KR100988285B1

KR100988285B1 - 텅스텐 와이어

Info

Publication number: KR100988285B1
Application number: KR1020080099065A
Authority: KR
Inventors: 이택수; 강승경; 이희복; 이진희
Original assignee: 주식회사 엑사이엔씨
Priority date: 2008-10-09
Filing date: 2008-10-09
Publication date: 2010-10-18
Also published as: KR20100040032A

Abstract

본 발명은, 표면에 형성된 표면코팅층을 포함하는 텅스텐 와이어로서, 상기 코팅층은, 은(Ag), 탄소나노튜브(CNT), 표면에 은(Ag)이 코팅된 은(Ag)코팅 탄소나노튜브(CNT) 및 은(Ag)과 탄소나노튜브(CNT)의 혼합물 중 선택된 하나를 포함하는 코팅조성물로 형성된 것을 특징으로 하는 텅스텐 와이어를 제공한다.

텅스텐 와이어, 은, 탄소나노튜브

Description

텅스텐 와이어{TUNGSTEN WIRE}

본 발명은, 텅스텐 와이어에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 먼지 집진 시부산물로 발생하는 오존의 양을 감소시킬 수 있는 텅스텐 와이어에 관한 것이다.

일반적으로, 전기집진장치는 공기청정기 또는 공기조화기 등에서 흡입된 공기 중의 먼지를 제거할 목적으로 사용된다.

상기 전기집진장치의 일반적은 구성으로는 공기 중의 먼지를 전리시키는 전리부와, 전리된 먼지를 집진하는 집진부를 포함할 수 있다.

그리고, 먼지 제거 등의 집진을 위하여 이용되는 필터로는 천 연 섬유나 유리 섬유 또는 각종 합성수지제 섬유 등으로 형성된 무기물 또는 합성 섬유 필터가 이용되거나 이온화부와 포집부로 구성된 전기집진필터가 이용되어 왔다.

이 중 공기청정기의 원리를 보면 1차적으로 필터를 통해서 0.3㎛크기 이상의 먼지를 집진한다. 그리고 2차적으로 0.01㎛정도의 미세먼지는 텅스텐 와이어에 +고전압을 걸어서 0.01㎛정도의 오염물질인 미세먼지를 양(+)전기적 성질을 띄게 하여 음(-)극에 포집하는 단계를 거친다.

상기 2차 과정에서 텅스텐 와이어에 고전압을 걸어 작동 시에 대기중의 산소 가 전자에 의해서 마이너스화 되는데 이때 발생하는 부산물로 오존을 발생하게 된다.

본 발명은, 먼지 집진 시 부산물로 발생하는 오존의 양을 감소시킬 수 있는 텅스텐 와이어를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 텅스텐 와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 집진장치를 제공한다.

본 발명에 따른 집진장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기청정기를 제공한다.

본 발명에 따르면, 먼지 집진 시 부산물로 발생하는 오존의 양을 감소시킬 수 있는 텅스텐 와이어가 제공된다.

본 발명에 따른 텅스텐 와이어는, 표면에 형성된 표면코팅층을 포함하는 텅스텐 와이어로서, 상기 코팅층은, 은(Ag), 탄소나노튜브(CNT), 표면에 은(Ag)이 코팅된 은(Ag)코팅 탄소나노튜브(CNT) 및 은(Ag)과 탄소나노튜브(CNT)의 혼합물 중 선택된 하나를 포함하는 코팅조성물로 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 코팅조성물의 은(Ag), 탄소나노튜브(CNT), 표면에 은(Ag)이 코팅된 은(Ag)코팅 탄소나노튜브(CNT) 및 은(Ag)과 탄소나노튜브(CNT)의 혼합물 중 선택된 하나는 분말형태로 첨가될 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 코팅조성물은, ①은(Ag) 분말; ②탄소나노튜브(CNT) 분말; ③표면에 은(Ag)이 코팅된 은(Ag)코팅 탄소나노튜브(CNT) 분말; 또는 ④은(Ag) 분말과 탄소나노튜브(CNT) 분말의 혼합분말을 포함할 수 있다.

상기 코팅조성물의 상기 은(Ag)은, 입도사이즈가 1~3㎛인 분말로 첨가될 수있다.

상기 코팅조성물의 탄소나노튜브(CNT)는, MWNT(multi wall nanotube) 또는 SWNT(single wall nanotube)일 수 있다.

상기 코팅조성물의 탄소나노튜브(CNT)는, 직경이 20~30㎚이고, 길이가 20~30㎛인 분말로 첨가될 수 있다. 상기 탄소나노튜브는 탄소원자가 육각형 형태의 벌집구조가 튜브형태를 이루고 있는 것으로서, 이의 단면지름이 상기 직경에 해당하며, 상기 길이는 탄소나노튜브의 길이방향을 따라 측정한 것이다.

상기 코팅조성물의 상기 은(Ag)코팅 탄소나노튜브(CNT)는, 은거울반응 통해 탄소나노튜브의 표면에 은이 화학적으로 부착된 탄소나노튜브로서, 분말형태로 첨가될 수 있다. 즉 상기 은(Ag)코팅 탄소나노튜브(CNT)는 탄소나노튜브(CNT)의 표면에 은(Ag)이 화학적으로 결합된 것이다.

한 예로 탄소나노튜브인 MWNT(multi wall nanotube) 표면에 은(Ag)이 코팅된 은(Ag)코팅 MWNT의 제조방법에 대해 설명하면, 산처리된 MWNT를 계면활성제를 이용하여 증류수에 초음파를 이용하여 분산시킨 다음, 이후 질산은(AgNo₃)과 암모니아수를 첨가하고 포르말린을 첨가하여 생성되는 은(Ag)이 MWNT표면에 화학적으로 부착되면 필터링을 통해 분말을 얻게 되는 것이다. 이때 생성된 분말은 MWNT의 무게가 두배가된다. 예를 들어 MWNT 1g을 사용하여 표면에 은(Ag)를 화학적 코팅을 하게 되면 최종 생성물의 무게는 2g이 된다. 또한 상기 반응은 은거울 반응을 이용한 것이다. 여기서, 전술한 바와 같이 산처리된 MWNT를 사용하게 되는데, 이 산처리방법은 다음과 같을 수 있으나, 이로 한정되는 것은 아니다. H₂SO₄와 HNO₃를 3:1의 부피비율로 혼합된 용액에 MWNT를 첨가하여 140℃에서 30분 동안 환류시킨 다음, 탈 이온수를 이용하여 용액의 pH가 7~8에 가까운 값을 나타낼 때까지 세척과 여과의 과정을 반복한 후 건조하여 산처리된 MWNT를 얻게 되는 것이다.

상기 코팅조성물의 상기 은(Ag)과 탄소나노튜브(CNT)의 혼합물은, 은(Ag)분말과 탄소나노튜브(CNT)분말이 1:1의 무게비율로 혼합된 혼합분말로 첨가될 수 있다.

상기 코팅조성물은 유기 바인더를 더 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 코팅조성물은, ①은(Ag) 분말; ②탄소나노튜브(CNT) 분말; ③표면에 은(Ag)이 코팅된 은(Ag)코팅 탄소나노튜브(CNT) 분말; 또는 ④은(Ag) 분말과 탄소나노튜브(CNT) 분말의 혼합분말을 상기 유기 바인더에 분사시켜 텅스텐 와이어의 표면에 코팅될 수 있다.

상기 유기 바인더는, 폴리에스테르계 수지, 아크릴계 수지 우레탄계 수지, 폴리비닐클로라이드 및 부틸 셀룰로오스 중 선택된 1종 이상일 수 있다. 바람직하게는 폴리에스테르계 수지를 사용할 수 있으나 이로 한정되는 것은 아니다.

상기 코팅 조성물은, 상기 은(Ag), 탄소나노튜브(CNT), 표면에 은(Ag)이 코팅된 은(Ag)코팅 탄소나노튜브(CNT) 및 은(Ag)과 탄소나노튜브(CNT)의 혼합물 중 선택된 하나와 상기 유기 바인더가 3:5의 무게비율로 혼합될 수 있다.

예컨대, 상기 코팅 조성물은, 전체 조성물 100중량부에 대해, ①은(Ag) 분말; ②탄소나노튜브(CNT) 분말; ③표면에 은(Ag)이 코팅된 은(Ag)코팅 탄소나노튜브(CNT) 분말; 또는 ④은(Ag) 분말과 탄소나노튜브(CNT) 분말의 혼합분말 30 내지 45 중량부 및 유기 바인더 55 내지 70 중량부를 혼합하여 제조할 수 있다.

상기 코팅 조성물은, 용매를 더 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 코팅 조성물을 코팅할 때, 용이한 점도를 유지하기 위해 용매를 첨가할 수 있다. 특히 스프레이법을 사용하여 코팅조성물을 코팅하는 경우 용이한 점도를 유지하기 위해 용매를 첨가할 수 있다.

예컨대, 상기 코팅 조성물은, 전체 조성물 100중량부에 대해, ①은(Ag) 분말; ②탄소나노튜브(CNT) 분말; ③표면에 은(Ag)이 코팅된 은(Ag)코팅 탄소나노튜브(CNT) 분말; 또는 ④은(Ag) 분말과 탄소나노튜브(CNT) 분말의 혼합분말 9 내지 22.5 중량부, 유기 바인더 16.5 내지 35 중량부 및 용매 56 내지 61 중량부를 혼합하여 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 코팅조성물로 형성된 코팅층의 두께는, 1 내지 10㎛일 수 있 다. 바람직하게는 5㎛일 수 있다.

상기 코팅층은, 스프레이법 또는 딥핑(dipping)법으로 상기 코팅조성물을 표면에 코팅하여 형성될 수 있다. 그러나, 이 방법으로 한정되는 것은 아니다.

이와 같이, 본 발명에 따라, ①은(Ag); ②탄소나노튜브(CNT); ③표면에 은(Ag)이 코팅된 은(Ag)코팅 탄소나노튜브(CNT); 또는 ④은(Ag)과 탄소나노튜브(CNT)의 혼합물을 포함하는 코팅층이 표면에 구비된 텅스텐 와이어를 공기청정기에 장착하고 작동시키게 되면 아래와 같은 오존감소반응에 의해, 텅스텐 와이어에 고전압을 걸어 작동 시에 대기중의 산소가 전자에 의해서 마이너스화 되는데 이때 발생하는 부산물인 오존 발생을 감소시킬 수 있게 된다.

1) Ag의 오존감소반응: 2Ag + O₃ -> Ag₂O + O_2,

Ag₂O + O₃ -> AgAgO₂ + O₂

2) CNT의 오존감소반응: 2C+2O₃ -> 2CO₂+ O₂

C+2O₃ -> CO₂ + 2O₂

C+2O₃ -> 3O₂+ C

이와 같은 반응으로 오존분해효과를 제공할 수 있게 된다.

3) Ag-CNT의 오존감소반응은, 상기 1) 및 2) 반응과 Ag가 CNT의 오존분해반응의 촉매역할을 함에 따라, 오존분해효과를 제공할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 텅스텐 와이어는, 공기청정기의 집진장치로 사용될 수 있다.

이하에서는 첨부도면 및 실시예를 통해 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명하기로 한다.

실시예 1

고형분 함량이 30~40wt%인 아크릴 수지 25중량부와 은(Ag) 단독 분말 15중량부를 혼합한 후, 용매로 아세톤 60중량부를 혼합하여, 코팅조성물을 제조하였다.

실시예 2

은(Ag) 단독 분말 대신에, 탄소나노튜브(CNT)로서 MWNT 단독 분말을 15중량부 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하였다.

실시예 3

은(Ag) 단독 분말 대신에, 은(Ag)과 탄소나노튜브(CNT)의 혼합분말로서, 은(Ag) 분말과 MWNT 분말이 1:1의 무게비율로 혼합된 혼합분말을 15중량부 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하였다.

실시예 4

은(Ag) 단독 분말 대신에, 은(Ag) 코팅 탄소나노튜브(CNT) 분말로서, MWNT의표면에 은(Ag)이 코팅된 분말을 15중량부 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하였다.

실험예

실시예 1~4에 따른 코팅조성물을 텅스텐 와이어에 스프레이 코팅을 한 후 건조시켰고, 이때 코팅 두께는 5㎛였다.

그리고, 실시예 1~4에 따른 코팅조성물로 형성된 코팅층이 표면에 구비된 본 텅스텐 와이어와 표면에 코팅층이 없는 텅스텐 와이어를 공기청정기에 장착하여 작동시킨 후 오존의 양을 측정하고, 그 결과를 표 1 및 도 1에 나타내었다. 공기청정기 작동 시 텅스텐 와이어에 걸리는 전압은 5KV, 전류량 0.25mA이며 +극을 걸었다.

여기서, 도 1[X축: 시간(min), Y축:오존농도(ppb)]은 24시간 동안 발생되는 오존을 오존 측정기(모델명: (GV-100 Gas sampling pump, Japan)를 이용하여 결과를 산출한 데이터고, 표 1은 125분 동안 작동 시킨 후 최종 오존 발생량을 측정한 결과를 나타낸 것이다.

(표 1)

	①Ag coating	②MWNT coating	③Ag+MWNT coating	④Ag coated MWNT coating	Non coating
오존농도 (ppb)	24.3	25	18.1	9.5	39.3

표 1를 통해, 본 발명에 따른 코팅층이 없어 39.3ppb로서 오존 발생량이 큰 기존 텅스텐 와이어와 달리, ①은(Ag) 분말을 포함하는 코팅층, ②탄소나노튜브(CNT) 분말을 포함하는 코팅층, ③은(Ag)과 탄소나노튜브(CNT)의 혼합분말을 포함하는 코팅층 및 ④표면에 은(Ag)이 코팅된 은(Ag)코팅 탄소나노튜브(CNT) 분말을 포함하는 코팅층이 형성된 본 발명에 따른 텅스텐 와이어의 오존 발생량은 24.3, 25, 18.1 및 9.5ppb로 현격히 감소한 것을 확인할 수 있다. 또한 이러한 본 발명의 효과는 도 1의 그래프를 통해서도 확인할 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따르면, 먼지 집진 시 부산물로 발생하는 오존의 양을 감소시킬 수 있다.

도 1은 ①은(Ag) 분말을 포함하는 코팅층, ②탄소나노튜브(CNT) 분말을 포함하는 코팅층, ③은(Ag)과 탄소나노튜브(CNT)의 혼합분말을 포함하는 코팅층 및 ④표면에 은(Ag)이 코팅된 은(Ag)코팅 탄소나노튜브(CNT) 분말을 포함하는 코팅층이 형성된 본 발명에 따른 텅스텐 와이어와 코팅층이 없는 텅스텐와이어의 오존 발생양 측정결과를 나타낸 그래프이다.

Claims

표면에 형성된 표면코팅층을 포함하는 텅스텐 와이어로서,

상기 코팅층은, 은(Ag), 탄소나노튜브(CNT), 표면에 은(Ag)이 코팅된 은(Ag)코팅 탄소나노튜브(CNT) 및 은(Ag)과 탄소나노튜브(CNT)의 혼합물 중 선택된 하나를 포함하는 코팅조성물로 형성된 것을 특징으로 하는 텅스텐 와이어.
청구항 1에 있어서, 상기 코팅조성물의 은(Ag), 탄소나노튜브(CNT), 표면에 은(Ag)이 코팅된 은(Ag)코팅 탄소나노튜브(CNT) 및 은(Ag)과 탄소나노튜브(CNT)의 혼합물 중 선택된 하나는 분말형태로 첨가되는 것을 특징으로 하는 텅스텐 와이어.
청구항 1에 있어서, 상기 코팅조성물의 상기 은(Ag)은, 입도사이즈가 1~3㎛인 분말로 첨가되는 것을 특징으로 하는 텅스텐 와이어.
청구항 1에 있어서, 상기 코팅조성물의 탄소나노튜브(CNT)는, MWNT(multi wall nanotube) 또는 SWNT(single wall nanotube)인 것을 특징으로 하는 텅스텐 와이어.
청구항 1에 있어서, 상기 코팅조성물의 탄소나노튜브(CNT)는, 직경이 20~30㎚이고, 길이가 20~30㎛인 분말로 첨가되는 것을 특징으로 하는 텅스텐 와이어.
청구항 1에 있어서, 상기 코팅조성물의 상기 은(Ag)코팅 탄소나노튜브(CNT)는, 은거울반응 통해 탄소나노튜브의 표면에 은이 화학적으로 부착된 탄소나노튜브로서, 분말형태로 첨가되는 것을 특징으로 하는 텅스텐 와이어.
청구항 1에 있어서, 상기 코팅조성물의 상기 은(Ag)과 탄소나노튜브(CNT)의 혼합물은, 은(Ag)분말과 탄소나노튜브(CNT)분말이 1:1의 무게비율로 혼합된 혼합분말로 첨가되는 것을 특징으로 하는 텅스텐 와이어.
청구항 1에 있어서, 상기 코팅조성물은 유기 바인더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 텅스텐 와이어.
청구항 8에 있어서, 상기 유기 바인더는, 폴리에스테르계 수지, 아크릴계 수지 우레탄계 수지, 폴리비닐클로라이드 및 부틸 셀룰로오스 중 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 텅스텐 와이어.
청구항 8에 있어서, 상기 코팅 조성물은, 상기 은(Ag), 탄소나노튜브(CNT), 표면에 은(Ag)이 코팅된 은(Ag)코팅 탄소나노튜브(CNT) 및 은(Ag)과 탄소나노튜브(CNT)의 혼합물 중 선택된 하나와 상기 유기 바인더가 3:5의 무게비율로 혼합된 것을 특징으로 하는 텅스텐 와이어.
청구항 8에 있어서, 상기 코팅 조성물 전체 100중량부에 대해, 상기 은(Ag), 탄소나노튜브(CNT), 표면에 은(Ag)이 코팅된 은(Ag)코팅 탄소나노튜브(CNT) 및 은(Ag)과 탄소나노튜브(CNT)의 혼합물 중 선택된 하나를 30 내지 45 중량부로 포함하고, 상기 유기 바인더를 55 내지 70 중량부로 포함하는 것을 특징으로 하는 텅스텐 와이어.
청구항 8에 있어서, 상기 코팅 조성물은, 용매를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 텅스텐 와이어.
청구항 12에 있어서, 상기 코팅 조성물 전체 100중량부에 대해, 상기 은(Ag), 탄소나노튜브(CNT), 표면에 은(Ag)이 코팅된 은(Ag)코팅 탄소나노튜브(CNT) 및 은(Ag)과 탄소나노튜브(CNT)의 혼합물 중 선택된 하나를 9 내지 22.5 중량부로 포함하고, 상기 유기 바인더를 16.5 내지 35 중량부로 포함하며, 상기 용매를 56 내지 61 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 텅스텐 와이어.
청구항 1에 있어서, 상기 코팅층의 두께는, 1 내지 10㎛인 것을 특징으로 하는 텅스텐 와이어.
청구항 1에 있어서, 상기 코팅층은, 스프레이법 또는 딥핑(dipping)법으로 상기 코팅조성물을 표면에 코팅하여 형성된 것을 특징으로 하는 텅스텐 와이어.
청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 따른 텅스텐 와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 집진장치.
청구항 16에 따른 집진장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기청정기.