KR100701802B1 - 친수성 광촉매로 코팅된 애자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 송배전 설비의 애자 표면에 이산화티탄 나노입자를 포함하는 친수성 광촉매 졸을 코팅한 친수성 광촉매 코팅 애자에 관한 것이다.

본 발명에 따른 친수성 광촉매 코팅 애자는 절연체 표면에 대기오염 물질이 침적되어 발생하는 절연 파괴로 인한 정전 사고를 예방하고 대기오염 물질의 분해 작용을 통해 대기오염을 감소시킬 수 있다.

Description

친수성 광촉매로 코팅된 애자 {INSULATOR COATED WITH HYDROPHILIC PHOTOCATALYST}

도 1 및 도 2는 각각 본 발명의 친수성 광촉매가 코팅된 라인포스트 애자 및 장간 애자의 도면이고 (상기 도면에서, A는 애자의 표면이고, B는 광촉매 코팅으로 형성된 막이다.),

도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에서 제조된 광촉매가 코팅된 세라믹 판의 광분해 성능을 비교한 그래프이며,

도 4는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 광촉매가 코팅된 세라믹 판에서 친수성을 시험한 사진이다.

본 발명은 송배전 설비인 애자 표면에 친수성 광촉매를 코팅한 친수성 광촉매 코팅 애자에 관한 것이다.

애자는 전력 수송 설비에 있어서 매우 중요한 설비이나, 대기오염 물질 등이 애자 표면에 누적되어 고착되면 절연 기능이 떨어져 누전이나 정전 사고를 일으키고 있다. 통상적으로 애자 표면에 누적된 대기오염 물질 등은 간헐적으로 내리는 비에 의해 세정되어 원상 회복이 되기도 하지만 가뭄 시기에는 비가 내리지 않아 대기 중에 대기오염 물질의 발생량도 많고, 이에 따라 애자 표면의 부착량도 증가되고, 세척도 되지 않아 애자 표면에 오염물이 계속 침적되는 악순환이 가속되어 결국 애자의 절연 파괴의 가능성이 한층 높아진다. 특히 도심에서는 자동차 배기가스에서 배출되는 오염물질이 합세하여 애자 표면에 오염물질의 부착량을 증가시키고 있다.

대한민국 등록 실용실안 제 20-0255176호에는 절연체로 사용되고 있는 애자의 표면에 산화티탄을 주성분으로 하는 광촉매를 코팅하여 대기오염 물질 등에 의한 침적물을 광촉매와 태양빛에 의해 분해시켜 제거함으로써 절연체에 대기오염 물질의 침적을 방지할 수 있는 송배전 설비의 절연체가 개시되어 있다.

애자의 표면에 광촉매를 코팅시키면 광촉매와 태양광의 광촉매 분해반응에 의해 대표적인 대기 오염물질인 질소 또는 황산화물을 제거할 수 있으며, 대기 중의 탄화수소를 이산화탄소 (CO₂)와 물 (H₂O)로 분해하는 기능을 나타내므로 기피 설비로 인식된 전력 설비에 환경 친화적 기능을 부가함으로서 이미지 개선도 강조할 수 있다.

이에, 본 발명자들은 상기 기능을 갖는 광촉매 코팅 애자를 연구하던 중 친수성이 뛰어난 개선된 광촉매 코팅 애자를 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 절연 파괴를 억제하여 정전 사고 예방 및 오염 방지 기능을 가지며 친수성이 뛰어난 코팅막을 가진 애자를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 표면에 이산화티탄 나노입자를 포함하는 친수성 광촉매 졸이 코팅된 애자를 제공한다.

이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 애자는 애자의 표면 (도 1 및 도 2의 A)에 친수성 기능을 갖는 광촉매 졸을 코팅하여 애자 표면에 광촉매 막 (도 1 및 도 2의 B)이 형성되어 있음을 특징으로 한다.

본 발명에 사용되는 친수성 광촉매 졸은, TMOS (Tetra-methyl orthosilicate)를 기본 물질로 하는 바인더와 이산화티탄계 광촉매가 혼합되어 친수성이 강화된 것임을 특징으로 한다.

상기 바인더는 TMOS, 물, 무기산 및 알콜성 용매를 1 : 2∼6 : 0.01∼0.06 : 5∼20의 몰비로 혼합하여 제조될 수 있으며, 상기 혼합시, 물의 함량이 증가되면 코팅이 불량해지므로 좋지 않다.

상기에서 사용가능한 알콜성 용매로는 에탄올, n-프로필알콜, 아이소프로필알콜, n-부틸알콜 등이 있으며, 에탄올이 바람직하다.

또한, pH 조절을 위해 사용된 무기산으로는 염산, 질산, 황산 등이 있으며, 염산이 바람직하다.

본 발명에 사용된 이산화티탄계 광촉매는 대한민국공개특허공보 제10-2004-0100732호에 기재된 방법에 따라 제조될 수 있으며, 하기 단계를 포함한다.

1) 티타늄테트라이소프로폭사이드 (titaniumtetraisopropoxide, TTIP)를 초순수에 점적하여 수화반응시키는 단계;

2) 상기 단계에서 형성된 침전물을 여과하고, 초순수로 세척하여 불순물을 제거한 후, 건조시켜 무정질의 이산화티탄 분말을 제조하는 단계;

3) 상기 단계에서 제조된 무정질의 이산화티탄 입자와 해교제를 고압반응기에서 반응시켜 이산화티탄 졸을 형성하는 단계;

4) 승온하여 이산화티탄 졸을 이산화티탄 입자로 성장시키는 단계;

5) 이산화티탄 결정을 원심분리하여 NaOH로 pH를 중성으로 조절한 후, 다시 원심분리와 초순수로 세척하여 분말화하는 단계; 및

6) 상기 단계에서 얻어진 분말을 에탄올에 분산시켜 건조하는 단계.

본 발명의 광촉매에 포함된 이산화티탄 입자는 아나타제, 부르카이트, 루타일의 세 가지 결정상이 존재하는데 이 중 아나타제와 루타일의 결정상의 분율은 단계 3)에서 해교제의 농도를 조절하거나 단계 4)에서 반응 온도를 변화시킴으로써 조절할 수 있으며, 이산화티탄 입자의 결정성은 반응 온도나 반응 압력을 변화시킴 으로써 조절할 수 있다.

상기의 방법에 따라 제조된 이산화티탄계 광촉매는 5 내지 10 nm 크기의 입자분포를 갖는 이산화티탄 나노입자를 포함하며, 결정성이 우수하여 광특성이 매우 우수하다.

또한, 본 발명에서는 친수성 광촉매 졸을 스프레이법, 함침법, 침지법 등 통상의 방법에 의해 애자의 표면에 코팅할 수 있다.

본 발명에서는 애자의 세라믹 표면에 광촉매 막을 견고하게 부착시키기 위하여 코팅된 애자를 통상의 방법에 따라 열처리 또는 열풍 건조 할 수 있으며, 바람직하게는 코팅된 애자를 건조 오븐에서 50 내지 100℃에서 5 내지 10분 동안 건조시키는 것이 좋다.

본 발명에 따라 애자의 표면에 코팅된 광촉매 코팅층의 두께는 두꺼울수록 친수성 기능이 떨어지고 투명성이 약해지므로, 2 내지 5 ㎛가 바람직하다.

본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 애자는 그 막이 투명하기 때문에 애자 고유의 색상을 그대로 살릴 수 있으며, 광촉매의 강한 산화 작용으로 대기오염 물질 중에 오일 등과 같은 부착력이 있는 물질을 분해함으로써 부유분진과 기타 오염물질이 애자 표면에 잘 부착되지 않도록 하고, 대기 중의 이산화질소, 아황산가스, 탄화수소 등의 유해 가스를 분해 정화하는 기능도 제공할 수 있다.

이하, 본 발명을 하기 실시예 및 비교예에 의거하여 좀더 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들만으로 제한되는 것은 아니다.

제조예: 이산화티탄계 광촉매의 제조

듀퐁사의 TTIP (titaniumtetraisopropoxide, 97%)를 전구물질로, 질산을 해교제로 사용하여 하기와 같은 방법으로 광촉매를 제조하였다.

초순수 360 ㎖를 상온에서 강하게 교반하면서 TTIP 200 ㎖을 점적한 다음, TTIP와 초순수가 수화반응하여 백색의 침전물을 충분히 형성하도록 점적이 완료된 후 1시간 더 교반하였다. 상기 침전물을 여과하고, 초순수로 여러 차례 세척하여 불순물을 제거한 후, 80℃ 오븐에서 건조시켜 무정질의 이산화티탄 입자 분말을 얻었다.

상기 무정질의 이산화티탄 입자, 해교제 및 물을 1: 0.5: 100의 비로 120℃의 고압반응기에서 3시간 동안 반응시켜 이산화티탄 졸을 제조하였다.

상기에서 해교된 이산화티탄 졸을 250℃까지 승온시켜 12시간 동안 반응시키면서 이산화티탄 결정으로 성장시켰다. 이를 원심분리하여 이산화티탄 결정을 분리한 후, NaOH로 pH를 중성으로 조절한 다음, 다시 원심분리와 초순수로 세척하여 분말화하였다. 분말화된 이산화티탄을 에탄올에 분산시킨 후, 입자의 응집을 최대한 줄이기 위해 진공 오븐에서 빠르게 건조시켜 입도 분포가 약 5 내지 10 nm인 매우 균일한 이산화티탄계 광촉매를 제조하였다.

실시예: 친수성 광촉매 졸의 제조 및 코팅

TMOS, H₂O, HCl 및 에탄올을 1 : 4 : 0.04 : 10 몰비의 존재 하에 혼합하여 바인더를 합성한 후, 상기 제조예에서 제조된 이산화티탄계 광촉매를 상기 바인더와 3 : 1로 혼합하여 이산화티탄 나노입자를 포함하는 친수성 광촉매 졸을 제조하였다.

상기에서 제조된 광촉매 졸을 애자의 표면과 동일한 세라믹 판에 스프레이법 (분사 노즐: 0.4 mm)으로 코팅하고 건조 오븐에서 60℃로 10분간 건조시켜 광촉매 코팅된 세라믹 판을 제조하였다.

비교예

시판되는 광촉매 졸 (TOTO사)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 광촉매 코팅된 세라믹 판을 제조하였다.

시험예 1

본 발명에 사용된 광촉매 졸의 광분해 성능을 알아보기 위해, 실시예 및 비교예에서 제조된 광촉매 코팅된 세라믹 판을 이용하여 메틸렌 블루를 분해하는 실험을 실시하였다. 이 때, 광원으로는 BLB (Black Light Blue) 램프 (340 nm)를 사용하였고, 분해 정도를 색차색도계로 1시간 동안 5분마다 측정하여 그 결과를 도 3에 나타내었다.

도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 이산화티탄 나노입자를 포함하는 광촉매가 코팅된 애자는 기존의 광촉매가 코팅된 애자보다 광분해 성능이 우수하다.

시험예 2

실시예 및 비교예에서 제조된 광촉매가 코팅된 세라믹 판에 스프레이 분무기로 물을 분무하여 친수성 정도를 비교하였으며, 그 결과를 도 4에 나타내었다.

도 4에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 이산화티탄 나노입자를 포함하는 광촉매가 코팅된 애자는 기존의 광촉매가 코팅된 애자보다 친수성이 뛰어나다.

본 발명에 따른 친수성 광촉매가 코팅된 애자는, 친수성이 우수하여 빗물이나 대기의 흐름에 의한 오염물질을 태양광 조사로 발생되는 산화 환원력에 의해 보다 효율적으로 쉽게 제거되게 함으로써 애자 표면에 대기오염 물질의 침적에 의한 절연 파괴로 인한 정전 사고 예방할 수 있어 갑작스런 정전 사고에 대한 경제적 손실을 예방할 수 있으며, 절연 효과를 지속적으로 유지하여 애자의 수명을 연장하고 교체 및 세정 작업에 소요되는 비용을 절감할 수 있다. 또한, 도심의 자동차 배출 물질 등의 오염물질을 분해하는 환경 정화 기능도 가지고 있으므로 매우 효율적이다.

Claims (6)

1. 테트라메틸 오르쏘 실리케이트 (TMOS), 및 상기 TMOS 1몰을 기준으로 물 2 내지 6몰, 염산, 질산 및 황산으로 이루어진 군에서 선택된 무기산 0.01 내지 0.06몰 및 에탄올, n-프로필알콜, 아이소프로필알콜 및 n-부틸알콜로 이루어진 군에서 선택된 알콜성 용매 5 내지 20몰을 포함하는 바인더와 이산화티탄계 광촉매 나노입자가 2 내지 3 : 1 중량비로 혼합된 친수성 광촉매 졸이 표면에 코팅된, 친수성 광촉매 코팅 애자.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,

   이산화티탄 나노입자는 5 내지 10 nm의 입자분포를 갖는 것임을 특징으로 하는 친 수성 광촉매 코팅 애자.
6. 제 1 항에 있어서,

   광촉매 코팅층의 두께는 2 내지 5 ㎛임을 특징으로 하는 친수성 광촉매 코팅 애자.

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