KR101266366B1 - 유해물질 흡착 분해 친환경 기능성 소재의 제조방법 및 이에 의해 제조된 유해물질 흡착 분해 친환경 기능성 소재 - Google Patents

유해물질 흡착 분해 친환경 기능성 소재의 제조방법 및 이에 의해 제조된 유해물질 흡착 분해 친환경 기능성 소재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유해물질 흡착 분해 친환경 기능성 소재의 제조방법 및 이에 의해 제조된 유해물질 흡착 분해 친환경 기능성 소재에 관한 것으로, 제오라이트, 점토, 규조토 및 벤토나이트를 분쇄하는 단계(단계 1); 상기 분쇄된 제오라이트, 점토, 규조토 및 벤토나이트를 혼합하여 혼합물을 만드는 단계(단계 2); 강도증진제를 물에 용해시키는 단계(단계 3); 상기 혼합물에 상기 강도증진제가 용해된 물을 분사하는 단계(단계 4); 상기 강도증진제가 용해된 물이 분사된 혼합물을 성형하여 성형체를 만드는 단계(단계 5); 상기 성형체를 촉매로 코팅하는 단계(단계 6); 및 상기 촉매로 코팅된 성형체를 건조하여 유해물질 흡착 분해 친환경 기능성 소재를 제조하는 단계(단계 7); 를 포함하는 것을 기술적 특징으로 하며, 강도 증진제를 사용함으로 인해 고온에서 소성하는 공정을 거치지 않아도 강도를 유지할 수 있어 제조비용을 대폭 절감할 수 있는 장점이 있고, 복수의 기공을 갖는 다공질 세라믹의 표면에 형성되는 이산화 티탄 촉매에 자연광 또는 인조광이 조사되는 것에 의하여 복수의 기공 내에 흡착되어 있는 유해물질을 분해시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

유해물질 흡착 분해 친환경 기능성 소재의 제조방법 및 이에 의해 제조된 유해물질 흡착 분해 친환경 기능성 소재{Manufacturing method of Eco-friendly functional material for adsorbing and resolving harmful material and Eco-friendly functional material for adsorbing and resolving harmful material prepared by the same}
본 발명은 유해물질 흡착 분해 친환경 기능성 소재의 제조방법 및 이에 의해 제조된 유해물질 흡착 분해 친환경 기능성 소재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 강도 증진제를 사용함으로 인해 고온에서 소성하는 공정을 거치지 않아도 강도를 유지할 수 있어 제조비용을 대폭 절감할 수 있는 유해물질 흡착 친환경 기능성 소재의 제조방법 및 이에 의해 제조된 유해물질 흡착 분해 친환경 기능성 소재에 관한 것이다.
건축물, 차량의 실내는 외부의 환경상황에 따라 외부와 차단되는 구조이며, 이와 같은 내부가 차단됨에 따라 실내에는 상당한 오염물질이 부유하게 된다.
상기 오염물질은 실내가 외부와 차단되어 환기가 제때 수행되지 못할 경우, 다량의 세균, 바이러스 등이 실내에 번식하게 되며, 특히, 신축된 주택, 새로 구입한 차량에서는 새집증후군, 새차증후군이라 하여 다량의 휘발성유기화합물(Volatile Organic Componds; VOC), 포름알데히드(formaldehyde, 포르말린) 등의 오염물질이 함께 방출된다.
상기 휘발성유기화합물은 백혈병, 중추신경 장애, 염색체 이상 발생 등을 유발하게 되며, 상기 포름알데히드는 암을 발생시키는 물질로, 정서불안증, 기억력 상실, 폐수종, 비염 등의 증상과 함께 눈, 코, 호흡기도에 만성자극을 제공하는 등의 심각한 유독물질임은 주지된 것과 같다.
특히, 상기와 같은 유독물질에 의한 피해는 주택보다 실내가 좁은 자동차에서 더욱 심각하게 발생된다.
현재 자동차의 내외장재로 합성자재와 페인트, 접착제 등이 사용되고 있으며, 시트와 계기판, 오디오 케이스 등 대부분의 차량 내장재가 PVC와 ABS 등 석유화학물질로 이루어져 상가 유독물질이 방출되는 것으로 알려져 있다.
이러한, 새집증후군, 새차증후군과 같은 문제를 해결하고자, 유해가스 등을 흡착해서 제거하는 기능성 제품을 개발하려는 노력이 활발히 이루어지고 있는 실정이다.
대한민국등록특허공보 제10-0665235호(2007.01.16.)에는 기상 화합물을 흡착 분해하는 세라믹 촉매 및 이의 제조방법이 개시되어 있고, 대한민국등록특허공보 제10-1185161호(2012.09.24.)에는 탈취 및 제습 기능을 가진 탈취/제습제의 제조방법이 개시되어 있다.
상기 세라믹 촉매 및 탈취/제습제는 새집증후군 또는 새차증후군의 유해가스를 제거할 수 있는 장점이 있지만, 고온에서 소성하여 제조함으로 인해 제조비용이 많이 소요되는 문제가 있다.
이에, 본 발명자는 강도 증진제를 사용함으로 인해 고온에서 소성하는 공정을 거치지 않아도 강도를 유지할 수 있어 제조비용을 대폭 절감할 수 있는 유해물질 흡착 분해 친환경 기능성 소재의 제조방법을 개발하였다.
KR 10-0665235 B1 2007.01.16. KR 10-1185161 B1 2012.09.24.
본 발명의 목적은 강도 증진제를 사용함으로 인해 고온에서 소성하는 공정을 거치지 않아도 강도를 유지할 수 있어 제조비용을 대폭 절감할 수 있는 유해물질 흡착 분해 친환경 기능성 소재의 제조방법 및 이에 의해 제조된 유해물질 흡착 분해 친환경 기능성 소재를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 다음과 같은 수단을 제공한다.
본 발명은 제오라이트, 점토, 규조토 및 벤토나이트를 분쇄하는 단계(단계 1); 상기 분쇄된 제오라이트, 점토, 규조토 및 벤토나이트를 혼합하여 혼합물을 만드는 단계(단계 2); 강도증진제를 물에 용해시키는 단계(단계 3); 상기 혼합물에 상기 강도증진제가 용해된 물을 분사하는 단계(단계 4); 상기 강도증진제가 용해된 물이 분사된 혼합물을 성형하여 성형체를 만드는 단계(단계 5); 상기 성형체를 촉매로 코팅하는 단계(단계 6); 및 상기 촉매로 코팅된 성형체를 건조하여 유해물질 흡착 분해 친환경 기능성 소재를 제조하는 단계(단계 7); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 유해물질 흡착 분해 친환경 기능성 소재의 제조방법을 제공한다.
상기 단계 1은, 제오라이트, 점토, 규조토 및 벤토나이트를 건식으로 100~150mesh로 분쇄하는 것을 특징으로 한다.
상기 단계 2는, 상기 분쇄된 제오라이트 25~35중량%, 점토 23~33중량%, 규조토 15~25중량% 및 벤토나이트 12~22중량%를 혼합하는 것을 특징으로 한다.
상기 단계 3은, 상기 혼합물 100중량부에 대하여 5~10중량부에 해당하는 상기 강도증진제를 물에 용해시키는 것을 특징으로 한다.
상기 강도증진제는 아크릴계 수지 40~60중량%와 염화마그네슘 40~60중량%를 혼합하여 제조하는 것을 특징으로 한다.
상기 단계 6은, 상기 성형체를 이산화티탄(TiO2) 촉매로 코팅하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 상기 제조방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 유해물질 흡착 분해 친환경 기능성 소재를 제공한다.
본 발명에 따른 유해물질 흡착 분해 친환경 기능성 소재의 제조방법은 강도 증진제를 사용함으로 인해 고온에서 소성하는 공정을 거치지 않아도 강도를 유지할 수 있어 제조비용을 대폭 절감할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 유해물질 흡착 분해 친환경 기능성 소재는 복수의 기공을 갖는 다공질 세라믹의 표면에 형성되는 이산화티탄 촉매에 자연광 또는 인조광이 조사되는 것에 의하여 복수의 기공 내에 흡착되어 있는 유해물질을 분해시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 유해물질 흡착 분해 친환경 기능성 소재의 탈취성능을 나타내는 시험성적서를 발행한 한국건설생활환경시험연구원의 공문.
도 2는 본 발명의 유해물질 흡착 분해 친환경 기능성 소재의 탈취성능을 나타내는 시험성적서.
이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명에 따른 유해물질 흡착 분해 친환경 기능성 소재의 제조방법을 설명한다.
본 발명의 유해물질 흡착 분해 친환경 기능성 소재의 제조방법은,
제오라이트, 점토, 규조토 및 벤토나이트를 분쇄하는 단계(단계 1);
상기 분쇄된 제오라이트, 점토, 규조토 및 벤토나이트를 혼합하여 혼합물을 만드는 단계(단계 2);
강도증진제를 물에 용해시키는 단계(단계 3);
상기 혼합물에 상기 강도증진제가 용해된 물을 분사하는 단계(단계 4);
상기 강도증진제가 용해된 물이 분사된 혼합물을 성형하여 성형체를 만드는 단계(단계 5);
상기 성형체를 촉매로 코팅하는 단계(단계 6); 및
상기 촉매로 코팅된 성형체를 건조하여 유해물질 흡착 분해 친환경 기능성 소재를 제조하는 단계(단계 7);
를 포함한다.
상기 단계 1은 제오라이트, 점토, 규조토 및 벤토나이트를 100~150mesh로 분쇄하는 단계이다. 종래에는 습식 볼밀(Ball mill)에 무기질 원료와 물을 넣고 약 20시간 동안 분쇄하여 slip을 출토하고, 분무건조기(spray drier)를 이용하여 slip을 건조시켰다. 본 발명에서는 건식으로 분쇄함으로 인해 공정이 간단한 것이 특징이다. 상기 건식 분쇄는 햄머밀(Hammer mill), 펜듈라밀(Pendula mill), 크러셔밀(Crusher mill) 등을 사용할 수 있다.
상기 단계 2는 상기 분쇄된 제오라이트 25~35중량%, 점토 23~33중량%, 규조토 15~25중량% 및 벤토나이트 12~22중량%를 혼합하여 혼합물을 만드는 단계이다. 상기 제오라이트, 점토, 규조토 및 벤토나이트는 다공질 세라믹으로서, 흡수 및 흡착 기능을 가지고 있다.
상기 단계 3은 강도증진제를 물에 용해시키는 단계이다. 상기 혼합물 100중량부에 대하여 5~10중량부에 해당하는 상기 강도증진제를 물에 용해시키는 것이 바람직하다. 상기 강도증진제는 아크릴계 수지 40~60중량%와 염화마그네슘 40~60중량%를 혼합하여 제조하는 것이 바람직하다. 상기 아크릴계 수지는 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트 및 아크릴로니트릴로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다. 본 발명은, 상기 강도증진제를 물에 용해시켜 포함하므로 인해 고온으로 소성 공정을 거치지 않아도 강도를 유지할 수 있는 장점이 있다.
상기 단계 4는 상기 혼합물에 상기 강도증진제가 용해된 물을 수분이 5~10중량%가 되도록 분사하는 단계이다.
상기 단계 4 이후에, 상기 강도증진제가 용해된 물이 분사된 혼합물을 저장시설에서 22~26시간 동안 숙성하여 혼합물 내 수분이 균일하게 되도록 한 후에, 진동체 스크린을 이용하여 일정 크기 이상을 걸러내는(sieving) 단계가 추가될 수 있다.
상기 단계 5는 상기 강도증진제가 용해된 물이 분사된 혼합물을 260~280㎏/㎠의 압력으로 성형하여 성형체를 만드는 단계이다. 상기 성형체의 형상은 특별히 한정되지 아니한다.
상기 단계 6은 상기 성형체를 이산화티탄(TiO2) 촉매로 코팅하는 단계이다. 상기 이산화티탄 촉매는 자신은 반응 전후에 변화하지 않지만, 빛을 흡수함으로써 반응 속도를 변화시키거나 반응을 개선하는 기능을 한다. 상기 이산화티탄 촉매는 자연광 또는 인조광에 의하여 상기 혼합물의 기공 내에 흡착되어 있는 유해물질을 분해시키게 된다. 이때, 상기 자연광은 하나의 예를 들면 태양광일 수 있고, 인조광은 실내 조명등으로부터 조사되는 빛이나 자외선 조사장치로부터 조사되는 자외선일 수 있다. 아나타제(Anatase)형의 결정 구조를 갖는 이산화 티탄의 경우 자원적으로 풍부하여 가격이 저렴할 뿐만 아니라 내구성 및 내마모성이 우수하여 그 자체로 안전하여 무독성 물질이므로 폐기시에도 2차 공해에 대한 염려가 없는 등의 장점이 있다. 상기 이산화티탄에 빛을 조사하면 마이너스 전하를 갖는 전자와 플러스 전하를 갖는 정공이 생성된다. 이 정공이 오존보다 훨씬 강력한 산화력을 가지기 때문에 유기물을 구성하는 분자 중의 탄소-탄소, 탄소-수소, 탄소-질소, 산소-수소 및 질소-수소 결합 등을 간단히 절단하여 분해할 수 있다.
상기 단계 7은 상기 촉매로 코팅된 성형체를 80~100℃의 온도에서 2~5시간 동안 건조하여 유해물질 흡착 분해 친환경 기능성 소재를 제조하는 단계이다.
또한, 본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 유해물질 흡착 분해 친환경 기능성 소재를 제공한다. 본 발명에 따른 유해물질 흡착 분해 친환경 기능성 소재는 대기정화, 방오기능, 친수기능, 탈취, 항균기능이 우수한 장점이 있다.
이하, 실시 예를 통하여 본 발명의 구성 및 효과를 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시 예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위가 이들 실시 예에 의해 제한되는 것은 아니다.
제오라이트, 점토, 규조토 및 벤토나이트를 건식으로 햄머밀(Hammer mill)을 이용하여 100~150mesh로 분쇄하였다. 상기 분쇄된 제오라이트 32중량%, 점토 29중량%, 규조토 21중량% 및 벤토나이트 18중량%를 혼합하여 혼합물을 만들었다. 메틸메타크릴레이트 50중량%와 염화마그네슘 50중량%를 혼합하여 강도증진제를 제조하였다. 상기 혼합물 100중량부에 대하여 5중량부에 해당하는 상기 강도증진제를 물에 용해시켰다. 상기 혼합물에 상기 강도증진제가 용해된 물을 수분이 8중량%가 되도록 분사하였다. 상기 강도증진제가 용해된 물이 분사된 혼합물을 저장시설에서 24시간 동안 숙성하여 혼합물 내 수분이 균일하게 되도록 한 후에, 진동체 스크린을 이용하여 14mesh 이상을 걸러내었다. 상기 숙성 후 걸러진 혼합물을 270㎏/㎠의 압력으로 성형하여 성형체를 만들었다.
[실험예 1]
상기 실시예 1에서 제조한 성형체의 탈취성능을 확인하기 위하여 한국건설생활환경시험연구원에 실험의뢰하였으며, 그 시험성적서를 도 1 및 도 2에 나타내었다.
실시예 1에서 제조한 성형체를 40㎜×40㎜×7㎜의 크기로 5ℓ 크기 반응기에 넣고 밀봉하였다. 시험가스의 초기농도를 50μmol/mol으로 주입하고 시험가스의 농도를 초기(0분), 30분, 60분, 90분, 120분에서 KS I 2218 : 2209에 의해 측정하고 이를 Sample 농도라 하였고, 시료가 없는 상태에서 시험을 진행하고 이를 Blank 농도라 하였다.
시험 중 온도는 23℃±5℃, 상대습도는 50%±10%를 유지하였고, 시험가스의 제거율은 다음 식에 의해 계산하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
시험가스의 제거율(%) = [{(Blank 농도)-(Sample 농도)}/(Blank 농도)]×100
시험항목 Blank 농도
(μmol/mol)		 Sample 농도
(μmol/mol)		 탈취율(%)
탈취시험

포름알데하이드
HCHO
 0분 50 50 0.0
30분 49 10 79.6
60분 49 5 89.8
90분 49 5 89.8
120분 48 4 91.7
표 1을 보면, 본 발명에 따른 유해물질 흡착 분해 친환경 기능성 소재는 빠른 시간 내에 발암물질인 포름알데하이드(HCHO)를 우수하게 탈취하는 것을 확인할 수 있다.

Claims (7)

  1. 제오라이트, 점토, 규조토 및 벤토나이트를 분쇄하는 단계(단계 1);
    상기 분쇄된 제오라이트, 점토, 규조토 및 벤토나이트를 혼합하여 혼합물을 만드는 단계(단계 2);
    상기 혼합물 100중량부에 대하여 5~10중량부에 해당하는 강도증진제를 물에 용해시키는 단계(단계 3);
    상기 혼합물에 상기 강도증진제가 용해된 물을 수분이 5~10중량%가 되도록 분사하는 단계(단계 4);
    상기 강도증진제가 용해된 물이 분사된 혼합물을 성형하여 성형체를 만드는 단계(단계 5);
    상기 성형체를 이산화티탄(TiO2) 촉매로 코팅하는 단계(단계 6); 및
    상기 이산화티탄(TiO2) 촉매로 코팅된 성형체를 건조하여 유해물질 흡착 분해 친환경 기능성 소재를 제조하는 단계(단계 7);
    를 포함하되,
    상기 강도증진제는 아크릴계 수지 40~60중량%와 염화마그네슘 40~60중량%를 혼합하여 제조하며,
    상기 아크릴계 수지는 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트 및 아크릴로니트릴로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 유해물질 흡착 분해 친환경 기능성 소재의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 단계 1은,
    제오라이트, 점토, 규조토 및 벤토나이트를 건식으로 100~150mesh로 분쇄하는 것을 특징으로 하는 유해물질 흡착 분해 친환경 기능성 소재의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 단계 2는,
    상기 분쇄된 제오라이트 25~35중량%, 점토 23~33중량%, 규조토 15~25중량% 및 벤토나이트 12~22중량%를 혼합하는 것을 특징으로 하는 유해물질 흡착 분해 친환경 기능성 소재의 제조방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 유해물질 흡착 분해 친환경 기능성 소재.
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