R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201515CTAP-C077607-02 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 광촉매 나노소재를 이용한 자가세정 및 방오 기능을 지닌 주택/빌딩용 고기능 유리 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2014-07-11 ~ 2016-07-10 | |||||
| 연구책임자 | 김정식 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
4명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
8명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 200,000,000 원 기업 : 66,700,000 원 계 : 266,700,000 원 |
총연구비 | 정부 : 400,000,000 원 기업 : 133,400,000 원 계 : 533,400,000 원 |
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| 연구기관명 | 서울시립대학교 산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | 11-1613000-001535-01 | |||||
| ISBN | 9791195736430 93530 | |||||
| 주요 내용 |
ㅇ 건축물의 유리가 대기 중에 방치되면 각종 오염물질과 분진 등이 유리표면에 부착하여 축적되면서 표면이 소수성으로 변하기 때문에 빗물이나 세척수가 닿으면 물방울 형태가 되어 잘 씻겨나가지 않게 되고, 그 결과 투명체인 유리의 미관을 손상시키게 됨. ㅇ 반면, 티타니아(TiO2)와 같은 광촉매 무기물질을 유리표면에 코팅하면 각종 오염물질 제거 및 세균을 죽이는 항균기능을 지니게 될 뿐만 아니라, 표면이 친수성으로 변하면서 유리표면에 붙은 이물질을 잘 세척시키는 자가세정 기능을 지니게 되어 세척하기 어려운 빌딩이나 공항, 철도 등의 대형 공공건물의 건축유리 표면을 청결하게 유지할 수 있고 항상 맑은 시계확보가 가능하게 됨. 또한, 유리창의 청결 유지를 위하여 잦은 클리닝작업이 거의 필요 없기 때문에 건물관리에 소요되는 비용이 크게 절약되고, 또한, 코팅막이 내구성이 큰 무기물이므로 친수효과가 반영구적으로 유지됨. ㅇ 본 연구개발에서는 광촉매의 탁월한 셀프클리닝 특성을 주택이나 빌딩용 창유리에 적용하고자 하며, 이를 이루기 위하여 세계 최고수준(이상)의 우수한 초친수성을 지닌 나노 금속산화물 광촉매 소재를 개발, 이를 유리에 코팅함으로서 고기능성 광촉매 유리개발과 그 제조공정기술을 개발하고자 함. ㅇ 본 연구개발에서는 건축자재 응용에 지금까지 시도되지 않은 새로운 기술로서, 흐린 날씨 등으로 인하여 외부 태양광의 자외선 강도가 감소한 경우 및 가시광 환경에서도 광촉매 반응이 활발하게 일어나 유리의 친수특성이 유지될 수 있도록 하고자 함 ㅇ 또한 광이 조사되지 않는 어두운 야간이나 암시야 상태에도 친수특성이 지속될 수 있도록 하여 기존의 문제점으로 여겨졌던 광이 조사되지 않는 야간에 친수특성이 급속히 사라지는 문제를 해결하고자 함. ㅇ 선진국에서는 우수한 친수성, 방오 및 항균기능을 지닌 광촉매 소재를 주택이나 빌딩 건자재에 응용하기 위한 기술개발이 활발하게 진행되면서, 특히, 창유리나 타일과 같은 외장 건자재로의 상용화가 가장 빠르게 진행되었음. 광촉매 상용화 기술이 가장 앞선 일본의 경우, 광촉매 코팅 유리를 이미 상품화하여 나고야중부국제공항, 동경하네다공항과 동경철도역사, 공공 체육관, 고층빌딩 등 건물의 창유리 및 외장 마감재로 사용한 많은 시공 사례가 있으며, 그 결과 청소 등의 건물 유지비를 크게 절감함. ㅇ 우리나라도 이제는 삶의 질이 크게 높아짐에 따라 깨끗하고 쾌적하며 위생적인 주거 및 (빌딩 등) 생활공간에 대한 국민적 관심이 점점 더 커지고, 이에 따른 광촉매를 적용한 타일, 유리 등과 같은 고기능성 친환경 건축자재에 대한 수요가 크게 증대될 것으로 예상됨. ㅇ 앞으로 일본과 같은 광촉매 소재의 건축자재 상용화기술 리딩국가들과 경쟁하고 기술자립을 이루려면, 지금부터 정부주도의 산학연협동연구를 적극 추진하여 친환경적/고기능성 건축자재들 (광촉매 유리 및 타일 등)에 대한 미래원천기술을 개발하고, 관련 신산업체를 육성할 수 있는 (국토교통부 주도)R&D 기반구축 노력이 시급한 실정임. ㅇ 본 연구개발에서 제안된 광촉매를 이용한 고기능성 주택, 빌딩용 유리개발 기술의 특징 ① 창의적 기술: 자가세정·방오 고기능성 유리 - 태양광 이용 - 친환경 건축 소재 - 암시야, 흐린날씨 성능구현 - 새로운 혼성광촉매 개발 ·적용 (가시광 반응형) ② 도전적 기술: 고층빌딩 외장유리 적용 도전 - 세계-최고수준 초친수성, 자가세정성 확보 - 새로운 혼성 광촉매 코팅공정 개발 - 새로운 열처리 소성기술 (마이크로파 가열) ③ R&D 과제의 중요성: 선진국형 건축소재, 미래 원천 기술 - 일본, 유럽 중심의 선도기술 격차 가속 (기술이전·유출 회피) - 친환경/고기능성 건축자재의 국민적 관심 고조 - 탁월한 경제성 및 빠른 시장확대에 따른 상업화 시급 [최종목표] 광촉매 나노소재를 이용하여 셀프클리닝(자가세정) 기능을 지닌 주택, 빌딩용 고기능성 광촉매 유리 제조공정 기술을 개발함을 목표로서, 구체적으로 유리에 코팅막으로서 적용할 수 있고 세계 최고수준의 우수한 초친수성 광촉매 기능과 방오 특성을 지닌 광촉매 소재를 개발하고, 높은 경도 및 밀착성을 갖는 광촉매 막을 유리표면에 코팅할 수 있는 방법을 개발하고자 함 - 초친수성: 5°이하 (1시간 광조사 후 접촉각) - 셀프클리닝: 95% 이상 제거 (메틸렌불루 용액 광분해) - 방오: 85% 이상 제거 (메틸메캅탄, 톨루엔 광분해) [연구내용 및 범위] <1차년도> ？ 졸-겔 코팅용 광촉매 소재 및 원료 연구 -유리 코팅에 적합한 TiO2 졸 제조공정 기술 분석연구 -유기금속화합물(예, 티탄 알콕사이드)의 가수분해 및 탈수축중합 실험 및 고찰 ？ 졸-겔법에 의한 다른 광촉매성 금속산화물(SnO2, ZnO, WO3 등), 발광물질(CaAl2O4, SrAl2O4 등)과의 혼성접합 방법 연구 -혼합 유기금속화합물(SnO2, ZnO, WO3 등)의 가수분해 및 탈수축중합 방법 실험 및 고찰 ？ 가시광 반응형 광촉매 복합소재 개발 -N, C이 도핑된 TiO2-x(N,C)y 가시광 응답형 광촉매 복합 소재 제조공정 실험 및 연구 ？ 광촉매 반응 평가 및 메카니즘 규명 -자외선 및 가시광원 하에서의 MB용액 광표백 정도 측정실험 -자가세정(톨루엔의 광분해 측정) 수준 측정실험 ？ 유리 코팅에 적합한 광촉매(TiO2)졸 제조공정 기술 확립 -pH 조절, 초음파 활용, 졸의 시효 및 용매와 용질의 조절에 의한 안정적 졸 제조 실험 ？ 높은 광활성 혼성 광촉매 복합소재 개발 -유리 코팅에 적합한 혼성 광촉매 복합소재 졸 제조공정 실험 및 고찰 ？ 금속담지에 의한 광분해율 개선 방법 연구 -금속원소(Ag, Cu, Zn, Pt, Au, Pd, etc.)의 적정 담지 방법 실험 -Photodeposition 방법을 이용한 직접 금속담지 방법 실험 및 분석 ？ 광촉매 반응 및 친수성 분석 -MB용액 광표백 측정 분석 -메틸메캅탄 광분해 측정에 의한 자가세정 수준 측정분석 <2차년도> ？ 유리 표면의 광촉매 막 코팅 연구 -유리 표면의 세정 등의 전처리 공정 실험 및 고찰 -티타니아 졸, 복합 금속산화물(TiO2-SnO2,ZnO,WO3) 졸, 티타니아-실리카 복합 화합물 졸 등의 광촉매 졸 용액의 도포방법[스프레이법, 딥핑법 등] 실험 및 연구 ？ 티타니아 광촉매 졸의 점착 특성 연구 -수지계 에멀션(emulsion), 콜로이달 실리카, 계면활성제 등의 적정 첨가 방법 실험 및 그 영향 고찰 ？ 광촉매 반응 평가 및 메카니즘 규명 -자외선 및 가시광원 하에서의 MB용액 광표백 정도 측정 실험 -자가세정(톨루엔의 광분해 측정) 수준 측정 분석 ？ 광촉매 코팅막의 열처리 과정 연구 -광촉매 함유 코팅막의 가열처리, 냉각처리를 포함하는 일련의 소성공정 실험 및 고찰 -전기로에 의한 열처리 공정 실험 및 연구 -마이크로파 가열로에 의한 열처리 공정 실험 및 고찰 -광촉매 코팅층의 결정성, 물리적 특성 측정실험 및 분석 ？ 확산방지막 형성 연구 -실리카 전구체[테트라에톡시실란, 테트라이소프로폭시실란, 테트라부톡시실란 등의 테트라알콕시실란, 또는 폴리실록산]의 적정 혼합 조성비 및 탈수축중합 처리 방법 실험 및 고찰 -실리카 전구체와 광촉매 티타니아의 적정 배합 방법 실험 및 고찰 -티타니아-실리카 결정화 및 코팅막 형성을 위한 가열처리 방법 실험 분석 ？ 광촉매 코팅막의 특성평가 -초친수성: 유리표면과 물방울과의 접촉각 측정실험 및 분석 -셀프클리닝: 메틸렌불루(MB)용액의 광분해성능 측정실험 및 분석 -방오: 메틸메캅탄, 톨루엔, 포름알데히드의 광분해성능 측정실험 및 분석 -경도: 스크래치 경도시험 (연필법) 측정실험 및 분석 -밀착성: 박리 실험 ？ 광촉매 반응 및 친수성 분석 -메틸메캅탄 광분해 측정에 의한 자가세정 수준 측정실험 및 분석 -흐린 날씨 조건에서의 광분해 실험 및 분석 ？ 광촉매 유리 (실험실용)시제품 제작 및 타당성 평가 - (실험실용)시제품 환경평가 및 신뢰성 평가 - 광촉매 유리의 내구성 수명 예측 - 광촉매 유리의 주택 및 빌딩 적용 타당성 고찰연구 |
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| 색인어 | 한글 | 창유리 | 광촉매 | 건자재 | 초친수성 | 티타니아 |
| 영문 | window glass | photocatalyst | building materials | superhydrophilic | Titanium oxide | |
| 최종보고서 | (수정보완)_최종보고서.pdf | |||||