광촉매 실용화 및 제품화 1

• 광촉매 실용화 및 제품화 – 광촉매 코팅액, 광촉매 기능성 유리

티탄의 알콕사이드를 원료로 하는 코팅액을 재료에 균일하게 코팅한 후 소성하면 투명하고 내구성이 우수한 산화티탄 투명 박막 광촉매가 얻어진다. 소성 온도를 500~600도로 하면 가장 성능이 우수한 산화티탄 투명 박막 광촉매가 얻어지며 실온에서부터 가열하여야 아름답고 내구성이 우수한 산화티탄 투명 박막 광촉매를 얻을 수 있다. 앞에서 언급한 바와 같이 표면에 균일한 세공을 갖는 산화티탄 다공성 박막 광촉매 원료나, 가열 소성하지 않고 상온에서 코팅할 수 있는 원료도 판매되고 있다.

탈취, 항균, 더러움 방지, 수처리, 대기정화(질소산화물과 황산화물 제거) 등 많은 분야에 사용되고 있다.

광촉매 코팅액을 이용하여 유리 요기 등에 산화티탄 투명 박막 광촉매를 코팅한 광촉매 기능성 유리는 세계에서 최초로 실용화된 산화티탄 투명 박막 광촉매를 코팅한 유리 제품이다. 이 유리 제품은 ‘카타리티’라는 상품명으로 시판되어 많은 상을 수상한 바 있다.

산화티탄 투명 박막 광촉매를 코팅한 유리 용기에 빛을 쪼이면 물의 덩어리(클러스터)가 작아지는 것을 확인하였으며, 산회티탄 투명 박막 광촉매를 코팅한 꽃병은 물이 부패되지 않아 꽃이 오랫동안 보존된다.

유리구슬, 유리섬유, 세라믹 허니컴 등 여러 재료에 산화티탄 투명 박막 광촉매를 코팅한 제품이 판매되고 있다.

• 광촉매 실용화 및 제품화 – 광촉매 유리섬유, 공기청정기

광촉매는 빛이 없으면 작용하지 않으므로 광촉매를 실용화하는 경우 광촉매에 어떻게 효과적으로 빛을 쪼일 수 있는가가 중요하다.

광촉매 유리섬유는 투명한 재료인 유리섬유에 산화티탄 투명 박막을 코팅한 것으로 투명하기 때문에 빛이 투과하여 광촉매에 빛을 효과적으로 공급할 수 있다. 유리가 섬유처럼 짜져있으므로 표면적이 넓어 광촉매 반응이 효율적으로 일어날 수 있다. 보통 유리섬유에 광촉매 코팅액을 코팅한 후 소성하면 표면장력에 의해 유리섬유의 짜져있는 부분 사이에 코팅액이 뭉치게 되고 소성하면 산화티탄 광촉매가 유리섬유는 산화티탄 투명 박막이 잘 코팅되어 있어 내구성이 우수하다. 광촉매 유리섬유는 원래 상태대로 또는 필터로 가공하여 탈취, 수처리, 항균 등 매우 넓은 용도로 사용할 수 있다.

광촉매 유리섬유를 필터로 사용한 공기청정기가 개발되었다. 이 제품은 광원으로 저압 수은램프를 사용하고 있으며 수퍼오조나이저라는 상품명으로 판매되고 있다. 185nm의 빛을 발생하는 자외선램프의 빛이 공기와 만나면 오존을 발생한다. 수퍼오조나이저는 자외선램프의 빛만이 아니라 빛에 의해 발생하는 오존도 광촉매 필터와 만날 수 있도록 설계되었으며 오존은 광촉매 표면에서 쉽게 활성산소로 변하기 때문에 광촉매 반응이 촉진된다.

광촉매와 오존을 같이 사용하므로서 오존이 분해 되어 무해화되는 동시에 광촉매 상승효과도 나타난다. 현재 가정용, 업무용, 자동차용 등 공기청정기가 개발되어 시판되고 있다.

• 광촉매 실용화 및 제품화 – 광촉매 시트, 형광등 커버

과거 산화티탄 광촉매를 플라스틱 시트에 코팅하거나 혼합하여 제조한 후 빛을 비추면 시트가 분해되어 너덜너덜해지므로 광촉매 시트를 만들 수 없었다. 그러나 플라스틱 중 테프론은 광촉매로 분해되지 않을 정도의 내구성을 가지고 있다. 유리섬유에 테프론 등 불소수지와 산화티탄 광촉매를 붙인 광촉매 시트가 만들어졌다. 이를 테트라스 광크린시트라는 상품으로 시판되고 있으며 내열성이나 내약품성이 뛰어나고 항균, 더러움 방지, 탈취, 물 정화 등 여러 기능을 갖는다.

광촉매 성능을 높이기 위해 표면의 산화티탄 광촉매 농도를 높이려는 노력이 시도되고 있다. 이를 이용한 블라인드, 커튼, 스크린, 형광등 커버, 전등갓, 공기청정기 등이 제조되고 있다. 색도 다양하여 시트 뿐 아니라 이송 벨트나 건축 재료 등에도 사용되고 있으며 환경위생이나 의료, 식품가공 분야에도 응용되고 있다.

형광등 커버는 광촉매 시트를 둥근 통 모양으로 만든 것이며 18형, 20형, 32형, 40형, 110형 등 여러 크기가 있으며 형광등에 씌워 사용한다. 전등이 높은 곳에 위치하여 청소하기 곤란한 공장 등에서 사용이 적합하며 다음 기능을 가지고 있다.

1. 자외선을 흡수하여 눈에 피로감을 덜어준다.
2. 빌딩증후군을 일으키는 포름알데히드나 아세트알데히드 등 실내 유해 유기물질을 분해하여 무해화시킨다.
3. 실내의 악취를 분해하여 냄새를 없애준다.
4. 조금씩 부착하는 때를 분해하기 때문에 형광등이 어두워지는 것을 막아준다.
5. 항균, 항곰팡이 기능으로 실내 환경을 청정화한다.
6. 형광등의 파손을 막아준다.
7. 난연성으로 거의 대부분의 화학 약품에 견딜 수 있다.
8. 유해물질을 사용하지 않아 안전무해하다.

• 광촉매 실용화 및 제품화 – 광촉매 콘크리트

광촉매를 붙인 콘크리트나 콘크리트 블록은 도로의 노면이나 바닥에 까는 돌, 방음판, 해안가 벽, 친수 공원, 건물 외벽, 풀장 등 여러 곳에 사용된다. 산화티탄 광촉매 입자를 시멘트와 섞어 굳히거나 콘크리트 표면에 산화티탄 박막을 코팅하여 만드는데, 산화티탄 광촉매 입자를 시멘트와 섞어 굳힌 경우에는 산회티탄 광촉매 입자 대부분이 콘크리트 속에 묻혀 버리므로 빛이 닿지 않아 광촉매 기능을 발휘할 수 없다. 콘크리트 표면에 산화티탄 박막을 직접 코팅하는 경우에는 내마찰성이 낮아 자동차나 사람이 밟으면 점점 산화티탄 광촉매가 벗겨져 버린다.

이런 이유로 작은 돌 입자에 산화티탄 박막을 코팅한 후 이를 콘크리트 표면에 절반 정도 노출시킨 광촉매 콘크리트가 개발되었다. 이 제품은 광촉매 입자가 단단하게 콘크리트에 붙어있어 내구성이 뛰어나며, 절반 정도 표면에 노출되어 있기 때문에 빛도 잘 쪼여져 광촉매 기능을 충분히 발휘할 수 있다.

광촉매 콘크리트를 도로 노면이나 주차장에 사용하면 자동차에서 배출되는 대기 오염물질인 질소산화물이나 황산화물이 효율적으로 접촉할 수 있을 뿐 아니라 태양광에 잘 노출되므로 질소산화물과 황산화물을 효과적으로 질산이온과 황산이온으로 바꿀 수 있으며 빗물에 의해 표면이 세척되면 계속 사용할 수 있다. 여기에 더러움 방지 기능도 가지고 있다.

친수 공원이나 해안가 벽, 풀장 등에 사용하면 물때 방지, 이끼 방지, 곰팡이 방지 등의 기능을 발휘한다. 또 건물 외벽에 사용하면 더러움 방지나 오염물질인 질소산화물이나 황산화물의 제거 등의 기능을 발휘하므로 건축, 토목 분야의 여러 곳에 사용되고 있다.

• 광촉매 실용화 및 제품화 – 마스크메론형 산회티탄 복합 미립자 광촉매

섬유나 플라스틱에 산화티탄 광촉매를 혼합하여 제조하면 광촉매 작용으로 분해되기 때문에 지금까지는 적용할 수 없었다. 이를 해결하기 위해 광촉매 섬유나 광촉매를 붙인 플라스틱을 제조하기 위한 기후현 산학관 공동연구추진사업이 기후현 섬유시험장에서 시도되었으며, 그 결과 산화티탄 광촉매 입자의 표면에 광촉매 활성이 없는 세라믹을 붙인 산화티탄 하이브리드 광촉매 입자가 개발되었다. 이 광촉매 입자는 그 형태에서 마스크메론형 광촉매 입자라는 이름으로 현재 태평화학산업에서 시판되고 있다.

마스크메론형 광촉매는 광촉매 활성이 없는 실리카의 구멍이 있는 막을 산화티탄 입자 표면에 코팅하여 마스크메론의 마스크와 같이 피복한 것이다. 이를 섬유나 플라스틱에 혼합하여도 표면에 있는 광촉매 작용이 없는 실리카가 산화티탄이 섬유나 플라스틱과 접촉하는 것을 막아주기 때문에 쉽게 분해되지 않는다. 이로서 섬유나 플라스틱에 대해서는 높은 열확 억제 현상을 이며 아세트알데히드 등 악취물질에 대해서는 충분한 분해 효과를 나타낸다. 현재 섬유나 종이, 플라스틱 등에 응용되어 제품화가 진행되고 있다.

마스크메론형 산회타탄 광촉매 입자는 초친수성을 가지므로 도료 등에 혼합하여 김서림 방지나 더러움 방지에 응용되고 있다. 표준형, 미립자형, 초미립자형의 입자 크기가 다른 3종류가 있으며 용도에 맞게 선택하여 사용할 수 있다.

섬유나 플라스틱에 혼합하여 사용하는 경우, 알칼리 처리 등으로 섬유나 플라스틱의 표면을 깎아내면 마스크메론형 산화티탄 광촉매 입자의 표면이 노출되어 광촉매 기능을 더욱 효과적으로 발휘할 수 있게 된다.

• 광촉매 실용화 및 제품화 – 별사탕형 산화티탄 복합 미립자 광촉매

별사탕형 산화티탄 복합 미립자 광촉매는 산화티탄의 표면에 광촉매 활성이 없는 아파타이트를 별사탕의 모서와 같은 형태로 피복한 것이다.

섬유나 플라스틱에 혼합하여도 표면의 광촉매 작용을 갖지 않는 아파타이트가 산화티탄과 섬유나 플라스틱과의 접촉을 막아주어 산화티탄에 의한 섬유나 플라스틱의 분해를 방지한다. 더욱이 아파타이트는 뼈나 치아를 구성하고 잇는 물질로 생체 친화성이 뛰어나 균이나 곰팡이를 흡착할 수 있다.

광촉매는 빛이 없으면 기능을 발휘할 수 없으나 아파타이트를 붙인 산화티탄 광촉매는 빛히 없는 상태에서도 균이나 곰팡이를 흡착하여 번식을 억제한다. 균이나 곰팡이 뿐 아니라 암모니아나 질소산화물 등 질소를 함유하는 화합물도 효율적으로 흡착할 수 있어 탈취나 대기정화 효과도 우수하다.

• 참고글

광촉매 활용 (1)

광촉매 활용 (2)