KR101847489B1

KR101847489B1 - 휘발성 유기화합물 흡착제거용 필터 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101847489B1
Application number: KR1020170106270A
Authority: KR
Inventors: 이정민; 송윤익
Original assignee: 주식회사 에스랩; 이정민
Priority date: 2017-08-22
Filing date: 2017-08-22
Publication date: 2018-04-11

Abstract

본 발명은 제올라이트 분말과 활성탄 분말을 7: 3 비율로 혼합하는 분말혼합단계; 분말혼합단계에서 혼합된 혼합분말에 접착제를 혼합시키는 접착제 혼합단계: 접착재가 혼합된 상기 혼합분말을 부직포에 인쇄하는 인쇄단계; 및 인쇄단계를 거쳐 제조된 복수개의 상기 인쇄 부직포를 합지시키는 합지단계를 포함하여 휘발성 유기화합물 흡착제거용 필터를 제조하는 제조방법을 제안한다.

Description

휘발성 유기화합물 흡착제거용 필터 및 그 제조방법{Filter for absorbing VOC and the manufacturing method thereof}

본 발명은 휘발성 유기화합물 흡착을 통한 제거용 필터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 제올라이트와 활성탄을 활용한 VOC 제거용 필터에 관한 것이다.

휘발성 유기화합물(VOLATILE ORGANIC COMPOUND; VOC)은 공기 중으로 휘발될 수 있는 유기물을 총칭하는 것으로서, 이러한 휘발성 유기화합물의 범주에는 벤젠, 톨루엔, 클로로포름, 1,2-디클로로에탄, 헥산, 헵탄, 옥탄, 노난, 데칸, 도데칸, 테트라데칸, 경유, 케로센, 아세톤, 에틸아세테이트, 디메틸포름아미드, 디메틸술폰, 포름알데히드, 테트라하이드로퓨란(THF) 또는 이들의 유도체 등 다양한 유기 용제 또는 유기화합물이 포함될 수 있다.

그런데, 이러한 휘발성 유기화합물은 인체 및 생태계에 미치는 영향이 커서 특정 대기 유해물질로 분류되고 있다. 더구나, 이러한 휘발성 유기화합물은 광화학 반응을 통하여 오존 등과 같은 2차 오염물질을 생성시킬 수도 있으므로, 환경에 더욱 큰 악영향을 미칠 수 있다. 또, 이러한 휘발성 유기화합물에는 발암성이 높다고 알려져있는 화학물질이 다수 포함되어 있다.

이러한 휘발성 유기화합물의 악영향 때문에 상기 휘발성 유기화합물을 효과적으로 흡착 및 제거할 수 있는 흡착제에 관한 관심이 집중되고 있다. 현재 휘발성 유기화합물의 흡착제로 사용 가능한 것으로 알려진 소재로는 활성탄, 실리카겔, 알루미나 또는 제올라이트 등과 같은 다공성 무기입자들뿐 아니라 기능성 섬유 또는 이들 재료로부터 직조된 부직포(non-woven fiber mat), 전기방사섬유 부직포, 또는 기능성고분자 필름 등이 있으며, 이외에도 다양한 흡착제에 관한 연구가 계속되고 있다

일반적으로 실내 공기를 정화시키기 위한 흡착소재로는 대부분 활성탄과 활성탄소섬유를 많이 사용한다. 넓은 비표면적을 가지고 있는 활성탄과 활성탄소섬유는 새집증후근을 유발하는 휘발성유기화합물과 같은 유해기체와 냉장고 등에서 방출되는 악취류를 효과적으로 제거할 수 있기 때문에 공기청정기 등의 필터로 많이 사용되고 있다. 대한민국 특허 제0509854호는 전이금속화합물과 요오드화 칼륨을 첨착시킨 카본나노볼을 흡착제로 사용하여 암모니아와 메틸메르캅탄과 같은 냉장고에서 발생되는 악취를 제거하는 소취제의 제조 방법을 게재하고 있으며, 대한민국 특허 제 0550517호는 활성탄 섬유가 충진된 필터를 제조하여 각종 산업 시설, 음식점, 가정에서 발생되는 분진 및 악취를 제거하는 공기정화 장치를 개시하고 있다.

그러나, 이러한 필터들의 휘발성 유기화합물 제거 능력이 떨어지고, 제조공정이 복잡한 문제점이 있다.

한국등록특허 제10-0509854호 (등록일: 2005.08.16) 한국등록특허 제10-0550517호 (등록일: 2006.02.02)

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 휘발성 유기화합물 제거능력이 뛰어나고 대량생산이 가능하며 제조단가가 저렴한 휘발성 유기화합물 제거용 필터를 제조하는 방법 및 그 제조방법에 따른 필터를 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 제올라이트 분말과 활성탄 분말을 7: 3 비율로 혼합하는 분말혼합단계; 분말혼합단계에서 혼합된 혼합분말에 접착제를 혼합시키는 접착제 혼합단계: 접착제가 혼합된 상기 혼합분말을 부직포에 인쇄하는 인쇄단계; 및 인쇄단계를 거쳐 제조된 복수개의 상기 인쇄 부직포를 합지시키는 합지단계를 포함하여 휘발성 유기화합물 흡착제거용 필터를 제조하는 제조방법을 제안한다.

또한, 물과 NaOH를 혼합하여 NaOH 수용액을 제조하는 혼합단계; NaOH 수용액에 쇼듐 알루미네이트 (sodium aluminate (NaAlO₂))를 혼합하여 제1혼합액을 제조하고, 상기 NaOH 수용액에 쇼듐 실리케이트 (sodium silicate (Na₂SiO₃))를 혼합하여 제2혼합액을 제조하는 혼합액 제조단계; 1시간동안 100rpm 내지 200rpm의 속도로 제1혼합액과 상기 제2혼합액을 교반하면서 혼합하고, 제1혼합액과 제2혼합액의 비율은 1: 2~3의 비율로 혼합하는 교반단계; 교반단계후 1시간 동안 상온상태에서 숙성시키는 숙성단계; 및 숙성단계 후, 95∼100℃의 반응온도에서 3∼5시간 고압반응기(Autoclave)에서 수열합성시키는 수열합성단계; 수열합성단계를 거쳐 결정화가 끝나면 세척하는 세척단계; 세척단계후 120℃로 2시간 동안 건조하여, 제올라이트 분말을 제조하는 제올라이트 분말 제조단계를 거쳐 제조되는 것을 특징으로 한다.

또한, 분말혼합단계는 기계적 밀링을 통한 혼합방식으로 제조된 것을 특징으로 한다.

또한, 접착제는 우레탄 계열인 것을 특징으로 한다.

또한, 인쇄단계는 그라비아 인쇄방식이고, 상온에서 인쇄후 80∼100℃에서 건조시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 인쇄단계는 동일 부직포를 2회 이상 인쇄하는 것을 특징으로 한다.

또한, 이러한 제조방법에 의해 제조된 휘발성 유기화합물 흡착제거용 필터를 제안한다.

본 발명에 따른 휘발성 유기화합물 흡착제거용 필터 제조방법에 의하면, 3L의 포름알데히드를 1시간 이내에 99.3% 이상 제거가능한 우수한 제거능력을 갖고 있고, 제조공정이 단순하여 제조가 용이하고 대량생산이 가능한 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 휘발성 유기화합물 흡착제거용 필터 제조방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 복수회의 인쇄과정을 나타내는 인쇄단계를 나타내는 순서도이다.
도 3은 본 발명에 따른 그라비아 인쇄에 의한 부직포 생산 방법의 모식도이다.
도 4(a) 및 4(b)는 본 발명에 따른 그라비아 인쇄에 의한 패턴이 형성된 부직포를 나타낸다.
도 5(a) 및 5(b)는 본 발명에 따른 그라비아 인쇄에 의한 패턴이 형성된 부직포를 복수개 합지시킨 형태를 나타낸다.
도 6은 본 발명에 따른 휘발성 유기화합물 흡착제거용 필터의 시험성적서를 나타낸다.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 휘발성 유기화합물 흡착제거용 필터 제조방법의 순서도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 먼저 제올라이트 분말과 활성탄 분말을 7: 3 비율로 혼합하는 분말혼합단계(S100)을 거쳐 혼합분말을 제조하게 된다.

이 때 혼합분말을 미세화하여 부직포에 그라비아 인쇄를 할 때 미세분말이 잘 흡착될 수 있도록 하기 위해 분말 혼합시 기계적 밀링 단계를 거쳐 미세분말로 제조하는 것이 바람직하고, 미세분말의 입도는 5 ㎛ 정도로 하는 것이 바람직하다.

여기서, 제올라이트 분말은, 물과 NaOH를 혼합하여 NaOH 수용액을 제조하는 혼합단계; NaOH 수용액에 쇼듐 알루미네이트 (sodium aluminate (NaAlO₂))를 혼합하여 제1혼합액을 제조하고, 상기 NaOH 수용액에 쇼듐 실리케이트 (sodium silicate (Na₂SiO₃))를 혼합하여 제2혼합액을 제조하는 혼합액 제조단계; 1시간동안 100rpm 내지 200rpm의 속도로 제1혼합액과 상기 제2혼합액을 교반하면서 혼합하고, 제1혼합액과 제2혼합액의 비율은 1: 2~3의 비율로 혼합하는 교반단계; 교반단계후 1시간 동안 상온상태에서 숙성시키는 숙성단계; 및 숙성단계 후, 95∼100℃의 반응온도에서 3∼5시간 고압반응기(Autoclave)에서 수열합성시키는 수열합성단계; 수열합성단계를 거쳐 결정화가 끝나면 세척하는 세척단계; 세척단계후 120℃로 2시간 동안 건조하여, 제올라이트 분말을 제조하는 제올라이트 분말 제조단계를 거쳐 제조된다.

이 때, NaOH 수용액은 1M(몰) 농도인 것이 바람직하고, 분말혼합단계는 기계적 밀링을 통한 혼합방식이고, 접착재는 우레탄 계열인인 것을 특징으로 한다.

일반적인 제올라이트 분말의 경우, 장시간 사용시 부직포에 도포된 분말이 떨어져 나오거나 묻어나는 경우가 있는데 반해, 본 발명에 따른 제올라이트 분말제조방법에 따라 숙성단계와 고압반응기에서의 결정화단계를 거치게 함으로써 분말의 경도를 강화되고, 접착재와의 접착성이 강화되어 미세 분말로 제조된 이후 부직포 부착시 부직포에서 떨어지거나 분말이 묻는 문제점이 해결된다.

분말혼합단계(S100)를 거쳐 제조된 혼합분말에 친환경 접착제를 혼합하는 접착재 혼합단계(S200)를 거치게 되는데 이는 부직포에 혼합분말이 용이하게 코팅되도록 하는 역할을 수행한다.

친환경 접착제로서는 폴리우레탄 계열인 것을 사용가능하다.

이후, 친환경 접착제가 혼합된 제올라이트 분말과 활성탄 분말을 잉크액(20)으로서 사용하여 부직포(10)에 인쇄하는 인쇄단계(S300)를 거치게 된다.

이 때 인쇄 방법은 그라비아 인쇄방식을 채택하는 가능하다.

도 2는 본 발명에 따른 복수회의 인쇄과정을 나타내는 인쇄단계를 나타내는 순서도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 동일 부직포에 그라비아 인쇄를 2회 이상하게 되고 이 때 상온에서 그라비아 인쇄를 하고, 80∼100℃에서 건조시킨 후, 동일 부직포에 상온에서 인쇄를 하고, 80∼100℃에서 건조시키는 과정을 반복하여 부직포를 생성하게 된다.

도 3은 본 발명에 따른 그라비아 인쇄에 의한 부직포 생산 방법의 모식도이고, 도 4(a), (b)는 본 발명에 따른 그라비아 인쇄에 의한 복수회 인쇄시의 패턴을 나타내며, 도 5(a), (b)는 이러한 복수회 인쇄과정을 거친 부직포의 합지 형태를 나타낸다.

도 3 내지 5의 그라비아 인쇄를 통해 부직포를 생산하는 방식을 보면, 그라비아 인쇄판의 패턴이 형성되고 형성된 패턴에 따라 부직포에 잉크액(20)이 도포되게 되는데, 도 4(a)와 같이 복수회에 걸쳐 패턴을 인쇄하게 될 때 동일 부직포를 패턴이 서로 다른 인쇄판을 사용하거나 부직포의 인쇄판에 출발되는 출발점을 달리하여 서로 패턴이 인쇄되게 하여 조밀하게 패턴이 인쇄되어 부직포 전체에 골고루 VOC 제거용 잉크액이 도포되게 할 수도 있고, 도 4(b)와 같이 동일 패턴이 복수회 도포되면서 두께를 증가시키는 방식을 채택할 수도 있다.

복수회의 도포가 끝나고 나면 도 5와 같이 복수개의 부직포(10)를 합지하게 되는데, 도 5(a), (b)와 같이 잉크액(20)이 서로 교차되도록 부직포(10)에 인쇄되어 조밀한 패턴을 보일 때나 동일 패턴으로 인쇄되어 잉크액(20)이 두껍게 도포된 경우, 두 부직포(10)를 다소 엇갈리게 배열하여 복수개의 부직포에 인쇄된 잉크액(20)을 통과하여 유기성 화합물이 통과할 때 지그재그 형태로 공기가 관통하여 인입됨으로써 체류시간을 연장하고 이러한 과정에서 잉크액(20)에 VOC 흡착 및 제거가 용이하게 하는 효과가 극대화된다.

또한, 잉크액(10)들 사이에 공극이 포함되어 있어 이러한 공극 사이에 VOC가 체류할 수 있게 됨으로써 실질적으로 잉크액(20)에 흡착되지 않은 순간에도 일정 시간 VOC를 가둬두는 효과가 있고 이러한 체류시간 이후에 잉크액(20)에 포함된 혼합분말에 의해 VOC가 효율적으로 제거되게 된다.

또한, 이러한 공극을 통해 통풍성이 우수하고, VOC 물질은 공극에 머물면서 흡착제거되는 효과가 있으며, 잉크액(20)에 포함된 제올라이트 분말과 활성탄 분말이 수분은 흡수하지 않아 시간이 지나도 VOC의 제거능력이 저하되지 않는 효과를 갖고 있다.

도 6은 본 발명에 따른 휘발성 유기화합물 흡착제거용 필터의 시험성적서를 나타낸다.

15ppm 포름알데히드 3L를 준비하고 두개의 5L 짜리 비닐백을 준비한 후, 하나의 비닐백에는 본원발명에 따른 잉크액(10)이 도포된 합지된 부직포를 넣어두었고, 다른 비닐백은 그대로 15ppm 포름알데히드만 넣어 두었을 때, 본원발명에 따른 잉크액(10)이 도포된 합지된 부직포의 경우에는 1시간이 지난이후부터는 포름알데히드의 농도가 0.1ppm 이하로 떨어져 99.3%의 탈취율을 보임을 나타내는 시험성적서이다.

이러한 시험성적서에서 보는 바와 같이, 본원발명에 따른 휘발성 유기화합물 흡착제거용 필터 제조방법 및 이에 의해 제조된 필터는 단순하면서도 탈취율이 매우 높은 것을 확인할 수 있다.

Claims

제올라이트 분말과 활성탄 분말을 7: 3 비율로 혼합하는 분말혼합단계;
상기 분말혼합단계에서 혼합된 혼합분말에 접착제를 혼합시키는 접착제 혼합단계:
상기 접착제가 혼합된 상기 혼합분말을 부직포에 인쇄하는 인쇄단계; 및
상기 인쇄단계를 거쳐 제조된 복수개의 상기 인쇄 부직포를 합지시키는 합지단계를 포함하고,
상기 제올라이트 분말은,
물과 NaOH를 혼합하여 NaOH 수용액을 제조하는 혼합단계;
상기 NaOH 수용액에 쇼듐 알루미네이트 (sodium aluminate (NaAlO₂))를 혼합하여 제1혼합액을 제조하고, 상기 NaOH 수용액에 쇼듐 실리케이트 (sodium silicate (Na₂SiO₃))를 혼합하여 제2혼합액을 제조하는 혼합액 제조단계;
1시간동안 100rpm 내지 200rpm의 속도로 상기 제1혼합액과 상기 제2혼합액을 교반하면서 혼합하고, 상기 제1혼합액과 상기 제2혼합액의 비율은 1: 2~3의 비율로 혼합하는 교반단계;
상기 교반단계후 1시간 동안 상온상태에서 숙성시키는 숙성단계; 및
상기 숙성단계 후, 95∼100℃의 반응온도에서 3∼5시간 고압반응기(Autoclave)에서 수열합성시키는 수열합성단계;
상기 수열합성단계를 거쳐 결정화가 끝나면 세척하는 세척단계;
상기 세척단계후 120℃로 2시간 동안 건조하여, 제올라이트 분말을 제조하는 제올라이트 분말 제조단계를 거쳐 제조되며,
상기 분말혼합단계는 기계적 밀링을 통한 혼합방식이고,
상기 접착제는 우레탄 계열인 것을 특징으로 하는 휘발성 유기화합물 흡착제거용 필터 제조방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 인쇄단계는 그라비아 인쇄방식이고, 상온에서 인쇄후 80∼100℃에서 건조시키는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기화합물 흡착제거용 필터 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 인쇄단계는 상기 부직포를 2회 이상 인쇄하는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기화합물 흡착제거용 필터 제조방법.
제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 따른 제조방법에 의해 제조된 휘발성 유기화합물 흡착제거용 필터.