KR102158234B1

KR102158234B1 - 규석이 함유된 부직포 및 이를 이용한 차단망.

Info

Publication number: KR102158234B1
Application number: KR1020200063682A
Authority: KR
Inventors: 홍창석
Original assignee: 홍창석
Priority date: 2020-05-27
Filing date: 2020-05-27
Publication date: 2020-09-21

Abstract

본 발명은 규석 수용액 및 실리콘 오일 수용액을 포함하는 혼합액에 부직포를 함침 처리한 규석이 함유된 부직포 및 제1 망체 및 제2 망체의 사이에 상기 규석이 함유된 부직포로 이루어진 필터체를 개재(介在)하여 구성되는 차단망에 관한 것이다.

Description

규석이 함유된 부직포 및 이를 이용한 차단망.{NONWOVEN FABRIC COMPRISING SILICA POWDER AND FILTERING NET USING THE SAME}

본 발명은 규석이 함유된 부직포 및 이를 이용한 차단망에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 2매의 망체 사이에 규석이 함유된 부직포로 이루어진 필터체를 개재하여 차단망을 구성함으로써 부직포의 흡착 성능을 이용하여 공기를 정화할 수 있는 부직포 및 이를 이용한 차단망에 관한 것이다.

실리카 성분을 함유하는 부직포는 단열, 항균, 방취 성능 등을 나타내기 때문에 건축 자재로 활용되고 있다. 이러한 예로는 에어로젤 함침 부직포를 들 수 있는데, 이와 같이 이성분을 함유하는 부직포의 경우 분진이 발생하는 문제가 있어 이를 해결할 필요가 있다.

예를 들어, 대한민국 공개특허공보 10-2016-0101330호에서는 부직포에 실리카 성분을 포함하는 미세 분말을 균일하게 함침하도록 실리카 성분을 포함하는 미세 분말, 물 및 함침유도물질을 포함하는 분산 조성물에 부직포를 함침하는 공정을 통해 실리카 분말을 함유하는 부직포를 제조하고 있다. 상기 함침유도물질로는 pH 9 내지 14의 알칼리성을 가지며, 5 내지 200,000 cps의 점도를 갖는 실리케이트 화합물, 수산화암모늄, 우레아, 금속염수산화물 또는 실리콘 화합물을 사용하고 있는데 이러한 함침유도물질을 사용하게 되면 공정조건을 제어하기 어렵고 폐수가 발생하는 등의 문제가 있으며, 부직포 내에 분포하는 실리카의 함량 또한 10 중량% 미만에 불과해 부직포의 자체 물성을 향상시키는 데에는 한계가 있다.

또한, 대한민국 등록특허공보 10-0680606호에는 10㎚를 초과하지 않는 실리카 입자에 1 내지 3㎚의 입자 사이즈를 갖는 순수 금속 나노 은 입자가 결합되어 형성된 실리카-나노 은 결합체가 나노 은 함량 기준으로 10 내지 500ppm으로 부직포를 구성하는 폴리프로필렌 수지에 대하여 부착되도록 하여 항균 및 방취성을 향상시키는 기술이 공지되어 있으나 상기 실리카는 은 촉매를 담지하기 위한 담체로서의 역할을 할 뿐이며, 통상의 롤터치 방식 또는 스프레이 방식을 이용하여 부착하기 때문에 실리카 입자가 분리될 수 있는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허공보 10-2016-0101330호 대한민국 등록특허공보 10-0680606호

본 발명은 상기와 같은 종래기술들을 감안하여 안출된 것으로서, 규석 수용액 및 실리콘 오일 수용액을 포함하는 혼합액에 부직포를 함침 처리함으로써 규석이 함유된 부직포를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 상기 부직포를 이용함으로써 차단망의 방진, 항균 및 방취 성능을 부여함으로써 공기 정화 성능이 향상된 차단망을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 상기 부직포에 규석을 분산시키는 방법을 개선함으로써 다량의 실리카 성분이 함유되며 안정적으로 부직포에 결합한 상태를 이루게 하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 규석이 함유된 부직포는 규석 수용액 및 실리콘 오일 수용액을 포함하는 혼합액에 부직포를 함침 처리함으로써 형성된다.

이때, 상기 실리콘 오일 수용액은 디메틸실리콘 오일 또는 메틸페닐실리콘 오일에서 선택되는 1종의 실리콘 오일 및 PEO-b-PDMS(poly(ethylene oxide)-b-poly(dimethylsiloxane))를 1:1 내지 2:1의 중량비로 혼합한 혼합물을 10 내지 20 중량% 함유하는 수용액인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 차단망은 제1 망체 및 제2 망체의 사이에 청구항 1에 따른 부직포로 이루어진 필터체를 개재(介在)하여 구성된다.

본 발명의 부직포는 규석 수용액 및 실리콘 오일 수용액을 포함하는 혼합액에 부직포를 함침 처리함으로써 부직포 내에 규석이 함유되도록 하는 효과를 나타낸다.

또한, 상기 부직포를 이용함으로써 차단망의 방진, 항균 및 방취 성능을 부여함으로써 공기 정화 성능이 향상된 차단망을 제공할 수 있다.

또한, 상기 부직포에 규석을 분산시키는 방법을 개선함으로써 다량의 실리카 성분이 함유되며 안정적으로 부직포에 결합한 상태를 이루게 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 차단망의 구조를 나타낸 사시도이다.

이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따른 차단망은 도 1에 도시된 바와 같이 제1 망체 및 제2 망체의 사이에 부직포로 이루어진 필터체를 개재하여 구성된다. 또한, 상기 필터체를 구성하는 부직포는 여과 성능을 나타내는 레이온 부직포, 폴리에스테르 부직포, 폴리에틸렌 부직포, 폴리프로필렌 부직포 중 어느 하나를 사용할 수 있으며, 이종의 부직포를 적층함으로써 상기 필터체를 구성할 수도 있다.

상기 부직포는 규석을 함유함으로써 방진, 항균 및 방취 성능을 부여할 수 있다. 상기 규석은 석영을 주성분으로 하며, 무수규산(SiO₂)을 95 내지 97 중량%를 함유하는 천연 광물이다. 따라서 상기 규석을 함유하는 부직포는 실리카 성분이 함유되게 되며, 상기 실리카 성분의 함유에 의해 방진, 항균 및 방취 성능을 나타내게 된다.

상기 규석은 물에 쉽게 용해되므로 규석의 수용액을 제조한 후 상기 부직포를 함침하면 상기 규석 입자가 상기 부직포 내에 함유될 수 있다. 상기 규석을 수용액으로 제조하는 경우 10 내지 20 중량%의 규석을 함유하는 것이 바람직한데, 규석의 함량이 지나치게 많으면 침전물이 발생할 수 있으며, 지나치게 적으면 함침에 의해 충분한 규석 입자가 포집되지 않기 때문에 상기 범위의 규석 수용액을 제조하는 것이 바람직하다. 다만, 규석 수용액에 부직포를 함침하는 것만으로는 규석 입자가 부직포에서 이탈하거나 분산성이 낮아 목적하는 부직포의 물성을 얻기 곤란하게 된다.

따라서 본 발명에서는 상기 부직포의 함침 처리에 있어서, 규석 수용액 및 실리콘 오일 수용액을 포함하는 혼합액에 함침 처리함으로써 규석 입자의 분산과 부직포 내에서의 안정성을 향상시키게 된다. 실리콘 오일이 혼합됨으로써 규석 입자의 분산성이 향상되고 이를 통해 부직포의 다공성 구조 내까지 입자가 침투하게 되어 부직포 제조 후에도 입자의 결합력이 우수한 상태로 분산될 수 있다.

일반적인 실리콘 오일은 물에 불용성이므로 상기 실리콘 오일을 수용성으로 개질할 필요가 있는데, 이를 위하여 실리콘 오일과 계면활성제를 혼합하여 분산성을 향상시키게 된다. 예를 들어, J. Colloid and Interface Sci. 351(2010) 102-107에는 실리콘 오일과 PEO-b-PCL(poly(ethylene oxide)-b-poly(ε-caprolactone)을 혼합하여 오일-물 에멀전을 형성함으로써 수용성으로 개질하는 실험결과가 개시되어 있다.

이러한 종래기술을 참조하여 다양한 실험을 한 결과, 디메틸실리콘 오일 또는 메틸페닐실리콘 오일에서 선택되는 1종의 실리콘 오일 및 PEO-b-PDMS(poly(ethylene oxide)-b-poly(dimethylsiloxane))를 1:1 내지 2:1의 중량비로 혼합하면 본 발명의 부직포 제조공정에 최적화된 실리콘 오일 수용액을 얻을 수 있는 것으로 나타났다.

상기 계면활성제로서 PEO-b-PCL을 사용하여도 실리콘 오일 수용액을 제조할 수는 있으나, 본 발명에 따른 부직포의 함침 공정을 수행할 경우 규석 입자의 분산이 불충분하여 규석 입자의 함유량을 늘일 수 없고 분산성도 나쁜 것으로 나타났다.

상기 실리콘 오일과 PEO-b-PDMS의 혼합물을 10 내지 20 중량% 함유하는 수용액을 사용하여 부직포의 함침공정을 수행하면 빠른 속도로 규석의 분산이 이루어지는 것으로 나타났다. 또한, 상기 함침공정에서 상기 혼합물과 상기 규석 수용액은 1:10 내지 1:20의 중량비로 혼합하는 것이 바람직한 것으로 나타났다. 상기 혼합물은 상기 규석 분말의 분산성을 향상시키기 위한 것으로서, 규석 수용액의 함량이 지나치게 적을 때 규석의 함유량을 증가시킬 수 없고 규석 수용액의 함량이 너무 많으면 규석의 분산성이 저하되는 실험결과에 따른 것이다.

상기 부직포의 함침 공정은 부직포 가공 후 권취 전 단계에서 상기 부직포를 규석 수용액 및 실리콘 오일 수용액을 포함하는 혼합액 저장조 내에 통과시켜 부직포를 함침하고 이를 캘린더 롤 및 건조기를 통과시키며 규석 입자의 고정 및 건조 공정을 수행함으로써 규석 입자를 함유한 부직포를 제조하게 된다. 따라서 종래의 부직포 제조공정에 혼합액을 통과시키는 공정만 추가하면 되기 때문에 기존 공정을 일부 개량하는 것만으로 상기 부직포의 생산이 가능하게 된다. 또한, 상기 규석 입자의 부직포 내 안정화를 위하여 일반적으로 사용되는 바인더 수지나 첨가제를 사용하지 않아도 되기 때문에 공정 효율이 높은 장점이 있다.

상기와 같이 제조된 부직포는 차단망의 크기에 맞추어 절단 가공함으로써 필터체로 제조된다. 또한, 상기 필터체를 중심으로 양면에 제1 망체 및 제2 망체를 결합하여 차단망을 제조하게 되는데, 상기 제1 망체 및 제2 망체는 프레임으로 고정한 형태로 제조할 수도 있다.

본 발명에 따른 차단망의 공기 정화 효과를 평가하기 위하여 다음과 같이 시험평가를 실시하였다.

먼저, 12 중량%의 규석을 함유하는 규석 수용액을 준비하였다. 다음으로 디메틸실리콘 오일 및 PEO-b-PDMS를 1:1의 중량비로 혼합한 혼합물을 15 중량% 함유하는 실리콘 오일 수용액을 제조하였다. 상기 규석 수용액과 실리콘 오일 수용액을 15:1의 중량비로 혼합하여 혼합액을 제조하였다.

레이온 부직포의 제조공정에서 권취 전 단계에서 상기 혼합액의 저장조 내를 부직포가 통과하도록 하였으며, 부직포가 저장조 내에 머무는 시간은 120±5초로 하였다. 상기 저장조를 통과한 부직포는 캘린더 롤을 통과한 후 건조기를 통과하면서 규석 입자를 함유하는 부직포로 제조되었다. 제조된 부직포를 ICP 분광기(Inductively Coupled Plasma Spectrometry)로 분석한 결과 5 내지 15 중량%의 실리카(SiO₂) 성분이 부직포 내에 함유되는 것으로 계산되었다(실시예).

비교를 위하여 함침 공정 없이 제조된 레이온 부직포를 준비하였다(비교예 1). 또한, 부직포를 함침하는 공정에서 상기 저장조 내에 15 중량%의 규석을 함유하는 규석 수용액을 두고 함침 공정을 실시하여 규석이 함유된 부직포를 제조하였다(비교예 2).

실시예 1의 부직포에서 10×10㎜ 크기의 시료를 10개 선별하였으며 ICP 분광기를 사용한 분석 결과 8 내지 10 중량%의 실리카 성분이 함유되는 것으로 나타났다. 반면, 비교예 2의 부직포에 대해 10×10㎜ 크기의 시료를 10개 선별하고 ICP 분광기를 사용하여 분석한 결과 0.5 내지 2 중량%의 실리카 성분이 함유되는 것으로 나타났다. 이는 규석 수용액만으로는 함침에 의해 규석 입자를 다량 함유하는 부직포를 제조하기 어려운 것을 시사하는 결과이다.

상기 부직포를 납(Pb) 성분이 200ppm 함유된 수용액에 10분 간 침지한 후 60℃의 오븐에서 건조하였다. 실시예의 부직포 내에 포집된 납의 함량을 ICP 분광기로 분석한 결과, 평균 납 흡착율이 98%인 것으로 나타났다. 이와는 달리 비교예 1에서 규석을 함유하지 않은 레이온 부직포는 납 흡착율이 8±2%인 것으로 나타났으며, 비교예 2에서 규석을 함유한 레이온 부직포는 납 흡착율이 12±2%인 것으로 나타났다. 즉, 비교예 1과 2는 납 흡착율에서 큰 차이를 나타내지 않는 것으로 나타났으며, 실시예에 비해 현저히 낮은 납 흡착율을 나타내는 것으로 나타났다.

또한, 규석을 함유하는 부직포와 일반 레이온 부직포의 항균성능을 확인하기 위하여 원적외선응용평가연구원에 의뢰하여 KS K 0693:2016에 따라 항균시험을 하였다. 항균시험에 사용된 사용균주는 포도상구균인 Staphylococcus aureus ATCC 6538 및 폐렴균인 Klebsiella pneumoniae ATCC 4352이었으며, 배지를 제조할 때 접종균의 0.05% 농도로 비이온계면활성제를 사용하였다. 표준포로는 KS K 0905에 따른 염색견뢰도용 첨부백포를 사용하였다. 18시간 후 균수를 측정한 결과는 표 1과 같다.

시험항목	시료	초기농도(CFU/㎖)	18시간후농도(CFU/㎖)
포도상구균	표준포	5.7×10⁴	2.9×10⁶
	비교예		2.6×10⁶
	실시예		2.4×10⁵
폐렴균	표준포	4.8×10⁴	2.4×10⁶
	비교예		2.0×10⁶
	실시예		1.8×10⁵

표 1의 결과를 살펴보면, 규석을 함유한 본 발명의 부직포는 포도상구균에 대한 정균감소율이 91.7%, 폐렴균에 대한 정균감소율이 92.5%로 높은 항균성을 나타내었다. 이와는 달리 일반 레이온 부직포의 경우 항균효과를 나타내지 않는 것으로 파악되었다.

또한, 규석이 함유된 부직포와 레이온 부직포에 대하여 한국원적외선응용평가연구원에 의뢰하여 KFIA-FI-1004에 따라 탈취효과를 평가하였다. 시험가스로는 암모니아를 사용하여 시간에 따른 암모니아 농도를 측정하여 탈취율을 평가하였다. 탈취율은 초기 암모니아 농도에 대한 감소율로 계산하였으며 그 결과는 표 2와 같다.

경과시간(분)	실시예(%)	비교예(%)
0	-	-
30	72	52
60	76	58
90	77	62
120	79	66

표 2의 결과를 살펴보면, 120분 경과 후 규석을 함유하는 부직포와 레이온 부직포에서 모두 탈취성능을 나타내었으나, 규석을 함유하는 부직포의 경우 초기 탈취율이 레이온 부직포에 비해 더 높은 탈취성능을 나타내었으며, 전체적인 탈취성능에서 규석을 함유하는 부직포가 더 우수한 결과를 나타내었다.

이상과 같이 본 발명에 따른 부직포는 부직포의 조직 내에 규석 입자를 다량 함유하기 때문에 필터체를 구성하여 차단망에 사용될 수도 있으며, 또한, 부직포 재질의 필터부에 적용됨으로써 미세먼지 및 유해성분을 차단하는 마스크에도 적용할 수 있는 등 다양한 용도로의 활용이 가능하다.

본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

Claims

규석 수용액 및 실리콘 오일 수용액을 포함하는 혼합액에 부직포를 함침 처리하며,
상기 실리콘 오일 수용액은 디메틸실리콘 오일 또는 메틸페닐실리콘 오일에서 선택되는 1종의 실리콘 오일 및 PEO-b-PDMS(poly(ethylene oxide)-b-poly(dimethylsiloxane))를 1:1 내지 2:1의 중량비로 혼합한 혼합물을 10 내지 20 중량% 함유하는 수용액인 것을 특징으로 하는 규석이 함유된 부직포.
삭제
제1 망체 및 제2 망체의 사이에 청구항 1에 따른 부직포로 이루어진 필터체를 개재(介在)하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차단망.