| 2차년도 |
도시형 대기 오염물질(NOx, SOx, VOCs 등)의 광분해 제거 기능을 지닌 고기능성 시멘트모르타르/콘크리트 코팅재 개발에 대한 연구를 수행하며, 각종 건축물의 옥외 벽면 코팅재로 활용이 가능하고, 세계 최고수준의 오염물질 광분해 성능을 지닌 코팅소재를 개발
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○ 시멘트 모르타르/콘크리트에 적합한 광촉매 코팅재가 지녀야 될 주요 요구 성능 -높은 광분해 효율 (80% 이상) -비표면적이 높아야함 (60 m2/g 이상) -우수한 밀착성 (1H 이상) -야외 환경변화에 대한 높은 내구성 (초기 광분해 성능의 70% 이상, 최소 5년 유지) 지녀야 됨 -기타 경제성이 좋아야 됨○ 표면 광활성 극대화를 위한 시멘트와 광촉매 분말의 최적 혼합 기술 개발 광촉매 소재를 시멘트나 콘크리트에 적용하기 위해서 가장 널리 사용되는 기존 방법은 콘크리트 제조/시공 시, 시멘트 원료, 모래, 골재에 적정량의 이산화티타늄 광촉매를 첨가시키는 방법임. 본 연구에서는 1차 년도에 개발된 고활성 광촉매 소재의 기존 방법과 유사한 또 다른 활용 가능성을 고찰하고자, 개발된 광촉매 분말소재를 콘크리트 표면부위에 적합하게 배합되도록 함으로서 기존 제품의 성능보다 광활성 특성이 우수한 콘크리트 제조에 대한 보조실험을 시도하고자 함. -광촉매 소재의 조성비에 따른 시멘트의 광분해 반응 특성 연구 -광촉매 소재, 시멘트, 샌드, 바인더 등의 혼합방법 및 공정 조건에 따른 시멘트 모르타르의 광분해 반응 특성 연구○ 높은 광활성 하이브리드 광촉매 코팅소재 개발 -pH 조절, 초음파 활용, 광촉매 졸의 시효 및 용매와 용질의 조절에 의한 안정적 졸 제조 실험 -시멘트모르타르/콘크리트 코팅에 적합한 하이브리드 광촉매 졸 제조공정 기술 확립○ 시멘트모르타르/콘크리트 표면의 하이브리드 광촉매 막 코팅 적용 연구 -이산화 티타늄을 포함한 광촉매 유기용매를 이용한 시멘트모르타르/콘크리트 코팅에 적합한 졸-용액 제조방법에 대한 연구 고찰 -하이브리드 광촉매-실리카 복합 화합물 졸 합성 및 시멘트모르타르/콘크리트 도포방법 연구 -하이브리드 광촉매, 실리카계 화합물의 시멘트모르타르/콘크리트 표면코팅 방법 및 적정 코팅조건 고찰 -광촉매 코팅 막의 점착 특성 및 경도 고찰？ 시멘트모르타르/콘크리트 광촉매 코팅막의 열처리 과정 연구 -광촉매 코팅 층의 광분해성, 밀착성을 개선하기 위한 열처리 방법에 대한 연구 고찰 -광촉매 코팅막의 가열처리, 냉각처리를 포함하는 일련의 소성 공정 실험 및 고찰 -광활성 극대화를 위한 후열처리 공정 실험 및 연구○ 광촉매를 적용 시멘트모르타르/콘크리트의 성능시험 -고광활성 기능 시멘트모르타르/콘크리트 (실험용)시제품 제조 실험 -광촉매를 적용한 시멘트모르타르/콘크리트의 주요 대기오염물질(NOx, SOx, VOCs 등)에 대한 광분해 성능 시험 고찰 -광촉매 적용 시멘트/콘크리트의 환경평가, 내구성 및 신뢰성 평가 고찰 -가장 우수한 대기오염물질 제거 성능을 지닌 최적 광촉매 시멘트모르타르/콘크리트 제조 공정 기술 도출 -시멘트모르타르/콘크리트 광촉매 코팅막의 수명 고찰: 광촉매 적용 시멘트모르타르/콘크리트 샘플에 대한 옥외 폭로시험 수행, 2개월 주기로 유해물질 광분해율 지속 및 감소 특성 측정 고찰함○ 중간평가(모니터링) 결과 수정보완 의견에 따른 추가 연구 수행 추진 1차년도 중간평가(모니터링) 결과, 요구된 수정보완 사항들을 아래와 같이 2차년도 연구범위에 포함시켜 추가적으로 연구를 진행하고자 함. -시멘트 모르타르/콘크리트의 표면 형상 및 거칠기, 표면 미세구조에 따른 코팅재의 광분해 특성, 밀착성 측정 고찰-대기 환경조건(습도, 온도 등)에 따른 코팅재의 광분해 특성, 내구성 측정 고찰 -광촉매 코팅재의 단위면적 당 소요경비 산출 및 경제성 분석에 의한 시멘트 모르타르/콘크리트용 광촉매 코팅재 실용화 타당성 고찰 연구-주요 대기오염물질, NOx, SOx, 벤젠, 톨루엔, CO, VOCs 등에 대한 광분해율 측정 분석에 의한 광촉매 코팅재의 객관적 성능평가 결과 도출 연구-장마/우기 기간의 옥외 노출테스트 수행에 의한 광촉매 코팅 막의 산성비 열화 특성 측정 및 광촉매 수명 예측 연구 진행
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| 연구성과 |
기술적 기대성과 |
○기술적 측면광촉매는 빛에 의해 활성화되어 각종 유해물질, 유기물과 미생물들을 분해할 수 있는 기능성 소재로서 태양광만을 이용하여 대기오염물질이나 각종 환경오염물질을 효과적으로 분해 제거할 수 있는 환경 친화적 소재이다. 따라서, 대기오염물질인 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx), 탄화수소(CxHy), 휘발성유기화합물(VOCs) 등을 분해할 수 있는 광촉매와 같은 소재를 도시 건축물이나 시설 등에 적용하여 사용한다면 대도시의 심각한 대기오염물질을 효과적으로 저감시킬 수 있는 방법이 될 수 있다. 특히, 대도시 건축물의 대부분을 차지하고 있는 시멘트/콘크리트에 광촉매 물질을 적용함으로서 대기오염물질 분해 제거 기능성을 부여한 제품을 상용화할 경우, 관련 제품에 대한 국내외 수요와 시장성이 매우 클 것으로 기대된다.
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| 사회 경제적 파급효과 |
○ 사회적 측면 선진국(일본, 독일, 프랑스, 이탈리아, 미국 등)에서는 이미 고기능성 콘크리트 블록, 창유리, 건축타일과 같은 외장 건자재로의 이용이 상용화되었고, 이후로 광촉매 건축자재 수요가 빠르게 증가되고 있다. 특히, 급속한 산업화와 거대도시화 과정에서 발생되는 각종 환경오염 문제로 인해 친환경적이고 기능성을 지닌 건축자재의 사용에 대한 국민적 관심과 정부의 적극적인 장려정책에 의해서 광촉매 코팅 외장 블록이나 타일을 이용한 빌딩/주택들이 많아졌고, 건물 외벽에 티타니아 광촉매 소재를 코팅함으로 청소하지 않아도 오랫동안 더러워지지 않고 청결하게 유지관리가 가능한 건물들이 점점 증가되고 있다. 우리나라에서도 친환경 건축자재 사용에 대한 관심이 커지면서 앞으로 광촉매를 적용한 건축자재에 대한 수요가 증대될 것으로 예상된다. 따라서, 본 연구의 목표를 성공적으로 달성할 경우, 고부가가치의 친환경 고기능성 시멘트/콘크리트나 타일 제품 등의 실용화에 기여할 수 있고, 경제적으로는 수입대체효과를 가져오며 새로운 건축자재 산업분야 일자리 창출에 의한 산업적으로나 사회적으로 매우 큰 영향을 끼칠 수 있을 것으로 기대된다.○ 경제적/산업적 측면 광촉매 상용화 기술은 일본이 가장 앞섰고, 환경정화 설비, 주택？빌딩의 건축자재, 터널, 공기청정기, 에어컨, 의료기기, 조명기구, 도로설비, 대기정화 시스템, 수질정화 시스템 등 다양한 분야에서 상용화하였고, Toto 기기(주), 이시하라, Daikin Ind., Matsuhita Elec. Works, Sony, Matsushita Elec. Ind. 등을 중심으로 광촉매 소재 활용 관련 상용화 프로젝트를 활발히 수행하고 있다. 일본의 경우를 보면, 광촉매 시장규모는 2014년 기준 약 3,000억엔 정도이다. 광촉매 기술은 각종 환경오염방지, 김서림 방지, 항균, 공기정화, 수질정화, 자동차 및 운수, 건축자재 등의 다양한 분야에서 상용화가 성공적으로 이루어지면서 앞으로 국내외적으로 그 수요와 시장규모가 크게 증대될 것으로 예상된다.
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| 활용방안 |
○ 시멘트 관련 건자재 제조업체: 한라시멘트, 동양시멘트, 현대시멘트, 아세아시멘트, 삼표피앤씨, 성신양회, 삼창콘크리트공업 등 다수] 및 시멘트 건자재 응용, 콘크리트 시공 건설업체[대우건설, 현대건설, 삼성물산, GS건설, KCC, 대림산업 등 건설업체 다수]와의 산학협력공동기술개발 추진 등에 의하여 본 과제수행으로부터 개발된 기술이 건설 산업현장에 적용되어 고부가가치의 광촉매 콘크리트와 같은 신제품 개발 및 양산에 기여할 수 있도록 함○ 고기능성 건축자재 분야의 대학원 전문인력양성에 기여함으로서 졸업 후 동일 산업분야 진출 유도, 본 과제에서 개발된 기술이 산업체 현장의 제품생산 및 기술개발에 활용될 수 있도록 함○ 본 과제수행의 개발결과인 광촉매 시멘트 코팅재 및 광촉매 코팅 콘크리트 건자재 적용기술을 과제 종료 후 기술수요처 기업체(시멘트, 콘크리트 건축재 생산 및 시공)로의 기술이전 및 기술실시계약을 추진함으로서 실용화로 연계될 수 있도록 추진함○ 다른 광촉매성 산화물과의 하이브리드화 방법, 새로운 가시광 반응형 및 고광활성 광촉매 복합소재를 적용시킴으로서 우수한 광분해 효율과 자가세정성을 지닌 고기능성 콘크리트 코팅재를 개발함으로서 기존 티타니아를 코팅시킨 광촉매 콘크리트 제품과 차별화된 원천기술을 확보하고자 함○ 본 연구과제로부터 발생된 원천기술에 대한 특허출원/등록을 추진하여 지적재산권을 확보하고자 함○ 친환경 시멘트/콘크리트 건축자재 사용에 대한 국민적 관심이 커지면서 앞으로 광촉매를 적용한 건축자재에 대한 수요가 크게 증대될 것으로 예상되며, 이에 광촉매 적용 고기능성 건축재 제품 제조와 같은 고부가가치의 신산업 창출에 기여할 것으로 기대됨
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