Transcript 이산화타이타늄
8 1 5 6 2 7 4 3 CopyrightⓒSunRiver leehyekang.blog.me START CopyrightⓒSunRiver leehyekang.blog.me PRESENTATION 동원고등학교 20832 정두원 CopyrightⓒSunRiver leehyekang.blog.me CONTENTS 01 연구동기 02 이산화 타이타늄 특성과 기능 03 이산화 타이타늄 실험 04 페인트 만들기 05 결론 및 기대효과 CopyrightⓒSunRiver leehyekang.blog.me 01. 연구동기 CopyrightⓒSunRiver leehyekang.blog.me 01. 연구동기 현 페인트 실정? VOCs는 대기 중에서 오존 등 제2차 오염물질 및 새집증후군을 유발하는 인체 위해성이 큰 물질로서 수도권 VOCs 배출량의 약37%가 도료(페인트)사용으로 발생한다. 크로뮴이 함유된 페인트는 철의 부식 방지, 아스팔트도로 도색, 등으로 널리 사용되고 있다. 세계적으로 대체물질 개발을 추진하고 있으나 제품의 성능과 가격에 차이가 많아 상용화에는 미흡한 실정이다. . 전 세계적으로 페인트에 함유된 납 성분이 어린이에게 치명적인 영향을 미칠 수 있어 규제가 강화되고 있지만 우리는 아직 기준 자체가 없을 뿐 아니라 페인트 업계는 구체적인 함량 정보 공개를 꺼려 문제다 현 페인트에서 필요한 점? 학교 건물 페인트(벽)의 문제점이 뭐라고 생각하시나요? (단위 : %) 25 두통유발 23 환경 호르몬 부식&청결상태 34 18 호흡계질환 학교건물벽에서 페인트가 허물어지고 있는 상태를 많이 볼수 이다. 화학약품이 많이 들어가는 페인트는 호흡게 와 신경계에 좋지 않으므로 휘발성 유기화 합물을 사용하지 않는다. 신경쓰지않아도 청결상태를 유지할수 있어야된다. 친환경적이며 청결소재 필요 CopyrightⓒSunRiver leehyekang.blog.me 02. 이산화 타이타늄의 특성과 기능 CopyrightⓒSunRiver leehyekang.blog.me 02 . 이산화 타이타늄 특성 페인트에사용되려면 어떤 물질이여야 하나? 화합물이 생성되지 않으며 반응이 잘일 어나지 않아야 한다. 청결문제와 부식문제를 해결할수있는 구 조적 이익과, 강도의 이익이 커야한다. 원활한 공급을 위해 저가격의 원료를 사 용한다. 이산화타이타늄(Tio2)를 떠올렸다. CopyrightⓒSunRiver leehyekang.blog.me 02. 이산화 타이타늄 특성 TiO2란 무엇인가? 1791 년에 영국의 윌리엄 그리거(William Gregor)가 검은 모래(일메나이트, Ilmenite)로부터 하얀색의 금속산화물을 분리하는 실험에 성공하였고, 1791 년에 크래프로드(Klaproth)가 그 금속 원소의 이름을 티타늄(Titanium)이라고 임시로 명명하였는데, 그것이 영구적인 이름이 되고 말았습니다. 티타늄은 그 리스 신화에 나오는 지구의 아들 “타이탄”이라는 이름에서 딴것입니다. 티타늄은 지표 원소 중에 아홉번째로 많으며, 토탈 0.6%를 차지합니다. 인간 은 소화기능을 위해 약 0.03%의 TiO2 를 가지고 있습니다. 1916 년 첫 상업 생산이 시작된 후 1920 년대에는 아나타제 타입의 TiO2 가 생산되었으며, 1940 년대에 와서 루틸타입의 TiO2 가 생산되기 시작하였습니 다. 검은 모래 성분 산화철 51.00% 티타늄 45.25% 실리카 3.50% 망간 0.25% TiO2 생산량의 60%는 코팅용으로 사 용되고 나머지가 플라스틱과 페이퍼 용으로 사용됩니다. CopyrightⓒSunRiver leehyekang.blog.me 02. 이산화 타이타늄 특성 1.이산화 티타늄은 구조적으로 비 정질적인 아몰퍼스 구조이다. 2.이산화 티타늄은 다름 물질에 비해 굴적률이 크다. 3.이산화 티타늄은 무기면 표면처 리 를 사용하였다. 표면,구조적인 이점을 보자! 1.보통 금속은 원자가 규칙적으로 배열된 결정질 구조이지만 아몰퍼스금속은 원자의 배열이 불규칙한 상태의 금속이다. 보통 금속과는 달리 내식성, 내마 모성, 강도, 자기특성 등이 우수하다. 결점으로서는 열적으로 준안 상태이기 때문에 약 300℃ 정도의 고온으로 가열되면 결정화가 시작되어 특성이 열화 되는 점이 있어 개량을 위한 연구가 진행되고 있다. 아몰퍼스 금속은 오디오용 자기 헤드와 자기 실드재, 용수철, 누전경보기 등 에 실용되고 있다. 또 일본은 신기술 개발 사업단에서 전력 손실이 적은 변압 기의 개발을 추진하고 있으며, 그밖에 자기 메모리 소자 재료와 초전도 재료에 대한 응용도 연구되고 있다. 현재는 아직 실용화된 예가 적지만, 앞으로는 많 은 용도가 예상되고, 2000년의 시장 규모는 2~3조 원대에 이를 것으로 기대 된다. CopyrightⓒSunRiver leehyekang.blog.me 02. 이산화 타이타늄 특성 1.이산화 티타늄은 구조적으로 비 정질적인 아몰퍼스 구조이다. 2.이산화 티타늄은 다름 물질에 비해 굴적률이 크다. 3.이산화 티타늄은 무기면 표면처 리 를 사용하였다. 표면,구조적인 이점을 보자! 1. 굴절지수(Refractive Index) 로 측정되는 굴절은 물체의 은폐력을 결정하 는 주요 인자입니다. 진공으로부터 물체로 바뀌면 빛의 경로가 꺽이게 됩 니다. 어떤 안료가 은폐력을 갖기 위해서는 안료의 굴절지수와 그 안료가 적용된 베이스의 굴절지수가 달라야 됩니다. 그 차이가 클 수록 은폐력은 높아지게됩니다. 루틸 TiO2 는 안료중 가장 굴절지수가 높으므로 적용된 베이스에 가장 우수한 은폐력을 줄 수 있습니다. 굴절률 ∝은폐력 ∝내열성 ∝안정성 2. 표면처리의 가장 바람직한 것은 TiO2 본래의 특성을 강화시켜 주면서 다른 물성을 좋게 해주는 쪽이어야 합니다. 무기면 표면처리를 하면 절단성,단열 성, 방수성이 좋습니다. 무기표면처리 ∝단열성,방수성 ∝안정성,청결성 CopyrightⓒSunRiver leehyekang.blog.me 02. 이산화 타이타늄 특성 1. 물리적 성질 3 이산화 타이타늄은 흰색 금속 광택을 띠며, 가볍고(밀도, 4.506g/cm ) 강 한 금속이면서 연성(잡아 늘일 수 있는 성질)이 있다. 기계적 성질은 미량 불 순물에 의해 크게 영향을 받는다. 인장강도(재료가 감당할 수 있는 최대 응력) 는 보통 강철 합금과 비슷하나 43% 가볍고, 흔히 사용되는 알루미늄 합금보 o 다는 2배나 강하나 60% 무겁다. 녹는점이 1,668 C로 높고, 전기 전도율과 열 전도율은 3족 원소(Sc, Y, La 등)보다는 높으나 다른 금속들에 비해서는 낮다. 2. 화학적 성질 이산화 타이타늄은 열역학적으로는 아주 반응성이 큰 금속이지만 물이나 공기와 아주 느리게 반응하는데, 이는 산화물 부동화 보호 피막을 만들기 때문이다. 실 온에서는 묽은 황산(H2SO4), 염산(HCl), 염소(Cl2) 기 체, 대부분의 유기산, 알칼리 수용액 등과 반응하지 않으며, 바닷물에서도 부식되지 않는다. 높은 온도에 서는 진한 산이나 할로겐과 반응하지만 알칼리 수용액 과는 반응하지 않는다. 3. 반도체적 특징 태양광의 근자외선 부분을 흡수하여 전자-정공 쌍을 만든다. 이 쌍은 TiO2 표면에 흡착된 물을 분 해시켜, 이에 의해 산화-환원 반응이 일어난다. 즉 TiO2는 광 촉매로 작용한다. TiO2를 광 촉매로 써서 물을 광 분해시켜 수소를 얻을 수 있고, CO2를 탄화수소로 광 환원시킬 수 있으며, 빛 에너 지를 전기적 에너지로 변환시킬 수 있다. 또한 여러 환경오염 물질들을 빛으로 분해시킬 수 있으 며, 살균을 할 수도 있다. 햇빛차단제로 TiO2를 사용하는 것도 TiO2의 자외선 흡수 성질을 이용한 CopyrightⓒSunRiver leehyekang.blog.me 것이다. 02. 이산화 타이타늄 특성 주의사항 및 화학반응물 화학반응의 생성물? 어떤성분인가? 화학식이 어떻게 변하는가? 안전한가? 변하지 않았는가? 생성물이 없는가? 등. . 의문점 알아보기 CopyrightⓒSunRiver leehyekang.blog.me 03. 이산화 타이타늄 실험 CopyrightⓒSunRiver leehyekang.blog.me 03. 이산화 타이타늄 실험 빛에 따른 이산화 타이타늄 온도변화 일시 목표 준비물 2012년 7월 11일 ◯ 이산화티타늄의 빛에 대한 변화 양상 관찰 ◯ 이산화티타늄과 다른 물질의 변화의 차이점을 관찰 이산화티타늄, 알루미늄 실리케이트, 염화마그네슘, 염화칼륨, 모래 비커, 온도계, 과학용 스탠드, 수조, 물, 파라필름. 1. 이산화티타늄과 알루미늄 실리케이트, 염화마그네슘, 염화칼륨, 모래를 각각 비커 에 적당량 담는다. 2. 공기와의 접촉을 차단하기 위해서 비커의 주둥이 부분을 파라필름으로 밀봉한다. 실험 3. 나란히 비커들을 배열한 뒤 일정한 간격을 두고 과학용 스탠드를 세운다. 과정 4. 과학용 스탠드의 열이 비커에 영향을 주는 것을 방지하기 위해서 물을 채운 수조를 과학용 스탠드와 비커들 사이에 배치한다. 5. 과학용 스탠드로 20분 동안 빛을 쬐어 주고 5분에 한 번씩 온도를 확인한다. 6. 5번을 세 차례 반복한다. CopyrightⓒSunRiver leehyekang.blog.me 03. 이산화 타이타늄 실험 빛에 따른 이산화 타이타늄 온도변화 31 30 29 28 27 26 25 24 23 30.5 29 29.5 28 27 26 0 27 26 10 동영상 28 26.5 20 26.5 30 사진 27 40 mgcl2 nacl2 kacl2 sand tio2 50 사진 CopyrightⓒSunRiver leehyekang.blog.me 03. 이산화 타이타늄 실험 빛에 따른 이산화 타이타늄 온도변화 실험결과 고찰, 향후 계획 느낀 점 CopyrightⓒSunRiver leehyekang.blog.me 03. 이산화 타이타늄 실험 태양광에 따른 이산화 타이타늄 온도변화 일시 목표 준비물 2012년 6월 6일 ◯ 이산화티타늄의 태양광에 대한 변화 양상 관찰 ◯ 이산화티타늄과 다른 물질의 변화의 차이점을 관찰 이산화티타늄, 알루미늄 실리케이트, 염화마그네슘, 염화칼륨, 모래 비커, 온도계, 파라필름. 1. 이산화티타늄과 알루미늄 실리케이트, 염화마그네슘, 염화칼륨, 모래를 각각 비 커에 담는다. 실험 2. 공기와의 접촉을 차단하기 위해서 비커의 주둥이 부분을 파라필름으로 밀봉한 과정 다. 3. 햇빛이 잘 드는 공간에 비커들을 노출시킨다. 4. 5분 간격을 두고 온도를 측정한다. CopyrightⓒSunRiver leehyekang.blog.me 03. 이산화 타이타늄 실험 태양광에 따른 이산화 타이타늄 온도변화 40 35 30 25 20 15 10 5 0 31 25.5 25 0 동영상 25 10 31 26 20 사진 37 38 26 27 30 mgcl2 nacl2 kacl2 sand tio2 40 사진 CopyrightⓒSunRiver leehyekang.blog.me 03. 이산화 타이타늄 실험 태양광에 따른 이산화 타이타늄 온도변화 실험결과 고찰, 향후 계획 느낀 점 CopyrightⓒSunRiver leehyekang.blog.me 03. 이산화 타이타늄 실험 열에 따른 이산화 타이타늄 온도변화 일시 목표 준비물 2012년 7월 13일 ◯ 이산화티타늄의 열에 대한 변화 양상 관찰 ◯ 이산화티타늄과 다른 물질의 변화의 차이점을 관찰 이산화티타늄, 알루미늄 실리케이트, 염화마그네슘, 염화칼륨, 모래 비커, 온도계, 드라이기, 수조, 파라필름. 1. 이산화티타늄과 알루미늄 실리케이트, 염화마그네슘, 염화칼륨, 모래를 각각 비 커에 담는다. 실험 과정 2. 공기와의 접촉을 차단하기 위해서 비커의 주둥이 부분을 파라필름으로 밀봉한 다. 3. 수조에 비커들을 담는다. 4. 드라이기로 뜨거운 바람을 비커를 향해 가해준다. 5. 5분씩 간격을 주며 각 비커의 온도변화를 측정한다. CopyrightⓒSunRiver leehyekang.blog.me 03. 이산화 타이타늄 실험 열에 따른 이산화 타이타늄 온도변화 60 50 40 36 34 33 29 30 40 37 42 40 44 43 46 mgcl2 nacl2 kacl2 sand tio2 20 10 0 0 10 동영상 20 30 사진 40 50 사진 CopyrightⓒSunRiver leehyekang.blog.me 03. 이산화 타이타늄 실험 열에 따른 이산화 타이타늄 온도변화 실험결과 고찰, 향후 계획 느낀 점 CopyrightⓒSunRiver leehyekang.blog.me 03. 이산화 타이타늄 실험 이산화 타이타늄 부식 정도 측정 일시 목표 준비물 2012년 OO월 OO일 ◯ ◯ . 실험 과정 CopyrightⓒSunRiver leehyekang.blog.me 03. 이산화 타이타늄 실험 이산화 타이타늄 부식 정도 측정 사진 사진 CopyrightⓒSunRiver leehyekang.blog.me 03. 이산화 타이타늄 실험 이산화 타이타늄 부식 정도 측정 실험결과 고찰, 향후 계획 느낀 점 CopyrightⓒSunRiver leehyekang.blog.me 04. 페인트 만들기 CopyrightⓒSunRiver leehyekang.blog.me 04. 페인트 만들기 페인트 만들기 CopyrightⓒSunRiver leehyekang.blog.me 05. 결론 및 기대효과 CopyrightⓒSunRiver leehyekang.blog.me 05. 결론 및 기대효과 결론 기대효과 CopyrightⓒSunRiver leehyekang.blog.me E N D CopyrightⓒSunRiver leehyekang.blog.me