KR102114868B1 - 이산화탄소 흡착 및 초발수 코팅법 및 이를 이용한 필터여재 - Google Patents

이산화탄소 흡착 및 초발수 코팅법 및 이를 이용한 필터여재 Download PDF

Info

Publication number
KR102114868B1
KR102114868B1 KR1020190129939A KR20190129939A KR102114868B1 KR 102114868 B1 KR102114868 B1 KR 102114868B1 KR 1020190129939 A KR1020190129939 A KR 1020190129939A KR 20190129939 A KR20190129939 A KR 20190129939A KR 102114868 B1 KR102114868 B1 KR 102114868B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
amine
filter medium
fibrous
media
repellent
Prior art date
Application number
KR1020190129939A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190121282A (ko
Inventor
이선종
최영태
한동균
Original Assignee
한국생산기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국생산기술연구원 filed Critical 한국생산기술연구원
Priority to KR1020190129939A priority Critical patent/KR102114868B1/ko
Publication of KR20190121282A publication Critical patent/KR20190121282A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102114868B1 publication Critical patent/KR102114868B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/04—Additives and treatments of the filtering material
    • B01D2239/0471—Surface coating material

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예는 이산화탄소 흡착 및 초발수 코팅법 및 이를 이용한 필터여재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 섬유상 여재를 플라즈마에 노출시켜 하이드록실기로 활성화하고 화학반응을 통해 아민코팅층 및 초발수 코팅층을 형성하여 이산화탄소 흡착 및 포집이 가능하고 가스중의 액체를 제거하는 이점을 제공하는 필터여재 제조방법을 제공하는 것이다.

Description

이산화탄소 흡착 및 초발수 코팅법 및 이를 이용한 필터여재{Carbond dioxide-adsorptive and super water-repellent coating method and filter medium using the same}
본 발명은 이산화탄소 흡착 및 초발수 코팅법 및 이를 이용한 필터여재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라즈마 전처리로 필터여재의 표면을 하이드록실기로 활성화 시킨 후 불소실란계 발수제로 코팅을 수행하여 초발수 코팅된 필터여재를 제공하는 것이다.
자연에는 우리가 상상할 수 없을 정도의 많은 신비의 기능성이 존재한다. 여러 가지 예들 중에서 산업적 응용 가능성이 높아 최근 많은 관심을 받고 있는 기능성 표면은 연못에서도 항상 깨끗함을 유지하는 연꽃잎을 모사한 초발수 표면이다. 초발수 는 초소수로 표현되기도 하는데, 초발수의 대표적인 예인 연꽃잎은 표면의 왁스층과 마이크로/ 나노 계층구조로 인하여 물방울과의 접촉을 최소화 할 수 있기 때문에 물에 대한 접촉각(water contact angle)이 크다.
연꽃잎에서 모사한 있는 발수표면은 물을 싫어하는 표면으로, 일반적으로 접촉각이 90° 이상의 값을 가지는 표면을 말한다. 지금까지 이러한 발수표면은 화학적인 인자, 즉 표면에너지가 낮은 실리콘이나 불소계 화합물을 습식, 건식방법으로 코팅함으로써 구현되어 왔다.
또한, 일반적으로 초발수 표면은 물을 싫어하는 성질과 더불어 물방울이 쉽게 구를 수 있기 때문에 미끄럼각(tilt angle, sliding angle, or rolling angle)이 작아 물방울이 먼지를 가로질러 구를 때, 구형의 물방울이 표면의 먼지를 수집하게 되는 자기세정효과(self-cleaning effect)를 보이기도 한다. 초발수 표면은 자기세정효과 이외에도 부착방지, 방오성의 특성도 나타낼 수 있어 많은 산업적/생물학적 응용에 사용될 수 있다.
예를 들어, 천연가스 공정에 초발수 코팅된 필터여재를 사용될 수 있다. 천연가스중에 수분, 미립자, oil등의 불순물이 포함되어 가스의 품질을 저하시키는 문제를 발생시키는데 이를 고품질화하여 산업용 및 가정용 연료가스로 사용하게 된다.
기체와액체 및 액체와액체 분리용 코어레서 필터는 혼합유체가 필터를 통과하면서 액상의 응집효과를 통해서 거대화된 후 중력에 의해서 제거되는 공정을 가진다.
따라서, 가스중의 액상의 응집효과를 통해서 거대화된 후 중력에 의해서 제거되는 공정을 거칠 때 가스중의 액상의 응집효과 구현하기 위해서는 섬유상여재의 표면에너지를 감소해야 하며 발수표면으로 표면개질된 필터 여재를 사용이 필요하고, 기존에 사용되는 붕규산유리섬유(Borosilicate glass fiber) 소수성과 내유성이 약하여 아민가스(amine gas)등을 비롯한 화학 플랜트에 발생하는 가스중의 액체를 제거하지 못하는 문제점 이 있다.
미국 공개특허 US 2012-0144595
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 기존 섬유여재는 소수성과 내유성이 약하여 화학 플랜트에 발생하는 가스중의 액체를 제거하지 못하는 문제점을 해결하기 위해 플라즈마 전처리로 섬유여재의 표면을 활성화하고 불소실란계 발수제로 초발수 코팅된 섬유여재를 제공하는 것이다.
보다 구체적으로는 가스중의 액상 응집효과를 구현하기 위해 섬유상 여재의 표면에너지를 감소시키는 연구가 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 필터여재 제조방법을 제공한다. 이러한 필터여재 제조방법은 섬유상 여재를 준비하는 단계, 상기 섬유상 여재를 플라즈마에 노출시켜 상기 섬유상 여재 표면을 하이드록실기로 활성화하는 단계 및 상기 하이드록실기로 활성화된 섬유상 여재를 불소 실란계 발수제로 코팅하여 초발수층이 코팅된 필터여재를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 섬유상 여재는 붕규산유리섬유, 폴리프로필렌, 셀루로스 디아세테이트, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 나일론, 폴리비닐 클로라이드, 모다크릴 또는 아크릴을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 플라즈마에 노출시켜 상기 섬유상 여재 표면을 하이드록실기로 활성화 하는 단계는, 상기 섬유상 여재 표면에 가스를 유입하여 감압하는 단계 및 상기 감압 후 플라즈마를 발생시켜 상기 섬유상 여재 표면을 하이드록실기로 활성화 시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 플라즈마에 노출 하는 단계는 10 W 내지 500 W 전압에서 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 플라즈마에 노출 하는 단계는 0.1 초 내지 300초에서 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 플라즈마에 노출 하는 단계는 아르곤 및 산소분위기에서 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 불소실란계 발수제는 플루오로알킬실란, 트리클로로실란, 트리메톡시실란 또는 트리에톡시실란으로 이루어진 군에서 선택되는 1종이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 섬유상 여재 표면을 하이드록실기로 활성화하는 단계 및 상기 초발수층이 코팅된 필터여재를 제조하는 단계 사이에 상기 하이드록실기로 활성화된 섬유상 여재 표면상에 아민계 화합물을 도포하여 아민코팅층이 형성되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 아민계 화합물은 알킬디아민(alkyldiamine), 트리에틸렌테트라민(triethylenetetramine), 테트라에틸렌펜타민(tetraethylenepentamine) 및 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 초발수층이 코팅된 필수여재를 제조하는 단계는 하이드록실기 및 불소 실란계 발수제 간의 축합반응으로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는 상기 상술된 필터여제 제조방법으로 제조된 필터여재를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 플라즈마 전처리를 통해 표면을 활성화 하여 상기 섬유상여재 표면의 큰 접촉각을 갖는 초발수 섬유상 여재를 제조하여 소수성 및 내유성을 가진 초발수 필터여재를 통해 화학플랜트에 발생하는 가수중의 액체를 제거하는 효과를 제공할 수 있다.
또한, 제조된 필터여재에 아민 코팅층을 포함하여 아민계화합물의 아민기가 CO2를 화학적으로 흡수하여 CO2를 포집하는 효과를 제공할 수 있다.
또한, 플라즈마 전처리를 이용하여 저비용의 표면개질이 가능한 이점이 있다.
또한, 불소 실란계 발수제가 하이드록실기로 활성화된 섬유상 여재 표면과 축합반응을 하여 공정을 단순하게 하는 이점이 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 필터여재 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 이산화탄소 흡착 및 초발수 코팅된 섬유상 여재 제조과정을 나타낸 모식도이다.
도 3는 플라즈마 전처리 과정의 모식도이다.
도 4은 섬유상 여재를 플라즈마 전처리 하기 전과 후의 접촉 각 사진이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
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 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
이하, 필터여재 제조방법에 대하여 도 1을 참고하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 필터여재 제조방법의 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 필터여재 제조방법은 섬유상 여재를 준비하는 단계(S100), 상기 섬유상 여재를 플라즈마에 노출시켜 상기 섬유상 여재 표면을 하이드록실기로 활성화하는 단계(S200), 상기 하이드록실기로 활성화된 섬유상 여재 표면상에 아민계 화합물을 도포하여 아민코팅층을 형성하는 단계(S300) 및 상기 아민코팅층 상에 불소 실란계 발수제로 코팅하여 초발수층이 코팅된 필터여재를 제조하는 단계(S400)를 포함할 수 있다.
먼저, 섬유상 여재를 준비한다(S100).
상기 섬유상 여재는 붕규산유리섬유, 폴리프로필렌, 셀루로스 디아세테이트, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 나일론, 폴리비닐 클로라이드, 모다크릴 또는 아크릴을 포함하는 것을 특징으로 한다.
그 다음에, 상기 섬유상 여재를 플라즈마에 노출시켜 상기 섬유상 여재 표면을 하이드록실기로 활성화한다(S200).
상기 플라즈마에 노출시켜 상기 섬유상 여재 표면을 하이드록실기로 활성화 하는 단계(S200)는, 상기 섬유상 여재 표면에 가스를 유입하여 감압하는 단계 및 상기 감압 후 플라즈마를 발생시켜 상기 섬유상 여재 표면을 하이드록실기로 활성화 시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터여재 제조방법으로 제조될 수 있다.
상기 섬유상 여재 표면에 가스를 유입하여 감압하는 단계 전 상기 섬유상 여재의 불순물을 없애는 공정을 추가 할 수 있다.
상기 섬유상 여재 표면에 가스를 유입하여 감압하는 단계는 기체에 따라 플라즈마 생성속도를 조절할 수 있고 열 발생을 억제할 수 있다.
또한, 상기 플라즈마를 발생시켜 상기 섬유상 여재 표면을 하이드록실기로 활성화 하면 상기 하이드록실기와 발수제에 포함된 불소실란계의 축합중합반응을 일으킬 수 있다.
상기 플라즈마에 노출 하는 단계는 10 W내지 500 W 전압에서 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 플라즈마에 노출 하는 단계는 0.1초 내지 300초에서 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 플라즈마에 노출하는 단계에서 0.1초 미만 노출 또는 10 W 미만의 전압에서 이루어질 경우 섬유상 여재 표면의 하이드록실기 활성도가 낮아 불소 실란계의 코팅이 이루어지지 않을 수 있고, 플라즈마 노출시간이 300초 초과 또는 전압이 500W 초과할 경우 노란색으로 변하고 표면의 거칠기가 증가하며 섬유상 여재가 표면 활성화가 심하여 초발수 층을 형성하기 어려울 수 있다.
상기 플라즈마에 노출 하는 단계는 아르곤 및 산소분위기에서 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 아르곤 및 산소의 비율은 아르곤이 산소의 3배이상을 차지하는 비율이 적당할 수 있다.
그 다음에, 상기 하이드록실기로 활성화된 섬유상 여재 표면상에 아민계 화합물을 도포하여 아민코팅층을 형성한다(S300).
상기 섬유상 여재 표면을 하이드록실기로 활성화하는 단계 및 상기 초발수층이 코팅된 필터여재를 제조하는 단계 사이에, 상기 하이드록실기로 활성화된 섬유상 여재 표면상에 아민계 화합물을 도포하여 아민코팅층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 아민계 화합물은 알킬디아민(alkyldiamine), 트리에틸렌테트라민(triethylenetetramine), 테트라에틸렌펜타민(tetraethylenepentamine) 및 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 하이드록실기로 활성화된 섬유상 여재는 아민계 화합물의 아민기와 반응 할 수 있다.
상기 반응은 하이드록실기의 (-OH)와 아민계 화합물의 아민기 (-NH2)와 반응하여, 하이드록실기로 활성화된 섬유상 여재상에 아민 코팅층이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
아민 코팅층이 형성된 경우에는, 상기 초발수층이 코팅된 필수여재를 제조하는 단계는 상기 아민계 화합물의 아민기(-NH2)와 불소 실란계 발수제 간의 축합반응으로 형성될 수 있다.
상기 축합반응은 상기 하이드록실기로 활성화된 섬유상 여재 표면상에 아민계 화합물을 도포하여 형성한 아민코팅층의 아민기(-NH2)와 불소실란계의 -OCH3와 축합 반응 하여 CH3OH가 빠져나가 초발수층이 코팅된 필수여재를 얻을 수 있다.
그 다음에, 상기 아민코팅층 상에 불소 실란계 발수제로 코팅하여 초발수층이 코팅된 필터여재를 제조한다(S400).
상기 불소실란계 발수제는 플루오로알킬실란, 트리클로로실란, 트리메톡시실란 또는 트리에톡시실란으로 이루어진 군에서 선택되는 1종이상을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 초발수층이 코팅된 필수여재를 제조하는 단계는 아민코팅층의 아민기 및 불소실란계 발수제 간의 축합반응으로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 축합반응은 아민기의 -NH2와 불소실란계의 -OCH3와 축합 반응 하여 CH3OH가 빠져나가 초발수층이 코팅된 필수여재를 얻을 수 있다.
또한, 또한, 상기 필터여재에 축합반응으로 결합된 불소실란계의 불소(F)부분은 표면에너지가 매우 작기 때문에 불소로 코팅되면서 초발수 역할을 할 수 있고, 접촉각을 증가시킬 수 있다.
따라서, 상기 아민코팅층 상에 필터여재에 축합반응으로 초발수층이 형성된 실시예는 아민코팅층에서 아민계화합물의 아민기가 CO2를 화학적으로 흡수하여 CO2포집 효과를 얻을 수 있고, 초발수층의 불소실란계의 불소(F)부분은 표면에너지가 매우 작기 때문에 불소로 코팅되면서 초발수 역할을 할 수 있다.
그러므로, 상기 섬유상 여재 표면에 소수성을 부여하고 소수성이 부여된 필터여재는 기체 및 액체, 액체 및 액체 분리를용 코아레서 필터에 필터여재로 쓰여 종래보다 더 높은 분리력을 갖고, 석유정제 및 화학플랜트에 사용된다.
예를 들면, 아민계 화합물에 포함된 트리에틸렌테트라민(triethylenetetramine) 의 아민기와 상기 섬유상 여재 표면의 하이드록실기 (-OH)는 결합하여 섬유상 여재 상에 아민코팅층이 형성 될 수 있고, 상기 아민코팅층이 형성된 표면 상에 플루오로알킬실란 (fluoroalkylsilanes)발수제의 -OMe(-OCH3)와 아민기(NH2)의 축합중합 반응을 통해 초발수층이 불소실란계를 포함한 초발수 층이 코팅되고 초발수로 코팅된 필터여재가 형성될 수 있다.
따라서, 상기 아민코팅층은 종래 코아레서 필터 사용시 아민기가 화학 CO2를 화학적 흡수하여 CO2포집을 가능하게 할 수 있고, 불소실란계로 코팅된 필터여재는 큰 접촉각을 제공하여 초발수 섬유상 여재를 제공할 수 있다.
한편, 경우에 따라서, 상기 하이드록실기로 활성화된 섬유상 여재 표면상에 아민계 화합물을 도포하여 아민코팅층을 형성하는 단계(S300)는 생략할 수 있다.
따라서, 아민코팅층을 형성하는 단계가 생략되면, 섬유상 여재를 준비하는 단계, 상기 섬유상 여재를 플라즈마에 노출시켜 상기 섬유상 여재 표면을 하이드록실기로 활성화하는 단계, 및 상기 하이드록실기로 활성화된 섬유상 여재를 불소 실란계 발수제로 코팅하여 초발수층이 코팅된 필터여재를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 초발수층이 코팅된 필터여재를 제조하는 단계는 상기 하이드록실기로 활성화된 섬유상여재 상에 발수제를 도포하여 초발수층이 형성될 수 있다.
또한, 상기 초발수층이 코팅된 필터여재룰 제조하는 단계는 상기 하이드록실기 및 불소 실란계 발수제 간의 축합반응으로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
따라서, 상기 축합반응은 하이드록실기의 -OH기와 불소실란계의 -OCH3와 축합 반응 하여 CH3OH가 빠져나가 초발수층이 코팅된 필수여재를 얻을 수 있다.
또한, 상기 필터여재에 축합반응으로 결합된 불소실란계의 불소(F)부분은 표면에너지가 매우 작기 때문에 불소로 코팅되면서 초발수 역할을 할 수 있고, 접촉각을 증가시킬 수 있다.
따라서, 상기 섬유상 여재 표면에 소수성을 부여하고 소수성이 부여된 필터여재는 기체 및 액체, 액체 및 액체 분리용 코아레서 필터에 필터여재로 쓰여 석유정제 및 화학플랜트에 사용된다.
발수표면이란 물을 싫어하는 표면으로, 일반적으로 접촉각이 90° 이상의 값을 가지는 표면을 말하고 90° 이상의 접촉각은 소수성 특징을 갖는다.
이러한 발수표면은 화학적인 인자, 즉 표면에너지가 낮은 실리콘이나 불소계 화합물을 습식 및 건식방법으로 코팅함으로써 구현되어 왔다.
표면의 젖음성(wettability)은 물방울이 고체표면에 놓여있을 때 고체, 액체 및 기체간에 작용하는 힘의 열역학적인 평형 상태 결과로 나타나는 접촉각을 측정하여 나타낼 수 있는데 이는 Young 공식으로 표현될 수 있다.
즉, 평편하고 매끄러운 고체 표면에서 물방울의 접촉각은 물방울이 공기와의 계면 경계선에서 국소 표면 에너지 상태를 최소화하는 방법으로 구할 수 있고, 접촉각의 값은 물방울이 매끄러운 표면에서 친수성을 띄면 감소하고, 발수성을 가지면 증가한다.
따라서, 본 발명의 접촉각은 136°이상 값을 가져 초소수성의 성질을 가진 필터여재를 가져 올 수 있다.
또한, 상기 플라즈마로 상기 섬유상 여재의 표면을 개질하는 것은 저비용제조를 가능하게 할 수 있다.
실란(Silane)계 축합중합 반응으로 종래의 제조공정을 보다 단순히 하여 생산성, 경제성 및 경쟁력을 높일 수 있다.
또한, 상기 상술된 필터여재 제조방법으로 제조된 필터여재는 아민 가스(amine gas)을 비롯한 화학플랜트, 석유정제에 발생하는 가스중의 액체 및 액체 중 친수성 액체를 필터 내로 통과 되지 않아 제거되는 것을 특징으로 할 수 있다.
이하, 도 2는 이산화탄소 흡착 및 초발수 코팅된 섬유상 여재 제조과정을 나타낸 모식도이다.
도 2는 초발수 코팅된 섬유상 여재 제조과정을 나타낸 모식도이다.
도 2(a)는 본 발명의 일 실시예에 따라 섬유상 여재 표면을 플라즈마에 노출시켜 상기 섬유상 여재 표면을 하이드록실기로 활성화하는 단계를 나타낸다.
도 2(a)의 섬유상 여재 표면에 불순물을 제거하고 기체를 주입하여 감압한 후 플라즈마를 조사하면 상기 섬유상 여재 표면상의 산소이온은 하이드록실기(-OH)로 활성화 된다.
도 2(b)는 상기 하이드록실기로 활성화된 섬유상 여재에 아민계화합물을 도포하여 아민코팅층을 형성하는 단계를 나타낸다.
도 2(b)의 상기 섬유상 여재의 하이드록실기는 아민계 화합물의 아민기와 반응하여 결합하고 상기 섬유상 여재 는 아민코팅층으로 코팅될 수 있다.
도 2(c)는 상기 아민코팅층 상에 불소 실란계 발수제로 코팅하여 축합중합 반응을 시키는 단계를 나타낸다.
도 2(c)의 상기 아민코팅층의 아민기는 불소 실란계 발수제와 반응하여 축합 반응을 하여 결합하고 상기 섬유상 여재 상은 아민코팅층 및 불소 실란계로 초발수 코팅층이 형성되어 다층을 이룰 수 있다.
도 2(d)는 도 2(c)를 세척하고 건조시켜 초발수층이 코팅된 필터여재가 제조되는 단계를 나타낸다.
또한, 도 2(d)의 F-Silane 의 불소(F) 부분은 표면에너지가 낮아 초발수 역할을 한다.
도 2(d)의 단계에서 이물질을 세척하고 건조하면 아민코팅층 및 불소실란계가 코팅된 초발수 코팅층이 상기 섬유상 여재 상에 고정되어 필터여재가 제조 될 수 있다.
이하, 도 3은 플라즈마 전처리 과정의 모식도를 통해 섬유상 여재상의 화학구조식 변화를 상세하게 설명한다.
도 3은 플라즈마 전처리 과정의 모식도이다.
도 3(a)는 하이드록실기로 활성화된 표면을 갖는 섬유상 여재이다.
도 3(a)는 섬유상 여재(Fibrous filter Surface)의 표면에 산소이온으로 덮인 표면을 플라즈마에 노출시켜 산소이온이 하이드록실기로 활성화 된 모습이다.
도 3(b)는 아민코팅 층이 형성된 섬유상여재의 모식도이다.
도 3(b)는 도 3(a)의 하이드록실기로 표면이 활성화된 섬유상 여재 상에 트리에틸렌테트라민(triethylenetetramine)을 넣어 아민기를 코팅할 수 있다.
아민기가 코팅된 도3(b)는 아민기가 CO2를 흡착하여 CO2를 흡착할 수 있는 층(layer)을 형성할 수 있다.
도 3(c)는 아민 코팅층 상에 초발수 코팅층이 형성된 필터여재의 모식도를 나타낸다.
도 3(c)는 도3(b)의 아민기가 코팅된 섬유상 여재에 발수제를 넣어 발수제에 포함된 불소실란계의 Me(CH3)와 아민기가 축합반응을 통해 메탄올(MeOH)이 제거되어 불소실란계로 코팅된 섬유상 여재가 나타난다.
또한, 도 3(c)의 불소실란계 불소(F)부분은 표면에너지가 낮아 소수성 특징을 가지고 초발수 역할을 한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 초발수층이 코팅된 필터여재의 표면의 화학 구조를 알 수 있다.
제조예1
초발수 코팅된 필터여재
1) 섬유상 여재 표면을 200 W의 플라즈마를 가하여 표면을 하이드록실기로 개질 시켰다.
2) 상기 하이드록실기로 표면개질된 섬유상 여재에 트리에틸렌테트라민(triethylenetetramine)을 넣어 섬유상 여재의 하이드록실기와 아민기가 반응하여 아민 코팅층을 형성한다.
3) 상기 아민코팅된 섬유상 여재에 불소실란계 플루오로알킬실란 (fluoroalkylsilanes)을 포함한 발수제를 첨가하였다.
4) 상기 섬유상 여재를 에탄올로 세척하였다.
5) 상기 세척된 섬유상 여재를 70℃ 온도에서 건조시켰다.
도 4는 섬유상 여재를 플라즈마 전처리 하기 전과 후의 접촉 각 사진이다.
도 4(a)는 섬유상 여재를 플라즈마 전처리 하기 전 섬유상여재위 물방울이 계면 경계선에서 이루는 접촉각 118.63° 가 나타나 있고,
도4(b)는 도 4(a)에 플라즈마 전처리를 수행을 통해 소수성(hydrophobic, oleophobic) 및 내유성이 증가되어 도 3(b)의 접촉각이 136.53°로 증가된 결과를 나타낸다.
일반적으로 접촉각이 90°이상이면 발수표면에 해당되는 소수성을 갖는다. 본 발명의 플라즈마 전처리 과정을 통해 표면에너지가 낮은 불소실란계로 코팅되 접촉각이 증가하고 약간의 경사에도 쉽게 물이 굴러 떨어지게 만든 표면의 초발수 코팅된 필터여재를 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 플라즈마 전처리를 통해 표면을 활성화 하여 상기 섬유상여재 표면의 큰 접촉각을 갖는 초발수 섬유상 여재를 제조하여 소수성 및 내유성을 가진 초발수 필터여재를 통해 화학플랜트에 발생하는 가수중의 액체를 제거하는 효과를 제공할 수 있다.
또한, 제조된 필터여재에 아민 코팅층을 포함하여 아민계화합물의 아민기가 CO2를 화학적으로 흡수하여 CO2를 포집하는 효과를 제공할 수 있다.
또한, 플라즈마 전처리를 이용하여 저비용의 표면개질이 가능한 이점이 있다.
또한, 불소 실란계 발수제가 하이드록실기로 활성화된 섬유상 여재 표면과 축합반응을 하여 공정을 단순하게 하는 이점이 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (11)

  1. 섬유상 여재를 준비하는 단계;
    상기 섬유상 여재를 플라즈마에 노출시켜 상기 섬유상 여재 표면을 하이드록실기로 활성화하는 단계; 및
    상기 하이드록실기로 활성화된 섬유상 여재 표면 상에 아민계 화합물을 도포하여 아민코팅층을 형성하는 단계; 및
    상기 아민코팅층이 형성된 섬유상 여재를 불소 실란계 발수제로 코팅하여 초발수층이 코팅된 필터여재를 제조하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하고,
    상기 아민계 화합물은 알킬디아민(alkyldiamine), 트리에틸렌테트라민(triethylenetetramine), 테트라에틸렌펜타민(tetraethylenepentamine) 및 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하고
    상기 아민코팅층을 형성하는 단계에서 상기 섬유상 여재 표면에 활성화된 하이드록실기와 상기 아민계 화합물의 아민기와 반응하여 아민코팅층을 형성하는 것을 특징으로 하고,
    상기 초발수층이 코팅된 필터여재를 제조하는 단계에서 상기 아민코팅층의 아민기와 상기 불소 실란계 발수제와 축합반응하여 초발수층이 형성되는 것을 특징으로 하는 필터여재 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 섬유상 여재는 붕규산유리섬유, 폴리프로필렌, 셀루로스 디아세테이트, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 나일론, 폴리비닐 클로라이드, 모다크릴 또는 아크릴을 포함하는 것을 특징으로 하는 필터여재 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마에 노출시켜 상기 섬유상 여재 표면을 하이드록실기로 활성화 하는 단계는,
    상기 섬유상 여재 표면에 가스를 유입하여 감압하는 단계; 및
    상기 감압 후 플라즈마를 발생시켜 상기 섬유상 여재 표면을 하이드록실기로 활성화 시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터여재 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마에 노출 하는 단계는 10 W 내지 500 W 전압에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 필터여재 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마에 노출 하는 단계는 0.1초 내지 300초에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 필터여재 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마에 노출 하는 단계는 아르곤 및 산소분위기에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 필터여재 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 불소실란계 발수제는 플루오로알킬실란, 트리클로로실란, 트리메톡시실란 및 트리에톡시실란으로 이루어진 군에서 선택되는 1종이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 필터여재 제조방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 초발수층이 코팅된 필수여재를 제조하는 단계는 하이드록실기 및 불소 실란계 발수제 간의 축합반응으로 형성된 것을 특징으로 하는 필터여재 제조방법.
  11. 제 1항의 필터여재 제조방법으로 제조된 필터여재.
KR1020190129939A 2019-10-18 2019-10-18 이산화탄소 흡착 및 초발수 코팅법 및 이를 이용한 필터여재 KR102114868B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190129939A KR102114868B1 (ko) 2019-10-18 2019-10-18 이산화탄소 흡착 및 초발수 코팅법 및 이를 이용한 필터여재

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190129939A KR102114868B1 (ko) 2019-10-18 2019-10-18 이산화탄소 흡착 및 초발수 코팅법 및 이를 이용한 필터여재

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170125583A Division KR20190036412A (ko) 2017-09-27 2017-09-27 이산화탄소 흡착 및 초발수 코팅법 및 이를 이용한 필터여재

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190121282A KR20190121282A (ko) 2019-10-25
KR102114868B1 true KR102114868B1 (ko) 2020-05-26

Family

ID=68421172

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190129939A KR102114868B1 (ko) 2019-10-18 2019-10-18 이산화탄소 흡착 및 초발수 코팅법 및 이를 이용한 필터여재

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102114868B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014533195A (ja) * 2011-10-06 2014-12-11 ビーエーエスエフ コーポレーション 基体、担体および／または担体コーティング基体の上に収着剤を塗布する方法
US20160251803A1 (en) * 2013-10-10 2016-09-01 The Regents Of The University Of Michigan Silane based surfaces with extreme wettabilities

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8595873B2 (en) 2010-12-08 2013-12-03 Hill-Rom Services, Inc. Mattress deflation management

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014533195A (ja) * 2011-10-06 2014-12-11 ビーエーエスエフ コーポレーション 基体、担体および／または担体コーティング基体の上に収着剤を塗布する方法
US20160251803A1 (en) * 2013-10-10 2016-09-01 The Regents Of The University Of Michigan Silane based surfaces with extreme wettabilities

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190121282A (ko) 2019-10-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yu et al. One-step fabrication of eco-friendly superhydrophobic fabrics for high-efficiency oil/water separation and oil spill cleanup
Gong et al. Highly durable superhydrophobic polydimethylsiloxane/silica nanocomposite surfaces with good self-cleaning ability
Li et al. Roles of silanes and silicones in forming superhydrophobic and superoleophobic materials
Himma et al. Superhydrophobic membrane: progress in preparation and its separation properties
CN108587447B (zh) 一种适应多种基底的耐久性透明超疏水涂层的制备方法
CN108473811B (zh) 包含官能化二氧化硅纳米粒子和多官能(甲基)丙烯酸酯单体的防雾涂料组合物
KR101100380B1 (ko) 기재의 표면을 고소수성으로 처리하는 표면처리방법
Zhu et al. Superhydrophobic melamine–formaldehyde sponge functionalized by coupling agent–isocyanate siloxane as efficient absorbents for oil and organic solvents
JP2006214076A (ja) テキスタイル平面構造物の水密性を高めるための方法、そのように加工されたテキスタイル平面構造物並びにその使用
KR940005773A (ko) 화학흡착막의 제조 방법
KR101401754B1 (ko) 초발수성 코팅용액 조성물 및 코팅 조성물의 제조방법
Yu et al. Biomimetic fabrication of superhydrophobic loofah sponge: robust for highly efficient oil–water separation in harsh environments
CN113152104B (zh) 一种基于巯基-烯点击反应的短流程无氟超疏水涂料及其制备方法与应用
Wang et al. Facile fabrication of robust superhydrophobic cotton fabrics modified by polysiloxane nanowires for oil/water separation
CN110734655A (zh) 一种pH响应性超疏水涂层材料及制备方法与应用
Shen et al. Fabrication of UV curable coating for super hydrophobic cotton fabrics
US20100009188A1 (en) Nano-structured surface and an in situ method for forming the same
Eduok New superhydrophobic and self-cleaning zirconia/polydimethylsiloxane nanocomposite coated cotton fabrics
KR102114868B1 (ko) 이산화탄소 흡착 및 초발수 코팅법 및 이를 이용한 필터여재
Eduok et al. Effect of silylating agents on the superhydrophobic and self-cleaning properties of siloxane/polydimethylsiloxane nanocomposite coatings on cellulosic fabric filters for oil–water separation
Ma et al. Melamine foam with pH‐responsive wettability for fast oil absorption and desorption
CN114134706B (zh) 一种无氟紫外线响应超疏水涂层、制备方法及应用
Montes et al. Plasma‐Assisted Deposition of TiO2 3D Nanomembranes: Selective Wetting, Superomniphobicity, and Self‐Cleaning
Ge et al. Rational design and preparation of superhydrophobic photo-cured hybrid epoxy coating modified by fluorocarbon substituted silsesquioxane-based nanoparticles
Xu et al. Preparation of durable superhydrophobic cotton fabric for self-cleaning and oil-water separation

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant