KR101305943B1 - 필터용 부직포 및 그를 이용한 필터 카트리지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 부직포 기재에 아민기가 부가된 필터용 부직포 및 그를 이용한 필터 카트리지를 제공한다. 본 발명 의한 필터용 부직포는 가공 및 취급시 분진 발생이 없으면서도 아민 부가량이 높아 우수한 바이러스 제거성능을 갖는다.

Description

필터용 부직포 및 그를 이용한 필터 카트리지{NONWOVEN FABRICS FOR FILTER AND FILTER CARTRIDGE USING THE SAME}
본 발명은 필터용 부직포 및 그를 이용한 필터 카트리지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 부직포 기재에 아민 기가 부가되어, 가공 및 취급시 분진 발생이 없으면서도 아민 부가량이 높아 우수한 바이러스 제거성능을 갖는 필터용 부직포 및 그를 이용한 카트리지 필터에 관한 것이다.
21세기는 수질 및 환경오염, 물사용량의 지속적인 증가, 가뭄으로 인한 물부족과 물분쟁 등이 현안과제로 대두되는 실정이다. 또한 각종 박테리아와 바이러스에 의한 수질 오염으로 인간의 생명에 위협이 되고 있다. 이에 따라 박테리아나 바이러스를 제거할 수 있는 필터의 수요가 증가하고 있다.
기능성 물질을 함유한 여재의 개발을 위하여 일반적으로 제시되는 방법으로는 기능성 물질을 스프레이 코팅하거나, 별도의 기능성 물질의 층을 추가하는 등의 방법을 적용하고 있다. 그러나 상기 기능성 물질의 코팅의 경우에는 기능성 물질이 여재의 표면에 얹혀져 있거나 접착제 등으로 부착되는 형태로 구성이 되므로 기능성 물질의 여재에 대한 부착이 견고하지 못하고, 접착물질을 사용하는 경우에는 접착제가 발생시키는 2차 오염을 피할 수 없는 문제점이 있다. 또한 여재를 오랫동안 사용하는 경우에 기능성 물질이 떨어져 나와 기능성 효과가 줄어들게 됨은 물론이고, 기능성 물질의 입자가 2차 오염원으로 작용할 수 있는 문제점이 있다.
또한, 기능성 물질로 구성된 별도의 층을 제조하여 추가하는 방법의 경우에는 기능성 물질이 고가의 물질이고, 대개 표면반응을 통하여 살균, 정화 등의 기능을 수행하는 데 비하여 상기와 같이 별도의 층을 제조하는 경우에는 기능성 물질의 비표면적이 상대적으로 적어 동일한 기능을 발휘하기 위해서는 많은 양의 기능성 물질을 요구하므로 기능성 물질층의 제조단가가 높아지고, 기능성 물질을 다량 포함하고 있음에도 불구하고 실제에 있어서 정화기능을 충분히 발휘하지 못하여 기능성 물질의 활용도가 떨어지는 문제점이 있다.
현재 상용화되고 있는 바이러스 제거용 필터로는 아르고나이드(Argonide)사의 NanoCeram
Figure 112011079246060-pat00001
필터가 시판되고 있는데, 이는 유리섬유 표면에 신소재인 폭 2nm의 알루미나 섬유가 흡착되어 있는 필터로써 알루미나의 성질 때문에 강한 양전하를 지니고 있다. 대부분의 바이러스가 전기적으로 음성을 띄기 때문에 정전기적 인력에 의해 바이러스를 제거하는 메커니즘을 가지고 있다. 그러나, 이 기술은 필터의 가공및 취급시 분진이 많이 발생하는 문제점이 계속되고 있다.
이에 본 발명자들은 이러한 정전기적 흡착 메커니즘을 고분자 부직포에 도입하면 상술한 상용의 바이러스 제거용 필터여재의 단점을 극복할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명의 목적은 필터의 가공 및 취급시 분진 발생이 없으면서도 바이러스 제거성능이 우수한 필터용 부직포를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 부직포를 이용한 필터 카트리지를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바이러스 제거성능을 가지는 필터용 부직포는 부직포 기재에 아민기가 부가된 것이다.
상기 부직포의 소재는 폴리에틸렌, 폴리아미드, 폴리비닐클로라이드 및 폴리에틸렌테레프탈레이트로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다.
상기 아민기는 디에틸아민, 트리에틸아민, 암모니아, 에탄올아민, 에틸렌디아민으로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상인 것이 바람직하다.
상기 아민기의 부가량은 1~10 mmol/g인 것이 바람직하다.
본 발명의 바이러스 제거 필터용 부직포는 섬유를 기재로 하고 있어 가공 및 취급시 분진 발생이 없으면서도 아민 부가량이 높아 바이러스 제거성능이 우수하다.
본 발명의 필터용 부직포는 부직포 기재에 암모니아 또는 아민기가 부가되어 친수성을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 기재로 사용되는 부직포라 함은 고분자 소재의 장섬유나 단섬유 상의 섬유 또는 필라멘트를 서로 꼬이도록 하여 평평하고 다공성을 갖도록 시트상이나 웹상의 구조로 접착한 것을 말한다. 접착 방법에는 기계적, 화학적 또는 열접착 방식 등이 사용될 수 있다는 것은 당업계의 관용기술이다.
본 발명의 기재 부직포로 사용될 수 있는 고분자 소재는 필터용으로 사용되는 당업계의 관용적인 것을 사용할 수 있으나, 바람직하게는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리아미드, 폴리비닐클로라이드 및 폴리에틸렌테레프탈레이트로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상이 후술하는 코로나 방전등으로 용이하게 아민기를 부가시킬 수 있어 바람직하다.
본 발명의 필터용 부직포는 상기 기재로 사용되는 부직포에 암모니아 또는 아민기(이하 '아민'으로 통칭함)가 부가되어 제조된 것이다. 부가된 아민은 인체에 유해한 소독부산물을 발생시킬 수 있는 잔류염소와 반응하여 무해한 염소이온으로 변환시키는 기능을 한다. 본 발명에서 아민이라 함은 암모니아를 구성하는 수소원자 중의 하나 이상이 알킬기 또는 아릴기로 치환된 유기화합물을 말한다. 상기 알킬기로서 바람직하게는 C1~C5의 직쇄상, 분지상 또는 환상의 포화 또는 불포화 탄화수소를 사용하며, 상기 아릴기로서 바람직하게는 치환되거나 벤젠환을 갖는 C6~C10의 탄화수소를 사용한다. 보다 바람직하게는 암모니아, 디에틸아민, 트리에틸아민, 에탄올아민, 에틸렌디아민, 아닐린으로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상을 사용한다.
한편, 상기 아민은 C1~C10 및 N2~N5의 폴리아민일 수 있다. 폴리아민이라 함은 하나의 아미노기를 갖는 화합물을 말한다. 상기 폴리아민의 예로서는 에틸렌디아민, 1,3-디아미노프로판, 헥사메틸렌디아민, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라아민, 테트라에틸렌펜타아민, 이미다졸리딘, 피페라진 등이 있다.
한편, 상기 아민기에는 하나 이상의 다른 관능기, 예를 들어, 히드록시기, 티올기와 같은 관능기를 가질 수 다. 히드록시 관능기를 갖는 아민의 예로서는 에탄올아민, 디에탄올아민 등이 있으며, 이들은 모포린과 같이 환형일 수 있다.
상기 아민은 기재로 사용되는 부직포에 부가되어 있다. 본 발명에서 부가라 함은 공유결합, 이온 결합, 수소결합 또는 이들의 조합형태로 상기 아민이 기재로 사용된 부직포의 고분자 사슬에 화학적으로 결합되는 것을 말한다. 한편, 아민기가 기재로 사용되는 부직포 고분자 소재와 결합되는 위치는 아민기를 구성하는 원자 중에 질소 또는 탄소일 수 있다. 상기 아민의 부가량은 1~10 mmol/g 인 것이 바람직하다. 아민기의 부가량이 1 mmol/g에 이르지 못하면 충분한 기능을 발휘할만큼의 아민기가 부족한 문제점이 있고, 10 mmol/g을 초과하는 경우에는 부직포 표면에 아민의 부착이 어려우며 아민의 탈리현상이 발생하는 문제점이 있어 바람직하지 않다.
본 발명의 아민기가 부가된 필터용 부직포는 바이러스 제거에 유용하다. 본 발명에 의하여 제거될 수 있는 바이러스로는 MS2 phage, Bacillus subtilis, 엔도톡신, 바이오해저드, 탄저균, 천연두, 황색포도상구균, 녹농균 등이 있다.
한편, 본 발명의 아민기가 부가된 부직포는 아민기가 부착되는 기재가 섬유상인 부직포이므로 제조과정, 취급과정에서 기재가 유리섬유 등인 경우에 비하여 분진이 발생하지 않는다는 장점이 있다. 대부분의 바이러스는 정전기적으로 음성의 상태로 존재한다. 본 발명에서는 필터용 부직포에 정전기적으로 양성인 아민기를 도입함으로써 정전기적 인력에 의하여 바이러스를 포획하게 된다
본 발명의 필터용 부직포는 기재가 되는 부직포를 적절한 방법으로 표면처리를 한 다음에 상술한 아민을 가스상태에서 접촉시키는 방법으로 아민기가 부가되어 제조될 수 있다. 표면처리의 방법으로는 코로나처리, 방사선 처리, 플라즈마 처리 등이 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 표면처리가 부직포와 아민가스를 접촉시킨 상태에서 수행되어, 부직포를 구성하는 고분자 소재에 라디칼 등의 활성기가 생성되는 즉시 아민기와 반응하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 바이러스 제거성능을 가지는 필터용 부직포는 2겹 이상 연속적으로 합지하는 것을 통하여 다층구조로 제조 될 수 있다. 이러한 필터용 부직포는 침전필터(Sediment Filter), 역삼투막 필터(Membrane Filter)와 결합되어 카트리지로 제조된다.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
폴리프로필렌 소재의 멜트블로운 부직포를 플라즈마 처리한 다음 에틸렌 디아민과 반응시켜 필터용 부직포를 제조하였다.
폴리프로필렌 부직포는 섬유의 최대공경 11㎛, 평균공경 8㎛, 중량 15g/m2, 두께 100㎛인 것(웅진케미칼)을 사용하였다.
코로나 플라즈마 방전처리는 APP(Atmospheric Process Plasma)사의 MyPL AUTO 100 모델의 플라즈마 처리장치를 사용하여 수행하였다. 상기 폴리프로필렌 멜트브로운 부직포에 캐리어 가스로서 헬륨을 4L/min, 소스가스로써 산소를 20L/min의 유속으로 주입하였으며, 플라즈마 장치 내에서 저온유도 플라즈마 처리를 하여 방전처리하였다. 상기 방전처리 시간은 50mm/min이었고, 상기 방전처리의 반복횟수는 5회를 실시하였다. 아민 가스로서 디에틸아민을 캐리어 가스인 아르곤 가스에 희석하여, 플라즈마 장치 내로 유입되는 캐리어 가스 중의 아민 가스의 농도가 0.06L/min 되도록 투입하여 필터용 부직포를 제조하였다.
<실시예2>
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 필터용 부직포를 제조하되, 상기 처리된 부직포를 10겹 합지하여 평가하였다.
<비교예 1>
상기 실시예 1의 상기 저온유도 플라즈마 처리를 하지 않은 부직포를 5겹 합지하였다.
<비교예 2>
상기 실시예 2의 상기 저온유도 플라즈마 처리를 하지 않은 부직포를 10겹 합지하였다.
<평가>
1. 아민 부착량
플라즈마 처리 전 부직포의 질량을 W1, 플라즈마 처리 후 부직포의 질량을 W2, 플라즈마 처리에 사용된 아민의 분자량을 M2 라고 했을 때 아민의 부착량을 다음 식을 통하여 계산하였다.
부착량 = (W2-W1)/W2M2 X 1000 [mmol/g]
2. 수투과율
수투과율 측정은 Milipore사의 평막수투과도장치(catalog no. XX6700P10)를 이용하였다. 실시예, 비교예들에서 제조된 부직포를 10매 겹친 다음, 47cm2의 단면적, 1bar의 정압에서 1분을 단위로 투과되는 물의 양을 측정하였다.
3. 바이러스 제거율
상기 평막수투과도장치를 이용하여, 부직포를 통과하기 전과 후의 바이러스 농도를 측정하여 바이러스 제거능을 평가하였다. 실시예, 비교예들에서 제조된 부직포를 10매 겹친 다음, 47cm2의 단면적, 1bar의 정압에서 PFU/ml(PFU : plaque forming units)단위로 8x105/ml 으로 희석한 바이러스(MS2 phage) 용액을 투과시켜 제거성능을 평가하였다.
구분 아민 부착량
(mmol/g)		 수투과도
(ml/cm2·min·bar)		 바이러스 제거율
(%)
실시예 1 3.1 9.57 67.5
실시예 2 3.2 4.15 99.9
비교예 1 0 15.32 0.0
비교예 2 0 9.36 0.1
상기 표를 참조하면, 저온유도 플라즈마 처리를 하지 않은 부직포의 경우 바이러스 제거가 거의 이루어지지 않는 것에 비해, 저온유도 플라즈마 처리를 한 부직포의 경우 바이러스 제거율이 현저하게 향상되며 실시예 2에서는 바이러스 제거가 99.9% 이루어지는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
본 발명에 의하여 제조된 부직포는 바이러스, 중금속, 탁도 제거용, 화학, 미생물, 제약, 식품, 음용수 제조와 역삼투 전처리 등의 필터 여재로 사용될 수 있다.

Claims (5)

  1. 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리아미드, 폴리비닐클로라이드 및 폴리에틸렌테레프탈레이트로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 소재로 형성된 부직포 기재를 플라즈마 처리한 다음, 디에틸아민, 트리에틸아민, 에탄올아민 및 에틸렌디아민으로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상의 아민 가스와 접촉시켜 제조되고, 부직포 기재에 아민기가 부가되어 바이러스 제거성능을 가지는 필터용 부직포.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 아민기의 부가량이 1~10 mmol/g인 것을 특징으로 하는 상기 필터용 부직포.
  5. 제1항의 아민기가 부가된 부직포에 침전필터(Sediment Filter) 또는 역삼투막 필터(Membrane Filter)를 추가하여 구성된 필터 카트리지.
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