KR100847071B1 - 대나무를 이용한 필터 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대나무를 가로와 세로로 절단하고 롤러프레스에 넣어 죽해섬상태로 제조하는 단계와, 상기 죽해섬상태의 대나무를 밀폐된 건류고압장치에 넣고 증기를 주입한 다음 5기압의 압력으로 156~160℃의 온도로 1시간~6시간 가열가압하여 건류시키는 단계와, 상기 건류된 죽해섬상태의 대나무를 다시 롤러프레스에 넣어 더욱 가는 죽섬유를 얻는 단계와, 상기 죽섬유에 죽초액을 나노크기의 입자로 분사하여 침착시키는 단계와, 상기 죽초액이 침착된 죽섬유와 저융점파이버를 9:1~6:4의 체적비로 혼합하여 적층하는 단계와, 상기 적층된 죽섬유와 저융점파이버에 열프래스를 가해서 필터로 성형하는 단계로 이루어진 대나무를 이용한 필터 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명은 다공질성이 우수한 대나무를 죽해섬화하고 이를 건류가공하여 죽섬유를 제조함으로써 더욱 많은 다공을 가질 수 있도록 하였으며, 동시에 다공의 면적도 더 넓게 형성할 수 있도록 함으로써 소취능력을 더욱 좋게 하였을 뿐만 아니라 상기 다공에 죽초액을 나노크기의 입자로 분사하여 침착시킴으로써 더욱 우수한 항균효과를 갖도록 한 매우 유용한 발명인 것이다.

대나무, 소취, 항균, 필터

Description

대나무를 이용한 필터 제조방법{Manufacturing Method of Filter Using Bamboo}

도 1 - 본 발명에 의해 제조된 필터의 정면도.

도 2 - 본 발명에 의해 제조된 필터의 측면도.

본 발명은 대나무를 이용한 필터 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대나무로 죽섬유를 제조하고, 상기 죽섬유에 죽초액을 나노크기의 입자로 분사하여 침착(沈着)시키고, 상기 죽초액이 침착된 죽섬유와 저융점파이버를 혼합하여 적층함으로 항균성과 소취성을 향상시킨 필터 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 가정이나 사무실, 산업 현장 등에서는 각종 공기정화장치가 사용되어지며, 여기에는 반드시 유해물질이나 먼지 등을 제거하기 위한 필터가 사용되어진다. 또한 에어컨, 팬히터, 진공청소기 등에도 공기를 정화하는 각종 필터가 사 용되고 있다.

특히 최근에는 실내의 미세먼지, 집먼지 진드기, 포름알데히드와 같은 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds: VOCs) 등에 의해 천식과 같은 호흡기 질환과 아토피성 피부염 등이 유발되기도 하며, 이로 인한 유해환경 개선을 위해 더욱 더 공기정화에 대한 관심이 집중되어 있는 실정이다.

따라서 상기와 같은 유해물질 및 먼지 등을 제거하기 위해 폴리프로필렌(PP)수지 섬유 또는 폴리에틸렌(PE)수지 섬유를 이용하는 부직포 형태의 필터를 사용하거나, 전기집진방식의 정전 필터, 활성탄을 이용한 탈취필터, 광촉매 물질을 이용한 필터, 세라믹 필터, 은나노 코팅 필터 등 다양한 방식의 필터들이 사용되고 있다.

그러나 상기한 필터들은 먼지나 유해물질은 거를 수 있지만, 악취를 제거하거나 공기중에 포함된 유해한 미생물이나 세균은 살균할 수 없기도 하고, 또한 너무 무겁거나 내구성이 좋지 못하기도 하며, 제조가 곤란하고 너무 고가인 단점을 갖기도 하며, 심지어는 필터 내부에서 세균 및 곰팡이 등의 서식하기도 하는 등의 단점을 갖기도 하는 것이다.

따라서 상기한 조건을 모두 만족하는 필터를 찾기란 결코 용이한 일이 아니며, 또한 가격이 저렴하면서도 대량생산도 가능하고, 환경보호의 측면까지 고려되는 경우 그 재질의 범위는 더욱 한정적일 수밖에 없는 것이다.

본 발명자는 대나무의 세포조직이 다공성(多孔性)이고, 항균성과 소취성에 있어 매우 적합한 재료라는 점에 착안하였으며, 또한 건류방법에 의해 상기 대나무의 다공성을 보다 강화하여 소취능력을 더욱 좋게하고, 상기 다공(多孔)에 죽초액을 나노크기의 입자로 분사하여 침착시킴으로써 더욱 우수한 항균효과를 갖도록 한 것이다.

본 발명은 상기한 방법에 의해 소취능력과 항균효과가 증대된 죽섬유에 저융점파이버를 혼합하여 적층하고 이들을 열프래스를 이용해 판상으로 성형하여 각종 공기정화장치의 필터로 공급하기 위함을 본 발명의 목적으로 한다.

본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저 본 발명은 대나무를 가로와 세로로 절단하고 롤러프레스에 넣어 죽해섬상태로 제조하는 단계와, 상기 죽해섬상태의 대나무를 밀폐된 건류고압장치에 넣고 증기를 주입한 다음 5기압의 압력으로 156~160℃의 온도로 1시간~6시간 가열가압하여 건류시키는 단계와, 상기 건류된 죽해섬상태의 대나무를 다시 롤러프레스에 넣어 더욱 가는 죽섬유를 얻는 단계와, 상기 죽섬유에 죽초액을 나노크기의 입자로 분사하여 침착시키는 단계와, 상기 죽초액이 침착된 죽섬유와 저융점파이버를 9:1~6:4의 체적비로 혼합하여 적층하는 단계와, 상기 적층된 죽섬유와 저융점파이버에 열프래스를 가해서 필터로 성형하는 단계로 이루어진다.

대나무는 화본과 식물로 세계적으로 약 280여종이 알려져 있으며, 우리나라에는 약 70종의 대나무 종류가 자생 또는 재배되고 있다. 대의 종류에는 솜대, 왕대(참죽), 맹종죽(죽순대), 오죽, 반죽, 섬대, 해장죽(신우대), 갓대, 조릿대, 산죽, 이대 등 11종의 대표적인 품종이 있다. 본 발명에 있어서 상기 모든 대나무 종류를 사용할 수 있으나 널리 재배되고 유효성분이 많은 맹종죽(죽순대)을 사용하였다.

특히 대나무의 구조는 목부와 사부, 유세포 및 유관속초로 이루어진 것으로, 단면구조를 보면 매우 다공성조직으로 이루어짐을 알 수 있다. 그러나 본 발명은 다공성이 클수록 항균과 소취효과는 더욱 향상되는 것이어서 본 발명에서는 대나무를 가로와 세로로 절단하고 롤러프레스에 넣어 죽해섬 상태로 제조하였다.

이때 죽해섬 상태라 함은 대나무가 길이방향으로 잘게 쪼개져 가는 막대와 같은 상태가 되는 것을 의미하며, 이는 대나무의 조직이 와해(瓦解)된 상태가 되어 다음 건류단계에서 불필요한 조직을 제거하는 데 있어 보다 용이하도록 하기 위한 것이다. 상기 불필요한 조직이라 함은 대나무에 함유된 당분이나 수분, 셀룰로오스조직 등을 의미한다.

다음 상기 건류단계는 죽해섬 상태의 대나무를 밀폐된 건류고압장치에 넣고 증기를 주입하면서 5기압의 압력으로 156~160℃의 온도로 1시간~6시간 정도 가열가압하는 공정을 의미하는데, 이때 고압과 고온에 의해 대나무 조직 중의 당분이나 수분, 셀룰로오스 등과 같이 대나무의 불필요한 조직들이 제거됨으로써 대나무에 기생하는 벌레나 곰팡이류의 먹이 자체를 원천 봉쇄하여 필터로 제조하였을 때 손상되는 것을 방지하도록 하였으며, 또 이로인해 다공(多孔)이 훨씬 더 많이 생기게 되고 그 공간 또한 훨씬 넓어지게 된다.

상기 건류고압장치는 오토크레이프(제2종 압력용기)를 사용하는 것이 바람직하며, 가열온도가 156℃ 이하일 경우에는 대나무 조직 중의 불필요한 조직의 제거가 곤란해지며, 160℃ 이상일 경우에는 탄화가 진행되어 대나무의 고유 물성을 잃게 된다. 따라서 가장 바람직한 온도는 156~160℃이다.

상기 가열시간 역시 1시간 이하일 경우에는 대나무 조직 중 불필요한 조직을 제거함에 있어 너무 짧은 시간이고, 6시간 이상의 경우에는 이미 대나무 조직 중 불필요한 조직이 모두 제거된 상태가 되어 더 이상의 시간은 무의미하다.

이처럼 얻어진 죽섬유는 다시 한번 롤러프레스에 넣어 더 가는 상태의 죽섬유를 얻게 되는데, 이는 죽섬유의 표면적을 넓게하여 항균과 소취효과를 좋게하고, 상기 죽섬유에 죽초액을 나노크기의 입자로 분사할 수 있는 장치로 분사하여 침착시킬 때 더 많은 죽초액이 다공 안에 침착되도록 하기 위한 것이다. 또한 죽섬유의 직경이 가늘어 질 수록 유해물질 및 먼지의 필터링 효과도 더욱 우수해지는 것은 당연하다.

상기 죽초액은 대나무의 탄화 또는 건류(乾溜)과정에서 발생하는 액상의 조성물을 말하는 것으로, 탄화의 경우 연기를 냉각시킨 다음 정치 숙성시키거나 및 여과 정제하여 제조되는 적갈색의 투명한 액체를 말하며, 대나무를 탄화시켜 발생하는 대나무의 연기를 냉각시켜 방치하여 두면 3개의 층으로 분리되게 되는데, 상층은 데르핀유 등의 경질유층이고, 중층이 죽초액층이며 하층이 타르층이다. 이러 한 중층의 죽초액을 엄밀하게는 조죽초액이라 하는데, 현재 시중에 유통되거나 쓰여지고 있는 죽초액은 이러한 조죽초액을 정치 숙성시키거나 여과 정제하거나 증류시킨 것들을 주로 사용한다.

본 발명에서는 74~87중량%의 물과 11~18중량%의 식물성 유기산, 1~5중량%의 알콜, 1~3중량%의 탄닌으로 이루어지는 대나무의 건류(乾溜)과정에서 발생하는 죽초액을 사용하였다. 이는 다양한 성분의 식물성 유기산으로 살균효과 및 살충효과를 실험해 본 결과 대나무를 건류시키는 과정에서 발생하는 식물성 유기산이 가장 효과가 탁월하였기 때문이다.

상기 식물성 유기산의 경우 약산성을 띠고 있어 부패를 막고 냄새를 없애기도 하며, 특히 아세트산의 경우 살균능력이 우수하고, 알콜은 삼투능력이 커서 세균 표면의 막을 잘 뚫고 들어가고 이로 인해 세균의 단백질을 응고시켜 살균하게 된다. 탄닌(Tannin) 역시 항균효과가 매우 우수하다.

이처럼 죽초액이 침착된 죽섬유에 저융점파이버를 9:1~6:4의 체적비로 혼합하여 틀에 넣고 적층하게 되는데, 죽섬유는 60~90% 체적비, 저융점파이버 10~40% 체적비로 혼합하게 된다. 이때 저융점파이버를 사용하는 이유는 성형성을 좋게 하기 위해 첨가하는 것으로, 죽섬유와의 엉킴에 의해 결속력을 갖게되고, 이로인해 필터의 형태를 유지할 수 있게 된다.

상기 저융점파이버(LMF; Low Melting Fiber)는 2가지 특성을 가진 폴리머(polymer)를 이용해 생산되며 기존의 접착제인 아크릴 수지 대용으로 우수한 접착력과 환경친화성 소재로 다양한 제품에 활용되는 것으로, 본 발명에서 상기 저융점파이버는 다양한 재질을 사용할 수 있으나, 필터의 성형과 죽섬유의 결속에 있어 저융점 폴리에스테르(LMP; Low Melting Polyester)를 사용하는 것이 가장 바람직하고, 상기 저융점 폴리에스테르는 110~200℃의 융점을 갖는 폴리에스테르를 의미한다. 이때 필터의 성형에 사용되는 열프레스는 공지의 장치를 사용하여도 무방하다.

본 발명을 실시예에 의해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

실시예

본 발명 시료를 얻기 위해 맹족죽을 선택하여 원형톱과 대나무 다분할 컷팅칼날에 의해 가로와 세로로 절단하고 롤러프레스에 넣어 죽해섬 상태로 제조한 다음, 이를 건류고압장치에 넣고 증기를 주입한 다음 5기압의 압력으로 158℃의 온도로 3시간동안 유지시켜 건류하였다.

다음 건류된 죽해섬상태의 대나무를 다시 롤러프레스에 넣어 더욱 가늘게 쪼게 죽섬유를 얻고, 상기 죽섬유에 74~87중량%의 물과 11~18중량%의 식물성 유기산, 1~5중량%의 알콜, 1~3중량%의 탄닌으로 이루어지는 대나무의 건류과정에서 발생하는 죽초액을 나노크기의 입자로 분사하여 침착시켰다.

다음 상기 죽초액이 침착된 죽섬유를 저융점파이버와 체적비로 8:2로 혼합하여 서로 얽혀서 결합되도록 틀에 넣고 적층하였다.

다음 상기 적층된 죽섬유와 저융점파이버를 열 프래스장치에 의해 판형상의 필터로 제조하였다.

상기 필터를 시료로 하여 다음과 같은 탈취능 실험을 하였으며, 이때 실험방법은 다음과 같다. 즉 프라스틱제(pp제)의 용기에 악취물질로서 암모니아수 소정량을 넣어, 일정시간때마다 악취가스농도를 가스검지관을 이용해서 측정했다. 가스검지관은 측정범위 5~250ppm의 것을 사용하였다. 측정온도는 25℃이며, 90분간 측정하였다. 암모니아의 초기농도는 200ppm이다.

상기 필터의 탈취능에 관한 결과를 [표1]에 나타내었다.

[표 1]

또한 상기 필터를 시료로 하여 항균성에 관하여 실험하였으며, 실험방법은 검체의 시험판 0.4g을 사용하고, 필터제품의 항균성 시험방법·항균효과(JIS L1902)의 균액흡수법에 의한 평가를 시행하였다. (일본공업규격 섬유제품의 항균성시헝방법·항균효과 JIS L1902)

시험균은 Escherichia coli NBRC 3301 (대장균)을 사용하였다. 균수측정법은 균액흡수법,혼탁평판배양법을 사용하였으며, 그 결과는 [표2]에 나타내었다.

[표 2]

측정결과 본 발명 필터는 항균성과 소취성에 있어 매우 우수한 효과를 확인할 수 있었다. 이는 대나무를 탄화시켜 죽섬유를 제조하는 것이 아니어서 상기 죽섬유 내에는 대나무의 함유성분 중 살균성질을 갖는 벤죠키논과 초산이 그대로 잔존하게 되고, 이로인해 죽섬유 자체가 항균성질을 가질 뿐만 아니라, 특히 다공 안에 침착된 죽초액의 다양한 살균효과에 의해 더욱 우수한 항균성질을 갖는 것으로 판단된다.

또한 죽섬유의 다공성에 의해 소취 효과는 물론, 진드기 및 세균 곰팡이균, 환경에 유해한 포름알데히드를 비롯한 유해화학 물질을 흡착할 수 있는 효과도 갖는 것으로 판단된다.

이처럼 본 발명은 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 요지로부터 벗어나지 않고 얼마든지 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다는 것은 당연하다고 할 것이다.

이처럼 본 발명은 다공질성이 우수한 대나무를 죽해섬화하고 이를 건류가공하여 죽섬유를 제조함으로써 더욱 많은 다공을 가질 수 있도록 하였으며, 동시에 다공의 면적도 더 넓게 형성할 수 있도록 함으로써 소취능력을 더욱 좋게 하였을 뿐만 아니라 상기 다공에 죽초액을 나노크기의 입자로 분사하여 침착시킴으로써 더욱 우수한 항균효과를 갖도록 한 것이다.

또한 본 발명은 매우 가늘고 미세한 친환경소재인 죽섬유와 미량의 저융점파이버를 혼합하여 적층하여 필터를 성형함으로써 각종 먼지와 유해물질의 제거가 효과적이면서 원자재 수급이 양호하고 원료의 비용이 저렴한 필터를 제공할 수 있는 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (1)

1. 대나무를 가로와 세로로 절단하고 롤러프레스에 넣어 죽해섬상태로 제조하는 단계와, 상기 죽해섬상태의 대나무를 밀폐된 건류고압장치에 넣고 증기를 주입한 다음 5기압의 압력으로 156~160℃의 온도로 1시간~6시간 가열가압하여 건류시키는 단계와, 상기 건류된 죽해섬상태의 대나무를 다시 롤러프레스에 넣어 더욱 가는 죽섬유를 얻는 단계와, 상기 죽섬유에 죽초액을 나노크기의 입자로 분사하여 침착시키는 단계와, 상기 죽초액이 침착된 죽섬유와 저융점 폴리에스테르를 9:1~6:4의 체적비로 혼합하여 적층하는 단계와, 상기 적층된 죽섬유와 저융점 폴리에스테르에 110~200℃의 온도로 열프레스를 가해서 필터로 성형하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 대나무를 이용한 필터 제조방법.

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