[논문]이산화티타늄 광촉매를 처리한 Polyester 섬유의 기능성 연구

최세영

doi:10.7473/ec.2014.49.4.336

이산화티타늄 광촉매를 처리한 Polyester 섬유의 기능성 연구
A study on the Functional Properties of Polyester Fiber Treated Titanium Dioxide Photocatalyst 원문보기

Elastomers and composites = 엘라스토머 및 콤포지트, v.49 no.4, 2014년, pp.336 - 340

초록
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본 연구에서는 광촉매 작용을 하는 이산화티타늄 광촉매를 polyester 섬유에 코팅하여 탈취, 항균 및 자외선 차폐에 대한 기능을 부여하고 그 특성을 알아보았다. 그 결과 탈취성능은 세탁 전과 반복 20회 세탁 후에도 97%이상 저감되는 것으로 나타났으며, 항균성은 균수가 99.9%이상 감소되는 것으로 나타났다. 그리고 Polyester 섬유를 20회 반복 세탁을 행하여도 이산화티타늄 광촉매의 이탈 없이 표면에 견고하게 부착되어 있음을 확인하였으며, 또한 가스분해성능도 세탁전과 20회 반복 세탁 후에도 유지하는 것으로 나타나 세탁내구성이 우수함을 확인하였다. 자외선 차폐성도 세탁 전과 비교하여 20회 반복 세탁 후에도 83%이상 차단되는 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

The functionality such as deodorant, antibacterial, ultraviolet shielding of titanium dioxide self-actuated photocatalyst $Weltouch^{TM}$ treated polyester fiber was characterized in conditions without light. The deodorizing capacity was maintained more than 97% reduction irrespective of before washing and after 20 times repeated washing, and antimicrobial capacity was also retained more than 99.9% reduction. Titanium dioxide self-actuated photocatalyst was still maintained to the surface of polyester fiber without separation even after 20 times repeated washing. According to washing durability of polyester fiber, the reduction effect for ammonia was still retained even after 20 times repeated washing as much as before washing. The ultraviolet shielding capacity was still maintained at least 83% irrespective of before washing and 20 times repeated washing.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 이산화티타늄에 전이금속을 첨가하여 금속이 온의 도핑에 의한 띠간격을 변화시키고, 띠경계를 보다 높은 산화, 환원전위를 형성할 수 있도록 이동시켜 산화티탄의 열역학적 구동력 및 계면에서의 전자전이속도 상수를 증가시키므로서 빛의 유무와 관계없이 전자가 자발적으로 이산화티타늄의 표면으로 계속 이행하여 광촉매 작용을 하는 이산화티타늄 광촉매 Weltouch^TM를 polyester 섬유에 처리하여 탈취, 항균, 자외선 차폐 등의 기능을 부여시키는 연구를 통하여, 의류 및 위생용품 등의 직물에의 활용 가능성에 대하여 살펴보고자 하였다.

제안 방법

또한 전자현미경 (JEOL사, JSM-6200)으로 세탁전과 20회 반복 세탁한 시험편의 표면사진을 비교·분석하여 세탁으로 인한 표면변화를 확인하였다.
빛이 차단된 조건에서도 전자를 자발적으로 이산화티타늄의 표면으로 계속 이행시켜, 광촉매 작용을 하도록 하는 이산 화티타늄 광촉매 Weltouch^TM를 polyester 섬유에 처리하여 탈취성능, 항균, 자외선 차폐 등의 특성을 평가하였으며, 전자현미경을 이용하여 이산화티타늄 광촉매가 처리된 polyester 섬유의 세탁에 따른 표면변화를 관찰하여 세탁내구성을 확인하고, 다음의 결론을 얻었다.
시료는 KS K ISO 139의 표준상태 (20℃, 상대습도 65%)에서 최소한 4시간 이상 방치한 후 변형이 일어나지 않도록 평편하게 무장력 상태로 spectrophotometer의 광입사구를 충분히 덮을 수 있는 50 mm×50 mm의 크기로 채취하여 표준상태에서 시험하였다.
시료는 KS K ISO 139의 표준상태 (20℃, 상대습도 65%)에서 최소한 4시간 이상 방치한 후 변형이 일어나지 않도록 평편하게 무장력 상태로 spectrophotometer의 광입사구를 충분히 덮을 수 있는 50 mm×50 mm의 크기로 채취하여 표준상태에서 시험하였다. 시험기기는 IM Technology사의 UV/VIS spectrophotometer Optizen 2120uv을 사용하여 파장 290~400 nm를 매 5 nm 파장단위로 주사하면서 시료의 자외선 투과율을 측정한 다음, 다음 식과 같이 계산하여 자외선 차단율을 구하였다.
시험은 세탁전과 20회 반복 세탁한 각각의 시험편을 100 ㎜×100 ㎜ 크기로 잘라 각각의 테들러백에 넣고 암모니아와 신선한 공기를 주입, 밀봉한 후 빛이 차단된 조건에서 30분간 방치시킨 다음 암모니아 검지관으로 측정하였다.
이산화티타늄 광촉매 WeltouchTM는 30배로 희석하여 가공액으로 사용하였으며, 가공처리는 1dip-1nip 방식으로 Wet pick up 80%가 되도록 하였고 dipping 처리온도는 25±5℃에서 10분간 실시하였으며, 열처리는 120℃에서 3분간 텐터 (tenter)로 하였다.
이산화티타늄 광촉매가 처리된 polyester 섬유에 대하여, 세탁전과 20회 반복하여 세탁한 시험편을 전자현미경 (JEOL사, JSM-6200)으로 표면을 비교·분석하여, 세탁으로 인한 표면변화를 확인하고 그 결과를 Figure 1에 나타냈다.

대상 데이터

이산화티타늄 광촉매가 처리된 polyester 시험편에 대한 탈취성능을 ISO 규격 DIN EN 20105-C01의 방법으로 세탁하고 상온 (25℃)에서 건조시킨 다음 세탁 전과 20회 반복 세탁 후의 가스분해성능을 가스텍검지관법으로 측정하여 비교하였다. 대상가스는 암모니아를 사용하였으며, Gastec사의 암모니아 검지관 (No. 3L)으로 측정하였다. 시험은 세탁전과 20회 반복 세탁한 각각의 시험편을 100 ㎜×100 ㎜ 크기로 잘라 각각의 테들러백에 넣고 암모니아와 신선한 공기를 주입, 밀봉한 후 빛이 차단된 조건에서 30분간 방치시킨 다음 암모니아 검지관으로 측정하였다.
본 연구에서 사용된 polyester 섬유는 시판제품을 구입하여 사용하였으며, 그 특성을 Table 1에 나타냈다. 또한 polyester 섬유에 기능성을 부여하기 위해 처리되는 이산화티타늄 광촉매는 넥스켐사 (Korea)에서 제조, 판매되고 있는 Weltouch^TM를 그대로 사용하였다.SBS가
본 연구에서 사용된 polyester 섬유는 시판제품을 구입하여 사용하였으며, 그 특성을 Table 1에 나타냈다.

이론/모형

6배 이상 균주 배양이 되어지는 활성을 가져야 한다. 실험에 의한 균 감소율 (%)은 정균율로서, 이산화티타늄 광촉매를 처리하지 않은 polyester 대조편과 이산화티타늄 광촉매가 처리된 polyester 시험편의 18시간 후의 생균수의 상대적 감소율인 균수 측정법으로, 다음 식과 같이 계산하였다.
이산화티타늄 광촉매가 처리된 polyester 시험편에 대한 탈취성능은 ISO 규격 DIN EN 20105-C01의 방법으로 세탁한 후에 상온(25℃)에서 건조시킨 다음, 세탁 전과 20회 반복 세탁 후의 가스분해성능을 가스텍검지관법으로 측정하여 Table 2에 나타냈다. Table 2에 나타낸바와 같이 이산화티타늄 광촉매가 처리된 polyester 섬유가 무처리 시험편보다 현저한 암모니아의 감소효과를 나타냈으며, 20회 반복 세탁한 시험편에서도 동일한 저감효과를 보이고 있다.
이산화티타늄 광촉매가 처리된 polyester 시험편에 대한 탈취성능을 ISO 규격 DIN EN 20105-C01의 방법으로 세탁하고 상온 (25℃)에서 건조시킨 다음 세탁 전과 20회 반복 세탁 후의 가스분해성능을 가스텍검지관법으로 측정하여 비교하였다. 대상가스는 암모니아를 사용하였으며, Gastec사의 암모니아 검지관 (No.
자외선 차폐성은 이산화티탄늄 광촉매가 처리된 polyester 시험편에 대하여 세탁 전과 20회 반복 세탁 후를 KS 규격 K-0850-2009의 방법으로 UV-A, UV-B에 대한 자외선 차단율을 평가하였다. 시료는 KS K ISO 139의 표준상태 (20℃, 상대습도 65%)에서 최소한 4시간 이상 방치한 후 변형이 일어나지 않도록 평편하게 무장력 상태로 spectrophotometer의 광입사구를 충분히 덮을 수 있는 50 mm×50 mm의 크기로 채취하여 표준상태에서 시험하였다.
자외선 차폐성은, 이산화티타늄 광촉매가 처리된 polyester 시험편에 대하여 세탁 전과 20회 반복 세탁 후를, KS 규격 K-0850-2009의 방법으로 UV-A, UV-B에 대한 자외선 차단율을 평가하였으며, 그 결과를 Table 4에 나타냈다.
항균성 시험은 이산화티타늄 광촉매를 처리하지 않은 polyester 대조편과 이산화티타늄 광촉매가 처리된 polyester 시험편에 대하여, ISO 규격 DIN EN 20105-C01의 방법으로 세탁하고 상온 (25℃)에서 건조시킨 다음 세탁 전과 20회 반복 세탁 후 각각 0.4 g씩 채취하여 KS K 0693-2011의 방법으로 실시하였다. 공시균은 황색포도상구균 (Staphylococcus aureus)으로 하였으며, 이때 사용된 균주는 37±1℃에서 18시간 배양으로 31.
항균성 시험은, 이산화티타늄 광촉매를 처리하지 않은 polyester 대조편과 이산화티타늄 광촉매가 처리된 polyester 시험 편에 대하여, ISO 규격 DIN EN 20105-C01의 방법으로 세탁하고 상온 (25℃)에서 건조시킨 다음, 세탁 전과 20회 반복 세탁 후 각각 0.4 g씩 채취하여 KS K 0693-2011의 방법으로 실시한 결과를 Table 3에 나타냈다. Table 3에 나타낸바와 같이 이산화티타늄 광촉매를 처리하지 않은 대조편은 황색포도상구균이 세탁 전과 후 모두 1.

성능/효과

1. 이산화티타늄 광촉매를 코팅한 polyester 섬유의 탈취성능은 세탁 전과 세탁 후 모두 97%이상을 나타냈으며, 세탁 전과 20회 반복 세탁 후에도 뛰어난 항균성을 유지하여 세탁 내구성이 우수함을 확인하였다.
2. 이산화티타늄 광촉매의 코팅에 따른 자외선 차폐성은 20회 반복 세탁 후에도 84%이상의 자외선 차단율을 보였다.
4. 이상의 결과로서, polyester에 처리된 이산화티타늄은 빛이 차단된 조건에서도 전자가 자발적으로 이산화티타늄의 표면으로 계속 이행하여 지속적으로 광촉매작용을 할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
이것은 졸 상태에서는 나노수준의 크기였던 이산화티타늄 광촉매의 1차 입자들이 섬유를 처리할 때 심한 뭉침현상이 발생하여 섬유 표면에 부착된 것으로 생각된다. 또한 이산화티타늄 광촉매가 처리된 polyester 섬유를 20회 반복 세탁한 후에도 광촉매가 탈락없이 견고하게 부착되어 섬유 표면에 그대로 부착되어 있는 것으로 볼 때, 약간의 뭉침현상은 기능성이나 섬유의 물성에는 크게 문제가 없고 세탁내구성이 우수하다는 것을 확인할 수 있었다.
이러한 결과는 이산화티타늄 광촉매 입자 특유의 밴드갭에너지 때문에 자외선이 흡수된 것으로 추정되며, 이 결과로부터 자외선 차폐성은 섬유표면에 존재하는 이산화티타늄 광촉매 입자의 자외선 흡수능력에 의한 것으로 생각된다. 뿐만 아니라 이산화티타늄 광촉매는 polyester섬유의 물성에 크게 영향을 주지 않으며, 20회 반복 세탁 후에도 자외선 차단성능을 유지하는 것으로 나타나 내구성도 우수한 것으로 확인되었다. 또한 polyester에 처리된 이산화티타늄은 빛이 차단된 조건에서도 전자가 자발적으로 이산화티타늄의 표면으로 계속 이행하여 지속적으로 광촉매작용을 하는 것으로 사료된다.
Table 2에 나타낸바와 같이 이산화티타늄 광촉매가 처리된 polyester 섬유가 무처리 시험편보다 현저한 암모니아의 감소효과를 나타냈으며, 20회 반복 세탁한 시험편에서도 동일한 저감효과를 보이고 있다. 이 결과로 볼 때 이산화티타늄 광촉매는 반복하여 세탁을 하여도 polyester 섬유 조직내에 탈락되지 않고 견고하게 부착되어 있어 탈취성능을 발휘하고 있음을 확인할 수 있으며, 이것은 이산화티타늄 광촉매가 polyester 섬유기질에 부착되는 강도가 크기 때문이라고 생각된다. 또한 polyester에 처리된 이산화티타늄은 빛이 차단된 조건에서도 전자가 자발적으로 이산화티타늄의 표면으로 계속 이행하여 지속적으로 광촉매작용을 하는 것으로 사료된다.

후속연구

3. 이상의 결과로서, 이산화티타늄 광촉매를 적용하여 자외선 차단효과와 항균작용이 우수한 스포츠 의류나 아동복을 비롯한 다양한 섬유제품생산이 가능할 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	이산화티타늄 광촉매의 특징은 무엇인가?	이산화티타늄 광촉매는 일반적으로 태양광중 자외선을 받아 물질 표면에 강력한 산화반응을 일으키는 반도체 물질로써 빛에너지의 이용만으로도 다양한 화학물질을 안전하고 용이 하게 분해할 수 있는 장점과 항균, 방취, 초친수성 등의 특성을 지니고 있는 재료로서 21세기 유망기술분야로 크게 각광받고 있다.
	환기부족 및 실내공기오염으로 생긴 질병들은 무엇인가?	최근의 건축물이 단열화, 기밀화 되면서 환기부족 및 실내공기오염이라는 결과를 초래하였고 이로 인한 시크하우스병, 병원성세균 등에 의한 각종 질병들이 만연하고 있다.1
	이산화티타늄(TiO2)의 광촉매적 특성을 활용하는 연구가 최근 전세계적으로 활발히 진행되고 있게 된 배경은 무엇인가?	의류제품이 유해성 오염물질, 악취, 병원균 등 심각한 환경오염에 노출됨에 따라 세계적인 환경관련 규제 강화와 더불어 소비자들이 신체와 정신의 건강을 중시하면서 가격 경쟁력에 의존한 범용 소재가 아닌 친환경적이면서 고감성과 고기능성을 갖춘 기능성 신소재 개발이 요구되고 있다.2-4 이에 따라서 최근 각 섬유제조업체에서는 지구환경에 해롭지 않은 공정기술의 개발과 생활유해물질들로부터 인체를 보호하려는 친환경, 건강추구 상품들의 개발하는데 관심을 기울이고 있다. 이러한 관심으로 다양한 시도가 이루어지고 있는 가운데 이산화티타늄(TiO2)의 광촉매적 특성을 활용하는 연구가 최근 전세계적으로 활발히 진행되고 있다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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