KR101217185B1 - 플라즈마 중합 코팅에 의한 활성탄 또는 글래스비드의 표면 개질 방법, 표면 개질된 활성탄 또는 글래스비드 및 이를 포함하는 담배 필터 - Google Patents

플라즈마 중합 코팅에 의한 활성탄 또는 글래스비드의 표면 개질 방법, 표면 개질된 활성탄 또는 글래스비드 및 이를 포함하는 담배 필터 Download PDF

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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 표면 개질 방법은플라즈마 중합에 의하여 흡착제의 표면을 코팅하는 단계를 포함한다. 이때, 흡착제는 활성탄, 글래스비드(glass bead) 등이 사용될 수 있다. 플라즈마 중합은 아민계 화합물(amine-based compound), 아크릴레이트계 화합물(acrylate-based compound), 아크릴로니트릴계 화합물(acrylonitrile-based compound), 티오펜계 화합물(thiophene-based compound), 포스파이트계 화합물(phosphate-based compound), 피롤계 화합물(pyrrole-based compound), 알릴알코올계 화합물(allylalcohol-based compound) 또는 이들의혼합물 등이 단량체로 사용될수 있다.

Description

플라즈마 중합 코팅에 의한 활성탄 또는 글래스비드의 표면 개질 방법, 표면 개질된 활성탄 또는 글래스비드 및 이를 포함하는 담배 필터{SURFACE MODIFYING METHOD FOR ACTIVATED CARBON OR GLASS BEADS BY PLASMA POLYMERIZATION COATING, SURFACE MODIFIED ACTIVATED CARBON OR GLASS BEADS, AND CIGARETTE FILTER INCLUDING THE SAME}
플라즈마 중합 코팅에 의한 흡착제의 표면 개질 방법, 표면 개질된 흡착제및 이를 포함하는 담배 필터가 제공된다.
미국환경보호청(U.S. Environmental Protection Agency)은 암을 유발할 수 있는 16 가지 종류의PAH(polycyclic aromatic hydrocarbon)를 발표하였다. PAH는 흡연 중에 발생하는 화합물이기 때문에, 흡연에 대한 사람들의 걱정이늘어났으며, 이에 따라 각종 필터의 흡착을 통하여 PAH를 낮추기 위한 연구 개발이 진행되고 있다.
현재, 셀룰로오즈 아세테이트 섬유는담배 필터로 널리 사용되고 있으며, 타르 및 니코틴을 효과적으로 제거할수 있는 재료로 알려져 있다. 하지만, 셀룰로오즈 아세세테이트 섬유는아세테이트 작용기가 주로 화학 흡착(chemisorption)보다는 물리 흡착(physisorption)을 하기 때문에, 담배 연기 속에 있는 알데히드, 탄화수소, 알코올 등의 휘발 또는 세미-휘발 물질(volatile orsemi-volatile components)을 제거하는데 한계가있다.
따라서, 셀룰로오즈 아세테이트 필터에 활성탄, 제올라이트(zeolite), 실리카겔(silica gel), 세피올라이트(sepiolite) 등의 물질을 추가하여 셀룰로오즈 아세테이트 필터의 흡착 특성을 개선하기 위한 연구가 진행되고 있다. 이 중에서, 활성탄은 넓은 표면적을 가져 흡착능이 뛰어나고, 상대적으로 원가가 저렴하기 때문에, 활성탄에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 연구에 따르면, 담배 필터에 첨가된 활성탄은 담배 연기 속에 있는 저분자량 물질에 대하여 우수한 흡착능을 보여 주었다.
하지만, 아세테이트 필터 속에 포함된 활성탄에 존재하는 작용기는 아세테이트 작용기밖에 없으므로, 활성탄은 담배 연기 속에 있는 모든 유해 물질, 특히 휘발 물질을 제거하는데 한계가있다. 이에 따라, 산 에칭(acid etching)을 통한 활성탄의 표면 개질, 이온-교환 필터(ion-exchange filter) 등에 대한 연구가진행되고 있다. 하지만, 이러한연구 역시 도입할 수 있는 작용기가 제한되기 때문에 휘발 물질을 제거하는데 한계가 있다. 또한, 활성탄 입자는 불규칙한 모양을 가지기때문에 충전 밀도(packing density)가 매우 낮다.
본 발명의 한 실시예는 물리 흡착능 또는 화학 흡착능의 개선을 통하여담배 연기 속에 있는 다양한유해 물질을 효과적으로 제거하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 실시예는 환경 친화적이며 단순화된 표면 개질 공정을 제공하기 위한 것이다.
상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 표면 개질 방법은 플라즈마 중합에 의하여 흡착제의 표면을 코팅하는 단계를포함한다. 이때, 흡착제는 활성탄, 글래스 비드(glass bead) 등이 사용될수 있다.
플라즈마 중합은 아민계 화합물(amine-based compound), 아크릴레이트계 화합물(acrylate-based compound), 아크릴로니트릴계 화합물(acrylonitrile-based compound), 티오펜계 화합물(thiophene-based compound), 포스파이트계 화합물(phosphate-based compound), 피롤계 화합물(pyrrole-based compound), 알릴알코올계 화합물(allylalcohol-based compound) 또는 이들의 혼합물 등이 단량체로 사용될수 있다. 예를 들어, 단량체는 알릴아민(allylamine), 1,3-디아미노프로판(1,3-diaminopropane), 아크릴산(acrylic acid), 아크릴로니트릴(acrylonitrile), 티오펜(thiophene), 디메틸포스파이트(dimethylphosphite), 피롤(pyrrole), 알릴알코올(allylalcohol) 등이 있다.
플라즈마 중합은 플라즈마 장치를 이용할 수 있다. 플라즈마 장치는 전력이 약 10-50 W이며, 내부 압력이 약 30-50 mTorr이며, 시간은 약 15 분 이하일 수 있다. 나아가, 전력은 약 20-40 W이며, 내부 압력은 약 40 mTorr이며, 시간은 약 30초-10분일 수 있다.
표면 개질 방법은 흡착제의 표면을 코팅하기 전에, 흡착제의 표면을 플라즈마 에칭하는 단계를 포함할 수 있다. 에칭 가스는 산소, 질소, 아르곤, 암모니아, 또는 이들의 혼합물등이 이용될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 흡착제는 그 표면에 아민계화합물, 아크릴레이트계 화합물, 아크릴로니트릴계 화합물, 티오펜계 화합물, 포스파이트계 화합물, 피롤계 화합물및 알릴알코올계 화합물로 이루어져 있는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 단량체로부터 중합되어 있는 중합체가 코팅되어 있다. 이때, 흡착제는 활성탄, 글래스 비드 등이 사용될 수 있다.
흡착제의 표면과 중합체는 화학적으로 결합되어 있을 수 있다. 또한, 흡착제의 표면과 중합체는 물리적으로 결합되어 있을 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 담배 필터는 흡착제를 포함하고, 아민계화합물, 아크릴레이트계 화합물, 아크릴로니트릴계 화합물, 티오펜계 화합물, 포스파이트계 화합물, 피롤계 화합물및 알릴알코올계 화합물로 이루어져 있는 군으로부터 선택되는 하나 이상의단량체로부터 중합되어 있는 중합체가 흡착제의 표면에 코팅되어 있다. 이때, 흡착제는 활성탄, 글래스 비드 등이 사용될 수 있다.
담배 필터는 가소제를 약 6 %이하로포함할 수 있다. 담배 필터는아세테이트, 종이 또는 이들 모두를 포함할 수 있다.
담배 필터는 하나 이상의 필터부를 포함하는 다중 필터일 수 있으며, 흡착제는 하나 이상의 필터부에 포함될 수 있다. 필터부는 하나 이상의 공극(cavity)을 포함할 수 있으며, 흡착제는 공극 안에 위치할수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 담배 필터 권지는 흡착제를 포함하고, 아민계 화합물, 아크릴레이트계 화합물, 아크릴로니트릴계 화합물, 티오펜계 화합물, 포스파이트계 화합물, 피롤계 화합물및 알릴알코올계 화합물로 이루어져 있는 군으로부터 선택되는 하나 이상의단량체로부터 중합되어 있는 중합체가 흡착제의 표면에 코팅되어 있다. 이때, 흡착제는 활성탄, 글래스 비드 등이 사용될 수 있다.
본 발명의 한 실시예는 물리 흡착능 또는 화학 흡착능의 개선을 통하여 담배 연기 속에 있는 다양한 유해 물질을 효과적으로 제거할 수 있고, 환경 친화적이며 단순화된 표면 개질 공정을 제공할 수 있다.
도 1은 활성탄의 표면을 촬영한 SEM 사진이다.
도 2는 글래스 비드의 표면을촬영한 SEM 사진이다.
도 3은 플라즈마 중합 코팅에의한 작용기의 IR 그래프이다.
도 4는 플라즈마 처리 장치의단면도이다.
도 5는 흡착제의 흡착능을 측정하는 흡연 장치의 단면도이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.
본 발명의 한 실시예에 따른 표면 개질 방법은 플라즈마 중합에 의하여 흡착제의 표면을 코팅하는 단계를 포함한다. 이때, 흡착제는 활성탄, 글래스 비드(glass bead) 등이 사용될 수 있다. 글래스 비드의 지름은 대략 90-150 m일 수 있다. 글래스 비드는 비활성(inertness)이며, 높은 충전 밀도를 가졌으며, 원가가 저렴하다.
플라즈마 중합은 플라즈마를 이용하여 기체상 또는 액상의 단량체를 활성화하여 중합시킬 수 있다. 이때, 불활성 기체, 질소 기체 등이 플라즈마 소스(plasma source)로 이용될 수 있다. 또한, 진공 상태로 플라즈마 중합이 수행될 수 있다. 플라즈마 중합은 환경 친화적인 건식 공정(dry process)이며, 간단한 표면 개질 공정이다. 또한, 플라즈마 중합을 이용하여 흡착제에 코팅할 경우, 대상물과 중합체 사이에 핀홀(pinhole) 등이 발생하지 않을 수 있으며, 접착력이 우수할 수 있다.
단량체는 아민계 화합물(amine-based compound), 아크릴레이트계 화합물(acrylate-based compound), 아크릴로니트릴계 화합물(acrylonitrile-based compound), 티오펜계 화합물(thiophene-based compound), 포스파이트계 화합물(phosphate-based compound), 피롤계 화합물(pyrrole-based compound), 알릴알코올계 화합물(allylalcohol-based compound) 또는 이들의 혼합물 등이 단량체로 사용될 수 있다. 각 화합물에 알킬기, 알콕시기 등의 작용기가 치환될 수 있다. 예를 들어, 단량체는 알릴아민(allylamine), 1,3-디아미노프로판(1,3-diaminopropane), 아크릴산(acrylic acid), 아크릴로니트릴(acrylonitrile), 티오펜(thiophene), 디메틸포스파이트(dimethylphosphite), 피롤(pyrrole), 알릴알코올(allylalcohol) 등이 있다. 이외에도, 단량체는 플라즈마 중합이 가능한 다양한 종류의 기체상 또는 액체상의 단량체가 이용될 수 있으며, 특별히 상기 열거한 예에 한정되지 않는다.
하기 표 1은 몇 가지 단량체의 특성을 보여주는 표이다.
[표 1]
Figure 112010019020401-pat00001
플라즈마 중합에 의하여 단량체가 중합되면서, 흡착제에 코팅될 수 있다. 이때, 중합체와 흡착제는 네트워크 형태로 결합되어 있을 수 있다. 중합체와 흡착제는 서로 물리적으로 결합되어 있을 수 있다. 또한, 중합체와 흡착제는 서로 화학적으로 결합되어 있을 수 있다. 예를 들어, 활성탄의 카르보닐기와 중합체가 서로 결합되어 있을 수 있으며, 글래스 비드의 히드록시기와 중합체가 서로 결합되어 있을 수 있다.
플라즈마 중합은 도 4에 도시되어 있는 플라즈마 장치에서 수행될 수 있다. 플라즈마 장치는 주입된 기체를 플라즈마 상태로 만들기 위한 전력이 공급되는 전극(140), 전극에 부착되어 있는 유전체(150), 기체, 단량체(20) 등이 주입되는 주입구(110), 전극(140)에 전력을 공급하는 전원장치(130), 플라즈마 장치의 내부를 진공 상태로 만들기 위한 진공 부재(120) 등을 포함할 수 있다. 기판(10) 위에 흡착제 등이 위치할 수 있으며, 흡착제의 표면에 단량체(20)가 중합되면서 코팅될 수 있다.
플라즈마 장치는 주파수가 대략 1-15 MHz인 전원이 공급될 수 있다. 예를 들어, 주파수가 13-14 MHz일 수 있다. 플라즈마 중합을 효과적으로 수행하기 위하여, 플라즈마 장치의 처리 조건은 전력이 약 10-50 W이며, 내부 압력이 약30-50 mTorr이며, 시간은 약 15 분 이하일 수 있다. 나아가, 전력은 약 20-40 W이며, 내부 압력은 약 40 mTorr이며, 시간은 약 30초-10분일 수 있다.
표면 개질 방법은 흡착제의 표면을 코팅하기 전에, 흡착제의 표면을 플라즈마 에칭(etching)하는 단계를 포함할 수 있다. 에칭 가스는산소, 질소, 아르곤, 암모니아, 또는 이들의 혼합물 등이 이용될 수 있다.
흡착제의 표면을 에칭하는 경우, 흡착제의 표면을 균일하게 만들 수 있다. 플라즈마 에칭은 예를 들어, 도 4에 도시되어 있는 플라즈마 장치를 이용하여 수행될 수 있으며, 이 경우, 단량체를 주입하지 않고, 에칭 가스만 주입하여 흡착제의 표면을 에칭할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 흡착제는 그 표면에하나 이상의 단량체로부터 중합되어 있는 중합체가 코팅되어 있을 수 있다. 이때, 흡착제는 활성탄, 글래스 비드 등이 사용될 수 있다. 또한, 단량체는 전술한 것처럼, 아민계 화합물, 아크릴레이트계 화합물, 아크릴로니트릴계 화합물, 티오펜계 화합물, 포스파이트계 화합물, 피롤계 화합물, 알릴알코올계 화합물등이 이용될 수 있다.
중합체와 흡착제는 네트워크 형태로 결합되어 있을 수 있다. 중합체와 흡착제는 서로 물리적으로 결합되어 있을 수 있다. 또한, 중합체와 흡착제는 서로 화학적으로 결합되어 있을 수 있다. 예를 들어, 활성탄의 카르보닐기와 중합체가 서로 결합되어 있을 수 있으며, 글래스 비드의 히드록시기와 중합체가 서로 결합되어 있을 수 있다.
예를 들어, 플라즈마 중합에 의해 표면 개질된 활성탄 또는 글래스 비드는 표면에 코팅되어 있는 작용기에 의하여 물리 흡착능, 화학 흡착능 등이 개선될 수 있고, 이에 따라, 종래의 기술로는 제거하기 어려웠던 담배 연기 내 다양한 종류의 PAH를 제거할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 담배 필터는 흡착제를 포함하고, 하나 이상의 단량체로부터 중합되어 있는 중합체가 흡착제의 표면에 코팅되어 있다. 이때, 흡착제는 활성탄, 글래스 비드 등이 사용될 수 있다. 또한, 단량체는 전술한 것처럼, 아민계 화합물, 아크릴레이트계 화합물, 아크릴로니트릴계 화합물, 티오펜계 화합물, 포스파이트계 화합물, 피롤계 화합물, 알릴알코올계 화합물등이 이용될 수 있다.
담배 필터는 셀룰로오즈 아세테이트, 종이 등을 이용하여 만들어질 수 있다.
담배 필터는 가소제를 약 6 %이하로포함할 수 있다. 이에 따라, 담배 필터의 흡착성이 극대화될 수 있다.
담배 필터는 하나 이상의 필터부를 포함하는 다중 필터일 수 있다. 예를 들어, 이중 필터, 삼중 필터, 사중 필터 등이 있다. 또한, 흡착제는 하나 이상의 필터부에 포함될 수 있다. 예를 들어, 삼중 필터에서 중간 필터부에 흡착제가 포함될 수도 있으며, 사중 필터에서 두 개의 필터부에 흡착제가 포함될 수도 있다.
담배 필터부는 하나 이상의 공극(cavity)을 포함할 수 있으며, 이러한공극 안에 흡착제가 위치할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 담배 필터 권지는 흡착제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 흡착제는 필터 권지의 내부 면에 접착되어 있을 수 있다. 하나 이상의 단량체로부터 중합되어 있는 중합체가 흡착제의 표면에 코팅되어 있을 수 있다. 이때, 흡착제는 활성탄, 글래스 비드 등이 사용될 수 있다. 또한, 단량체는 전술한 것처럼, 아민계 화합물, 아크릴레이트계 화합물, 아크릴로니트릴계 화합물, 티오펜계 화합물, 포스파이트계 화합물, 피롤계 화합물, 알릴알코올계 화합물 등이 이용될 수 있다.
담배 필터 권지는 담배 필터의 형태를 유지시키기 위하여 선택적으로 담배 필터에 이용될 수 있다.
이하, 실시예를 들어 본 발명에 대해서 더욱 상세하게 설명할 것이나, 하기의 실시예는 본 발명의 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
플라즈마중합 코팅 및 PAH 흡착 거동 측정
활성탄과 글래스 비드의 플라즈마 중합 코팅은 RF (13.56 MHz) 무전극 플라즈마 반응기(electrodeless plasma reactor, HPPS-300, Hanatek)를 이용하며, 이 반응기는 원통형 Pyrex 반응기(10 x 30 cm), 수동형 임피던스 조절 및 질량 흐름 조절기(manual impedance matching and mass flow controller)를 포함한다. 단량체는 상기 표 1에 나타나 있는 아크릴산, 아크릴로니트릴, 1,3-디아미노프로판, 티오펜, 디메틸포스파이트를 이용한다. 먼저, 미반응 글래스 비드(as-received glass bead)가 각각 0.2, 0.5, 1.0, 4.0 g가 플라즈마 반응기에 공급된다. 다음, 아크릴로 니트릴과 1,3-디아미노프로판을 글래스 비드에 코팅하면서, 플라즈마 중합 시간을 최적화한다. 중합 시간은 5 분, 10 분으로 측정하고, 이때 플라즈마 전력은 30 W, 내부 압력은 40 mTorr이다. 활성탄과 글래스 비드의SEM 사진은 각각 도 1 및 도 2에 도시하였다. 실리콘 웨이퍼 위에서 흡착제에 플라즈마 중합 코팅을 진행하여 IR 그래프를 도 3 에 도시하였다.
표면 개질된 활성탄과 글래스 비드의 흡착 거동은 도 5에 도시되어 있는 흡연 장치에 의해 측정되었다. 흡연 장치(200)는 흡연부(210), 상부 하우징(230), 하부 하우징(250), 필터부(240), 밸브(260) 및 펌프(270)로 구성된다. 흡연부(210)는 일측에 담배(1)가 삽입되고, 내부에 플라즈마 중합 코팅에 의해 표면 개질된 활성탄(30) 또는 글래스 비드(30) 및 유리솜(glass wool)(215)이 수용되는 글래스 홀더(213)를 포함하고, 타측 방향(A)으로는 흡입된 연기가 유동되는 흡기홀(217)을 포함한다. 상부 하우징(230)은 흡연부(210)와 결합되고, 하부 하우징(250)은 밸브(260)를 통하여 펌프(270)와 결합된다. 담배(1)의 연기는 흡기홀(217)과 고상 물질을 필터링하는 캠브리지 필터 패드 등의 필터부(240)를 차례로 통과하고, 측정 위치 방향(B)으로 배출되고, 배출된 담배 연기의 물질을 분석한다.
플라즈마 중합 코팅에 의해 표면 개질된 활성탄 또는 글래스 비드는 대략 섭씨 100 도에서 약 24 시간 동안 건조된다. 흡연 조건은 담배가 3 mm남을 때까지 60 초 간격으로 2 초 동안 흡연하는 것이다. PAH는 고상 추출(solid phase extraction) 방법으로 배출된 연기에서 추출되며, 표준 PAH 용액을 5 종류로 희석(1/2, 1/10, 1/20, 1/100, 1/200 v/v)하여 GC/MS에 의해 분석되었다.
글래스 비드 공급량의 최적화
흡연 장치에 글래스 비드를 0.2-4.0 g를 공급할 때, 배출된 연기에 있는 PAH를 분석하여 하기 표 2에 나타내었다.
[표 2]
Figure 112010019020401-pat00002
(ND : not detected)
표준 PAH 중에서 상기 표 2처럼 10 개의 PAH가 관찰되었다. 플라즈마 중합 코팅에 의한 글래스 비드에서의 흡착 거동을 효과적으로 분석하기 위하여, 글래스 비드의 공급량을 0.5 g으로 한다. 표 2에서 Blank는 어떤 흡착제도 사용하지 않는 경우를 의미한다.
플라즈마 중합 시간의 최적화
아크릴로 니트릴(CAN)과 1,3-디아미노프로판(DAP)을 0.5 g의 글래스 비드에 코팅한다. 중합 시간은 5 분, 10 분으로 측정하고, 이때 플라즈마 전력은 30 W, 내부 압력은 40 mTorr이며, 배출된 연기에 있는 PAH를 분석하여 하기 표 3에 나타내었다.
[표 3]
Figure 112010019020401-pat00003
(ND : not detected)
1,3-디아미노프로판의 경우, 플라즈마 중합 시간 5 분에서 3개의 PAH가 검출되었다. 아크릴로 니트릴의 경우, 플라즈마 중합 시간 5 분, 10 분에서 모두 1 개의 PAH(나프탈렌)만 검출되었다. 플라즈마 중합 코팅에 의한 글래스비드에서의 흡착 거동을 효과적으로 분석하기 위하여, 플라즈마 중합 시간은 5 분으로 한다. AR(as-received)은 코팅되지 않는 흡착제를 의미한다.
활성탄과글래스 비드의 물성
도 1은 활성탄의 SEM 사진이며, 도 1A는 코팅되지 않는 활성탄의 50 배 SEM 사진이며, 도 1B는 코팅되지 않는 활성탄의 100,000 배SEM 사진이며, 도 1C는 아크릴로니트릴로 표면 개질된 활성탄의 100,000 배 SEM 사진이다. 활성탄은 대략 0.5-1 mm의 크기를 가지며, 대략 400 nm 이하의 기공을갖는다. 도 1C에서 활성탄은 얇은 막이 형성되어 도 1B보다 표면이 매끄러운 것을 알 수 있다. 이외에도, 활성탄에 대한 아크릴산, 1,3 디아미노프로판, 티오판, 디메틸포스파이트의 SEM 사진도 아크릴로니트릴의 SEM 사진과 비슷하였다.
도 2는 글래스 비드의 SEM 사진이며, 도 2A는 코팅되지 않는 글래스 비드의 50 배 SEM 사진이며, 도 2B는 코팅되지 않는 글래스 비드의100,000 배 SEM 사진이며, 도2C는 아크릴로니트릴로 표면 개질된 글래스 비드의 100,000 배 SEM 사진이다. 도 2A 및 2B에서 글래스 비드의 지름은 대략 100-120 μm이며, 대략 20 nm 이하의작은 입자와 대략 100 nm 의 큰 입자가 관찰되었다. 한편, 도 2C에서 플라즈마 중합 코팅에 의해 표면 개질된 글래스 비드에는 대략 20 nm 이하의 작은 입자가 관찰되지 않았다. 글래스 비드의 표면 에너지가 높기 때문에 글래스 비드의표면에서 균일하게 단량체가 코팅될수 있다. 이외에도, 글래스 비드에대한 아크릴산, 1,3 디아미노프로판, 티오판, 디메틸포스파이트의 SEM 사진도 아크릴로니트릴의 SEM 사진과 비슷하였다.
도 3은 플라즈마 중합된 코팅제의 작용기에 대한 IR 그래프이다. 1,3-디아미노프로판은 1200(C-N), 1660(N-H, bending), 2950(C-H), 3340(N-H, strethcing)에서 각각 피크를 나타냈다. 아크릴산은 1750(C=O), 2950(C-H), 3600(O-H)에서 각각 피크를 나타냈다. 아크릴로니트릴은 1520(N-H), 1650(C=N), 2950(C-H)에서 각각 피크를 나타냈다. 티오펜은 1050(S-O)에서 피크를 나타냈고, 디메틸포스파이트는 1200(P=O)에서 피크를 나타냈다.
활성탄과글래스 비드의 흡착 거동
플라즈마 중합 코팅에의해 표면 개질된 활성탄의 PAH에 대한 흡착 거동을 표 4에 나타냈고, 플라즈마 중합 코팅에 의해 표면 개질된 글래스 비드의 PAH에 대한 흡착 거동을 표 5에 나타냈다. ACN은 아크릴로니트릴, DAP는 1,3-디아미노프로판, ACA는 아크릴산, THIOP는 티오펜, DMP는 디메틸포스파이트를 의미한다.
[표 4]
Figure 112010019020401-pat00004
(ND: not detected)
코팅되지 않는 활성탄(as-received activated carbon)의 흡착거동 분석에서는 2 개의 PAH가 검출되지 않았다. 5 개의 단량체 중 아크릴산이 사용되었을 때, 6 개의 PAH가 검출되지 않았으며, 가장 우수한 흡착 거동을 나타냈다. 아크릴산은 OH, C-O, C=O 등의 아크릴레이트 작용기가 강한 극성을 갖는 작용기이므로, 가장 우수한 흡착 거동을나타낼 수 있다. 아크릴로니트릴은 5 개의 PAH, 티오펜은 4 개의 PAH, 디메틸포스파이트와 1,3-디아미노프로판은 각각 3 개의 PAH가 검출되지 않았다.
[표 5]
Figure 112010019020401-pat00005
(ND: not detected)
코팅되지 않는 글래스비드(as-received glass bead)의 흡착거동 분석에서는 10 개의 PAH가 검출되었다. 5 개의 단량체중 아크릴로니트릴이 사용되었을 때, 9 개의 PAH가 검출되지 않았으며, 가장 우수한 흡착 거동을 나타냈다. 아크릴로니트릴은 C=N 작용기가 매우 강한 극성을갖는 작용기이므로, 가장 우수한 흡착 거동을 나타낼 수 있다. 1,3-디아미노프로판, 아크릴산, 티오펜, 디메틸포스파이트는 모두 7 개의 PAH가 검출되지 않았으며, 유사한흡착 거동을 나타냈다. 글래스 비드가불활성이며 딱딱한 표면을 가졌으며, 높은 충전 밀도를 가졌기때문에, 플라즈마 중합 코팅에의해 표면 개질된 글래스 비드의흡착 거동은 매우 우수할 수 있다.
코팅되지 않는 활성탄은 표면에OH, C-O, C=O 작용기가 있지만, 코팅되지 않는 글래스 비드의 표면에는 OH 작용기만 있으므로, 코팅되지 않는 활성탄이 미반응글래스 비드보다 흡착 거동이더 우수할 수 있다. 하지만, 활성탄은 충전 밀도가 낮고 그 표면이 부드럽고, 글래스 비드는 충전 밀도가 높고 그 표면이 불활성이며 딱딱하기 때문에, 플라즈마 중합 코팅에 의해 표면 개질을 할 경우, 글래스 비드가 활성탄보다 우수한흡착 거동을 나타낼 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
1: 담배 10: 기판
20: 단량체 30: 흡착제
110: 주입구 120: 진공부재
130: 전원장치 140: 전극
150: 유전체
200: 흡연 장치 210: 흡연부
213: 글래스 홀더 215: 유리솜
217: 흡기홀 230: 상부 하우징
240: 필터부 250: 하부 하우징
260: 밸브 270: 펌프

Claims (18)

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  13. 글래스비드를 포함하고,
    아민계 화합물, 아크릴레이트계 화합물, 아크릴로니트릴계 화합물, 티오펜계 화합물, 포스파이트계 화합물, 피롤계 화합물및 알릴알코올계 화합물로 이루어져 있는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 단량체로부터 중합되어 있는 중합체가 상기 글래스비드의 표면에 코팅되어 있으며, 상기 중합체가 코팅되어 있는 상기 글래스비드는 담배 연기에 포함되어 있는 안트라센(anthracene)을 흡착하여 상기 안트라센이 검출되지 않게 하는 담배 필터.
  14. 제13항에서,
    가소제를 6 % 이하로 더 포함하는 담배 필터.
  15. 제13항에서,
    상기 담배 필터는 하나 이상의 필터부를 포함하는 다중 필터이며, 상기 글래스비드는 하나 이상의 상기 필터부에 포함되어 있는 담배 필터.
  16. 제15항에서,
    상기 필터부는 하나 이상의 공극(cavity)을 포함하며, 상기 글래스비드는 상기 공극 안에 위치하는 담배 필터.
  17. 제15항에서,
    상기 담배 필터는 아세테이트, 종이 또는 이들 모두를포함하는 담배 필터.
  18. 아민계 화합물, 아크릴레이트계 화합물, 아크릴로니트릴계 화합물, 티오펜계 화합물, 포스파이트계 화합물, 피롤계 화합물 및 알릴알코올계 화합물로 이루어져 있는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 단량체로부터 중합되어 있는 중합체가 글래스비드의 표면에 코팅되어 있으며, 상기 중합체가 코팅되어 있는 상기 글래스비드는 담배 연기에 포함되어 있는 안트라센(anthracene)을 흡착하여 상기 안트라센이 검출되지 않게 하고, 상기 글래스비드를 포함하는 필터 권지.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4465576A (en) 1982-03-24 1984-08-14 Agency Of Industrial Science & Technology Method for surface treatment of carbon catalyst
WO2005099894A1 (en) * 2004-04-15 2005-10-27 Plasso Technology Limited Reversible binding surface
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