KR101933908B1 - 공기청정 필터용 코팅제 및 그의 제조방법 - Google Patents

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이지훈
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Abstract

본 발명은 공기청정 필터용 코팅제 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 과수 전정지를 탄화하여 얻어지는 정제초액과 활성 탄화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기순환기 또는 공기청정기의 공기청정 필터용 코팅제 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 공기청정 필터용 코팅제는 헤파필터, 집진필터, 탈취필터에 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 공기청정 필터용 코팅제가 코팅된 필터는 공기청정기, 공기순환기, 진공청소기, 에어컨, 제습기, 가습기, 자동차 등의 필터로서 다양하게 사용될 수 있다.

Description

공기청정 필터용 코팅제 및 그의 제조방법{COATING AGENT FOR A FILTER OF AIR CLEANER AND A PROCESS FOR PRODUCING THE SAME}
본 발명은 공기청정 필터용 코팅제 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 과수 전정지를 탄화하여 얻어지는 정제초액과 활성 탄화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기순환기 또는 공기청정기의 공기청정 필터용 코팅제 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
최근 우리나라는 미세먼지에 의한 대기 오염이 심각해지고 있는데, 미세먼지 는 인체에 해로운 다량의 유해물질과 오염물질 등을 함유하고 있는 것으로 알려져 있다. 미세먼지는 또한 악취도 수반하고 있어서 환경적으로 그 심각성이 점점 증가하고 있다. 이러한 인체에 해로운 유해물질과 악취를 동반하는 오염물질 등이 함유된 미세먼지를 걸러짐 없이 그대로 흡입하게 되면 인체에 여러 가지 악영향을 미치게 된다. 이러한 이유로, 상기한 미세먼지 중의 유해물질과 오염먼지 등을 필터링하여 주는 다양한 형태의 필터 시스템을 구비한 공기 청정기와 공기순환기 등이 주거공간, 업무공간, 및 상업공간에서 사용되고 있다.
기존의 공기순환기는 실내외 급배기를 통해 실내환경을 개선하며, 이때 발생할 수 있는 열손실을 최소화할 수 있어 최근 신축되는 건축물에서는 의무적으로 적용하고 있는 추세이다. 공기순환기는 필터로서 헤파필터, 탈취필터 및 집진필터를 포함할 수 있다. 헤파필터의 HEPA는 고효율 미립자 공기(High Efficiency Particulate Air)의 머리글자로서, 원자력 연구가 시작된 초기에 연구원들의 건강에 위험을 끼칠 수 있는 방사성 미립자를 정화하기 위해 처음으로 개발되었으며, 0.3㎛ 이하의 미세먼지를 여과하는데 사용된다. 탈취필터는 활성탄필터, 카본필터라고도 하는데, 대기 중의 유해가스, 곰팡이균, 담배/음식냄새를 제거하는데 사용된다.
일반적인 탈취필터는 공기청정기, 가정용 및 차량용 에어컨 또는 환기팬 등의 공조기에 사용되는 필터로서 악취 및 세균을 흡착하기 위해 그 내부에 흡착물질인 활성탄이 구비된다. 그러나 활성탄은 필터여재에 코팅된 후 탈취능이 시간에 따라 또는 악취 및 세균 흡착에 따라 탈취 성능이 감소하고 다공성인 활성탄 내부에서 세균 또는 곰팡이가 번식하는 등의 문제점이 있다.
대한민국 등록실용신안 제20-0347810호 대한민국 등록특허 제10-0903591호
본 발명자들은 과수 농가에서 발생하는 다량의 농부산물로서 단순 폐기되는 과수 전정지를 탄화공정에 의해 탄화물과 목초액을 제조하여 이를 예의 연구한 결과, 우수한 탈취, 집진 및 항균 성능을 갖는 공기청정 필터용 코팅제로서 개발하기에 이르렀다.
본 발명의 목적은 탄화물/정제초액과 배합안정성이 우수한 탈취, 집진 및 항균 기능성 필터용 코팅제를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 과수 전정지의 탄화물/정제초액을 포함하는, 탈취, 집진 및 항균 기능이 우수한 공기청정 필터용 코팅제를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 상기한 과수 전정지의 탄화물/정제초액을 포함하는 공기청정 필터용 코팅제를 적용한 집진필터 및 탈취필터를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
활성 탄화물과 정제초액의 혼합물 100 중량에 대하여 물 20 내지 30 중량, 폴리비닐알코올 35 내지 45 중량, 탈취필터용 바인더 8 내지 12 중량 및 에탄올 5 내지 9 중량의 비율로 각각 포함되어 조성되되,
상기 활성 탄화물과 정제초액의 혼합물은 정제초액과 활성 탄화물을 1:1.2 내지 1.5의 중량비로 혼합하여 제조되며,
상기 활성 탄화물은 과수 전정지를 600℃ 이상에서 4 내지 5시간 동안 직접 탄화하여 얻어진 탄화물에 수산화칼륨을 혼합한 후, 600℃ 이상의 고온에서 활성화처리하여서 제조되며,
상기 정제초액은 상기한 과수 전정지의 탄화시 생성되는 연기를 별도로 포집하고 탱크에 저장하여 냉각 및 응축시키면서 비중에 의한 층 분리공정을 수행하고, 상기 층 분리공정에서 생성된 중간층을 감압증류하여 얻어진 증기를 냉각 포집하여서 제조되는 것을 특징으로 하는 공기청정 필터용 코팅제 및 그의 제조방법인 것이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 탄화물과 수산화칼륨은 1:3의 중량비로 혼합되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정제초액과 활성 탄화물의 혼합물에 사용되는 활성 탄화물의 입자크기는 25 내지 75 ㎛인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정제초액과 활성 탄화물의 혼합물에 사용되는 활성 탄화물의 비표면적은 1,000 m2/g 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 탈취필터용 바인더는 폴리비닐아세테이트-아크릴레이트 에멀젼, 수분산성 우레탄 수지, 벤토나이트, 셀룰로오스 및 덱스트린으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 탈취필터용 바인더는 폴리비닐아세테이트-아크릴레이트 에멀젼인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 폴리비닐아세테이트-아크릴레이트 에멀젼은 점도가 1,000 내지 2,000cps이고, 무게평균분자량(Mw)이 100,000 이상이며, 폴리비닐아세테이트-아크릴레이트 에멀젼을 기준으로 폴리비닐알코올을 2 내지 5중량% 함유하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 대량으로 단순 폐기되는 농부산물인 과수 전정지의 탄화에서 얻어진 정제초액 및 탄화물을 집진 및 탈취 성능을 갖는 복합기능 성분으로서 사용하여 친환경 소재의 공기청정 필터용 코팅제를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 공기청정 필터용 코팅제는 헤파필터, 집진필터 및 탈취필터에 적용할 수 있다. 본 발명에 따른 필터용 코팅제는 필터에 코팅한 후 필터의 눈막힘 현상 없이 코팅제의 성능을 발휘하므로 사용시간에 따른 불순물에 의한 탈취 효과 및 투과 효율이 떨어지는 문제를 근본적으로 해결하여 미세분진, 암모니아 또는 아민기를 포함하는 케미칼 불순물을 효율적으로 제거할 수 있는 장점이 있다
본 발명에 따른 공기청정 필터용 코팅제가 적용된 탈취필터는 기존 탈취필터보다 탈/소취, 항균기능이 우수할 뿐만 아니라 항바이러스 기능 등이 부가된 친환경 탈취필터로서 공기청정기, 에어컨, 제습기, 가습기, 자동차 등에 다양하게 적용될 수 있다.
도 1은 각각 25㎛, 45㎛ 및 75㎛의 입자크기를 갖는 활성 탄화물을 포함하는 본 발명에 따른 공기청정 필터용 코팅제를 적용하여 제조된 필터에 대한 유해가스(VOC) 제거 시험 결과를 나타낸 그래프이다. A: 활성 탄화물의 입자크기가 25㎛인 코팅제, B: 활성 탄화물의 입자크기가 45㎛인 코팅제, C: 활성 탄화물의 입자크기가 75㎛인 코팅제.
도 2는 각각 정제초액의 함량이 18.9중량%와 22.6중량%인 본 발명에 따른 공기청정 필터용 코팅제를 적용하여 제조된 필터에 대한 유해가스(VOC) 제거 시험 결과를 나타낸 그래프이다. A: 정제초액의 함량이 18.9중량%인 코팅제, B: 정제초액의 함량이 22.6중량%인 코팅제.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시형태를 들어 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명의 실시형태는 당분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하에서 설명하는 실시형태에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함하는 것을 의미한다.
본 발명의 명세서 전체에서, 어떤 단계가 다른 단계와 “상에” 또는 “전에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 단계가 다른 단계와 직접적 시계열적인 관계에 있는 경우뿐만 아니라, 각 단계 후의 혼합하는 단계와 같이 두 단계의 순서에 시계열적 순서가 바뀔 수 있는 간접적 시계열적 관계에 있는 경우와 동일한 권리를 포함할 수 있다. 본 발명의 명세서 전체에서 사용되는 용어 “~(하는 단계” 또는 “~단계”는 “~를 위한 단계”를 의미하지 않는다.
본 발명은 과수 전정지를 탄화하여 얻어지는 정제초액/탄화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기청정 필터용 코팅제 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
이와 같은 본 발명에서 사용하는 '과수 전정지'란 과수, 예를 들어 인과류(예; 배, 사과, 비파), 핵과류(예; 복숭아, 자두, 살구, 앵두, 양앵두), 장과류(예; 포도, 딸기, 무화과, 수구리), 각과류(예; 밤, 호두), 준인과류(예; 감, 귤)를 가지치기한 후에 얻어지는 부산물을 의미한다. 과수 전정지는 농가 부산물로서 볏짚에 이어 생산량이 2번째로 많지만 땔감용을 제외한 나머지는 대부분 폐기된다. 본 발명에서는 이렇게 폐기되는 과수 전정지를 사용하여 탈취필터용으로 최적화된 활성 탄화물 및 정제초액을 제조한다.
본 발명에 있어서, '활성 탄화물'이란 과수 전정지를 통상적인 방법으로 탄화하여 얻어진 탄화물을 활성화처리하여서 얻어진 탄화물을 의미한다. 본 발명에 있어서, '활성화처리'란 탄화물에 염기성 화합물, 바람직하게 수산화칼륨, 수산화나트륨을 혼합하고 고온처리하여 일반 탄화물보다 비표면적이나 세공용적을 증가시키는 공정을 의미한다.
본 발명에 따른 활성 탄화물은, 먼저 과수 전정지를 600 ℃ 이상에서 4 내지 5시간 동안 직접 탄화하여 초벌 탄화물을 얻고, 얻어진 초벌 탄화물을 염기성 화합물, 바람직하게 수산화칼륨과 1:3의 중량비로 혼합한 후, 600℃ 이상의 고온에서 활성화처리하여 얻어진다. 이렇게 활성화처리된 탄화물은 일반적으로 과수 전정지를 탄화하여 얻어지는 탄화물보다 비표면적과 세공용적이 증가되어 흡착능력을 향상시킬 수 있다. 본 발명에 따른 방법으로 제조된 탄화물은 25 내지 75 ㎛의 입자크기와 1,000 m2/g 이상의 비표면적을 갖는다. 탄화물의 입자크기가 25 ㎛ 미만이면 작은 입자크기로 인해 작업 시 분진이 발생하고 탄화물끼리 응집하여 분산에 어려움이 있고, 75 ㎛를 초과하면 비표면적 감소로 인해 흡착능력이 저하될 수 있다. 또한, 탄화물의 비표면적이 1,000 m2/g 미만이면 흡착성능을 발휘할 수 없다. 본 발명에 따른 과수 전정지의 탄화방법으로 제조된 탄화물의 탄소함량은 일반 과수 전정지 탄화물에 비해 탄소함량이 높고 비표면적 또한 더 크다.
본 발명에 따른 정제초액은 상기한 과수 전정지의 탄화시 발생하는 연기를 별도 포집하고 냉각 및 응축하여 얻어진 목초액을 정제하는 방법으로 제조할 수 있다. 구체적으로, 과수 전정지를 직접 탄화할 때 생성되는 연기를 탄화조에 설치된 관을 통해 별도로 탱크조에 포집한다. 포집된 연기는 탱크조에서 냉각 및 응축되어 목초액으로 되는데, 상기 목초액을 방치하면 비중에 의해 상, 중, 하의 세 층으로 층 분리가 일어난다. 층 분리된 목초액의 상층은 주로 경질유이고, 하층은 타르성분의 물질이므로 중간층을 물리적 방법, 예를 들어 비중에 의해 분리하고 상, 하층은 폐기한다. 분리된 중간층을 정제하여 정제초액을 얻을 수 있으며, 이때 중간층을 정제하기 위해 사용되는 방법은 특별히 제한되지는 않으나, 바람직하게는 감압증류하여 정제할 수 있다. 감압증류하여 얻어진 정제초액은 추가로 활성탄 여과 공정을 수행하여 잔류 용해타르를 제거할 수 있다. 활성탄 여과 공정은 정제초액에 활성탄을 첨가하여 수행할 수 있다.
일반적으로 목초액은 각종 유기산과 폴리페놀, 비타민 B 등을 함유하고 있으며 항균 및 항산화활성이 있는 것으로 알려져 있는데, 이러한 목초액으로부터 정제된 본 발명의 정제초액 또한 동일한 효과를 발휘할 수 있다. 본 발명에 따른 정제초액은 유해가스의 탈취, 소취 관련 천연 흡착물로서 우수한 활성을 가질 뿐만 아니라, 기존 천연물로부터 추출된 성분들과 비교하여 다량제조가 가능하고, 과수 전정지의 탄화과정에서 부수적으로 발생되어 회수할 수 있고, 개발 정제과정을 거쳐 안전성이 확보된 상태로 제조가 용이하다는 이점을 갖는다.
본 발명에 따르면, 상기한 방법으로 제조된 활성 탄화물과 정제초액을 정제초액의 중량을 기준으로 1:1.2 내지 1.5의 중량비로 혼합하여 정제초액/활성 탄화물의 혼합물을 얻는다. 활성 탄화물이 정제초액에 대하여 1.2 중량비 이하로 사용되면 기재와의 접착력이 저하되고 1.5 중량비를 초과하여 사용되면 필터에 코팅된 후 활성 탄화물이 탈락되어 손에 묻어나거나 활성탄 분진이 발생할 수 있다.
본 발명에 있어서, '정제초액/활성 탄화물의 혼합물'은 정제초액과 활성 탄화물을 혼합하여서 제조된 혼합물을 의미하며, 상기 용어는 '정제초액과 활성 탄화물의 혼합물', '활성 탄화물과 정제초액의 혼합물' 및 '정제초액/활성 탄화물'과 상호교환적으로 사용될 수 있다.
상기한 정제초액/활성 탄화물의 혼합물을 제조한 다음, 여기에 정제초액/활성 탄화물의 혼합물 100중량에 대하여 물을 20 내지 30중량의 비율과 폴리비닐알코올을 35 내지 45중량의 비율로 첨가한다. 폴리비닐알코올은 수용성 고분자로, 필터용 코팅제의 탈취능력 저하를 최소화하기 위해 첨가한다. 여기서, 폴리비닐알코올을 45 중량의 비율 이상 사용하면 내수성이 저하될 수 있으며, 내수성이 저하되면 공기 중 수분에 의해 필터와 코팅제간의 계면파괴, 코팅면의 응집파괴로 인해 활성 탄화물의 이탈이 발생할 수 있다.
상기한 바와 같이 정제초액/활성 탄화물의 혼합물에 물과 폴리비닐알코올을 첨가한 다음, 정제초액/활성 탄화물의 혼합물 100중량에 대하여 탈취필터용 바인더를 8 내지 12 중량의 비율, 에탄올을 5 내지 9 중량의 비율로, 그리고 미량의 소포제를 차례로 첨가한다.
본 발명에 있어서는 수용성 고분자인 폴리비닐 알코올의 취약한 내수성을 보완하고, 정제초액의 결합력을 강화하여 필터여재 표면과 내부에 탄화물이 골고루 코팅될 수 있도록 하기 위해 탈취필터용 바인더를 사용한다. 정제초액/활성 탄화물의 혼합물에 수용성 고분자와 탈취필터용 바인더를 첨가하므로써 활성탄이 쉽게 침전되지 않고 적당한 유동성을 가지면서 공기투과도를 적절하게 유지할 수 있다.
상기 탈취필터용 바인더는 폴리비닐아세테이트-아크릴레이트 에멀젼, 수분산성 우레탄 수지, 벤토나이트, 셀룰로오스 및 덱스트린으로부터 선택될 수 있으며, 바람직하게는 폴리비닐아세테이트-아크릴레이트 에멀젼을 사용한다. 폴리비닐아세테이트-아크릴레이트 에멀젼은 필터여재에 대한 접착력이 우수하고 활성 탄화물과 정제초액의 탈취능력을 저하시키지 않으며, 활성 탄화물을 잘 분산시킬 수 있는 초산비닐계 탈취필터용 바인더로서, 직접 제조하거나 시판 제품, 예를 들어 EP-20((주)케이디켐 제품)을 사용할 수 있다. 본 발명에 따라 탈취필터용 바인더는 정제초액/활성 탄화물의 혼합물 100중량에 대하여 8 내지 12 중량의 비율로 사용할 수 있으며, 탈취필터용 바인더가 8 중량 비율 미만으로 사용될 경우 수용성 고분자의 내수성을 보완하기 어려워서 활성 탄화물의 이탈이 발생할 수 있다.
상기에서 탈취필터용 바인더를 첨가한 다음, 에탄올을 정제초액/활성 탄화물의 혼합물 100중량에 대해 5 내지 9중량의 비율로 첨가하는데, 에탄올은 코팅제에 의한 필터여재의 눈막힘 현상을 방지하기 위한 것이다. 에탄올이 5중량 비율 미만으로 첨가되면 눈막힘 현상이 발생할 수 있고, 9중량 비율을 초과하면 코팅제의 건조가 가속화되어 코팅공정 중이나 상온 보관시 코팅제와 공기간의 계면에 피막이 발생하여 필터기능을 저해할 수 있다.
본 발명에 따른 필터용 코팅제는 코팅 공정 중에 발생할 수 있는 기포를 제거하기 위해 소포제를 사용할 수 있다. 본 발명에 있어서, 소포제는 기포를 제거하는 임의의 성분을 사용할 수 있으며, 특별히 제한되지는 않으나 주로 실리콘계, 미네랄오일계, 알코올계를 사용할 수 있고, 바람직하게는 알코올계 소포제를 사용한다. 본 발명에 있어서, 소포제는 미량으로 사용될 수 있으며, 소포제의 양은 당분야의 숙련된 사람들이라면 필요에 따라 용이하게 선택할 수 있다.
상기한 바와 같이 제조된 코팅제를 필터여재에, 예를 들어 디핑(dipping), 분무 또는 에어 블로잉(air blowing) 방법에 의해 적용하여 공기청정 필터용 필터를 제조할 수 있으며, 이 필터는 헤파필터, 집진필터, 탈취필터로서 사용할 수 있다. 도 1과 2는 본 발명의 코팅제를 적용한 필터에 대한 유해가스(VOC) 제거 시험 결과를 나타낸 것이다 본 발명의 코팅제를 적용한 필터는 톨루엔 100ppm에 대해 30분 동안 90% 이상의 제거율을 나타내었으며, 포름 알데히드에 대해서는 30분 동안 70% 이상의 제거율을 나타내었다. 또한, 탈취효율은 암모니아, 아세트알데히드 및 초산에 대해 30분 동안 각각 90% 이상, 70% 이상 및 90% 이상의 탈취율을 나타내었다.
본 발명에 있어서, ‘여재’는 본 발명에 따른 필터용 코팅제를 적용하여 공기청정 필터를 형성하는 대상물체로서, 당분야에서 사용가능한 모든 재료를 포함할 수 있으며, 예를 들어 종이, 플라스틱, 세라믹, 목재, 섬유재, 금속 등일 수 있다.
본 발명에 따른 공기청정 필터용 코팅제는 헤파필터, 집진필터, 탈취필터에 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 공기청정 필터용 코팅제가 적용된 필터는 공기청정기, 공기순환기, 진공청소기, 에어컨, 제습기, 가습기, 자동차 등의 필터로서 다양하게 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. 하기 실시예는 본 발명의 구체적인 예들을 나타내는 것으로, 본 발명은 하기 실시예에 의해 제한되지 않아야 한다.
시험예 1 활성 탄화물의 입도 범위 및 건조 감량 측정
- 시험기준 및 방법: KSM-1802
- 입자상 시료를 체가름하여 각 체 위에 남은 시료의 무게로부터 입자크기를 구하였다.
- 시료를 항온 건조기 안에서 3시간 건조하여 그 감량을 계산하였다.
시험예 2 탈취율 시험(KS I 2218:2009)
1. 155 mm x 210 mm 크기의 시험체를 5L 반응기에 넣고 밀봉하였다.
2. 시험가스의 초기농도를 50 μmol/mol로 하여 주입하고 0분, 30분, 60분, 90분, 120분에 측정하여 이를 시험체 농도로 하였다.
3. 시험가스의 농도는 가스검지관에 의해 측정하였다.
4. 시험 중 온도는 23.0±5.0 ℃, 습도는 50±10 %R.H.를 유지하였다.
5. 이와 별도로 시험체가 없는 상태에서 상기한 2 내지 4를 실시하고 이를 블랭크 농도로 하였다.
6. 각 시간대별 시험가스의 제거율은 다음 식에 의해 계산하였다:
시험가스의 제거율(%) = [{(블랭크 농도)-(시험체 농도)}/(블랭크 농도)] x 100
시험예 3 활성 탄화물의 비표면적 분석(KS A 0094)
비표면적분석(BET)에 의해 질소, 아르곤 등의 기체 분자를 고체 입자에 흡착시켜 흡착된 기체 분자의 양으로부터 고체 입자의 비표면적을 측정하였다.
시험예 4 VOC 저감시험(유해가스제거)
초기가스농도를 가스 주입 후 2~5분 경과후 측정하여 100ppm이 되도록 하였으며 허용오차는 ±10%로 하였다.
시험체를 30분간 정격풍량으로 운전시키고, 중지 후 잔류가스 농도를 측정하였다.
각 오염성분 i 가스의 제거율 ni(%)를 다음 식으로 계산하였다:
Figure 112017111087910-pat00001
시험체의 유해가스 제거율을 다음 식으로 계산하였다:
Figure 112017111087910-pat00002
제조예 1 활성 탄화물 및 정제초액의 제조
1) 활성 탄화물의 제조
뽕나무 정전지를 분쇄기로 분쇄하고 24시간 건조하여 인서트 컨베이어를 이용해 탄화로에 정전지 분쇄물 100kg을 투입하였다. 투입 후, 650℃에서 5시간 동안 직접 탄화후 24시간 냉각하여 탄화물을 얻었다. 탄화물을 분쇄기로 분쇄하고 분쇄된 탄화물 30kg과 수산화칼륨 90kg을 혼합한 다음, 600℃에서 75분간 활성화하고 세척 후 건조하여 활성 탄화물을 얻었다.
2) 정제초액의 제조
뽕나무 전정지의 탄화시 생성되는 연기를 별도로 포집하여 탱크에 저장 후 50℃ 이하로 냉각 및 응축시켜 응축물을 얻었다. 응축물을 24시간 저장하여 비중에 의한 층 분리공정을 수행하였고 여기서 생성된 응축물의 중간층 5 kg을 50℃, 5 mmHg 하에 24시간 동안 감압증류하여 증기를 포집 후 50℃ 이하로 냉각시켜서 얻어진 목초액을 정제초액으로 하였다.
실시예
실시예 1 공기청정 필터용 코팅제의 제조
5구 플라스크에 교반기를 장착하고 제조예 1에서 얻어진 활성 탄화물 284.7 g을 투입하였다. 여기에 정제초액 189.8 g을 투입하고 교반하여 활성 탄화물을 정제초액으로 침윤시켰다. 증류수 119.8 g을 투입하여 1차 분산을 30분간 실시하고 20% 폴리비닐알코올 수용액 189.8 g, 폴리비닐아세테이트-아크릴레이트 에멀젼(EP-20, (주)케이디켐 제품) 50 g을 차례로 첨가하여 2차 분산을 60분간 수행하였다. 에탄올 35 g과 소포제(SAN NOPCO KOREA의 SN-DEFOAMER 601) 0.9 g을 투입하여 공기청정 필터용 코팅제 약 870 g을 얻었다.
실시예 2 활성 탄화물의 입자크기별 배합 시험
Figure 112018105162367-pat00013
상기 표에 기재된 입자크기를 갖는 활성 탄화물을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1의 방법으로 코팅제를 제조하여 콜게이트 타입의 부직포 앞, 뒷면에 각 2회 코팅하고 상온에서 24시간 건조하였다. 건조된 코팅제에 대하여 분산성, 점도 안정성, 코팅성 및 내스크래치성을 시험하였으며, 그 결과를 하기 표에 기재하였다.
시험방법
- 분산성: 코팅제를 제조한 후, 150 내지 200 메쉬(mesh)의 필터를 통과시키고, 필터에 잔류하는 탄화물 덩어리를 육안으로 관찰하였다.
- 점도 안정성: 코팅제를 제조한 후, 제조 직후, 1일 후, 7일 후의 점도를 비교하였다.
- 코팅성: 코팅제를 제조한 후, 바 코우터(bar coater)로 종이에 코팅하여 표면의 레벨링성(도포의 균일성), 뭉침현상 등을 육안으로 관찰하였다.
- 내스크래치성: 코팅제를 제조한 후, 바 코우터를 사용하여 종이에 코팅하고 손톱으로 긁어 코팅면 또는 탄화물의 이탈정도를 육안으로 관찰하였다.
Figure 112017111087910-pat00004
0: 우수, △: 양호, X: 불량
상기 표에서 알 수 있는 바와 같이, 활성 탄화물의 입자크기가 커질수록 분산성, 점도 안정성, 코팅성은 양호하였으나 내스크래치성은 상대적으로 감소하는 것으로 나타났다.
실시예 3 활성 탄화물의 입자크기에 따른 VOC 저감 시험
실시예 2에서 제조된 활성 탄화물의 입자크기가 다른 코팅제를 콜게이트 타입의 부직포 앞, 뒷면에 각 2회 코팅하고 상온에서 24시간 건조하였다. 건조된 코팅제에 대하여 톨루엔 100 ppm을 주입하여 VOC 저감시험을 수행하였으며, 그 결과를 도 1에 나타내었다. 도 1에서 보이는 바와 같이, 입자크기가 다른 활성 탄화물을 포함하는 실시예 2에 따른 코팅제로 코팅된 필터에 의해 30분경과 후 톨루엔 제거율은 거의 0%에 이르렀다.
실시예 4 정제초액 농도에 따른 VOC 저감 시험
정제초액의 함량을 전체 코팅제 100중량%에 대하여 18.9 중량%, 및 22.6 중량%를 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅제를 제조하였다. 각각의 코팅제를 콜게이트 타입의 부직포 앞, 뒷면에 각 2회 코팅하고 상온에서 24시간 건조하였다. 건조된 코팅제에 대하여 톨루엔 100 ppm을 주입하여 VOC 저감시험을 수행하였으며, 그 결과를 도 2에 나타내었다. 도 2에서 보이는 바와 같이, 정제초액의 함량이 다른 상기 코팅제로 코팅된 필터에 의해 30분경과 후 톨루엔 제거율은 거의 0%에 이르렀다.
비교예 1
Figure 112017111087910-pat00005
상기 표의 성분과 배합량을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1의 방법으로 코팅제를 제조하였다. 제조된 코팅제를 필터여재에 코팅하여 공기청정용 필터를 제조하여 시험하였다. 그 결과, 필터로부터 코팅제 이탈 및 도막의 갈라짐이 관찰되었으며, 이러한 결과는 코팅제의 취약한 내수성과 경질 도막의 형성을 나타내는 것이다.
비교예 2
Figure 112017111087910-pat00006
상기 표의 성분과 배합량을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1의 방법으로 코팅제를 제조하였다. 제조된 코팅제를 필터여재에 코팅하여 공기청정용 필터를 제조하여 시험하였다. 탈취필터용 바인더를 사용하지 않고, 폴리비닐알코올 용액 대신 스티렌-α-메틸스티렌-아크릴산 수지 용액을 사용하였다. 그 결과, 활성 탄화물의 분산 안정성이 저하되고, 필터로부터 코팅제 이탈 및 도막의 갈라짐이 관찰되었으며, 이러한 결과는 코팅제의 취약한 내수성과 경질 도막의 형성을 나타내는 것이다.
비교예 3
Figure 112017111087910-pat00007
상기 표의 성분과 배합량을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1의 방법으로 코팅제를 제조하였다. 제조된 코팅제를 필터여재에 코팅하여 공기청정용 필터를 제조하여 시험하였다. 그 결과, 필터에 코팅한 후 활성탄이 손에 묻어나는 것이 관찰되었다.
비교예 4
Figure 112017111087910-pat00008
상기 표의 성분과 배합량을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1의 방법으로 코팅제를 제조하였다. 제조된 코팅제를 필터여재에 코팅하여 공기청정용 필터를 제조하여 시험하였다. 그 결과, 필터에서 눈막힘 현상이 관찰되었다.
비교예 5
Figure 112017111087910-pat00009
상기 표의 성분과 배합량을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1의 방법으로 코팅제를 제조하였다. 제조된 코팅제를 필터여재에 코팅하여 공기청정용 필터를 제조하여 시험하였다. 그 결과, 활성 탄화물의 분산 안정성이 저하되고, 코팅 후에 활성탄이 손에 묻어나는 것이 관찰되었다.
비교예 6
Figure 112017111087910-pat00010
상기 표의 성분과 배합량을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1의 방법으로 코팅제를 제조하였다. 제조된 코팅제를 필터여재에 코팅하여 공기청정용 필터를 제조하여 시험하였다. 그 결과, 건조 후 필터로부터 활성 탄화물이 묻어 나오는 것이 관찰되었으며, 이러한 결과는 코팅제와 필터여재 사이의 접착력이 불량한 것을 나타낸다.

Claims (13)

  1. 활성 탄화물과 정제초액의 혼합물 100 중량에 대하여 물 20 내지 30 중량, 폴리비닐알코올 35 내지 45 중량, 탈취필터용 바인더 8 내지 12 중량 및 에탄올 5 내지 9중량의 비율로 각각 포함되어 조성되되,
    상기 활성 탄화물과 정제초액의 혼합물은 정제초액과 활성 탄화물을 1:1.2 내지 1.5의 중량비로 혼합하여 제조되며,
    상기 활성 탄화물은 과수 전정지를 600℃ 이상에서 4 내지 5시간 동안 직접 탄화하여 얻어진 탄화물에 수산화칼륨을 혼합한 후, 600℃ 이상의 고온에서 활성화처리하여서 제조되며,
    상기 정제초액은 상기한 과수 전정지의 탄화시 생성되는 연기를 별도로 포집하고 탱크에 저장하여 냉각 및 응축시키면서 비중에 의한 층 분리공정을 수행하고, 상기 층 분리공정에서 생성된 중간층을 감압증류하여 얻어진 증기를 냉각 포집하여서 제조되는 것을 특징으로 하는 공기청정 필터용 코팅제.
  2. 제1항에 있어서, 상기 탄화물과 수산화칼륨이 1:3의 중량비로 혼합되는 것을 특징으로 하는 공기청정 필터용 코팅제.
  3. 제1항에 있어서, 상기 정제초액과 활성 탄화물의 혼합물에 사용되는 활성 탄화물의 입자크기는 25 내지 75 ㎛인 것을 특징으로 하는 공기청정 필터용 코팅제.
  4. 제1항에 있어서, 상기 정제초액과 활성 탄화물의 혼합물에 사용되는 활성 탄화물의 비표면적은 1,000 m2/g 이상인 것을 특징으로 하는 공기청정 필터용 코팅제.
  5. 제1항에 있어서, 상기 탈취필터용 바인더는 폴리비닐아세테이트-아크릴레이트 에멀젼, 수분산성 우레탄 수지, 벤토나이트, 셀룰로오스 및 덱스트린으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 공기청정 필터용 코팅제.
  6. 제1항에 있어서, 상기 탈취필터용 바인더는 폴리비닐아세테이트-아크릴레이트 에멀젼인 것을 특징으로 하는 공기청정 필터용 코팅제.
  7. 제6항에 있어서, 상기 폴리비닐아세테이트-아크릴레이트 에멀젼은 점도가 1,000 내지 2,000cps이고, 무게평균분자량(Mw)이 100,000 이상이며, 폴리비닐아세테이트-아크릴레이트 에멀젼을 기준으로 폴리비닐알코올을 2 내지 5중량% 함유하는 것을 특징으로 하는 공기청정 필터용 코팅제.
  8. 1) 과수 전정지를 600℃ 이상에서 4 내지 5시간 동안 직접 탄화하여 얻어진 탄화물에 수산화칼륨을 1:3의 중량비로 혼합한 후, 800℃ 이상에서 고온 활성화처리하여 활성 탄화물을 제조하고;
    2) 상기한 과수 전정지의 탄화시 생성되는 연기를 별도로 포집하고 탱크에 저장하여 냉각 및 응축시키면서 비중에 의한 층 분리공정을 수행하고, 상기 층 분리공정에서 생성된 중간층을 감압증류하여 얻어진 증기를 냉각 포집하여서 정제초액을 제조하고;
    3) 1)과 2)에서 제조된 정제초액과 활성 탄화물을 1:1.2 내지 1.5의 중량비로 혼합하여 정제초액과 활성 탄화물의 혼합물을 제조하고;
    4) 상기 활성 탄화물과 정제초액의 혼합물 100 중량에 대하여 물을 20 내지 30 중량의 비율로 투입한 다음, 상기 활성 탄화물과 정제초액의 혼합물 100 중량에 대해 폴리비닐알코올을 35 내지 45 중량의 비율로 혼합하고;
    5) 4)에서 얻어진 혼합물에 상기 활성 탄화물과 정제초액의 혼합물 100중량에 대해 탈취필터용 바인더를 8 내지 12 중량의 비율 및 에탄올 5 내지 9중량의 비율로 순차적으로 첨가한 다음, 여기에 소포제 미량을 첨가하는 것을 포함하는 공기청정 필터용 코팅제의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 정제초액과 활성 탄화물의 혼합물에 사용되는 활성 탄화물의 입자크기는 25 내지 75 ㎛인 것을 특징으로 하는 공기청정 필터용 코팅제의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 정제초액과 활성 탄화물의 혼합물에 사용되는 활성 탄화물의 비표면적은 1,000 m2/g 이상인 것을 특징으로 하는 공기청정 필터용 코팅제의 제조방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 탈취필터용 바인더는 폴리비닐아세테이트-아크릴레이트 에멀젼, 수분산성 우레탄 수지, 벤토나이트, 셀룰로오스 및 덱스트린으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 공기청정 필터용 코팅제의 제조방법.
  12. 제8항에 있어서, 상기 탈취필터용 바인더는 폴리비닐아세테이트-아크릴레이트 에멀젼인 것을 특징으로 하는 공기청정 필터용 코팅제의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 폴리비닐아세테이트-아크릴레이트 에멀젼은 점도가 1,000 내지 2,000cps이고, 무게평균분자량(Mw)이 100,000 이상이며, 폴리비닐아세테이트-아크릴레이트 에멀젼을 기준으로 폴리비닐알코올을 2 내지 5중량% 함유하는 것을 특징으로 하는 공기청정 필터용 코팅제의 제조방법.
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