KR100211911B1 - 활성카본필터지 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 활성카본필터지의 제조방법에 관한 것으로서, 이는 소정의 비표면적을 갖는 화학펄프와 비목재펄프가 혼합된 종이 펄프를 2∼5농도로 해리시킨 후 20∼25。SR로 고해시키는 공정과, 상기 공정에서 수득된 종이섬유에 천연원료로부터 가공된 흡착용 활성탄을 첨가 및 분산시키는 공정과, 보류제를 첨가하여 상기 공정에서 첨가된 활성탄을 종이섬유 사이에 균일하게 보류시키는 공정과, 상기 보류공정을 통과한 종이섬유에 합성섬유 결합제, 다공성 무기섬유 및 황산반토를 선택적으로 첨가하는 공정으로 구성되어 있다.

이와 같이 필터 원지 제조시에 충분한 해리 및 고해공정을 거쳐 활성탄과 같은 고흡착성 충진제를 첨가하는 경우 종이섬유에 고흡착성 충진제가 매우 균일하게 내첨되게 되는 바, 결과적으로 이를 필터로 사용하는 경우 종래 2중 또는 3중의 필터로 제조되는 것을 단순화하여 단일 필터로서 사용할 수 있으면서도 종이 섬유와 충진제간의 결합력이 크게 향상되어 흡연시 충진물이 구강내로 흡입되는 문제점을 해결하였을 뿐 아니라 유해성분의 흡착성을 향상시킬 수 있다.

Description

활성카본필터지 및 그 제조방법

본 발명은 활성카본필터지의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 필터원지 제조시에 종이섬유 사이에 고흡착성 충진제를 균일하게 내첨하여 유해성분의 흡착성을 향상시킴으로써, 이로부터 제조된 필터만으로도 2중 또는 3중의 필터의 역할을 대체할 수 있는 기능성 담배필터지를 제조하는 방법에 관한 것이다.

시판 담배는 인체 유해성분을 제거하기 위한 필터를 채용하고 있으며, 일반적으로 아세테이트, 흡착제 및 일반 종이필터로 구성된 3중 필터나 종이필터와 아세테이트 필터로 구성된 2중 필터를 사용하고 있다. 이들 필터 중 아세테이트 필터는 타르 제거율이 약 50∼60%이다.

일반적으로 필터의 성능이 우수한 물질들은 입도가 미세한 다공성 구조로서 비표면적이 매우 큰 것으로 알려져 있다. 비표면적이 크면 클수록 타르와 니코틴의 제거 능력이 좋아진다. 가장 적당한 물질로는 기상활성탄과 같은 고흡착성 충진제가 있으며, 이 기상활성탄은 통상 미세 다공경이 20∼200이고 비표면적이 200∼1500㎡/g정도인 것을 필터로 사용할 때 유해물질에 대한 제거능력이 우수한 물질로 인정받고 있다.

종래에는 담배의 인체 유해성분 제거 효율을 높이기 위해 주로 필터내에 충진제를 비롯한 각종 첨가제를 함유시키는 방법이 사용되었다.

예를 들면 대한민국 특허공고 제92-2444호에는 필터에 담배 유해성분중 하나인 포름알데히드에 대한 제거능력이 강하고, 높은 친핵 가산성을 갖는 화합물을 함유시킨 담배필터가 개시되어 있고, 한국 특허공고 제92-7008호에는 충진제로서 실리카겔과 같은 다공성 흡착물질을 필터 사이에 충전하여 3중 필터로 제조하거나 아세테이트 필터 섬유사이에 살포 충전하여 2중 혹은 다중 필터로 제조하는 방법이 개시되어 있다.

또한 영국 특허 GB 2113066 A 및 2075328A에는 다공권지의 기공도 즉, 공기 희석 방법을 이용하여 인체에 흡입되는 유해성분의 양을 조절하는 방법이 알려져 있고, 캐나다 특허 CA 832254에는 활성탄을 필터와 필터 사이에 그대로 충진시키거나, 필터 토우에 살포시 충진시키는 방법이, 미국 특허 4355995에는 담배연기 흡입부위를 다양한 모양으로 성형하여 담배의 맛과 유해성분 제거능을 동시에 부여하는 방법이, 미국 특허 4961415에는 부직포를 담배필터로 이용하는 방법이, 미국 특허 4869275A에는 담배의 연기가 매우 미세한 플라스틱 섬유의 다공구조를 통과토록 하여 필터의 유해성분 제거효율을 높이는 방법이 미국 특허 2715869 A와 3611678 A 에는 활성탄의 우수한 흡착능을 이용한 담배필터 이외의 필터용으로 사용하는 방법이 소개된 바 있다.

그러나 이러한 방법들은 제조공정상의 복잡성과 경제성에 문제가 있었고, 충진물의 고착력 저하로 인해 담배 연기 흡입시 충진물도 동시에 흡입되는 문제점이 있으며, 이들 방법 모두 충진제가 균일하게 충진되지 않기 때문에 유해성분 흡착능력이 낮은 문제점을 갖고 있다.

따라서 타르와 니코틴과 같은 인체 유해성분들에 대한 흡착능력이 우수하면서도 2중 또는 3중 필터를 대체할 수 있는 즉, 단순화된 담배필터 원지의 효율적인 개발이 요구되었다.

본 발명의 목적은 필터 원지 제조시 종이 섬유 사이에 활성탄과 같은 고흡착성 충진제를 균일하게 내첨시킴으로써 원지물성은 유지시키면서도 충진제의 고착력 및 흡착성이 우수하여, 이를 필터로 적용시 2중 또는 3중의 필터가 아닌 단순화된 종이필터만으로도 타르 또는 니코틴과 같은 인체 유해성분의 제거효율을 향상시킬 수 있는 활성카본필터지를 제조하는 방법을 제공하는 데에 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 활성카본필터지는, 소정의 비표면적을 갖는 화학펄프 및 비목재 펄프를 소정 비율로 혼합한 종이섬유를 2∼5%농도로 해리시킨 후 25∼50。SR로 고해시키는 공정과, 상기 공정에서 수득된 종이섬유에 분말상 또는 슬러리 상태의 천연원료로부터 가공된 흡착용 활성탄을 첨가 및 분산시키는 공정과, 보류제를 첨가하여 상기 공정에서 첨가된 활성탄을 종이섬유 사이에 균일하게 보류시키는 공정과, 상기 보류공정을 통과한 종이섬유에 합성섬유 결합제, 다공성 무기섬유 및 소정량의 황산반토를 선택적으로 첨가하는 공정으로 구성된 방법에 의해 제조된다.

제1도는 본 발명에 따른 활성카본필터지의 제조 공정도이다.

이하 제1도의 공정도를 참조하여 활성카본필터지의 제조방법을 상세히 설명한다.

먼저 자체 비표면적이 큰 화학펄프 및 비목재펄프를 40∼70 : 30∼60의 중량비로 혼합한 종이펄프 100중량부를 펄퍼 내에서 2∼5농도로 충분히 해리시키고 (T10), 저장체스트에 일시 저장하거나 (T20)바로 리파이너로 이송하여 20∼50。SR로 고해시킨다(T30). 상기 두 공정에 의해 종이섬유 사이에 미세한 고흡착성 충진제가 균일하게 내첨될 수 있는 상태가 된다.

여기서, 。SR, 즉 여수도(濾水度)는 펄프 섬유의 가공처리 과정 중 그 처리정도를 측정하는 단위로서, 일반적으로 천연상태의 펄프 섬유는 5∼10。SR로 측정된다. 그러나, 고해기(beater)에 의한 펄프 섬유의 길이, 폭 및 두께 등의 진처리 가공 중에 5∼10。SR로 상승된다. 이렇게。SR의 수치가 높아지면 섬유의 표면, 측면 등에 미세 소섬유가 증가되는 경향을 나타내며 다공성 종이에서 그 물성이 떨어지는 경향이 있다. 즉, 천연섬유는 폭과 길이 등이 불균일하므로 사용목적에 맞게 고해시켜 정열된 섬유를 이용하여 제지하는 것이다.

후공정에서 활성탄을 첨가하여 원지물성을 유지하기 위해서는 상기와 같은 여수도를 갖도록 전처리 하는 것이 바람직하다.

다음, 상기 종이섬유를 믹싱 체스트로 이송하여 미세다공경 20∼200및 입도 5∼50㎛인 활성탄을 분말상 또는 슬러리 상태로 10∼50 중량부 투입하여 골고루 분산시킨다. 이때 고흡착성 충진제는 비표면적이 커서 흡착능이 우수한 것을 사용하며, 이러한 고흡착성 충진제가 첨가되므로서 필터지의 비표면적이 커진다.

본 발명에서 고흡착성 충진제로는 기상 또는 액상의 흡착성 활성탄을 사용하는 바, 이외에도 다공성 실리카겔, 제올라이트류 또는 다공성 점토광물을 혼합하여 사용할 수도 있다.

이어서 보류제를 적량 첨가 교반하여 활성탄을 종이섬유 사이에 균일하게 보류시키고, 5∼20 중량부의 합성섬유결합체를 첨가하여 종이섬유 사이에 보류된 충진제가 종이섬유로부터 탈락되지 않도록 한다(T40).

보류제는 활성탄이 종이섬유 사이에 균일하게 첨가되도록 하는 것으로서, 적절한 보류제를 선택하여 첨가하여야만 보류되지 않는 활성탄 함량을 줄일 수 있다. 보류되지 않는 활성탄이 많이 발생되면 결과적으로 균일한 필터지를 얻을 수 없게 된다.

적합한 보류제로는 양이온성 또는 음이온성 폴리아크릴아미드 또는 양이온성 폴리에틸렌이민계 수지를 사용한다.

활성탄을 종이섬유에 보류시킨 다음, 상기 종이섬유를 머신체스트에 이송한 후 1∼10중량부의 다공성 무기섬유를 첨가하여 고흡착성 충진제의 보류도 및 흡착력을 향상시킨다(T50).

다공성 무기섬유의 작용효과를 살펴보면; 펄프 섬유는 통상적으로 섬유의 길이가 5∼15mm, 폭이 1∼3mm으로 이들 섬유가 고해과정을 거치면서 입체적으로 무기광물 첨가제인 활성탄, 점토 등의 충진제 등과 함께 입체적으로 쌓이게 된다. 이때, 섬유와 섬유 및 섬유와 광물 사이의 빈공간(void volume)을 통해 일정 압력하에서 공기가 흐를 수 있는데, 이러한 물리적 특성을 다공성이라 하여, 담배용 종이 필터 개발시 흡인저항, 즉 빨림성을 결정하는데 주요한 원인이 된다. 또한, 이러한 다공성의 존재 유무가 탈, 니코틴 등의 유해성분의 제거에 효과가 있으며, 부수적을 연기성분이 일시 머무는 특성을 부여하는 제거능, 즉, 흡착능을 높이는 요인으로 작용하기도 한다.

이와 같은 역할을 하는 다공성 무기섬유로는 구조식이 (OH₂)₄(OH)₄MgSi₁₂O_20-200·_nH₂O(여기서 n은 정수)인 마운틴-레더(Mountain-Leather) 또는 마운틴-우드(Mountain-Wood)라고 불리우는 다공성 판상 구조의 물질을 사용한다.

다시 보류제를 0.1∼0.5중량부 첨가하여 종이섬유 사이에 상기 충전제를 보류시킨 다음, 황산반토 1∼20 중량부를 균일하게 혼합한다. 상기 황산반토의 첨가에 의해 필터원지의 pH가 7±0.5로 유지되며 pH가 중성인 상태에서 보류도가 우수하다.

상기와 같은 합성섬유, 다공성 무기섬유 또는 황산반토를 전부 사용할 수도 있으나, 물성에 따라 단독으로 첨가하여도 무방하다.

다음 상기 종이섬유를 헤드박스로 이송시켜 종이 섬유액의 유량 및 유속을 조절하여 분출시킨다. 이후에는 다음과 같은 통상적인 기능성 종이, 담배필터 원지 제조공정과 동일한 방법을 적용한다.

즉, 와이어내에서 먼저 농도 15∼20의 습지를 만들고, 프레스로 이송시켜 함수율 50∼60의 습지로 만든 다음, 90∼110의 건조기내에서 1차 건조시킨 후, 함침기 내에서 유효한 각종 첨가제를 표면 처리한다. 다음 110∼130의 건조기내에서 2차 건조시켜 최종평량 45±5g/㎡이 되도록 조절한 다음, 권취기 내에서 권취하여 본 발명에 따른 기능성 종이 담배필터의 원지, 즉 활성카본필터지를 수득한다.

이와 같은 본 발명은 필터원지 제조시 비표면적이 큰 활성탄을 종이섬유 사이에 매우 균일하게 내첨시킴으로써 적은 양의 충진제로도 종이필터의 비표면적을 크게 하고 종이섬유에 대한 충진에의 고착력을 높여서, 이것만을 필터로 사용하더라도 유해성분, 타르 및 니코틴과 같은 인체 유해 미량 성분의 제거 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

이하 실시예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

[실시예 1]

화학펄프와 비목재펄프를 40:60 중량비로 혼합한 종이섬유 100중량부를 펄퍼내에서 3%의 농도로 해리시키고, 리파이너내에서 30。SR로 고해시킨다. 다음 수득된 종이섬유를 믹싱체스트로 이송시키고 미세 다공경 20∼200및 입도 5∼50㎛인 분말상 활성탄을 20 중량부 투입하여 골고루 분산시킨다. 다음 양이온성폴리아크릴아마이드 0.2중량부, 폴리비닐 알콜섬유(직경 1∼2 데니아, 길이 2∼5㎜) 3중량부, 황산반토(중원화학사 제품, 제품명 '유산반토')3 중량부 및 무기섬유 10중량부를 첨가하여 균일하게 혼합하고 이를 와이어 내에서 농도 20의 습지로 제조한다. 이어서 이를 프레스로 이송시켜 함수율 50의 습지로 제조한다. 상기 수득된 습지를 온도 100의 건조기내에서 1차 건조시킨후, 함침기 내에서 유효한 각종 첨가제를 표면 처리한다. 이어서 이를 온도 120의 건조기내에서 건조시켜 후 최종평량 455g/㎡이 되도록 조절한 다음, 권취기 내에서 권취하여 본 발명의 기능성 종이 담배필터의 원지를 수득한다.

[실시예 2∼5]

상기 표 1과 같은 조성 및 혼합비로 실시예 1과 동일한 방법에 의해 담배필터 원지를 제조하였다.

상기 실시예들에서 얻어 본 발명의 활성카본필터지로 제조된 필터와 기존에 사용되던 대조구(아세테이트 필터(2중 필터))를 사용하여 각종 물성을 시험하고 그 결과는 표 2에 나타냈다.

시험조건: 오마사리프 담배 양절, 각초 중량 720㎎, 양절 흡인저항 70, 원주 24.3㎜, 길이 60㎜, 필터길이 24㎜, 필터흡인저항 85, 대조구 필터의 사세테이트토우 3.0/37000

시험기기 : 독일제 연기성분 분석기(Smoking machine), 기공도 측정기(Porosity tester, CU), 영국제 흡인저항 측정기(Filtrona)

* 표시된 것은 상기 실시예에서 제조한 것들에 대한 평균치임.

상기 표 2에서 확인되듯이, 본 발명에서 제조된 활성카본필터지만으로 제조된 필터를 단독으로 사용한 경우 담배나 인체 유해성분 제거율이 종래 아세테이트 필터, 즉 종이필터와 아세테이트 필터로 구성된 2중 필터로 사용한 것에 비하여 훨씬 우수하다.

즉, 인체 유해성분 제거능이 53∼99향상됨을 알 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 활성카본필터지는 충분한 해리 및 고해 공정에서 고흡착성 충진제가 매우 균일하게 내첨되므로, 필터원지의 물성을 떨어뜨리지 않으면서도 이것만을 필터로 사용하여 담배를 제조하더라도 종이섬유와 충진제간의 결합력이 크게 향상되어 흡연시 충진물이 입속으로 흡입되는 문제점을 해결하였을 뿐 아니라 인체 유해성분 흡착성이 향상되므로, 담배 제조공정에 있어서 필터 제조공정을 단순화시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 다음의 4공정을 포함하는 활성카본필터지의 제조방법. A)소정의 비표면적을 갖는 화학펄프와 비목재펄프가 혼합된 종이 펄프를 2∼5농도로 해리시킨후 20∼25。SR로 고해시키는 공정; B) 상기 고해공정을 거친 종이섬유에 천연원료로부터 가공된 흡착용 활성탄을 첨가 및 분산시키는 공정; C) 보류제를 첨가하여 상기 공정에서 첨가된 천연원료로부터 가공된 흡착용 활성탄을 종이섬유 사이에 균일하게 보류시키는 공정; 및 D) 상기 보류공정을 통과한 종이섬유에 합성섬유 결합제, 다공성 무기섬유 및 황산반토를 선택적으로 첨가하는 공정.
2. 제1항에 있어서, 활성탄으로는 미세다공경 20∼200, 입도 5∼50㎛ 및 비표면적 200∼1500㎡/g인 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 활성카본필터지의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 합성섬유 결합제는 종이펄프 100중량부에 대해 1∼20중량부의 비율로 첨가된 것임을 특징으로 하는 활성카본필터지의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 다공성 무기섬유는 종이펄프 100중량부에 대해 1∼10중량부의 비율로 첨가되는 것을 특징으로 하는 활성카본필터지의 제조 방법.