광촉매의 사업화 1

광촉매를 활용하여 주택 등 외장 코팅, 광촉매 텐트, 광촉매가 적용된 공기청정기, 광촉매의 생활용품에 응용에 대해 알아보자.

• 주택 등 외장 코팅

주택 외벽의 도장은 도료의 노화에 의한 벗겨짐, 색이 바라거나 오염 등으로 인해 일반적으로 약 10년 주기로 바꾸어준다고 하지만, 흰색 외벽의 경우는 1년도 경과되지 않아 더러워져 미관상 보기 흉해진다. 특히 점포나 레스토랑에서는 외벽의 깨끗함이 이미지와 연관되기 때문에 자주 외벽을 닦아주거나 바꾸어주는 것이 일반적이다. 또한 자신의 집의 외벽은 항상 깨끗하게 본존하기를 원하는 사람도 많기 때문에 어떻게 해야 외벽을 항상 깨끗하게 보존할 수 있을까하는 것이 큰 과제였다. 그런데 광촉매를 사용한다면 이러한 과제를 해결할 수 있다. 외벽에 광촉매를 사용한다면 이러한 과제를 해결할 수 있다. 외벽에 광촉매를 도포하는 것으로 항상 깨끗한 외벽을 유지하는 것이 가능하다. 최근에는 주택 외벽의 도장을 바꿀 때 광촉매 코팅을 하고 싶어 하는 사람이 늘어나서 건축업자의 말에 따르면 신축건물 주택의 70~80%가 광촉매 코팅 외장을 주문하고 있다고 한다.

건축 외벽의 오염은 차의 배출가스 등에 포함되어 있는 기름 성분의 부착뿐만 아니라 대기 중에 떠다니는 먼지나 모래 등의 부착이 누적되어 오염이 심해진다. 특히 기름 성분의 경우는 시간이 경과되면 고화되어 버리기 때문에 세척하여도 쉽게 깨끗해지지 않는다. 이에 반하여 광촉매를 코팅한 외벽은 태양광을 받는 것만으로도 산화분해력을 갖게 되어 기름 성분을 분해시킬 수 있다. 한편 먼지나 모래 등에 대해서는 이것들이 주로 무기물이기 때문에 광촉매로 분해되지 않는다. 그러나 광촉매의 다른 능력 중의 하나인 초친수성에 의해 비가 올 때 외벽의 광촉매 표면과 오염 기름 성분 사이로 물이 스며들어 비와 함께 유분과 먼지나 모래 등의 무기물을 씻어 낸다.

산화티탄 광촉매는 자외선이 필요불가결한데 주택 외벽의 경우, 태양광의 자외선이 충분하게 도달되기 때문에 광촉매 기능을 크게 발휘할 수 있다. 그늘진 부분이라도 자외선의 벽 등의 반사에 의해 광매 능력을 발휘할 정도의 자외선 양을 확보할 수 있다. 물론 흐린 날에도 충분한 셀프클리닝 효과를 나타낸다.

외벽에 광촉매 코팅을 도입하는 주택건설회사가 증가하는 경향을 보이고 있다. 따라서 앞으로는 광촉매 코팅 외벽이 점점 증가하여 깨끗한 외벽이 많아질 것이다.

 

• 광촉매 텐트

도쿄돔의 천정에 설치된 하얀 텐트 소재는 오랜 시간이 경과하였음에도 불구하고 교체할 필요 없이 사용 가능한 것으로 그 내구성은 증명되었다. 최근에는 기차 역사 지붕이나 역 부근 광장의 통로 지붕 등 주변 여러 곳에 깨끗한 하얀 텐트 소재가 많이 사용되고 있다. 예전에는 흰색 텐트가 빨리 더러워지기 때문에 그다지 사용하지 않았다. 또한 더러움이 눈에 잘 띄지 않는 진한색의 텐트는 내부가 낮에도 어둡고 여름에는 더웠다.

옥외에서 사용되는 텐트 소재는 비바람에 노출되고 대기 중의 분진이나 기름 미세입자에 의해 더러워진다 텐트 재료에는 염화비닐수지(PVC) 소재, 폴리사염화에틸렌 소재가 있는데, PVC 소재 텐트에는 유연성을 위하여 가소제가 사용된다. 가소제로 브리드를 사용하는데 이는 온도나 자외선의 영향을 받아 표면으로 표출되는 성질이 있어 표면에는 풀과 같은 역할을 하게 된다. 여기에 대기 중의 모래 분진이나 기름 미세입자가 부착하여 하얀 텐트의 경우에는 2개월도 지나지 않아 더러워지게 된다.

그래서 텐트의 오염방지대책으로 표면에 산화티탄 광촉매를 코팅한 텐트가 개발되어 실용화된 것이다. 광촉매가 코팅된 텐트는 태양광을 받으면 셀프클리닝 효과에 의해 부착된 유기오염물질을 분해시키고 또한 빗물에 의해 세척 제거하는 뛰어난 오염방지 효과를 나타낸다. 따라서 광촉매 코팅 텐트는 아리보리 색이나 흰색 등 엷은 계열의 색을 사용하여도 텐트의 미관을 유지한다. 엷은 색의 텐트는 내부가 밝기 때문에 낮에는 실내조명이 필요 없다. 자연광의 반사율이 높아 열선의 흡수도 낮기 때문에 진한색 텐트나 더러워진 텐트와 비교하여 텐트 내부 온도가 낮아 에너지 절약에도 도움이 된다.

실용 예로 체육관이나 창고의 지분, 구조 소재, 역사나 역 앞 광장의 통로 소재 등에 널리 사용되고 있다. 텐트 재료는 내구성면에서는 주료 PTFE 소재를 사용한다. 또한 가게의 처마 텐트, 위락시설의 천막, 상점이나 주택의 천막, 단독 주택의 테라스 등 광촉매 텐트는 우리 주변에 널리 사용되고 있다.

 

• 공기청정기

일찍이 슬롯머신 가게는 담배연기로 가득 차 내부가 뿌옇게 보인 적도 있었지만, 요즘은 건강상의 문제로 담배 연기를 혐오하게 되어 공기를 정화하기 위해 슬롯머신 기계 옆에 광촉매를 이용한 공기청정기가 설치되어 있는 곳도 찾아볼 수 있다.

광촉매를 이용한 공기청정기는 빛을 사용하기 때문에 안전하고 깨끗하며 또한 VOC나 담배 냄새, 애완동물의 냄새, 바이러스나 세균 등 넓은 범위의 오염물질을 산화 분해하는 능력을 가지고 있어 악취제거, 살균, 항균 등 공기정화에 위력을 발휘한다.

기본적인 광촉매 공기청정기 구조는 광촉매를 담지한 필터와 자외선 램프로 구성되어 있다. 필터에는 공기 정화 성능을 높이기 위한 다양한 방안이 모색되어 다공질의 표면적이 큰 재료를 사용하여 제거하려는 물질과의 접촉 효율을 높이고 있다. 필터의 재질 자체는 초기에는 허니컴 형태의 종이필터가 많이 사용되었으나, 최근에는 일반적으로 세라믹이나 유리섬유를 많이 사용하며 다양한 방법으로 광촉매를 코팅한다. 세라믹의 경우에는 졸-겔법에 의해 세라믹 표면에 광촉매를 담지한 후 소성하며, 유리섬유의 경우는 광촉매 코팅액을 코팅한 수 소성하여 사용한다. 다만 광촉매는 필터에 담지시키는 것만으로는 떨어지기 쉬기 때문에 바인더를 사용하여 강하게 고정시킨다. 바인더로는 실리카계 할 물질이 주변에 있어도 이를 적극적으로 잡을 수가 없기 때문에 흡착제와 조합시켜 오염물질을 적극적으로 잡을 수 있도록 하였다.

광원으로는 블랙라이트나 수은램프, 살균램프가 많이 사용되었으나 최근에는 발광다이오드도 이용되고 있다. 지금까지의 LED 는 장파장의 제품만이 있었지만 최근에는 단파장의 LED도 등장하였다. 이와 같은 LED를 광촉매의 광원으로 사용하게 되면 공기청정기 자체의 소형화, 낮은 소비 전력이 기대된다.

이와 같은 필터와 광원에 흡입 팬과 공기 중의 분진 등을 제거하는 프리필터를 조합하면 광촉매 공기청정기가 완성된다.

광촉매 공기청정기는 일반적으로 필터뿐만 아니라 자외선램프도 필요하기 때문에 기존의 공기청정기와 비교하여 초기 설치비용이 많이 든다. 그러나 세라믹 광촉매 필터는 교환이 필요없어 유지비가 적게 들기 때문에 장시간 사용하면 전체 비용은 낮아질 것으로 기대된다. 그래서 요즘 광촉매 공기청정기는 일반 가정용으로도 판매되고 있지만 아직까지는 주로 업무용으로 보급되고 있는 실정이다.

설치 장소로는 병원이나 복지시설, 호텔, 레스토랑, 회사 사무실 등 비교적 악취 농도가 낮은 환경에서부터 연구소, 식품가공, 어류가공, 쓰레기 처리, 동물 축사 등 높은 농도의 악취가 발생하는 장소까지 다양하게 보급되고 있다. 이러한 호나경에는 다양한 악취 성분이 존재한다. 예를 들면 병원이나 복지시설에는 소변이나 땀 등에서 나오는 암모니아, 황화합물, 지방산 등과 함께 약품에서 발생하는 알코올, 알테히드, 에스테르까지 다양하다. 광촉매는 이러한 각각의 악취 성분들에 대한 분해 정도는 다르지만 높은 분해 능력을 발휘할 수 있다.

더욱이 광촉매가 분해할 수 있는 것은 악취 성분만이 아니다. 예를 들면 공기 중에 존재하는 균도 광촉매 공기청정기에 의해 분해 제거할 수 있다. 실험 예로 광촉매 코팅 세라믹 필터를 장착한 공기청정기의 자외선램프를 끈 상태에서 부유균의 제거 성능은 48시간 후 30~40% 정도에 달하는 데 비하여 자외선램프 조사 조건에서는 불과 15분에 80% 정도까지 부유균이 제거된다는 보고가 있다. 이와 같이 광촉매 공기청정기는 탈취와 항균이 동시에 가능하기 때문에 다양한 환경 중에서도 특히, 의료나 요양 분야에 적합하여 전국적으로 병원 등의 의료기관이나 요양시설, 양로원 등에 보급되고 있다.

또한 신간센에도 광촉매 공기청정기가 설치되었다. 흡연자를 위하여 열차 사이에 흡연부스를 설치하였다. 이 흡연부스의 천정에 광촉매 공기청정기를 설치하였으며 광촉매의 공기정화능력과 효과적인 배기시스템으로 담배냄새가 나지 않는 쾌적한 차내 공간을 만들었다.

 

• 생활용품에 응용

최근 주택은 밀폐성이 아주 좋기 때문에 방 공기의 환기가 거의 되지 않아 악취 등이 빠져나가지 못한다. 벽지나 가구 등에서 발생하는 취발성유기화합물이 충만해 있는 방안에서 생활하면 유발하는 새집증후군이 큰 사회적 문제가 되고 있다. 또한 환기가 잘 되지 않으면 곰팡이나 잡균이 번식하기 쉬운 환경이 만들어지는데 이 또한 알레르기의 원인이 되고 있다. 더욱이 최근에는 애완동물을 방안에서 기르는 사람이 많은데 이로 인해 애완동물 냄새나 담배 냄새가 벽 등에 베어 계속 악취를 발생하면서 쾌적한 생활을 방해하고 있다.

이에 광촉매의 산화분해력을 이용하여 취발성유기화합물나 악취의 분해 제거, 항균, 탈취 등 주택의 생활공간의 공기정화를 목적으로 하는 다양한 광촉매 응용 제품들이 실용화되고 있다. 먼저 방안의 악취나 세균을 제거하여 쾌적한 생활공간을 확보하려는 목적으로 광촉매 공기청정기나 광촉매 유닛을 장착한 에어컨이 있다. 화장실, 욕실, 주방 등에는 광촉매를 코팅한 타일을 사용하는데 이는 탈취나 더러움 방지를 목적으로 하고 있다. 더러워지기 쉬운 장소에 광촉매 코팅 타일을 사용하면 물로 닦아내는 것만으로도 때를 쉽게 제거할 수 있다.

창에 광촉매 첨가 커튼이나 블라인드를 사용하면 탈취, 더러움 방지에 도움이 된다. 또한 광촉매 코팅 벽지 및 창호지가 있는데 이들은 담배 진의 분해, 탈취, 항균, 공기정화 역할을 한다. 현관 입구에는 광촉매와 살균용 자외선 램프를 조합한 살균, 탈취용 신발장을 설치하고 있으며, 탈취 효과를 목적으로 직접 광촉매를 첨가한 슬리퍼도 있다. 의류 관련으로는 탈취, 항균 목적으로 광촉매를 첨가한 앞치마, 운동복, 잠옷, 수건, 시트, 이불 커버, 양말, 스타킹, 속옷 등이 시판되고 있다. 이들 슬리퍼나 의류는 햇볕에 말리는 시간 동안 광촉매 효과를 복 수 있다.

이와 같이 우리 생활에 광촉매가 다양하게 사용되고 있지만 방안에는 자외선의 양이 충분하지 않아 기대한 효과를 보지 못하는 것이 현 상황이다. 가시광 응답형 광촉매 등 새로운 광촉매가 지속적으로 연구되고 있으므로 앞으로 더욱 더 광촉매에 의한 쾌적한 생활이 기대된다.

• 참고글

광촉매 활용1

광촉매 활용2