TiO2-CNT 가공을 통한 self-cleaning 소재 개발

Abstract

본 연구에서는 가시광선 조사 하에서도 광촉매 성능을 발휘하는 self-cleaning 소재를 개발하고자 하였다. 이를 위하여 광촉매 물질인 TiO2에 CNT를 합성하여 CNT가 가지는 높은 감광성과 전자 수용체적 특성으로 가시광선에서도 TiO2의 광촉매 성능이 발휘될 수 있도록 합성물질을 제작하였다. 시료는 TiO2와 CNT를 seed particle로 하는 아크릴레이트 현탁 중합을 통하여 직물에 접착할 수 있는 코팅 가공액을 제조하였으며, 이를 면과 나일론 표면에 코팅하였고, 합성된 CNT-TiO2 광촉매 물질의 광분해 성능을 아크릴레이트 코팅시료 및 TiO2 코팅시료와 비교하였다. 합성이 완료된 CNT-TiO2-acrylate copolymer 가공액은 TiO2 입자와 CNT가 얽혀져 평균 467nm의 균일한 입자를 형성하였고, FT-IR을 통하여 CNT와 TiO2가 acrylate copolymer와 결합되어 있음을 확인하였다. 가공 시료의 add-on은 바닥직물의 특성에 따라 차이가 났으며, self-cleaning 성능을 효과적으로 비교하기 위하여 나일론 시료의 경우 dip-pad 과정을 2회 반복함으로써 add-on ratio를 면 시료와 비슷한 수준으로 조절하였다. Self-cleaning 효과를 측정을 위해 메틸렌 블루 용액의 흡광도 변화를 측정한 결과 CNT-TiO2-acrylate copolymer로 코팅된 면과 나일론 시료 모두 4시간 광 조사 이후 96%이상의 높은 분해성능을 보였고, 와인오구의 색변화에 따른 분해성능평가에서는 24시간 광 조사 이후 30%이상의 분해성능을 보여 바닥직물에 관계없이 가시광선 조사 하에서 광촉매 성능이 발휘됨을 확인하였다. 제작한 시료의 의류 소재로서의 성능을 평가한 결과 코팅 처리와 나노 입자들의 삽입으로 인하여 표면 젖음성이 떨어져 접촉각이 증가하고 수분의 흡수도 느리게 진행되는 현상을 보였고, 공기투과도는 감소하였다. 특히 나일론 시료의 경우 가공처리의 영향력이 면 보다 크게 나타났다. CNT-TiO2-acrylate copolymer로 코팅 처리한 직물은 미처리 시료와 비교하여 강도가 증가했으며, 48시간 광 노출 이후 인장강도가 감소하는 현상을 보였으나 TiO2-acrylate copolymer 코팅 시료에 비하여 그 수준이 미미하였다. 따라서 TiO2에 CNT가 첨가되었을 경우 우수한 광분해성과 작은 강도 변화로 self-cleaning fabric으로서의 활용 가능성을 확인하였다.