VISIBLE LIGHT ACTIVE PHOTOCATALYST TILE

31-03-2016 дата публикации
Номер:
WO2016048009A1
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Номер заявки: KR99-00-201555
Дата заявки: 22-09-2015

가시광 활성 광촉매 타일
[1]

가시광 활성 광촉매 타일에 관한 것이다.

[2]

IAQ(Indoor Air Quality, 실내 공기질)를 쾌적하게 할 수 있는 광촉매를 실내 인테리어 내장재의 표면에 코팅하여 사용할 수 있다. 일반적으로, 광촉매를 기재에 코팅하여 부착시키기 위해서 바인더를 사용한다. 하지만, 바인더는 광촉매와 결합하는 과정에서 광촉매의 표면을 덮게 되고, 이로써 광촉매의 표면 노출 면적을 감소시키게 된다. 즉, 광촉매 코팅에 바인더를 사용하면 바인더에 의해 광촉매의 표면 반응이 감소하여 성능이 떨어지게 된다.

[3]

또한, 대표적인 광촉매 물질으로 이산화티탄(TiO2)이 사용되는데, 이는 내구성 및 내마모성이 우수하고 안전한 무독성 물질이다. 다만, 이를 활성화하기 위한 밴드갭 에너지가 커서 자외선 파장 이하의 빛만 흡수할 수 있어 외장재가 아닌 옥내 장식재에 적용하기에는 한계가 있다.

[4]

그러므로, 실내에 적용하여 가시광선에 대한 활성을 바탕으로 우수한 광촉매 성능을 나타내는 내장재에 관한 개발이 필요한 실정이다.

[5]

[6]

본 발명의 일 구현예는 가시광 활성 성능을 바탕으로, 실내 유해 유기물질에 대한 흡착 및 제거 성능이 우수하고, 조습 및 향균 기능이 탁월한 가시광 활성 광촉매 타일을 제공한다.

[7]

[8]

본 발명의 일 구현예에서, 다공성 세라믹 타일; 및 상기 타일의 일면에 수계 용매 및 가시광 활성 광촉매 입자를 포함하는 코팅 조성물로 형성된 광촉매층;을 포함하는 가시광 활성 광촉매 타일을 제공한다.

[9]

상기 다공성 세라믹 타일은 평균 직경이 약 1nm 내지 약 10㎛인 기공을 포함할 수 있다.

[10]

상기 다공성 세라믹 타일의 기공 부피는 약 0.01 내지 약 0.2 ㎤/g일 수 있다.

[11]

상기 다공성 세라믹 타일은 γ-알루미나를 포함할 수 있다.

[12]

상기 γ-알루미나는 질화알루미늄, 탄산알루미늄, 염화알루미늄, 염화알루미늄 이수화물, 수산화알루미늄, 알루미늄클로라이드, 알루미늄 나이트래이트, 알루미나 졸 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 알루미늄 소스가 상변이된 물질을 포함할 수 있다.

[13]

상기 다공성 세라믹 타일은 상기 γ-알루미나를 약 20 내지 약 50 중량% 포함할 수 있다.

[14]

상기 코팅 조성물은 상기 수계 용매 약 90 내지 약 96 중량% 및 상기 가시광 활성 광촉매 입자 약 4 내지 약 10 중량%를 포함할 수 있다.

[15]

상기 수계 용매는 100 중량%의 물을 포함할 수 있다.

[16]

상기 가시광 활성 광촉매 입자는 다공성 금속 산화물; 및 상기 다공성 금속 산화물에 담지된 금속 입자를 포함할 수 있다.

[17]

상기 다공성 금속 산화물은 산화티탄, 산화텅스텐, 산화아연, 산화니오븀 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.

[18]

상기 금속 입자는 텅스텐, 크롬, 바나듐, 몰리브데넘, 구리, 철, 코발트, 망간, 니켈, 백금, 금, 은, 세륨, 카드늄, 아연, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.

[19]

상기 가시광 활성 광촉매 입자는 상기 다공성 금속 산화물을 약 90 중량% 내지 약 99.9 중량% 포함하고, 상기 금속 입자를 약 0.1 중량% 내지 약 10 중량% 포함할 수 있다.

[20]

상기 가시광 활성 광촉매 입자는 평균 직경이 약 50㎚ 내지 약 500㎚일 수 있다.

[21]

상기 코팅 조성물은 알코올 용매 및 바인더를 포함하지 않는 것일 수 있다.

[22]

[23]

상기 가시광 활성 광촉매 타일은 가시광선에 대한 활성을 바탕으로 공기청정, 탈취 및 향균 기능이 우수하며, 실내에 적용되어 장기적으로 광촉매 효율이 우수한 특성을 나타낼 수 있다.

[24]

[25]

이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

[26]

본 발명의 일 구현예에서, 다공성 세라믹 타일; 및 상기 타일의 일면에 수계 용매 및 가시광 활성 광촉매 입자를 포함하는 코팅 조성물로 형성된 광촉매층;을 포함하는 가시광 활성 광촉매 타일을 제공한다.

[27]

통상적으로, 광촉매 입자를 포함하는 코팅 조성물은 기재에 대한 부착성을 향상시키기 위해 바인더를 사용하거나, 빠른 흡수 및 건조를 위해 알코올을 함유한 용제를 사용하여 제조된다. 그러나, 이러한 바인더 및 알코올 용제는 광촉매 입자의 노출 표면적을 감소시키며, 이로써 유해물질, 특히 분자량이 크고 분해 또는 흡착이 어려운 톨루엔 등에 대한 흡착 및 제거 성능을 저하시킬 우려가 있다.

[28]

그러므로, 상기 광촉매층을 제조하기 위한 코팅 조성물은 알코올 용제나 바인더 없이 수계 용매만을 이용하며, 상기 수계 용매 및 가시광 활성 광촉매 입자를 포함하는 것을 특징으로 한다.

[29]

또한, 상기 코팅 조성물이 알코올 용제나 바인더를 포함하지 않으면서도 타일 표면에 대한 우수한 부착성 및 분산성을 확보하기 위하여, 상기 타일은 다공성 세라믹 타일인 것을 특징으로 한다.

[30]

구체적으로, 상기 코팅 조성물은 상기 수계 용매를 약 90 내지 약 96 중량% 포함하고, 상기 가시광 활성 광촉매 입자를 약 4 내지 약 10 중량% 포함할 수 있다. 상기 코팅 조성물이 상기 수계 용매 및 가시광 활성 광촉매 입자를 상기 범위의 함량으로 포함함으로써 상기 다공성 세라믹 타일의 표면에 효과적으로 분산 및 부착될 수 있고, 상기 가시광 활성 광촉매 입자가 우수한 광촉매 성능을 구현할 수 있다. 상기 수계 용매가 약 90% 미만으로 포함되고, 상기 가시광 활성 광촉매 입자가 약 10%를 초과하여 포함되는 경우에는 상기 코팅 조성물이 균일하게 코팅되지 못하는 문제가 있고, 상기 타일에 대한 부착성이 저하되며 광촉매 성능이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 상기 수계 용매가 약 96% 초과하여 포함되고, 상기 가시광 활성 광촉매 입자가 약 4% 미만으로 포함되는 경우에는 향균 기능, 유해 물질 제거 기능이 발현될 수 없으며, 요구되는 코팅량을 얻기 위해 많은 회수 공정이 필요한 문제가 생길 수 있다.

[31]

상기 수계 용매는 물 100%로 이루어진 용매로서, 상기 물은 증류수, 이온수 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있고, 물이라면 그 종류는 제한되지 않는다.

[32]

상기 코팅 조성물은 가시광 활성 광촉매 입자를 포함하며, 이는 가시광선에 대하여 광활성을 가지는 것으로서 자외선뿐만 아니라, 가시광선에 의하여 유해물질의 제거 성능을 나타낼 수 있다. 또한, 상기 가시광 활성 광촉매 입자는 실내 광원에서도 우수한 효율을 나타내므로 상기 가시광 활성 광촉매 타일은 실내에 적용되어 별도의 광 공급 장치를 요하지 않을 수 있다.

[33]

예를 들어, 상기 가시광 활성 광촉매 입자는 약 380nm 내지 약 780nm 파장범위의 가시광선에 대하여 광활성을 가질 수 있고, 구체적으로 약 400nm 파장의 가시광선에 대하여 약 20%의 흡광도를 나타낼 수 있고, 약 500nm 파장의 가시광선에 대하여 약 10%의 흡광도를 나타낼 수 있다.

[34]

상기 가시광 활성 광촉매 입자는 광을 흡수하여 얻은 에너지로부터 생성된 전자와 정공이 퍼옥사이드 음이온 또는 하이드록시 라디칼 등을 생성하고, 이들이 유해 물질을 분해 및 제거하여 공기청정, 탈취, 향균 작용을 할 수 있다.

[35]

구체적으로, 상기 가시광 활성 광촉매 입자는 다공성 금속 산화물; 및 상기 다공성 금속 산화물에 담지된 금속 입자를 포함할 수 있다.

[36]

상기 다공성 금속 산화물은 다공성 입자로서, 산화티탄, 산화텅스텐, 산화아연, 산화니오븀 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.

[37]

또한, 상기 금속 입자는 가시광선에 대한 광활성을 부여하는 금속으로, 예를 들어 전이금속 또는 귀금속 등일 수 있다. 구체적으로, 상기 금속 입자는 텅스텐, 크롬, 바나듐, 몰리브데넘, 구리, 철, 코발트, 망간, 니켈, 백금, 금, 은, 세륨, 카드늄, 아연, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.

[38]

예를 들어, 상기 가시광 활성 광촉매 입자는 산화텅스텐 및 산화텅스텐에 담지된 백금 입자를 포함할 수 있고, 이 경우 가시광선에 대해 우수한 광활성을 나타내며, 실내 광원에 의해서도 우수한 탈취 및 향균 기능을 확보할 수 있다.

[39]

상기 다공성 금속 산화물은 기공을 포함하는 것으로, 상기 기공의 부피비가 약 5% 내지 약 50%일 수 있고, 비표면적이 약 50㎡/g 내지 약 500㎡/g일 수 있다. 상기 다공성 금속 산화물이 상기 범위의 기공도 및 비표면적을 가지는 경우, 상기 금속 입자가 효과적으로 담지될 수 있으며, 이로써 가시광선에 대한 우수한 광활성을 확보하여 유해 물질의 흡착 및 제거 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

[40]

상기 가시광 활성 광촉매 입자는 상기 다공성 금속 산화물을 약 90중량% 내지 약 99.9 중량% 포함할 수 있고, 상기 금속 입자를 약 0.1 중량% 내지 약 10 중량% 포함할 수 있다. 상기 금속 입자는 상기 다공성 금속 산화물의 표면에 광-증착법에 의해 담지될 수 있고, 이 때 상기 다공성 금속 산화물 및 금속 입자의 함량을 상기 범위로 조절함으로써 우수한 촉매 효과를 나타내는 가시광 활성 광촉매 입자를 제조할 수 있다.

[41]

예를 들어, 상기 가시광 활성 광촉매 입자가 산화 텅스텐 및 산화 텅스텐에 담지된 백금 입자를 포함하는 경우, 상기 산화텅스텐이 약 90 중량% 내지 약 99.9 중량% 포함될 수 있고, 상기 백금 입자가 약 0.1 중량% 내지 약 10 중량% 포함될 수 있다.

[42]

상기 다공성 금속 산화물이 약 99.9 중량%의 함량을 초과하여 포함되고, 상기 금속 입자가 0.1 중량% 미만으로 포함되면, 전자 정공의 분리가 어려워져 충분한 광촉매 활성을 나타내지 못할 우려가 있다. 또한, 상기 다공성 금속 산화물이 약 90 중량% 미만으로 포함되고, 상기 금속 입자가 약 10 중량%를 초과하여 포함되면 상기 다공성 금속 산화물에서 전이되는 전자의 수가 충분히 확보되지 못하여 광촉매 활성이 저하될 우려가 있다.

[43]

상기 가시광 활성 광촉매 입자는 평균 직경이 약 50㎚ 내지 약 500㎚일 수 있고, 예를 들어, 약 50㎚ 내지 약 200㎚일 수 있다. 상기 가시광 활성 광촉매 입자는 수계 용매에 분산된 상태로 상기 다공성 세라믹 타일의 일면에 도포되는 것으로, 상기 범위의 평균 직경을 가짐으로써 균일하게 분산될 수 있고, 상기 다공성 세라믹 타일의 기공에 빠르게 침투하여 우수한 부착성을 나타낼 수 있다. 또한, 상기 가시광 활성 광촉매 입자가 상기 범위의 평균 직경을 가짐으로써 노출 면적을 확보하여 우수한 공기 청정 및 향균 기능을 나타낼 수 있다.

[44]

상기 광촉매층을 형성하기 위한 코팅 조성물은 전술한 바와 같이, 알코올 용매 및 바인더를 포함하지 않는 것으로, 상기 가시광 활성 광촉매 입자의 노출 표면적을 충분히 확보하여 휘발성 유기화합물(VOCs)과 같은 유해 물질의 흡착 및 제거 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

[45]

특히, 상기 광촉매층은 톨루엔에 대한 흡착 및 제거 능이 우수할 수 있다. 톨루엔은 분자량이 크며, 비극성인 물질로서 통상적으로 흡착 및 분해가 힘든 물질이다. 상기 광촉매층은 알코올 용매 및 바인더를 포함하지 않고, 수계 용매 및 상기 가시광 활성 광촉매 입자를 포함하는 코팅 조성물로부터 형성되므로 상기 광촉매 입자의 유해 물질에 대한 흡착 및 제거 성능이 우수하여, 톨루엔과 같은 흡착 및 분해가 어려운 물질에 대하여 우수한 제거율을 나타낼 수 있다.

[46]

상기 코팅 조성물은 알코올 용제나 바인더를 포함하지 않으면서도 다공성 세라믹 타일의 일면에 도포되는바, 우수한 부착성 및 분산성을 갖는 광촉매층을 형성할 수 있다.

[47]

상기 다공성 세라믹 타일은 상기 코팅 조성물의 부착성 및 분산성을 확보하기 위하여 적합한 공극 특성을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 다공성 세라믹 타일은 평균 직경이 약 1㎚ 내지 약 10㎛인 기공을 포함할 수 있고, 예를 들어, 평균 직경이 약 10nm 내지 약 1㎛인 기공을 포함할 수 있다. 상기 '기공'은 상기 다공성 세라믹 타일 형성 입자 사이에 형성된 것으로, 열린 기공이라고도 하며 공기의 입출입이 원활한 공간을 의미한다. 상기 기공의 평균 직경은 상기 기공 직경의 산술적인 평균치를 일컫는다.

[48]

상기 기공이 상기 범위의 평균 직경을 가짐으로써 상기 코팅 조성물의 우수한 부착성 및 분산성을 확보할 수 있고, 이와 동시에 조습 기능에 의한 우수한 습도 조절 효과 및 우수한 강도를 확보할 수 있다. 상기 기공이 약 1㎚ 미만인 경우에는 내부로의 공기 입출입이 원활하지 못하여 충분한 조습 기능을 구현하지 못할 우려가 있고, 상기 코팅 조성물의 부착성 및 분산성을 확보하지 못할 수 있다. 또한, 상기 기공이 약 10㎛를 초과하는 경우에는 상기 가시광 활성 광촉매 타일의 강도가 지나치게 저하될 우려가 있다.

[49]

상기 다공성 세라믹 타일의 기공 부피는 약 0.01 내지 약 0.2 ㎤/g일 수 있다. 상기 '기공 부피'는 상기 다공성 세라믹 타일에 포함되는 기공의 부피를 상기 타일의 단위 질량 당 값으로 나타낸 것이다. 상기 기공 부피가 상기 범위를 만족함으로써, 상기 코팅 조성물의 우수한 부착성 및 분산성을 확보할 수 있고, 이와 동시에 밀도 저하에 다른 타일의 강도 저하를 방지하여 우수한 내구성 및 조습 기능을 확보할 수 있다.

[50]

[51]

상기 다공성 세라믹 타일은 조습 기능을 부여하기 위하여 γ-알루미나를 포함할 수 있다. 상기 γ-알루미나는 알루미늄 소스를 열처리함으로써 다른 구조상으로 변이가 가능하고, 넓은 비표면적과 미세한 기공 홀을 가지고 있어서 분리막, 촉매, 촉매 담체 및 흡착제로서 우수한 특성을 나타낼 수 있는 물질이다.

[52]

상기 γ-알루미나는 다공성 세라믹 타일 형성 입자가 포함하는 기공 표면에 형성되어 우수한 조습 및 탈취 기능을 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 γ-알루미나는 습도가 높을 때에 상기 기공을 통하여 습기를 흡수하여 실내의 습도를 낮추는 기능을 하고, 반대로 습도가 낮을 때에는 상기 기공 내에 저장되어 있던 습기를 방출하여 실내 습도를 높이는 기능을 한다. 또한, 상기 γ-알루미나는 상용 γ-알루미나를 사용할 수도 있으나, 비용절감 및 효율성의 측면에서, 구체적으로는 저가의 알루미늄 소스를 열처리에 의하여 상 변이시킨 γ-알루미나를 사용할 수 있다.

[53]

상기 γ-알루미나는 질화알루미늄, 탄산알루미늄, 염화알루미늄, 염화알루미늄 이수화물, 수산화알루미늄, 알루미늄클로라이드, 알루미늄 나이트라이트, 알루미나 졸 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 알루미늄 소스가 상변이된 물질을 포함할 수 있다. 다만, 상기 알루미나 소스가 예시한 것에 한정되는 것은 아니고, 열처리에 의하여 γ-알루미나로 상변이 될 수 있는 모든 알루미늄 소스가 이에 포함될 수 있다.

[54]

예를 들어, 수산화알루미늄(Al(OH)3)이 γ-알루미나(Al2O3)로 상변화하는 경우, 수산화알루미늄의 γ-알루미나 전환율은 약 0.6 내지 약 0.7일 수 있다.

[55]

또한, 상기 γ-알루미나는 비표면적이 약 150㎡/g 내지 약 350㎡/g인 것일 수 있다. 상기 γ-알루미나의 비표면적이 약 150㎡/g 미만인 경우, 충분한 조습 기능을 나타낼 수가 없고, 약 350㎡/g를 초과하는 경우, 제조공정의 어려움을 초래할 수 있으며, 제조 비용을 상승시킬 우려가 있다.

[56]

상기 다공성 세라믹 타일은 상기 γ-알루미나를 약 20 내지 약 50 중량% 포함할 수 있다. 상기 γ-알루미나가 상기 범위의 함량으로 포함됨으로써 상기 다공성 세라믹 타일이 적절한 공극 특성을 확보할 수 있고, 상기 코팅 조성물의 부착성 및 분산성을 더욱 향상시킬 수 있다. 나아가, 상기 다공성 세라믹 타일이 우수한 조습 기능 및 강도를 확보할 수 있다. 상기 γ-알루미나가 약 20 중량% 미만인 경우에는 흡방습성이 저하될 수 있고, 약 50 중량%를 초과하는 경우에는 타일의 강도가 지나치게 저하될 우려가 있다.

[57]

상기 가시광 활성 광촉매 타일은 상기 다공성 세라믹 타일 및 이의 일면에 상기 코팅 조성물로부터 형성된 광촉매층을 포함함으로써 공기 청정 기능, 향균 기능 및 조습 기능을 확보할 수 있다. 또한, 적합한 강도를 확보하여 실내 장식재로서 내구성을 확보할 수 있다.

[58]

구체적으로, 상기 가시광 활성 광촉매 타일의 흡방습량은 약 60g/㎡ 내지 약 100g/㎡일 수 있다. 상기 타일이 상기 범위의 흡방습량을 나타냄으로써 쾌적한 실내 환경을 형성할 수 있다. 구체적으로, 상기 흡방습량을 통하여 상기 가시광 활성 광촉매 타일은 온도 약 25°C, 상대습도 약 50% 내지 약 75%의 중습 영역을 형성할 수 있고, 습기로 인한 불쾌지수를 최소화하고, 곰팡이 및 세균 발생을 억제할 수 있다.

[59]

또한, 상기 가시광 활성 광촉매 타일은 굽힘 강도가 약 10MPa 내지 20MPa일 수 있다. 상기 '굽힘 강도'는 굽힘 시험에서 파괴시의 최대 인장 응력을 일컫는 것으로, 상기 가시광 활성 광촉매 타일에 굽힘 압력을 가했을 때 파괴되는 시점의 최대 인장 응력을 나타낸다. 상기 굽힘 강도가 상기 범위를 만족함으로써 상기 가시광 활성 광촉매 타일은 우수한 강도를 확보하여 실내 장식재로서 우수한 내구성을 구현할 수 있다.

[60]

[61]

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.

[62]

[63]

<제조예>

[64]

[65]

제조예 1: 다공성 세라믹 타일의 제조

[66]

수산화알루미늄(Al(OH)3)을 고형분 기준 20 중량%를 포함하는 조성물을 준비하여 볼밀을 통해 분쇄하고, 이에 따라 얻어진 슬러리를 분무 건조 공정을 통해 균일하게 혼합함으로써 γ-알루미나 30 중량%를 포함하는 과립 분말을 제조하였다. 이어서, 상기 과립 분말을 건식 프레스 성형하여, 평균 입자 직경이 10㎚인 기공을 0.1 ㎤/g의 기공 부피로 포함하는 150㎜ x 150㎜ x 7㎜(가로 x 세로 x 두께) 크기의 다공성 세라믹 타일을 제조하였다.

[67]

[68]

제조예 2: 가시광 활성 촉매 입자의 제조

[69]

산화텅스텐(WO3) 분말을 물에 분산시킨 후, 그 용액에 산화텅스텐(WO3) 100 중량부 대비 0.2 중량부의 염화백금산(H2PtCl6)을 첨가하여 Pt/WO3 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리를 교반하면서 UV 램프(20W)의 UV를 30분 정도 조사하여 백금(Pt) 입자를 상기 산화텅스텐(WO3) 입자 내에 도핑하였다. 그 후, 상기 백금(Pt) 입자가 도핑된 산화텅스텐(WO3) 입자가 포함된 슬러리에 10 중량%에 해당하는 메탄올 용액을 첨가하고, 상기 슬러리를 교반하면서 UV 램프(20W)의 UV를 30분 정도 조사하여 백금(Pt) 입자가 산화텅스텐(WO3)에 담지된 가시광 활성 광촉매 입자를 제조하였다

[70]

[71]

<실시예 및 비교예>

[72]

[73]

실시예 1

[74]

상기 제조예 2의 가시광 활성 광촉매 입자 5 중량% 및 물 95 중량%를 포함하는 코팅 조성물을 제조하였다. 이어서, 상기 제조예 1의 다공성 세라믹 타일의 일면에 상기 코팅 조성물을 도포하고 건조하여 광촉매층을 형성함으로써 가시광 활성 광촉매 타일을 제조하였다.

[75]

[76]

비교예 1

[77]

상기 코팅 조성물을 상기 제조예 1의 다공성 세라믹 타일 대신에, 기공 부피가 0.01 ㎤/g 미만이고, 150㎜ x 150㎜ x 7㎜(가로 x 세로 x 두께) 크기를 갖는 타일의 일면에 도포하고 건조하여 광촉매층을 형성한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 가시광 활성 광촉매 타일을 제조하였다.

[78]

[79]

비교예 2

[80]

상기 제조예 2의 가시광 활성 광촉매 입자 5 중량%, 이소프로필알콜(IPA) 90 중량% 및 TiO2 졸 바인더 5 중량%를 포함하는 코팅 조성물을 제조한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 가시광 활성 광촉매 타일을 제조하였다.

[81]

[82]

비교예 3

[83]

상기 제조예 2의 가시광 활성 광촉매 입자 5 중량%, 이소프로필알콜(IPA) 90 중량% 및 TiO2 졸 바인더 5 중량%를 포함하는 코팅 조성물을 제조하였다. 이어서, 이를 기공 부피가 0.01 ㎤/g 미만이고, 150㎜ x 150㎜ x 7㎜(가로 x 세로 x 두께) 크기를 갖는 타일의 일면에 도포하고 건조하여 광촉매층을 제조함으로서 가시광 활성 광촉매 타일을 제조하였다.

[84]

[85]

<평가>

[86]

[87]

실험예 1: 톨루엔 제거율의 측정

[88]

상기 실시예 및 비교예의 가시광 활성 광촉매 타일에 대하여, 이를 20L 부피의 소형 챔버(ADTEC社) 내에 설치한 후, 상기 챔버에 0.2ppm 농도의 톨루엔을 포함하는 공기를 167cc/min의 유량으로 지속적으로 흘려주어, 환기 횟수가 0.13회/hr가 되도록 하였다. 광원으로는 LED 20W 모듈을 사용하였다. 톨루엔 제거율은 챔버에 들어가기 전의 톨루엔의 농도(이하, 제1 농도)와 챔버를 통과한 후의 공기 중 톨루엔의 농도(이하, 제2 농도)를 측정하여 하기 일반식 1에 의해 계산하였다. 농도는 DNPH (2,4-디니트로페닐하이드라진) 카트리지를 이용하여 10L 부피에 대한 양을 농축하여 HPLC (Agilent社)를 통하여 분석하였다. 결과는 하기 표 1에 기재된 바와 같다.

[89]

[일반식 1]

[90]

톨루엔 제거율(%) = {(제1 농도 - 제2 농도)/제1 농도} X 100

[91]

[92]

표 1

톨루엔 제거율[%]
실시예 183
비교예 1부착 안됨 - 측정 불가
비교예 234
비교예 319

[93]

[94]

상기 표 1을 참고하면, 실시예 1은 수계 용매 및 가시광 활성 광촉매 입자를 포함하는 코팅 조성물로 형성된 광촉매층을 포함하는 타일에 관한 것으로, 수계 용매 대신에 알코올계 용매 및 바인더를 사용한 코팅 조성물에 관한 비교예 2에 비하여 현저히 우수한 톨루엔 제거 성능을 나타냄을 알 수 있었다.

[95]

또한, 상기 실시예 1의 코팅 조성물은 다공성 세라믹 타일의 일면에 도포됨으로써 우수한 부착성을 확보하여 광촉매 성능을 극대화할 수 있는 것으로, 비교예 1과 같이 공극 특성이 없는 타일의 일면에는 잘 부착되지 않아 적용 자체가 어려운 것을 알 수 있었고, 상기 비교예 3과 같이 알코올계 용매 및 바인더를 사용한 코팅 조성물은 공극 특성이 없는 타일에 부착되기는 하나, 실시예 1에 비하여 현저히 낮은 톨루엔 제거 성능을 나타냄을 알 수 있었다.

[96]



[1]

Provided is a visible light active photocatalyst tile, comprising: a porous ceramic tile; and a photocatalyst layer formed of a coating composition including an aqueous solvent and a visible light active photocatalyst particle, on a surface of the porous ceramic tile.



다공성 세라믹 타일; 및

상기 타일의 일면에 수계 용매 및 가시광 활성 광촉매 입자를 포함하는 코팅 조성물로 형성된 광촉매층;을 포함하는

가시광 활성 광촉매 타일.

제1항에 있어서,

상기 다공성 세라믹 타일은 평균 직경이 1nm 내지 10㎛인 기공을 포함하는

가시광 활성 광촉매 타일.

제1항에 있어서,

상기 다공성 세라믹 타일의 기공 부피는 0.01 내지 0.2 ㎤/g인

가시광 활성 광촉매 타일.

제1항에 있어서,

상기 다공성 세라믹 타일은 γ-알루미나를 포함하는

가시광 활성 광촉매 타일.

제4항에 있어서,

상기 γ-알루미나는 질화알루미늄, 탄산알루미늄, 염화알루미늄, 염화알루미늄 이수화물, 수산화알루미늄, 알루미늄클로라이드, 알루미늄 나이트래이트, 알루미나 졸 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 알루미늄 소스가 상변이된 물질을 포함하는

가시광 활성 광촉매 타일.

제4항에 있어서,

상기 다공성 세라믹 타일은 상기 γ-알루미나를 20 내지 50 중량% 포함하는

가시광 활성 광촉매 타일.

제1항에 있어서,

상기 코팅 조성물은 상기 수계 용매 90 내지 96 중량% 및 상기 가시광 활성 광촉매 입자 4 내지 10 중량%를 포함하는

가시광 활성 광촉매 타일.

제1항에 있어서,

상기 수계 용매는 100 중량%의 물을 포함하는

가시광 활성 광촉매 타일.

제1항에 있어서,

상기 가시광 활성 광촉매 입자는 다공성 금속 산화물; 및 상기 다공성 금속 산화물에 담지된 금속 입자를 포함하는

가시광 활성 광촉매 타일.

제9항에 있어서,

상기 다공성 금속 산화물은 산화티탄, 산화텅스텐, 산화아연, 산화니오븀 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는

가시광 활성 광촉매 타일.

제9항에 있어서,

상기 금속 입자는 텅스텐, 크롬, 바나듐, 몰리브데넘, 구리, 철, 코발트, 망간, 니켈, 백금, 금, 은, 세륨, 카드늄, 아연, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는

가시광 활성 광촉매 타일.

제9항에 있어서,

상기 가시광 활성 광촉매 입자는 상기 다공성 금속 산화물을 90중량% 내지 99.9중량% 포함하고, 상기 금속 입자를 0.1중량% 내지 10중량% 포함하는

가시광 활성 광촉매 타일.

제1항에 있어서,

상기 가시광 활성 광촉매 입자는 평균 직경이 50㎚ 내지 500㎚인

가시광 활성 광촉매 타일.

제1항에 있어서,

상기 코팅 조성물은 알코올 용매 및 바인더를 포함하지 않는

가시광 활성 광촉매 타일.



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