KR102534327B1 - 창호용 필터 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전사 패턴이 형성된 패턴층을 포함함에 따라, 메쉬 구조의 패턴에 따른 무아레 현상을 방지하여 시인성이 개선되고, 동시에 섬유층 내 섬유의 평균 직경 제어를 통해 원하는 분진포집효율, 광 투과도 및 공기 투과도의 물성 구현이 가능한 창호용 필터 및 이의 제조 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 창호용 필터 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 창호는 건물의 개구부에 설치되어 외부와의 차단 및 개방기능을 수행하게 된다. 실내 환기를 위하여, 이러한 창호에는 창짝의 개방시 외부로부터 황사나 미세먼지, 초미세먼지 등(이하, 미세먼지라 통칭함)의 유입을 방지할 수 있도록 상기 방충망 대신, 또는 방충망과 함께 이중구조로 미세먼지 차단용 필터를 설치한다.
일반적으로 미세 먼지 차단용 필터는 다수의 공극을 포함하는 메쉬 구조를 갖는 메쉬층과 섬유층으로 구성되고, 이러한 필터는 외부 공기가 메쉬층의 공극을 거쳐 섬유층을 통과하면서, 외부 공기에 존재하는 미세 먼지가 섬유층에 포집됨에 따라, 실내로 유입되는 미세 먼지를 차단하는 효과가 있다.
한편, 상기 메쉬 구조는 주기적인 패턴을 갖도록 형성되고, 섬유층은 내 섬유는 특정 주기를 가져 주기적인 패턴을 보인다. 이러한 메쉬 구조 및 섬유의 주기적인 패턴은 햇빛에 의한 보강 간섭을 일으키고, 이러한 보강 간섭에 의해 고유 무늬가 생성(무아레 현상)되어 시인성 문제를 일으킨다. 상기 무아레 현상은 필터가 적용된 창호의 외관 불량의 주요 원인으로 이를 해결하기 위한 기술이 요구되고 있다.
본 발명은 전사 패턴이 형성된 패턴층이 마련됨에 따라 메쉬층과 섬유층의 주기적인 패턴 구조에 따른 무아레 현상을 방지되고, 동시에 섬유층 내 섬유의 평균 직경 제어를 통해 원하는 분진포집효율, 광 투과도 및 공기 투과도의 물성 구현이 가능한 창호용 필터 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 면 및 상기 제1 면과 반대 방향인 제2 면을 갖는 메쉬층; 상기 메쉬층의 제1 면에 마련되고, 전사 패턴이 형성된 패턴층; 및 상기 메쉬층의 제2 면에 마련된 섬유층을 포함하는 창호용 필터가 제공된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 적어도 일 실시예와 관련된 창호용 필터는 메쉬층과 섬유층의 주기적인 패턴에 따른 무아레 현상을 방지하여 시인성이 개선되는 효과가 있다.
또한, 본 출원에 따른 창호용 필터는 원하는 분집 포집 효율, 광 투과도 및 공기 투과도의 물성 구현이 가능한 장점을 가진다.
도 1은 본 출원에 따른 예시적인 창호용 필터를 나타내는 구성도이다.
도 2 내지 5는 예시적인 무정형 패턴을 나타내는 도면이다.
도 6은 무아레 현상이 관찰된 비교예에서 제조된 필터 샘플에 대한 이미지이다.
도 7은 일반적인 전사 인쇄 공정을 나타내는 모식도이다.
도 2 내지 5는 예시적인 무정형 패턴을 나타내는 도면이다.
도 6은 무아레 현상이 관찰된 비교예에서 제조된 필터 샘플에 대한 이미지이다.
도 7은 일반적인 전사 인쇄 공정을 나타내는 모식도이다.
본 출원은 창호용 필터에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 창호용 필터를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
도 1은 본 출원에 따른 창호용 필터의 적층 구조를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 상기 필터는 메쉬층(10), 패턴층(20) 및 섬유층(30)을 포함한다.
구체적으로, 상기 필터는 제1 면(11) 및 상기 제1 면(11)과 반대 방향인 제2 면(12)을 갖는 메쉬층(10)을 포함한다. 또한, 상기 메쉬층(10)의 제1 면(11)에 마련되고, 전사 패턴이 형성된 패턴층(20)을 포함한다. 또한, 상기 메쉬층(10)의 제2 면(12)에 마련된 섬유층(30)을 포함한다.
상기 메쉬층(10)의 제1 면(11)은 창호 적용 시 실외에 대향하는 일면을 의미하고, 예를 들어, 창호 적용 시 태양광이 조사되는 일면을 의미한다.
상기 메쉬층(10)은 다수의 공극이 형성된 메쉬 구조를 가지며, 상기 메쉬 구조는 일정한 패턴 형상을 가질 수 있다. 상기에서 일정한 패턴은 다수의 공극이 일정한 형태로 배열 또는 정렬된 것을 의미한다.
상기 전사 패턴이 형성된 패턴층(20)은 태양광이 조사되는 메쉬층(10)의 제1 면(11)에 마련됨에 따라, 메쉬 구조에 의한 보강 간섭을 상쇄하는 효과가 있다.
하나의 예시에서, 상기 전사 패턴의 형상은 메쉬층(10)의 메쉬 구조에 의해 결정될 수 있다. 상기 전사 패턴의 형상은 메쉬 구조에 의한 보강 간섭을 상쇄하는 패턴이면, 특별히 제한되지 않는다.
도 2 내지 5는 무정형의 전사 패턴을 예시적으로 나타내는 도면이다.
예를 들어, 도 2 내지 5에 도시된 바와 같이, 상기 전사 패턴의 형상은 무정형일 수 있다. 이러한 무정형의 전사 패턴은 메쉬층(10)과 섬유층(30)의 주기적인 패턴에 의한 보강 간섭을 상쇄하면서 동시에 고급스러운 디자인으로 제작되어 심미적 가치를 제공할 수 있다.
일 구체예에서, 섬유층(30)은 메쉬층(10)이 접합된 제 1면과 메쉬층(10)이 접합되지 않는 제2 면을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 섬유층(30)은 주기적인 패턴(특정 주기)를 갖는 섬유를 포함하며, 이러한 섬유의 주기적인 패턴은 메쉬층(10)의 메쉬 구조와 보강 간섭을 일으켜 무아레 현상을 유발할 수 있다. 그러나, 본원의 필터는 전술한 전사 패턴이 메쉬층(10)에 도입됨에 따라, 상기 보강 간섭을 상쇄할 수 있고, 이로써 무아레 현상을 방지할 수 있다.
또한, 상기 필터는 상기와 같은 제1 및 제2 면을 갖는 섬유층(30)을 포함함에 따라, 단일 메쉬 구조를 가질 수 있다. 상기에서 단일 메쉬 구조는 메쉬층-섬유층의 적층 구조를 의미하며, 반면 메쉬층-섬유층-메쉬층의 적층 구조는 이중 메쉬 구조에 해당한다. 단일 메쉬 구조를 갖는 필터는 이중 메쉬 구조에 비해 다양한 구조 설계가 가능한 장점을 가진다.
또한, 상기 메쉬층(10)은 단일 층으로 형성될 수 있다. 상기에서 단일 층은 별도의 고정 수단에 의해 메쉬층 상에 다른 메쉬층이 적층되지 않은 것을 의미하며, 예를 들어, 이하에서 메쉬층과 메쉬층이 적층된 구조는 다층으로 부르기로 한다. 필터는 메쉬층의 공극 비율에 따라 공기 투과도가 조절되는데, 다층의 메쉬층은 공기 투과도 조절을 위해 복수 개의 메쉬층 내 공극 비율을 개별적으로 조절해야 되는 반면, 상기 단일 층으로 형성된 메쉬층(10)은 하나의 메쉬층 내 공극 비율만 조절하기 때문에 다층의 메쉬층에 비해 필터의 공기 투과도를 보다 유기적으로 조절할 수 있다. 또한, 단일 층의 메쉬층(10)은 얇은 두께로 구현될 수 있고, 이러한 점에서 단일 층의 메쉬층(10)은 다층의 메쉬층에 비해 다양한 구조 설계가 가능한 장점을 가진다.
구체적으로, 본 출원에 따른 창호용 필터는 메쉬층(10)이 단일 메쉬 구조이면서, 섬유층(30) 내 섬유의 평균 직경이 조절됨에 따라, 원하는 분집 포집 효율, 광 투과도 및 공기 투과도가 구현될 수 있다. 예를 들어, 섬유의 평균 직경이 증가할수록 필터의 분진 포집 효율이 향상되고, 반대로 섬유의 평균 직경이 감소할수록 필터의 광 투과도 및 공기 투과도는 높게 나타날 수 있다. 이에 따라, 사용자는 필터의 설치 목적에 맞게 원하는 물성을 구현할 수 있다. 상기 섬유의 평균 직경의 제어는 후술하는 섬유 조성물의 조성 등을 적절히 조절하여 달성할 수 있다.
일 구체예에서, 상기 섬유층(30)은 평균 직경이 100 내지 1000nm 범위 내의 섬유를 포함할 수 있다. 상기 섬유의 평균 직경은 후술하는 강유전성 나노 입자의 함량, 분산제의 첨가 유무, 분산제의 종류 등의 인자를 조절하여 상기 범위 내에서 제어될 수 있다.
섬유의 평균 직경이 상기 범위를 만족하는 필터의 분진 포집 효율, 광 투과도 및 공기 투과도는 다음과 같은 범위 내로 조절될 수 있다.
예를 들어, 상기 필터는 가시광선 영역에 대한 광 투과도가 10 내지 90%, 15 내지 85% 또는 20 내지 80%일 수 있다. 상기 광 투과도는 UV-VIS-NIR spectrophotometer를 이용하여 측정할 수 있다.
또한, 상기 필터의 공기 투과도는 JIS L 1096:2010에 따른 공기 투과도는 50 내지 1000 cm3/cm2/s, 50 내지 900 cm3/cm2/s, 50 내지 800 cm3/cm2/s 또는 50 내지 700 cm3/cm2/s일 수 있다.
일 구체예에서, 상기 필터는 ASHRAE STANDARD 52.1 중량법에 따른 분집 포집 효율이 40 내지 99.99 %, 50 내지 95% 또는 60 내지 90%일 수 있다.
또 하나의 예시에서, 상기 섬유층(30)은 불소 수지 및 강유전성 나노 입자를 포함할 수 있다. 상기 불소 수지는 방사 과정을 거쳐 섬유를 구성하는 주 성분이고, 불소 수지로부터 제조된 섬유는 미세 먼지를 포집하는 기능을 한다.
상기 강유전성 나노 입자는 자발적으로 양전하와 음전하로 갈라지는 자발 분극이 일어나는 입자이다. 상기 입자는 방사 과정을 거쳐 섬유 내부에 분산되며, 섬유의 포집 효율을 향상시키는 역할을 한다.
본 출원에 따른 섬유 조성물은 불소 수지 및 강유전성 나노 입자를 포함함에 따라, 분진 포집 효율이 우수한 섬유로 제조될 수 있다. 상기 섬유는 후술하는 구체적인 조성으로부터 평균 직경이 제어됨에 따라 원하는 분집 포집 효율, 광 투과도 및 공기 투과도를 구현할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 섬유 조성물은 분산제를 추가로 포함한다. 전술한 강유전성 나노 입자는 섬유의 포집 효율을 향상시키는 장점이 있는 반면, 자발 분극에 의해 인접한 입자끼리 뭉쳐 응집되는 경향을 가진다. 상기 분산제는 강유전성 나노 입자의 분산성을 향상시키는 기능을 한다. 본 출원에 따른 섬유 조성물은 분산제를 포함함에 따라, 섬유 형성 시 섬유 내에 강유전성 나노 입자의 균일한 분산이 가능하여 섬유의 우수한 분집 포집 효율을 기대할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 불소 수지는 방사 과정을 거쳐 섬유로 형성되는 수지라면 그 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF) 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)일 수 있다.
상기 불소 수지의 함량은 섬유 조성물 총 중량에 대하여 1 중량% 내지 40 중량%, 5 중량% 내지 35 중량% 또는 10 중량% 내지 30 중량%일 수 있다.
또한, 상기 강유전성 나노 입자는 예를 들면, PZT(Lead Zirconate Titantate), 티탄산바륨(BaTiO3), 산화아연(ZnO), 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄(AlN), PbTiO3, 트리글리신 술페이트(triglycine sulfate: (NH2CH2COOH)3·H2SO4), 리튬 탄탈레이트(Lithium tantalate: LiTaO3), 및 리튬 니오베이트(Lithium niobate: LiNbO3) 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
하나의 예시에서, 강유전성 나노 입자의 함량은 섬유 조성물 총 중량에 대해 0.1 중량% 내지 20 중량%, 0.1 중량% 내지 15 중량% 또는 0.1 중량% 내지 10 중량% 범위 내일 수 있다. 상기 함량 범위 내에서, 강유전성 나노 입자의 함량이 증가할 수록, 섬유의 평균 직경도 증가되는 경향을 나타낸다. 다만, 이러한 경향성은 분산제의 종류, 및 함량에 따라 다르게 나타날 수 있다.
하나의 예시에서, 분산제는 인산계 분산제, 아민계 분산제 또는 아크릴계 분산제일 수 있다. 상기 분산제의 시판품으로는 빅케미사의 상품명: DISPER BYK-103, DISPER BYK-110, DISPER BYK-111, DISPER BYK-2000, DISPER BYK-2001, DISPER BYK-2070, DISPER BYK-2013, DISPER BYK-2150, DISPER BYK-160, DISPER BYK-161, DISPER BYK-162, DISPER BYK-163, DISPER BYK-164, DISPER BYK-166, 또는 DISPER BYK L-9540 등을 사용할 수 있다.
일 구체예에서, 분산제의 함량은 섬유 조성물 총 중량에 대하여 1 중량% 내지 40 중량%, 3 중량% 내지 35 중량% 또는 5 중량% 내지 25 중량% 범위 내일 수 있다.
본 출원에 따른 섬유 조성물은 용매를 추가로 포함할 수 있다. 상기 용매는 불소 수지, 나노 입자, 분산제 및 용매 간의 상용성을 고려하여 적절히 선택될 수 있으며, 예를 들어, 상기 용매는 아세톤, 클로로포름, 테트라하이드로퓨란(THF), 디옥산(dioxane), 모노글라임(monoglyme), 디글라임(diglyme), 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸술폭사이드(DMSO) 및 디메틸아세트아미드(DMAC)로 이루어진 군에서 선택된 1종의 극성 용매 또는 2 종 이상의 혼합 용매일 수 있다.
특히, 불소 수지의 종류에 따라 혼합 용매를 사용하는 것이 바람직할 수 있고, 이 때, 혼합 용매는 제1 용매 및 제2 용매를 포함한다. 예를 들어, 불소 수지가 PVDF 또는 PTFE인 경우, 제1 용매는 디메틸포름아미드 또는 디메틸아세트아미드이고, 제2 용매는 아세톤일 수 있으며, 제1 용매와 제2 용매의 혼합비는 4:6 내지 3:7 범위 내일 수 있다.
본 출원은 전술한 창호용 필터를 제조하는 제조 방법에 관한 것이다. 제조되는 창호용 필터와 관련된 자세한 설명은 전술한 내용과 중복되므로 이하에서 생략하기로 한다.
상기 방법은 제1 면(11) 및 제1 면(11)과 반대 방향인 제2 면(12)을 가지는 메쉬층(10)의 상기 제1 면(11)에 패턴을 전사시켜 패턴층(20)을 형성하는 단계를 포함한다.
도 7은 일반적인 전사 인쇄 공정을 나타내는 모식도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 전사는 전사 인쇄에 의해 수행될 수 있다. 상기 전사는 도 7에 도시된 공정 이외에도 공지된 전사 인쇄 방식 및 장치를 제한 없이 이용할 수 있다. 또한, 상기 전사는 50 내지 200℃의 온도 조건에서, 5 내지 100 초 범위 내에서 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
하나의 예시에서, 상기 전술한 섬유 조성물을 포함하는 방사 용액을 제조하는 단계; 및 메쉬층(10)의 일면에 상기 방사 용액을 방사하여 섬유층(30)을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 방사는 공지된 다양한 방법을 이용하여 수행될 수 있으며, 예를 들어, 전기방사 (Electrospinning), 중공방사 (Blow Spinning) 또는 용융방사 (Melt Spinning)에 의해 수행될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 섬유 조성물을 제조하는 단계는 섬유의 직경을 조절하는 조절 단계를 추가로 포함한다. 상기 조절하는 단계는 섬유 조성물 내 강유전성 나노 입자의 함량, 분산제의 종류를 통해 섬유의 직경을 조절할 수 있다. 본 출원에 따른 방법은 상기 조절 단계에서 섬유의 직경을 조절함으로써, 원하는 분집 포집 효율, 광 투과도 및 공기 투과도가 구현된 필터를 제공할 수 있다.
이하 실시예 및 비교예를 통하여 상기 기술한 내용을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 출원의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 4
메쉬층의 일면에 방사 용액을 전기 방사하여 섬유층을 형성하였고, 전사 인쇄를 이용하여, 메쉬층의 다른 일면에 도 2 내지 4에 도시된 무정형 패턴이 각각 전사시켜 필터 샘플들을 제조하였다.
상기 방사 용액의 조성은 하기 표 1에 기재하였다.
DMF : 아세톤(ratio) | 4:6 |
분산제 | BYK-111 |
PVDF | 12wt% |
BaTiO3 | 1wt% |
비교예
패턴층을 형성하는 것을 제외하고, 실시예와 동일하게 필터 샘플을 제조하였다.
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 필터 샘플에 대한 무아레 현상의 유/무를 관찰하였으며 그 결과는 표 2에 기재하였다. 또한, 도 6은 무아레 현상이 관찰된 비교예에서 제조된 필터 샘플에 대한 이미지이다.
실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 비교예 | |
패턴층의 무정형 형상 | 도 2 | 도 3 | 도 4 | 도 5 | 없음 |
무아레 현상 유/무 | 무 | 무 | 무 | 무 | 유 |
위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
Claims (13)
- 제1 면 및 상기 제1 면과 반대 방향인 제2 면을 가지며, 메쉬 구조를 갖는 메쉬층;
상기 메쉬층의 제1 면에 마련되고, 전사 패턴이 형성된 패턴층; 및
상기 메쉬층의 제2 면에 마련되고, 주기적인 패턴을 갖는 섬유를 포함하는 섬유층을 포함하고,
상기 제1 면으로 태양광이 조사되면, 상기 전사 패턴은 메쉬층의 메쉬 구조와 섬유의 주기적인 패턴에 의한 보강 간섭을 상쇄하는 창호용 필터. - 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 전사 패턴의 형상은 무정형인 창호용 필터.
- 제 1 항에 있어서, 상기 섬유층은 메쉬층에 접합되는 제1 면 및 메쉬층에 접합되지 않는 제2 면을 포함하는 창호용 필터.
- 제 1 항에 있어서, 메쉬층은 단일 층으로 형성되는 창호용 필터.
- 제 1 항에 있어서, 섬유층은 평균 직경이 100 내지 1000 nm 범위 내인 섬유를 포함하는 창호용 필터.
- 제 1 항에 있어서, 가시광선 영역에 대한 광투과도가 10% 내지 90%인 창호용 필터.
- 제 1 항에 있어서, JIS L 2010:0196에 따른 공기 투과도는 50 cm3/cm2/s 내지 1000 cm3/cm2/s인 창호용 필터.
- 제 1 항에 있어서, 상기 필터는 ASHRAE STANDARD 52.1 중량법에 따른 분진포집효율이 40 내지 99.99%인 창호용 필터.
- 제 1 항에 있어서, 섬유층은 불소 수지 및 강유전성 나노 입자를 포함하는 섬유 조성물을 포함하는 창호용 필터.
- 제 10 항에 있어서, 상기 섬유 조성물은 분산제를 추가로 포함하는 창호용 필터.
- 제 1 항에 따른 창호용 필터의 제조 방법으로서,
제1 면 및 제1 면과 반대 방향인 제2 면을 가지는 메쉬층의 제1 면에 패턴을 전사시켜 패턴층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 제1 면으로 태양광이 조사되면, 전사 패턴은 메쉬층의 메쉬 구조와 섬유의 주기적인 패턴에 의한 보강 간섭을 상쇄하는, 창호용 필터의 제조 방법. - 제 12 항에 있어서, 상기 전사는 전사 인쇄에 의해 수행되는 창호용 필터의 제조 방법.
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