KR102219116B1 - 공기 정화용 세라믹 여재 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기 정화용 세라믹 여재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 합성섬유 또는 무기질 다공성 글라스 화이버 소재의 여재로 제작되는 공기 정화용 세라믹 여재에 있어서, 상기 여재는 10 ~ 20nm 단위 크기를 가지는 입자를 포함하는 1차 코팅 원액 수조에 함침되어 침투에 의해 형성되는 1차 코팅층; 및 상기 1차 코팅층 형성 후 1㎛ ~ 10㎛ 단위 크기를 가지는 입자를 포함하는 2차 코팅 원액 수조에 함침시켜 2차 코팅층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라 여재가 외부의 충격에 쉽게 훼손되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 여재에 쌓이는 이물질을 쉽게 탈리시켜 장기간 사용하더라도 여재에 형성된 미세기공이 막히지 않으며, 항균성, 내산성 및 내구성이 우수하고 안정적으로 여과 성능을 장기간 유지할 수 있는 효과가 있다.

Description

공기 정화용 세라믹 여재 및 그 제조방법{air cleaning media and method manufacturing the same}

본 발명은 공기 정화용 세라믹 여재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 파형의 글라스 화이버 내,외부에 세라믹 액을 함침시키는 멀티 코팅 공정을 실시함으로써, 여재에 쌓인 이물질을 쉽게 탈리시켜 장기간 사용하더라도 여재에 형성된 미세기공이 막히지 않으며, 항균성, 내산성 및 내구성이 우수하고 안정적으로 여과 성능을 장기간 유지할 수 있는 공기 정화용 세라믹 여재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

경유차 배기가스, 화석연료의 과중한 사용, 먼지, 쓰레기 소각 등의 요인으로 대기오염물이 발생하여 대기질이 나빠지고 있다. 이에 현대에 들어, 대기오염물을 걸러주는 대기질의 오염을 방지해주는 필터(여재), 오염된 공기를 신선한 공기로 바꾸어주는 필터의 중요성이 점점 중요시 되고 있다.

이러한 대기오염으로부터 우리의 건강을 지키기 위해 공기청정기의 사용이 커지고, 실내 공기질에 관한 인식이 크게 증가하여, 공기청정기 및 공기조화기 시장이 급속하게 커지고 있다.

공기청정기 및 공기조화기에 적용되는 필터는 크게 부직포, 합성섬유, 유리섬유 등의 소재로 제작이 이루어진다. 이러한 부직포, 합성섬유, 유리섬유는 소재의 특성상 표면에 묻는 오염 입자가 쉽게 제거되지 않아 계속 오염 입작가 필터에 쌓이게 되고 그 일부가 필터를 통과하면서 실내로 유입되어 실내 공기를 오염시키는 문제점이 있었다.

최근에는 종래의 문제점을 해결하기 위해서 유기항균제로 필터 표면을 코팅처리 하거나, 항균성능이 있는 무기물을 혼합하여 항균필터를 제작하고 있다.

그러나, 종래의 항균필터에 적용된 항균성능을 갖는 무기물은 높은 항균력을 기대하기 어렵고, 유기항균제의 코팅은 성능 지속성과 메틸클로로이소치아졸리논(Methylchloroisothiazolinone; MIT) 등의 휘발에 의한 폐, 기관지 등의 인체 유해성에 문제가 되고 있다.

아울러, 유기항균제로 표면이 코팅된 항균필터는 탈취 및 항균력을 높일 수 는 있었지만, 필터 표면에 쌓이는 오염 입자는 여전히 쉽게 제거되지 않아 필터의 미세기공을 막아 안정적으로 여과 성능을 장시간 유지할 수 없는 문제점이 있다.

선행문헌 1. 한국등록특허공보 제1744343호(2017.05.31)

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 파형의 글라스 화이버 내,외부에 세라믹 액을 함침시키는 멀티 코팅 공정을 실시함으로써, 여재에 쌓인 이물질을 쉽게 탈리시켜 장기간 사용하더라도 여재에 형성된 미세기공이 막히지 않고 안정적으로 여과 성능을 장기간 유지할 수 있는 공기 정화용 세라믹 여재 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른, 공기 정화용 세라믹 여재 및 그 제조방법은, 합성섬유 또는 무기질 다공성 글라스 화이버 소재의 여재로 제작되는 공기 정화용 세라믹 여재에 있어서, 상기 여재는 10 ~ 20nm 단위 크기를 가지는 입자를 포함하는 1차 코팅 원액 수조에 함침되어 침투에 의해 형성되는 1차 코팅층; 및 상기 1차 코팅층 형성 후 1㎛ ~ 10㎛ 단위 크기를 가지는 입자를 포함하는 2차 코팅 원액 수조에 함침시켜 2차 코팅층을 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 1차 코팅 원액은 이산화 티타늄 20 ~ 30 중량%, 톨유 지방산 40 ~ 50 중량% 및 물 20 ~ 30 중량%로 혼합 조성되며, 상기 2차 코팅 원액은 산화 티타늄 40 ~ 50 중량%, 실리카겔 25 ~ 35 중량% 및 물 20 ~ 30 중량%로 혼합 조성되는 것을 특징으로 한다.

상기 여재는 유체와 접촉 면적 및 접촉 시간을 최대화 하기 위한 파형 구조를 가지며, 파형의 주기는 10 ~ 11mm 이고, 진폭은 4.5 ~ 5.5mm로 이루어진 것을 특징으로 한다.

1차 코팅층 및 2차 코팅층을 형성하는 공기 정화용 세라믹 여재 제조방법에 있어서,

이산화 티타늄, 톨유 지방산 및 물을 설정된 비율로 수조에 투입하는 1차 코팅층 원액 투입단계; 산화 티타늄, 실리카겔 및 물을 설정된 비율로 수조에 투입하는 2차 코팅층 원액 투입단계; 상기 1차 및 2차 코팅층 원액을 각각 교반시키는 교반단계; 상기 1차 코팅 원액 수조에 여재를 함침시키는 1차 코팅 단계; 1차 코팅된 여재를 건조시키는 1차 건조단계; 1차 건조된 여재를 2차 코팅 원액 수조에 투입하여 함침시키는 2차 코팅 단계; 2차 코팅된 여재를 건조시키는 2차 건조단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 1차 건조단계는, 온도 80℃ ~ 120℃, 습도 20% ~ 35%에서 5 ~ 6 시간 동안 이루어지며, 상기 2차 건조단계는, 온도 120℃ ~ 150℃, 습도 20% ~ 35%에서 5 ~ 6 시간동안 루어지고, 상기 1차 및 2차 코팅층 원액에 대한 각각의 교반은 20 ~ 40분 동안 이루어지는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 파형의 글라스 화이버 소재에 세라믹 액을 1차 및 2차 함침시키는 멀티 코팅 공정을 실시함으로써, 여재가 외부의 충격에 쉽게 훼손되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 여재에 쌓이는 이물질을 쉽게 탈리시켜 장기간 사용하더라도 여재에 형성된 미세기공이 막히지 않으며, 항균성, 내산성 및 내구성이 우수하고 안정적으로 여과 성능을 장기간 유지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공기 정화용 세라믹 여재의 구성을 개략적으로 나타낸 부분 확대 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공기 정화용 세라믹 여재의 제조방법을 나타낸 플로우차트이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 공기 정화용 세라믹 여재 및 그 제조방법은, 합성섬유 또는 무기질 다공성 글라스 화이버 소재의 여재(100)와, 상기 여재(100)에 1차 코팅층(200)을 형성하며, 상기 1차 코팅층(200)에 2차 코팅층(300)을 형성한 구성이다.

먼저, 상기 여재(100)는 합성섬유 또는 무기질 다공성 글라스 화이버 소재로 제작되는 것으로, 공기 또는 유체를 통과시키는 방식으로 오염물질을 걸러내는 역할을 수행한다.

본 발명에 따른 상기 여재(100)는 공기 또는 유체와 접촉 면적 및 접촉 시간을 최대화 하기 위한 파형 구조를 가지며, 파형의 주기는 10 ~ 11mm 이고, 진폭은 4.5 ~ 5.5mm로 제작하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 1차 코팅층(200)은 상기 여재(100)의 내,외면에 대해 1차적으로 코팅처리가 이루어지는 것으로, 산과 알카리에 대한 저항 성능 향상과 부패방지 및 항균성 효과를 상기 여재에 부여하는 역할을 제공한다.

이러한 상기 1차 코팅층(200)은 상기 여재(100)가 함침되는 것에 의해 코팅이 이루어지는 것으로, 함침시 상기 여재(100) 내부에 원활하게 침투할 수 있도록 10 ~ 20nm 단위 크기를 가지는 입자를 포함하는 1차 코팅 원액이 수조에 담기게 된다.

구체적으로, 상기 1차 코팅층(200)은 이산화 티타늄 20 ~ 30 중량%, 톨유 지방산 40 ~ 50 중량% 및 물 20 ~ 30 중량%로 혼합 조성된다.

상기 이산화 티나늄은 전이금속인 티타늄 원자 하나와 산소 원자 2개가 결합된 분자로서 분자량은 79.866g/mol이며, 무미무취의 흰색 가루이다. 타타늄을 공기 중에 노출시키면 쉽게 산소와 반응하여 이산화 티타늄 피막을 형성한다.

이때, 상기 1차 코팅 원액을 조성하는데 있어, 상기 이산화 티타늄의 성분이 20 중량% 미만인 경우, 산화력 및 항균 작용이 약화되어 악취제거 및 살균작용이 원화하게 이루어지지 못하는 단점이 발생하며, 30 중량%를 초과하게 되면 상기 여재의 공극에 침투가 용이하여 효율적인 코팅작업에 어려움이 있을 뿐만 아니라 제조비용을 증가시키는 비경제적인 문제점이 있다.

상기 톨유 지방산은 원유 톨유 진공증류의 제품으로, 끈적끈적한 액체 화합물이다. 상기 톨유 지방산이 40 중량% 미만인 경우, 상기 이산화 티타늄과 점성적으로 혼합되지 못하는 문제점이 발생하며, 50 중량%를 초과하는 경우에는 점성력이 크게 증가하여 혼합효율이 용이하지 못할 뿐만 아니라 지방 특유의 냄새가 심하게 발생하는 문제점이 있다.

상기 물은 상기 이산화 티타늄과 톨유 지방산을 혼합시키는 용매의 역할을 수행하는 것으로, 물이 20 중량% 미만인 경우, 혼합 효율성이 원할하지 않으며 반대로 30 중량%를 초과하게 되면 코팅을 위한 점성이 낮아져 일정 두께의 코팅층을 형성하기 어려운 문제점이 있다.

한편, 상기 2차 코팅층(300)은 1차 코팅층(200)을 형성한 여재(100)의 외면에 대해 2차적으로 코팅을 실시하는 것으로, 상기 여재(100)와 1차 코팅층(200)에 대한 표면 강도, 내열성 및 내구성을 향상시키는 역할을 수행한다.

이러한 상기 2차 코팅층(300)은 상기 1차 코팅층(200)을 형성한 여재(100)를 다시 한번 함침시키는 것에 의해 코팅이 이루어지는 것으로, 함침시 상기 2차 코팅층(300)이 1차 코팅층(200) 내에 침투하지 않고 외측에 형성이 이루어질 수 있도록 1㎛ ~ 10㎛ 단위 크기를 가지는 입자를 가지는 2차 코팅 원액 수조에 함침시켜 2차 코팅층(300)을 형성한다.

구체적으로, 상기 2차 코팅층(300)은 산화 티타늄 40 ~ 50 중량%, 실리카겔 25 ~ 35 중량% 및 물 20 ~ 30 중량%로 혼합 조성된다.

상기 산화 티타늄은 티타늄(titanium)을 산화시켜 생성되는 모든 종류의 산화물 즉, TiOx (0 < x ≤ 2) 을 의미하며, 대표적인 것으로 TiO2, TiO 등을 포함할 수 있다.

상기 산화 티타늄이 40 중량% 미만인 경우에는 대기 또는 수중에 포함된 질소산화물(NO X), 황산화물(SO X), 염소화합물, 유독성 유기물, 미연소 탄화수소화합물 등을 흡착하여 제거하는 효과가 줄어들며, 50 중량%를 초과하게 되면 외부의 충격에 균열이 쉽게 발생한다.

상기 실리카겔은 황산과 규산나트륨의 반응에 의해 만들어지는 튼튼한 그물조직의 규산입자로, 표면적이 매우 넓어 물이나 알코올 등을 흡수하는 능력이 매우 뛰어난 것으로, 오염물질에 대한 흡착 효율성을 크게 향상시키는 역할을 수행한다.

상기 실리카겔의 성분이 25 중량% 미만이면 흡착 효율성이 저하되는 문제점이 발생하며, 35 중량%를 초과하게 되면 흡착 능력은 향상되나 흡착된 오염물질을 제거하는데 어려움이 발생한다.

상기 물은 상기 산화 티타늄과 실리카겔을 혼합시키는 용매의 역할을 수행하는 것으로, 물이 20 중량% 미만인 경우, 혼합 효율성이 원할하지 않으며 반대로 30 중량%를 초과하게 되면 코팅을 위한 점성이 낮아져 일정 두께의 코팅층을 형성하기 어려운 문제점이 있다.

이하, 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 공기 정화용 세라믹 여재 제조방법에 대하여 설명한다.

먼저, 1차 코팅층(200) 생성에 필요한 이산화 티타늄, 톨유 지방산 및 물을 미리 설정된 조성 비율에 맞추어 수조에 투입하는 1차 코팅층 원액 투입단계(S100)를 진행한다.

그 다음, 다른 수조에 2차 코팅층(300) 생성에 필요한 산화 티타늄, 실리카겔 및 물을 미리 설정된 조성 비율에 맞추어 수조에 투입하는 2차 코팅층 원액 투입단계(S200)를 진행한다.

이후 상기 1차 및 2차 코팅층 원액이 각각의 수조에서 혼합되도록 교반시키는 교반단계(S300)를 진행한다.

상기 교반단계(S300)는 자동 교반장치를 이용하여 교반시키는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정하지 않으며 사람이 도구를 이용하여 직접 교반시킬 수 있으므로 그 교반방법에 대해서는 특별히 한정지 않는다.

그리고 상기 1차 및 2차 코팅층 원액에 대한 각각의 교반시간은 20 ~ 40분동안 진행하는 것이 바람직하다.

그 다음, 혼합 교반이 완료된 1차 코팅 원액 수조에 여재(100)를 함침시키는 1차 코팅 단계(S400)를 진행한다.

이때, 상기 여재(100)는 1차 코팅 원액 수조에 완전히 잠기는 함침된 상태를1 ~ 2분동안 유지할 수 있도록 한다.

그 다음, 1차 코팅된 여재(100)를 건조실로 이동시켜 건조하는 1차 건조단계(S500)를 진행한다.

여기서, 상기 1차 건조가 이루어지는 건조실은 온도 80℃ ~ 120℃와 습도 20% ~ 35%를 유지하는 상태에서 5 ~ 6 시간동안 건조하는 것이 바람직하다.

이렇게 여재(100)에 1차 코팅에 의해 생성된 도막의 두께는 40㎛ ~ 70㎛의 코팅층을 형성한다.

그 다음, 1차 건조가 완료된 여재(100)를 다시 2차 코팅 원액 수조에 투입하여 함침시키는 2차 코팅 단계(S600)를 진행한다.

이때, 2차 코팅 역시 여재(100)가 2차 코팅 원액 수조에 완전히 잠김된 상태로 1 ~ 2분동안 함침을 유지할 수 있도록 한다.

또한, 2차 코팅된 여재(100)를 다시 건조실로 이동시켜 건조하는 2차 건조단계(S700)를 진행한다.

여기서, 상기 2차 건조가 이루어지는 건조실은 온도 120℃ ~ 150℃와 습도 20% ~ 35%를 유지하는 상태에서 5 ~ 6 시간동안 건조를 진행함으로써 제조방법을 완료한다.

상기 2차 건조 온도가 1차 건조 온도 보다 높은 이유는 2차 코팅층(300)의 도막 두께가 1차 코팅층(200)보다 두껍게 형성되기 때문에 이에 비례하여 동일한 건조시간 대비 온도를 높여 완전한 건조가 이루어질 수 있도록 하기 위함이다.

이때 상기 여재(100)에 형성된 2차 코팅층(300)의 도막 두께는 60㎛ ~ 80㎛의 코팅층이 형성된다.

본 발명의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위 내에서 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

100... 여재
200... 1차 코팅층
300... 2차 코팅층

Claims (5)

1. 합성섬유 또는 무기질 다공성 글라스 화이버 소재의 여재로 제작되는 공기 정화용 세라믹 여재에 있어서,
   상기 여재는 10 ~ 20nm 단위 크기를 가지는 입자를 포함하는 1차 코팅 원액 수조에 함침되어 침투에 의해 형성되는 1차 코팅층; 및,
   상기 1차 코팅층 형성 후 1㎛ ~ 10㎛ 단위 크기를 가지는 입자를 포함하는 2차 코팅 원액 수조에 함침시켜 2차 코팅층을 형성하되,
   상기 1차 코팅 원액은, 이산화 티타늄 20 ~ 30 중량%, 톨유 지방산 40 ~ 50 중량% 및 물 20 ~ 30 중량%로 혼합 조성되며,
   상기 2차 코팅 원액은, 산화 티타늄 40 ~ 50 중량%, 실리카겔 25 ~ 35 중량% 및 물 20 ~ 30 중량%로 혼합 조성되는 것을 특징으로 하는 공기 정화용 세라믹 여재.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 여재는 유체와 접촉 면적 및 접촉 시간을 최대화 하기 위한 파형 구조를 가지며, 파형의 주기는 10 ~ 11mm 이고, 진폭은 4.5 ~ 5.5mm로 이루어진 것을 특징으로 하는 공기 정화용 세라믹 여재.
   
4. 제1항 또는 제3항에 기재된 1차 코팅층 및 2차 코팅층을 형성하는 공기 정화용 세라믹 여재 제조방법에 있어서,
   이산화 티타늄, 톨유 지방산 및 물을 설정된 비율로 수조에 투입하는 1차 코팅층 원액 투입단계;
   산화 티타늄, 실리카겔 및 물을 설정된 비율로 수조에 투입하는 2차 코팅층 원액 투입단계;
   상기 1차 및 2차 코팅층 원액을 각각 교반시키는 교반단계;
   상기 1차 코팅 원액 수조에 여재를 함침시키는 1차 코팅 단계;
   1차 코팅된 여재를 건조시키는 1차 건조단계;
   1차 건조된 여재를 2차 코팅 원액 수조에 투입하여 함침시키는 2차 코팅 단계;
   2차 코팅된 여재를 건조시키는 2차 건조단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 공기 정화용 세라믹 여재 제조방법.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 1차 건조단계는, 온도 80℃ ~ 120℃, 습도 20% ~ 35%에서 5 ~ 6 시간 동안 이루어지며,
   상기 2차 건조단계는, 온도 120℃ ~ 150℃, 습도 20% ~ 35%에서 5 ~ 6 시간동안 루어지고,
   상기 1차 및 2차 코팅층 원액에 대한 각각의 교반은 20 ~ 40분 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기 정화용 세라믹 여재 제조방법.

Images