KR102031126B1 - 다기능성 고분자 섬유 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 필터용 고분자 섬유에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 (a) 고분자 섬유를 디아조늄염(diazonium salt)으로 처리하여 고분자 섬유의 표면을 개질하는 단계; (b) 상기 개질된 고분자 섬유를 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 및 아크릴산 모노머의 공중합체로 처리하여 표면 처리된 고분자 섬유를 제조하는 단계; 및 (c) 상기 표면 처리된 고분자 섬유를 금속 용액으로 처리하여 금속착물형 고분자 섬유를 제조하는 단계를 포함하는 제조방법에 의하여 제조되는 필터용 고분자 섬유에 관한 것이다.

Description

다기능성 고분자 섬유{a multi-functionalpolymer fiber}
본 발명은 필터용 고분자 섬유에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 (a) 고분자 섬유를 디아조늄염(diazonium salt)으로 처리하여 고분자 섬유의 표면을 개질하는 단계; (b) 상기 개질된 고분자 섬유를 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 및 아크릴산 모노머의 공중합체로 처리하여 표면 처리된 고분자 섬유를 제조하는 단계; 및 (c) 상기 표면 처리된 고분자 섬유를 금속 용액으로 처리하여 금속착물형 고분자 섬유를 제조하는 단계를 포함하는 제조방법에 의하여 제조되는 필터용 고분자 섬유에 관한 것이다.
산업화가 진행되면서 메르스 등 신종 바이러스, 미세먼지, 황사 등 환경적으로 인체에 유해한 미세입자들이 증가하고 있으며, 이러한 미세입자들의 인체 유입을 차단하기 위해 다양한 기능성 필터가 개발되고 있다.
특히 2015년에 메르스 환자가 급증하면서 이를 예방하기 위한 기능성 필터에 대한 관심이 집중된 경험이 있다.
최근 자동차의 급증과 유류 및 유기용제의 소비로 발생되는 휘발성 유기화합물에 의한 대기오염이 매우 심각하며, 특히 벤젠류는 발암물질로서 인체의 면역체계에 심각한 피해를 끼치므로 배출 이전에 반드시 제거되어야 한다.
또한 봄철에는 황사와 미세먼지 차단을 위한 기능성 필터의 판매량이 급증하며, 식약처 및 안전보건공단의 인증을 받은 고기능성 필터를 찾는 고객은 지속적으로 증가할 것으로 예상된다.
기능성 필터와 관련하여 한국등록실용신안 제20-0365133호 등은 다양한 용도의 필터를 개시하고 있다.
그러나 상기 문헌에 개시된 기술은 유해가스 제거 특성, 미세먼지 제거 특성, 항균성 등이 열등하여 고기능성 필터를 필요로 하는 소비자의 요구를 충족시킬 수 없다.
한국등록실용신안 제20-0365133호
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 고분자 섬유의 표면에 금속착물을 형성함으로써 유해가스 제거 특성, 미세먼지 제거 특성 및 항균성이 우수한 필터용 고분자 섬유를 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 고분자 섬유의 표면에 열안정성이 우수한 그래프트 중합체 및 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제와 아크릴산 모노머의 공중합체가 공유 결합함으로써, 코팅공정, 필터 제조공정 등 고온의 조건 하에서도 상기 그래프트 중합체 및 공중합체가 열적으로 안정하여 분해되지 않으므로, 금속착물이 안정적으로 결합되어 흡착특성, 항균성 등을 장기간 발현할 수 있는 필터용 고분자 섬유를 제공하는 것을 목적으로 한다.
아울러 본 발명은 고분자 섬유의 표면에 금속착물을 결합시킴으로써 표면적과 기공율이 증가하고 유해가스 제거 특성, 미세먼지 제거 특성 및 항균성이 우수하여 장기간 안정적으로 사용될 수 있는 캐빈 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 (a) 고분자 섬유를 디아조늄염(diazonium salt)으로 처리하여 고분자 섬유의 표면을 개질하는 단계; (b) 상기 개질된 고분자 섬유를 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 및 아크릴산 모노머의 공중합체로 처리하여 표면 처리된 고분자 섬유를 제조하는 단계; 및 (c) 상기 표면 처리된 고분자 섬유를 금속 용액으로 처리하여 금속착물형 고분자 섬유를 제조하는 단계를 포함하는 필터용 고분자 섬유의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 (a) 단계는 고분자 섬유를 카르복실기, 하이드록실기, 술폰산기 및 인산기에서 선택되는 하나 이상의 관능기를 갖는 디아조늄염으로 처리하여, 고분자 섬유 표면에 디아조늄염이 그래프트 중합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 (b) 단계의 공중합체는 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 및 아크릴산 모노머의 중량비가 10~30:70~90인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 (c) 단계는 고분자 섬유 표면에 형성된 관능기와 금속 용액의 금속이 금속착물을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 상기 제조방법으로 제조되는 필터용 고분자 섬유에 있어서, 상기 필터용 고분자 섬유는 표면에 카르복실기, 하이드록실기, 술폰산기 및 인산기에서 선택되는 하나 이상의 관능기를 갖는 디아조늄염이 그래프트 중합되고, 상기 필터용 고분자 섬유 표면에 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 및 아크릴산 모노머의 공중합체가 결합되고, 상기 필터용 고분자 섬유 표면에 형성된 관능기와 금속 용액의 금속이 금속착물을 형성하는 것을 특징으로 하는 필터용 고분자 섬유를 제공한다.
아울러 본 발명은 상기 필터용 고분자 섬유를 포함하는 캐빈 필터를 제공한다.
본 발명은 고분자 섬유의 표면에 금속착물을 형성함으로써 유해가스 제거 특성, 미세먼지 제거 특성 및 항균성이 우수한 필터용 고분자 섬유를 제공할 수 있다.
또한 본 발명은 고분자 섬유의 표면에 열안정성이 우수한 그래프트 중합체 및 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제와 아크릴산 모노머의 공중합체가 공유 결합함으로써, 코팅공정, 필터 제조공정 등 고온의 조건 하에서도 상기 그래프트 중합체 및 공중합체가 열적으로 안정하여 분해되지 않으므로, 금속착물이 안정적으로 결합되어 흡착특성, 항균성 등을 장기간 발현할 수 있는 필터용 고분자 섬유를 제공할 수 있다.
아울러 본 발명은 고분자 섬유의 표면에 금속착물을 결합시킴으로써 표면적과 기공율이 증가하고 유해가스 제거 특성, 미세먼지 제거 특성 및 항균성이 우수하여 장기간 안정적으로 사용될 수 있는 캐빈 필터를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 금속착물형 고분자 섬유를 나타낸다.
이하 실시예를 바탕으로 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명에 사용된 용어, 실시예 등은 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고 통상의 기술자의 이해를 돕기 위하여 예시된 것에 불과할 뿐이며, 본 발명의 권리범위 등이 이에 한정되어 해석되어서는 안 된다.
본 발명에 사용되는 기술 용어 및 과학 용어는 다른 정의가 없다면 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 나타낸다.
본 발명은 (a) 고분자 섬유를 디아조늄염(diazonium salt)으로 처리하여 고분자 섬유의 표면을 개질하는 단계; (b) 상기 개질된 고분자 섬유를 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 및 아크릴산 모노머의 공중합체로 처리하여 표면 처리된 고분자 섬유를 제조하는 단계; 및 (c) 상기 표면 처리된 고분자 섬유를 금속 용액으로 처리하여 금속착물형 고분자 섬유를 제조하는 단계를 포함하는 필터용 고분자 섬유의 제조방법에 관한 것이다.
상기 (a) 단계는 고분자 섬유를 카르복실기, 하이드록실기, 술폰산기 및 인산기에서 선택되는 하나 이상의 관능기를 갖는 디아조늄염으로 처리하여, 고분자 섬유 표면에 디아조늄염이 그래프트 중합될 수 있다.
상기 표면 개질을 통하여 고분자 섬유의 표면에 형성된 카르복실기, 하이드록실기, 술폰산기, 인산기 등의 관능기는 금속, 나노 카본볼 또는 다양한 화합물과 결합할 수 있으며, 흡착 특성, 항균성 등이 개선될 수 있다.
고분자 섬유의 소재로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리아크릴로니트릴, 아크릴 수지 등이 제한 없이 사용될 수 있다.
상기 고분자 섬유는 고분자 섬유의 집합체, 즉 부직포, 매트, 웹, 직물, 필터 등도 포함한다.
디아조늄염의 함량은 고분자 섬유 100중량부에 대하여 1~10중량부인 것이 바람직하며, 디아조늄염의 함량이 1중량부 미만인 경우 관능기의 도입이 미미하여 흡착특성이 저하되고, 10중량부를 초과하는 경우 제조된 필터의 기공율이 오히려 작게 되어 유해가스 및 미세먼지를 효과적으로 흡착할 수 없게 된다.
상기 디아조늄염은 카르복실기, 하이드록실기, 술폰산기 및 인산기에서 선택되는 하나 이상의 관능기를 갖는 방향족 1차 아민을 염산 및 아질산나트륨과 반응시켜 제조될 수 있다.
일예로서, 반응용기에 0.2M HCl 1,000중량부를 넣고 혼합하는 제1단계; 상기 제1단계의 혼합액에 4-아미노벤조산 또는 4-아미노페놀을 10 내지 1,000중량부를 넣고 혼합하는 제2단계; 및 상기 제2단계의 혼합액에 0.02M 아질산나트륨 0.1 내지 500중량부를 넣어주며 혼합하는 제3단계를 통하여 디아조늄염을 제조할 수 있다.
상기 고분자 섬유를 카르복실기, 하이드록실기, 술폰산기 및 인산기에서 선택되는 하나 이상의 관능기를 갖는 디아조늄염으로 처리하면, 고분자 섬유 표면에 디아조늄염이 연속적으로 결합하여 열안정성이 우수한 그래프트 중합체가 형성될 수 있다.
고분자 섬유의 표면에 열안정성이 우수한 그래프트 중합체가 공유 결합되는 경우, 코팅공정, 필터 제조공정 등 고온의 조건 하에서도 상기 그래프트 중합체가 열적으로 안정하여 분해되지 않으므로, 금속착물 또는 나노 카본볼이 안정적으로 결합되어 흡착특성, 항균성 등을 장기간 발현할 수 있다.
만일 고분자 섬유의 표면에 저분자 화합물이 결합하면, 상기 저분자 화합물은 열에 의해 쉽게 분해되어 금속착물 또는 나노 카본볼이 쉽게 탈리되며, 흡착특성, 항균성 등을 발현할 수 없게 된다.
그래프트 중합을 효율적으로 수행하기 위하여 황산칼륨, 질산나트륨 등의 촉매를 사용할 수 있으며, 상기 촉매는 디아조늄염 1몰에 대하여 0.01~0.1몰 사용되는 것이 바람직하다. 촉매의 함량이 0.01몰 미만이면 첨가의 효과가 미미하고, 0.1몰을 초과하면 디아조늄염의 호모 중합체가 다량 생성되어 흡착특성이 저하된다.
그래프트 중합은 50~90℃에서 10분~24시간 수행되는 것이 바람직하며, 중합온도가 50℃ 미만이면 중합이 불완전하게 일어나고, 90℃를 초과하면 섬유의 내구성이 저하된다. 또한 중합시간이 10분 미만이면 중합이 불완전하게 일어나고, 24시간을 초과하면 디아조늄염의 호모 중합체가 다량 생성되어 흡착특성이 저하된다.
상기 (b) 단계는 상기 개질된 고분자 섬유를 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 및 아크릴산 모노머의 공중합체로 처리하여 표면 처리된 고분자 섬유를 제조하는 단계이다.
상기 공중합체는 고분자 섬유 표면에 공유 결합되거나 또는 디아조늄염에 의해 도입된 그래프트 중합체와 결합할 수 있으며, 이를 통해 고분자 섬유 표면에 다수의 카르복실기를 도입할 수 있다.
상기 공중합체 내에 포함된 다수의 카르복실기는 금속, 나노 카본볼 또는 다양한 화합물과 결합할 수 있으며, 흡착 특성, 항균성 등이 개선될 수 있다.
고분자 섬유의 표면에 열안정성이 우수한 공중합체가 공유 결합되는 경우, 코팅공정, 필터 제조공정 등 고온의 조건 하에서도 상기 공중합체가 열적으로 안정하여 분해되지 않으므로, 금속착물 또는 나노 카본볼이 안정적으로 결합되어 흡착특성, 항균성 등을 장기간 발현할 수 있다.
상기 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제로는 3-메타크릴록시프로필메틸디메톡시실란, 3-메타크릴록시프로필트리메톡시실란, 3-메타크릴록시프로필메틸디에톡시실란, 3-메타크릴록시프로필트리에톡시실란, 3-아크릴록시프로필트리메톡시실란, 메타크릴록시메틸트리에톡시실란, 메타크릴록시메틸트리메톡시실란 등이 있다.
상기 아크릴산 모노머는 아크릴산, 메타크릴산, 메틸 아크릴산, 에틸 아크릴산, 부틸 아크릴산, 2-에틸 헥실 아크릴산, 데실아크릴산, 메틸 메타크릴산, 에틸 메타크릴산, 부틸 메타크릴산, 2-에틸 헥실 메타크릴산, 데실메타크릴산 등이 있다.
상기 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 및 아크릴산 모노머의 중량비는 10~30:70~90인 것이 바람직하며, 중량비가 10:90 미만이면 섬유와의 결합력이 저하되고, 30:70을 초과하면 흡착 특성이 저하된다.
상기 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 및 아크릴산 모노머의 공중합체는 고분자 섬유 100중량부에 대하여 1~10중량부인 것이 바람직하며, 공중합체의 함량이 1중량부 미만인 경우 관능기의 도입이 미미하여 흡착특성이 저하되고, 10중량부를 초과하는 경우 제조된 필터의 기공율이 오히려 작게 되어 유해가스 및 미세먼지를 효과적으로 흡착할 수 없게 된다.
상기 (c) 단계는 고분자 섬유 표면에 형성된 관능기와 금속 용액의 금속이 금속착물을 형성할 수 있다.
고분자 섬유 표면에 그래프트 중합된 중합체의 관능기 및 공중합체의 카르복실기는 금속용액의 금속과 금속착물을 형성할 수 있다.
카르복실기, 하이드록실기, 술폰산기, 인산기 등의 관능기는 금속과 안정적인 착물을 형성할 수 있으며, 고온의 조건에서도 상기 금속은 쉽게 탈리되지 않는다.
상기 금속으로서는 금, 은, 구리, 코발트, 니켈, 아연, 백금 등이 제한 없이 사용될 수 있다.
고분자 섬유의 표면에 형성되는 금속은 유해가스, 미세먼지, 바이러스 등과 결합할 수 있어 필터의 흡착 특성, 항균성 등이 개선될 수 있다.
상기 금속착물을 형성하기 위해 금속 전구체가 사용될 수 있으며, 질산은, 황산은, 은아세틸아세토네이트, 은아세테이트, 은카보네이트, 은클로라이드, 질산구리, 황산구리, 구리아세틸아세토네이트, 구리아세테이트, 구리카보네이트, 구리클로라이드 등이 사용 가능하다.
금속의 함량은 고분자 섬유 100중량부에 대하여 0.1~5중량부인 것이 바람직하며, 금속의 함량이 0.1중량부 미만인 경우 첨가의 효과가 미미하고, 5중량부를 초과하는 경우 섬유 표면에 금속착물을 균일하게 분포시킬 수 없다.
상기 제조방법은 상기 (c) 단계 이후에 나노 카본볼을 코팅하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
금속착물형 고분자 섬유에 나노 카본볼을 포함하는 조성물을 분사 또는 스프레이하거나 상기 금속착물형 고분자 섬유를 나노 카본볼을 포함하는 조성물에 함침하거나 상기 금속착물형 고분자 섬유에 나노 카본볼을 열접착할 수 있다.
상기 나노 카본볼은 입자의 크기가 100~600nm이고 다수의 기공을 갖는 공 모양의 탄소구조체로서, 비표면적과 공극율이 매우 높으며, 기공 내부에 촉매를 침착시킬 수 있어 휘발성 유기화합물, 미세먼지, 악취 성분, 유해가스 등을 흡착하거나 분해할 수 있다.
상기 나노 카본볼은 상호 응집되어 입자의 크기가 증가할 수 있는데, 이러한 응집 현상을 방지하기 위하여 나노 카본볼은 계면활성제, 안정화제 등으로 표면 처리될 수 있다.
계면활성제로는 알킬 트리메틸암모늄 할라이드 등의 양이온 계면활성제; 올레산, 알킬 아민 등의 중성 계면활성제; 소디움 알킬설페이트, 소디움 알킬포스페이트 등의 음이온 계면활성제가 제한 없이 사용될 수 있다.
상기 나노 카본볼은 실란 커플링제로 표면 처리되어 사용될 수 있다.
실란 커플링제는 유기 화합물과 결합할 수 있는 유기 관능기 및 무기물과 반응할 수 있는 가수분해기를 가지며, 나노 카본볼과 고분자 섬유의 계면 접착력을 향상시켜 제조된 필터의 흡착력, 내구성 등을 획기적으로 개선할 수 있다.
실란 커플링제로는 알킬기 함유 실란 커플링제, 아미노기 함유 실란 커플링제, 에폭시기 함유 실란 커플링제, 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제, 이소시아네이트기 함유 실란 커플링제, 메르캅토기 함유 실란 커플링제, 불소기 함유 실란 커플링제, 비닐기 함유 실란 커플링제 등이 제한 없이 사용될 수 있다.
상기 나노 카본볼은 에폭시기 함유 실란 커플링제 및 아미노기 함유 실란 커플링제의 혼합물로 표면 처리되는 것이 필터의 내구성과 흡착성의 측면에서 바람직하다.
혼합 실란 커플링제는 에폭시기 함유 실란 커플링제 60~90중량% 및 아미노기 함유 실란 커플링제 10~40중량%로 구성되는 바람직하다.
표면 처리되는 실란 커플링제의 함량은 나노 카본볼 100중량부에 대하여 1~10중량부인 것이 바람직하며, 함량이 1중량부 미만인 경우 첨가의 효과가 미미하고, 10중량부를 초과하는 경우 과다한 실란 커플링제의 사용으로 오히려 계면 접착 특성 및 내구성이 저하된다.
또한 상기 나노 카본볼은 카르복실기, 하이드록실기, 술폰산기 및 인산기에서 선택되는 하나 이상의 관능기를 갖는 디아조늄염으로 표면 처리될 수 있다.
나노 카본볼에 도입된 관능기는 표면 개질된 고분자 섬유와의 계면 접착력을 향상시켜 제조된 필터의 흡착력, 내구성 등을 획기적으로 개선할 수 있다.
표면 처리되는 디아조늄염의 함량은 나노 카본볼 100중량부에 대하여 1~10중량부인 것이 바람직하며, 함량이 1중량부 미만인 경우 첨가의 효과가 미미하고, 10중량부를 초과하는 경우 과다한 디아조늄염의 사용으로 오히려 계면 접착 특성 및 내구성이 저하된다.
나노 카본볼의 함량은 고분자 섬유 100중량부에 대하여 1~10중량부인 것이 바람직하며, 나노 카본볼의 함량이 1중량부 미만인 경우 첨가의 효과가 미미하고, 10중량부를 초과하는 경우 필터의 통기성 및 흡착성이 오히려 저하된다.
상기 나노 카본볼은 금속착물형 고분자 섬유에 분말 형태로 코팅되거나 용액 또는 젤 상태로 코팅될 수 있다.
금속착물형 고분자 섬유에 나노 카본볼을 포함하는 조성물을 분사 또는 스프레이하거나 상기 금속착물형 고분자 섬유를 나노 카본볼을 포함하는 조성물에 함침하거나 상기 금속착물형 고분자 섬유에 나노 카본볼을 포함하는 조성물을 열접착할 수 있다.
상기 나노 카본볼을 포함하는 조성물은 바인더를 포함할 수 있으며, 상기 바인더는 고분자 섬유와 나노 카본볼의 결합력을 향상시키는 접착제의 역할을 하는 것으로서, 나노 카본볼 입자의 탈리를 방지하고 필터에 내구성을 부여한다.
상기 바인더로는 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌, 에틸렌-초산비닐 수지, 전분 등이 사용되며, 바인더의 함량은 나노 카본볼 100중량부 대비 1~10중량부인 것이 바람직하다. 바인더의 함량이 1중량부 미만인 경우 첨가의 효과가 미미하고, 10중량부를 초과하는 경우 흡착성, 통기량 및 유해가스 제거성능이 오히려 저하된다.
상기 나노 카본볼을 포함하는 조성물은 실란 커플링제를 포함할 수 있으며, 실란 커플링제의 함량은 나노 카본볼 100중량부 대비 1~10중량부인 것이 바람직하다. 실란 커플링제의 함량이 1중량부 미만인 경우 첨가의 효과가 미미하고, 10중량부를 초과하는 경우 흡착성, 통기량 및 유해가스 제거성능이 오히려 저하된다.
상기 실란 커플링제는 에폭시기 함유 실란 커플링제 및 아미노기 함유 실란 커플링제의 혼합물인 것이 바람직하다.
혼합 실란 커플링제는 에폭시기 함유 실란 커플링제 60~90중량% 및 아미노기 함유 실란 커플링제 10~40중량%로 구성되는 바람직하다.
또한 본 발명은 상기 고분자 섬유의 표면에 나노 카본볼 이외에 에어로겔을 추가로 코팅할 수 있다.
상기 에어로겔은 고다공성 나노구조체로서 입자가 작은 오염물질, 잔류 염소, 휘발성 유기 화합물, 중금속, 미생물, 냄새 발생 인자 등을 흡착하여 제거하기 위하여 사용된다.
상기 에어로겔로는 실리카 에어로겔, 알루미나 에어로겔, 카본 에어로겔, 지르코니아 에어로겔, 루테니아 에어로겔, 산화철 에어로겔, 산화마그네슘 에어로겔, 산화텅스텐 에어로겔, 산화아연 에어로겔, 다공성 실리카 등이 사용될 수 있다.
상기 에어로겔은 불순물 제거를 위하여 열처리 될 수 있으며, 열처리 온도는 50~500℃인 것이 바람직하다.
특히 실리카 에어로겔이 사용되는 것이 바람직하며, 실리카 에어로겔은 분말, 비드, 수분산 페이스트 등이 제한 없이 사용될 수 있다.
실리카 에어로겔의 입자 크기는 10~500㎛이고, 기공 크기는 20~50nm이며, 기공율은 50~99%인 것이 바람직하다.
실리카 에어로겔의 기공 크기가 20~50nm이므로, 20nm 이상의 크기를 가지는 물질을 효율적으로 여과할 수 있다.
실리카 에어로겔의 입자 크기, 기공 크기 및 기공율이 상기 수치 범위를 만족하는 경우 제조된 필터의 흡착성, 내구성 및 유해가스 제거성능이 극대화될 수 있다.
실리카 에어로겔이 사용되는 경우, 흡착성과 내구성의 향상을 위해 분말 형태의 실리카 에어로겔과 수분산 페이스트 형태의 실리카 에어로겔을 동시에 사용할 수 있으며, 이 경우 분말 형태의 실리카 에어로겔과 수분산 페이스트 형태의 실리카 에어로겔의 중량비는 70~90:10~30인 것이 바람직하다.
상기 에어로겔은 나노 카본볼의 경우와 동일한 방법으로 표면 처리되거나 고분자 섬유의 표면에 코팅될 수 있다.
또한 본 발명은 상기 제조방법으로 제조되는 필터용 고분자 섬유에 관한 것이다(도 1).
상기 필터용 고분자 섬유는 표면에 카르복실기, 하이드록실기, 술폰산기 및 인산기에서 선택되는 하나 이상의 관능기를 갖는 디아조늄염이 그래프트 중합되고, 상기 필터용 고분자 섬유 표면에 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 및 아크릴산 모노머의 공중합체가 결합되고, 상기 필터용 고분자 섬유 표면에 형성된 관능기와 금속 용액의 금속이 금속착물을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 필터용 고분자 섬유 표면에 나노 카본볼 및 에어로겔이 코팅될 수 있다.
고분자 섬유의 표면에 형성되는 금속은 유해가스, 미세먼지, 바이러스 등과 결합할 수 있어 필터의 흡착 특성, 항균성 등이 개선될 수 있다.
고분자 섬유의 표면에 형성되는 나노 카본볼 및 에어로겔은 휘발성 유기화합물, 미세먼지, 입자가 작은 오염물질, 악취 성분, 중금속, 미생물, 유해가스 등을 흡착하거나 분해할 수 있다.
아울러 본 발명은 상기 필터용 고분자 섬유를 포함하는 캐빈 필터에 관한 것이다.
상기 필터용 고분자 섬유는 다양한 필터, 특히 캐빈 필터의 제조에 사용될 수 있다.
일예로, 부직포를 디아조늄염으로 처리하여 그래프트 중합시킨 후, 공중합체로 표면 처리한 다음 금속 용액으로 처리하여 금속착물을 형성시킴으로써 금속착물형 부직포를 제조한다.
상기 금속착물형 부직포 위에 멜트블로운 부직포를 적층한다.
상기 멜트블로운 부직포 위에 스펀본드 부직포를 적층한 후 핫멜트나 초음파 가공에 의하여 접합하여 캐빈 필터를 제조할 수 있다.
이하 실시예 및 비교예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 실시를 위하여 예시된 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
아이스 베스에 설치된 2L 반응용기에 0.2M HCl 1L를 넣고 300rpm으로 교반하였다.
여기에 4-아미노벤조산 27.428g를 가한 후, 0.02M NaNO2 250mL를 20mL/min의 속도로 연동펌프(peristaltic pump)를 이용해 첨가하였다.
상기 혼합액을 300rpm으로 2시간 교반하여 카르복실기를 갖는 디아조늄염을 수득하였다.
5cm×5cm×0.3cm 크기의 폴리에틸렌 부직포를 메탄올로 10분 동안 세척한 후, 진공오븐을 사용하여 70℃에서 3시간 건조하였다.
핫플레이트 상에 70℃로 유지되는 항온수조를 준비하고, 상기 항온수조에 500mL 플라스크를 담근 후, 이 플라스크에 상기에서 수득한 카르복실기를 갖는 디아조늄염 100mL를 첨가하였다.
상기 플라스크에 건조된 폴리에틸렌 부직포를 첨가하여 함침시킨 후, 카르복실기를 갖는 디아조늄염 1몰에 대하여 0.03몰의 황산칼륨을 가한 다음 500rpm으로 1시간 교반하여 그래프트 중합을 수행하였다.
그 후 부직포를 꺼내 증류수로 세척하고 진공오븐을 사용하여 70℃에서 3시간 동안 건조하였다.
3-메타크릴록시프로필트리메톡시실란 20중량% 및 메타크릴산 80중량%를 공중합하여 공중합체를 제조하였다.
상기 건조된 부직포에 상기 공중합체를 처리하여 표면 처리된 부직포를 제조한 후 건조하였다. 이때 부직포 100중량부 대비 5중량부의 공중합체를 사용하였다.
플라스크에 0.2mM의 질산은 용액 250mL을 가하고 상기 표면 처리된 부직포를 넣은 다음 1시간 교반한 후, 부직포를 다시 꺼내어 증류수로 세척하고 진공오븐을 사용하여 70℃에서 3시간 동안 건조하였다. 이때 은의 함량은 부직포 100중량부 대비 3중량부를 사용하였다.
(실시예 2)
부직포 100중량부 대비 공중합체 0.5중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 필터용 부직포를 제조하였다.
(실시예 3)
부직포 100중량부 대비 공중합체 15중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 필터용 부직포를 제조하였다.
(실시예 4)
부직포에 질산은 용액을 처리한 후, 나노 카본볼 조성물을 분사하여 부직포에 나노 카본볼을 코팅시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 필터용 부직포를 제조하였다.
이때 나노 카본볼은 부직포 100중량부 대비 5중량부를 사용하였다.
(실시예 5)
4-아미노벤조산의 디아조늄염으로 표면 처리된 나노 카본볼을 사용한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법으로 필터용 부직포를 제조하였다.
(비교예 1)
디아조늄염을 처리하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 필터용 부직포를 제조하였다.
(비교예 2)
공중합체를 처리하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 필터용 부직포를 제조하였다.
상기 실시예 및 비교예로부터 제조된 부직포로부터 필터를 제조한 후 항균특성 및 흡착특성을 측정하여 그 결과를 아래의 표 1에 나타내었다.
항균특성은 공기 중의 미생물을 필터 표면에 채취한 후, 액체배지에 필터를 넣고 흔들어 꺼낸 다음 그 액체배지를 64시간 동안 배양하여 액체배지에 대한 셀카운트를 측정하여 미생물의 증식여부를 확인하였다.
흡착특성은 암모니아 계수 측정 장비를 이용하여 필터를 밀폐된 탱크 안에 방치하고, 이 상태에서 NH4OH 용액을 첨가하여 탱크 안의 암모니아의 농도를 가스 검지관을 사용하여 측정하였다.
탱크 안에 방치된 시료에 암모니아 용액이 흡착, 분해하는 과정에서 탱크 안의 암모니아 농도를 측정하였다.
구분 실시예 비교예
1 2 3 4 5 1 2
Visible cell count(×107) at 720분 0 10 8 0 0 450 120
탈취율(%) 97.5 94.6 95.1 99.1 99.3 88.9 91.5
상기 표 1의 결과로부터, 실시예 1 내지 5의 필터는 흡착성 및 항균성이 우수한 반면, 비교예 1 및 2의 필터는 흡착성 및 항균성이 실시예에 비하여 열등함을 알 수 있다.

Claims (6)

  1. (a) 고분자 섬유를 디아조늄염(diazonium salt)으로 처리하여 고분자 섬유의 표면을 개질하는 단계;
    (b) 상기 개질된 고분자 섬유를 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 및 아크릴산 모노머의 공중합체로 처리하여 표면 처리된 고분자 섬유를 제조하는 단계; 및
    (c) 상기 표면 처리된 고분자 섬유를 금속 용액으로 처리하여 금속착물형 고분자 섬유를 제조하는 단계를 포함하는 필터용 고분자 섬유의 제조방법에 있어서,
    상기 (a) 단계는 고분자 섬유를 카르복실기, 하이드록실기, 술폰산기 및 인산기에서 선택되는 하나 이상의 관능기를 갖는 디아조늄염으로 처리하여, 고분자 섬유 표면에 디아조늄염이 그래프트 중합되고,
    상기 디아조늄염의 함량은 고분자 섬유 100중량부에 대하여 1~10중량부이며,
    상기 (b) 단계의 공중합체는 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 및 아크릴산 모노머의 중량비가 10~30:70~90 이며,
    상기 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 및 아크릴산 모노머의 공중합체의 함량은 고분자 섬유 100중량부에 대하여 1~10중량부이고,
    상기 (c) 단계는 고분자 섬유 표면에 형성된 관능기와 금속 용액의 금속이 금속착물을 형성하며,
    상기 금속의 함량은 고분자 섬유 100중량부에 대하여 0.1~5중량부인 것을 특징으로 하는 필터용 고분자 섬유의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항의 제조방법으로 제조되는 필터용 고분자 섬유에 있어서,
    상기 필터용 고분자 섬유는 표면에 카르복실기, 하이드록실기, 술폰산기 및 인산기에서 선택되는 하나 이상의 관능기를 갖는 디아조늄염이 그래프트 중합되고,
    상기 필터용 고분자 섬유 표면에 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 및 아크릴산 모노머의 공중합체가 결합되며,
    상기 필터용 고분자 섬유 표면에 형성된 관능기와 금속 용액의 금속이 금속착물을 형성하며,
    상기 디아조늄염의 함량은 고분자 섬유 100중량부에 대하여 1~10중량부이며,
    상기 공중합체는 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 및 아크릴산 모노머의 중량비가 10~30:70~90 이며,
    상기 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 및 아크릴산 모노머의 공중합체의 함량은 고분자 섬유 100중량부에 대하여 1~10중량부이고,
    상기 금속의 함량은 고분자 섬유 100중량부에 대하여 0.1~5중량부인 것을 특징으로 하는 필터용 고분자 섬유.
  6. 제5항의 필터용 고분자 섬유를 포함하는 캐빈 필터.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110592778B (zh) * 2019-10-09 2021-03-23 刘国成 一种基于石墨烯的复合纤维凉席及其制备方法
KR102341174B1 (ko) * 2021-09-13 2021-12-20 주식회사 세라수 양이온교환 섬유를 사용한 테레프탈릴리덴 디캠퍼 설폰산염의 산성화 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010521562A (ja) * 2007-03-14 2010-06-24 エイチ．ビー．フラー カンパニー 強化湿潤破裂強度を持つフィルタ媒体用水性組成物

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990026192A (ko) * 1997-09-23 1999-04-15 구광시 흡유제
KR200365133Y1 (ko) 2004-03-29 2004-10-16 노기선 은을 코팅한 항균 에어 필터
KR102047684B1 (ko) * 2011-02-18 2019-11-25 엘지전자 주식회사 알레르겐 불활성화 조성물 및 이를 포함하는 필터
EP3053643A4 (en) * 2013-09-30 2017-06-21 Toray Industries, Inc. Composite semipermeable membrane and method for manufacturing same
KR101744343B1 (ko) * 2015-05-15 2017-06-07 한남대학교 산학협력단 공기정화 필터용 금속착물형 고분자막 및 이의 제조방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010521562A (ja) * 2007-03-14 2010-06-24 エイチ．ビー．フラー カンパニー 強化湿潤破裂強度を持つフィルタ媒体用水性組成物

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