KR102485081B1 - 뽕나무 인피섬유를 이용한 필터 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 활성탄소섬유의 접착을 위해 PVA(Polyvinyl Alcohol)을 사용하지 않고 뽕나무 인피섬유를 이용하여 물성이 우수하고 높은 비표면적을 갖는 뽕나무 인피섬유를 이용한 필터 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 활성탄소섬유와 뽕나무 인피섬유가 포함된 펄프 슬러리를 습식초지하여 웹을 형성한 후 건조하여 제조하는 것을 특징으로 한다.

Description

뽕나무 인피섬유를 이용한 필터 및 그 제조방법{Filter using mulberry bast fiber and its manufacturing method}
본 발명은 뽕나무 인피섬유를 이용한 필터 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 활성탄소섬유의 접착을 위해 PVA(Polyvinyl Alcohol)을 사용하지 않고 뽕나무 인피섬유를 이용하여 물성이 우수하고 높은 비표면적을 갖는 뽕나무 인피섬유를 이용한 필터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
중국발 초미세먼지의 영향으로 환경문제가 더욱 심각해짐에 따라 중금속 등 공기중의 인체에 유해한 물질을 제거하는 공기청정기 및 필터산업이 주목을 받고 있으며 필터의 고성능화 및 응용에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다
합성고분자 필터 여과자의 경우 Melt-blown이 대표적인 부직포 제조 방법을 통해 정전 처리 기술을 융합시켜 여과성능뿐 아니라 저차압 성능에 의한 에너지 저감과 인체 및 환경 무해성 소재로의 대체효과, 내구성 향상 등 고성능 필터소재로써 각광 받고 있다
활성탄소섬유(Activated carbon fiber)는 비표면적과 흡착력이 우수하여 초미세먼지 및 VOCs와 같은 특수 오염물 제거를 위해 이용이 점차 개발 되고 있으며 활성탄의 탈리로 인한 2차 오염을 예방할 수 있는 장점을 지니고 있다.
기존에 필터 소재로 사용되는 활성탄 및 활성탄소섬유는 방사 탄화 공정으로 제조되기 때문에 낮은 인장강도와 섬유 조직간 부착력이 낮아 가공성이 떨어지는 문제점이 있다.
한편, 활성탄분말과, PVA를 혼합한 활성탄혼합액을 이용하여 필터를 제조하는 기술이 특허문헌 0001 및 0002 등으로 제안된 바 있다.
특허문헌 0001은 차량용 에어 클리너의 카본필터 제조방법에 관한 것으로서, 부직포를 절단하는 단계와, 활성탄분말과 제올라이트분말과 PVA(Polyvinyl alcohol)와 카르복시메틸 셀룰로오스(carboxymethyl cellulose)와 증류수를 혼합하여 활성탄혼합액을 제조하는 단계와, 활성탄혼합액을 부직포에 투입하여 부직포에 상기 활성탄혼합액을 함침하는 단계와, 부직포에 함침된 활성탄혼합액이 부직포에서 흐르지 않도록 하는 활성탄혼합액이 함침된 부직포를 1차 건조하여 활성탄 부직포를 제조하는 단계와, 건조된 활성탄 부직포를 프레스를 이용하여 에어 클리너의 하우징 형태로 카본필터를 제작하는 단계와, 카본필터를 건조기를 이용하여 2차 건조하여 완전 경화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 특허문헌 0002는 차량용 에어 클리너의 필터유닛은, 공기 중의 이물질을 1차 여과하도록 부직포 또는 펄프에 의해 형성되는 제1필터층과, 제1필터층을 통과하는 공기 중의 미세먼지를 제거하도록 제1필터층과 적층되는 제2필터층과, 제2필터층을 통과하는 공기를 항균 및 살균하도록 제2필터층과 적층되며, 활성탄을 포함하도록 활성탄분말과 제올라이트분말과 PVA(Polyvinyl alcohol)와 카르복시메틸 셀룰로오스(carboxymethyl cellulose)와 증류수를 혼합한 활성탄혼합액이 함침되어 경화되는 제3필터층과, 제3필터층과 적층되어 제3필터층의 활성탄의 이탈 및 비산을 방지하는 제4필터층을 구비하는 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명은 활성탄을 포함하는 제3필터층을 이용하여 공기의 항균 및 살균 효과를 향상시킬 수 있음은 물론 코어텍스를 이용하여 물의 투과를 방지하여 수분에 의한 성능 저하를 방지하고, 내구성을 향상시킬 수 있다.
그러나 특허문헌 0001 및 0002는 활성탄을 필터에 가공하였을때 활성탄이 탈리되어 호흡기과 피부질환과 같은 2차오염을 유발하고 분말 및 비드형태의 물질적용을 위해 PVA 등의 바인더를 사용해야 하며 최고 50%이상의 성능저하와 분산하는데 어려움이 있다.
KR10-2018-0024534A (2018.03.08) KR10-1930512B1 (2018.12.12)
이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 활성탄소섬유의 접착을 위해 PVA(Polyvinyl Alcohol)을 사용하지 않고 뽕나무 인피섬유를 이용하여 물성이 우수하고 높은 비표면적을 갖는 뽕나무 인피섬유를 이용한 필터 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
활성탄소섬유와 뽕나무 인피섬유가 포함된 펄프 슬러리를 습식초지하여 웹을 형성한 후 건조하여 제조하는 것을 특징으로 하는 뽕나무 인피섬유를 이용한 필터의 제조방법을 제공한다.
그리고 상기 활성탄소섬유의 섬유장은 2 내지 4mm이고, 상기 뽕나무 인피섬유의 섬유장은 7 내지 12mm인 것이 바람직하다.
상기 펄프 슬러리에는 상기 활성탄소섬유 95중량%와 뽕나무 인피섬유 5중량%가 혼합되어 이루어지는 것이 좋다.
상기 웹에 나노셀룰로오스를 처리한 후 건조하는 것이 좋고, 특히 상기 웹에 0.1 wt%농도의 나노셀룰로오스를 처리한 후 건조하는 것이 바람직하다.
아울러, 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 뽕나무 인피섬유를 이용한 필터를 제공한다.
본 발명은 활성탄소섬유와 뽕나무 인피섬유가 포함된 펄프 슬러리를 습식초지하여 웹을 형성한 후 건조하여 제조함으로서, 뽕나무 인피섬유의 수소결합에 의해 활성탄소섬유 간에 결합력이 부여되어 물성이 우수하고, PVA 등의 바인더를 사용하지 않음으로서 활성탄소섬유의 공극이 막히지 않고, 비표면적이 우수한 필터를 제조할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 뽕나무 인피섬유를 이용한 필터의 제조방법에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 뽕나무 인피섬유를 이용한 필터의 제조방법은 활성탄소섬유와 뽕나무 인피섬유가 포함된 펄프 슬러리를 습식초지하여 웹을 형성한 후 건조하여 제조한다.
상기 펄프 슬러리는 물에 활성탄소섬유와 뽕나무 인피섬유를 투입한 후 교반하여 제조된다.
상기 활성탄소섬유는 비표면적과 흡착력이 우수하여 초미세먼지 및 VOCs 등을 흡착 제거할 수 있다. 상기 활성탄소섬유는 폴리아크릴로니트릴계, 피치계, 페놀계, 레인온계 등의 섬유를 탄화하고 부활시켜 제조한 것으로서, 그 종류는 크게 한정되는 것은 아니다.
상기 활성탄소섬유는 섬유장이 2 내지 4mm인 것이 바람직하다. 섬유장이 2mm 미만인 경우 표면결합력이 저하되어 활성탄소섬유가 탈락될 가능성이 높고, 4mm 초과인 경우 표면결합력은 향상되나 균일하게 분산된 펄프 슬러리를 제조하는데 한계가 있다.
그리고, 상기 뽕나무 인피섬유는 표면결합력이 약한 활성탄소섬유에 결합력을 부여하기 위한 것으로서, 섬유장이 7 내지 12mm인 뽕나무 인피섬유를 사용하는 것이 좋다.
섬유장이 7mm 미만일 경우 활성탄소섬유와 표면결합력이 좋지 못하여 필터의 물성이 좋지 못하고, 12mm 초과인 경우 꼬임이 발생하고, 표면이 불균일하는 등 품질 균일성이 좋지 못하는 문제가 있다.
상기 활성탄소섬유 95 중량%와 상기 뽕나무 인피섬유 5중량%를 혼합하여 펄프슬러리를 제조하는 것이 좋다.
상기 뽕나무 인피섬유가 적게 혼합될 경우 비표면적이 우수한 필터를 얻을 수 있으나 인장강도 등의 물성이 좋지 못하고, 많이 혼합될 경우 인장강도 등의 물성이 우수한 필터를 었을 수 있으나 활성탄소섬유가 상대적으로 적게 혼합되어 초미세먼지, VOCs 등의 흡착제거성능이 저하되는 문제가 있다.
상기 교반은 팔파(pulper) 및 칼비터를 사용하여 교반할 수 있으며, 이때 팔파는 60~100rpm, 칼비터는 10rpm의 속도로 교반하는 것이 좋다.
다음으로, 상기 펄프 슬러리를 습식초지법에 의해 웹을 형성한다. 이때 습식초지법으로서 환망초지기 또는 장망초지기를 이용하여 제조할 수 있다.
그리고 상기 웹을 건조하기 전에 나노셀룰로오스를 처리한 후 건조하는 것이 좋다. 상기 나노셀룰로오스를 처리함으로서, 인장강도 등의 물성 및 비표면적이 향상된 필터를 제조할 수 있다.
상기 나노셀룰로오스의 처리방법은 나노셀룰로오스 용액을 상기 웹 상에 분사키겨 처리하거나, 웹을 나노셀룰로우스 용액 내에 통과시켜 처리할 수 있다.
특히, 생산성과 비표면적이 양호한 필터를 제조하기 위해, 0.1 wt%농도의 나노셀룰로오스 용액을 상기 웹 상에 분사시켜 처리하는 것이 좋다.
이와 같이 제조된 뽕나무 인피섬유를 이용한 필터는 물성이 우수하고, 활성탄소섬유의 접착을 위해 PVA(Polyvinyl Alcohol)을 사용하지 않고 뽕나무 인피섬유를 이용하여 물성이 우수하고 높은 비표면적을 갖는 이점이 있다.
다음으로, 본 발명의 뽕나무 인피섬유를 이용한 필터의 제조방법을 실시예를 들어 상세히 설명하면 다음과 같고, 본 발명의 권리범위는 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
섬유장이 3mm인 활성탄소섬유 95wt%와 섬유장이 10mm인 뽕나무 인피섬유 5wt%를 물에 투입한 후 교반해 분산시켜 펄프 슬러리를 제조한 후 습식 초지법에 의해 초지하여 웹을 제조한 다음 건조시켜 실시예 1인 필터를 제조하였다.
[실시예 2]
섬유장이 3mm인 활성탄소섬유 95wt%와 섬유장이 10mm인 뽕나무 인피섬유 5wt%를 물에 투입한 후 교반해 분산시켜 펄프 슬러리를 제조한 후 습식 초지법에 의해 초지하여 웹을 제조하였다. 그리고 0.1wt% 농도의 나노셀룰로오스를 웹에 분사시켜 처리한 후 건조하여 실시예 2인 필터를 제조하였다.
[실시예 3]
섬유장이 3mm인 활성탄소섬유 95wt%와 섬유장이 10mm인 뽕나무 인피섬유 5wt%를 물에 투입한 후 교반해 분산시켜 펄프 슬러리를 제조한 후 습식 초지법에 의해 초지하여 웹을 제조하였다. 그리고 0.1wt% 농도의 나노셀룰로오스가 수용된 처리조에 웹을 통과시켜 처리한 후 건조하여 실시예 3인 필터를 제조하였다.
이와 같이 제조된 실시예 1 내지 3의 필터에 대해 인장강도, 신도 및 질소흡착법의 비표면적분석기를 이용하여 비표면적을 측정하였고, 그 결과는 표 1과 같다.
인장강도
(N)		 신도
(%)		 비표면적(BET)
(m2/g)
실시예 1 9.43 1.20 711
실시예 2 15.53 1.36 745
실시예 3 17.77 1.13 717
표 1에서 확인되는 바와 같이, 실시예 1 내지 3의 필터는 비표면적이 모두 711 m2/g 이상으로 높게 측정되었고, 특히 나노셀룰로오스를 분사 처리한 실시예 2의 필터의 비표면적이 745 m2/g으로 높게 측정되었다.
그리고, 인장강도는 실시예 2 및 실시예 3의 필터가 15.53 N 이상으로 높게 측정되었다.

Claims (7)

  1. 섬유장이 2 내지 4mm인 활성탄소섬유 95중량%와 섬유장이 7 내지 12mm인 뽕나무 인피섬유 5중량%가 포함된 펄프 슬러리를 습식초지하여 웹을 형성하고,
    상기 웹에 0.1 wt%농도의 나노셀룰로오스를 처리한 후 건조하여 제조하는 것을 특징으로 하는 뽕나무 인피섬유를 이용한 필터의 제조방법.
  2. 제1항의 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 뽕나무 인피섬유를 이용한 필터.
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