KR101808561B1 - 화생방작용제용 흡착제 및 이에 의한 유독물질용 흡착필터, 그리고 이에 의한 유독물질용 보호복 및 이를 위한 유독물질용 흡착필터의 제조공정 - Google Patents

화생방작용제용 흡착제 및 이에 의한 유독물질용 흡착필터, 그리고 이에 의한 유독물질용 보호복 및 이를 위한 유독물질용 흡착필터의 제조공정 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화생방작용제용 흡착제, 이에 의한 원단 및 이를 위한 제조공정에 관한 것이다. 본 발명은, 메트릭스; 상기 메트릭스에 혼합되고, 유독물질을 수착하는 분말 활성탄; 상기 활성탄이 혼합된 상기 메트릭스에 혼합되는 용매; 및 상기 용매와 함께 상기 메트릭스에 혼합되어 상기 활성탄에 응착되는 다수의 미립자로 구성되고, 경화되는 상기 메트릭스에서 추출되어 제거됨에 따라 상기 메트릭스에 기포형태의 공동으로 이루어진 기공을 제공하는 가용성 미립자 필러;를 포함한다. 본 발명은, 미립자 필러를 통해 활성탄의 외주면에 기공을 제공할 수 있다.

Description

화생방작용제용 흡착제 및 이에 의한 유독물질용 흡착필터, 그리고 이에 의한 유독물질용 보호복 및 이를 위한 유독물질용 흡착필터의 제조공정{ABSORBENT FOR CBRN-AGENT AND ADSORPTION FILTER FOR TOXIC AGENT THEREBY, AND PROTECTIVE SUIT FOR TOXIC-AGENT AND FILTER MANUFACTURING METHOD THEREFOR}
본 발명은 화생방작용제용 흡착제 및 이에 의한 유독물질용 흡착필터, 그리고 이에 의한 유독물질용 보호복 및 이를 위한 유독물질용 흡착필터의 제조공정에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 활성탄이 균일하게 형성되어 유독물질의 흡착성능이 향상되고, 세탁 시 활성탄이 탈락하지 않아 세탁 후 재사용할 수 있는 화생방작용제용 흡착제 및 이에 의한 유독물질용 흡착필터, 그리고 이에 의한 유독물질용 보호복 및 이를 위한 유독물질용 흡착필터의 제조공정에 관한 것이다.
일반적으로 현대전에서 대량 살상무기의 개발과 보유국가가 증가함에 따라 인체나 장비를 보호할 수 있는 제품들이 요구되고 있다. 대량 살상무기 중 화학무기는 생산비용이 저가이며, 소형화된 제조설비로 빠른 시간 내에 대량 생산이 가능하고 상대적으로 관리 취급이 용이함과 동시에 위협도가 매우 크다.
이에 따라, 인체를 보호할 수 있는 각종 보호 장비들, 예컨대 CBRN(chemical, bacteriological, radiological, or nuclear/화생방 또는 핵)에 사용되는 화생방 보호복 및 방독면 등이 요구되고 있다. 화생방 보호복의 종류에는 공기의 통기성으로 구분하여 크게 통기성 보호복 및 불통기성 보호복으로 나뉠 수 있다.
불통기성 보호복의 경우 외부의 유체가 출입할 수 없도록 차단하는 보호복으로 유독물질에 대한 방호는 뛰어나지만, 체내에서 방출하는 수증기와 열기를 외부로 방출하기 어렵다는 치명적인 단점을 지니고 있다.
반면, 통기성 보호복은 불통기성 보호복과는 달리 어느 정도의 유체 출입이 진행되며, 유독물질이 인체에 직접적인 영향을 준다고 여겼기 때문에 유독물질을 흡착하여 걸러낼 수 있는 활성탄이 포함된 원단과 그 위에 위장성능이 부여된 원단을 적용한 이중 구조를 채택하고 있다.
이러한 통기성 보호복의 선행기술로는 한국등록특허 제10-1041415호의 "유연성이 개선된 화학방호복용 원단", 한국등록특허 제10-1146573호의 "흡착 여과 재료", 한국등록특허 제10-1406311호의 "화생방 보호의용 원단 및 이에 의한 화생방 보호의"가 있다.
이러한 선행기술에 따르면, 기체 및/또는 액체로 이루어진 유체상태의 유독물질로부터 인체를 보호하기 위해 폴리에스터 계열의 섬유 소재 등에 라텍스 고무 등이 얇게 도포된 상태의 직물을 사용하여 내피를 보호하고 액체 및 고체 상태의 유독물질을 일차적으로 차단하는 역할을 하는 외피와, 접착제를 사용하여 활성탄으로 표면이 처리됨에 따라 유독물질을 흡착하여 제거할 수 있는 내피로 구성된다.
특히, 전술한 선행기술들은 미세한 기공을 갖는 다공성 구슬의 형태로 성형된 수착제를 내피와 외피 사이에 마련함으로써, 유독물질을 흡착하여 걸러내게 된다.
그러나, 전술한 바와 같은 선행기술은 수착제가 구슬의 형태를 갖기 때문에 구슬들 사이에 간극이 형성되어 상기 간극을 통해 유독물질이 필터링되지 않고 침투되는 문제가 있다.
또한, 상기와 같이 수착제가 구슬의 형태로 외피와 내피 사이에 마련됨에 따라 구슬형 수착제의 상부 및 하부만이 외피 및 내피에 부착되므로 세탁 시 구슬형 수착제가 외피와 내피로부터 탈락되는 현상이 발생할 수 있어서 수차례에 걸쳐 세탁을 실시할 경우 유독물질의 흡착성능이 현저하게 감소하는 문제가 발생할 수 있다.
아울러, 수착제를 구슬의 형태로 제조하여야 하므로 제조비용이 과도하게 소요되고, 제조가 매우 까다롭기 때문에 제조비용이 상승하며, 중량이 증가할 뿐만 아니라 중량의 증가에 의해 보호복으로 사용될 경우 활동성이 저하되는 문제도 있다.
따라서, 전술한 문제를 해결하고자, 최근 구슬 형태의 수착제가 아닌 분말형의 활성탄을 적용한 제품이 국내(대한민국)에서 출시된 바가 있다. 이러한 제품은 활성탄 분말을 부직포와 같은 원단에 단순히 살포한 후 가압한 것에 불과하여 착용 후 활동시 다량의 활성탄이 원단에서 이탈되는 문제가 있고, 이에 더하여 세탁시 활성탄이 부분적으로 유실됨에 따라 재사용이 불가하다는 문제가 있다.
이러한 제품은 활성탄이 분말형태이므로 접착제를 사용하여 원단에 부착할 경우, 접착제의 내부로 활성탄이 매립됨에 따라 활성탄의 흡착기능을 발휘할 수 없고, 특히 접착제가 원단을 차폐하여 원단의 통기성이 상실되므로 어쩔 수 없이 활성탄을 원단에 단순히 살포한 것이다.
KR, B, 10-1041415, (2011.06.08) KR, B, 10-1146573, (2012.05.09) KR, B, 10-1406311, (2014.06.03)
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 활성탄이 균일하게 형성되어 인체에 유해한 화생방작용제나 화학물질 등과 같은 유독물질의 흡착성능이 향상되고, 세탁 시 활성탄이 탈락하지 않으며, 가공성이 우수한 제한적 통기 기능을 갖는 화생방작용제용 흡착제 및 이에 의한 유독물질용 흡착필터, 그리고 이에 의한 유독물질용 보호복 및 이를 위한 유독물질용 흡착필터의 제조공정을 제공하기 위함이 그 목적이다.
특히, 전술한 유독물질을 수착하여 여과하는 시트형태의 흡착필터를 성형할 수 있는 화생방작용제용 흡착제 및 이에 의한 유독물질용 흡착필터, 그리고 이에 의한 유독물질용 보호복 및 이를 위한 유독물질용 흡착필터의 제조공정을 제공하기 위함이 그 목적이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 화생방작용제용 흡착제는, 유독물질을 수작하는 분말 활성탄; 상기 분말 활성탄이 혼합되고, 액상에서 고상으로 경화되는 열경화성 내지 열가소성 재질의 메트릭스; 상기 분말 활성탄이 혼합된 상기 메트릭스에 혼합되는 용매; 및 상기 용매와 함께 상기 메트릭스에 혼합되어 상기 분말 활성탄에 응착되는 다수의 미립자로 구성되고, 경화되는 상기 메트릭스에서 추출되어 제거됨에 따라 상기 메트릭스에 기포형태의 공동으로 이루어진 기공을 제공하는 가용성의 미립자 필러;를 포함한다.
이러한 흡착제는 예컨대, 상기 메트릭스가 상기 분말 활성탄 100중량부에 대해 24 내지 75중량부로 혼합되며, 상기 용매가 상기 분말 활성탄 100중량부에 대해 106 내지 205중량부로 혼합되고, 상기 가용성의 미립자 필러가 상기 분말 활성탄 100중량부에 대해 0.2 내지 57중량부로 혼합될 수 있다.
이와 달리, 전술한 흡착제는 예컨대, 5 내지 70 wt%의 상기 활성탄에 혼합되는 5 내지 30 wt%의 상기 메트릭스, 상기 메트릭스에 혼합되는 0.1 내지 20wt%의 미립자 필러 및 잔부의 용매로 구성될 수도 있다.
상기 메트릭스는 예컨대, 탄성, 친수성, 내약품성, 내열성 및 내습성 중 적어도 어느 하나를 갖는 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 용매는 예컨대, 가열에 의해 증발되거나 건조 내지 소산되는 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 활성탄은 0.1㎛ 내지 300㎛의 입도로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 흡착제는, 상기 활성탄이 혼합된 상기 메트릭스에 첨가되어 상기 메트릭스의 유동성을 조절하는 첨가물;을 더 포함할 수 있다.
상기 첨가물은 예컨대, 상기 활성탄 100중량부에 대해 0.1 내지 50중량부로 혼합되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 흡착필터는, 베이스 레이어; 및 전술한 흡착제로 구성되고, 상기 베이스 레이어의 적어도 일면에 도포되어 유독물질을 수착하는 후막형태의 흡착층을 제공하는 필터 레이어;를 포함한다.
상기 필터 레이어는, 상기 베이스 레이어의 일면을 방수하면서 공기의 투과를 허용하는 크기로 이루어진 기공이 형성될 수 있다.
상기 필터 레이어는, 상기 베이스 레이어에 이격상태로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 필터 레이어는, 상기 베이스 레이어의 양면에 서로 교호된 상태를 이루면서 제각기 이격상태로 형성되는 것을 특히 바람직하다.
본 발명에 의한 제조공정은, 전술한 흡착제로 도막제를 제조하는 도막제 제조단계; 상기 도막제를 베이스 레이어의 일면에 도포하여 흡착층을 제공하는 필터 레이어를 상기 베이스 레이어에 후막형태로 인쇄하는 인쇄단계; 상기 필터 레이어를 경화시켜서 상기 베이스 레이어의 일면에 상기 필터 레이어에 의한 시트형태의 흡착층을 성형하는 성형단계; 및 상기 필터 레이어를 형성하는 흡착제에서 다수의 미립자로 이루어진 미립자 필러를 추출하여 추출된 상기 미립자 필러에 의해 기포형태의 공동으로 이루어진 기공을 상기 필터 레이어에 형성하는 기공형성단계;를 포함한다.
상기 인쇄단계는 예컨대, 상기 베이스 레이어에 인쇄 스크린을 간극의 간격으로 배치하는 스크린 배치단계; 상기 스크린에 상기 흡착제로 이루어진 상기 도막제를 도포하는 도포단계; 및 상기 도막제를 가압하여 상기 스크린으로 투과시켜서 상기 베이스 레이어의 표면에 상기 도막제를 전사시키는 전사단계;를 포함하여 구성할 수 있다.
상기 인쇄단계는 예컨대, 상기 도막제를 그라비아 인쇄판의 인쇄면에 도포시키는 도막제 도포단계; 상기 그라비아 인쇄판을 상기 베이스 레이어에 대향시키는 인쇄판 세팅단계; 및 상기 그라비아 인쇄판을 상기 베이스 레이어에 밀착시켜서 상기 인쇄면에 도포된 상기 도막제를 상기 베이스 레이어의 표면에 전사시키는 전사단계;를 포함하여 구성할 수 있다.
상기 인쇄단계는 예컨대, 상기 도막제를 인쇄기를 통해 상기 베이스 레이어의 일면에 도포하여 후막형태로 인쇄할 수 있다.
상기 성형단계는 예컨대, 상기 베이스 레이어에 인쇄된 상기 필터 레이어를 가열하여 시트형태로 고화시키는 가열단계; 및 상기 필터 레이어를 설정된 온도로 냉각시키는 냉각단계;를 포함하여 구성할 수 있다.
상기 기공형성단계는 예컨대, 상기 필터 레이어로부터 상기 미립자 필러를 추출하는 반응제에 상기 필터 레이어를 접촉시켜서 상기 반응제 및 상기 미립자 필러의 화학반응을 통해 상기 필터 레이어에서 상기 미립자 필러는 추출하는 미립자 필러 추출단계; 및 상기 반응제를 상기 필터 레이어에서 제거하는 반응제 제거단계;를 포함하여 구성할 수 있다.
이와 달리, 전술한 제조공정은, 유독물질을 수착하는 분말 활성탄이 혼합된 메트릭스를 주성분으로 하는 방화생작용제용 흡착제를 이용하여 도막제를 제조하는 도막제 제조단계; 상기 도막제가 도포되는 베이스 레이어의 표면에 돌기형태의 스페이서들을 이격상태로 성형하는 스페이서 성형단계; 상기 스페이서들 사이에 상기 도막제를 충전하여 상기 도막제로 이루어진 필터 레이어를 상기 베이스 레이어에 후막의 형태로 인쇄하는 인쇄단계; 상기 필터 레이어를 경화시켜서 상기 베이스 레이어의 표면에 상기 필터 레이어에 의한 시트형태의 흡착층을 성형하는 필터 성형단계;를 포함하여 구성할 수 있다.
상기 도막제 제조단계는 예컨대, 상기 메트릭스에 용매를 투입하는 용매 혼합단계; 상기 분말 활성탄에 응착되는 다수의 미립자로 구성되고, 경화되어 상기 필터 레이어에서 추출되어 제거됨에 따라 상기 필터 레이어에 기포형태의 공동으로 이루어진 기공을 제공하는 가용성의 미립자 필러를 투입하는 단계; 및 상기 용매 및 미립자 필러가 투입된 상기 메트릭스를 상기 분말 활성탄과 함께 교반하여 혼합하는 교반단계;를 포함하여 구성할 수 있다.
상기 도막제 제조단계는, 상기 메트릭스의 유동성을 조절하는 첨가물이 첨가되는 첨가물 첨가단계;를 더 포함할 필요가 있다.
상기 스페이서 성형단계는 예컨대, 상기 도포제가 도포되는 상기 베이스 레이어의 표면에 도포되어 상기 필터 레이어의 두께에 해당하는 높이로 성형되고, 액상에서 고상으로 경화하는 상변환물질을 준비하는 상변환물질 준비단계; 상기 상변환물질을 상기 베이스 레이어의 표면에 이격상태로 도포하는 상변환물질 도포단계; 및 상기 상변환물질을 경화시켜서 상기 베이스 레이어에 돌기형태의 스페이서들을 제공하는 경화단계;를 포함하여 구성할 수 있다.
상기 상변환물질 준비단계는, 상기 도포제나 액형의 우레탄, 에폭시, 나일론, 아크릴 또는 콜로이드나 패이스트 형태의 활성탄 원료를 상기 상변환물질로 준비하는 것이 바람직하다.
상기 상변환물질 도포단계는, 상기 상변환물질을 상기 베이스 레이어의 표면에 도트나 메쉬형태로 도포하여 상기 상변환물질을 상기 베이스 레이어의 표면에서 이격시키는 것을 특징으로 한다.
상기 인쇄단계는 예컨대, 상기 도막제가 투과되는 인쇄 스크린을 상기 스페이서에 안착시키는 스크린 안착단계; 및 상기 베이스 레이어에 상기 필터 레이어를 형성되도록, 상기 스크린에 상기 도막제를 투과시켜서 상기 스페이서들 사이를 상기 도막제로 충전하는 도막제 충전단계;를 포함하여 구성할 수 있다.
상기 도막제 충전단계는 예컨대, 상기 스크린에 상기 흡착제로 이루어진 상기 도막제를 도포하는 도포단계; 및 상기 도막제를 가압하여 상기 스크린으로 투과시켜서 상기 베이스 레이어의 상기 스페이서들 사이에 상기 필터 레이어를 위한 상기 도막제를 전사시키는 전사단계;를 포함하여 구성할 수 있다.
상기 인쇄단계는, 상기 스페이서들 사이에 인쇄기로 상기 도막제를 도포하여 충전할 수도 있다.
본 발명에 의한 흡착필터는 전술한 공정으로 제조된 후 유독물질 보호복으로 제조될 수 있다.
본 발명은, 분말형의 활성탄이 혼합된 메트릭스가 경화되어 시트형태를 형성하므로 활성탄이 균일하게 배열되어 유독물질의 흡착성능이 향상되고, 세탁 시 활성탄이 탈락하지 않으므로 오염된 화학보호복과 같은 유독물질 보호복의 원단을 세탁 후 재사용할 수 있을 뿐만 아니라 보호복의 원단이 구겨지거나 세탁하더라도 화생방작용제용 흡착제 및 활성탄이 보호복의 원단으로부터 탈락되지 않으며, 활동시의 구김이 심한 보호복의 외피 또는 내피에 마련되어도 경화된 메트릭스의 탄성력에 의해 착용감이 향상된다.
특히, 다수의 미립자로 구성된 가용성의 미립자 필러가 메트릭스에서 추출되어 메트릭스에 기포형태의 공동으로 이루어진 미세 기공을 제공하므로 활성탄과 연통되는 기공을 통해 활성탄에 유독물질을 안내할 수 있으며, 이에 따라 활성탄의 표면이 메트릭스로 차폐되는 것이 최대한 방지됨에 따라 활성탄의 비표면적을 최대한 안정적으로 확보할 수 있다.
그리고, 메트릭스가 탄성, 친수성, 내약품성, 내열성 및 내습성을 갖는 물질로 구성되므로 탄성력 제공을 통해 전술한 바와 같이 착용감을 향상시킬 수 있고, 친수성에 의해 가용성을 확보할 수 있으며, 내약품성과 내열성 및 내습성에 의해 내화학성 및 열에 대한 내구성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 방수성도 향상시킬 수 있으며, 이를 위해 저온경화 조건에서도 섬유와의 접착력을 위해 환경친화적인 수계의 우레탄이 단독으로 사용되거나, 추가적으로 요구되는 물성에 따라 내습성과 경도 및 성형성이 우수한 아크릴이나 멜라민 수지, 접착성과 강도 및 내약품성과 내열성을 갖는 에폭시, 실리콘, 페놀, 폴리아믹산 등이 혼합되어 사용될 수 있다.
또, 증발되거나 건조 내지 소산되는 용매에 의해 메트릭스 및 이에 의한 시트형태의 필터 레이어에 미세한 다공형의 포어(Pore)를 제공하여 메트릭스에 내장된 활성탄, 즉 필터 레이어에 내장된 활성탄에 전술한 기공과 함께 유독물질을 공급할 수 있으므로 수착성능을 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 활성탄이 0.1㎛ 내지 300㎛의 크기로 구성되어 유효면적이 우수하므로 활성탄의 수착성능을 향상시킬 수 있다.
아울러, 첨가물이 첨가되므로 도막제의 인쇄성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 분산성과 안정성 등의 물성도 향상시킬 수 있다.
게다가, 유독물질을 흡착하는 필터 레이어가 베이스 레이어에 후막형태로 형성되므로 필터 레이어 및 베이스 레이어로 이루어진 흡착필터를 1장의 원단형태로 용이하게 제조할 수 있고, 필터 레이어가 베이스 레이어에 이격상태로 형성될 경우 필터 레이어의 강성이 부분적으로 약화되므로 원단형태로 이루어진 흡착필터의 유연성을 좀더 확보할 수 있으며, 필터 레이어가 베이스 레이어의 양면에 교호상태로 형성될 경우 원단형 흡착필터의 유연성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 베이스 레이어의 양측에서 유독물질을 여과할 수 있다.
아울러, 도막제에 의한 필터 레이어를 베이스 레이어에 인쇄한 후 경화시켜서 필터 레이어를 시트형태로 베이스 레이어에 일체적으로 성형하므로 원단형태의 흡착필터를 용이하게 제조할 수 있고, 필터 레이어를 스크린 인쇄나 그라비아 인쇄를 통해 베이스 레이어에 인쇄하므로 박막으로 인쇄가 가능하며, 인쇄된 필터 레이어를 가열하여 경화시키므로 필터 레이어를 단시간에 안정적으로 성형할 수 있다.
더욱이, 미립자 필러와 화학반응하는 반응제에 필터 레이어를 접촉시켜서 미립자 필러를 추출하여 제거하므로 미립자 필러를 용이하게 제거할 수 있다.
덧붙여, 베이스 레이어에 돌기형태의 스페이서들을 성형한 후 인쇄하므로 필터 레이어의 두께를 용이하게 증가시킬 수 있고, 상변환물질을 이용하여 스페이서를 성형하므로 스페이서를 용이하게 형성할 수 있으며, 상변환물질이 도트 내지 메쉬형태로 베이스 레이어에 도포되므로 스페이서들 간의 간격을 용이하게 이격시킬 수 있을 뿐만 아니라 스페이서들 사이에 도막제를 용이하게 충전시킬 수 있다.
마지막으로, 전술한 바와 같은 흡착필터로 유독물질 보호복을 제조할 경우 미립자 필러에 의해 기공이 확보되는 활성탄으로 인하여 유독물질을 정화시킬 수 있고, 반복적인 세탁에도 활성탄이 유실되지 않으며, 필터 레이어의 유연성에 의해 착용감이 우수하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 화생방작용제용 흡착제 및 원단을 도시한 종단면도;
도 2는 도 1에 도시된 흡착제를 도시한 개념도;
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 유독물질용 흡착필터의 제조공정을 도시한 블럭도;
도 4는 도 1에 도시된 베이스 레이어를 도시한 종단면도;
도 5는 도 4에 도시된 베이스 레이어에 필터 레이어가 형성되는 과정을 도시한 종단면도;
도 6은 도 1에 도시된 원단의 실시예를 도시한 개념도;
도 7은 도 1에 도시된 원단의 다른 실시예들을 도시한 개념도;
도 8은 도 3의 제조공정에 적용되는 스크린 인쇄의 조건을 도시한 조건표;
도 9는 도 3의 제조공정에 의해 제조된 흡착필터의 실험결과를 도시한 결과표;
도 10은 도 3의 제조공정에 의해 제조된 흡착필터의 성능시험 평가방법을 도시한 플로우차트; 및
도 11은 도 3의 제조공정에 의해 제조된 흡착필터의 세탁과정을 도시한 플로우차트이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예에 의한 화생방작용제용 흡착제는, 도 1에 도시된 바와 같이 분말 활성탄(11), 메트릭스(12), 용매(S) 및 미립자 필러(A)를 포함한다.
메트릭스(12)는 활성탄(11)이 혼합되고, 액상에서 고상으로 경화되는 열경화성 내지 열가소성 재질의 겔이나 콜로이드로 구성되며, 경화되어 후술되는 바와 같이 시트형태의 흡착층을 제공한다. 이러한 메트릭스(12)는 예컨대, 저온경화 조건에서도 섬유와의 접착력이 우수하여 섬유에 대한 부착성이 우수하고, 흡착층에 탄성을 부여함으로써 후술되는 본 발명의 실시예에 의한 흡착필터의 내구성을 향상시키는 환경친화적인 수계의 우레탄이 단독으로 사용되거나, 추가적으로 요구되는 물성에 따라 내습성과 경도 및 성형성이 우수한 아크릴 또는 멜라민 수지, 그리고 접착성과 강도 및 내약품성과 내열성을 갖는 에폭시, 실리콘, 페놀 및 폴리아믹산 등이 단독 또는 혼합되어 사용될 수 있다. 메트릭스(12)는 경화시 활성탄(11)을 결속하여 활성탄(11)의 유동을 방지한다. 즉, 메트릭스(12)는 바인더의 역할을 한다.
활성탄(11)은 도 1에 도시된 바와 같이 메트릭스(12)에 혼합되어 다공(미도시)을 통해 유독물질을 수착한다. 즉, 활성탄(11)은 인체에 유해한 화생방작용제나 화학물질과 같은 유독성 화학물질, 특히 액상이나 기상의 유독성물질을 수착하여 여과한다. 활성탄(11)은 액상의 메트릭스(12)에 용이하게 혼합되도록 분말로 구성된다.
활성탄(11)은 예컨대, 그래핀(graphene), 흑연, 금속산화물(Al2O3, Fe2O3, SiO2, MgO, CaO, TiO2, ZnO, V2O5) 중 단독 또는 2종 이상이 혼합되어 사용될 수 있다. 그리고, 활성탄(11)은 유독물질의 종류에 따른 선택적 흡착성능을 강화시킬 수 있도록 Cu, Ag, Fe, Ce를 함유할 수 있다.
활성탄(11)은 전술한 바와 같이 저온 경화가 가능하며 연성이 우수하여 특히 탄성을 요구하는 제품에 주로 적용되는 우레탄 수지, 내습성과 경도 및 성형성이 우수한 아크릴, 멜라민 수지, 또는 접착성과 강도와 내약품성 및 내열성을 갖는 에폭시, 실리콘, 페놀, 폴리아믹산 중 적어도 어느 하나로 이루어진 메트릭스(12)에 혼합된다.
활성탄(11)은 0.1㎛ 내지 300㎛의 입도(미립자의 크기)로 형성되는 것이 바람직하다. 활성탄(11)은 입자의 크기가 작을수록 흡착을 위한 유효면적이 우수하므로 작을수록 좋다. 활성탄(11)은 코코넛계 보다는 석탄계로 구성되는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 활성탄(11)은 코코넛계로 구성될 경우 후술되는 열처리 공정시 열적 스트레스에 취약하므로 열적 스트레스에 강한 석탄계로 구성하는 것이 바람직하다.
용매(12)는 도 1에 도시된 바와 같이 메트릭스(11)에 혼합되어 메트릭스(11)가 너무 빨리 경화되는 것을 방지한다. 용매(S)는 예컨대, 다른 성분과 상용성이 있고 경화 및 작업 조건에 적합한 물성을 갖는 적어도 하나의 물질로 구성될 수 있다. 이러한 용매(S)는 후술되는 바와 같은 열처리 공정시 열에 의해 증발되거나 건조 내지 소산되는 물질로 구성되는 것이 바람직하다. 그리고, 용매(S)는 메트릭스(12)와의 상용성이 있고, 작업성을 위해 요구되는 시간 동안에는 잔존하는 물질로 구성되는 것이 바람직하다. 용매(S)는 예컨대, 알콜이, 물, 에틸렌글리콜, 부틸카비톨, 부틸셀루솔부, 터피네올 중에 적어도 어느 하나로 구성할 수 있다. 즉, 용매(S)는 열거된 물질들을 단독 또는 혼합하여 구성할 수 있다.
용매(S)는 메트릭스(12)의 경화시 증발되거나 건조 내지 소산되면서 경화된 메트릭스(12)에 땀구멍과 같이 미세한 다공형의 포어(Pore)를 제공한다. 따라서, 메트릭스(12)는 포어를 통해 유독물질을 활성탄(11)으로 공급할 수 있다.
미립자 필러(A)는 다수의 미립자로 구성되며, 도 1에 도시된 바와 같이 활성탄(11) 및 용매(S)와 함께 메트릭스(12)에 혼합된다. 미립자 필러(A)는 메트릭스(12)에 용이하게 혼합되도록 가용성이 우수한 물질로 구성되는 것이 바람직하다. 미립자 필러(A)는 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 활성탄(11)의 외주면에 응착되며, 메트릭스(12)가 경화된 후 메트릭스(12)에서 추출되어 제거된다. 이때, 미립자 필러(A)는 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 활성탄(11)의 외주면에 기포형태의 공동으로 이루어진 기공(H)을 제공한다. 즉, 기공(H)은 미립자 필러(A)가 제거됨에 따른 미립자 필러(A)의 빈자리로 인해 메트릭스(12)의 내부에 도 12에 도시된 바와 같은 기포형태의 미세한 동공들을 형성하여, 즉, 미세기공들을 형성하여 활성탄(11)의 외주면에 유독물질을 안내하는 통로를 제공한다. 따라서, 활성탄(11)은 메트릭스(12)에 혼합되어도 기공(H)에 의해 유독물질과 접촉되는 수착면적, 즉 비표면적(노출면적)이 확장되므로 흡착성능이 향상된다.
미립자 필러(A)는 용매(S)와 동일 내지 대동소이한 입도를 갖거나, 용매(S)와 상이한 입도(크거나 작음)를 갖는 액상 또는 액화 기체로 이루어진 물질이다. 이러한 미립자 필러(A)는 용매(S)와 같이 메트릭스(12)의 경화시 증발하거나 건조 내지 소산되면서 메트릭스(12)에서 추출될 수 있다. 이와 달리, 미립자 필러(A)는 별도의 추출용매, 즉 반응제에 접촉되어 반응제와의 화학반응을 통해 메트릭스(12)에서 추출될 수도 있다. 미립자 필러(A)는 예컨대, 암모니아나 프레온 또는 염소, 질소, 이산화탄소 중 적어도 어느 하나로 구성할 수 있다. 즉, 미립자 필러(A)는 액상 및/또는 기상의 물질로 구성될 수 있다.
여기서, 전술한 기공(H)은 미립자로 구성된 미립자 필러(A)의 공동에 의해 형성되므로 경화된 메트릭스(12)로 물이 투과하는 것을 방지하면서 공기와 같은 기체의 투과를 허용하는 크기로 형성된다. 따라서, 기공(H)은 활성탄(11)으로 사실상 기체형태의 유독물질을 안내한다. 하지만, 기공(H)은 증기형태로 이루어진 액상의 유독물질도 활성탄(11)으로 안내할 수 있다.
결론적으로, 미립자 필러(A)는 미세기공을 제공하되, 공기만을 투과시킬 수 있는 미세기공의 제공이 가능한 크기로 이루어진 미립자로 구성되고, 경화된 메트릭스(12)에서 제거되어 메트릭스(12)에 미세기공을 제공하는 기공형성 물질이다. 그리고, 메트릭스(12)는 인쇄공정에 의해 도 5 및 도 14에 도시된 바와 같이 도막형태의 시트로 형성될 경우, 미립자 필러(A) 및 용매(S)에 의한 미세 포어 및 공동(미세기공)에 의하여 통기성이 확보된다.
한편, 활성탄(11)은 미립자 필러(A)가 메트릭스(12)에 혼합되지 않을 경우 외주면이 메트릭스(12)에 의해 차폐되고, 일부만이 전술한 용매(S)의 포어에 의해 개방된다. 하지만, 활성탄(11)은 메트릭스(12)에 미립자 필러(A)가 혼합된 후 제거될 경우, 도 12에 도시된 바와 같이 외주면에 전술한 기공(H)이 형성되므로 외주면의 개방면적이 용매(S)만 혼합된 경우보다 확장된다. 따라서, 활성탄(11)은 수착성능의 향상을 위해 메트릭스(12)에 미립자 필러(A)가 혼합되는 것이 매우 바람직하다.
다른 한편, 본 발명의 실시예에 의한 흡착제는 100중량부의 활성탄(11)에 대해 메트릭스(12)가 24 내지 75중량부로 혼합된다. 용매(S)는 100중량부의 활성탄(11)에 대해 106 내지 205중량부로 혼합된다. 미립자 필러(A)는 100중량부의 활성탄(11)에 대해 0.2 내지 57중량부로 혼합된다. 이를 위해, 흡착제는 약 5 내지 70 wt%의 활성탄(11), 약 5 내지 30 wt%의 메트릭스(12), 약 0.1 내지 20wt%의 미립자 필러(A) 및 잔부의 용매(S)가 혼합되어 제조된다. 용매(S)는 약 37wt% 내지 72wt%로 구성되는 것이 바람직하다.
활성탄(11)은 함량이 5wt% 미만일 경우 소망하는 흡착용량을 기대할 수 없고, 70wt%를 초과할 경우 인쇄성이 저하될 뿐만 아니라 세탁 내구성이 저하된다. 메트릭스(12)는 함량이 5wt% 미만일 경우 원단과의 접착력 저하로 세탁내구성에 문제가 있고, 함량이 30wt%를 초과할 경우 활성탄(11)의 비표면적 및 활성사이트에 영향을 주어 수착력이 저하되기 때문에 5 내지 30 wt%로 혼합되는 것이 바람직하다. 미립자 필러(A)는 0.1wt% 미만일 경우 원하는 기공(H)을 기대할 수 없고, 20wt%를 초과할 경우 메트릭스(12)의 점도가 높아져서 인쇄성을 저하시킬 수 있다. 용매(S)는 37wt% 미만일 경우 메트릭스(12)의 경화속도를 너무 빨리 촉진시키고, 72wt%를 초과할 경우 메트릭스(12)의 경화속도를 너무 과도하게 연장시킨다.
한편, 전술한 흡착제는 경우에 따라 메트릭스(12)의 유동성을 조절하는 첨가물이 더 포함될 수 있다. 첨가물은 예컨대, 계면활성제(음, 양, 중성이온 포함)로 구성할 수 있다. 첨가물은 흡착제에 의해 잉크형태로 제조되는 도막제의 인쇄성을 향상시키고, 분산성, 안정성 등의 물성을 조절한다. 특히, 첨가물은 활성탄(11)의 분산 특성을 향상시키고, 메트릭스(12)의 점도 및 유동성을 조절하여 보관시의 안정성과 코팅 또는 인쇄 시에 원활한 작업성과 인쇄성을 제공하며, 인쇄물의 표면 물성을 균일하게 유지시킨다.
첨가물은 100중량부의 활성탄(11)에 대해 0.1 내지 50중량부로 혼합되도록 약 0.035wt% 내지 17.5wt%로 구성되는 것이 바람직하다. 첨가물은 함량이 0.035wt% 미만일 경우 전술한 도막제의 요변성이 높아 원활한 인쇄가 불가능하고, 함량이 17.5wt%를 초과할 경우 요변성이 저하되어 작업성이 나쁠 뿐만 아니라 활성탄(11)의 외주면이 메트릭스(12)로 차폐되어 흡착성능이 저하된다.
이상과 같이 구성된 본 발명의 실시예에 의한 흡착제는, 메트릭스(12)에 용매(S)와 활성탄(11) 및 미립자 필러(A)가 제각기 투입된 후 교반에 의해 혼합되어 겔이나 콜로이드와 같은 액상의 도막제를 형성한다. 이때, 흡착제는 전술한 첨가물도 첨가된 후 혼합될 수도 있다.
도막제는 도 1에 도시된 바와 같이 면상의 베이스 레이어(20)에 도포된 후 경화되어 유독물질을 수착하는 필터 레이어(10)를 제공한다. 즉, 필터 레이어(10)는 도막제에 전술한 활성탄(11)이 내재됨에 따라 베이스 레이어(20)의 표면에 형성되는 전술한 시트형태의 흡착층이다. 필터 레이어(10)는 전술한 기공(H) 및 포어, 그리고 전술한 활성탄(11)을 통해 유독물질을 수착하여 정화된 공기만을 제한적으로 투과시킨다. 따라서, 베이스 레이어(20)는 표면에 후막형태로 이루어진 필터 레이어(10)가 일체적으로 구비된 흡착필터를 제공한다. 즉, 흡착필터는 필터 레이어(10)가 구비된 베이스 레이어(20)로 구성된다.
베이스 레이어(20)는 통기가능한 재질 또는 발수나 발유가 가능한 재질의 원단으로 구성될 수 있다. 베이스 레이어(20)는 예컨대 직물, 가죽, 합성 섬유, 스펀지 또는 부직포나 필름 또는 미세한 다수의 통기공이 형성된 멤브레인이나 메쉬원단으로 구성될 수 있다. 특히, 베이스 레이어(20)는 통기성 및 경량성을 갖는 부직포로 구성되는 것이 바람직하다.
필터 레이어(10)는 도 3에 도시된 바와 같이 요구되는 흡착성능에 따라 베이스 레이어(20)의 일면 또는 양면에 구비되어 유독물질을 여과할 수 있다. 필터 레이어(10)는 일반적인 흡착성능이 요구될 경우 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 베이스 레이어(20)의 일면에 마련되지만, 이보다 강한 흡착성능이 요구될 경우 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 베이스 레이어(20)의 양면에 마련될 수 있다. 이때, 베이스 레이어(20)는 양면에 필터 레이어(10)가 마련될 경우 2단계로 유독물질을 여과할 수 있다.
필터 레이어(10)는 후술되는 바와 같이 전술한 반응제와 접촉함에 따라 전술한 미립자 필러(A)가 제거되면서 전술한 다공형의 기공(H)이 구비된다. 그리고, 필터 레이어(10)는 전술한 용매(S)가 후술되는 열처리 공정에 의해 증발되거나 건조 내지 소산됨에 따라 전술한 다공형의 포어(미도시)가 형성된다. 이러한 포어 및 기공(H)은 베이스 레이어(20)로 기체를 통과시키는 반면, 물이나 습기의 투과를 방지하는 크기로 형성된다. 필터 레이어(10)는 포어 및 기공(H)으로 기상의 유독물질이 유입될 경우 메트릭스(12)에 결합된 활성탄(11)을 통해 유독물질을 여과한다. 하지만, 활성탄(11)은 증기와 같이 액화된 유독물질이 혹여 필터 레이어(10)의 내부로 유입되어도 이를 수착하여 여과할 수 있다.
필터 레이어(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 박형의 두께를 갖는 시트형태로 형성되고, 메트릭스(12)가 전술한 바와 같이 우레탄이나 실리콘 또는 수지와 같은 물질로 구성되므로 유연성 내지 탄성을 갖는다.
한편, 필터 레이어(10)는 전술한 흡착제로 이루어진 도막제가 베이스 레이어(20)의 표면에 도포되어 후막형태로 인쇄된 후 열처리에 의해 경화됨에 따라 베이스 레이어(20)의 표면에 시트형태로 구비된다.
필터 레이어(10)는 예컨대, 스크린 인쇄나 그라비아 인쇄 등에 의해 베이스 레이어(20)의 표면에 약 2㎛ 내지 100㎛의 두께로 형성된다. 이러한 두께는 인쇄특성 및 요구되는 수착성능에 의해 결정된다. 필터 레이어(10)는 예를 들어, 스크린 인쇄의 경우 약 5~100㎛ 가량의 두께로 인쇄될 수 있고, 그라비아 인쇄의 경우 약 0.5~5㎛ 가량의 두께로 인쇄될 수 있다.
필터 레이어(10)는 스크린 인쇄의 경우, 예컨대 도 5에 도시된 바와 같이 폴리 100 메쉬에 의해 100㎛ 두께의 인쇄가 가능한 인쇄 스크린(제판, 미도시)에 의해 3bar의 압력, 100mm/s의 인쇄속도, 80도의 스퀴지 경도, 75°의 스퀴지 각도, 3mm의 제판과 기판의 간격을 통해 베이스 레이어(10)에 인쇄될 수 있다. 이를 위해, 인쇄 스크린은 베이스 레이어(20)의 상부에 간극의 간격으로 배치(대향 배치)된 후, 상부에 액상의 도막제가 도포된다. 그리고, 인쇄 스크린은 스퀴지(미도시)에 의해 도막제가 가압되면서 전개됨에 따라 도막제가 메쉬의 미세망을 통해 하부로 투과되어 베이스 레이어(20)의 표면에 전사된다. 따라서, 베이스 레이어(20)는 표면에 필터 레이어(10)가 도막의 형태로 인쇄된다.
이와 달리, 필터 레이어(10)는 그라비아 인쇄의 경우, 일면에 미세한 다수의 요홈이 형성된 그라비아 인쇄판(미도시)의 인쇄면을 통해 베이스 레이어(20)의 표면에 후막의 면상으로 인쇄된다. 이를 위해, 전술한 도막제는 그라비아 인쇄판의 인쇄면에 도포된 후, 그라비아 인쇄판이 베이스 레이어(20)의 상부에 대향상태로 세팅된 상태에서 베이스 레이어(20)에 밀착되어 가압됨에 따라 베이스 레이어(20)의 표면에 전사된다. 따라서, 베이스 레이어(20)는 표면에 필터 레이어(10)가 도막의 형태로 인쇄된다.
필터 레이어(10)는 베이스 레이어(20)의 표면에 도트 또는 격자 내지 사선의 형태를 이루면서 이격상태로 조밀하게 인쇄될 수 있다. 즉, 필터 레이어(10)는 베이스 레이어(20)의 표면에 부분적으로 인쇄될 수 있다. 특히, 필터 레이어(10)는 베이스 레이어(20)의 양면에 이격상태로 인쇄될 경우, 도 15에 도시된 바와 같이 양면에서 서로 교호되는 상태로 엇갈리게 인쇄될 수 있다. 이때, 필터 레이어(10)는 베이스 레이어(20)를 투과하는 공기를 거의 완전하게 필터링할 수 있도록, 도 15의 (a)에 도시된 바와 같이 테두리가 서로 상응하는 상태로 베이스 레이어(20)의 양면에 제각기 인쇄될 수 있고, 이와 달리 도 15의 (b)에 도시된 바와 같이 양면 중 어느 하나에 인쇄된 테두리가 다른 면에 인쇄된 테두리 보다 크게 형성되어 약간 겹치도록 인쇄될 수도 있다. 필터 레이어(10)는 이렇게 베이스 레이어(20)의 양면에 엇갈리게 인쇄됨에 따라 일면의 이격된 틈새로 유입되는 유독물질을 베이스 레이어(20)의 타면에서 여과하므로 유입되는 유독물질을 사실상 모두 여과할 수 있다.
필터 레이어(10)는 섬유재 원단이나 필름 등에 인쇄가 가능한 미도시된 통상의 잉크젯이나 3D프린터와 같은 통상의 인쇄기를 통해 도막제가 베이스 레이어(20)의 일면에 도포됨에 따라 후막의 형태로 인쇄될 수도 있다. 이러한 경우 필터 레이어(10)는 신속하고 정밀하게 인쇄된다.
여기서, 전술한 필터 레이어(10)는 도 4에 도시된 바와 같이 스페이서(10a)를 통해 베이스 레이어(20)의 표면에 인쇄될 수도 있다. 스페이서(10a)는 도시된 바와 같이 도막제, 즉 필터 레이어(10)가 형성되기 전에 베이스 레이어(20)의 표면에 돌기형태로 형성된다. 스페이서(10a)는 도시된 바와 같이 복수로 구성되어 베이스 레이어(20)의 표면에 이격상태로 형성된다.
스페이서(10a)는 도시된 바와 같이 베이스 레이어(20)에 밀착되는 인쇄 스크린(SC)을 베이스 레이어(20)의 표면과 이격시킨다. 그리고, 스페이서(10a)는 전술한 방법에 의해 인쇄 스크린(SC)을 투과한 도막제가 도 5에 도시된 바와 같이 충전된다. 즉, 도막제는 이격된 스페이서(10a)들 사이의 틈새에 충전된다. 따라서, 도막제는 스페이서(10a)의 높이에 의해 두께가 결정된다.
결론적으로, 스페이서(10a)는 필터 레이어(10)의 두께를 증가시키기 위한 구성요소이다. 이를 좀더 자세히 설명하면, 전술한 스크린 인쇄방식은 인쇄 스크린(SC)의 특성상 베이스 레이어(20)에 인쇄되는 도막의 두께가 제한적이다. 하지만, 인쇄 스크린(SC)은 전술한 바와 같이 스페이서(10a)가 구비될 경우, 도막의 두께를 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 필터 레이어(10)는 스페이서(10a)에 의해 도막의 두께가 증가할 경우 베이스 레이어(20)의 표면에 더 두껍게 성형될 수 있다. 따라서, 필터 레이어(10)는 좀더 많은 양의 활성탄(11)과 미립자 필러(A) 및 용매(S)를 함유할 수 있어서 수착성능이 향상될 수 있다. 즉, 필터 레이어(10)는 좀더 많은 활성탄(11)과 기공(H) 및 포어가 형성되므로 흡착필터의 전체적인 비표면적이 확장됨에 따라 더욱 원활하게 유독물질을 여과할 수 있다.
한편, 도막제는 전술한 인쇄 스크린(SC) 대신 앞서 설명된 인쇄기에 의해 스페이서(10a)들 사이에 충전될 수도 있다. 따라서, 필테 레이어(10)는 베이스 레이어(20)의 표면에 신속하고 정밀하게 후막의 형태로 인쇄된다.
다른 한편, 스페이서(10a)는 액상에서 고상으로 경화하는 상변환물질로 구성된다. 스페이서(10a)는 예컨대, 전술한 도막제, 액형의 우레탄, 에폭시, 나일론, 아크릴 또는 콜로이드나 패이스트 형태의 활성탄 원료로 구성할 수 있다. 이러한 스페이서(10a)는 소망하는 필터 레이어(10)의 두께에 해당하는 높이를 가지면서 베이스 레이어(20)의 표면에 이격상태로 도포됨에 따라 베이스 레이어(20)의 표면에 돌기형태로 성형된다. 이때, 스페이서(10a)들은 베이스 레이어(20)의 표면에 도트나 메쉬형태로 도포됨에 따라 베이스 레이어(20)의 표면에서 이격될 수 있다. 그리고, 스페이서(10a)는 건조 또는 가열에 의해 경화됨에 따라 베이스 레이어(20)의 표면에 고착된다.
또 다른 한편, 스페이서(10a)에 의해 성형되는 필터 레이어(10)는 도시된 바와 달리 다층으로 구성될 수 있다. 이러한 경우, 필터 레이어(10)는 전술한 스페이서(10a)에 의한 인쇄방식으로 베이스 레이어(20)의 표면에 1층으로 인쇄된 후, 다시 그 위에 동일한 인쇄방식으로 또 다른 필터 레이어(10)가 인쇄되어 복층으로 성형될 수 있다. 즉, 베이스 레이어(20)는 스페이서(10a)가 성형된 후 표면에 1차 필터 레이어(10)가 성형되고, 이러한 1차 필터 레이어(10)의 표면에 반복적으로 또 다른 스페이서(10a) 및 2차 필터 레이어(10)가 순차적으로 다시 성형됨에 따라 복층의 필터 레이어(10)가 구비된다. 이에 따라, 필터 레이어(10)는 복층으로 구성되어 두께가 더욱더 증가될 수 있으며, 이로 인해 활성탄(11)의 함량도 함께 증가된다. 따라서, 이러한 필터 레이어(10)는 두께의 증가에 의해 유독물질의 투과시간이 지연됨에 따라 수착성능이 크게 향상된다.
예를 들어, 이러한 필터 레이어(10)는 약 30㎛의 두께로 1개의 층으로 형성될 경우 약 200mm2/g의 수착성능을 발휘하지만, 이러한 두께로 3개의 층으로 형성될 경우 3배의 두께에 의해 수착성능도 3배에 달하는 약 600mm2/g의 수착성능을 발휘한다. 따라서, 필터 레이어(10)는 요구되는 수착성능에 따라 단수 내지 복수의 층으로 구성될 수 있다.
결론적으로, 필터 레이어(10)는 스페이서(10a)에 의해 복수의 층으로 형성되어 실질적인 두께가 증가될 수 있으며, 이러한 두께의 확장에 의해 수착성능이 크게 강화될 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이 베이스 레이어(20)에 인쇄된 필터 레이어(10)는 약 80℃ 내지 200℃의 조건, 특히 120 내지 180℃의 조건에서 약 2분 내지 25분간, 특히 4분 내지 15분간 열처리(가열)됨에 따라 베이스 레이어(10)의 표면에서 경화되면서 베이스 레이어(20)의 표면에 시트형태로 부착된다. 이때, 전술한 용매(S)는 열처리 공정에 의해 증발되거나 소산된다.
필터 레이어(10)는 전술한 바와 같이 가열된 후 상온에 방치되어 냉각됨에 따라 베이스 레이어(20)의 표면에 안정적으로 고착된다. 이러한 필터 레이어(10)는 수냉식이나 냉기에 의해 급속냉각될 수 있으나 조직의 안정성 및 고착의 안정성을 위해 전술한 바와 같이 상온에서 공냉식으로 서냉시키는 것이 바람직하다. 따라서, 필터 레이어(10)는 베이스 레이어(20)에 사실상 합지됨에 따라 1장의 단일체를 이룬다. 즉, 필터 레이어(10) 및 베이스 레이어(20)는 1장으로 구성된 흡착필터를 제공한다.
한편, 냉각된 필터 레이어(10)는 전술한 반응제와 접촉됨에 따라 전술한 흡착제의 미립자 필러(A)가 추출되어 제거된다. 필터 레이어(10)는 예컨대, 전술한 암모니아나 프레온 또는 염소, 질소, 이산화탄소와의 화학반응을 통해 이들을 추출하는 탈기제나 소포제 등의 반응제(용매)와 접촉됨에 따라 미립자 필러(A)가 제거된다. 이를 위해, 필터 레이어(10)는 액상의 반응제에 침지되거나 세척될 수 있다. 따라서, 필터 레이어(10)는 미립자 필러(A)를 회수하는 반응제에 의해 미립자 필러(A)가 추출됨에 따라 도 2에 도시된 바와 같이 활성탄(11)의 외주면에 전술한 기공(H)이 형성된다.
필터 레이어(10)는 반응제에서 탈거된 후 건조됨에 따라 반응제가 제거된다. 하지만, 필터 레이어(10)는 건조 이외의 방법, 예를 들어 수세 등에 의해 반응제가 제거될 수도 있다.
다른 한편, 전술한 스페이서(10a)는 도 13에 도시된 바와 같이 다층의 구조로 구성될 수도 있다. 이러한 경우, 스페이서(10a)는 도시된 바와 같이 베이스 레이어(20)의 표면에 이격되어 1차적으로 형성된 후 전술한 바와 같은 인쇄공정에 의해 이격된 틈사이로 도막제가 충전되어 경화되어 형성되는 필터 레이어(10)의 표면에 이격상태로 다시 2차적으로 형성된다. 그리고, 필터 레이어(10)의 표면에 2차적으로 형성된 스페이서(10a)는 이격된 틈사이로 다시 도막제가 충전되어 경화된다. 따라서, 필터 레이어(10)는 두께가 좀더 두꺼워질 수 있으며, 이에 따라 활성탄(11)이 증량되므로 수착성능이 향상된다. 이와 같이, 스페이서(10a)를 다층으로 구성한 후 도막제를 추가적으로 충전할 경우, 필터 레이어(10)의 두께를 용이하게 원하는 두께로 더 두껍게 형성할 수 있다.
또 다른 한편, 전술한 베이스 레이어(20)는 도 7에 도시된 바와 같이 화학보호복과 같은 유독물질 보호복의 외피(OT)로 구성될 수 있다. 즉, 필터 레이어(10)는 도시된 바와 같이 외피(OT)에 구비될 수 있다. 이때, 필터 레이어(10)는 도시된 바와 같이 외피(OT)의 내면(속면)에 인쇄되어 외피(OT)의 표면에 일체적으로 마련되는 것이 바람직하다. 이러한 외피(OT)는 아라미드 원단과 같이 통기가 쉽지 않은 원단으로 구성될 수 있으나, 통상의 등산복 외피와 같이 발수 및 발유가 가능하면서 통기가 가능한 원단으로 구성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 외피(OT)는 통상의 고어텍스(Gore-tex) 원단으로 구성되거나, 내약품성이 뛰어나며 고온에서도 특성이 변화하지 않는 PTFE(Polytetrafluoroethylene), 방수, 방풍, 투습성을 동시에 갖춘 EPTFE(Expanded polytetrafluoroethylen) 재질의 필름이나 멤브레인이 구비된 원단으로 구성될 수도 있다.
이와 달리, 전술한 베이스 레이어(20)는 도 7에 도시된 바와 같이 외피(OT)의 내측에 배치되는 내피(IN)로 구성될 수 있다. 즉, 필터 레이어(10)는 도시된 바와 같이 내피(IN)의 표면에 구비될 수도 있다. 이러한 내피(IN)는 예컨대, 필름과 같이 비통기성의 원단으로 구성될 수 있으나, 보호복에 통상적으로 적용되는 부직포와 같이 통기가 가능한 재질의 원단으로 구성되는 것이 바람직하다. 내피(IN)는 도시된 바와 같이 양면 중 적어도 어느 일면에 필터 레이어(10)가 마련되는 것이 바람직하며, 특히 외피(OT)와 마주하는 일면에 필터 레이어(10)가 마련되는 것이 바람직하다. 내피(IN)는 필터 레이어(10)를 통해 외피(OT)를 투과한 유독물질을 여과할 수 있다.
이와 또 달리, 전술한 베이스 레이어(20)는 도 7에 도시된 바와 같이 외피(OT)나 내피(IN)와 별개를 이루는 엑스트라 레이어(22)로 구성될 수도 있다. 엑스트라 레이어(22)는 도시된 바와 같이 외피(OT) 및 내피(IN) 사이의 중간피(MD)로 제공될 수 있다. 엑스트라 레이어(22)는 전술한 바와 같은 비통기성의 재질로 구성될 수 있으나, 통기성 재질의 원단으로 구성되는 것이 바람직하다. 엑스트라 레이어(22)는 도시된 바와 같이 양면 중 어느 일면에 필터 레이어(10)가 마련되어 유독물질을 여과하도록 구성되거나, 양면에 필터 레이어(10)가 마련되어 양측에서 다단계로 유독물질을 여과하도록 구성될 수도 있다.
여기서, 전술한 중간피(MD)는 도 7에 도시된 바와 같이 필터 레이어(10)의 외측 또는 엑스트라 레이어(22)의 외측이 통기성 재질의 추가 레이어(30)로 차폐될 수 있다. 이러한 추가 레이어(30)는 베이스 레이어(20)나 엑스트라 레이어(22)와 동일한 재질의 원단으로 구성할 수 있으며, 접착제로 이루어진 접착층(A)을 통해 필터 레이어(10) 또는 엑스트라 레이어(22)에 부착될 수 있으나, 부착이 안된 상태로 엑스트라 레이어(22)에 중첩될 수도 있다.
추가 레이어(30)는 요구되는 차폐성능, 즉 필터 레이어(10)를 투과한 유독물질의 여과성능에 따라 도 7에 도시된 바와 같이 필터 레이어(10)가 마련된 엑스트라 레이어(22)의 양면에 부착될 수 있고, 이와 달리 엑스트라 레이어(22)의 일면에만 부착되도록 구성할 수도 있다. 즉, 추가 레이어(30)는 요구되는 흡착성능에 따라 단수 또는 복수로 구성되어 필터 레이어(10)가 마련된 엑스트라 레이어(22)의 일면 또는 양면에 부착될 수 있다. 예를 들어, 추가 레이어(30)는 양면부착시 외피(OT)를 투과한 유체가 엑스트라 레이어(22)로 유입되기 전에 유독물질을 여과하거나, 엑스트라 레이어(22)를 투과한 유체에서 유독물질을 다시 한번 여과할 수 있다. 따라서, 중간피(MD)는 엑스트라 레이어(22) 및 추가 레이어(30)를 통해 다단계로 유독물질을 여과할 수 있으므로 흡착성능이 향상된다.
추가 레이어(30)는 전술한 바와 달리 필터 레이어(10)가 마련된 엑스트라 레이어(22)에 이격상태로 배치될 수도 있다. 즉, 추가 레이어(30)는 엑스트라 레이어(22)와 분리된 상태로 제공될 수 있다. 이러한 경우, 추가 레이어(30)는 엑스트라 레이어(22)와의 사이에 유독물질이 확산되는 공간을 제공한다. 따라서, 추가 레이어(30)는 공간을 통해 기상의 유독물질을 확산시킬 수 있다.
그리고, 필터 레이어(10)가 마련된 엑스트라 레이어(22)는 복수로 구성되어 서로 부착상태로 구비되거나 전술한 추가 레이어(30)가 개재된 상태로 부착되어 구비될 수 있고, 이와 달리 분리된 상태로 구비될 수도 있으며, 분리된 틈새로 추가 레이어(30)가 개재될 수도 있다.
결론적으로, 필터 레이어(10) 및 베이스 레이어(20)로 구성된 본 발명의 실시예에 의한 흡착필터는, 화학보호복과 같은 유독물질 보호복의 겉감, 안감, 중간감 또는 이들을 위한 원단으로 사용될 수 있다. 달리 말하면, 유독물질 보호복은 전술한 흡착필터에 의해 제조될 수 있다.
이상과 같이 베이스 레이어(20) 및 필터 레이어(10)로 이루어진 흡착필터에 의하여 제조된 보호복용 원단을 다양한 방식으로 제조하여 실험한 결과는 도 9에 도시된 바와 같으며, 실험시 도시된 바와 같이 활성탄, 바인더 및 필러를 잔부의 용매와 혼합하여 실험하였다. 이러한 본 발명의 실시예에 의한 흡착필터가 구비된 원단은 도시된 바와 같이 다양한 조성비로 이루어진 흡착필터에 의해 실시예1 내지 15로 구성하여 실험하였으며, 세탁 전 및 후의 흡착용량를 측정하였다. 그리고, 종래기술에서 언급된 구슬형 활성탄을 적용한 미군용 제품(도 9의 "미군") 및 활성탄 분말을 단순히 살포한 한국군용 제품(도 9의 "한국군")을 비교예로 함께 실험하였다. 이때, 각 원단들은 실제 화학작용제를 사용하는 것이 불가하여 이와 유사한 분자구조 및 특성을 갖는 유사작용제를 이용하여 액상시험법으로 방호성능을 평가하였다. 예를 들어, 유사작용제는 Soman(GD)의 유사품인 인(P)를 포함하는 DMMP(Dimethyl methylphosphonate)와 Mustard(HD)의 유사품인 황(S)을 포함하고 있는 Thiophenol를 사용하였다. 그리고, 실험시 각 원단(흡착제 시편)을 도 10에 도시된 바와 같이 유사작용제(액상시료)에 침지시켜서 설정된 시간 동안 유독물질을 흡착시킨 후 시간단위로 흡착성능을 측정하였다. 이어서, 각 원단을 GC/UV/Vis spectroscopy로 분석한 후 분석데이터를 기반으로 검량선에 대입하여 잔존농도를 산출해서 필터 레이어(흡착제)의 흡착용량(수착용량)을 계산하였다.
세탁 성능의 측정실험은 도 11에 도시된 바와 같은 특정 세제를 45kg의 각 원단(세탁물)과 함께 32~43℃의 물에 충분히 침잠시킨 후 4~6분간 1차 세탁한 후, 다시 동일한 방법으로 2분간 2차로 세탁한 다음, 32~34℃의 물에 침잠시켜서 2분 동안 1차 행굼을 실시한 후 동일한 방법으로 다시 2차 및 3차로 행굼을 실시하였고, 이어서 3~5분간 탈수한 후 19℃에서 35~50분간 건조하여 세탁 후의 흡착용량을 측정하였다.
측정결과, 도 9에 도시된 바와 같이 실시예1의 경우 내세탁성은 우수하지만 활성탄(11)의 혼합량이 부족하여 세탁 전 및 후의 흡착용량이 전무함에 따라 흡착성능이 없었고, 실시예2 의 경우 저점도로 인쇄성이 불량하여 흡착층의 두께를 충분히 형성시키지 못하였을 뿐만 아니라 내세탁성도 저하되었으며, 실시예 3의 경우 내세탁성은 우수하지만 활성탄(11)의 외주면에 기공(H)이 형성되지 못해 활성탄(11)의 비표면적이 최대한 확보되지 않아 흡착성능이 저하되었다. 실시예 4의 경우 활성탄(11) 대비 메트릭스(12)의 비율이 부적합하여 세탁 내구성은 우수하나 활성탄(11) 양의 부족으로 흡착성능이 부족하였고 실시예 5와 6은 세탁 내구성을 좌우하는 메트릭스(12)의 함량은 충분하여 내세탁성은 확보되었으나 활성탄(11)과 미립자 필러(A)의 비율이 부적절하여 인쇄성의 문제가 발생하였다. 실시예 7에서 10을 거치면서 세탁내구성이 확보되는 메트릭스(12) 함량을 고정하고, 이에 대한 활성탄(11)과 미립자 필러(A)의 조성을 변화시킴으로써 인쇄성과 흡착성능을 개선하였다. 추가적인 흡착성능 확보를 위해 활성탄(11)의 함량을 비해 메트릭스(12)를 과도하게 줄인 실시예 11 및 13의 경우, 흡착성능은 개성되나 세탁 내구성이 저하되는 경향을 보였으며, 실시예 12는 활성탄(11)과 메트릭스(12) 및 미립자 필러(A)의 혼합비가 적정하게 조성되어 세탁 전, 후의 흡착성능이 요구되는 흡착용량을 발휘하였다. 그리고, 이러한 실시예들의 경우, 추출되는 미립자 필러(A)에 의해 활성탄(11)의 외주면에 기공(H)이 형성되면서 활성탄(11)의 비표면적이 최대한 확보됨에 따라 흡착필터의 흡착성능이 더욱 향상되었다. 또한, 필터 레이어(10)의 두께가 스페이서(10a)에 의해 증가되어 자연적으로 활성탄(11)의 함량이 증량됨에 따라 흡착성능이 더욱더 향상되었다. 아울러, 필터 레이어(10)가 복층으로 구성된 경우에는 더욱더 흡착성능이 강화되었다.
반면, 한국군의 경우 세탁 전 흡착용량은 우수하였으나 세탁시 활성탄이 모두 이탈됨에 따라 흡착성능이 상실되었음을 확인하였다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 의한 흡착제 및 이에 의한 흡착필터는 최적의 비율로 활성탄(11)과 메트릭스(12) 및 미립자 필러(A)가 혼합될 경우 비교예 보다 우수한 흡착성능을 제공함을 명확하게 실험을 통해 알 수 있었다. 따라서, 전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의한 흡착제 및 이에 의한 흡착필터에 의하면, 활성탄(11)이 균일하게 형성되어 유독물질의 흡착성능이 향상되고, 세탁 시 활성탄이 탈락하지 않아 오염된 원단을 세탁 후 재 사용할 수 있다.
또한, 흡착제가 분말 활성탄(11)과 메트릭스(12) 및 용매, 그리고 미립자 필러(A)로 구성되어 적당한 점도가 확보되므로 인쇄가 용이할 뿐말 아니라 원단 제조시 우수한 가공성을 제공하며, 경화되어 시트형태로 고화될 경우 탄성력이 확보되므로 구김이 심한 보호복의 외피(OT) 또는 내피(IN)로 사용될 경우 우수한 착용감 및 우수한 내구성을 제공할 뿐만 아니라 활성탄(11)의 탈락이 거의 영구적으로 방지된다.
한편, 도막형태의 시트로 이루어지는 전술한 필터 레이어(10)는 도 14에 도시된 바와 같이, 베이스 레이어(20)의 표면에 원형이나 타원형의 형태로 형성될 수 있으며, 이와 달리 삼각이나 사각 또는 오각이나 육각 등의 다각형 형태로 형성될 수 있다. 이때, 필터 레이어(10)는 도시된 바와 같이 전술한 스페이서(10a)가 원형을 이루면서 이격상태로 형성되고, 이러한 스페이서(10a)들 사이에 도막제가 충전됨에 따라 전술한 바와 같은 형태로 형성될 수 있다. 이러한 필터 레이어(10)는 도시된 바와 같이 베이스 레이어(20)의 표면에 등간격으로 이격된다. 따라서, 필터 레이어(10)는 다수로 구성되어 이격된 틈새, 즉 이격된 틈새의 베이스 레이어(20)를 통해 공기를 소통시킨다.
위와 같이 구성되어 일측면에 필터 레이어(10)가 구비된 베이스 레이어(20)는 전술한 바와 같이 필터 레이어(10)의 이격된 틈새로 소통되는 공기에서 유독물질이 여과되도록, 도 16에 도시된 바와 같이 복수로 구성되어 적층된다. 이때, 베이스 레이어(20)들은 도 16의 (b)에 도시된 바와 같이 필터 레이어(10)가 엇갈린 상태를 이루도록 적층된다. 따라서, 상부의 베이스 레이어(20)에서 소통되는 공기는 하부의 베이스 레이어(20)에 구비된 필터 레이어(10)를 통해 유독물질이 여과된다. 이렇게 적층상태로 구성되는 베이스 레이어(20)는 필터 레이어(10)의 이격된 틈새로 공기가 소통되므로 표면에 전체적으로 필터 레이어(10)가 구비된 것보다 통기성이 향상된다. 즉, 위와 같이 구성된 흡착필터는 통기성이 향상된다. 물론, 이러한 흡착필터는 전술한 외피(OT)나 내피(IN) 또는 중간피(MD)로 제공될 수 있음은 자명하다.
전술한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하므로 본 발명의 적용 범위는 이와 같은 것에 한정되지 않으며, 본질적 특징이 충족될 수 있을 경우 동일 사상의 범주내에서 적절한 변형(구조나 구성의 변경이나 부분적 생략 또는 보완)이 가능하다. 또한, 전술한 실시예들은 특징의 일부 또는 다수가 상호 간에 조합될 수도 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 나타난 각 구성 요소의 구조 및 구성은 변형이나 조합에 의해 실시할 수 있으므로 이러한 구조 및 구성의 변형이나 조합이 첨부된 본 발명의 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
10 : 필터 레이어 11 : 분말 활성탄
12 : 메트릭스 20 : 베이스 레이어
22: 엑스트라 레이어 30 : 추가 레이어
OT: 외피 IN : 내피

Claims (13)

  1. 유독물질을 수작하는 분말 활성탄;
    상기 분말 활성탄이 혼합되고, 액상에서 고상으로 경화되는 열경화성 내지 열가소성 재질의 메트릭스;
    상기 분말 활성탄이 혼합된 상기 메트릭스에 혼합되는 용매; 및
    상기 용매와 함께 상기 메트릭스에 혼합되어 상기 분말 활성탄에 응착되는 다수의 미립자로 구성되고, 경화되는 상기 메트릭스에서 추출되어 제거됨에 따라 상기 메트릭스에 기포형태의 공동으로 이루어진 기공을 제공하는 가용성의 미립자 필러;를 포함하며,
    상기 메트릭스는 상기 분말 활성탄 100중량부에 대해 24 내지 75중량부로 혼합되며, 상기 용매는 상기 분말 활성탄 100중량부에 대해 106 내지 205중량부로 혼합되고, 상기 가용성의 미립자 필러는 상기 분말 활성탄 100중량부에 대해 0.2 내지 57중량부로 혼합되는 것을 특징으로 하는 화생방작용제용 흡착제.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 메트릭스는 탄성, 친수성, 내약품성, 내열성 및 내습성 중 적어도 어느 하나를 갖는 물질로 이루어지며,
    상기 용매는 가열에 의해 증발되거나 건조 내지 소산되는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 화생방작용제용 흡착제.
  4. 베이스 레이어; 및
    상기 제 1 항에 의한 화생방작용제용 흡착제로 구성되고, 상기 베이스 레이어의 적어도 일면에 도포되어 유독물질을 수착하는 후막형태의 흡착층을 제공하는 필터 레이어;를 포함하는 유독물질용 흡착필터.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 필터 레이어는,
    상기 베이스 레이어의 일면을 방수하면서 공기의 투과를 허용하는 크기로 이루어진 기공이 형성된 것을 특징으로 하는 유독물질용 흡착필터.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 필터 레이어는,
    상기 베이스 레이어에 이격상태로 형성되는 것을 특징으로 하는 유독물질용 흡착필터.
  7. 상기 제 4 항에 의한 유독물질용 흡착필터로 제조된 유독물질용 보호복.
  8. 상기 제 1 항에 의한 화생방작용제용 흡착제로 도막제를 제조하는 도막제 제조단계;
    상기 도막제를 베이스 레이어의 일면에 도포하여 흡착층을 제공하는 필터 레이어를 상기 베이스 레이어에 후막형태로 인쇄하는 인쇄단계;
    상기 필터 레이어를 경화시켜서 상기 베이스 레이어의 일면에 상기 필터 레이어에 의한 시트형태의 흡착층을 성형하는 성형단계; 및
    상기 필터 레이어를 형성하는 상기 흡착제에서 다수의 미립자로 이루어진 미립자 필러를 추출하여 추출된 상기 미립자 필러에 의해 기포형태의 공동으로 이루어진 기공을 상기 필터 레이어에 형성하는 기공형성단계;를 포함하는 유독물질용 흡착필터의 제조공정.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 인쇄단계는,
    상기 베이스 레이어에 인쇄 스크린을 간극의 간격으로 배치하는 스크린 배치단계;
    상기 스크린에 상기 흡착제로 이루어진 상기 도막제를 도포하는 도포단계; 및
    상기 도막제를 가압하여 상기 스크린으로 투과시켜서 상기 베이스 레이어의 표면에 상기 도막제를 전사시키는 전사단계;를 포함하는 유독물질용 흡착필터의 제조공정.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 인쇄단계는,
    상기 도막제를 그라비아 인쇄판의 인쇄면에 도포시키는 도막제 도포단계;
    상기 그라비아 인쇄판을 상기 베이스 레이어에 대향시키는 인쇄판 세팅단계; 및
    상기 그라비아 인쇄판을 상기 베이스 레이어에 밀착시켜서 상기 인쇄면에 도포된 상기 도막제를 상기 베이스 레이어의 표면에 전사시키는 전사단계;를 포함하는 유독물질용 흡착필터의 제조공정.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 성형단계는,
    상기 베이스 레이어에 인쇄된 상기 필터 레이어를 가열하여 시트형태로 고화시키는 가열단계; 및
    상기 필터 레이어를 설정된 온도로 냉각시키는 냉각단계;를 포함하는 유독물질용 흡착필터의 제조공정.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 기공형성단계는,
    상기 필터 레이어로부터 상기 미립자 필러를 추출하는 반응제에 상기 필터 레이어를 접촉시켜서 상기 반응제 및 상기 미립자 필러의 화학반응을 통해 상기 필터 레이어에서 상기 미립자 필러는 추출하는 미립자 필러 추출단계; 및
    상기 반응제를 상기 필터 레이어에서 제거하는 반응제 제거단계;를 포함하는 유독물질용 흡착필터의 제조공정.
  13. 상기 제 8 항의 제조공정에 의하여 제조된 유독물질 보호복용 흡착필터.



KR1020170036780A 2016-03-23 2017-03-23 화생방작용제용 흡착제 및 이에 의한 유독물질용 흡착필터, 그리고 이에 의한 유독물질용 보호복 및 이를 위한 유독물질용 흡착필터의 제조공정 KR101808561B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP3233923B2 (ja) 1989-09-12 2001-12-04 クラレケミカル株式会社 空気浄化用フィルター
KR100433644B1 (ko) * 2003-10-01 2004-06-01 주식회사 에취켓 활성탄 및 제올라이트와 함께 발포된 바이오필터용 다공성고분자 담체 및 그 제조방법
JP2009006012A (ja) 2007-06-29 2009-01-15 Kuraray Co Ltd 防護衣類用の積層構造体および防護衣類

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