KR102398626B1 - 고분자 매트릭스와 활성탄을 포함하는 기능성 공기정화 필터 및 이의 제조방법 - Google Patents

고분자 매트릭스와 활성탄을 포함하는 기능성 공기정화 필터 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 3D 프린터의 작동시 플라스틱 소재 등이 고온에서 용융될 때 발생하는 미세먼지 및 유해 유기화합물 등을 저감시킬 수 있는 기능성 공기정화 필터 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

고분자 매트릭스와 활성탄을 포함하는 기능성 공기정화 필터 및 이의 제조방법{FUNCTIONAL AIR PURIFICATION FILTER INCLUDING POLYMER MATRIX AND ACTIVATED CARBON AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 고분자 매트릭스와 활성탄을 포함하는 기능성 공기정화 필터 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
3D 프린터는 기업에서 어떤 물건을 제품화하기 전에 시제품을 만들기 위한 용도로 개발되었으나, 플라스틱 소재에 국한되었던 초기 단계에서 발전하여 나일론과 금속 소재로 범위가 확장되었고, 산업용 시제품뿐만 아니라 여러 방면에서 상용화 단계로 진입하였다.
일반적으로 입체 형태를 만드는 방식에 따라 크게 한 층씩 쌓아 올리는 적층형인 3D 프린터 방식(첨가형 또는 쾌속조형 방식)과 큰 덩어리를 깎아가는 절삭형 가공방식(컴퓨터 수치제어 조각 방식)으로 구분하며, 입체 형상의 대상물은 다양하게 결정될 수 있다.
상기 적층형 방식으로는 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식이 대표적이며, FFF(Fused Filament Febrication)라고도 불리며 재료는 필라멘트라고 부르는 플라스틱 와이어를 사용한다.
구체적으로, 상기 FDM 방식의 3D프린터는 노즐의 온도를 상승시킨 상태에서 ABS 플라스틱 등의 필라멘트 형태 재료가 투입되어 흘러나온 토출물로 층을 만들면서 입체적 형상의 조형물을 제조하는 방식이다. 이와 같은 원리에 의해 기존 금형, 사출 등과 같은 제조방식을 탈피하여 시제품 제조시 발생하는 비용을 대폭 감속시킬 수 있는 새로운 제조방식이며, 다품종 소량생산이 가능하며, 나아가 문화예술, 건축, 디자인 등 산업 전반에 다양한 분야에 적용이 가능하여 근래 널리 이용되고 있다.
상술한 바와 같이, FDM 방식의 3D 프린터는 프린팅 시 플라스틱 소재 등이 고온에서 용융될 때 냄새유발물질, 미세먼지, VOCs, 기타 유해 유기화합물질이 발생된다.
이러한 유해 유기화합물질 등이 인체에 노출되는 경우에는 인체에 해로운 영향을 끼치게 되는 문제가 있다.
따라서, 3D 프린터의 작동시 플라스틱 소재 등이 고온에서 용융될 때 발생하는 미세먼지 및 유해 유기화합물 등을 저감시킬 수 있는 필더의 개발이 필요한 실정이다.
한국 등록특허 제10-1802746호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 3D 프린터의 작동시 플라스틱 소재 등이 고온에서 용융될 때 발생하는 미세먼지 및 유해 유기화합물 등을 저감시킬 수 있는 기능성 공기정화 필터 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 고분자 매트릭스와 활성탄을 포함하는 기능성 공기정화 필터를 제공한다. 하나의 예에서, 본 발명에 따른 기능성 공기정화 필터는 내부에 다공성 구조의 활성탄이 충진된 망사형 고분자 매트릭스 층; 및 고분자 매트릭스 층의 양면에 적층된 구조의 필터층을 포함한다.
다른 하나의 예에서, 본 발명에 따른 기능성 공기정화 필터에서 활성탄은, 표면 및 기공 내부의 적어도 일부분에 양이온성 고분자 전해질 및 음이온성 고분자 전해질이 교대로 반복되어 이루어진 고분자 전해질 다층 박막이 형성된 구조이다.
구체적인 예에서, 상기 양이온성 고분자 물질은, PEI(polyethylenimine), PAH(poly allylamine), Poly-DADMAC(poly diallyldimethylammonium chloride) 및 C-PAM(cationic polyacrylamide) 으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상이며, 상기 음이온성 고분자 물질은, PAA(polyacrylic acid), PSS(poly sodium 4-styrene sulfonate), A-PAM(ationic polyacrylamide) 및 PVOH(polyvinylalcohol) 으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 활성탄은, 표면 및 기공 내부의 적어도 일부분에 아민기(-NH) 및 카르복실기(-COOH)를 각각 함유하는 화합물이 결합된 구조일 수 있다. 이때, 상기 고분자 전해질 다층 박막의 평균 두께는 30 nm 내지 50 nm 범위일 수 있다.
하나의 예에서, 상기 활성탄은 입자 형태이며, 활성탄의 평균 입경은 0.1 내지 10 mm 범위이다.
하나의 예에서, 상기 고분자 매트릭스 층은, 연속기공을 가지는 3차원의 망사형 구조체일 수 있다. 구체적인 예에서, 상기 고분자 매트릭스 층은 키토산, 키틴, 젤라틴, 실크피브로인 및 산화셀룰로오스로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
하나의 예에서, 필터층은, 부직포 및 헤파필터로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함한다.
구체적인 예에서, 상기 고분자 매트릭스 층의 일면은 부직포가 융착된 구조이며, 고분자 매트릭스 층의 타측면은 헤파필터가 융착된 구조일 수 있다.
아울러, 본 발명은 앞서 설명한 기능성 공기정화 필터의 제조방법을 제공한다. 하나의 예에서, 본 발명에 따른 기능성 공기정화 필터의 제조방법은 내부에 다공성 구조의 활성탄이 충진된 망사형 고분자 매트릭스 층의 양면에 필터층을 적층하는 단계; 및 필터층이 적층된 고분자 매트릭스 층에 평균 150℃ 내지 170℃ 범위의 온도로 열을 가하여 고분자 매트릭스 층의 양면에 필터층을 열융착하는 단계를 포함한다.
구체적인 예에서, 상기 고분자 매트릭스 층의 양면에 필터층을 적층하는 단계는, 활성탄을 고분자 매트릭스 층 내부에 충진하는 과정; 및 활성탄이 충진된 고분자 매트릭스 층의 일면에 부직포를 적층하고, 고분자 매트릭스 층의 타측면에 헤파 필터를 적층하는 과정을 포함할 수 있따.
다른 하나의 예에서, 고분자 매트릭스 층의 양면에 필터층을 적층하는 단계는, 활성탄의 표면 및 기공 내부의 적어도 일부분에 고분자 전해질 다층 박막을 형성하는 과정; 고분자 전해질 다층 박막이 형성된 활성탄을 고분자 매트릭스 내부에 충진하는 과정; 및 활성탄이 충진된 고분자 매트릭스 층의 일면에 부직포를 적층하고, 고분자 매트릭스 층의 타측면에 헤파 필터를 적층하는 과정을 포함한다.
보다 구체적으로, 상기 활성탄의 표면 및 기공 내부의 적어도 일부분에 고분자 전해질 다층 박막을 형성하는 과정은, 활성탄을 음이온성 고분자 전해질 용액 및 양이온 고분자 전해질 용액에 교대로 담지하여 활성탄의 표면 및 기공 내부에 고분자 전해질 다층 박막을 형성하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명의 고분자 매트릭스와 활성탄을 포함하는 기능성 공기정화 필터 및 이의 제조방법에 따르면, 미세 기공을 갖는 활성탄의 기공 내에 유해미세물질의 물리적 흡착을 유도함으로써, 미세먼지 및 유해 유기화합물 등을 용이하게 흡착할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 기능성 공기정화 필터의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 기능성 공기정화 필터의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 기능성 공기정화 필터의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 기능성 공기정화 필터의 제조방법을 보여주는 사진이다.
도 5는 활성탄 입자의 선별 과정을 보여주는 사진이다((a) 활성탄 펠릿, (b) 활성탄 분쇄, (c) 1차 필터링, (d) 2차 필터링).
도 6은 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 기능성 공기정화 필터의 제조방법에서 활성탄에 고분자 전해질 다층 박막을 형성하는 과정을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 기능성 공기정화 필터의 제조방법의 활성탄에 고분자 전해질 다층 박막을 형성과정에서 활성탄에 PAA와 PEI 을 코팅한 후 코팅 횟수에 따른 활성탄 표면의 제타 포텐셜 변화를 나타내는 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
이하, 본 발명에 대해 자세히 설명한다.
본 발명은 고분자 매트릭스와 활성탄을 포함하는 기능성 공기정화 필터 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, FDM 방식의 3D 프린터는 노즐의 온도를 상승시킨 상태에서 ABS 플라스틱 등의 필라멘트 형태 재료가 투입되어 흘러나온 토출물로 층을 만들면서 입체적 형상의 조형물을 제조하는 방식이다. 이와 같은 원리에 의해 기존 금형, 사출 등과 같은 제조방식을 탈피하여 시제품 제조시 발생하는 비용을 대폭 감속시킬 수 있는 새로운 제조방식이며, 다품종 소량생산이 가능하며, 문화예술, 건축 디자인 등 산업 전반에 다양한 분야에 적용이 가능하여 근래 널리 이용되고 있다. 한편, 상기 FDM 방식의 3D 프린터는 프린팅 시 플라스틱 소재 등이 고온에서 용융될 때 냄새유발물질, 미세먼지, VOCs, 기타 유해 유기화합물질이 발생된다. 그러나, 이러한 유해 유기화합물질 등이 인체에 노출되는 경우에는 인체에 해로운 영향을 끼치게 되는 문제가 있다.
이에, 본 발명은 3D 프린터의 작동시 플라스틱 소재 등이 고온에서 용융될 때 발생하는 미세먼지 및 유해 유기화합물 등을 저감시킬 수 있는 기능성 공기정화 필터 및 이의 제조방법을 제공한다.
기능성 공기정화 필터
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 기능성 공기정화 필터의 모식도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 기능성 공기정화 필터(100)는 내부에 다공성 구조의 활성탄(111)이 충진된 망사형 고분자 매트릭스 층(110); 및 고분자 매트릭스 층(110)의 양면에 적층된 구조의 필터층(120)을 포함하여 구성된다.
고분자 매트릭스 층(110)은, 연속기공을 가지는 3차원의 망사형 구조체일 수 있다. 구체적인 예에서, 상기 고분자 매트릭스 층(110)은 고분자 부재가 그물처럼 엮여져있는 망사형 구조일 수 있다. 특히, 고분자 매트릭스 층(110)은 상술한 바와 같이 망사형 구조로 이루어져 내부에 연속기공을 갖게된다. 이에 따라, 본 발명의 기능성 공기정화 필터(100)는 그 자체에 통기성이 확보되면서, 동시에 골격에 밀도 높게 배치되는 활성탄(111)이 공기와 접촉할 수 있으므로 높은 흡착능력을 발휘할 수 있다.
아울러, 상기 고분자 매트릭스 층(110)은, 키토산, 키틴, 젤라틴, 실크피브로인 및 산화셀룰로오스로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 친환경 고분자를 선택하여 사용할 수 있다. 한편, 상기 고분자 매트릭스 층(110) 내부에는 활성탄(111)이 충진되어 있는 구조로, 상기 활성탄(111)은 에어스프레이 또는 에어 리스 스프레이 등으로 분산 도포하는 접착공정에 의해 활성탄(111)이 고분자 매트릭스 층(110) 내부에 충진되도록 제조될 수 있다. 여기서, 충진이라 함은 상기 활성탄(111)이 망사형 고분자 매트릭스 층(110) 내부에 접착되는 것을 의미할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 고분자 매트릭스 층(110) 내부에는 활성탄(111)이 함침된 구조일 수 있다. 구체적인 예에서, 상기 활성탄(111)은 메조포러스(mesoporous) 다공성 구조로, 표면에 다수의 기공이 형성되어 있다. 상기 활성탄은 오존, VOC 류 등 일반 유해가스를 흡착하기 위한 것일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 활성탄(111)은 비표면적이 1,000㎡/ g 이상이고, 0.1 내지 10 mm의 평균 입경을 갖는 입자형, 사출형 또는 압출형 활성탄일 수 있다. 구체적인 예에서, 상기 활성탄(111)의 입경은 평균 0.1 내지 10 mm, 0.2 내지 5 mm, 0.3 내지 3 mm, 0.4 내지 2 mm 범위일 수 있으며, 또는 평균 0.5 내지 1 mm 범위일 수 있다. 예를 들면, 상기 활성탄(111)은 평균 입경 0.5 mm 의 입자형태일 수 있다.
하나의 예에서, 필터층(120)은, 부직포 및 헤파필터로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함한다. 예를 들면, 본 발명에 따른 기능성 공기정화 필터(100)에서 고분자 매트릭스 층(110)의 일면은 부직포(121)가 융착된 구조이며, 고분자 매트릭스 층(110)의 타측면은 헤파필터(High Efficiency Particulate Air filter, 122)가 융착된 구조일 수 있다.
구체적인 예에서, 부직포(121)는 공기가 제일 먼저 통과하게 된다. 보다 구체적으로, 상기 부직포(121)는 폴리에틸렌(PE) 소재일 수 있으며, 향균제를 처리하여 제작함으로써 공기를 필터링 할 때 각종 세균 및 바이러스 증식을 저지할 수 있다. 뿐만 아니라, 보다 고분자 메트릭스 층(110)의 타측면에 위치한 헤파필터(122) 의 수명을 보호할 수 있다. 특히, 상기 부직포(121)는 대장균, 폐렴균, 황색포상구균, 항곰팡이에 대한 저지율이 뛰어나다.
나아가, 헤파필터(122)는 부직포(112)와 고분자 메트릭스 층(110)을 통과한 공기가 통과되는데, 공기 중에 포함된 약 0.3 ㎛ 크기로 이루어진 입자의 초미세먼지를 포집할 수 있다. 한편, 본 발명의 필터(100)를 통과하는 공기는 3D 프린터의 작동시 발생하는 미세먼지 및 유해 유기화합물을 포함하는 공기를 의미한다.
고분자 전해질 다층 박막이 형성된 활성탄
도 2는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 기능성 공기정화 필터의 모식도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 기능성 공기정화 필터(200)는 내부에 다공성 구조의 활성탄(211)이 충진된 망사형 고분자 매트릭스 층(210); 및 고분자 매트릭스 층(210)의 양면에 적층된 구조의 필터층(220)을 포함하여 구성된다.
이때, 상기 활성탄(211)은, 표면 및 기공 내부의 적어도 일부분에 고분자 전해질 다층 박막이 형성된 구조일 수 있다.
상기 고분자 전해질 박막은 양이온성 및 음이온성 고분자 전해질로 이루어지며, 양이온성 또는 음이온성 고분자 전해질 종류를 다양하게 사용함으로써, 고분자 전해질의 이온결합 세기를 조절할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 활성탄(211)은 다공성 구조를 통해 유해물질의 물리적 흡착을 수행할 수 있으며, 상기 양이온성 및 음이온성 고분자 전해질에 의한 작용기에 의해 유해물질의 화학적 흡착이 가능하다. 이에 따라, 본 발명에 따른 기능성 공기정화 필터(200)는 3D 프린터의 작동시 발생하는 미세먼지 및 유해 유기화합물 등의 제거와 탈취 기능을 증진시킬 수 있는 효과가 있다.
상기 양이온성 고분자 전해질은 PEI(polyethylenimine), PAH(poly allylamine), Poly-DADMAC(poly diallyldimethylammonium chloride) 및 C-PAM(cationic polyacrylamide)이 바람직하나 특별히 한정되는 것은 아니다.
음이온성 고분자 전해질은 PAA(polyacrylic acid), PSS(poly sodium 4-styrene sulfonate), A-PAM(ationic polyacrylamide) 및 PVOH(polyvinylalcohol) 을 사용할 수 있다.
고분자 전해질 다층 박막의 적층은 1~9층이 바람직하나 특별히 한정되는 것은 아니다. 고분자 전해질의 분자량의 범위는 중량평균 분자량 1,000 ~1,000,000을 사용할 수 있다.
예컨대, 양이온성 고분자 전해질은 PEI(polyethylenimine) 일 수 있으며, 음이온성 고분자 전해질은 PAA(polyacrylic acid) 일 수 있다. 이에 따라, 상기 활성탄(211)은, 표면 및 기공에 아민기(-NH) 및 카르복실기(-COOH)를 각각 함유하는 화합물이 결합될 수 있다. 고분자 전해질 다층 박막이 형성된 활성탄(211)은 음이온성 고분자 수용액에 활성탄 입자를 담지하여 활성탄 표면에 상기 음이온성 고분자 전해질의 흡착을 유도한 후, 이를 양이온성 고분자 수용액에 담지하여 양이온성 고분자 전해질의 흡착을 유도할 수 있다. 특히, 양이온성 및 음이온성 고분자는 서로 정전기적 인력에 의해 강한 결합 작용이 일어날 수 있다. 이에 따라, 활성탄(211)에 고분자 전해질 다층 박막이 적층될 수 있다.
상기 고분자 전해질 다층 박막의 평균 두께는 30 nm 내지 50 nm 범위일 수 있다. 고분자 전해질 다층 박막의 평균 두께는 상기 고분자 전해질의 적층수에 따라 달라질 수 있다. 다만, 고분자 전해질 다층 박막의 두께가 상술한 범위일 때 유해물질의 화학적 흡착 성능이 가장 우수할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 기능성 공기정화 필터의 각 구성은 전술한 바와 같으므로, 고분자 매트릭스 층, 활성탄, 필터층에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
기능성 공기정화 필터의 제조방법
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 기능성 공기정화 필터의 제조방법을 나타낸 순서도이며, 도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 기능성 공기정화 필터의 제조방법을 보여주는 사진이며((a) 활성탄을 고분자 매트릭스 층 내부에 충진, (b) 고분자 매트릭스 층의 양면에 부직포와 헤파필터를 열융착, (c) 제조된 필터(부직포면), (d) 제조된 필터(헤파필터면). 도 5는 활성탄 입자의 선별 과정을 보여주는 사진이다((a) 활성탄 펠릿, (b) 활성탄 분쇄, (c) 1차 필터링, (d) 2차 필터링).
도 3 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 기능성 공기정화 필터의 제조방법은 내부에 다공성 구조의 활성탄이 충진된 망사형 고분자 매트릭스 층의 양면에 필터층을 적층하는 단계(S100); 및 필터층이 적층된 고분자 매트릭스 층에 평균 150℃ 내지 170℃ 범위의 온도로 열을 가하여 고분자 매트릭스 층의 양면에 필터층을 열융착하는 단계(S120)를 포함한다.
먼저, 고분자 매트릭스 층의 양면에 필터층을 적층하는 단계(S100)는, 활성탄을 고분자 매트릭스 층 내부에 충진하는 과정을 포함할 수 있다. 상기 고분자 매트릭스 층은 전술한 바와 같이, 연속기공을 가지는 3차원의 망사형 구조체일 수 있다. 구체적인 예에서, 상기 활성탄을 고분자 매트릭스 층 내부에 충진하는 과정은 아크릴계, 우레탄계, 초산비닐계, 에틸렌초산비닐계, 실리콘계, 클로로프렌고무계 및 에폭시계로 이루어진 군에서 선택된 수용성 접착제에 함침시킴으로써 상기 고분자 매트릭스 층의 거의 전역에 접착제를 부착시키는 접착제 도포공정과, 상기 고분자 매트릭스 층의 기공에 활성탄이 두께 방향으로 통과할 때까지 활성을를 과잉량 주입하거나 또는 활성탄를 에어스프레이 또는 에어리스 스프레이 등으로 분산 도포하는 활성탄 접착공정에 의해 활성탄이 고분자 매트릭스 층 내부에 충진될 수 있다.
그리고, 활성탄이 충진된 고분자 매트릭스 층의 일면에 부직포를 적층하고, 고분자 매트릭스 층의 타측면에 헤파 필터를 적층하는 과정을 포함하여 구성된다.
한편, 상기 활성탄은 분쇄 및 필터링 과정을 거쳐 제조될 수 있다. 구체적인 예에서, 상기 활성탄은 활성탄 펠릿을 원하는 크기로 분쇄할 수 있으며, 원하는 크기의 입자를 1차 및 2차 필터링 과정을 수행한 후 제조될 수 있다(도 5 참조). 상기 과정을 수행하여 제조된 활성탄은 비표면적이 1,000㎡/ g 이상이고, 0.1 내지 10 mm 의 평균 입경을 갖는 입자형일 수 있다. 예를 들면, 상기 활성탄(111)은 평균 입경 0.5 mm 의 입자형태일 수 있다.
다음으로, 필터층이 적층된 고분자 매트릭스 층에 평균 150℃ 내지 170℃ 범위의 온도로 열을 가하여 고분자 매트릭스 층의 양면에 필터층을 열융착하는 단계(S120)를 포함한다. 이는, 상기 부직포와 헤파필터를 활성탄이 충진된 고분자 매트릭스 층의 양면에 각각 열융착하여 활성탄 가루의 누출을 방지하기 위함이다. 이를 통해, 성형 및 건조가 완료된 고분자 매트릭스 층을 보호하면서도 미세한 물질까지 여과할 수 있게 되는 것이다. 한편, 상기 고분자 매트릭스 층의 양면에 필터층을 융착하기 위한 방법으로는 열을 인가하는 것 외에도 초음파 또는 광학 등의 방법으로 상기 필터층을 융착할 수 있는 것으로, 열융착에 한정하는 것은 아니다. 한편, 상기 필터층의 융착시 소정의 압력을 인가할 수 있다.
고분자 전해질 다층 박막이 형성된 활성탄 제조과정
도 6은 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 기능성 공기정화 필터의 제조방법에서 활성탄에 고분자 전해질 다층 박막을 형성하는 과정을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 기능성 공기정화 필터의 제조방법에서, 고분자 매트릭스 층의 양면에 필터층을 적층하는 단계는, 활성탄의 표면 및 기공 내부의 적어도 일부분에 고분자 전해질 다층 박막을 형성하는 과정; 고분자 전해질 다층 박막이 형성된 활성탄을 고분자 매트릭스 내부에 충진하는 과정; 및 활성탄이 충진된 고분자 매트릭스 층의 일면에 부직포를 적층하고, 고분자 매트릭스 층의 타측면에 헤파 필터를 적층하는 과정을 포함한다.
구체적인 예에서, 상기 활성탄의 표면 및 기공 내부의 적어도 일부분에 고분자 전해질 다층 박막을 형성하는 과정은, 활성탄을 음이온성 고분자 전해질 용액 및 양이온 고분자 전해질 용액에 교대로 담지하여 활성탄의 표면 및 기공 내부에 고분자 전해질 다층 박막을 형성하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 활성탄의 표면 및 기공 내부의 적어도 일부분에 고분자 전해질 다층 박막을 형성하는 과정은, 활성탄의 표면이 음의 전하를 띄도록 유도한다. 구체적으로, 상기 과정은 음이온성 고분자 물질 용액에 활성탄을 5 내지 20분간 침지시킨 뒤, 워싱 용액에 5 내지 20분간 침지시킬 수 있다. 그리고, 음이온성 고분자 물질이 코팅된 활성탄 표면에 양이온성 고분자 물질이 결합되도록 유도하여 활성탄의 표면에 다층 박막을 코팅할 수 있다. 상기 과정은 양이온성 고분자 물질을 사용한 것을 제외하고는 음이온성 고분자 물질이 결합되도록 유도하는 과정과 동일하게 수행될 수 있다. 상기와 같은 과정을 반복하여 수행함으로써 표면에 은이온성 고분자 물질층과 양이온성 고분자 물질층의 다층 박막이 코팅된 활성탄을 얻을 수 있다.
그리고, 고분자 전해질 다층 박막이 형성된 활성탄은 앞서 설명한 바와 같이, 망사형 고분자 매트릭스 층에 충진한 후 기능성 공기정화 필터를 제조할 수 있다.
상기 양이온성 고분자 전해질은 PEI(polyethylenimine), PAH(poly allylamine), Poly-DADMAC(poly diallyldimethylammonium chloride) 및 C-PAM(cationic polyacrylamide)이 바람직하나 특별히 한정되는 것은 아니다.
음이온성 고분자 전해질은 PAA(polyacrylic acid), PSS(poly sodium 4-styrene sulfonate), A-PAM(ationic polyacrylamide) 및 PVOH(polyvinylalcohol) 을 사용할 수 있다.
고분자 전해질 다층 박막의 적층은 1~9층이 바람직하나 특별히 한정되는 것은 아니다. 고분자 전해질의 분자량의 범위는 중량평균 분자량 1,000 ~1,000,000을 사용할 수 있다.
예컨대, 양이온성 고분자 전해질은 PEI(polyethylenimine) 일 수 있으며, 음이온성 고분자 전해질은 PAA(polyacrylic acid) 일 수 있다. 이에 따라, 상기 활성탄은, 표면 및 기공에 아민기(-NH) 및 카르복실기(-COOH)를 각각 함유하는 화합물이 결합될 수 있다. 특히, 양이온성 및 음이온성 고분자는 서로 정전기적 인력에 의해 강한 결합 작용이 일어날 수 있다. 이에 따라, 활성탄에 고분자 전해질 다층 박막이 적층될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 기능성 공기정화 필터의 제조방법의 활성탄에 고분자 전해질 다층 박막을 형성과정에서 활성탄에 PAA와 PEI 을 코팅한 후 코팅 횟수에 따른 활성탄 표면의 제타 포텐셜 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7을 참조하면, 활성탄에 양이온 전해질인 PEI 를 코팅하였을 때 상기 활성탄의 표면은 전체적으로 양의 전하를 가지게 되며, 음이온 전해질인 PAA 를 코팅하였을 때 상기 활성탄의 표면은 전체적으로 음의 전하를 가지게 된다. 이를 통해 활성탄에 고분자 전해질 다층 박막이 적층된 것을 확인할 수 있었다.
이렇게 제조된 고분자 전해질 다층 박막이 형성된 활성탄은 매트릭스 층 내부에 충진한 후 상기 매트릭스 층을 부직포와 헤파 필터에 융착하여 기능성 공기정화 필터를 제조할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100, 200: 기능성 공기정화 필터
110, 220: 고분자 매트릭스 층
111, 211: 활성탄
120, 220:필터층
121, 221: 부직포
122, 222: 헤파필터

Claims (6)

  1. 내부에 다공성 구조의 활성탄이 충진된 망사형 고분자 매트릭스 층의 양면에 필터층을 적층하는 단계; 및
    필터층이 적층된 고분자 매트릭스 층에 평균 150℃ 내지 170℃ 범위의 온도로 열을 가하여 고분자 매트릭스 층의 양면에 필터층을 열융착하는 단계를 포함하고,
    상기 고분자 매트릭스 층의 양면에 필터층을 적층하는 단계는,
    활성탄을 고분자 매트릭스 층 내부에 충진하는 과정; 및
    활성탄이 충진된 고분자 매트릭스 층의 일면에 부직포를 적층하고, 고분자 매트릭스 층의 타측면에 헤파 필터를 적층하는 과정을 포함하는, 기능성 공기정화 필터의 제조방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    고분자 매트릭스 층의 양면에 필터층을 적층하는 단계는,
    활성탄의 표면 및 기공 내부의 적어도 일부분에 고분자 전해질 다층 박막을 형성하는 과정;
    고분자 전해질 다층 박막이 형성된 활성탄을 고분자 매트릭스 내부에 충진하는 과정; 및
    활성탄이 충진된 고분자 매트릭스 층의 일면에 부직포를 적층하고, 고분자 매트릭스 층의 타측면에 헤파 필터를 적층하는 과정;을 포함하는 기능성 공기정화 필터의 제조방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 활성탄은, 표면 및 기공 내부의 적어도 일부분에 양이온성 고분자 전해질 및 음이온성 고분자 전해질이 교대로 반복되어 이루어진 고분자 전해질 다층 박막이 형성된 구조이고, 상기 활성탄은 입자 형태이며, 활성탄의 평균 입경은 0.1 내지 10 mm 범위이고, 상기 고분자 전해질 다층 박막의 평균 두께는 30 nm 내지 50 nm 범위인, 기능성 공기정화 필터의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    양이온성 고분자 물질은, PEI(polyethylenimine), PAH(poly allylamine), Poly-DADMAC(poly diallyldimethylammonium chloride) 및 C-PAM(cationic polyacrylamide)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상이며,
    음이온성 고분자 물질은, PAA(polyacrylic acid), PSS(poly sodium 4-styrene sulfonate), A-PAM(ationic polyacrylamide) 및 PVOH(polyvinylalcohol) 으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 기능성 공기정화 필터의 제조방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 활성탄은, 표면 및 기공 내부의 적어도 일부분에 아민기(-NH) 및 카르복실기(-COOH)를 각각 함유하는 화합물이 결합된 구조를 갖는 기능성 공기정화 필터의 제조방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 고분자 매트릭스 층은, 연속기공을 가지는 3차원의 망사형 구조체이며, 고분자 매트릭스 층의 일면은 부직포가 융착된 구조이며,
    키토산, 키틴, 젤라틴, 실크피브로인 및 산화셀룰로오스로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 것인 기능성 공기정화 필터의 제조방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116712983A (zh) * 2023-08-07 2023-09-08 邯郸恒永防护洁净用品有限公司 一种无胶复合滤料及其制造工艺

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100705281B1 (ko) * 2006-07-13 2007-04-13 한양대학교 산학협력단 적층 및 삽입형 케미칼 흡착 필터
KR101337207B1 (ko) * 2012-02-07 2013-12-05 주식회사 에코프로 공기 정화용 복합 필터
KR101434183B1 (ko) * 2011-12-29 2014-08-29 도레이케미칼 주식회사 활성탄 시트, 그를 이용한 정수용 활성탄 필터 카트리지 및 그의 제조방법
KR101802746B1 (ko) 2016-08-03 2017-12-28 최병영 미세먼지 저감을 위한 3d프린터용 복합 필터

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100705281B1 (ko) * 2006-07-13 2007-04-13 한양대학교 산학협력단 적층 및 삽입형 케미칼 흡착 필터
KR101434183B1 (ko) * 2011-12-29 2014-08-29 도레이케미칼 주식회사 활성탄 시트, 그를 이용한 정수용 활성탄 필터 카트리지 및 그의 제조방법
KR101337207B1 (ko) * 2012-02-07 2013-12-05 주식회사 에코프로 공기 정화용 복합 필터
KR101802746B1 (ko) 2016-08-03 2017-12-28 최병영 미세먼지 저감을 위한 3d프린터용 복합 필터

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116712983A (zh) * 2023-08-07 2023-09-08 邯郸恒永防护洁净用品有限公司 一种无胶复合滤料及其制造工艺
CN116712983B (zh) * 2023-08-07 2024-01-30 邯郸恒永防护洁净用品有限公司 一种无胶复合滤料及其制造工艺

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