KR20050107593A - 광촉매체 - Google Patents

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KR20050107593A
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Abstract

수지 기재와, 광촉매의 기능이 손상되지 않는 방식으로 상기 수지 기재 상에 견고하게 증착된 광촉매 입자를 구비하는 광촉매체가 제공된다. 광촉매체가 장기간에 걸쳐 사용되더라도, 광촉매 입자는 쉽게 제거되지 않으며 수지 기재는 쉽게 열화되지 않는다. 광촉매체에서 광촉매 입자는 실란 화합물을 통한 화학 결합에 의해 상기 기재에 결합된다. 광촉매체는 실란 화합물을 통한 화학 결합이 그래프트 중합에 의한 결합이고 그래프트 중합은 방사선 유기 그래프트 중합인 것을 특징으로 한다.

Description

광촉매체{PHOTOCATALYTIC MATERIAL}
본 발명은 악취 제거, 미생물의 살균 및 저농도(hypodense) 질소 산화물의 제거와 같은 각종 반응을 유기하는 광촉매 입자의 화학 결합을 통해 형성되는 광촉매체에 관한 것이다.
광촉매 입자는 광 여기된 전자의 강한 환원력 및 정공의 강한 산화력에 의해 방염, 방진, 살균, 냄새 제거 및 공기 정화와 같은 여러 가지 효과들을 유기한다. 따라서, 광촉매 입자는 일용품, 건자재, 토목과 같은 각종 분야에서 개발되어 왔다. 가시광에 반응하는 가시광 반응형 광촉매 입자가 최근에 개발되었고 자외선의 양이 적은 실내에서 사용될 수 있다.
일용품, 건자재 및 토목과 같은 각종 분야에서 광촉매 입자의 유리한 효과를 이용하기 위해, 광촉매 기능이 유지되고 기재(base substrate) 상에 부정적인 효과를 야기하지 않는 방식으로 각종 기재에 광촉매 입자를 견고하게 결합하는 것이 필요하다.
광촉매 입자가 결합된 기재가 수지로 제작된 경우에, 수지 기재는 광촉매 입자의 강한 산화력으로 인해 열화된다. 따라서, 다음의 문제점이 생긴다. 즉, 기재로부터 광촉매 입자를 제거함으로써 광촉매 기능이 감소되고 수지 기재가 자신의 본래 기능을 충족시키지 못한다.
광촉매 입자를 수지로 된 섬유, 필름 및 성형체의 표면 상에 결합하는 경우, 수지의 열화를 억제하는 광촉매 입자의 결합법은 실용성의 관점에서 중요한 기술이다.
종래, 수지 기재 상에 광촉매 입자를 결합하기 위한 방법으로서, 광촉매 입자의 강한 산화력에 쉽게 열화되지 않는 불소 수지 또는 실리콘 수지와 같은 유기 바인더(organic binder)를 이용하는 방법들(특허 문헌 1 및 2 참조)이 있다. 광촉매 입자와 수지 기재와의 접촉을 방지하는 방법들이 공개되어 있다. 예컨대, 산화 실리콘(SiOx) 또는 산화 알루미늄으로 제조된 무기막(inorganic membrane)을 스퍼터링법을 통해 수지 기재의 표면상에 형성하는 방법들이 공개되어 있다(특허 문헌 3 내지 5 참조).
가장 강한 산화 내성을 갖는 테트라플루오로에틸렌으로 구성된 불소 수지를 바인더로서 사용하는 경우에는, 수지 기재의 표면상에 광촉매 입자를 결합시키기 어렵다. 따라서, 광촉매 입자의 밀착을 향상시키기 위해, 열경화성 수지를 추가한다. 탄화 수소를 함유하는 수지를 불소 수지와 함께 추가하는 경우, 탄화 수소를 함유하는 수지가 광촉매 입자의 강한 산화력에 의해 용해된다. 따라서, 착색 및 악취가 생긴다. 실리콘 수지를 바인더로서 사용하는 경우, 실리콘 수지의 성분에 따라 광촉매 입자 및 수지 기재의 밀착성을 확보하기 어렵고 광촉매 입자가 균일한 고정층을 형성하기 어렵다.
반면에, 광촉매 입자가 수지 기재와 접촉하는 것을 방지하기 위해, 실리콘 또는 알루미늄 산화물로 제조된 조밀한 무기막을 스퍼터링법을 통해 수지 기재의 표면상에 형성하는 방법이 공개되어 있다. 그러나, 수지 기재와 무기막간의 열 팽창 계수의 차이에 따라 그리고 수지의 성분에 따라 우수한 접착성을 갖는 무기막을 형성하기 어렵다. 또한, 스퍼터링법에 의해 발생하는 열로 인해 수지 기재가 변형되고 생산성은 감소한다. 이와 같이, 해결되어야 할, 위에서 언급한 여러 가지 문제점들이 있다.
(특허 문헌 1: 일본 특개평 10(1998)-216210 호)
(특허 문헌 2: 일본 특개평 10(1998)-001879 호)
(특허 문헌 3: 일본 특개평 08(1996)-215295 호)
(특허 문헌 4: 일본 특개평 10(1998)-17614 호)
(특허 문헌 5: 일본 특개평 2002-248355 호)
본 발명은 광촉매 기능이 손상되지 않는 방식으로 광촉매 입자가 수지 기재에 견고하게 결합된 광촉매체를 제공하고, 광촉매체가 장기간에 걸쳐 사용되는 경우에도 광촉매 입자의 제거 및 수지 기재의 열화를 억제하는 광촉매체를 제공하는 것이다.
위에서 설명된 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 광촉매체는 다음의 구조를 구비한다.
본 발명은 기재와, 실란 화합물을 통한 화학 결합에 의해 기재 상에 결합된 광촉매 입자를 구비한 광촉매체를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 실란 화합물을 통한 화학 결합이 그래프트 중합(graft polymerization)인 광촉매체를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 그래프트 중합이 방사선 유기 그래프트 중합인 광촉매체를 제공하는 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 구체적으로 설명한다. 본 발명의 광촉매체에 사용되는 광촉매 입자는 밴드갭 에너지보다 높은 에너지를 갖는 파장의 광을 조사함으로써 광촉매 기능을 유기하는 입자이다. 광촉매 입자는 산화 티타늄, 산화 아연, 산화 텅스텐, 산화 철, 티탄산 스트론티움, 황화 카드뮴 및 셀렌화 카드뮴과 같은 공지의 금속 화합물 반도체들 중 하나 이상을 포함하는 혼합물로 되어 있다. 여기서는, 산화 티타늄을 사용하는 것이 바람직하며, 이는 산화 티타늄이 투명성 및 내구성이 좋고 무해하기 때문이다.
산화 티타늄의 결정 구조로는 루틸(rutile)형, 아나타세(anatase)형, 브루카이트(brookite)형 또는 무정(amorphous)형을 들 수 있다. TiO2 - xNx 및 TiO2 -x (x는 1 이하)를 사용할 수 있다. 여기서, TiO2 - xNx는 산화 티타늄 내의 적어도 하나의 산소 원자를 음이온(anion)의 역할을 하는 질소 원자로 치환한 것이다. TiO2-x는 산소 원자가 부족하고 화학량론비로부터 크게 벗어난 것이다.
광촉매 기능을 증가시키기 위해, 바나듐, 구리, 니켈, 코발트, 크롬, 팔라듐, 은, 백금 및 금과 같은 금속 또는 금속 화합물을 광촉매 입자의 표면상에 또는 광촉매 입자에 제공할 수 있다.
흡착제를 광촉매 입자와 함께 사용할 수 있다. 따라서, 악취 제거 성능 및 대기 중의 오염물질 제거 성능을 증가시킬 수 있다. 바람직하게, 흡착제로는, 활성탄과 같은 탄소계 흡착제, 제올라이트계 흡착제, 분자 시브(molecular sieve), 아파타이트(apatite), 알루미나, 산화 실리콘과 같은 금속 산화물계 흡착제, 및 킬레이트 수지를 들 수 있다.
본 발명에 따라, 광촉매 입자는 화학 결합을 통해 수지 기재 상에 결합된다. 화합 결합에 사용되는 재료는 실란 화합물이다. 실란 화합물의 예로는 X-Si(OR)3에 의해 표현되는 실란 커플링제를 들 수 있다. X는 비닐기, 에폭시기, 스티릴기, 메타크릴로기, 아크릴록시기, 이소시아나이트기, 폴리설피드기, 아미노기, 머캅토기(mercapto), 및 크롤기와 같은 유기물과 화학 반응하는 관능기이다. R은 메톡실기 및 에톡실기와 같은 가수분해가능 기이다. 메톡실기 및 에톡실기를 포함하는 알콕실기가 가수분해되어 실라놀기를 형성한다. 실라놀기, 비닐기, 에폭시기, 스티릴기, 메타크릴로기, 아크릴록시기 및 이소시아나이트기와 같은 불포화 결합을 포함하는 관능기는 고반응성기로서 알려져 있다. 본 발명의 광촉매체에서는, 고반응성 실란 커플링제를 이용함으로써 화학 결합을 통해 기재의 표면상에 광촉매 입자가 결합된다.
본 발명에서 사용될 수 있는 실란 커플링제로는, 비닐 트리클로로 실란, 비닐 트리메톡시 실란, 비닐 트리에톡시 실란, 비닐 트리아세톡시 실란, N-β-(N-비닐 벤질 아미노 에틸)-γ-아미노 프로필트리메톡시 실란, N-(비닐 벤질)-2-아미노에틸-3-아미노 프로필 트리메톡시 실란 히드로클로라이드, 2-(3,4에폭시 싸이클로헥실) 에틸 트리메톡시 실란, 3-글리시독시프로필 트리메톡시 실란, 3-글리시독시프로필 메틸 디에톡시 실란, 3-글리시톡시프로필 트리에톡시 실란, p-스틸일 트리메톡시 실란, 3-메타크릴록시프로필 메틸 디메톡시 실란, 3-메타크릴록시프로필 트리메톡시 실란, 3-메타크릴록시프로필 메틸 디에톡시 실란, 3-메타크릴록시 프로필 트리에톡시 실란, 3-아크릴록시 프로필 트리메톡시 실란, 3-이소시나이트 프로필 트리에톡시 실란, 비스(트리에톡시 실릴 프로필) 테트라설피드, 3-아미노 프로필 트리메톡시 실란, 3-아미노프로필 트리에톡시 실란, 3-트리에톡시실릴-N-(1,3-디메틸-부틸리덴) 프로필아미노, N-페닐-3-아미노 프로필 트리메톡시 실란, N-2(아미노 에틸)3-아미노 프로필 메틸 디메톡시 실란, N-2(아미노 에틸)3-아미노 프로필 트리메톡시 실란, N-2(아미노 에틸)3-아미노프로필 트리에톡시 실란, 3-머캅토프로필 메틸 디메톡시 실란 및 3-머캅토프로필트리메톡시 실란을 들 수 있다.
이 실란 커플링제는 위에서 설명한 재료들 중 하나 이상을 함유하는 혼합물로 되어 있다. 필요한 양의 실란 커플링제가 메탄올 및 에탄올과 같은 용제로 용해되고, 가수분해에 필요한 물이 추가된다.
여기서 사용될 수 있는 용제로는, 에탄올, 메탄올, 프로판올 및 부탄올과 같은 저급 알코올, 포름산 및 프로피온산과 같은 저급 알킬카르복실산, 톨루엔 및 크실렌과 같은 방향족 화합물, 에틸 아세테이트 및 부틸 아세테이트와 같은 에스테르, 메틸 셀솔브 및 에틸 셀솔브와 같은 셀로솔브를 들 수 있다. 용제는 위에서 설명된 재료들 중 하나 이상을 함유하는 혼합물로 되어 있다. 또한, 상기 용제는 수용액의 상태로 사용될 수 있다. 용제를 물로 용해하기 어려운 경우에는, 초산을 추가하여 약산성 수용액을 만드는 것이 바람직하다. 따라서, 알콕시 실란기의 가수분해성 및 수용성을 증가시킬 수 있다.
필요한 경우, 실란 커플링제의 용액에, Si(OR1)4(여기서, R1은 탄소수가 1 내지 4인 알킬임) 또는 R2nSi(OR3)4-n(여기서, R2는 탄소수 1 내지 6의 탄화 수소기이고, R3는 탄소수 1 내지 4의 알킬이고, n은 정수 1 내지 3임)로 표현되는 알콕시 실란 화합물을 추가한다. Si(OR1)4 의 알콕시 실란 화합물은 테트라메톡시 실란 및 테트라에톡시 실란을 포함한다. R2nSi(OR3)4-n의 알콕시 실란 화합물은 메틸 트리메톡시 실란, 메틸 트리에톡시 실란, 디메틸 디에톡시 실란, 페닐 트리에톡시 실란, 헥사메틸 디실라잔(hexamethyl disilazane) 및 헥실트리메톡시 실란을 포함한다. 본 발명의 광촉매체는 실란 커플링제의 용액에 광촉매 입자를 분산시킴으로써 얻어진 용액을 사용하여 형성된다. 광촉매 입자의 분산 처리의 예로는, 호모 믹서(homo mixer) 또는 마그네트 스티어러(magnet stirrer)를 이용한 에지테이터(agitator), 볼 밀(ball mill), 샌드 밀(sand mill), 고속 회전 밀 또는 제트 밀(jet mill)을 이용한 분산 처리, 및 초음파 분산을 들 수 있다.
본 발명의 광촉매체에 사용되는 기재는 적어도 수지에 의해 형성된 표면을 포함한다. 수지로는, 합성 수지 및 천연 수지를 사용할 수 있다. 수지의 예로는, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리스틸렌 수지, ABS (acrylonitrile butadiene styrene) 수지, AS(acrylonitrile styrene) 수지, EVA(ethylene vinyl acetate copolymer) 수지, 폴리메틸펜텐 수지, 폴리비닐클로라이드 수지, 폴리비닐리덴 클로라이드 수지, 폴리아크릴 메틸 수지, 폴리비닐 아세테이트 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지, 폴리아세트 수지, 폴리아크릴레이트 수지, 폴리설폰 수지, 폴리비닐리덴 플로라이드 수지 및 PTFE(polytetrafluoroethylene)와 같은 열가소성 수지; 폴리락티드 수지, 폴리히드록시 부틸라이트 수지, 수정된 전분 수지, 폴리카프로락톤 수지, 폴리부틸렌 석시네이트 수지, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트 수지, 폴리부틸렌 석시네이트 테레프탈레이트 수지 및 폴리에틸렌 석시네이트 수지와 같은 생분해성 수지; 페놀 수지, 요소 수지, 멜라민 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 다알릴 프탈레이트 수지, 에폭시 수지, 에폭시 아크릴레이트 수지, 실리콘 수지, 아크릴 우레탄 수지 및 우레탄 수지와 같은 열경화성 수지; 실리콘 수지, 폴리스틸렌 엘라스토머, 폴리에틸렌 엘라스토머, 폴리프로필렌 엘라스토머 및 폴리우레탄 엘라스토머와 같은 엘라스토머, 래커(lacquer)와 같은 천연 수지; 및 솜, 대마 및 실크와 같은 천연 패브릭을 들 수 있다.
수지는 의도된 목적에 따른 형상, 예컨대 판형, 필름형, 섬유형, 메쉬형, 및 알갱이형 구조를 가질 수 있다. 본 발명에서, 수지의 형상은 위에서 설명된 형상에 한정되지 않는다. 또한, 수지 박막은 알루미늄, 마그네슘 및 철과 같은 금속 재료의 표면상에 또는 유리 및 세라믹과 같은 무기 재료의 표면상에 형성될 수 있다. 수지 박막을 형성하기 위한 처리로는, 필름의 적층; 스프레이 도장, 침적 도장, 정전 도장과 같은 도장; 및 스크린 인쇄 및 오프셋 인쇄와 같은 인쇄를 들 수 있다. 이 수지는 안료 및 염료 화합물으로 착색될 수 있다. 실리카, 알루미나, 디아토미트(diatomite) 및 마이카(mica)와 같은 무기 재료가 수지에 충진될 수 있다.
본 발명에 따른 그래프트 중합법에 사용되는 방사선으로는, 알파선, 베타선, 감마선, 전자빔 및 자외선을 들 수 있다. 본 발명의 그래프트 중합에는 감마선, 전자 빔 및 자외선을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 광촉매체는 소위 동시 조사 그래프트 중합과 소위 사전 조사(preirradiation) 그래프트 중합이라는 2 가지 방법 중 하나를 이용하여 생성된다.
동시 조사 그래프트 중합에서는, 광촉매 입자를 분산시킨 실란 커플링제의 용액을 광촉매 입자가 결합될 기재의 표면 상에 도포한다. 필요한 경우, 가열 건조를 통해 용제를 제거한다. 다음에, 감마선, 전자빔 및 자외선과 같은 방사선을, 광촉매 입자와 실란 커플링제의 혼합물을 도포한 기재의 표면에 조사한다. 따라서, 상기 실란 커플링제와 광촉매 입자가 그래프트 중합을 통해 기재의 표면에 결합된다.
사전 조사 그래프트 중합에서는, 감마선, 전자빔 및 자외선과 같은 방사선을, 광촉매 입자가 결합될 기재의 표면에 조사한다. 다음에, 광촉매 입자를 분산시킨 실란 커플링제의 용액을 상기 기재에 도포한다. 따라서, 실란 커플링제는 기재와 반응하고 광촉매 입자는 기재 상에 고정된다.
실란 커플링제로 그래프트 중합을 효율적으로 그리고 균일하게 행하기 위해서는, 코로나 방전 처리, 플라즈마 방전 처리, 화염 처리, 크롬산 및 과염소산과 같은 산화성 산 수용액을 이용한 화학 처리를 이용함으로써 기재의 표면 상에 친수화 처리(hydrophilic processing)를 행하는 것이 바람직하다.
예
이하, 본 발명의 예를 구체적으로 설명한다. 본 발명은 다음의 예에 한정되지 않는다.
<광촉매체의 생성>
전자빔 조사 장치(이와사키 전기 주식회사(IWASAKI ELECTRIC CO., LTD.)의 일렉트론커튼형 CB250/15/180L)를 사용하여 광촉매체를 생성하였다.
예 1
비닐 트리에톡시 실란(신-에츠 화학 주식 회사(SHIN-ETSU CHEMICAL CO., LTD.)의 KBM-1003, 20g)을 메탄올(80g)에 용해한 다음에, 7.3 g의 물(실란 화합물에 대해 3몰 등가량 이상의 물)을 추가하여 실란 커플링제의 일부를 가수분해하였다. 광촉매 입자의 역할을 하는 산화 티타늄 입자(이시하라 산교 주식회사(ISHIHARA SANGYO CO.,LTD.)의 MTP-621)의 4.0 g을 실란 커플링제의 용액에 추가하였다. 다음에, 고속 회전 제트 밀(엠-테크닉 주식회사(M-TECHNIQUE CO.,LTD.)의 W-MOTION)을 사용하여 산화 티타늄 입자를 분산시켰다.
125 μm 두께의 폴리에스테르 필름(토레이 주식회사(TORAY CO., LTD.)의 루미러(RUMIRER))의 표면을 대기 중에서 코로나 방전 처리하였다. 산화 티타늄 입자를 분산시킨 실란 커플링제의 용액을 스프레이로 도포하고 3분 동안 100 도에서 건조시켰다. 다음에, 전자 빔을 200 kV의 가속 전압과 5 Mrad의 전자 빔량으로 실란 커플링제의 용액을 도포한 폴리에스테르 필름에 전자 빔을 조사하였다. 따라서, 산화 티타늄 입자를 실란 커플링제를 통해 폴리에스테르 필름상에 결합한 광촉매체가 생성되었다.
예 2
예 1에서 사용한 기재의 역할을 하는 폴리에스테르 필름 대신에, 55 μm의 폴리에스테르 필라멘트에 의해 형성된 200 메쉬의 메쉬클로스(Meshcloth)를 사용하는 점을 제외하고는 예 1과 동일한 방식으로 광촉매체가 생성되었다.
예 3
10g의 3-메타크릴록시 프로필 트리메톡시 실란(신-에츠 화학 주식회사의 KBM 503)을 메탄올(90g)로 용해한 다음에, 2.2 g의 물(실란 화합물에 대해 3 몰 등가량 이상의 물)을 추가하여 실란 커플링제의 일부를 가수분해하였다. 광촉매 입자의 역할을 하는 산화 티타늄 입자(이시하라 산교 주식회사의 MTP-621)의 4.0 g을 실란 커플링제의 용액에 추가하였다. 다음에, 고속 회전 제트 밀(엠-테크닉 주식회사의 W-MOTION)을 사용하여 산화 티타늄 입자를 분산시켰다.
125 μm 두께의 폴리에스테르 필름(토레이 주식회사의 루미러)의 표면을 대기 중에서 코로나 방전 처리하였다. 다음에, 산화 티타늄 입자를 분산시킨 실란 커플링제의 용액을 폴리에스테르 필름에 스프레이로 도포하고 3분 동안 100 도에서 건조시켰다. 다음에, 실란 커플링제의 용액을 도포시킨 폴리에스테르 필름에 200 kV의 가속 전압 및 5 Mrad의 전자빔량으로 전자 빔을 조사하였다. 따라서, 산화 티타늄 입자를 실란 커플링제를 통해 폴리에스테르 필름상에 결합한 광촉매체가 생성되었다.
예 4
N-(비닐벤질)-2-아미노에틸-3-아미노프로필 트리메톡시 실란(신-에츠 화학 주식회사의 KBM-575)의 히드로클로라이드의 40 중량%를 함유하는 메탄올 용액(100g)에 물(5.8 g)을 추가하여 실란 커플링제의 일부를 가수분해하였다. 실란 커플링제의 이 용액에, 광촉매 입자의 역할을 하는 산화 티타늄 입자(에코디바이스 주식 회사의 BA-PW25)의 10.0g을 추가하였다. 다음에, 볼 밀(ball mill)을 사용하여 산화 티타늄 입자를 분산시켰다.
100μm 두께의 폴리에틸렌 필름(린텍 주식 회사(LINTEC CO., LTD.) 제)의 표면을 대기 중에서 코로나 방전 처리하였다. 산화 티타늄 입자를 분산시킨 실란 커플링제의 용액을 스프레이로 도포하고 5분 동안 80 도에서 건조시켰다. 다음에, 200 kV의 가속 전압 및 5 Mrad의 전자빔량으로 실란 커플링제의 용액을 도포한 폴리에틸렌 필름에 전자 빔을 조사하였다. 따라서, 산화 티타늄 입자를 실란 커플링제를 통해 폴리에틸렌 필름상에 결합한 광촉매체가 생성되었다.
예 5
3-글리시독시프로필 트리메톡시 실란(신-에츠 화학 주식회사의 KBM-403)의 10g을 90g의 메탄올로 용해하고, 2.3 g의 물(실란 화합물에 대해 3 몰 등가량 이상의 물)을 추가하였다. 따라서, 실란 커플링제의 일부가 가수분해되었다. 광촉매 입자의 역할을 하는 산화 티타늄 입자(이시하라 산교 주식회사의 ST-01)의 3.0 g을 실란 커플링제의 용액에 추가하였다. 다음에, 고속 회전 제트 밀(엠-테크닉 주식회사의 W-MOTION)을 사용하여 산화 티타늄 입자를 분산시켰다.
열경화성 아크릴계 래커(간사이 페인트 주식회사(KANSAI PAINT CO., LTD.)의 MG1000)을 0.1 μm 두께의 알루미늄판에 스프레이를 사용하여 도포하고 30분 동안 180 도에서 건조시켰다. 따라서, 30 μm 두께의 막이 형성된 층 코팅 알루미늄 판이 생성되었다. 다음에, 상기 층 코팅 알루미늄 판의 표면을 대기 중에서 코로나 방전 처리하였다. 산화 티타늄 입자를 분산시킨 실란 커플링제의 용액을 스프레이로 도포하고 3분 동안 100 도에서 건조시켰다. 다음에, 240 kV의 가속 전압 및 10 Mrad의 전자빔량으로 실란 커플링제의 용액을 도포한 층 코팅 알루미늄판에 전자 빔을 조사하였다. 따라서, 산화 티타늄 입자를 실란 커플링제를 통해 층 코팅 알루미늄 판상에 결합한 광촉매체가 생성되었다.
비교예 1
예 1과 동일한 방식으로 얻은, 광촉매 입자를 분산시킨 실란 커플링제의 용액을 스프레이를 사용하여 100 μm 두께의 폴리에스테르 필름에 도포하고 30분 동안 100도에서 건조시켰다. 따라서, 광촉매체가 생성되었다.
비교예 2
예 5에서와 동일한 방식으로 얻은, 광촉매 입자를 분산시킨 실란 커플링제의 용액을 예 5에서 얻은 층 코팅 알루미늄 판에 스프레이를 사용하여 도포하고 30분 동안 150도에서 건조시켰다. 따라서, 광촉매체가 생성되었다.
<광촉매체의 평가>
예 1 내지 5 및 비교예 1 및 2에서 생성된 광촉매체에 대하여, 광촉매 입자를 포함하는 막의 균일성을 시각 검사를 통해 평가하였다. 광촉매 입자를 포함하는 막의 밀착성을 다음의 방법으로 평가하였다. 광촉매체의 표면에 흡착성 셀로판 테이프를 부착한 후, 상기 테이프를 제거하였다.
자외선 노출 전후에 아세트알데히드의 농도량을 결정하여 각각의 광촉매체의 촉매 활성을 평가하였다. 먼저, 각각의 생성된 광촉매체를 테트라 팩(tetra pack)에 삽입한 다음에, 약 100 ppm의 농도를 갖는 아세트알데히드의 3L를 테트라 팩에 주입하였다. 다음에, 테트라 팩 내의 아세트알데히드의 농도가 일정해지도록 30분 동안 방치하였다. 다음에, 20 W의 블랙 라이트(black light: 도시바 라이팅 기술 주식 회사(TOSHIBA LIGHTING & TECHNOLOGY CO., LTD)의 FL20SBLB)로 각각의 광촉매체에 자외선을 120분 동안 조사하여 광촉매체의 표면 상에서의 자외선의 광 세기가 1.0 mW/cm2가 되도록 하였다. 테트라 팩 내의 아세트알데히드의 농도를 아세트알데히드 가스 검출기(가스텍 주식회사(GASTEC CO., LTD.))를 가지고 측정하였다. 얻어진 결과를 상대값에 의해 표현하고, 자외선에 노출되기 전의 아세트알데히드의 농도는 100이다. 상기 얻어진 결과를 도 1에 나타내었다.
표 1에 나타낸 바와 같이, 그래프트 중합을 통해 생성된 본 발명의 광촉매체의 경우, 광촉매 입자를 포함하고 기재 상에 형성된 막은 균일하였고 기재의 표면에 견고하게 결합되었다. 반면에, 비교예에서 생성된 광촉매체의 경우, 광촉매 입자를 포함하는 막은 균일하지 않았고 부분적으로 형성되었다. 또한, 광촉매 입자를 포함하는 막을 밀착성 셀로판 테이프를 이용한 테스트에서 쉽게 제거하였다. 따라서, 막의 밀착 세기는 매우 낮았다.
균일성 밀착성 아세트알데히드의 분해율(%)
예 1 균일 박리 없음 96.1
예 2 균일 박리 없음 96.7
예 3 균일 박리 없음 98.9
예 4 균일 박리 없음 97.3
예 5 균일 박리 없음 98.1
비교예 1 불균일 박리 있음 22.5
비교예 2 불균일 박리 있음 19.1
실란 화합물의 그래프트 중합을 통해 수지 기재의 표면에 광촉매 입자가 결합되는 본 발명에 따른 광촉매체에서, 실란 화합물의 알콕시기를 가수분해함으로써 생성된 실라놀기가 탈수축합(dehydration condensation) 반응을 통해 광촉매 입자의 역할을 하는 산화 티타늄 입자의 표면에 견고하게 결합된다. 또한, 실란 화합물의 비닐기, 에폭시기, 스티릴기, 메타크릴로기, 아크릴록시기, 이소시아나이트기, 폴리설피드기 등이 방사선을 조사함으로써 수지 기재의 표면 상에 생성된 라디칼을 이용하는 그래프트 중합을 통해 결합된다. 광촉매 입자가 실란 화합물을 통한 화학 결합에 의해 수지 기재의 표면에 견고하게 결합되므로, 본 발명의 광촉매체가 다양한 환경에서 사용되더라도 광촉매 입자는 쉽게 제거되지 않는다. 따라서, 광촉매체는 보다 좋은 내구성을 갖는다. 또한, 알콕시기의 가수 분해를 통해 형성된 실라놀기를 농축함으로써 생성된 산화 실리콘의 조밀한 도장이 광촉매 입자와 수지 기재 사이에 형성된다. 산화 실리콘의 조밀한 도장으로 인해 광촉매 입자는 수지 기재와 직접 접촉하지 않는다. 따라서, 수지 기재의 표면은 광촉매 입자의 강한 산화-환원 반응이 행해지지 않는다. 수지 기재는 광촉매 입자에 의해 열화되지 않으므로, 수지 기재는 본 발명의 광촉매체가 장기간에 걸쳐 사용되더라도 열화되지 않는다. 따라서, 본 발명의 광촉매체는 실용성 면에서 매우 유리하다.

Claims (3)

  1. 광촉매체에 있어서,
    기재와;
    실란 화합물을 통한 화학 결합에 의해 상기 기재에 결합된 광촉매 입자를 구비하는 광촉매체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 실란 화합물을 통한 화학 결합은 그래프트 중합인 광촉매체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 그래프트 중합은 방사선 유기 그래프트 중합인 광촉매체.
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