KR100987134B1 - 은 나노입자가 포함된 나노섬유 벽지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 은 나노입자를 포함하는 나노섬유를 이용한 기능성 벽지에 관한 것으로서, 구체적으로 표면지 위에 나노섬유층이 형성되고, 나노섬유층은 은 나노입자를 포함한다. 이때 은 나노입자는 실내에 존재하는 박테리아 또는 곰팡이균 등을 억제하는 항균기능을 한다.

본 발명에 따른 기능성 벽지는, 표면지; 및 표면지 위에 형성되고, 은 나노입자를 포함하는 나노섬유로 이루어진 나노섬유층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

기능성 벽지, 나노섬유, 전기방사, 은 나노입자, 항균기능

Description

은 나노입자가 포함된 나노섬유 벽지{Nano-fiber wallpaper with nano silver}

본 발명은 은 나노입자가 포함된 나노섬유층으로 이루어진 기능성 벽지에 관한 것이다. 구체적으로 표면지 위에 나노섬유층이 형성되어 있고, 상기 나노섬유층을 이루는 나노섬유는 은 나노입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 벽지에 관한 것이다.

일반적으로 벽지는 주거공간의 미관을 위한 디자인적인 일차적 기능과 이에 부가된 항균, 탈취, 공기정화, 전자파 방지와 같은 부가적인 기능을 하는 생활 자재이다. 이러한 부가적인 기능을 수반한 벽지를 일반적으로 기능성 벽지라고 부르고, 다양한 기능성 물질들이 개발되어 있다. 최근 생활수준의 향상과 더불어 건강한 삶에 대한 욕구가 커지며 이에 발맞춘 건강관련 산업이 급속하게 발전하면서, 주거환경 내의 유해 미생물을 억제하는 기능이 있다고 알려진 은나노(nano silver) 입자를 적용한 다양한 제품이 시장에 출시되고 있다. 은은 인체에는 무해하면서 수백여 종의 박테리아나 곰팡이 등을 억제하는 것으로 알려져 있고, 특히 나노미터 단위의 직경을 가지도록 제조된 은 나노입자인 경우 이러한 항균 효과가 극대화 되 는 것으로 보고되고 있다. 은이 이러한 항균효과를 가지는 이유는 다음과 같다. 박테리아 또는 바이러스는 단백질로 구성되어 있고, 이중 단백질 시스테인의 -SH기에 은이 결합하면 황화합물로 전환되어 번식이 억제된다. 등록특허 제0643633호는 박리지의 상면에 기능성 재료 및 방염제가 혼합된 코팅액을 도포하고, 코팅액의 상면에 접착제를 도포하여 직물과 박리지를 접착시켜 제조하는 직물벽지에 대하여 개시를 하며, 상기 기능성 재료로 은 나노입자로 선택할 수 있도록 제시하였다. 그러나 상기 등록특허의 직물벽지는 은 나노입자가 코팅액인 폴리우레탄 등에 혼합되어 있으므로 은 나노입자의 표면이 공기 중에 노출되어 있는 부분이 적어 항균 작용을 크게 기대하기 어려운 문제점을 가지고 있다.

본 발명에 적용되는 나노섬유의 제조방법에 관하여는 다양한 방법이 제안되어 있다. 일반적으로 나노섬유는 섬유 직경의 평균 직경이 50 내지 1,000 ㎚가 되는 섬유를 의미하며 이는 본 발명에 따라 제조되거나 또는 제조될 수 있는 나노섬유에 대해서도 동일하다. 나노섬유는 고분자를 포함하는 방사 용액 또는 방사 용융물을 전기방사하여 제조될 수 있다. 현재까지 나노섬유의 생산을 위한 다양한 기술이 개발되었지만 크게 분류하면 하향식 전기방사장치를 이용한 경우와 상향식 전기방사장치를 이용한 경우로 나눌 수 있다. 전기방사란 방사노즐을 통하여 방사용액을 공급하고 대향하는 방향으로 컬렉터를 설치하고 그 사이의 방사공간에 수십 kV의 고전압을 인가하여, 방사용액이 방사공간에서 신장되어 나노섬유가 만들어지는 제조방법을 말한다. 이러한 제조방법에 의하여 일정 범위의 직경을 가지는 나노섬유를 제조하게 된다.

도 1a에 도시된 바와 같이 하향식 전기방사장치는 방사노즐이 위쪽에 위치하고 컬렉터가 아래쪽에 위치하는 것이 특징이다. 하향식 전기방사장치의 구성을 좀 더 자세히 살펴보면 다음과 같다. 하향식 전기방사장치는, 방사용액을 보관하는 방사용액 탱크(미도시)와 방사용액의 일정한 공급을 위한 계량펌퍼(미도시)와 방사용액을 토출하는 다수개의 방사노즐(101)이 배열된 노즐블록(102)과 상기 노즐 아래에 위치하여 방사되는 섬유들을 집적하는 컬렉터(103) 및 전압을 발생시키는 전압발생장치(미도시)를 포함한다. 이러한 하향식 전기방사장치를 이용하여 방사노즐(101)을 통한 정략적인 방사용액의 공급이 이루어지고, 방사용액은 고전압이 인가된 컬렉터(103) 방향으로 방사되어 기재(104) 위에 나노섬유(105)가 제조된다. 전기방사 장치는 노즐의 구조, 방사용액의 공급방법, 방사공간의 구성 및 인가된 고전압의 범위 등과 같은 다양한 공정 인자를 조절하여 원하는 나노섬유의 물성을 얻을 수 있다.

도 1b에는 상향식 전기방사장치가 도시되어 있다. 상향식 전기방사장치는 하향식 전기방사장치에서 문제가 될 수 있는, 방사용액이 물방울 형태로 낙하하는 드롭넷(droplet) 현상 등을 해결하기 위하여 개발된 기술이다. 상향식 전기방사장치의 구조적인 특징은 하향식 전기방사장치를 수직방향으로 반대로 배치한 구조와 대체로 일치한다. 상향식 전기방사장치의 구조와 작동 원리에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명에서는 상기에서 설명한 전기방사장치로 제조된 나노섬유층을 포함하고, 나노섬유층을 이루는 나노섬유는 은 나노입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 벽지를 제안한다. 본 발명의 기능성 벽지는 항균작용을 하는 은의 표면적이 넓으며, 은의 표면이 고분자 수지에 의하여 오염되지 않은 상태로 공기 중에 노출되므로 은 나노입자에 의한 항균작용의 효율이 종래의 기능성 벽지에 비하여 월등히 높은 것을 특징으로 한다. 또한 은은 전기 전도성을 가지고 있어 전자파에 대한 차폐효과를 가진다. 따라서 본 발명에 따른 기능성 벽지는 인체에 유해한 전자파를 차단할 수 있으며, 전자파로 이루어진 신호가 실내에서 외부로 전달되는 것을 방지할 수 있으므로 도청을 방지할 수 있는 효과도 가진다.

본 발명의 목적은 은 나노입자를 포함하는 섬유로 이루어진 나노섬유층을 포함하는 기능성 벽지에 관한 것으로서, 항균작용이 일어날 수 있는 은의 표면적이 넓고, 오염되지 않은 은 나노입자의 표면을 확보하여 항균작용의 효율이 월등히 높은 기능성 벽지를 제공하는 것이다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 기능성 벽지는 표면지; 및 표면지 위에 형성되고, 은 나노입자를 포함하는 나노섬유로 이루어진 나노섬유층을 포함한다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 기능성 벽지에 포함되는 은 나노입자는 나노섬유의 내부와 표면에 고르게 분산된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 기능성 벽지에 포함되는 은 나노입자는 나노섬유의 표면에 코팅된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 기능성 벽지는 표면지와 나노섬유층 사이에 제1 접착층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 기능성 벽지는 상기 나노섬유층 위에 보호층이 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 기능성 벽지의 나노섬유층은 두께가 1 내지 100㎛인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 기능성 벽지의 은 나노입자는 나노섬유의 외부로 노출된 은 나노입자 표면이 클리닝 처리된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 기능성 벽지의 은 나노입자는 표면이 클리닝 처리된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 기능성 벽지는 나노섬유층과 보호층 사이에 제2 접착층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 기능성 벽지의 제2 접착층은 나노섬유층 위에 부분적으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 기능성 벽지는 나노섬유층을 포함하며, 상기 나노섬유층을 이루는 나노섬유는 은 나노입자를 포함한다. 따라서 은 나노입자에 의한 항균 효과를 가지고, 외부로 노출된 은의 표면적이 매우 넓으며 이에 따른 항균 효과도 현저히 높다. 본 발명에 따른 기능성 벽지의 또 다른 효과는 전자파 차폐 효과이다. 실내의 각종 전자기기로부터 방출되는 인체에 유해한 전자파를 차단할 수 있고, 실내에서 외부로의 전자파 전달을 방해하여 외부인에 의한 도청을 방지할 수 있는 효과를 가진다.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면을 참조하고 실시 예를 이용하여 상세하게 설명된다. 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 돕기 위한 것으로 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.

본 명세서에서 표면지란 광촉매 물질이 코팅될 수 있는 벽지의 기재를 의미한다. 표면지는 건물의 벽에 직접 접착되거나 초배지 위에 접착될 수도 있고, 경우에 따라서는 초배지와 결합한 형태의 다층 구조일 수도 있다. 표면지의 재질은 종이, 섬유, 고분자 수지와 같이 다양한 재질이 될 수 있고, 문언적 의미로서의 종이에 한정되지 않는다.

그리고 나노섬유란 통상적 의미로서 나노미터 단위의 직경을 가지는 섬유를 의미하며, 일반적으로 섬유의 직경이 50 내지 1000㎚인 섬유를 의미한다. 나노섬유의 재질은 전기방사에 의하여 제조가 가능한 모든 재질을 의미하고, 그 예로서 열가소성 또는 열경화성 수지인 폴리에스테르 수지, 아크릴 수지, 페놀 수지, 에폭시 수지, 나일론 수지, 폴리(글리콜라이드/L-락티드)공중합체, 폴리(L-락티드) 수지, 폴리비닐알콜 수지, 폴리비닐클로라이드 수지 중 어느 하나이거나 이들의 복합 재질일 수 있고, 상기 나노섬유는 은 나노입자를 포함한다.

도 2a와 도 2b는 본 발명의 기능성 벽지를 구성하는 나노섬유의 구조와, 그 제조방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 2a에 도시된 바와 같이 고분자 수지(201)로 이루어진 나노섬유에 은 나노입자(202)가 포함되어 있다. 은 나노입자(202)가 포함된 나노섬유가 전기방사로 제조된 후 별도의 처리공정 없이 기능성 벽지에 사용되는 경우에는, 외부로 노출된 은 나노입자의 표면이 고분자 수지로 오염이 되어 있을 가능성이 크다. 이러한 경우 오염된 은 나노입자 표면에서는 항균작용이 일어나기 어려우므로 별도의 처리공정을 통하여 표면에 존재하는 고분자 수지를 제거할 필요성이 있다. 본 명세서에서는 이러한 고분자 수지의 제거과정을 클리닝 처리라 고 부르기로 한다. 상기 클리닝 처리는 2가지 방법으로 이루어질 수 있다. 첫 번째로 고분자 수지를 고온에서 공기 중의 산소와 반응시켜 제거하는 방법인 부분 소성방법이 그 중 하나이다. 고분자 수지는 주로 탄소와 수소로 이루어진 탄화수소 물질이므로 고온에서 산소와 반응하면 이산화탄소와 물이 생성되고, 생성물인 이산화탄소와 물이 증발되어 고분자 수지가 제거되는 것이다. 상기 부분 소성방법은 제거할 고분자 수지의 양과 섬유형태를 유지시키기 위해 남아 있어야 하는 고분자 수지의 양을 고려하여 적절한 열처리온도와 열처리시간을 선택할 수 있다. 두 번째 방법은 산소 플라즈마를 이용한 처리방법이다. 산소 플라즈마에는 활성이 높은 다량의 산소 라디칼이 존재하므로, 이러한 산소 라디칼이 고분자 수지와 반응하여 이산화탄소나 물이 생성된 후 증발되어 고분자 수지가 제거된다. 상기 산소 플라즈마 처리방법은 진공 체임버(chamber)를 이용하여 이루어지거나, 상압 플라즈마 장치를 이용하여 이루어질 수 있다. 산소 플라즈마 처리의 경우에도 부분 소성과 마찬가지로 제거되어야 할 고분자 수지의 양을 고려하여 플라즈마 조건이나 처리시간을 적절히 선택하여야 한다. 상기 클리닝 처리는 벽지의 다양한 제조방법에 따라, 전기방사로 나노섬유를 제조한 직후에 이루어질 수도 있고, 표면지에 나노섬유층을 형성한 최종단계에서 이루어질 수도 있다. 클리닝 처리를 통하여 은 나노입자의 표면에서 고분자 수지가 제거되면 항균효과가 증가된다. 은에 의한 항균작용은 은의 표면에서 일어나므로 은의 표면적이 증가될수록 항균작용의 효과가 높아지는 것은 당연하다.

도 2b는 도 2a의 구조를 가지는 나노섬유를 제조하는 방법을 설명하기 위한 블록도이다. 다양한 종류의 고분자 수지와, 이를 용해시킬 수 있고 전기방사 특성을 만족시키는 적절항 용매를 선택하고, 여기에 질산은(AgNO3), 황산은(Ag2SO4) 또는 염화은(AgCl)과 같은 은 금속염을 혼합하여 방사용액을 준비한다. 이어서 준비된 방사용액을 일정한 전기방사조건에서 전기방사하여 나노섬유를 제조한다. 마지막으로 은 나노입자의 표면에서 남아 있는 고분자 수지를 제거하기 위한 클리닝 처리과정을 거친다.

도 3a와 도 3b는 본 발명의 기능성 벽지를 구성하는 또 다른 나노섬유의 구조와, 그 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 3a에 도시된 바와 같이 은 나노입자(302)는 고분자 수지(301)로 이루어진 나노섬유의 표면에 코팅된다. 상기 코팅은 후술될 전기분사공정의 특성상 나노섬유의 모든 면이 아닌, 표면지 위쪽 방향으로만 이루어질 수 있으나, 도면에서는 설명의 편의상 은 나노입자가 고르게 코팅된 나노섬유의 단면을 도시한 것이다. 표면지 위에 나노섬유가 형성되면 표면적이 현저히 증가하게 되고, 이 증가된 표면에 은 나노입자가 코팅되므로 항균효과 등을 가지는 은의 표면적이 이에 비례하여 늘어나게 된다. 이러한 구조는 도 2a에 도시된 구조보다 은의 표면적 증가 측면에서 유리하고, 나노섬유의 내부에 포함되는 은 나노입자의 양을 줄일 수 있어 제조비용면에서도 유리한 점을 가진다. 전기분사공정으로 코팅된 은 나노입자는 클리닝 처리되어 표면에 존재할 수 있는 오염물질을 제거하는 공정이 추가될 수 있다. 또한 나노섬유 표면에 코팅된 은 나노입자들은 서로 엉켜 있는 나노섬유들에 의하여 전기적으로 연결되어 있으므로, 이를 접지시키면 전자파 차단 효과를 가질 수 있다. 이러 한 전자파 차단의 원리는 전자파가 접지된 도전막을 통과하지 못하고 이에 흡수되어 더 이상 진행하지 못하는 것이다. 따라서 본 발명에 따른 기능성 벽지는 외부에서 발생되는 또는 실내의 다른 방에서 발생되는 인체에 유해한 전자파를 차단시킬 수 있고, 실내에 설치될 수 있는 도청장치로부터 외부로 전자신호가 전자파 형태로 전달되는 것을 차단시킬 수 있으므로 도청방지 기능을 하게 된다.

도 3b는 도 3a에 도시된 바와 같은 구조를 가지는 나노섬유의 제조방법을 설명하기 위한 블록도이다. 제조방법은 크게 전기방사로 나노섬유를 제조하는 단계와 전기분사로 나노섬유에 은 나노입자를 코팅하는 단계로 이루어진다. 전기방사는 전술된 하향식 또는 상향식 전기방사장치를 이용하여 이루어진다. 전기방사를 위하여 먼저 방사용액을 준비한다. 방사용액은 고분자 수지를 용매에 용해시켜 제조하는데, 이 때 고분자 수지는 폴리에스테르 수지, 아크릴 수지, 페놀 수지, 에폭시 수지 등의 다양한 열가소성 또는 열경화성 수지가 선택될 수 있고, 용매는 전기방사 조건에 따라 물, 에탄올, 초산, 디메틸포름아마이드 등의 다양한 물질의 혼합물이 선택될 수 있다. 이렇게 준비된 방사용액을 특정 방사전압, 방사용액의 공급속도 및 방사공간의 설계와 같은 방사조건에서 전기방사하여 나노섬유를 제조한다. 전기분사에 의한 은 나노입자의 코팅은 은 나노입자를 분산액에 분산시켜 분산용액을 제조한 후 일정한 조건에서 전기분사하여 이루어진다. 전기분사는 전기분사장치를 이용하여 이루어지고 그 원리는 대체로 전기방사와 동일하며 이를 간단히 설명하면 다음과 같다. 은 나노입자가 분산된 분사용액을 분사노즐로 연속적으로 공급하고, 전기방사와 동일하거나 이보다 낮은 전압을 분사노즐과 컬렉터 사이에 인가하여 전 기분사시킨다. 이때 분사용액은 물, 아세톤, 초산, DMAc와 같은 분산액이나 이들을 혼합한 분산액에 은 나노분말을 분산시켜 제조한다. 용매의 선택은 전기분사 특성이 가장 뛰어나도록 분산액의 표면장력이나 휘발성 등을 고려하여 선택되어야 한다. 상기 분산액에 분산되는 은 나노입자의 양 또한 문제가 되는데 은에 의한 항균작용의 효과를 고려하면 은 나노입자의 농도가 높은 것이 유리하지만, 농도가 10중량%를 초과하면 은 입자간 응집이 일어나 오히려 표면적이 감소하므로 농도는 10중량%를 넘지 않는 것이 바람직하다. 전기분사에 의해 코팅되는 은 입자의 크기는 일반적인 나노섬유의 직경을 고려하면 10~100㎚인 것이 바람직하다. 또한 전기분사 공정 후에 클리닝 처리가 추가될 수 있다.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 기능성 벽지에 관한 다양한 실시예를 설명하기 위한 도면이다.

도 4a는 표면지(401) 위에 나노섬유층(402)이 형성된 벽지를 나타내는 도면이다. 이 때 나노섬유층(402)을 구성하는 나노섬유는 은 나노입자를 포함한다. 표면지(401)와 나노섬유층(402)은 별도의 접착제를 사용하지 않고, 전기방사과정에서 발생한 표면지(401)와 나노섬유층(402)간의 결합력에 의하여 결합된다. 전기방사에 의하여 표면지(401)와 나노섬유층(402) 사이에 결합력이 발생되는 이유는, 방사용액에 녹아있던 고분자 수지가 방사 후 용매의 증발로 고체가 되며 표면지에 물리적으로 결합되는 것이다. 이러한 결합력을 이용하여 표면지와 나노섬유층을 결합하는 방법으로 벽지를 제조하는 것도 가능하지만, 결합력의 증가를 위하여 열압착 공정이 추가될 수도 있다. 이러한 열압착 공정은 나노섬유의 조직을 치밀하게 하여 벽 지의 두께를 얇게 만들고, 벽지의 표면을 매끄럽게 만드는 역할도 한다. 다만 열압착 공정이 상기와 같은 역할을 하기 위하여는, 열압착 공정이 나노섬유가 부분적으로 용융되거나 유리전이가 일어날 수 있는 온도의 범위에서 이루어져야 한다.

도 4b는 표면지(401) 위에 제1 접착층(403)이 형성되고, 제1 접착층(403) 위에 나노섬유층(402)이 형성되어 있는 기능성 벽지를 나타내는 도면이다. 도 4a에 도시된 구조와의 차이점은 표면지(401)와 나노섬유층(402) 사이에 제1 접착층(403)이 추가된 것이다. 이러한 구조는 나노섬유를 제조하는 전기방사 조건에 따라 표면지와 나노섬유층 사이에 벽지로서 기능하기에 충분한 결합력이 확보되지 않는 경우에 필요한 구조이다. 접착제와 나노섬유의 결합구조는, 접착제 내부에 나노섬유의 일부가 침투하여 결합력을 유지하면서도 일정 비율의 나노섬유는 외부로 노출되는 것이 보장되어야 한다. 전기방사에 의한 나노섬유의 제조공정의 안정성, 즉 나노섬유층 두께의 균일도 확보와 같은 인자를 고려하면 통상적으로 나노섬유의 두께는 수 내지 수백 미크론인 것이 일반적이고 바람직하게는 1 내지 100㎛이다. 따라서 제1 접착층의 두께는 이보다 얇은 것이 바람직하다. 다만 제1 접착층의 두께만큼 나노섬유의 모든 부분이 접착층에 파묻히는 것은 아니므로, 접착제의 점도나 종류를 조절하여 제1 접착층의 두께를 두껍게 하면서도 앞에서 설명한 적절한 결합구조를 유지하는 것도 가능하다.

도 4c는 표면지(401) 위에 나노섬유층(402)이 형성되고, 나노섬유층(402) 위에 보호층(404)이 형성된 기능성 벽지이다. 은 나노입자를 포함하는 나노섬유층(402)은 벽지로서 기능할 때 외부의 문지름과 같은 충격을 받을 수 있다. 이러한 충격에 의하여 일부 나노섬유가 벽지로부터 떨어질 수 있다. 나노섬유층(402) 위에 형성된 보호층(404)은 외부의 충격으로 나노섬유가 벽지로부터 떨어져 실내를 오염시키는 것을 방지하는 역할을 한다. 상기 보호층(404)은 은 나노입자에 의한 항균기능을 유지하기 위하여 박테리아와 같은 미생물이 잘 통할 수 있는 구조를 가져야 할 것이다. 상기 조건을 만족하도록 보호층(404)은 일정 크기의 기공이 형성된 종이이거나 실크 재질일 수 있다. 상기 보호층(404)을 나노섬유층(402)에 결합시키는 방법은 다양한데, 도면에 도시되지는 않았지만 별도의 제2 접착층이 사용될 수도 있고, 별도의 제2 접착층을 사용하지 않고 열압착에 의하여 결합시키는 것도 가능하다. 별도의 제2 접착층을 사용하는 경우에는 제2 접착층은 나노섬유층의 전면에 형성되어서는 안되고, 나노섬유층과 보호층의 부착력은 유지하되 박테리아나 세균 등이 통과할 수 있을 정도로 부분적으로 형성되어야 한다. 따라서 메쉬(mesh) 형태이거나 연속된 도트(dot) 패턴으로 형성될 수 있다.

도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 기능성 벽지를 제조하기 위한 다양한 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 5a는 표면지(505) 위에 나노섬유층(506)이 형성된 기능성 벽지를 제조하는 방법을 도시한 것이다. 전기방사장치는 방사노즐(501), 컬렉터(502) 및 방사공간(503)으로 이루어지며, 표면지(505)가 이동할 수 있도록 컬렉터(502)의 면을 따라 형성된 로울러(504)를 포함한다. 방사용액 저장소(미도시)에는 미리 준비된 방사용액이 저장되어 있고, 방사용액에는 질산은(AgNO3), 황산은(Ag2SO4) 또는 염화은(AgCl)과 같은 은 금속염이 혼합되어 있다. 상기 방사용액은 방사노즐(501)로 공 급된다. 표면지(505)는 로울러(504)를 따라 컬렉터(502)의 면과 평행하게 이동하고, 방사노즐(501)과 컬렉터(502) 사이의 방사공간(503)에서 전기방사가 이루어진다. 전기방사에 의하여 나노섬유(506)가 표면지(505)에 코팅되기 시작하며 코팅되는 나노섬유의 두께는 로울러(504)의 이송속도를 포함한 다양한 공정인자의 선택에 의하여 조절이 가능하다. 상기 공정인자는 이송속도, 방사용액의 공급속도, 방사공간에 형성되는 전기장의 세기와 같은 다양한 인자가 될 수 있다. 전기방사 공정에 이어 전기분사 공정을 적용하는 경우에는 방사용액에 은 금속염이 포함되어 있지 않고, 전기방사에 이어 전기분사 과정이 이어지게 된다.

도시된 바와 같이 표면지(505)가 컬렉터(502)의 면을 따라 이동할 때, 방사공간(503)에 들어가기 전에 먼저 접착층(507)이 형성되는 단계를 거치게 된다. 접착층(507)은 도시된 바와 같이 접착액의 분사장치(508)에 의하여 코팅이 될 수 있으나, 접착층(507)이 표면지(505) 표면에 고르게 형성되는 것이 가능하다면 그 외의 다른 형성방법이 사용되는 것도 가능하다. 접착제로는 다양한 종류가 사용될 수 있다. 물에 녹인 녹말풀, 가솔린에 녹인 고무풀, 시너에 녹인 플라스틱계 접착제가 사용될 수 있고, 저분자의 액상이 후에 중합반응으로 고분자가 되는 아크릴 접착제가 사용될 수도 있다. 도 5b에는 접착층(507)의 형성과 방사공간(503)으로의 표면지(505)의 이동이 연속적인 공정으로 이루어지도록 도시되었지만, 접착층의 형성은 별도의 공정으로 미리 이루어질 수도 있다. 이 경우에도 전기분사에 의하여 은 나노입자가 코팅되는 경우에는 도 5a에서 설명한 바와 동일한 전기분사 과정이 추가될 것이다.

도 5c는 표면지(505)에 나노섬유층(506)이 형성된 후 열압착공정을 거치는 기능성 벽지의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다. 전기방사에 의하여 또는 전기방사와 전기분사에 의하여 표면지(505)에 은 나노입자를 포함하는 나노섬유층(506)이 형성된 후, 나노섬유층(506)이 형성된 표면지(505)는 압착로울러(509)를 통과한다. 일정 정도로 가열된 압착로울러(509)는 표면지(505)와 나노섬유층(506) 사이에 추가적인 결합력을 부가하는 역할과, 나노섬유층(506)을 압착하여 각각의 나노섬유들 사이의 간격을 줄임으로써 섬유층 조직을 조밀하게 만드는 역할을 수행한다. 압착로울러(509)가 표면지(505)와 나노섬유층(506) 사이에 추가적인 결합력을 부가하기 위한 적절한 가열온도는 나노섬유벽지의 층 구성에 따라 달라질 것이다. 표면지(505)와 나노섬유층(506)만으로 이루어진 경우에는 나노섬유층(506)을 이루는 나노섬유가 일정 정도 용융될 수 있을 정도의 가열 온도가 요구될 것이고, 이 때 선택되어야 할 가열 온도는 나노섬유의 용융점에 따라 달라진다. 만약 표면지(505)와 나노섬유층(506) 사이에 접착층(미도시)이 형성되어 있고, 상기 접착층(미도시)의 용융점이 나노섬유의 용융점보다 낮은 경우라면 접착층이 일부 용융될 수 있을 정도의 가열 온도에서 압착로울러(509)의 가열 온도가 선택될 수 있다. 접착제를 사용하지 않고도 표면지(505)와 나노섬유층(506) 사이에 벽지로서 기능하기에 충분한 결합력이 확보된 경우라면, 압착로울러(509)는 나노섬유층(506) 조직을 조밀하게 만드는 역할만을 수행할 수 있다. 이 경우 압착로울러(509)의 가열 온도는 나노섬유의 용융점이 아닌 이보다 낮은 유리전이온도(glass transition temperature) 이상의 온도로 선택될 수 있다.

도 5d는 전기방사에 의하여 제조된 나노섬유를 부직포의 형태로 권취하고, 이를 표면지와 결합하여 기능성 벽지를 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 5d에 도시된 바와 같이, 기재(510)에 코팅된 나노섬유층(506)은 나노섬유층(506)만 따로 분리되어 권취장치(511)에 의해 권취된다. 상기 분리는 어느 정도의 결합력을 가지고 기재(510)위에 형성된 나노섬유층(506)을 권취장치(511)에 의해 분리하는 과정이다. 도면으로 제시되지는 않았지만, 권취된 나노섬유를 별도의 공정을 통해 표면지에 부착함으로서 나노섬유층이 형성된 기능성 벽지를 제조할 수 있다. 상기 별도의 공정은 접착제를 사용하거나, 라미네이팅(laminating) 방법을 사용하여 이루어질 수 있다.

위에서 본 발명은 실시 예를 사용하여 상세하게 설명이 되었다. 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예로부터 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 다양한 변형 또는 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 이러한 변형 또는 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

도 1a는 하향식 전기방사 장치를 도시한 것이다.

도 1b는 상향식 전기방사 장치를 도시한 것이다.

도 2a는 본 발명의 기능성 벽지를 구성하는, 은 나노입자가 포함된 나노섬유의 구조를 도시한 것이다.

도 2b는 은 나노입자가 포함된 나노섬유로 이루어진 기능성 벽지의 제조방법을 도시한 블록도이다.

도 3a는 본 발명의 기능성 벽지를 구성하는, 은 나노입자가 코팅된 나노섬유의 구조를 도시한 것이다.

도 3b는 은 나노입자가 코팅된 나노섬유로 이루어진 기능성 벽지의 제조방법을 도시한 블록도이다.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 기능성 벽지의 단면을 도시한 것이다.

도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 기능성 벽지의 제조방법을 도시한 것이다.

Claims (10)

1. 표면지, 및

   표면지 위에 형성되고, 은 나노입자를 포함하는 나노섬유로 이루어진 나노섬유층;을 포함하며,

   상기 표면지와 나노섬유층 사이에 제1 접착층이 형성된 것을 특징으로 하는 기능성 벽지.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 은 나노입자는 나노섬유의 내부와 표면에 고르게 분산된 것을 특징으로 하는 기능성 벽지.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 은 나노입자는 나노섬유의 표면에 형성된 것을 특징으로 하는 기능성 벽지.
4. 삭제
5. 표면지, 및

   표면지 위에 형성되고, 은 나노입자를 포함하는 나노섬유 이루어진 나노섬유층;을 포함하며,

   상기 나노섬유층 위에 보호층이 형성된 것을 특징으로 하는 기능성 벽지.
6. 청구항 1에 있어서, 상기 나노섬유층은 두께가 1 내지 100㎛인 것을 특징으로 하는 기능성 벽지.
7. 청구항 2에 있어서, 상기 은 나노입자는 나노섬유의 외부로 노출된 표면이 클리닝 처리된 것을 특징으로 하는 기능성 벽지.
8. 청구항 3에 있어서, 상기 은 나노입자는 표면이 클리닝 처리된 것을 특징으로 하는 기능성 벽지.
9. 청구항 5에 있어서, 상기 나노섬유층과 보호층 사이에 제2 접착층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 벽지
10. 청구항 9에 있어서, 상기 제2 접착층은 나노섬유층 위에 부분적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 기능성 벽지.

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