KR100732546B1 - 공기조화기용 필터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기조화기용 필터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 생분해성 고분자 용액 및 50중량%의 전분을 혼합한 용액을 전기 방사한 것을 특징으로 하는 공기조화기용 필터에 관한 것이다.

본 발명에 따른 필터는 생분해성 고분자를 이용함으로써 소각이나 매립의 필요가 없으므로 2차 환경 오염의 염려가 없으며, 이들을 전기 방사 공정에 의해 직경이 나노미터인 나노 섬유로 제조함으로써 필터 내에 더 작은 기공을 마련하여 집진능이 향상되고, 또한 이들 섬유의 표면에 다양한 관능기 부여가 가능하므로 화학적 친화력에 의한 탈취 기능을 수행할 수 있게 된다. 더욱이 섬유 표면에 은이나 TiO₂와 같은 나노사이즈의 금속입자를 코팅시킴으로서 살균 등의 기능을 겸비할 수 있다.

Description

공기조화기용 필터{Filter for Air Conditioner}

도 1a는 셀룰로오스를 기준으로 한 PLA의 생분해도 실험 결과를 나타낸다.

도 1b는 셀룰로오스를 기준으로 한 PBSA 및 PBSA/전분 혼합물의 생분해도 실험 결과를 나타낸다.

도 2는 본 발명에 따른 전기 방사공정장치를 나타낸 것이다.

도 3은 전기 방사 공정에 의한 PLA 나노 섬유의 사진이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 … 고분자 용액 20 … 노즐

30 … 수집체 40 … HV 전원 공급 장치

50 … 주사기 60 … 나노 섬유(3~500㎚)

본 발명은 공기조화기용 필터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 생분해성 고분자 용액 및 50중량%의 전분을 혼합한 용액을 전기 방사한 것을 특징으로 하는 공기조화기용 필터에 관한 것이다.

일반인의 건강에 대한 관심이 높아짐에 따라 실내의 공기 정화에 대한 관심도 고조되어 있는 실정이다.

현재 공기조화기 내에서 공기의 오염 물질을 제거하기 위해 사용되는 필터는 폴리프로필렌(PP)이나 폴리에스터사(PE)와 같이 자연 분해가 되지 않는 고분자 섬유로 이루어진 필터를 부직포와 결합시켜 이용되고 있다.

그러나 이들은 모두 환경적합성에서 문제점을 보이고 있다. PE나 PP 등은 자연 분해가 되지 않기 때문에, 오염된 필터를 소각 또는 매립을 통해 폐기하여야 하며, 이로 인한 토양 오염 등의 2차 오염을 유발할 수 있기 때문이다.

이러한 문제점을 극복하기 위한 대안으로 최근에 주목을 받고 있는 것이 생분해성 고분자의 이용이다. 생분해성 고분자를 기질로 하여 필터를 제조하면 오염된 필터를 소각이나 매립에 의해 폐기할 필요가 없기 때문이다.

그러나 이러한 생분해성 고분자를 사용하는 경우에는 필터 효율 저하 등 내구성 문제가 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 환경친화성과 고기능의 집진 및 탈취 등의 두 가지 특성을 동시에 가지는 공기조화기용 필터를 제공하고자 하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따르면 생분해성 고분자 용액 및 50중량%의 전분을 혼합한 용액을 전기 방사한 것을 특징으로 하는 공기조화기용 필터가 제공된다.

생분해성 고분자는 PLA(Polylactide Polymer) 또는 PBS(Poly Buthylene Succinate Polymer)인 공기조화기용 필터가 제공된다.

전기 방사는 5~50kV의 인가전압에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기조화기용 필터가 제공된다.

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전기 방사량(㎕/min)은 100~150인 것을 특징으로 하는 공기조화기용 필터가 제공된다.

또한 필터의 표면에 TiO₂, 은, Cu, Pt 및 활성탄으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나 이상의 나노 사이즈의 입자를 코팅시킨 것을 특징으로 하는 공기조화기용 필터가 제공된다.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에서 이용되는 고분자는 생분해성 고분자이다. 생분해성 고분자란 박테리아, 곰팡이, 조류와 같은 천연 미생물의 작용으로 분해가 일어나는 것을 말하 며, 셀룰로오스, 전분, 키토산과 같은 천연계 고분자, PHB(Poly-β-hydroxybuthyarate), PHV(Poly-β-hydroxyvalerate), PHHX(Poly-β-hydroxyhexanoate), PHO(Poly-β-hydroxyoctanoate), PHD(Poly-β-hydroxydecanoate)와 같은 미생물이 생산하는 고분자, PGA(Poly glycolic acid), PLA(Poly lactic acid), PCL(Poly caprolactone), PBS(Poly butylene succinate), PBA(Poly butylene adipate) 및 PEU(Poly ester urethane)와 같은 화학합성 고분자가 있다.

그러나 천연계 고분자는 비용 면에서 고가인 단점이 있으므로, 생분해도면에서 천연계 고분자에 비해 조금 떨어지긴 하나, 이를 보완하기 위해 화학합성계 고분자 및 전분을 혼합하여 사용한다.

도 1a는 셀룰로오스를 기준으로 한 PLA의 생분해도 실험 결과를 나타낸다.

퇴비화 조건에서 적정법에 의해 생분해도를 파악한 것이다. PLA의 생분해도는 93.5%(87일째)임을 확인할 수 있다.

도 1b는 셀룰로오스를 기준으로 한 PBSA 및 PBSA/전분 혼합물의 생분해도를 나타낸다. PBSA 단독인 경우 셀룰로오스 기준으로 99.5%(45일째)의 생분해도를 나타내나, 50 중량%의 전분과 혼합한 경우 100.2%(45일째)의 생분해도를 나타냄을 확인할 수 있다. 즉 천연계 고분자인 전분을 함유한 재료의 생분해도가 순수한 화학합성 고분자보다 생분해도가 급격히 증가함을 알 수 있다.

한편 필터를 구성하고 있는 섬유의 크기에 따른 집진 기능이 영향을 받게 된 다. 섬유의 직경이 작아지게 되면 부직포 제조 후에 더욱 작은 기공을 형성하게 되며 이로 인해서 집진능이 향상하게 된다.

본 발명은 필터를 이루는 섬유의 직경을 최대한 얇게 하기 위하여 전기 방사 공정을 통한 나노 섬유를 이용한다.

충분한 점도를 지닌 고분자용액이나 용융체가 정전기력을 부여받을 때 섬유가 형성되는 현상(electrospinning)은 100년 전부터 알려져 왔다. 그러나, 전기 방사 기술은 새로운 기술은 아닐지라도 최근 과학기술계 전반에 걸쳐 큰 이슈가 되고 있는 나노기술의 대두와 함께 수 nm ~ 수 ㎛의 섬유를 제조할 수 있는 방법으로 매우 큰 관심을 모으고 있다. 전기 방사 공정은 도2와 같다. 용매와 혼합된 고분자 용액(10)을 주사기(50)에 담고 HV 전원 공급 장치(40)를 통해 전압을 인가하면 노즐(20)을 통해 나노 섬유(3~500㎚)(60)가 수집체(30)에 수집되게 된다. 고분자 용액은 반구형 방울을 형성하여 매달려 있게 되는데, 전기장이 부여될 때 이 반구형 방울 표면에 전하 또는 쌍극자 배향이 공기 층과 용액의 계면에 유도되고, 전하 또는 쌍극자 반발로 표면장력과 반대되는 힘을 발생시킨다. 따라서, 모세관 끝에 매달려 있는 용액의 반구형 표면은 Taylor Cone으로 알려진 원추형 모양으로 늘어나게 되고, 어떤 임계 전기장 세기에서 이 반발 전기력이 표면장력을 극복하게 되면서 하전된 고분자 용액의 jet가 Taylor Cone 끝에서 방출된다. 이 jet는 점도가 낮은 용액의 경우, jet는 붕괴되지 않고 포집부를 향하여 공기 중으로 날아가면서 용매가 증발하게 되고 수집체에는 하전된 고분자 연속상 섬유가 쌓이게 된다. Jet가 수집체를 향해 날아가는 과정에서 jet의 탄도는 굽어지거나 방향이 바뀌기도 한 다. 또한 jet는 비행 중에 가늘어지게 되고 표면에 전하가 밀집되면서 전하 반발력에 의해 초기 하나의 jet는 더욱 작은 여러 필라멘트로 분열된다.

전기 방사 공정에 의한 PLA 나노 섬유의 사진은 도3과 같다. 용매를 클로로포름으로 한 PLA 10 중량%의 용액을 전기 방사한 것이다. 인가 전압에 따라 섬유의 직경이 달라지며, 필터에 적합한 섬유를 위하여는 5~50kV의 전압하에서 전기 방사 공정을 실시한다.

한편 표1은 PLA 필터의 전기 방사량에 따른 성능 평가 결과이다.

[표1]

샘플1은 전기 방사를 하지 않은 지지체로 쓰인 순수한 부직포이며, 그 외의 샘플에 대한 전기 방사 공정은 다음과 같다(표2). 샘플6은 방사량을 두배로 증가시킨 것이다. 본 실험에서는 모든 공정 조건들을 고정하고, 단지 방사량의 차이에 따른 성능의 차이를 알아보기 위해서 방사량의 차이를 두어 필터를 제작 하였다.

방사량이 많아지면 공기가 통과할 수 있는 공간이 점점 줄어들게 되므로 성능이 개선되는 결과를 상기 결과에서 증명 할 수 있었다. 샘플6의 평가불가의 의미 는 방사량이 한계점을 넘어섰기 때문에 공기투과도 외에는 측정을 할 수가 없었기 때문이다.

[표2]

또한 탈취 기능은 주로 화학적인 친화력에 의해 섬유의 표면이 화학적인 냄새를 갖는 물질들을 포집하게 되는데, 이는 섬유의 표면화학 구조에 밀접한 영향을 받게 된다.

종래의 폴리프로필렌(PP)과 같은 섬유는 표면에 관능기를 보유하지 않기 때문에 이와 같은 기능을 부여할 수 없으나, 본 발명에 따른 생분해성 고분자는 섬유 표면에 다양한 관능기를 보유함으로 인해 탈취 기능의 부여도 가능할 것으로 사료된다. 또한 섬유의 표면에 TiO₂ 또는 은과 같은 기능성 나노 입자를 도입하게 되면 탈취의 기능을 부여할 수 있다. 전기 방사 공정에 의해 제조된 필터 표면에 스프레이 방식으로 TiO₂, Ag, Pt 등의 나노 금속 입자를 포함한 용액을 뿌려서 항균성 등의 기능을 가지게 한다.

따라서 본 발명에서는 전기 방사공정을 이용한 생분해성 나노 섬유를 제조하 고 화학적인 개질을 통하여 이들의 표면에 다양한 관능기를 부여하며 기능성 나노 입자를 도입하여 다양한 기능을 부여하되, 이들을 부직포로 제조하여 내구성 있는 필터로 성형한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 필터는 생분해성 고분자를 이용함으로써 소각이나 매립의 필요가 없으므로 2차 환경 오염의 염려가 없으며, 이들을 전기 방사 공정에 의해 직경이 나노 미터인 나노 섬유로 제조함으로써 필터 내에 더 작은 기공을 마련하여 집진능이 향상되고, 또한 이들 섬유의 표면에 다양한 관능기 부여가 가능하므로 화학적 친화력에 의한 탈취 기능을 수행할 수 있게 된다. 더욱이 섬유 표면에 은이나 TiO₂와 같은 나노사이즈의 금속입자를 코팅시킴으로서 살균 등의 기능을 겸비할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 생분해성 고분자 용액 및 50중량%의 전분을 혼합한 용액을 전기 방사한 것을 특징으로 하는 공기조화기용 필터.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 생분해성 고분자는 PLA(Polylactide Polymer) 또는 PBS(Poly Buthylene Succinate Polymer)인 것을 특징으로 하는 공기조화기용 필터.
3. 삭제
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 전기 방사는 5~50kV의 인가전압에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기조화기용 필터.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 전기 방사량(㎕/min)은 100~150인 것을 특징으로 하는 공기조화기용 필터.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 필터의 표면에 TiO₂, 은, Cu, Pt 및 활성탄으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나 이상의 나노 사이즈의 입자를 코팅시킨 것을 특징으로 하는 공기조화기용 필터.

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