KR102101220B1 - 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물 및 공기정화용 필터 - Google Patents

가시광 활성 광촉매 코팅 조성물 및 공기정화용 필터 Download PDF

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Abstract

가시광 활성 광촉매재, 및 수계 용매를 포함하는 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물을 제공한다.

Description

가시광 활성 광촉매 코팅 조성물 및 공기정화용 필터{VISIBLE LIGHT ACTIVE PHOTOCATALYST COATING COMPOSITION AND FILTER FOR AIR CLEANING}
가시광 활성 광촉매 코팅 조성물 및 공기정화용 필터에 관한 것이다.
일반적으로 실내 공기 중의 먼지, 세균, 기타 오염 물질 등의 제거를 위한 목적으로 공기정화용 필터를 사용하고 있다.
이러한 공기정화용 필터는 다공성 구조로 오염 물질 등이 흡착되어 제거될 수 있으나, 시간에 지남에 따라 흡착된 오염 물질이 쌓여 공기정화 기능이 저하되어 게속하여 필터를 교체해야 하는 번거로움이 있었고 비경제적이었다.
이에 광촉매를 사용하여 공기 중에 포함된 물, 산소 등을 활성화시켜 흡착된 오염물질을 분해, 제거함으로써 필터의 수명을 연장시킬 수 있었다.
다만, 이러한 광촉매를 필터에 코팅하기 위해서는 바인더 물질을 사용해야 하고, 그에 따라 필터의 공극을 막거나, 또는 광촉매의 표면에 부착되어 광촉매의 광에 대한 표면 활성을 저하시키는 문제가 있다.
게다가, 광촉매를 빠르게 코팅하기 위해 알코올 용매를 사용하는 경우에도 광촉매의 광에 대한 표면 활성을 저하시키는 문제가 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 가시광 활성 성능 및, 우수한 광촉매 효율성을 구현하고, 코팅이 신속하고 용이한 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 구현예에서, 장기간 우수한 공기청정, 탈취 및 향균 성능을 구현하는 공기정화용 필터를 제공한다.
본 발명의 일 구현예에서, 가시광 활성 광촉매재, 및 수계 용매를 포함하는 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물을 제공한다.
상기 가시광 활성 광촉매재가 약 380nm 내지 약 500nm 파장범위의 가시광선에 대하여 활성을 가질 수 있다.
상기 가시광 활성 광촉매재가 다공성의 제1 금속 산화물; 및 상기 다공성의 제1 금속 산화물에 담지된 제2 금속 입자, 제2 금속 산화물 입자 또는 이들 모두;를 포함할 수 있다.
상기 제1 금속 산화물은 산화티탄, 산화텅스텐, 산화아연, 산화니오븀 및 이들의 조합에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2 금속 입자 및 상기 제2 금속 산화물 입자의 제2 금속이 전이금속, 귀금속 또는 이들 모두를 포함할 수 있다.
상기 제2 금속은 텅스텐, 크롬, 바나듐, 몰리브데넘, 구리, 철, 코발트, 망간, 니켈, 백금, 금, 세륨, 카드늄, 아연, 마그네슘, 칼슘, 스트로니튬, 바륨, 라듐, 팔라듐 및 이들의 조합에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 가시광 활성 광촉매재에 포함된 상기 다공성의 제1 금속 산화물 대 상기 제2 금속 입자 및 상기 제2 금속 산화물 입자를 합한 총합의 중량비가 약 1:0.001 내지 약 1:0.1일 수 있다.
상기 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물은 활성탄 함유 다공성 기재에 코팅되어 공기정화 필터용 광촉매 코팅층을 형성하는 용도로 적용될 수 있다.
상기 활성탄 함유 다공성 기재는 유기 섬유 또는 무기 섬유 재질의 직포나 부직포; 종이; 발포체; 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 재료로 형성된 다공성 기재에 활성탄이 부착되거나, 또는 함침되어 함유될 수 있다.
상기 가시광 활성 광촉매재를 약 4 중량% 내지 약 10 중량%로 포함할 수 있다.
상기 수계 용매를 약 90 중량% 내지 약 96 중량%로 포함할 수 있다.
상기 수계 용매가 물일 수 있다.
상기 가시광 활성 광촉매재가 입자로 형성될 수 있다.
상기 가시광 활성 광촉매 입자의 평균 직경이 약 30㎚ 내지 약 500㎚일 수이고, 있다.
알코올 및 바인더 물질을 포함하지 않을 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에서, 상기 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물로 형성된 광촉매 코팅층을 포함하는 공기정화용 필터를 제공한다.
상기 공기정화용 필터가 알코올 및 바인더 물질을 포함하지 않을 수 있다.
상기 공기정화용 필터가 활성탄 함유 다공성 기재를 더 포함하고, 상기 활성탄 함유 다공성 기재에 상기 광촉매 코팅층이 코팅될 수 있다.
상기 활성탄 함유 다공성 기재가 활성탄을 약 20 중량% 내지 약 80 중량%로 포함할 수 있다.
상기 활성탄 함유 다공성 기재의 두께가 약 0.5mm 내지 약 3.0mm일 수 있다.
상기 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물은 가시광 활성 성능 및, 우수한 광촉매 효율을 구현하고, 코팅이 신속하고 용이하다.
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.
본 발명의 일 구현예에서, 가시광 활성 광촉매재, 및 수계 용매를 포함하는 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물을 제공한다.
광촉매재란 광을 흡수하여 얻은 에너지로부터 생성된 전자와 정공이 수퍼옥사이드 음이온 또는 하이드록시 라디칼 등을 생성함으로써 공기청정, 탈취, 항균 작용을 할 수 있는 물질을 의미한다.
이러한 광촉매재로 통상 자외선 활성 광촉매가 사용되고 있고, 예를 들어, 산화티탄 재질로 형성된 자외선 활성 광촉매 등이 사용되고 있으나, 실내 광원에 의해서는 광촉매의 효율이 매우 낮아 별도의 자외선을 조사하는 광원 공급장치를 필요로 하고 있다.
게다가, 일반적으로 이러한 광촉매를 필터에 코팅하기 위해서는 바인더 물질을 사용해야 하므로 바인더 물질이 필터의 공극을 막거나, 또는 광촉매의 표면에 부착되어 광촉매의 광에 대한 표면 활성을 저하시키는 문제가 있다.
또한, 광촉매를 포함하는 코팅 조성물을 신속하게 흡수 및 건조시키기 위해 알코올 용매를 사용하는 경우에는 광촉매 등의 용질이 더욱 빠르게 침전되어 분산성이 저하될 수 있고, 알코올 용매 내에서 광촉매에 포함될 수 있는 백금 등의 성분이 알코올 분해 반응을 일으켜 저장안정성이 낮을 수 있다.
이에, 일 구현예에서는 가시광 활성 광촉매재를 포함하여 자외선뿐만 아니라 가시광선에 의해서도 광촉매재가 활성될 수 있는 가시광 활성 성능을 구현할 수 있으므로 실내에서 별도의 광원 공급장치 없이도 광촉매 효율을 높은 수준으로 향상시킬 수 있다. 이와 동시에, 수계 용매를 포함하여 필터의 공극 막힘 및 광촉매재의 표면 활성 저하를 효과적으로 방지하여 제품의 수명을 연장시킬 수 있고, 광촉매재의 침전 속도를 더욱 감소시켜 분산성을 향상시킬 수 있으며, 광촉매재와 용매 사이의 반응을 방지할 수 있으므로 장기간 균일한 성능, 우수한 저장안정성 및 우수한 경제성을 구현할 수 있는 이점이 있다.
상기 가시광 활성 광촉매재가 약 380nm 내지 약 500nm 파장범위의 가시광선에 대하여 활성을 가질 수 있고, 또한 예를 들어, 약 400nm 파장의 가시광선에 대하여 약 20%의 흡광도를 나타낼 수 있고, 약 500nm 파장의 가시광선에 대하여 약 10%의 흡광도를 나타낼 수 있도록 제조될 수 있다.
이와 같이, 가시광선 영역의 파장 범위 내에서 활성을 가지므로 별도의 자외선을 조사하는 광원 공급장치 없이 실내 광원에 의해서도 상기 가시광 활성 광촉매재가 전자와 정공을 충분히 생성할 수 있어, 우수한 광촉매 효율을 구현할 수 있다.
상기 가시광 활성 광촉매재가 다공성의 제1 금속 산화물; 및 상기 다공성의 제1 금속 산화물에 담지된 제2 금속 입자, 제2 금속 산화물 입자 또는 이들 모두;를 포함할 수 있다.
상기 다공성의 제1 금속 산화물은 담지체로서 예를 들어, 졸겔법이나, 수열합성법(hydrothermal method)에 의해 구형, 판형 또는 침형의 입자로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 금속 입자 또는, 제2 금속 산화물 입자가 상기 다공성의 제1 금속 산화물에 광-증착법에 의해 담지될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 제1 금속 산화물은 예를 들어, 산화티탄, 산화텅스텐, 산화아연, 산화니오븀 및 이들의 조합에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 금속 산화물은 산화텅스텐을 포함할 수 있고, 그에 따라 가시광 활성 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 제1 금속 산화물 입자의 평균 직경이 예를 들어, 약 30㎚ 내지 약 100㎚일 수 있다.
상기 제2 금속 입자 및 상기 제2 금속 산화물의 제2 금속은 예를 들어, 가시광선에 대한 활성을 부여하는 금속을 제한 없이 사용할 수 있고, 전이금속, 귀금속 또는 이들 모두를 포함할 수 있고, 즉 상기 제2 금속 입자, 상기 제2 금속 산화물은 전이금속, 귀금속, 이들의 산화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 예를 들어, 상기 제2 금속은 텅스텐, 크롬, 바나듐, 몰리브데넘, 구리, 철, 코발트, 망간, 니켈, 백금, 금, 세륨, 카드늄, 아연, 마그네슘, 칼슘, 스트로니튬, 바륨, 라듐, 팔라듐 및 이들의 조합에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있고, 구체적으로는 백금, 구리, 금, 은, 아연, 팔라듐 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하여 우수한 가시광 활성 성능을 구현할 수 있다.
또한, 구체적으로 상기 제1 금속 산화물이 산화텅스텐을 포함하고, 상기 제2 금속이 백금을 포함할 수 있고, 그에 따라 가시광선을 더욱 높은 수준으로 흡수하여 가시광선에 대한 광촉매 효율을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
일 구현예에서, 상기 가시광 활성 광촉매재에 포함된 상기 다공성의 제1 금속 산화물 대 상기 제2 금속 입자 및 상기 제2 금속 산화물 입자를 합한 총합의 중량비가 약 1:0.001 내지 약 1:0.1일 수 있다. 상기 범위 내의 중량비로 이들의 함량을 조절함으로써 상기 제1 금속 산화물이 가시광선에 의해 전자와 정공을 충분히 생성하면서도 상기 제2 금속 입자 또는 상기 제2 금속 산화물 입자가 생성된 전자와 정공의 재결합을 충분히 방지하여 광촉매 활성 효율을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
상기 제2 금속 입자 및 상기 제2 금속 산화물 입자를 합한 총합은 둘 중 하나만을 포함한 경우에는 하나의 총합, 즉 상기 제2 금속 입자의 총합 또는 상기 제2 금속 산화물 입자의 총합을 의미하고, 이들 모두를 포함하는 경우에는 상기 제2 금속 입자 및 상기 제2 금속 산화물 입자를 합한 총합을 의미한다.
예를 들어, 상기 가시광 활성 광촉매재에 포함된 상기 제2 금속 입자 및 상기 제2 금속 산화물 입자를 합한 총합의 함량이 약 0.1 중량% 내지 약 10 중량%일 수 있다. 그에 따라, 상기 다공성의 제1 금속 산화물의 함량이 약 90 중량% 내지 약 99.9 중량%일 수 있다. 상기 범위 내의 함량으로 포함됨으로써 우수한 광촉매 활성을 구현할 수 있다.
구체적으로, 상기 다공성의 제1 금속 산화물의 함량이 약 99.9 중량% 초과인 경우 가시광선에 의해 생성된 전자와 전공이 쉽게 재결합할 수 있고, 이들의 분리가 어려워 충분한 광촉매 활성을 나타내지 못하고, 약 90 중량% 미만인 경우에는 상기 다공성의 제1 금속 산화물에서 전이되는 전자의 수가 충분히 확보되지 못하여 광촉매 활성이 저하될 우려가 있고, 상기 제1 금속 산화물의 광에 대한 노출 면적이 감소하여 광촉매 성능이 저하될 수 있다.
또한, 상기 다공성의 제1 금속 산화물 중 일부가 서로 뭉쳐서 하나의 클러스터(cluster)를 형성하여 상기 클러스터로 포함될 수 있다.
상기 제1 금속 산화물의 형상에 따라, 상기 가시광 활성 광촉매재가 입자로 형성될 수 있다.
상기 가시광 활성 광촉매 입자의 평균 직경이 예를 들어, 약 30㎚ 내지 약 500㎚일 수 있고, 구체적으로 약 30㎚ 내지 약 200㎚일 수 있다.
상기 범위의 평균 직경을 가짐으로써 상기 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물을 다공성 기재에 코팅하는 경우 상기 가시광 활성 광촉매재가 더욱 균일하게 분산될 수 있으면서 상기 다공성 기재에 더욱 빠르게 침투하여 우수한 분산성 및 우수한 부착성을 구현할 수 있다. 또한, 가시광선에 대한 노출 면적을 확보하여 충분한 공기 청정 및 향균 기능을 나타낼 수 있다.
또한, 상기 제1 금속 산화물의 비표면적이 약 50㎡/g 내지 약 500㎡/g일 수 있다. 상기 범위 내의 높은 수준의 비표면적을 가짐으로써 가시광선 등의 광원에 효과적으로 노출될 수 있으면서 기공률을 적절한 수준으로 형성하여 상기 제2 금속 입자 및 상기 제2 금속 산화물 입자를 충분히 담지할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물이 상기 가시광 활성 광촉매재를 약 4 중량% 내지 약 10 중량%로 포함할 수 있다. 상기 범위 내의 함량으로 포함함으로써 가시광선에 의해서도 충분히 우수한 공기청정, 탈취 및 향균 성능을 구현할 수 있으면서 비용을 지나치게 증가시키지 않을 수 있다.
또한, 상기 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물이 상기 수계 용매를 약 90 중량% 내지 약 96 중량%로 포함할 수 있다. 상기 범위 내의 함량으로 포함함으로써 상기 가시광 활성 광촉매재를 적절히 분산시켜 다공성 기재, 예를 들어 다공성 필터에 대한 코팅을 용이하게 하면서도 신속히 흡수 및 건조될 수 있어, 생산 효율을 증가시킬 수 있다.
구체적으로 상기 수계 용매의 함량이 약 90% 미만인 경우 상기 가시광 활성 광촉매재가 분산되기 어렵고 상기 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물의 코팅도 어려워 전체적으로 균일한 성능을 구현할 수 없고 부착성이 저하될 수 있으며, 약 96% 초과인 경우에는 상기 가시광 활성 광촉매재의 함량이 매우 부족하여 공기청정, 탈취 및 향균 성능이 필요한 정도로 발현될 수 없는 문제가 있다.
상기 수계 용매가 물일 수 있다. 예를 들어, 물 100 중량%로 이루어진 용매로서, 상기 물은 증류수, 이온수 또는 이들 모두를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
일 구현예에서, 상기 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물이 알코올 및 바인더 물질을 포함하지 않을 수 있다. 그에 따라, 상기 가시광 활성 광촉매재의 노출 표면적을 충분히 포함하여 우수한 광촉매 효율을 구현할 수 있고, 예를 들어, 휘발성 유기화합물(VOCs)과 같은 유해 물질의 흡착 및 제거 성능을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
이러한 바인더 물질은 이 기술분야에서 공지된 바인더 수지, 예를 들어, 아크릴계 수지, 폴리에스테르계 수지 등을 포함하는 유기계 바인더 또는 무기계 바인더를 의미하고, 구체적으로 실리카졸, 알루미나졸, 지르코니아졸, 타이타니아졸 등을 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
일반적으로, 톨루엔은 분자량이 크고 비극성인 물질로서 노출 표면적이 작은 경우 흡착 및 제거가 어려운 문제가 있다.
상기 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물은 전술한 바와 같이, 알코올 및 바인더상기 물질을 포함하지 않아 상기 가시광 활성 광촉매재의 노출 표면적이 감소되지 않을 수 있고, 구체적으로 톨루엔과 같은 유해물질에 대해서도 흡착이 높은 수준으로 일어나 우수한 제거율을 구현할 수 있다.
후술하는 본 발명의 다른 구현예에 기재된 바와 같이, 상기 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물은 활성탄 함유 다공성 기재에 코팅되어, 공기정화 필터용 광촉매 코팅층을 형성하는 용도로 적용될 수 있고, 그에 따라, 공기청정, 탈취 또는 향균 효과를 구현할 수 있다.
상기 활성탄(activated carbon)은 미세 공극을 포함하는 다공성 탄소 물질로서 매우 높은 흡착성을 가지고 있다.
상기 공기정화 필터용 광촉매 코팅층은 상기 활성탄 함유 다공성 기재를 상기 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물에 침지한 후 건조시키거나 또는, 상기 활성탄 함유 다공성 기재에 상기 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물을 스프레이법에 의해 분사하여 형성할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이와 같이, 상기 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물을 상기 활성탄이 함유된 다공성 기재에 적용함으로써 바인더 물질을 포함하지 않고서도 우수한 부착성을 구현함과 동시에 알코올 용매를 포함하지 않고서도 신속하게 흡수 및 건조될 수 있는 이점이 있다.
예를 들어, 상기 활성탄 함유 다공성 기재는 유기 섬유 또는 무기 섬유 재질의 직포나 부직포; 종이; 발포체; 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 재료로 형성된 다공성 기재에 활성탄이 부착되거나 함침되어 함유될 수 있다.
상기 다공성 기재에 상기 활성탄을 부착시키거나, 함침시키는 방법은 이 기술분야에서 공지된 방법에 따라 수행될 수 있고, 예를 들어, 다공성 기재를 활성탄 함유 조성물에 침지한 후 건조시키거나, 또는 상기 다공성 기재에 활성탄 함유 조성물을 스프레이법에 의해 분사하여 수행할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 활성탄 함유 다공성 기재가 활성탄을 약 20 중량% 내지 약 80 중량%로 포함할 수 있다. 상기 범위 내의 함량으로 포함함으로써 공기 중 유해 물질 등을 충분히 흡착하면서 상기 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물이 우수한 수준으로 부착됨과 동시에 비용을 지나치게 증가시키지 않을 수 있다.
상기 활성탄 함유 다공성 기재가 규조토, 제올라이트, 실리카겔, 녹말, 벤토나이트, 알루미나 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 흡착제를 더 함유할 수 있다.
상기 활성탄 함유 다공성 기재의 두께가 약 0.5mm 내지 약 3.0mm일 수 있다. 상기 범위 내의 두께를 가짐으로써 상기 공기정화용 필터의 두께를 지나치게 증가시키지 않으면서도 공기청정, 탈취 또는 향균 효과를 우수한 수준으로 발휘할 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에서, 상기 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물로 형성된 광촉매 코팅층을 포함하는 공기정화용 필터를 제공한다. 상기 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물은 일 구현예에서 전술한 바와 같다.
이에, 상기 공기정화용 필터는 가시광 활성 성능을 구현할 수 있으므로 실내에서 별도의 광원 공급장치 없이도 광촉매 효율을 높은 수준으로 향상시킬 수 있다. 이와 동시에, 상기 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물이 수계 용매를 포함하여 필터의 공극 막힘 및 광촉매재의 표면 활성 저하를 효과적으로 방지하여 제품의 수명을 연장시킬 수 있고, 광촉매재의 침전 속도를 더욱 감소시켜 분산성을 향상시킬 수 있으며, 광촉매재와 용매 사이의 반응을 방지할 수 있으므로 장기간 균일한 성능, 우수한 저장안정성 및 우수한 경제성을 구현할 수 있는 이점이 있다.
구체적으로, 상기 공기정화용 필터가 알코올 및 바인더 물질을 포함하지 않을 수 있다. 그에 따라, 상기 가시광 활성 광촉매재의 노출 표면적이 감소되지 않아 톨루엔과 같은 유해물질에 대해서도 흡착이 높은 수준으로 일어남으로써 우수한 제거율을 구현하면서 전술한 바와 같이, 우수한 분산성 및 우수한 저장안정성을 구현할 수 있다.
상기 공기정화용 필터가 활성탄 함유 다공성 기재를 더 포함하고, 상기 활성탄 함유 다공성 기재에 상기 광촉매 코팅층이 코팅될 수 있다. 예를 들어, 상기 광촉매 코팅층은 상기 활성탄 함유 다공성 기재의 표면 전체에 코팅될 수 있고, 즉 상기 활성탄 함유 다공성 기재의 표면 중 외부에 노출되는 외표면 및 내부의 기공을 형성하는 내표면 모두에 코팅될 수 있다.
상기 활성탄 함유 다공성 기재를 상기 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물에 침지한 후 건조시키거나 또는, 상기 활성탄 함유 다공성 기재에 상기 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물을 스프레이법에 의해 분사하여 코팅시킬 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 활성탄 함유 다공성 기재는 일 구현예에서 전술한 바와 같다.
이와 같이, 상기 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물을 상기 활성탄이 함유된 다공성 기재에 적용함으로써 바인더 물질을 포함하지 않고서도 우수한 부착성을 구현함과 동시에 알코올 용매를 포함하지 않고서도 신속하게 흡수 및 건조될 수 있는 이점이 있다. 그에 따라, 에어컨, 진공청소기, 히터, 공기청정기 등에 사용하는 경우 공기의 흐름에 의해 상기 광촉매 코팅층이 상기 활성탄 함유 가공성 기재로부터 탈리되지 않아 장기간 공기청정, 탈취 또는 향균 효과를 구현할 수 있다.
예를 들어, 상기 활성탄 함유 다공성 기재는 유기 섬유 또는 무기 섬유 재질의 직포나 부직포, 종이, 발포체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 재료로 형성된 다공성 기재에, 활성탄이 부착되거나 함침되어 함유될 수 있다. 상기 다공성 기재에 상기 활성탄을 부착시키거나, 함침시키는 방법은 이 기술분야에서 공지된 방법에 따라 수행될 수 있고, 특별히 제한되지 않는다.
상기 활성탄 함유 다공성 기재가 활성탄을 약 20 중량% 내지 약 80 중량%로 포함할 수 있다. 상기 범위 내의 함량으로 포함함으로써 공기 중 유해 물질 등을 충분히 흡착하면서 상기 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물이 우수한 수준으로 부착됨과 동시에 비용을 지나치게 증가시키지 않을 수 있다.
상기 활성탄 함유 다공성 기재가, 규조토, 제올라이트, 실리카겔, 녹말, 벤토나이트, 알루미나 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 흡착제를 더 함유할 수 있다.
상기 활성탄 함유 다공성 기재의 두께가 약 0.5mm 내지 약 3.0mm일 수 있다. 상기 범위 내의 두께를 가짐으로써 상기 공기정화용 필터의 두께를 지나치게 증가시키지 않으면서도 공기청정, 탈취 또는 향균 효과를 우수한 수준으로 발휘할 수 있다.
또한, 상기 공기정화용 필터는 이 기술분야에서 공지된 형상으로 형성될 수 있고, 예를 들어, 허니컴 타입(honeycomb type), 시트 타입(sheet type), 백 타입(back type) 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나의 형상으로 형성될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
예를 들어, 상기 허니컴 타입은 벌집 형상으로 형성된 것을 의미하고, 상기 시트 타입은 얇은 판 형상으로 형성된 것을 의미하며, 상기 백 타입은 가늘고 긴 자루 형상으로 형성된 것을 의미할 수 있다.
이하 본 발명의 실시예를 기재한다. 그러한 하기한 실시예는 본 발명의 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
( 실시예 )
실시예 1
산화텅스텐(WO3) 분말을 물에 분산시킨 후, 그 용액에 산화텅스텐(WO3) 100 중량부를 기준으로 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 광촉매재를 형성하였고, 상기 산화텅스텐 대 상기 백금 입자의 중량비가 1:0.002이었다
상기 가시광 활성 광촉매재 5 중량% 및 물 95 중량%를 혼합 및 교반하여 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물을 제조하였다.
또한, 폴리프로필렌 섬유 재질에 의해 2㎜ 두께로 형성된 부직포에 활성탄을 함침시켜 활성탄 함유 다공성 기재를 준비하였고, 상기 활성탄 함유 다공성 기재가 상기 활성탄을 60 중량%로 포함하였다.
이어서, 상기 활성탄 함유 다공성 기재를 상기 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물에 침지한 후 건조시켜 공기정화용 필터를 제조하였다.
.
비교예 1 (수계 용매를 포함하지 않고 바인더 물질을 포함한 경우)
물을 혼합 및 교반하지 않고, 가시광 활성 광촉매재 5 중량%, 이소프로필알콜(IPA) 90 중량% 및 TiO2 졸 바인더 5 중량%를 혼합 및 교반한 것을 제외하고는 실시에 1과 동일한 방법으로 가시광 활성 광촉매 조성물 및 공기정화용 필터를 제조하였다.
평가
(톨루엔 제거율)
측정방법: 상기 실시예 1 및 비교예 1의 공기정화용 필터를 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 계산식 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.
[계산식 1]
톨루엔 제거율(%) = (제1 농도 - 제2 농도)/제1 농도 X 100
톨루엔 제거율[%]
실시예 1 83
비교예 1 34
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 바인더 물질을 사용하지 않고, 수계 용매를 사용하여 제조한 상기 실시예 1에 의한 공기정화용 필터는 톨루엔 제거율이 83%로 매우 높은 반면, 바인더 물질을 사용한 비교예 1에 의한 공기정화용 필터는 톨루엔 제거율이 34%로 현저히 낮아 공기정화 성능이 열등할 것을 명확히 예상할 수 있다.

Claims (20)

  1. 활성탄 함유 다공성 기재; 및
    상기 활성탄 함유 다공성 기재에 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물로 형성된 광촉매 코팅층;을 포함하고,
    상기 활성탄 함유 다공성 기재가 활성탄을 20 중량% 내지 80 중량%로 포함하고,
    상기 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물은 가시광 활성 광촉매재, 및 수계 용매를 포함하고,
    상기 가시광 활성 광촉매재가 다공성의 제1 금속 산화물; 및 상기 다공성의 제1 금속 산화물에 담지된 제2 금속 입자를 포함하고,
    상기 제1 금속 산화물은 산화텅스텐이고, 상기 제2 금속 입자는 백금이고,
    상기 제1 금속 산화물의 비표면적은 50㎡/g 내지 500㎡/g이고,
    상기 가시광 활성 광촉매재를 4 중량% 내지 10 중량%로 포함하고,
    상기 가시광 활성 광촉매재가 입자로 형성되고,
    상기 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물은 알코올 및 바인더 물질을 포함하지 않고,
    상기 수계 용매는 물 100중량%로 이루어지고,
    상기 활성탄 함유 다공성 기재는 유기 섬유 또는 무기 섬유 재질의 직포나 부직포를 포함하는 재료로 형성된 다공성 기재에 활성탄이 부착되거나, 또는 함침되어 함유되고,
    상기 활성탄 함유 다공성 기재의 두께가 0.5mm 내지 3.0mm인
    공기 정화용 필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가시광 활성 광촉매재가 380nm 내지 500nm 파장범위의 가시광선에 대하여 활성을 갖는
    공기 정화용 필터.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가시광 활성 광촉매재에 포함된 상기 다공성의 제1 금속 산화물 대 상기 제2 금속 입자의 중량비가 1:0.001 내지 1:0.1인
    공기 정화용 필터.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 수계 용매를 90 중량% 내지 96 중량%로 포함하는
    공기 정화용 필터.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제1항에 있어서,
    상기 가시광 활성 광촉매 입자의 평균 직경이 30㎚ 내지 500㎚인
    공기 정화용 필터.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
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