초록 ▼

Ⅰ. 제 목 환경 친화형 기능성 물질 개발 Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성 최근에 환경문제가 크게 부각되면서 대기나 수중에 포함되어 있는 각종 유해성분을 제거하거나 콘트롤하여 쾌적한 환경을 창출하고자 하는 환경재료 기술분야의 연구가 활발히 추진되고 있다. 특히 국내의 경우 국민소득이 점차 향상되면서 깨끗한 공기와 물을 섭취하고자 하는 욕구가 급격히 확대되고 있는 시점에서 다양한 탈취 및 정수용 재료가 선을 보이고 있으며 그 수요도 폭발적으로 증가하고 있다. 오존 등의 환경오염의 주원인으로 거론되는 VOC를 제거하기 위해서

Ⅰ. 제 목 환경 친화형 기능성 물질 개발 Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성 최근에 환경문제가 크게 부각되면서 대기나 수중에 포함되어 있는 각종 유해성분을 제거하거나 콘트롤하여 쾌적한 환경을 창출하고자 하는 환경재료 기술분야의 연구가 활발히 추진되고 있다. 특히 국내의 경우 국민소득이 점차 향상되면서 깨끗한 공기와 물을 섭취하고자 하는 욕구가 급격히 확대되고 있는 시점에서 다양한 탈취 및 정수용 재료가 선을 보이고 있으며 그 수요도 폭발적으로 증가하고 있다. 오존 등의 환경오염의 주원인으로 거론되는 VOC를 제거하기 위해서는 현재 탄소계 화합물이 주로 사용되고 있으나 흡착공정에서 불균일한 충진밀도와 분진이 발생하고 methyl ethyl ketone 등의 일부 화학물질이 흡착될 경우 계면관능기의 촉매작용에 의해 발화되는 문제점이 있다. 그리고 군용 보호복에는 유독물질을 제거하는 기능성 물질이 사용되고 있는데 이러한 물질은 유독물질 제거 성능이 열악하고 기계적 강도가 약하여 분진이 발생하므로 1회용으로만 사용 가능하다. 따라서 이를 보완하여 성능이 개선되고 재사용이 가능한 신규 기능성 물질의 개발연구가 국가 안보적인 차원에서도 필요한 실정이다. 또한, 근년들어 난방이나 냉방효율의 향상과 에너지의 효율적인 이용을 목적으로 하여 건물의 밀폐성이 증가하므로써 생활환경에서의 건강문제 특히 습도의 문제가 주목을 받고 있다. 주거환경에서의 적당한 환경습도는 40∼70% 범위로 이것보다 습도가 높으면 곰팡이나 진드기의 왕성한 번식에 따라 이것들의 배설물이나 유해한 미분말에 의해 천식이나 아토피성 피부염과 같은 알레르기 질환이 증가하게 되며 이것보다 습도가 낮으면 감기 등의 바이러스의 증식, 정전기의 축적으로 인한 정밀기기의 오동작, 발화 및 미술품의 열화 등의 원인이 된다. 이와 같이 습도 문제로 인해 생활환경이 곰팡이나 균에 의해 오염되는 것을 방지하고 청결을 유지하기 위해서는 조습재료의 개발이 필수적이며 사회적으로도 중요한 의의를 갖는다. 따라서, 1단계 본 연구에서는 재료의 표면에 적정크기의 mesopore를 갖고 있으며 세공용적 또한 커서 전체적인 수분 흡·탈착량도 크고 환경습도 40∼70% 범위에서의 수분의 흡·탈착량도 커서 자율적으로 습도조절기능을 가질 것으로 기대되는 자율적 조습 재료를 개발하고자 하였다. Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위 환경 유해 성분 제거용으로 활용할 수 있는 형상 제어된 탄소계 기능성 물질을 개발하기 위하여 본 연구에서는 첫째 출발원료의 선정 및 개질 조건을 검토하였으며, 둘째 완전 구형의 형상 제어 방법을 조사하고, 셋째 경제적인 불융화, 탄화/활성화 조건을 연구하였다. 자율적 조습재료의 제조 및 이의 실용화를 위해 본 연구에서는 첫째, 다공성 재료의 흡 방습 특성 및 환경습도 범위와의 상호 관련성에 대한 검토, 둘째, 액정주형법, sol-gel, clay conversion등 무기물 다공체를 제조할 수 있는 여러가지 제조방법에 의한 조습재료의 제조 및 최적 제법 선정, 셋째, 선정된 수용액상의 졸겔반응에 의한 조습재료의 제조 및 최적조건 검토 선정과 넷째, 선정된 적정 제법에 의한 scale-up 실험 및 적정 규격의 board형 자율 조습재료의 제조 등을 연구내용으로 하여 수행했으며 평균 세공크기가 3 ∼ 6 nm, 세공용적은 0.8 ∼ 1.0 cc/g 범위로 제어되어 전체적인 수분의 흡·탈착량이 0.8 ∼ 1.0 cc/g, 환경습도 범위에서의 수분의 흡착량은 0.25 ∼ 0.3 cc/g, 탈착량은 0.4 ∼ 0.6 cc/g 정도되는 자율적 조습재료를 제조하는 것을 연구범위로 하고 있다. Ⅳ. 연구개발결과 환경 유해 성분 제거용 기능 소재로서 피치계를 출발 원료로 하여 개질화, 형상제어, 불융화, 탄화/활성화 조건을 확립하여 구형도가 95%이상, 입자크기 0.5∼0.7mm가 90%이상, 비표면적이 1100 ㎡/g이상, 요오드값이 1000 mg/g이상, 압축강도가 0.5kg이상, 내마모도가 99이상의 환경 유해 성분 제거용 구형 고강도 재료 개발 연구 결과로써 평균 세공크기가 3 ∼ 6 nm, 세공용적은 0.8 ∼ 1.0 cc/g 범위로 제어된 mesopore를 갖는 조습재료의 경우 전체적인 수분의 흡·탈착량이 0.8 ∼ 1.0 cc/g, 환경습도 범위에서의 수분의 흡착량은 0.25 ∼ 0.3 cc/g, 탈착량은 0.4 ∼ 0.6 cc/g 정도됨을 보이고 있는데 이것은 기존의 조습재료가 전체적인 수분의 흡·탈착량이 0.2 ∼ 0.3 cc/g 환경습도 범위에서의 수분의 흡착량과 탈착량은 각각 0.01 ∼ 0.03 cc/g 정도인 것에 비해 자율적 조습능력이 크게 우수하여 본 연구에서 개발된 재료가 자율적 조습재료로써 사용가능 하다는 것을 보이는 것이고 1단계 연구목표 대비 달성도가 100% 라는 것을 확인해 주는 것이다. Ⅴ. 연구개발결과의 활용계획 1단계 연구 결과를 바탕으로 환경 유해 성분 제거용 구형 고강도 탄소계 기능성 물질 개발 scale-up 연구를 추진하여 본 공장 건설을 위한 engineering data를 수집하고 2단계 연구 종료 시점에 연산 120 MT 규모의 상용 공장 기본 설계 package를 완성할 예정이다. 자율적 조습재료 개발의 경우 1단계 연구 결과, pilot plant data 확립과 현장 적용성(벽지, 천장재 등) 시험만 거치면 1∼2년내에 실용화가 가능할 것으로 판단되며 응용 연구로써 조습 및 항균기능 재료(병원이나 차시트 충진제 등), 화장품 보습 및 자외선 차단 기능재료와 조습 및 선도유지제 등에 적용 가능함으로써 2단계 종료시점까지 적어도 1개 이상의 제품에 대해 국내 생산, 실용화를 목표로 하는바 이를 위해선 2단계 연구의 진행이 절대적으로 필요하다.

Abstract ▼

In this research, it is developed functional carbon-base material for environmentally hurtful ingredient exclusion. Starting raw material was chosen coal tar pitch. The economical manufacturing process is consisted of reforming, shape control, infusibilzation, carbonization and activation. Physical

In this research, it is developed functional carbon-base material for environmentally hurtful ingredient exclusion. Starting raw material was chosen coal tar pitch. The economical manufacturing process is consisted of reforming, shape control, infusibilzation, carbonization and activation. Physical and chemical properties of developed material is as followings : sphericity 95%, particle size within 0.5∼0.7mm 90%, specific surface area 1100 m2/g, iodine number 1000 mg/g, compressive strength 0.5 kg and hardness 99. This material is expected as a high performance adsorbent for VOC removal, CBR poison chemical and blood purification. Also, high sphericity and hardness permit the possible usages in fluidized adsorption process. Mesoporous silicas having the average pore size of 3.0∼7.5 ㎚ have been synthesized via the aqueous sol-gel reaction and Liquid Crystal Templating (LCT), and examined on the application for a humidity self-control materials. It was possible to prepare the specimens with the pore size of 2.8∼7.8 ㎚ by the sol-gel reaction in the pH range of 3.0∼5.5. By using the back titration method designed for this study, the pore volume of the specimen with the pore size of 4.0∼5.5 nm and the concentration of a sodium silicate solution could be increased to over 0.8 cc/g and 25%, respectively. Both the surface area and the pore volume were inversely proportional to the calcination temperature. The optimal calcination temperature concerning a durability was found to be around 600 . By the LCT it was possible to prepare the specimens with the pore size of 4.1 ∼7.0 ㎚ and the pore volume of over 0.9 cc/g in the pH range of 10.0∼11.0 and in the 25% concentration of surfactant solution, and they had a uniform size of the hexagonal-type pore. Measurements on the amount of water vapor adsorption-desorption for the specimens prepared by the above two methods indicated that they revealed over 80% and the adsorption-desorption occurred mostly at the relative humidity between 40% and 70%. In this regard, we have estimated that the specimens could be used for a humidity self-control materials. In addition, the specimen yielded by the sol-gel reaction showed a dominant ability of humidity self-control than that by the LCT.

목차 Contents

• 제1장 서론...11
• 제2장 국내외 기술개발 현황...16
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과...23
• 제1절 환경 유해 성분 제거 기능성 물질 연구...23
• 1.이론적 배경...23
• 2.실험 방법 및 결과...48
• 제2절 조습 및 항균 기능성 물질 연구...74
• 1.연구내용...74
• 2. 실험 방법...85
• 3. 연구결과 및 고찰...93
• 제4장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도...123
• 제5장 연구개발결과의 활용계획...126
• 제6장 참고문헌...127