 섬유 / 지류
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전기방사와 방사선 조사를 이용한 이산화티탄 나노섬유의 제조방법 및 이 방법으로 제조되는 이산화티탄 [한국원자력연구원]
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1. 개요
본 발명은 전기방사와 방사선 조사를 이용한 이산화티탄 나노섬유의 제조방법 및 이를 이용하여 제조되는 이산
화티탄 나노섬유에 관한 것이다. 보다 상세하게는 전기방사와 방사선 조사를 거침으로써, 짧은 시간에 안정화
시켜 비용 및 시간 면에서 절감이 가능하며 표면적이 크고 형상에 제약을 받지 않으므로 다양한 분야에 적용 가
능한 이산화티탄 나노섬유에 관한 것이다.
2. 배경 기술
전기방사는 수 나노미터보다 작은 직경의 연속섬유를 쉽게 제조할 수 있는 방법이다. 이러한 전기방사는 합성
섬유와 천연섬유, 및 발색단, 나노입자, 활성 첨가제뿐만 아니라 금속과 반도체 산화물이 첨가된 고분자에 적용
이 가능하므로 코어-쉘 섬유 또는 중공섬유와 같은 복합구조를 갖는 섬유를 제조할 수 있다. 이러한 복합구조
섬유는 단섬유부터 정렬된 섬유로 제조될 수 있으며 광변환기술, 감지기술, 촉매, 필터, 의료 등 폭넓은 분야에
적용이 가능하다.
이산화티탄(Titanium dioxide, TiO2)은 화학적으로 불활성이고, 화학적 부식에 대해 안정하며, 광산화 반응 활
성도가 가장 크고 저렴하기 때문에 다양한 분야에서 오랫동안 이용되어 왔던 재료이며, 응용분야는 촉매, 광촉
매, 염료 감응형 태양전지(전극재료), 센서, 화장품 등으로 매우 다양하다.
하지만 대부분의 실용화 단계에서 사용되는 재료는 나노분말이나 나노입자 형태로 산화물 전구체를 이용하여 습
식법으로 합성하기에는 제조공정이 복잡하고, 450℃ 이상의 고온에서 열처리 과정을 거쳐야 한다.
한편, 기판을 이용하여 나노분말을 코팅하는 경우에도 복잡한 제조공정, 고제조비용, 효율 저하 등의 문제가 있
으며 공기정화과정에는 가공성과 밀착성, 수처리 과정에는 촉매반응 후 회수의 어려움이 있어 상용화하는데 어
려움이 있다.
촉매에서 중요한 것은 반응 이후에 촉매의 제거와 재활용이다. 나노섬유에서 촉매의 첨가는 이러한 문제에 해
결책을 준다.
최근, 많은 관심을 받고 있는 이산화티탄 나노섬유의 제조법으로서는 티타늄염이나 Ti(IV)-알콕사이드와 같은
전구체를 포함한 용액으로부터 전기방사하여 얻을 수 있으나, 전기방사 시 방사노즐로부터 배출된 방사용액에
포함된 티타늄산화물 전구체와 고분자의 상용성, 겔화 반응, 농도 등에 의해 섬유 구조는 큰 영향을 받는다.
또한, 섬유 내의 전구체를 산화물로 변환시키기 위해 섬유 내 고분자 물질을 약 250 ℃ 근처에서 열적으로 또는
환원제 존재 하에서 환원시켜 안정화시킨 후, 최종적으로 450℃ 이상의 고온에서 장시간 열처리를 해주어야 하
기 때문에 제조 시간이 길어지고 생산 원가도 높아지는 문제점을 가지고 있다.
한국특허등록 제10-0701627호(출원인: 한국생산기술연구원)에는 금속 산화물 함유 나노활성 탄소 섬유의 제조
방법을 개시하고 있는데, 상기 방법은 금속 산화물을 고분자 용액에 분사시켜 방사 용액을 수득하는 분산 단계,
상기 방사 용액을 방사시켜 나노섬유를 수득하는 방사단계, 상기 나노섬유를 질소 분위기 하에서 700 내지 900
℃에서 30분 내지 90분 동안 가열, 탄화시켜 나노탄소섬유를 수득하는 탄화단계, 상기 나노탄소섬유에 수증기를
공급하면서 700 내지 900℃의 온도범위로 50 내지 70분 동안 가열시켜 나노활성탄소 섬유를 수득하는 활성화 단
계를 포함한다. 상기 발명에서는, 방사로 수득한 나노섬유를, 특정 온도에서 제1차 가열, 그 후, 수증기를 공
급하면서 2차 가열하여 나노 섬유를 수득한다.
한국특허등록 제10-0779746호(출원인: (주)바이오드림스)는 은염, 실리케이트 및 수용성 고분자를 함유하는 용
액에 방사선을 조사하여 제조된, 나노-은이 실리카분자 및 수용성 고분자와 결합한 형태로 0.5 내지 30nm 크기
의 나노-실리카은 입자를 포함하는 조성물을 섬유 제품에 코팅하는 단계를 포함하여 섬유 제품을 항균 처리하는
방법을 개시하고 있다
3. 발명의 설명
특허명:전기방사와 방사선 조사를 이용한 이산화티탄 나노섬유의 제조방법 및 이 방법으로 제조되는 이산화티탄
나노섬유
특허번호:10-1113156-0000
본 발명은 전기방사와 방사선 조사를 이용한 이산화티탄 나노섬유의 제조방법 및 이 방법으로 제조되는 이산화티
탄 나노섬유에 관한 것으로, 구체적으로는, 유기 용매에 고분자를 용해시켜 고분자 용액을 제조하는 단계(단계
1), 상기 단계에서 얻은 고분자 용액에 이산화티탄 나노입자를 첨가하여 이산화티탄과 고분자의 혼합 용액을 제
조하는 단계(단계 2), 상기 단계 2에서 얻은 혼합 용액을 전기방사시켜 이산화티탄 나노섬유를 제조하는 단계(단
계 3), 및 상기 단계 3에서 얻은 이산화티탄 나노섬유에 방사선 조사하여 안정화시키는 단계(단계 4)를 포함하는
전기방사와 방사선 조사를 이용한 이산화티탄 나노섬유의 제조방법에 관한 것이다. 상기 이산화티탄 나노섬유
는 종래 사용되는 가열방식 대신 상온에서 방사선을 조사하여 짧은 시간에 안정화시킴으로써 비용 및 시간 면에
서 절감이 가능하여 제조공정에 유용하게 사용될 수 있고, 또, 다공성을 이루기 때문에 표면적이 크며, 시편의
제조가 간단하고 저렴하며 형상에 제약을 받지 않기 때문에 다양한 분야, 광촉매, 염료감응형 태양전지, 각종 센
서 등으로 이용될 수 있다.
4. 응용 및 효과
상기한 구성의 발명에 따르면, 이산화티탄 나노섬유는 종래 사용되는 가열 방식 대신 상온, 불활성 기체 분위기
에서 방사선을 조사하여 짧은 시간에 안정화시킴으로써 비용 및 시간 면에서 절감이 가능하여 제조공정에 유용
하게 사용될 수 있다.
또한, 전기방사과정에서 산화물 전구체를 이용한 졸-겔법으로 복합섬유를 얻는 경우에는, 복잡한 과정과 하소과
정을 거쳐야 하지만 이산화티탄 나노입자를 직접 사용함으로써 온화한 조건으로 형성할 수 있으며, 전기방사에
의해 형성된 이산화티탄 나노섬유가 다공성을 이루기 때문에 표면적이 크며, 시편의 제조가 간단하고 저렴하며
형상에 제약을 받지 않아 광촉매, 염료감응형 태양전지, 각종 센서 등 다양한 분야에 이용될 수 있는 이점을 제
공한다.
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발명가: 강필현, 전준표, 노영창, 박동원
대리인: 이원희
| 권 리 란
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| 표시번호 |
사 항 |
| 1번 |
| 출원 연월일 : |
2009년 05월 29일 |
출 원 번 호 : |
10-2009-0047482 |
| 특허결정(심결)연월일 : |
2012년 01월 30일 |
청구범위의 항수 : |
13 |
| 유 별 : |
D01F 1/10 |
| 발명의 명칭 : |
전기방사와 방사선 조사를 이용한 이산화티탄 나노섬유의 제조방법 및 이 방법으로 제조되는 이산화티탄 나노섬유 |
| 존속기간(예정)만료일 : |
2029년 05월 29일 |
| 2012년 01월 31일 등록 | |
| 특 허 권 자 란
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| 순위번호 |
사 항 |
| 1번 |
| (등록권리자) |
| 한국원자력연구원 |
| 대전 유성구 덕진동 ***-* |
| 한국수력원자력 주식회사 |
| 경상북도 경주시 화랑로 *** (성동동) |
| 2012년 01월 31일 등록 | |
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동향
