KR102207065B1 - Ｍｂ 방식에 의한 마스크 필터 제조방법 및 이를 위한 ｍｂ 장치, 그리고 이에 의해 제조된 마스크 필터 - Google Patents

Ｍｂ 방식에 의한 마스크 필터 제조방법 및 이를 위한 ｍｂ 장치, 그리고 이에 의해 제조된 마스크 필터 Download PDF

Info

Publication number
KR102207065B1
KR102207065B1 KR1020200041306A KR20200041306A KR102207065B1 KR 102207065 B1 KR102207065 B1 KR 102207065B1 KR 1020200041306 A KR1020200041306 A KR 1020200041306A KR 20200041306 A KR20200041306 A KR 20200041306A KR 102207065 B1 KR102207065 B1 KR 102207065B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
nonwoven fabric
stretching
pla
graphene fiber
layer
Prior art date
Application number
KR1020200041306A
Other languages
English (en)
Inventor
윤영복
Original Assignee
윤영복
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 윤영복 filed Critical 윤영복
Priority to KR1020200041306A priority Critical patent/KR102207065B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102207065B1 publication Critical patent/KR102207065B1/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
    • B01D39/16—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres
    • B01D39/1607—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being fibrous
    • B01D39/1623—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being fibrous of synthetic origin
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A41—WEARING APPAREL
    • A41D—OUTERWEAR; PROTECTIVE GARMENTS; ACCESSORIES
    • A41D13/00—Professional, industrial or sporting protective garments, e.g. surgeons' gowns or garments protecting against blows or punches
    • A41D13/05—Professional, industrial or sporting protective garments, e.g. surgeons' gowns or garments protecting against blows or punches protecting only a particular body part
    • A41D13/11—Protective face masks, e.g. for surgical use, or for use in foul atmospheres
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62B—DEVICES, APPARATUS OR METHODS FOR LIFE-SAVING
    • A62B18/00—Breathing masks or helmets, e.g. affording protection against chemical agents or for use at high altitudes or incorporating a pump or compressor for reducing the inhalation effort
    • A62B18/02—Masks
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62B—DEVICES, APPARATUS OR METHODS FOR LIFE-SAVING
    • A62B23/00—Filters for breathing-protection purposes
    • A62B23/02—Filters for breathing-protection purposes for respirators
    • A62B23/025—Filters for breathing-protection purposes for respirators the filter having substantially the shape of a mask
    • 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
    • B01D2239/0478—Surface coating material on a layer of the filter
    • 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
    • B01D2239/06—Filter cloth, e.g. knitted, woven non-woven; self-supported material
    • B01D2239/0604—Arrangement of the fibres in the filtering material
    • B01D2239/0622—Melt-blown
    • 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
    • B01D2239/10—Filtering material manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/45—Gas separation or purification devices adapted for specific applications
    • B01D2259/4541—Gas separation or purification devices adapted for specific applications for portable use, e.g. gas masks

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Pulmonology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physical Education & Sports Medicine (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)
  • Nonwoven Fabrics (AREA)

Abstract

본 발명은 MB 방식에 의한 마스크 필터 제조방법 및 이를 위한 MB 장치, 그리고 이에 의해 제조된 마스크 필터에 관한 것이다. 본 발명은, PP 기반 복합재를 배합하기 위해 원료를 멜트브로우(MB) 방식으로 마스크 필터를 제작하는 MB 장치(100) 상의 MB 방식 공급부(110)로 공급이 수행되는 제 1 단계; 및 MB 장치(100)가 MB 방식 공급부(110)로 공급된 PP 기반 복합재를 MB 방식 방사부(120)를 통해 MB 부직포를 제조하는 제 2 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이에 의해 친환경 소재를 적용하여 평균기공을 작게 제어할 수 있는 멜트블로운 부직포층으로 형성하되, 기계적 강도 및 정전기력 유지 기간을 연장하여 장기간 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 단열성 성능도 향상시킬 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

Description

ＭＢ 방식에 의한 마스크 필터 제조방법 및 이를 위한 ＭＢ 장치, 그리고 이에 의해 제조된 마스크 필터{Method for manufacturing mask filter by Melt Blowing mode, for Melt Blowing apparatus the same, mask filter manufactured by the same}
본 발명은 MB 방식에 의한 마스크 필터 제조방법 및 이를 위한 MB 장치, 그리고 이에 의해 제조된 마스크 필터에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 친환경 소재를 적용하여 평균기공을 작게 제어할 수 있는 멜트블로운 부직포층으로 형성하되, 기계적 강도 및 정전기력 유지 기간을 연장하여 장기간 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 단열성 성능도 향상시키도록 하기 위한 MB 방식에 의한 마스크 필터 제조방법 및 이를 위한 MB 장치, 그리고 이에 의해 제조된 마스크 필터에 관한 것이다.
근래에 대기 오염이 심각해지면서 공기 중에는 인체에 해로운 많은 유해물질과 염먼지 등이 함유되어 있고, 이러한 인체에 해로운 유해물질과 오염먼지 등이 함유된 공기를 걸러짐 없이 바로 흡입하게 되면 인체에 여러 악영향을 미치게 됨에 따라 상기한 유해물질과 오염먼지 등을 걸러 주는 마스크용 필터가 사용되고 있다. 마스크 필터는 공기중의 미세먼지나 곰팡이, 박테리아 등의 알러지 유발입자 등 인체에 유해한 입자상 물질을 제거하기 위해 마스크에 사용되는 필터로 정전기 필터일 수 있다.
한편, 작은 입자를 효과적으로 제거하기 위해서 유리섬유를 사용한 헤파필터가 있으며, 헤파필터는 섬유가 공기의 움직임에 의한 마찰에 의해서 발생하는 정전기력에 의해 입자를 흡착하는 성질을 이용한 것이다. 그러나, 유리섬유로 이루어진 필터는 균열이 발생하기 쉬우며, 이를 방지하기 위해서는 고분자 소재를 복합적으로 사용하여야 한다.
대한민국 특허출원 출원번호 제10-1987-0002965(1987.03.30)호 "방진마스크용필터의처리방법(METHOD FOR TREATING FILTER OF ANTI-DUST MASK)" 대한민국 실용신안출원 출원번호 제20-1995-0012456(1995.06.01)호 "방진 마스크용 방진필터"
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 친환경 소재를 적용하여 평균기공을 작게 제어할 수 있는 멜트블로운 부직포층으로 형성하되, 기계적 강도 및 정전기력 유지 기간을 연장하여 장기간 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 단열성 성능도 향상시키도록 하기 위한 B 방식에 의한 마스크 필터 제조방법 및 이를 위한 MB 장치, 그리고 이에 의해 제조된 마스크 필터를 제공하기 위한 것이다.
그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 MB 방식에 의한 마스크 필터 제조방법은, PP 기반 복합재를 배합하기 위해 원료를 멜트브로우(MB) 방식으로 마스크 필터를 제작하는 MB 장치(100) 상의 MB 방식 공급부(110)로 공급이 수행되는 제 1 단계; 및 MB 장치(100)가 MB 방식 공급부(110)로 공급된 PP 기반 복합재를 MB 방식 방사부(120)를 통해 MB 부직포를 제조하는 제 2 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 MB 방식에 의한 마스크 필터 제조방법에 의해 제조된 마스크 필터는 PP 기반 복합재를 기반으로 생성된 MB 부직포층; 및 상기 MB 부직포층 위에 도포되어 형성되는 그래핀섬유 기반 PLA 복합체; 를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 MB 장치는, PP 기반 복합재를 배합하기 위해 원료를 공급받는 MB 방식 공급부(110); 및 MB 방식 공급부(110)로 공급된 PP 기반 복합재를 멜트블로잉 방식으로 MB 부직포를 제조하는 MB 방식 방사부(120); 를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 MB 방식에 의한 마스크 필터 제조방법 및 이를 위한 MB 장치, 그리고 이에 의해 제조된 마스크 필터는, 친환경 소재를 적용하여 평균기공을 작게 제어할 수 있는 멜트블로운 부직포층으로 형성하되, 기계적 강도 및 정전기력 유지 기간을 연장하여 장기간 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 단열성 성능도 향상시킬 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 MB 방식에 의한 마스크 필터 제조방법을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 MB 방식에 의한 마스크 필터 제조방법에 사용되는 MB 장치(100)를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 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.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 MB(Melt Blowing) 방식에 의한 마스크 필터 제조방법을 나타내는 도면이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 MB 방식에 의한 마스크 필터 제조방법에 사용되는 MB 장치(100)를 나타내는 도면이다.
이하에서 도 1 및 도 2를 참조하여 MB 방식에 의한 마스크 필터 제조방법에 대해서 구체적으로 살펴보도록 한다.
먼저, PP 기반 복합재를 배합하기 위해 원료를 멜트브로우(MB) 방식으로 마스크 필터를 제작하는 MB 장치(100)의 MB 방식 공급부(110)로 공급을 수행한다(S11).
단계(S11)에서 공급되는 PP 기반 복합재 원료는 폴리프로필렌에 PLA 수지를 혼합하되, 폴리프로필렌에 대해서 미리 설정된 비율의 PLA 외에 탄소섬유 및 PCM 캡슐 파우더 중 적어도 하나 이상을 혼합한 것을 사용할 수 있다.
단계(S11) 이후, MB 장치(100)는 MB 방식 공급부(110)로 공급된 PP 기반 복합재를 MB 방식 방사부(120)를 통해 MB 부직포를 제조한다(S12).
즉, 단계(S12)에서 보건용 마스크를 위한 마스크 필터, 그 밖의 공기정화 필터로 사용되는 MB 부직포는 기본적으로 PP(PolyPropylene)을 멜트 블로잉(Melt Blowing) 방식으로 부직포(non woven)로 만들어서 단계(S16)의 super-charging 공정을 통하여 정전기력을 갖도록 하는 과정으로 되어있다.
이를 위해 MB 장치(100)는 방사노즐(121)에 의한 폭이 1,650 mm이상이 되는 MB 부직포를 만들기 위하여는 방사노즐(121)의 개수가 미리 설정된 개수(약 2,800개 정도)가 필요할 수 있다.
즉, MB 장치(100)는 단계(S11)에서 배합된 고탄성 수지에 해당하는 PP 기반 복합재를 이용하여 멜트블로운 방식에 의해 MB 부직포층을 형성할 수 있다. 보다 구체적으로, 단계(S12)에서 PP 기반 복합재를 이용하여 MB 부직포층을 형성하는 제조형태에 관해서는 멜트블로운 부직포이든 스펀본드 부직포이든 관계없이 사용될 수 있으나, 본 발명에서는 세섬도로 제작이 가능하면서도 평균기공을 작게 제어할 수 있는 멜트블로운 부직포층으로 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명에 사용되는 멜트브로우(MB) 방식 방사는 원료인 PP 기반 복합재를 가열-용융하고, MB 방식 방사부(120)에 구비된 방사노즐(121)로부터 공기 중에 압출하여 냉각하면서 부직포층 섬유를 형성하는 전통적 방식의 용융방사공정에 고온 고압 공기를 불어주면서 섬유를 제조하는 공정에 해당할 수 있다.
즉, 호퍼에 해당하는 MB 방식 공급부(110)로 공급된 PP 기반 복합재가 공급부(110) 내의 압출기(111)에 의해 가열을 통해 용융시켜 용융된 PP 기반 복합재 조성물을 형성하고, PP 기반 복합재 조성물이 압출기(111)에 형성된 스크류의 작용에 의해 MB 방식 방사부(120)로 압출될 수 있으며, MB 방식 방사부(120)의 방사노즐(121)에 의해 섬유 스트림을 형성함으로써, MB 부직포층을 형성할 수 있다.
본 발명에서 MB 부직포를 구성하는 섬유의 밀도는 정전필터의 여과능력과 후술하는 그래핀섬유 및 나노셀룰로오스와의 관계를 고려하여 볼 때 80 내지 85g/m2 인 것이 바람직하다.
그리고, MB 부직포를 구성하는 PP 기반 복합재는 폴리프로필렌에 PLA 수지를 혼합하되, 폴리프로필렌 100 중량부를 기준으로 PLA 수지 60 내지 70 중량부, 탄소섬유 12 내지 13 중량부가 혼합된 탄소섬유 강화 폴리프로필렌 수지를 수득하게 되는데, 탄소섬유 강화 폴리프로필렌 수지는 철보다 강하고 알루미늄보다 가벼우며 녹슬지 않고 가공성이 우수하다는 장점을 제공할 뿐만 아니라, 후술하는 연신부(130)에 의한 연신시 파단강도를 갖출 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
또한, MB 부직포를 구성하는 PP 기반 복합재는 폴리프로필렌 100 중량부를 기준으로 2 내지 4 중량부의 PCM 캡슐 파우더(Phase Change Material Microcapsul Powder)를 첨가함으로써, 후술하는 단계(S16)에 의한 정전기력 부여 과정을 통해 제조된 정전기 부직포에 대한 습기로 인해 정전기력이 사라지는 시간을 지연시킬 수 있다.
PCM 캡슐 파우더는 상전이 물질로, 고체, 용융, 열에너지 흡수, 액체, 응결, 열에너지 방출, 고체로 반복적으로 변하는 재질로 형성되며, 본 발명에서 PCM 캡슐 파우더는 3nm 내지 5nm의 직경사이즈로 이온반발성, 음이온수지, 대류, 열분산/확산, 탄소섬유 강화 폴리프로필렌 수지의 분산성/확산성 우수 등에 대한 특성을 제공하며, 특히 열분산/확산을 통해 정전기 부직포 내부의 착용자의 호흡에 의해 발생하는 열원인 호흡열을 정전기 부직포 내부에서 전체로 확산시켜서 부분적으로 집중되는 호흡 영역의 수분에 의한 정전기 상실 효과를 최소화할 수 있도록 할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 PLA는 재생 가능한 옥수수 등 식물을 발효시켜 얻은 락타이드 또는 락트산을 중합하여 제조된 열가소성 폴리에스테르로서 화석 자원 고갈에 무관할 뿐만 아니라 사용 후 매립 등 방식으로 쉽게 분해시킬 수 있는 친환경적인 특성을 가진다.
PLA는 락트산 또는 락타이드를 중합시켜 제조할 수 있으며, 필요에 따라서는, 에틸렌글리콜 또는 프로필렌글리콜 등의 글리콜화합물, 에탄디오산(ethanedioic acid) 또는 테레프탈산 등의 디카복실산, 글리콜산 또는 2-히드록시벤조산 등의 히드록시카르본산 또는 카프로락톤 또는 프로피오락톤 등의 락톤류와 같은 적절한 단량체와 공중합될 수도 있다. 그리고, PLA는 통상적으로 D,L-PLA, meso-PLA, D-PLA, L-PLA 등으로 구분될 수 있는데, 본 발명에서는 그 종류에 제한되지 않고, 상술한 PLA를 단독으로 혹은 2종 이상 혼합하여 이용할 수 있다.
단계(S12) 이후, MB 장치(100)는 단계(S12)에서 생성된 MB 부직포층에 대해서 열안정화 및 연신 과정을 수행함으로써(S13), 부직포의 수축율을 상온 상태에서 제조뒤 3개월의 시간 경과 후에 1.5% 이하로 낮출 수 있다.
보다 구체적으로, MB 장치(100)는 단계(S12)에서 제조된 MB 부직포에 대해서 연신부(130) 내부의 냉각모듈을 통해 MB 부직포에 대한 냉각을 먼저 수행하기 위해 냉각모듈 전단의 제 1 가이드 롤러를 통해 냉각장치로 제공하고, 냉각모듈은 펠티어 소자와 온도 센서, 그리고 아두이노 기판을 활용하여 미리 설정된 온도 범위로 MB 부직포에 대한 온도를 제어할 수 있다. 여기서 온도 설정 범위는 부직포 생성 전후의 온도 차(230 내지 350℃)를 고려하여 실온 상태에 해당하는 12℃ 내지 12.5℃ 범위로 설정하는 것이 바람직하다.
이후, 냉각모듈에 의해 냉각된 MB 부직포를 냉각모듈과 연신장치 사이의 제 2 가이드 롤러를 통해 연신모듈로 안내가 됨으로써, 제 2 가이드 롤러의 전체 길이 설정에 따른 상온 상태(17 내지 23℃)에서 열안정화 과정을 제공할 수 있다. 연신모듈은 제 2 가이드 롤러를 통과한 부직포를 미리 설정된 두께가 되도록 눌러 잡아당기는 연신을 수행할 수 있다. 보다 구체적으로, 연신시 MB 부직포에 대한 가열, 가압 상태에서 넓이 방향의 연신을 수행함으로써, 최종 생산물인 MB 부직포에 대한 연신 전후의 면적 비율이 1 : 2.3 내지 2.5 배가 증가하도록 한다. 여기서, 연신시 가열 온도는 120 내지 130 ℃, 가압 상태는 120 내지 220mbar 상태이며, MB 부직포의 두께를 1 내지 3mm로 생산시 바람직하게는 123℃, 135mbar 상태에서 수행하는 것이 바람직하다.
한편 연신시 상술한 바람직한 온도 범위 내인 가열 온도는 120 내지 130 ℃에서 행하여져야 한다. 온도 범위보다 온도가 높아지는 경우 분자의 자유도가 높아져 분자의 배향이 잘 이루어지지 않는다. 또한, 온도 범위보다 낮아지는 경우에는 연신이 잘 이루어지지 않고 MB 부직포가 연신되지 못하고 끊어지는 현상이 일어난다.
한편, MB 부직포에 대한 연신 후 열안정화 과정 사이에 MB 부직포에 대한 연성화와 함께 메쉬 공정을 선택을 통한 수행하여 마이크로 허니 콤브 형상 구조, 마이크로 그물 형상, 마이크로 사각형 형상을 갖는 균일한 격자 구조(메쉬 구조)를 형성할 수 있다. 이와 같은 마이크로 허니콤브 형상 구조를 형성함으로써, 바이러스, 미세먼지 등의 대상체의 포집 성능을 극대화하고 MB 부직포의 유연성을 제공할 뿐만 아니라, 다수의 구조의 부직포를 적층할 수도 있다.
본 발명에서 열안정화 및 연신과정을 거친 MB 부직포의 두께는 0.1 mm 내지 10mm일 수 있고, 10 내지 250 ㎚의 고분자 섬유들이 다공성 구조를 가지는 것으로서, 극세 크기의 직경을 가지므로 기존 섬유에 비하여 큰 표면적을 가지고 나노 크기의 공극을 가짐으로써, 포집 효율을 높일 수 있다.
단계(S13) 이후, 생성된 MB 부직포층 위에 그래핀섬유 기반 PLA 복합체를 도포한다(S14).
즉, MB 장치(100)는 제 1 도포부(140)를 통해 그래핀섬유 기반 PLA 복합체를 단계(S13)에서 재처리된 MB 부직포 위에 도포할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 그래핀섬유를 구성하는 그래핀은 구조적, 화학적 안정성 및 뛰어난 열 전도도의 특징을 가질 뿐만 아니라 상대적으로 가벼운 원소인 탄소만으로 이루어져 1차원 혹은 2차원 섬유 패턴을 가공하기가 용이한 특성을 갖는다.
이러한 그래핀의 전기적, 구조적, 화학적, 경제적 특성으로 인하여 그래핀은 단게(S14)에서 수행에 따른 재처리된 MB 부직포층에 정전기력을 부여시 MB 부직포층 내에서 형성된 정전기력을 향상시킬 뿐만 아니라, 그래핀의 특성으로 인해 미생물과 유해물질을 공기중에서 포획하여 파괴하는 역할을 수행할 수 있다.
한편, 이를 위해 M-5 등급의 그래핀을 PLA 100 중량부를 기준으로 12 내지 14 중량부를 혼합한 그래핀섬유 기반 PLA 복합체를 사용하였으며, PLA와 그래핀을 혼합 후, 350 내지 420 rpm으로 교반을 실시하였으며, 30 내지 45분 교반한 후 MB 방식의 제 1 도포부(140)의 복수의 방사노즐로부터 공기 중에 압출하여 냉각하면서 그래핀섬유 기반 PLA 복합체층을 0.3 내지 0.8 mm 사이의 두께로 형성하는 공정을 수행할 수 있다.
단계(S14) 이후, 연신 및 열안정화에 따라 재처리된 MB 부직포층에 형성된 그래핀섬유 기반 PLA 복합체층 위에 나노셀룰로오스를 도포한다(S15).
즉, MB 장치(100)는 MB 방식의 제 2 도포부(150)를 통해 그래핀섬유 기반 PLA 복합체층 위에 나노셀룰로오스를 도포할 수 있다.
나노셀룰로오스로 코팅된 그래핀섬유 기반 PLA 복합체층을 생성하기 위해, 나노셀룰로오스는 상업용 목재펄프인 활엽수 또는 침엽수를 TEMPO((2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-1-일)옥시)를 사용하여 산화시킨 후, 제조한 것을 사용할 수 있으며, 카르복시기 함량이 2.7 내지 2.9 mmol/셀룰로오스 g, 섬유폭은 50 내지 90 μm, 섬유길이는 0.50 내지 0.70 nm인 것을 사용함으로써, 나노셀룰로오스의 낮은 열전도도(0.0029W/mK)로 인해 그래핀섬유 기반 PLA 복합체층 내부로 단열성 성능을 제공할 뿐만 아니라, 그래핀 섬유의 기계적 강도를 보강할 수 있다.
그리고 코팅의 대상이 되는 그래핀은 나노그래핀으로 결정 크기로 32 내지 45nm를 갖는 것을 제조하여 사용한다.
여기서, 나노셀룰로오스를 허니 콤브 구조로 그래핀섬유 기반 PLA 복합체층에 대한 코팅 처리를 통해 나노셀룰로오스로 코팅된 그래핀섬유 기반 PLA 복합체층 표면 상의 다공 구조를 통해 그래핀섬유 기반 PLA 복합체층 하부로 침투할 수 있는 수분에 대한 1차적으로 차단하는 방수 구조를 제공할 수 있다.
여기서 그래핀섬유 기반 PLA 복합체층 100 중량부에 대한 나노셀룰로오스의 중량비는 24 내지 35 중량부일 수 있으며, 24 중량부 미만인 경우 그래핀섬유 기반 PLA 복합체층에 탄성과 강도에 해당하는 물성을 획득하기 어려우며, 35 중량부를 초과하는 경우 나노셀룰로오스로 코팅된 그래핀섬유 기반 PLA 복합체층 내부와 부직포층을 포함한 전체 필터층의 안면부흡기저항이 6.2mmH2O 또는 60Pa를 초과함으로써, KF 마스크 등급에 해당하는 KF80 마스크로의 적합성이 떨어지는 한계점이 발생할 수 있다.
한편, 단계(S15)의 나노셀룰로오스 도포 방식이 아닌 다른 실시예로 MB 부직포층에 형성된 그래핀섬유 기반 PLA 복합체층 위에 나노셀룰로오스를 도포하는 것이 아닌 그래핀섬유 기반 PLA 복합체층에 나노셀룰로오스 수지를 침습시키는 방식을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 함침법, 전기방사(electro-spining)법, 전기분무(electro-spray)법을 사용할 수 있다.
전기방사(electro-spining)법으로 수행하는 경우, 전기방사법은 전압 10 내지 15 kV, 거리 5 내지 7cm, 온도 14℃ 내지 17℃ 및 상대습도 35% 이하, 바람직하게는 12% 내지 15%에서 그리고 점도 500 내지 550cps를 갖는 나노셀룰로오스 수지를 14 내지 17nm 입자크기로 그래핀섬유 기반 PLA 복합체층에 방사시켜서 수행하는 것을 특징으로 하는 것이 좋다. 이때, 전압이 10 kV 미만이면 입자를 형성시키지 못하는 문제가 있을 수 있고, 15 kV를 초과하면 전기 방사자체가 안돼는 문제가 있을 수 있으므로 상술한 범위 내의 전압 하에서 수행하는 것이 좋다. 또한, 나노셀룰로오스 수지를 14 내지 17nm의 입자크기로 그래핀섬유 기반 PLA 복합체층에 방사하는 것이 침습면에서 좋다.
그리고, 본 발명에 있어서, 전기방사법은 1200 내지 1300 개의 멀티노즐로 나노셀룰로오스 수지를 그래핀섬유 기반 PLA 복합체층에 전기방사 시켜서 그래핀섬유 기반 PLA 복합체층에 나노셀룰로오스 수지이 골고루 침습될 수 이 있도록 하는 것이 좋다.
또한, 전기분무(electro-spray)법으로 수행하는 경우, 전압 12 내지 19 kV, 온도 15℃ 내지 21℃ 및 상대습도 25% 이하, 바람직하게는 12% 내지 15% 조건 하에서, 점도 500 내지 1,000cps 를 갖는 나노셀룰로오스 수지을 350 내지 370 nm 입자크기로 그래핀섬유 기반 PLA 복합체층에 방사시켜서 수행하는 것이 좋다. 이때, 전압이 12 kV 미만이면 입자를 형성시키지 못하는 문제가 있을 수 있고, 19 kV를 초과하면 전기 방사자체가 안 되는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내의 전압 하에서 수행하는 것이 좋다. 또한, 나노셀룰로오스 수지를 350 내지 370의 입자크기로 그래핀섬유 기반 PLA 복합체층에 방사하는 것이 침습면에서 좋다.
단계(S15) 이후, MB 장치(100)는 단계(S14)의 제 1 첨가제인 그래핀섬유 기반 PLA 복합체와 제 2 첨가제인 단계(S15)의 나노셀룰로오스가 순차적으로 도포된 재처리된 MB 부직포층에 대해서 정전기력 제공장치(160)로 정전기력을 부여할 수 있다(S16).
본 발명에서 정전기력 제공장치(160)는 제 1 및 제 2 첨가제가 도포된 MB 부직포층을 플라즈마 처리, 코로나(corona)방전, 및 이온빔 처리로 이루어진 군으로부터 선택한 처리단계를 더욱 포함할 수 있다. 플라스마 처리는 산소 분위기하에서 100 KW, 01 토르(Torr)로 통상적인 방법을 실시하는 것이 바람직하다. 또한 부직포 제조단계 이후에 부직포 제조단계에서 제조된 부직포에 더욱 실시할 수 있는 코로나 방전 또는 이온빔 처리는 통상의 방법으로 실시한다. 이러한 플라스마 처리, 코로나 방전 또는 이온빔 처리에 의하여 생성된 부직포의 동일 중량 대비 정전기력이 30 내지 65% 상승시킬 수 있다. 본 발명의 다른 실시예로, 초순수(DI Water)입자 고압분사방식의 Super-charging 장비를 통해 부직포에 정전기력을 형성할 수 있다.
단계(S16)에서, 정전기력이 부여된 부직포층에 대해서 에어워싱 공정을 통해드레이프성을 향상시키는 공정을 추가할 수 있다. 이는 부직포층을 온도 80 내지 90℃, 속도 300 내지 450m/hr로 에어워싱하는 것이다. 이에 의하면, 부직포층의 드레이프성이 향상될 뿐만 아니라, 후술하는 그래핀섬유 기반 PLA 복합체와의 밀착성이 향상될 수 있다.
한편, 단계(S16)에서 정전기력을 부여하는 방식으로 간단한 방법은 코로나(corona)방전으로 전기적 방식이기에 쉽지만, 단점으로 정전기력이 오래가지 못하는 단점을 갖고 있다. 보건용 마스크용에 적용하는 것에는 별 문제가 없이 적용가능하다. 또 다른 방식인 초순수(DI Water) 입자 고압분사에 의하여 정전기를 발생하게 하는 것으로 정전기력이 오래가는 특성으로 산업용필터에는 필수적인 공정에 해당하다.
이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100 : MB 장치
110 : MB 방식 공급부
120 : MB 방식 방사부
130 : 연신부
140 : 제 1 도포부
150 : 제 1 도포부
160 : 정전기력 제공장치

Claims (3)

  1. PP(PolyPropylene) 기반 복합재를 배합하기 위해 원료를 멜트브로우(MB) 방식으로 마스크 필터를 제작하는 MB 장치(100)의 MB 방식 공급부(110)로 공급을 수행 과정으로, PP 기반 복합재 원료는 폴리프로필렌에 PLA(Poly Lactic Acid) 수지를 혼합하되, PP 기반 복합재 원료는 폴리프로필렌 100 중량부를 기준으로 PLA 수지 60 내지 70 중량부, 탄소섬유 12 내지 13 중량부가 혼합된 탄소섬유 강화 폴리프로필렌 수지로 연신부(130)에 의한 연신시 파단강도를 갖출 수 있도록 하며, 추가로 폴리프로필렌 100 중량부를 기준으로 2 내지 4 중량부의 PCM 캡슐 파우더(Phase Change Material Microcapsul Powder)를 첨가함으로써, 정전기력 부여 과정을 통해 제조된 정전기 부직포에 대한 습기로 인해 정전기력이 사라지는 시간을 지연시키며, PCM 캡슐 파우더는 3nm 내지 5nm의 직경사이즈의 것을 사용하는 제 1 단계;
    MB 장치(100)가 MB 방식 공급부(110)로 공급된 PP 기반 복합재를 MB 방식 방사부(120)를 통해 MB 부직포를 제조하는 과정으로, 제 1 단계에서 배합된 고탄성 수지에 해당하는 PP 기반 복합재를 이용하여 멜트블로운 방식에 의해 MB 부직포층을 형성하기 위한 멜트브로우(MB) 방식 방사는 호퍼에 해당하는 MB 방식 공급부(110)로 공급된 PP 기반 복합재가 공급부(110) 내의 압출기(111)에 의해 가열을 통해 용융시켜 용융된 PP 기반 복합재 조성물을 형성하고, PP 기반 복합재 조성물이 압출기(111)에 형성된 스크류의 작용에 의해 MB 방식 방사부(120)로 압출될 수 있으며, MB 방식 방사부(120)의 방사노즐(121)에 의해 섬유 스트림을 형성하는 방식으로 MB 부직포를 구성하는 섬유의 밀도로 80 내지 85g/m2 사이에서 조절하는 제 2 단계;
    MB 장치(100)가 상기 제 2 단계에서 생성된 MB 부직포층에 대해서 열안정화 및 연신 과정을 수행하되, MB 부직포에 대해서 연신부(130) 내부의 냉각모듈을 통해 MB 부직포에 대한 냉각을 먼저 수행하기 위해 냉각모듈 전단의 제 1 가이드 롤러를 통해 냉각장치로 제공하고, 냉각모듈은 펠티어 소자와 온도 센서, 그리고 아두이노 기판을 활용하여 미리 설정된 온도 범위로 MB 부직포에 대한 온도를 제어하며, 온도 설정 범위로 부직포 생성 전후의 온도 차(230 내지 350℃)를 고려하여 실온 상태에 해당하는 12℃ 내지 12.5℃ 범위로 설정하며,
    냉각모듈에 의해 냉각된 MB 부직포를 냉각모듈과 연신장치 사이의 제 2 가이드 롤러를 통해 연신모듈로 안내가 됨으로써, 제 2 가이드 롤러의 전체 길이 설정에 따른 상온 상태(17 내지 23℃)에서 열안정화 과정을 제공할하며, 연신모듈은 제 2 가이드 롤러를 통과한 부직포를 미리 설정된 두께가 되도록 눌러 잡아당기는 연신을 수행하며, 연신시 MB 부직포에 대한 가열, 가압 상태에서 넓이 방향의 연신을 수행함으로써, 최종 생산물인 MB 부직포에 대한 연신 전후의 면적 비율이 1 : 2.3 내지 2.5 배가 증가하도록 하며, 연신시 가열 온도는 120 내지 130 ℃, 가압 상태는 120 내지 220mbar 상태에서 수행하며,
    MB 부직포에 대한 연신 후 열안정화 과정 사이에 MB 부직포에 대한 연성화와 함께 메쉬 공정을 선택을 통한 수행하여 마이크로 허니 콤브 형상 구조에 해당하는 균일한 격자 구조(메쉬 구조)를 형성하며, 열안정화 및 연신과정을 거친 MB 부직포의 두께가 0.1 mm 내지 10mm이 되도록 제어하는 제 3 단계;
    생성된 MB 부직포층 위에 그래핀섬유 기반 PLA 복합체를 도포하는 과정으로, MB 장치(100)가 제 1 도포부(140)를 통해 그래핀섬유 기반 PLA 복합체를 상기 제 3 단계에 따라 처리된 MB 부직포 위에 도포하며, M-5 등급의 그래핀을 PLA 100 중량부를 기준으로 12 내지 14 중량부를 혼합한 그래핀섬유 기반 PLA 복합체를 사용하며, PLA와 그래핀을 혼합 후, 350 내지 420 rpm으로 교반을 실시하며, 30 내지 45분 교반한 후 MB 방식의 제 1 도포부(140)의 복수의 방사노즐로부터 공기 중에 압출하여 냉각하면서 그래핀섬유 기반 PLA 복합체층을 0.3 내지 0.8 mm 사이의 두께로 형성하는 공정을 수행하는 제 4 단계;
    부직포층에 형성된 그래핀섬유 기반 PLA 복합체층 위에 나노셀룰로오스를 도포 과정으로, MB 장치(100)가 MB 방식의 제 2 도포부(150)를 통해 그래핀섬유 기반 PLA 복합체층 위에 나노셀룰로오스를 도포하며, 나노셀룰로오스로 코팅된 그래핀섬유 기반 PLA 복합체층을 생성하기 위해, 나노셀룰로오스는 상업용 목재펄프인 활엽수 또는 침엽수를 TEMPO((2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-1-일)옥시)를 사용하여 산화시킨 후, 제조한 것을 사용할 수 있으며, 카르복시기 함량이 2.7 내지 2.9 mmol/셀룰로오스 g, 섬유폭은 50 내지 90 μm, 섬유길이는 0.50 내지 0.70 nm인 것을 사용함으로써, 나노셀룰로오스의 낮은 열전도도(0.0029W/mK)로 인해 그래핀섬유 기반 PLA 복합체층 내부로 단열성 성능을 제공할 뿐만 아니라, 그래핀 섬유의 기계적 강도를 보강하며, 코팅의 대상이 되는 그래핀은 나노그래핀으로 결정 크기로 32 내지 45nm를 갖는 것을 사용하며,
    나노셀룰로오스를 허니 콤브 구조로 그래핀섬유 기반 PLA 복합체층에 대한 코팅 처리를 통해 나노셀룰로오스로 코팅된 그래핀섬유 기반 PLA 복합체층 표면 상의 다공 구조를 통해 그래핀섬유 기반 PLA 복합체층 하부로 침투할 수 있는 수분에 대한 1차적으로 차단하는 방수 구조를 제공하며,
    그래핀섬유 기반 PLA 복합체층 100 중량부에 대한 나노셀룰로오스의 중량비는 24 내지 35 중량부가 되도록 하는 제 5 단계; 및
    MB 장치(100)가 상기 제 4 단계에서의 제 1 첨가제인 그래핀섬유 기반 PLA 복합체와 상기 제 5 단계에서의 제 2 첨가제인 나노셀룰로오스가 순차적으로 도포된 재처리된 MB 부직포층에 대해서 정전기력 제공장치(160)로 정전기력을 부여하며, 정전기력 제공장치(160)가 제 1 및 제 2 첨가제가 도포된 MB 부직포층을 플라즈마 처리, 코로나(corona)방전, 및 이온빔 처리로 이루어진 군으로부터 선택한 처리단계를 더욱 수행하며, 정전기력이 부여된 부직포층에 대해서 에어워싱 공정을 통해 드레이프성을 향상시키는 공정을 추가하며, 에어워싱 공정으로 부직포층을 온도 80 내지 90℃, 속도 300 내지 450m/hr로 에어워싱하는 제 6 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 MB 방식에 의한 마스크 필터 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
KR1020200041306A 2020-04-06 2020-04-06 Ｍｂ 방식에 의한 마스크 필터 제조방법 및 이를 위한 ｍｂ 장치, 그리고 이에 의해 제조된 마스크 필터 KR102207065B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200041306A KR102207065B1 (ko) 2020-04-06 2020-04-06 Ｍｂ 방식에 의한 마스크 필터 제조방법 및 이를 위한 ｍｂ 장치, 그리고 이에 의해 제조된 마스크 필터

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200041306A KR102207065B1 (ko) 2020-04-06 2020-04-06 Ｍｂ 방식에 의한 마스크 필터 제조방법 및 이를 위한 ｍｂ 장치, 그리고 이에 의해 제조된 마스크 필터

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102207065B1 true KR102207065B1 (ko) 2021-01-22

Family

ID=74307809

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200041306A KR102207065B1 (ko) 2020-04-06 2020-04-06 Ｍｂ 방식에 의한 마스크 필터 제조방법 및 이를 위한 ｍｂ 장치, 그리고 이에 의해 제조된 마스크 필터

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102207065B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114274621A (zh) * 2021-12-24 2022-04-05 湖北天运消音防振新材料有限公司 一种高过滤等级的熔喷布双组分棉及其制备方法
KR102491327B1 (ko) * 2022-09-16 2023-01-27 주식회사 더코리아 한지와 생분해성 수지를 이용한 친환경 마스크의 제조방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR950012456U (ko) 1993-10-25 1995-05-17 브이씨알의 텐션 제어장치
KR20070035343A (ko) * 2005-09-27 2007-03-30 (주) 성진 복합방사 멜트블로운 부직포를 이용한 필터의 제조방법
KR100795468B1 (ko) * 2007-05-31 2008-01-16 주식회사 은성코퍼레이션 멜트블라운 복합방사를 이용한 필터여재의 제조방법 및이에 의한 필터여재
KR20130033794A (ko) * 2011-09-27 2013-04-04 한국전자통신연구원 필터 제조 방법 및 이에 의해 제조된 필터
KR20190030119A (ko) * 2017-09-13 2019-03-21 한국섬유개발연구원 기능성 미세입자가 섬유 표면에 고정화된 부직포 및 그의 제조방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR950012456U (ko) 1993-10-25 1995-05-17 브이씨알의 텐션 제어장치
KR20070035343A (ko) * 2005-09-27 2007-03-30 (주) 성진 복합방사 멜트블로운 부직포를 이용한 필터의 제조방법
KR100795468B1 (ko) * 2007-05-31 2008-01-16 주식회사 은성코퍼레이션 멜트블라운 복합방사를 이용한 필터여재의 제조방법 및이에 의한 필터여재
KR20130033794A (ko) * 2011-09-27 2013-04-04 한국전자통신연구원 필터 제조 방법 및 이에 의해 제조된 필터
KR20190030119A (ko) * 2017-09-13 2019-03-21 한국섬유개발연구원 기능성 미세입자가 섬유 표면에 고정화된 부직포 및 그의 제조방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
대한민국 특허출원 출원번호 제10-1987-0002965(1987.03.30)호 "방진마스크용필터의처리방법(METHOD FOR TREATING FILTER OF ANTI-DUST MASK)"

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114274621A (zh) * 2021-12-24 2022-04-05 湖北天运消音防振新材料有限公司 一种高过滤等级的熔喷布双组分棉及其制备方法
KR102491327B1 (ko) * 2022-09-16 2023-01-27 주식회사 더코리아 한지와 생분해성 수지를 이용한 친환경 마스크의 제조방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6346640B2 (ja) エレクトレット特性を有する不織ウェブ及び繊維、その製造方法並びにその使用
JP5579870B2 (ja) 粒子含有繊維から作製される高機能スパンボンド布帛およびその製造方法
US10400354B2 (en) Process of making dimensionally-stable melt blown nonwoven fibrous structures
JP5654356B2 (ja) 複合不織布ウェブ並びにこれの製造及び使用方法
KR102207065B1 (ko) Ｍｂ 방식에 의한 마스크 필터 제조방법 및 이를 위한 ｍｂ 장치, 그리고 이에 의해 제조된 마스크 필터
MX2011010272A (es) Tramas fibrosas no tejidas estables dimensionalmente y metodos de fabricacion y uso de las mismas.
JP2006289209A (ja) 高捕集効率と低圧力損失とを兼ね備えたフィルター
KR20110097252A (ko) 단열성 나노분말이 단열체로부터 분리되지 않는 단열체 및 그 단열체의 제조방법
KR101549498B1 (ko) 선풍기용 공기정화커버
KR101968793B1 (ko) 멜트 블로잉 공정, 저수축 멜트 블로운 중합체 섬유 및 섬유질 구조, 및 멜트 블로잉할 수 있는 중합체 조성물
US20180030623A1 (en) Powder of fragments of at least one polymeric nanofiber
JP4719081B2 (ja) 湿熱接着性複合繊維及びフィラー固着繊維、繊維構造物
CN105709502A (zh) 一种防静电夹心净化材料
CN104727134A (zh) 碳纳米复合材料及其制备方法和应用
KR101390333B1 (ko) 자외선 차단 및 내광 안정화 특성이 부여된 나노섬유 부직포의 제조방법
JP2005131485A (ja) 高性能エアフィルタ
KR19990085106A (ko) 미세분진 여과용 집진필터 및 그 제조방법
CN110499586B (zh) 一种静电棉材料及其制备方法和用途
JP6108715B2 (ja) フィルターおよびその製造方法
KR101298662B1 (ko) 높은 내열성 및 높은 벌키성을 갖는 복합 부직포 및 그의 제조방법
Huang et al. Preparation of PVA@ PEI@ BAC@ CNC composite nanofibrous film with high efficiency filtration for PM2. 5
JP2004262022A (ja) 機能性繊維集合体及びそれを用いた成形体
CN115341337B (zh) 一种蓬松型储热熔喷材料的制备工艺及其应用
KR102202190B1 (ko) 강유전체 나노분말을 함유하는 정전 초극세섬유
KR102655447B1 (ko) 유연성 및 흡착성이 우수한 다용도 복합필터의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant