KR20100042946A - 아파타이트가 표면에 코팅된 이산화티탄 광촉매를 이용한 점토재 내외장재 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아파타이트가 표면에 코팅된 이산화티탄 광촉매를 이용한 점토재 내외장재에 관한 것으로, 증류수 5000㎖에 Na⁺ 213밀리몰(mM), K⁺ 7.5밀리몰(mM), Ca²⁺ 50밀리몰(mM), Mg²⁺ 1.5밀리몰(mM), Cl^_ 147.8밀리몰(mM), HCO₃ ^_ 6밀리몰(mM), HPO₄ ^2- 12밀리몰(mM), SO₄ ^2- 0.75밀리몰(mM)의 농도가 되도록 화합물들을 용해한 다음, 고속으로 교반시키면서 나노크기(nano size)의 광촉매 TiO₂ 50g을 첨가하여 한 시간 교반하여 광촉매 TiO₂ 표면에 일정하게 아파타이트가 자리를 잡을 수 있도록 한 후, 교반을 멈춘 상태에서 24∼48시간 정도 아파타이트를 성장시키고, 200∼300℃의 온도로 30∼90분 동안 가열하여 안정화된 아파타이트가 표면에 코팅된 이산화티탄 광촉매를 얻고, 아파타이트가 표면에 결합된 이산화티탄 광촉매 1∼19중량%, 혼화제 1중량% 및 증류수 77∼95중량%의 조성비로 혼합하여 고속으로 교반한 다음, 증점제 1∼19중량%, 바인더 1∼19중량% 및 안정제 1∼19중량%를 첨가하고 고속으로 교반하여 아파타이트가 표면에 결합된 이산화티탄 광촉매를 함유하는 수성도료를 얻고, 수성도료를 공지의 점토재로 이루어진 내외장재에 침지, 스프레이 코팅, 딥 코팅 또는 로울러 코팅을 적용하여 실내 및 실외 대기중의 유해한 유기화합물질 등을 흡착시키고 분해하여 실내 및 실외의 환경을 정화시키는 기능성 점토재 내외장재를 얻을 수 있었다.

아파타이트, 광촉매, 이산화티탄, 점토재 내외장재

Description

아파타이트가 표면에 코팅된 이산화티탄 광촉매를 이용한 점토재 내외장재 및 이의 제조방법{The exterior and interior materials and manufacture method thereof of clay using the titanium dioxide photocatalyst coated apatite on the surface}

본 발명은 아파타이트가 표면에 코팅된 이산화티탄 광촉매를 이용한 점토재 내외장재 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 빛에 의해 광촉매로부터 발생되어 각종 유기물에 대한 강력한 산화환원 기능을 갖는 하이드록시 라디컬(OH^-)과 슈퍼 옥사이드 이온(O₂ ^-)를 통해 거의 모든 종류의 유기 화합물을 완전 분해하여 실내 및 실외의 환경을 정화시키는 아파타이트가 표면에 코팅된 이산화티탄 광촉매를 이용한 점토재 내외장재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 점토는 함수 알루미노 규산염 광물의 집합체로 수분을 가하면 가소성이 발현되는 것으로, 건조시 굳어져 강성을 나타내기 때문에 건축물의 내외장재나 바닥재로 광범위하게 사용되고 있다. 이러한 점토를 이용한 점토 2차 제품의 경우 건축 내외장재로 친환경제품의 이미지를 가지고 있으나, 점토를 주원료로 하 여 1000℃ 이상의 고온에서 성형을 함으로써 유해성분을 발산하지 않는다는 특징을 가지고 있다.

그러나, 전술한 바와 같은 일반적인 점토 제품들은 단순히 유해 성분을 발산하지 않는다는 특징 이외에 다른 기능성이 없어 사용에 한계가 있다.

한편, 이전부터 이산화티탄 광촉매를 접목시키는 등의 방법은 여러 번 제시되었고, 아파타이트와 이산화티탄 광촉매를 혼합하여 점토제품에 적용한 사례도 있었으나, 이러한 시도로 만들어진 제품들은 흡착력이 떨어지거나 흡착과 분해가 같이 실행되지 않는 단점으로 인하여 실용화가 되지 못하였다.

또한, 일부에서는 이산화티탄 광촉매 분말을 점토제품의 제조과정에서 혼합하여 제품을 생산하였지만, 고온에서 성형하는 점토제품의 특성으로 인하여 이산화티탄이 광촉매로서의 기능을 거의 상실하여 단순한 안료의 기능 이상을 기대하지 못하는 제품이 되는 단점이 나타나기도 하였다.

한편, 광촉매는 빛에 의해 하이드록시 라디컬(OH^-)과 슈퍼 옥사이드 이온을 발생하여 각종 유기물, 미생물 등을 무차별적으로 완전하게 분해할 수 있는 물질이지만, 광촉매는 빛이 있어야만 오염물을 분해할 수 있기 때문에 건축 내장재에 사용시 그 기능이 현저히 저하된다. 그리고, 아파타이트는 M₁₀(ZO₄)₆X₂의 분자식을 가지는 물질로서 유기물 및 세균을 흡착할 수 있는 능력을 가지고 있다.

그러나, 이산화티탄 광촉매는 자외선을 그 에너지원으로 하고 있어 자외선이 없는 저녁이나 날이 흐릴 때는 상대적으로 효과를 나타낼 수 없거나 효과가 떨어지 는 단점을 가지고 있다. 이산화티탄 광촉매의 이러한 단점을 보완하기 위하여 각종 흡착제를 사용하고 있으며, 아파타이트를 이산화티탄 광촉매와 혼합하여 사용한 결과 빛이 없는 야간에 유기물에 대한 흡착이 이루어지기는 하지만 흡착된 유기물이 광촉매와의 접촉이 없는 관계로 분해는 이루어지지 않는 단점이 발생하였다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 실내 및 실외 대기중의 유해한 유기화합물질 등을 흡착시키고 분해하여 실내 및 실외의 환경을 정화시키는 아파타이트가 표면에 코팅된 이산화티탄 광촉매를 이용한 점토재 내외장재 및 이의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다. 즉, 본 발명은 빛에 의해 광촉매로부터 발생되는 것으로 각종 유기물에 대한 강력한 산화환원 기능을 갖는 하이드록시 라디컬(OH^-)과 슈퍼 옥사이드 이온(O₂ ^-)에 의해 거의 모든 종류의 유기 화합물을 완전 분해할 수 있으며, 건축 내·외장재나 보도용 블록의 경우 대기중의 질소화합물이나 황화합물 또한 대기중의 자외선을 에너지원으로 하여 효과적으로 줄일 수 있도록 하는 점토제품 및 이의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 기술의 다른 목적은 건축 내외장재로서 폭넓게 사용되고 있는 점토제품에 대하여 점토가 가지고 있는 고유기능 이외에 항균력의 배가 및 유해한 유기가스의 안전하고 완벽에 가까운 분해 처리 기능과 NOx, SOx의 효과적인 저 감 및 아파타이트 코팅 이산화티탄 광촉매의 자정기능(self-cleaning)에 의한 제품의 청결상태가 오래도록 유지될 수 있도록 하는 점토재 내외장재 및 이의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

아울러, 본 발명에 따른 기술의 또 다른 목적은 자외선의 조사가 없는 저녁에 기능을 상실하는 이산화티탄 광촉매의 단점을 극복하기 위하여 빛이 없는 야간에도 효과적으로 가스나 미생물 등을 흡착시켜 잡아두고 빛이 조사되면 흡착된 가스나 미생물 등을 완전 분해가 가능한 점토재 내외장재 및 이의 제조방법을 제공함에 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해 구성되는 본 발명은 다음과 같다. 즉, 본 발명에 따른 아파타이트가 표면에 코팅된 이산화티탄 광촉매를 이용한 점토재 내외장재는 증류수 5000㎖에 Na⁺ 213밀리몰(mM), K⁺ 7.5밀리몰(mM), Ca²⁺ 50밀리몰(mM), Mg²⁺ 1.5밀리몰(mM), Cl^_ 147.8밀리몰(mM), HCO₃ ^_ 6밀리몰(mM), HPO₄ ^2- 12밀리몰(mM), SO₄ ^2- 0.75밀리몰(mM)의 농도가 되도록 화합물들을 용해한 다음, 고속으로 교반시키면서 나노크기(nano size)의 광촉매 TiO₂ 50g을 첨가하여 한 시간 교반하여 광촉매 TiO₂ 표면에 일정하게 아파타이트가 자리를 잡을 수 있도록 한 후, 교반을 멈춘 상태에서 24∼48시간 정도 아파타이트를 성장시키고, 200∼300℃의 온도로 30∼90분 동안 가열하여 안정화된 아파타이트가 표면에 코팅된 이산화티탄 광촉매를 얻고, 아파타이트가 표면에 결합된 이산화티탄 광촉매 1∼19중량%, 혼화제 1중량% 및 증류수 77∼95중량%의 조성비로 혼합하여 고속으로 교반한 다음, 증점제 1∼19중량%, 바인더 1∼19중량% 및 안정제 1∼19중량%를 첨가하고 고속으로 교반하여 아파타이트가 표면에 결합된 이산화티탄 광촉매를 함유하는 수성도료를 얻고, 수성도료를 공지의 점토재로 이루어진 내외장재에 침지, 스프레이 코팅, 딥 코팅 또는 로울러 코팅을 통해 제조된다.

한편, 본 발명에 따른 기술의 다른 구성인 아파타이트가 표면에 코팅된 이산화티탄 광촉매를 이용한 점토재 내외장재의 제조방법은 (a) 증류수 5000㎖에 Na⁺ 213밀리몰(mM), K⁺ 7.5밀리몰(mM), Ca²⁺ 50밀리몰(mM), Mg²⁺ 1.5밀리몰(mM), Cl^_ 147.8밀리몰(mM), HCO₃ ^_ 6밀리몰(mM), HPO₄ ^2- 12밀리몰(mM), SO₄ ^2- 0.75밀리몰(mM)의 농도가 되도록 화합물들을 용해하는 단계; (b) 단계(a) 과정을 통해 용해된 화합물을 고속으로 교반시키면서 나노크기(nano size)의 광촉매 TiO₂ 50g을 첨가하여 한 시간 교반하여 광촉매 TiO₂ 표면에 아파타이트가 일정하게 자리를 잡도록 하는 단계; (c) 단계(b)을 과정을 통해 광촉매 TiO₂ 표면에 아파타이트가 일정하게 자리 잡도록 한 후에는 교반을 멈춘 상태에서 24∼48시간 정도 아파타이트를 성장시키는 단계; (d) 단계(c)의 과정을 통해 아파타이트를 성장시킨 후에는 200∼300℃의 온도로 30∼90분간 가열을 통해 안정화된 아파타이트가 표면에 코팅된 이산화티탄 광촉매를 얻는 단계; (e) 단계(d)를 통해 얻은 아파타이트가 표면에 결합된 이산화티 탄 광촉매 1∼19중량%, 혼화제 1중량% 및 증류수 77∼95중량%의 조성비로 혼합하여 고속으로 교반한 다음, 증점제 1∼19중량%, 바인더 1∼19중량% 및 안정제 1∼19중량%를 첨가하고 고속으로 교반하여 아파타이트가 표면에 결합된 이산화티탄 광촉매를 함유하는 수성도료를 얻는 단계; 및 (f) 단계(e)를 통해 얻은 수성도료를 공지의 점토재로 이루어진 내외장재에 침지, 스프레이 코팅, 딥 코팅 또는 로울러 코팅을 통해 점토재 내외장재를 제조하는 단계로 이루어진다.

전술한 바와 같은 구성에서 이산화티탄은 아나타제, 루타일 및 부룩카이트 중 어느 하나를 사용할 수 있으며, 이산화티탄의 입도는 1∼150nm인 것을 사용함이 보다 양호하다.

한편, 전술한 바와 같은 구성에서 아파타이트가 표면에 결합된 이산화티탄 광촉매를 상기 점토재 내외장재에 코팅하는 경우 아파타이트가 표면에 결합된 이산화티탄 광촉매는 점토재 내외장재 1㎡당 10∼500g의 양이 되도록 코팅함이 보다 양호하다.

아울러, 본 발명에 따른 바인더는 아크릴 에멀젼형 수지, 실리콘 에멀젼 수지 및 아크릴 에멀젼형 수지에 실리콘 에멀젼을 중합시켜 제조한 아크릴 실리콘 에멀젼 수지 중 어느 하나를 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 아파타이트가 표면에 코팅된 이산화티탄 광촉매를 이용한 점토재 내외장재 및 이의 제조방법에 따르면 실내 및 실외 대기중의 유해한 유기화합물질 등을 흡착시키고 분해하여 실내 및 실외의 환경을 정화시키는 기능성 점토재 내외장재를 얻을 수 있었다.

한편, 본 발명에 따르면 아파타이트가 표면에 결합된 이산화티탄 광촉매로 인하여 빛이 존재하지 않는 환경에서도 미생물 및 오염물을 흡착하여 잡아두고 빛이 존재하는 환경에서 광촉매 작용에 의해 미생물 및 오염물을 완전히 분해할 수 있도록 하여 빛이 존재하지 않아도 실내 및 실외 대기중의 유해한 유기화합물질 등을 흡착시키고 분해하여 실내 및 실외의 환경을 정화시키는 효과가 발현됨을 알 수 있다.

아울러, 본 발명에 따른 기술은 항균력의 배가 및 유해한 유기가스의 안전하고 완벽에 가까운 분해 처리 기능과 NOx, SOx의 효과적인 저감 및 아파타이트 코팅 이산화티탄 광촉매의 자정기능(self-cleaning)에 의한 제품의 청결상태가 오래도록 유지될 수 있는 기능성 점토재 내외장재를 얻을 수 있었다.

이하에는 본 발명에 따른 아파타이트가 표면에 코팅된 이산화티탄 광촉매를 이용한 점토재 내외장재 및 이의 제조방법에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 아파타이트가 표면에 코팅된 이산화티탄 광촉매를 이용한 점토재 내외장재는 (a) 증류수 5000㎖에 Na⁺ 213밀리몰(mM), K⁺ 7.5밀리몰(mM), Ca²⁺ 50밀리몰(mM), Mg²⁺ 1.5밀리몰(mM), Cl^_ 147.8밀리몰(mM), HCO₃ ^_ 6밀리몰(mM), HPO₄ ^2- 12밀리몰(mM), SO₄ ^2- 0.75밀리몰(mM)의 농도가 되도록 화합물들을 용해하는 단계, (b) 단계(a) 과정을 통해 용해된 화합물을 고속으로 교반시키면서 나노크기(nano size)의 광촉매 TiO₂ 50g을 첨가하여 한 시간 교반하여 광촉매 TiO₂ 표면에 아파타이트가 일정하게 자리를 잡도록 하는 단계, (c) 단계(b)을 과정을 통해 광촉매 TiO₂ 표면에 아파타이트가 일정하게 자리 잡도록 한 후에는 교반을 멈춘 상태에서 24∼48시간 정도 아파타이트를 성장시키는 단계, (d) 단계(c)의 과정을 통해 아파타이트를 성장시킨 후에는 200∼300℃의 온도로 30∼90분간 가열을 통해 안정화된 아파타이트가 표면에 코팅된 이산화티탄 광촉매를 얻는 단계, (e) 단계(d)를 통해 얻은 아파타이트가 표면에 결합된 이산화티탄 광촉매 1∼19중량%, 혼화제 1중량% 및 증류수 77∼95중량%의 조성비로 혼합하여 고속으로 교반한 다음, 증점제 1∼19중량%, 바인더 1∼19중량% 및 안정제 1∼19중량%를 첨가하고 고속으로 교반하여 아파타이트가 표면에 결합된 이산화티탄 광촉매를 함유하는 수성도료를 얻는 단계 및 (f) 단계(e)를 통해 얻은 수성도료를 공지의 점토재로 이루어진 내외장재에 침지, 스프레이 코팅, 딥 코팅 또는 로울러 코팅을 통해 점토재 내외장재를 제조하는 단계를 통해 제조될 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 아파타이트가 표면에 코팅된 이산화티탄 광촉매를 이용한 점토재 내외장재는 증류수 5000㎖에 Na⁺ 213밀리몰(mM), K⁺ 7.5밀리몰(mM), Ca²⁺ 50밀리몰(mM), Mg²⁺ 1.5밀리몰(mM), Cl^_ 147.8밀리몰(mM), HCO₃ ^_ 6밀리몰(mM), HPO₄ ^2- 12밀리몰(mM), SO₄ ^2- 0.75밀리몰(mM)의 농도가 되도록 화합물들을 용해한 다음, 고 속으로 교반시키면서 나노크기(nano size)의 광촉매 TiO₂ 50g을 첨가하여 한 시간 교반하여 광촉매 TiO₂ 표면에 일정하게 아파타이트가 자리를 잡을 수 있도록 한 후, 교반을 멈춘 상태에서 24∼48시간 정도 아파타이트를 성장시키고, 200∼300℃의 온도로 30∼90분 동안 가열하여 안정화시킨 아파타이트가 표면에 코팅된 이산화티탄 광촉매를 얻고, 아파타이트가 표면에 결합된 이산화티탄 광촉매 1∼19중량%, 혼화제 1중량% 및 증류수 77∼95중량%를 고속으로 교반하여 혼합한 다음, 증점제 1∼19중량%, 바인더 1∼19중량% 및 안정제 1∼19중량%를 첨가하고 고속으로 교반하여 아파타이트가 표면에 결합된 이산화티탄 광촉매를 함유하는 수성도료를 얻고, 공지의 점토재 내외장재에 이를 침지, 스프레이 코팅, 딥 코팅 또는 로울러 코팅의 방법을 적용함으로써 아파타이트가 표면에 코팅된 이산화티탄 광촉매를 이용한 점토재 내외장재를 제조할 수가 있다.

전술한 바와 같은 본 발명의 구성에서 아파타이트는 생체 내에서 상온, 높은 압력, 중성 조건에서 합성되며, 인공 합성할 경우 일반적으로 수용액반응으로 제조되며, 아파타이트로 피복된 이산화티탄은 아파타이트의 장점인 강한 흡착력을 이용하여 빛이 존재하지 않는 환경에서도 미생물 및 오염물을 흡착하여 잡아두고 빛이 존재하는 환경에서 광촉매 작용에 의해 미생물 및 오염물을 완전히 분해할 수 있기 때문에 빛이 존재하지 않아도 항균 및 탈취성능을 가질 수 있지만, 아파타이트는 자체적으로 흡착성이 매우 뛰어나기 때문에 물속에서도 자체 입자들 간의 응집력이 매우 강하므로 아파타이트가 표면처리된 광촉매 입자를 수분산시키기 위해서 일반 광촉매 입자와 다른 조성으로 분산액을 만들 필요가 있다.

본 발명에서는 유사체액의 조건을 형성하여 아파타이트가 표면에 결합된 이산화티탄 광촉매를 제조한다.

즉, 증류수 5000㎖에 Na⁺ 213밀리몰(mM), K⁺ 7.5밀리몰(mM), Ca²⁺ 50밀리몰(mM), Mg²⁺ 1.5밀리몰(mM), Cl^_ 147.8밀리몰(mM), HCO₃ ^_ 6밀리몰(mM), HPO₄ ^2- 12밀리몰(mM), SO₄ ^2- 0.75밀리몰(mM)의 농도가 되도록 화합물들을 용해한 다음, 고속으로 교반시키면서 나노크기(nano size)의 광촉매 TiO₂ 50g을 첨가하여 한 시간 교반하여 광촉매 TiO₂ 표면에 일정하게 아파타이트가 자리를 잡을 수 있도록 한 후, 교반을 멈춘 상태에서 24∼48시간 정도 아파타이트를 성장시키고, 200∼300℃의 온도로 30∼90분간 가열하여 안정화시킨 아파타이트가 표면에 코팅된 이산화티탄 광촉매를 얻는다.

전술한 Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Cl^_, HCO₃ ^_, HPO₄ ^2-, SO₄ ^2-은 물에 용해되어 상기 이온들을 생성할 수 있는 화합물들을 모두 사용할 수 있지만, 각각 상기의 농도가 될 수 있도록 적절히 선택하여 사용할 수도 있다. 이때, 가능한 인체에 해를 끼치지 않는 화합물을 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 전술한 바와 같은 이온들의 농도는 일반적인 생체내의 무기물 이온 농도로써 생체내에서 검출되는 다른 무기물들도 일반적으로 검출되는 농도가 되도록 용해하여 사용할 수도 있다.

본 발명에서 사용되는 광촉매는 이산화티탄으로써 입자상인 것을 사용하며, 입도가 1∼150nm인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같은 이산화티탄이 입자가 아닌 격자 등과 같은 형상의 것을 사용할 경우에는 점토재 내외장재에 도포된 후에 인체의 피부와 접촉시 인체 피부에 손상을 유발할 우려가 있기 때문이며, 입도가 1nm 미만일 경우에는 이산화티탄 원료의 가격 상승으로 인하여 제품의 가격 상승을 초래하는 문제점이 있고, 150nm를 초과할 경우에는 코팅층으로부터 이산화티탄이 탈리될 가능성이 있다.

뿐만 아니라, 아파타이트가 이산화티탄의 표면에 1∼99%, 바람직하게는 5∼36%가 결합된 광촉매를 사용하는 것이 효과적이고, 이산화티탄으로는 아나타제, 루타일, 부룩카이트의 종류 중에서 어떠한 것을 사용하여도 무방하며, 본 발명에서는 범용으로 사용되는 아나타제의 P25타입(독일 데구사 제품)을 사용하였다.

또한, 아파타이트가 표면에 결합된 이산화티탄 광촉매의 안정화 온도가 200℃ 미만일 경우에는 안정화가 완전히 이루어지지 않아 수성도료로 제조시 아파타이트가 이산화티탄으로부터 분리되는 문제점이 있고, 300℃를 초과할 경우에는 온도 상승에 따른 안정화 효과가 미약하여 경제적이지 못하다.

전술한 바와 같이 제조된 아파타이트가 표면에 결합된 이산화티탄 광촉매 1∼19중량%, 혼화제 1중량% 및 증류수 77∼95중량%를 고속으로 교반하여 혼합한 다음, 증점제 1∼19중량%, 바인더 1∼19중량% 및 안정제 1∼19중량%를 첨가하고 고속으로 교반하여 아파타이트가 표면에 결합된 이산화티탄 광촉매를 함유하는 수성도 료를 얻고, 공지의 점토재 내외장재에 이산화티탄 광촉매를 함유하는 수성도료를 침지, 스프레이 코팅, 딥 코팅 또는 로울러 코팅의 방법을 적용한다.

전술한 바와 같은 구성에서 아파타이트가 표면에 결합된 이산화티탄 광촉매의 사용량이 1중량% 미만일 경우에는 광촉매가 가지고 있는 항균성, 방오성, 탈취성 등의 기능성이 발휘되는 것이 어려우며, 19중량%를 초과할 경우에는 점토재 내외장재 표면에 광촉매 입자들이 응집하여 표면에 존재할 수 있고, 표면에 응집된 광촉매 입자들은 쉽게 탈리되어 기능성 유지가 곤란해지는 단점이 있다.

한편, 수성도료가 점토재 내외장재에 코팅되기에 적당한 점도를 유지시키기 위하여 천연 증점제, 고분자 증점제, 무기 증점제를 사용하는 것이 효과적이며, 본 발명에서는 고분자 증점제인 케르산(KELZAN)을 사용하였다. 이러한 증점제는 1∼19중량%를 사용하는 것이 바람직하며, 증점제의 사용량이 1중량% 미만일 경우에는 제조되는 도료의 점도가 낮아 코팅이 불량해지는 문제점이 있고, 19중량%를 초과할 경우에는 첨가 상승 효과가 미약할 뿐만 아니라 다른 성분들의 사용량이 감소하여 본 발명에서 목적하는 효과를 얻을 수가 없게 된다.

또한, 증류수는 아파타이트가 표면에 결합된 이산화티탄 광촉매와 바인더를 분산시키기고, 점도를 조절하여 코팅이 용이하게 이루어지도록 하는 것으로 77∼95중량%를 사용하는 것이 바람직하며, 77중량% 미만으로 사용될 경우에는 아파타이트가 표면에 결합된 이산화티탄 광촉매와 바인더의 분산이 용이하게 이루어지지 않는 단점이 있고, 95중량%를 초과하여 사용될 경우에는 아파타이트가 표면에 결합된 이산화티탄 광촉매가 점토재 내외장재에 잘 코팅되지 않는 문제점이 있게 된다.

뿐만 아니라, 바인더와 광촉매의 분산이 용이하게 이루어지도록 하기 위하여 혼화제를 사용하는 것이 효과적이며, 본 발명에서는 혼화제로서 메틸알코올 또는 에틸알코올을 사용하였다. 이러한 혼화제는 1중량%를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 종래의 광촉매 보다 수분산시 응집이 잘 되는 아파타이트가 표면에 결합된 이산화티탄 광촉매를 분산시키고 점토재 내외장재에 코팅시키기 위하여 바인더가 사용되며, 점토와의 접착 견고성과 안정성을 고려하여 아크릴 에멀젼형 수지에 실리콘 에멀젼을 중합시켜 제조한 아크릴 실리콘 에멀젼 수지를 사용하였다. 이때, 바인더의 사용량이 1중량% 미만일 경우에는 아파타이트가 표면에 결합된 이산화티탄 광촉매가 점토재 내외장재에 잘 코팅되지 않는 문제점이 있고, 19중량%를 초과하여 사용할 경우에는 광촉매의 분산이 용이하지 못하여 아파타이트가 표면에 결합된 이산화티탄 광촉매의 균질한 도포가 어려운 단점이 있다.

그리고, 수성도료의 안정성을 위하여 안정제를 사용하는 것이 효과적이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 안정제가 모두 사용될 수 있다. 이러한 안정제는 1∼19중량%를 사용하는 것이 바람직하며, 안정제의 사용량이 1중량% 미만일 경우에는 도료의 저장 및 유통시 층분리의 우려가 있고, 19중량%를 초과할 경우에는 첨가 상승 효과가 미약할 뿐만 아니라 다른 성분들의 사용량이 감소하여 본 발명에서 목적하는 효과를 얻을 수 없다.

전술한 바와 같이 제조된 아파타이트가 표면에 결합된 이산화티탄 광촉매를 함유하는 수성도료를 스프레이 코팅, 딥 코팅 또는 로울러 코팅의 방법으로 점토재 내외장재를 코팅 건조시키되, 점토재 내외장재 1㎡당 아파타이트가 표면에 결합된 이산화티탄 광촉매가 10∼500g의 양이 되도록 코팅한다. 점토재 내외장재 1㎡당 아파타이트가 표면에 결합된 이산화티탄 광촉매 코팅량이 10g 미만일 경우에는 코팅 효과가 미약하여 항균성, 방오성, 탈취성 등의 기능성이 발휘되는 것이 어려우며, 500g을 초과할 경우에는 가격이 상승하는 단점이 있다. 물론, 점토재 내외장재를 아파타이트가 표면에 결합된 이산화티탄 광촉매를 함유하는 수성도료에 침지시킬 수도 있다.

다음의 실시예 및 비교예는 본 발명을 좀 더 상세히 설명하는 것이지만 본 발명의 범주를 한정하는 것은 아니다.

[실시예 1]

증류수 5000㎖에 Na⁺ 213밀리몰(mM), K⁺ 7.5밀리몰(mM), Ca²⁺ 50밀리몰(mM), Mg²⁺ 1.5밀리몰(mM), Cl^_ 147.8밀리몰(mM), HCO₃ ^_ 6밀리몰(mM), HPO₄ ^2- 12밀리몰(mM), SO₄ ^2- 0.75밀리몰(mM)의 농도가 되도록 화합물들을 용해한 다음, 고속으로 교반시키면서 광촉매 TiO₂ 50g을 첨가하여 한 시간 교반하여 광촉매 TiO₂ 표면에 일정하게 아파타이트가 자리를 잡을 수 있도록 한 후, 교반을 멈춘 상태에서 24시간 가량 아파타이트를 성장시키고, 250℃의 온도로 1시간 가열하여 안정화시키는 방법으로 본 발명에 따른 아파타이트가 표면에 결합된 이산화티탄 광촉매를 제조하였다.

[실시예 2]

실시예 1을 통해 제조된 아파타이트가 표면에 결합된 이산화티탄 광촉매 20g을 물 920g에 슬러리상으로 혼합한 광촉매의 수용액상 슬러리 940g에 아크릴 에멀젼형 수지에 실리콘 에멀젼을 중합시켜 제조한 아크릴 실리콘 에멀젼 수지 바인더를 40g 혼합하여 저속으로 교반하면서 에틸알코올 7g, 케르산 7g 및 안정제 7g을 첨가하여 고속으로 교반하여 아파타이트가 표면에 결합된 이산화티탄 광촉매를 함유하는 수성도료를 제조한다.

[실시예 3]

실시예 2를 통해 제조된 아파타이트가 표면에 결합된 이산화티탄 광촉매를 함유하는 수성도료와 물을 1 : 5의 중량비로 혼합한 용액에 점토 블록을 30초간 침지한 후, 건조하여 본 발명에 따른 점토재 블록을 제조하였다.

[실시예 4∼5]

수성도료를 스프레이 코팅 또는 로울러 코팅한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 본 발명에 따른 점토재 블록을 제조하였다.

[실험예 1]

실시예 3∼5의 블록과 미처리 블록을 외부에서 24시간 동안 노출시킨 후, 전체 휘발성 유기 화합물(TVOC)의 양(ppm)을 측정하고 이에 따른 결과를 표 1에 기재 하였다.

구　 분	전체 휘발성 유기 화합물(TVOC)의 양(ppm)
실시예 3	0
실시예 4	0
실시예 5	0
미처리	0.67

[실험예 2]

실시예 3∼5의 블록과 미처리 블록을 포름알데히드 100ppm이 주입된 테트라백에 투입한 후, 20W의 블랙라이트 램프(black light lamp : sanyo denki BLB20) 하에서 1시간 노출시킨 후 잔량의 포름알데히드 양(ppm)을 측정하고 이에 따른 결과를 표 2 에 기재하였다.

구　 분	포름알데히드 잔양(ppm)
실시예 3	0.2
실시예 4	0.6
실시예 5	0.3
미처리	83

Claims (6)

1. 증류수 5000㎖에 Na⁺ 213밀리몰(mM), K⁺ 7.5밀리몰(mM), Ca²⁺ 50밀리몰(mM), Mg²⁺ 1.5밀리몰(mM), Cl^_ 147.8밀리몰(mM), HCO₃ ^_ 6밀리몰(mM), HPO₄ ^2- 12밀리몰(mM), SO₄ ^2- 0.75밀리몰(mM)의 농도가 되도록 화합물들을 용해한 다음, 고속으로 교반시키면서 나노크기(nano size)의 광촉매 TiO₂ 50g을 첨가하여 한 시간 교반하여 광촉매 TiO₂ 표면에 일정하게 아파타이트가 자리를 잡을 수 있도록 한 후, 교반을 멈춘 상태에서 24∼48시간 정도 아파타이트를 성장시키고, 200∼300℃의 온도로 30∼90분 동안 가열하여 안정화된 아파타이트가 표면에 코팅된 이산화티탄 광촉매를 얻고, 아파타이트가 표면에 결합된 이산화티탄 광촉매 1∼19중량%, 혼화제 1중량% 및 증류수 77∼95중량%의 조성비로 혼합하여 고속으로 교반한 다음, 증점제 1∼19중량%, 바인더 1∼19중량% 및 안정제 1∼19중량%를 첨가하고 고속으로 교반하여 아파타이트가 표면에 결합된 이산화티탄 광촉매를 함유하는 수성도료를 얻고, 상기 수성도료를 공지의 점토재로 이루어진 내외장재에 침지, 스프레이 코팅, 딥 코팅 또는 로울러 코팅을 통해 제조된 아파타이트가 표면에 코팅된 이산화티탄 광촉매를 이용한 점토재 내외장재.
2. (a) 증류수 5000㎖에 Na⁺ 213밀리몰(mM), K⁺ 7.5밀리몰(mM), Ca²⁺ 50밀리몰(mM), Mg²⁺ 1.5밀리몰(mM), Cl^_ 147.8밀리몰(mM), HCO₃ ^_ 6밀리몰(mM), HPO₄ ^2- 12밀리몰(mM), SO₄ ^2- 0.75밀리몰(mM)의 농도가 되도록 화합물들을 용해하는 단계;

   (b) 단계(a) 과정을 통해 용해된 화합물을 고속으로 교반시키면서 나노크기(nano size)의 광촉매 TiO₂ 50g을 첨가하여 한 시간 교반하여 광촉매 TiO₂ 표면에 아파타이트가 일정하게 자리를 잡도록 하는 단계;

   (c) 단계(b)을 과정을 통해 광촉매 TiO₂ 표면에 아파타이트가 일정하게 자리 잡도록 한 후에는 교반을 멈춘 상태에서 24∼48시간 정도 아파타이트를 성장시키는 단계;

   (d) 단계(c)의 과정을 통해 아파타이트를 성장시킨 후에는 200∼300℃의 온도로 30∼90분간 가열을 통해 안정화된 아파타이트가 표면에 코팅된 이산화티탄 광촉매를 얻는 단계;

   (e) 단계(d)를 통해 얻은 아파타이트가 표면에 결합된 이산화티탄 광촉매 1∼19중량%, 혼화제 1중량% 및 증류수 77∼95중량%의 조성비로 혼합하여 고속으로 교반한 다음, 증점제 1∼19중량%, 바인더 1∼19중량% 및 안정제 1∼19중량%를 첨가하고 고속으로 교반하여 아파타이트가 표면에 결합된 이산화티탄 광촉매를 함유하는 수성도료를 얻는 단계; 및

   (f) 단계(e)를 통해 얻은 수성도료를 공지의 점토재로 이루어진 내외장재에 침지, 스프레이 코팅, 딥 코팅 또는 로울러 코팅을 통해 점토재 내외장재를 제조하는 단계로 이루어진 아파타이트가 표면에 코팅된 이산화티탄 광촉매를 이용한 점토재 내외장재의 제조방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 이산화티탄은 아나타제, 루타일 및 부룩카이트 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 아파타이트가 표면에 코팅된 이산화티탄 광촉매를 이용한 점토재 내외장재의 제조방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 이산화티탄의 입도는 1∼150nm인 것을 특징으로 하는 아파타이트가 표면에 코팅된 이산화티탄 광촉매를 이용한 점토재 내외장재의 제조방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 아파타이트가 표면에 결합된 이산화티탄 광촉매를 상기 점토재 내외장재에 코팅하는 경우 상기 아파타이트가 표면에 결합된 이산화티탄 광촉매는 상기 점토재 내외장재 1㎡당 10∼500g의 양이 되도록 코팅되는 것을 특징으로 하는 아파타이트가 표면에 코팅된 이산화티탄 광촉매를 이용한 점토재 내외장재의 제조방법.
6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바인더는 아크릴 에멀젼형 수지, 실리콘 에멀젼 수지 및 아크릴 에멀젼형 수지에 실리콘 에멀젼을 중합 시켜 제조한 아크릴 실리콘 에멀젼 수지 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 아파타이트가 표면에 코팅된 이산화티탄 광촉매를 이용한 점토재 내외장재의 제조방법.