에 광촉매를 코팅하면 본래의 장식효과를 살릴 수 있을 뿐만 아니라 실내공기 정화와 살균 기능까지 더할 수 있어 기능성을 크게 향상시킬수 있다.

본 발명은 상기 광촉매의 특성에 착안한 것으로서, 본 발명의 목적은 장식용 조화의 표면에 광촉매를 코팅하여 반영구적인 살균기능과 실내 유해가스 정화기능이 부여된 조화를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에서 사용되는 조화에 대한 적용예를 나타낸 그림.

도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 포름알데히드의 감소율과 이산화탄소의 생성율을 나타낸 그림.

도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른E. coli대장균의 살균율을 나타낸 그림.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

10. 광촉매 코팅막

20. 조화의 외표면

본 발명은 실내 장식용으로 이용되는 조화의 표면(20)을 산화티탄이 함유된 광촉매 졸을 스프레이(spray)법, 함침법, 딥코팅(dip-coating)법 등으로 코팅하여 조화 표면에 산화티탄 광촉매막(10)이 형성되도록 한다. 광촉매막이 형성된 조화는 간단한 열풍건조나 자연건조만으로도 조화 표면에 광촉매막을 견고하게 부착시킬 수 있다. 광촉매가 코팅된 조화는 그 막이 투명하기 때문에 고유의 색상을 그대로 살릴 수 있어 장식효과를 유지할 수 있으며, 실내조명이나 태양빛에 의해 광촉매의 강한 산화작용으로 공기중 세균에 대한 살균 효과와 실내 유해가스 정화 기능을 제공할 수 있다.

광촉매졸의 제조방법과 광촉매를 조화에 코팅하는 방법, 광촉매가 코팅된 조화의 살균능력과 유해가스 분해 능력은 실시예를 들어 상세히 설명한다.

(실시예1)

공기를 제거하고 질소가스를 1기압 가량 충진한 글로브박스 내에서 시약이 외부기체와 접촉하지 않도록 조절한 후 염산 32 ml 플라스크에 옮겨 담고 교반하면서 무수에탄올 1 L를 가한다. 약 20분 동안 이 용액을 교반시키며 혼합시킨 후 티타늄 부톡사이드(Titanium butoxide) 84 ml와 증류수 300 ml를 천천히 가하면서 2시간 동안 교반시키면 투명한 산화티탄 광촉매 용액이 만들어진다. 이 용액을 전기로에서 500 ℃ 까지 5 ℃/min 승온속도로 서서히 가열하고 500 ℃에서 5시간 동안 유지한 후 서서히 냉각시키면 미립자 산화티탄 광촉매가 얻어진다. 이 미립자 광촉매의 입자 크기는 평균 30 nm로서 미세한 분말 형태이다. 이 미립자 광촉매에 대하여 X-ray 회절 피크를 조사한 결과 산화티탄의 형상은 완전한 아나타제(anatase) 상임이 확인되었다. 이 미립자 산화티탄 5 g과 수산화칼륨 40 g을 함께 무수에탄올 1 L에 부어 넣은 후 50 ℃에서 2시간 동안 교반시켜 광촉매 졸(sol)을 제조하였다.

시중에서 흔히 구할 수 있는 조화를 3송이 씩 나누어 정확하게 50 g 씩 되게 분배하고 이에 대하여 위에서 제시한 방법으로 제조한 광촉매를 스프레이법과 함침법으로 각각 코팅하였다. 코팅한 조화는 공기중에서 하룻 동안 자연건조시킨 후 성능평가를 하였다.

실내 공기의 대표적인 유해가스인 포름알데히드에 대한 광촉매 코팅 조화의 분해 능을 조사하였다. 광분해 반응은 8 W 블랙라이트 3개와 기체 순환모터가 설치된 스테인레스 재질의 폐쇄식 기체반응기에서 실험하였다. 반응기의 내부 용적은 17 L이다. 시료에 조사(照射)되는 빛은 UV A영역(파장: 300∼400 nm)의 자외선이며 광량은 23 W/m²이었다. 이 반응장치는 가스크로마토그래프와 연결하여 시간에 따라 반응물과 생성물의 농도를 측정할 수 있도록 하였다.

광촉매가 코팅된 조화를 반응기에 넣고 밀폐시킨 후 포름알데히드를 기화시켜 주입하였다. 흡착에 의해 포름알데히드의 농도가 감소되는 것을 배제하기 위해 수시로 농도를 분석하며 평형에 이루도록 기다린 후 램프를 켜고 광분해 반응을 시작하였다. 자외선을 조사하지 않은 반응 초기의 포름알데히드의 농도는 300 ppm이었으나, 램프를 켜고 반응을 시작함에 따라 포름알데히드의 농도는 서서히 감소하고 포름알데히드가 분해되어 발생하는 이산화탄소의 농도는 점차 늘어났다.

도 2는 두가지 방법으로 광촉매를 코팅한 조화에 대한 포름알데히드의 광분해 반응 결과이다. 함침법과 스프레이법으로 코팅한 조화에 대한 포름알데히드의 분해곡선과 이산화탄소의 생성곡선을 함께 나타내었다. 포름알데히드 등 유기화합물이 광촉매에 의해 분해되면 최종 물(H₂O)과 이산화탄소(CO₂)로 분해된다. 이 실시예의 경우에도 시간이 경과함에 따라 생성물 중 이산화탄소와 물의 생성량이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 포름알데히드가 단순히 조화 표면에 흡착되어 농도가 낮아지는 것이 아니라 조화 표면에 코팅된 광촉매에 의해 포름알데히드가 분해되어 농도가 낮아짐을 알 수 있었다.

함침법으로 광촉매를 코팅하면 스프레이법에 비해 포름알데히드의 분해 속도가 빠르고 이산화탄소 생성속도도 빨랐다. 그러나 스프레이법으로 광촉매를 코팅한 경우에도 함침법에 의한 경우보다는 분해 속도가 약간 느리나, 20분이 경과하면 포름알데히드는 초기 농도의 80% 가량이 분해되고, 50분 경에는 완전히 분해되는 것으로 나타났다.

함침법에 의한 광촉매의 코팅방법은 다른 방법에 비해 코팅되는 양이 많고코팅막도 두터워 지므로 광촉매 효율이 높은 것이 일반적이다. 그러나 이 방법을 조화에 적용할 경우 작업능률이 떨어지며 광촉매의 소모량이 많아 비경제적이다. 스프레이법으로 코팅할 경우 코팅하기가 매우 쉽고 원료의 소모량도 크게 줄어 이러한 문제점을 해소할 수 있으며, 이 방법이 함침법에 비해 분해 속도가 약간 늦지만 실내 오염공기를 정화시키기에 충분한 분해 능력이 있는 것으로 확인되었다. 따라서 조화에 대한 광촉매 코팅방법은 스프레이법이 이상적이며, 본 실시예의 결과에서 볼 수 있듯이 스프레이법으로 광촉매를 조화에 코팅하여도 광촉매의 포름알데히드 분해 성능이 우수하여 이 방법을 적용하는 것이 유리할 것으로 판단된다.

(실시예 2)

스프레이법으로 광촉매를 코팅한 조화와 코팅하지 않은 조화를 각각 5 g 씩 잘라내어E. coli가 13x10⁶마리/ml의 농도로 분산된 용액에 넣고 살균율을 조사하였다.

광원은 블랙라이트를 사용하였으며 빛의 양은 16 W/m²(파장: 300∼400 nm)이었다. 도 3은 시간이 경과함에 따라 채취한 시료의 생균수를 측정하여 살균율을 나타낸 그림이다. 광촉매를 코팅한 조화에서는 60분이 경과하면 95% 이상 살균되었다, 그러나 광촉매를 코팅하지 않은 일반 조화에서는 살균율이 5% 정도밖에 되지 않아 현격한 차이를 보였다. 따라서 광촉매를 조화에 코팅함으로써 광촉매의 살균기능에 의해 대장균을 쉽게 제거할 수 있었다.

이상과 같이 조화에 광촉매를 코팅하면 본래의 기능인 장식효과도 얻으면서실내공기를 오염시키는 유해 화학물질을 분해하여 제거할 수 있으며, 세균도 살균시킬 수 있는 기능성 환경정화용 제품으로 활용할 수 있다.

상기와 같이 본 발명에 따른 광촉매 코팅 조화는 본래의 기능인 장식효과를 그대로 살리면서, 광촉매의 기능에 의해 특별한 에너지원이 없어도 실내 조명등이나 태양광만으로 살균효과와 실내공기 정화 효과를 반영구적으로 얻을 수 있어 환경 정화능력을 갖춘 기능성 제품으로 효용가치를 높일 수 있다.

Claims (1)

1. 장식용 조화(造花)에 있어서 그 표면에 산화티탄과 같은 광촉매를 코팅하여 공기정화 및 살균 기능을 부여하는 것을 특징으로 하는 광촉매 코팅 조화.