KR102596720B1 - 워터 하이드로 차징 공정을 이용한 항균 탈취 헤파 필터의 제조방법 - Google Patents

워터 하이드로 차징 공정을 이용한 항균 탈취 헤파 필터의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 워터 하이드로 차징 공정을 이용한 항균 탈취 헤파 필터의 제조방법에 관한 것이다.
이러한 본 발명은, 열가소성 고분자를 멜트블로운 방식으로 용융 방사하여 멜트블로운 부직포를 제조하는 제1단계; 멜트블로운 부직포의 상부에서 광촉매 분산액을 분사하고, 멜트블로운 부직포의 하부에서 분사되고 있는 광촉매 분산액을 흡입하여 광촉매가 멜트블로운 부직포 사이로 침투 및 표면 코팅되는 헤파 필터를 제조하는 제2단계;를 포함하고, 헤파 필터는, 멜트블로운 부직포와 광촉매 분산액과의 마찰에 의해 정전기적 인력이 증가되고, 광촉매에 의해 항균 및 탈취 성능을 갖는 것을 기술적 요지로 한다.

Description

워터 하이드로 차징 공정을 이용한 항균 탈취 헤파 필터의 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF ANTIBACTERIAL AND DEODORANT HEPA FILTER USING WATER HYDRO CHARGING PROCESS}
본 발명은 워터 하이드로 차징 공정을 이용한 항균 탈취 헤파 필터의 제조방법에 관한 것이다.
최근 언론 조사결과에 의하면, 현대사회의 대다수 사람들은 하루 일과의 80% 이상을 가정이나 사무실, 실내 작업장, 공공건물, 병원, 상가, 자동차 등의 실내에서 보내므로, 호흡에 의해 많은 오염물질을 흡입하게 되며 실내 오염도가 높을수록 흡입하게 되는 오염물질의 양도 늘어나게 된다고 보고된 바 있다. 실내 오염물질에 의한 피해에 대해 과거에는 대부분의 사람들이 인지하지 못하였으나 근래 들어 대기 오염 악화와 COVID-19 등의 바이러스 전파에 의한 질병 등이 대두되면서 실내 공기 청정 및 오염물질 정화에 대한 중요성에 대한 인식이 매우 높아지고 있다.
현대사회는 1980년 이후 급속한 산업의 발전으로 환경오염물질은 더욱 많이 발생하고 전 세계의 발전 산업분야는 현재 공기 청정도 및 대기오염에 연관된 수많은 환경규제에 직면해 있다. 특히 대기 오염 방지 시설에 대한 규제가 강화되고 있고, 휘발성 유기화합물(VOCs: volatile organic compounds)은 대기 중에 휘발되어 악취나 오존을 발생시키며 저농도에서 특유의 악취를 내뿜고, 피부 접촉이나 호흡기 흡입을 통해 신체에 들어와 신경계에 장애요인이 되는 유해가스이기에 배출되기 전에 저감 처리하는 것이 바람직하며 배출된 후에는 필터 등의 여과기를 통해 배출 농도를 감소시키거나 탈취되어야 한다.
필터는 다른 상을 포함한 기체, 액체가 통과되는 격벽의 양측에 압력차를 만들어 기체, 액체로부터 그 안에 현탁 및 부유되어 있는 다른 상의 입자를 분리하는 기능을 갖는다. 공기청정기에 적용되는 필터는 크게 헤파 필터, 전기집진 필터, 유전체 집진모듈 필터로 구분되는데, 국내의 경우 97.7%가 헤파(HEPA: high efficiency particulate) 필터를 사용하는 방식이고 나머지 2%는 전기집진 필터 등이 사용되고 있다.
현재 출시되고 있는 공기청정기의 필터는 최전단의 프리필터를 통해 입자 크기가 큰 먼지를 제거하고, 제습 필터(secondary 필터)를 통해 습기를 제거, 최종적으로 헤파 필터를 통해 초미세먼지를 제거하여 깨끗한 공기만을 통과시키는 구조로 이루어진다.
그중 헤파 필터는 주로 공기청정기에 사용되는 H13 내지 H14 등급의 필터로, 입자의 크기에 따라 섬유조직에 의한 차단 및 충돌, 중력에 의한 입자침강, 입자의 브라운 운동, 정전기력에 의한 흡착 등을 이용하여 입자를 포집하는 역할을 한다.
관련하여, 도 1은 종래 헤파 필터의 제조방법을 공정도로 나타낸 것으로, 도 1을 참조하면 항균 마스터배치를 이용하여 헤파 필터를 제조하는 방법을 도시한 것으로, 항균 마스터배치를 제조하기 위한 별도의 공정이 필요하여 제품 생산 시 공정 추가에 따른 원가 측면에서 제품의 단가 상승이 불가피하다. 이에, 이산화탄소 배출량 증가로 대기환경을 오염시킬 수 밖에 없어 환경오염의 주범으로 전략할 우려가 있다. 항균 마스터배치가 고분자와 적절하게 혼합 용융되지 않으면 항균 마스터배치의 입자 뭉침 현상에 의해 노즐 막힘이 발생하는 문제점이 있다. 헤파 필터에 항균제를 분사할 수도 있는데, 이 경우 헤파 필터의 표면에 국한된 항균 기능을 가질 수 밖에 없으므로 어려움이 있다.
경우에 따라 헤파 필터에 탈취 성능을 높이기 위하여 활성탄을 이용해 냄새 또는 유해가스를 탄소 성분과 결합시켜 제거하는 방법이 있으나, 추가 활성탄층의 구비로 필터의 중량이 무거워지고, 높은 차압으로 소비전력이 높아질 뿐만 아니라 환경 조건이 취약한 장소에서는 사용 수명이 짧아질 수 밖에 없는 문제점이 있다.
이를 해결해보고자 '광촉매 필터의 제조방법, 이를 이용한 광촉매 필터 구조체 및 이의 제조방법(공개번호: 10-2018-0064204)'에서는 나노필터에 광촉매 물질을 나노 스프레이 입자로 코팅 및 건조시켜 광촉매 필터를 제조하는 방법을 제시한 바 있다.
하지만 나노필터에 나노 스프레이 입자 형태의 광촉매 물질이 공급되기 때문에, 입자 특성 상 나노필터에 균일한 침투 및 코팅이 이루어지기 어려워 오염물질의 포집 및 여과 기능을 충분히 수행할 수 없는 문제점이 있다.
따라서 오염물질을 포집률 및 여과율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 항균 및 탈취 성능이 우수한 헤파 필터에 대한 기술개발이 필요한 실정이다.
국내 공개특허공보 제10-2018-0064204호, 2018.06.14.자 공개.
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 오염물질을 정전기에 의한 포집 및 여과의 효율성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 항균 및 탈취 성능이 우수하도록 워터 하이드로 차징 공정을 이용한 항균 탈취 헤파 필터의 제조방법을 제공하는 것을 기술적 해결과제로 한다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 열가소성 고분자를 멜트블로운 방식으로 용융 방사하여 멜트블로운 부직포를 제조하는 제1단계; 및 상기 멜트블로운 부직포의 상부에서 광촉매 분산액을 분사하고, 상기 멜트블로운 부직포의 하부에서 상기 분사되고 있는 광촉매 분산액을 흡입하여 광촉매가 상기 멜트블로운 부직포 사이로 침투 및 표면 코팅되는 헤파 필터를 제조하는 제2단계;를 포함하고, 상기 헤파 필터는, 상기 멜트블로운 부직포와 상기 광촉매 분산액과의 마찰에 의해 정전기적 인력이 증가되고, 상기 광촉매에 의해 항균 및 탈취 성능을 갖는 것을 특징으로 하는, 워터 하이드로 차징 공정을 이용한 항균 탈취 헤파 필터의 제조방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 광촉매는, 이산화티타늄 코어와, 상기 이산화티타늄 코어의 외부에 도핑되는 금속 쉘로 구성되는 코어-쉘 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제2단계의 다음에는, 상기 광촉매 분산액을 흡입하는 과정에서 상기 멜트블로운 부직포에 코팅되지 못하고 낙하되는 잔여 광촉매 분산액을 회수하여 농도 제어 후 상기 멜트블로운 부직포의 상부에서 재분사하여 순환시키는 제3단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제의 해결 수단에 의한 본 발명의 워터 하이드로 차징 공정을 이용한 항균 탈취 헤파 필터의 제조방법에 따르면, 워터 하이드로 차징 공정 도입을 통해 물과 수분산 가시광 나노 광촉매를 혼합하여 멜트블로운 부직포에 charging 또는 suction하여 정전기 포집 성능과 필터 자체에 휘발성 유기화합물의 탈취 및 항균 성능까지 부여된 헤파 필터를 제조할 수 있는 효과가 있다.
또한, 별도의 추가 공정을 필요로 하지 않아 원가절감으로 인한 시장경쟁력을 확보할 수 있으며, 이산화탄소 배출량을 감소시킬 수 있어 저탄소 제조공정을 달성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 주거 환경의 오염, 환경호르몬 등 다양한 화학물질 및 초미세먼지, 미세 세균에 대한 대응 및 공기정화 산업 분야에 수요가 증가할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 헤파 필터의 제조방법을 나타낸 공정도.
도 2는 본 발명에 따른 회수/순환 워터 하이드로 차징 공정을 이용한 항균 탈취 헤파 필터의 제조방법을 나타낸 공정도.
도 3은 본 발명에 따른 멜트블로운 부직포의 내부 및 표면에 침투 및 코팅된 광촉매에 의해 항균 탈취 성능을 나타낸 원리도.
도 4는 실시예 1에 따라 광촉매가 코팅된 멜트블로운 부직포를 나타낸 SEM 사진.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 워터 하이드로 차징 공정을 이용한 항균 탈취 헤파 필터의 제조방법에 관한 것으로, 열가소성 고분자를 멜트블로운 방식으로 용융 방사하여 멜트블로운 부직포를 제조하는 제1단계(S10)와, 멜트블로운 부직포의 상부에서 광촉매 분산액을 분사하고, 멜트블로운 부직포의 하부에서 분사되고 있는 광촉매 분산액을 흡입하여 광촉매가 멜트블로운 부직포 사이로 침투 및 표면 코팅됨으로써, 멜트블로운 부직포는 광촉매 분산액과의 마찰에 의해 정전기적 인력이 증가되고 광촉매에 의해 항균 및 탈취 성능을 갖는 제2단계(S20)와, 광촉매 분산액을 흡입하는 과정에서 멜트블로운 부직포에 코팅되지 못하고 낙하되는 잔여 광촉매 분산액을 회수하여 농도 제어 후 멜트블로운 부직포의 상부에서 재분사하여 순환시키는 제3단계(S30)를 포함하여 이루어진다.
상술한 제조방법에 따르면 먼저, 제1단계는 열가소성 고분자를 멜트블로운 방식으로 용융 방사하여 멜트블로운 부직포를 제조하는 단계이다(S10).
설명에 앞서, 헤파 필터의 미세먼지 포집 원리는 일반적인 필터와 큰 차이가 있는데, 일반적인 필터는 물리적인 필터 표면 여과 방식에 의해 초미세먼지 및 나노입자를 포집, 차단하여 깨끗한 공기를 배출하는 원리이지만 본 발명에 따른 헤파 필터는 정전기에 의한 포집 및 여과하는 원리를 갖는다.
이를 위해, 헤파 필터를 구성하는 멜트블로운 부직포는 열가소성 특성을 갖는 포화탄화수소 계열의 열가소성 고분자(예컨대 폴리프로필렌)를 멜트블로운 공정을 통하여 용융시켜 압출 방사함으로써 1 내지 5㎛ 크기의 직경을 갖는 열가소성 섬유가 랜덤하게 배열된 그물망의 매트릭스 구조를 형성하게 된다.
즉 멜트블로운 부직포는 폴리프로필렌을 용융하여 노즐을 통해 방사하여 제조되는 것으로, 고온고압에 의해 용융된 열가소성 고분자에 연신 및 극세화된 상태로 컨베이어 벨트에 적층되어 잔열에 의한 자기 접착성으로 결합되어 부직포 형태로 제조될 수 있다.
이렇게 제조되는 멜트블로운 부직포는 초미세먼지 및 나노입자를 정전기 효과에 의해 포집, 흡착하고 오염물질을 직접 차단(interception), 관성에 의한 충돌(impact) 효과에 의해 필터 표면에 미세먼지 입자를 흡착할 수 있다.
정전기 효과에 의해 포집 관련하여, 멜트블로운 공정을 통해 제조되는 헤파 필터는 정전기에 의한 포집 및 여과되는데, 열가소성 고분자를 멜트블로운 방식으로 열가소성 섬유가 결합된 부직포 형태의 필터로써, 자체 정전기적 인력(electrostatic attraction)에 의한 미세입자 포집력이 우수하다.
직접 차단 관련하여, 미세입자의 직경(또는 질량)이 상대적으로 커서(1㎛ 이상) 충분한 관성력이 있을 때 유선과 관계없이 관성에 의하여 미세먼지 입자는 열가소성 섬유에 분산 및 충돌되면서 부착되는 과정으로 이루어진다.
관성에 의한 충돌 관련하여, 입자 직경이 0.1 내지 0.3㎛ 수준의 초미세입자는 유선에 따르지 않고 자체적으로 브라운(brown) 운동, 즉 무작위 운동을 하게 됨으로써 자체적으로 움직이던 미세입자가 헤파 필터를 구성하는 열가소성 섬유와 접촉되면서 차단이 이루어진다.
다음으로, 제2단계는 멜트블로운 부직포의 상부에서 광촉매 분산액을 분사하고, 멜트블로운 부직포의 하부에서 분사되고 있는 광촉매 분산액을 흡입하여 광촉매가 멜트블로운 부직포 사이로 침투 및 표면 코팅되면서, 멜트블로운 부직포와 광촉매 분산액 간의 마찰에 의해 멜트블로운 부직포에 정전기적 인력을 증가시키고, 항균 및 탈취 성능을 부여하는 단계이다(S20).
광촉매 분산액은 고체 상태의 광촉매가 수분산된 상태를 갖는 용액 상태로써, 광촉매가 이온수, 초순수 및 상수도에서 공급되는 물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 용매에 분산된 형태이거나, 광촉매 분산액 자체의 농도를 희석한 형태일 수 있다. 단, 지하수의 경우 지하수 내에 Ca나 Mg와 같은 (+) 이온들이 있어 정전기 효과 부여가 상대적으로 덜할 수 있기 때문에 바람직하지 않다.
광촉매 분산액에 포함되는 광촉매는 이산화티타늄 코어와, 이산화티타늄 코어의 외부에 도핑되는 금속 쉘로 구성되는 코어-쉘 구조로 이루어질 수 있다. 금속 쉘을 이루는 금속으로는 구리(Cu), 망간(Mn), 은(Ag), 인듐(In), 카드뮴(Cd), 아연(Zn), 주석(Sn), 납(Pb), 코발트(Co), 철(Fe) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 이러한 금속 쉘을 이루는 금속은 이산화티타늄 코어에 항균 탈취 성능을 부여할 수 있게 된다.
이산화티타늄과 같은 코어에 금속이 쉘 형태로 도핑된 가시광 응답형 광촉매는 가시광에 대한 응답 속도가 빠르고, 내화학성 및 내구성이 우수하다. 특히 쉘을 이루는 금속과 코어를 이루는 이산화티타늄의 함량을 조절하여 구조의 안정성을 확보할 수 있으며, 탈취 및 항균 뿐만 아니라 항곰팡이 및 휘발성 유기화합물의 분해능력을 높일 수 있다. 단, 경우에 따라 코어에 금속을 배치하고 쉘에 이산화티타늄을 배치할 수도 있다.
이와 같이 코어-쉘 구조를 갖는 광촉매의 빛에 의한 항균 반응 메커니즘은 도 3을 통해 확인할 수 있다. 즉 도 3은 본 발명에 따른 멜트블로운 부직포의 내부 및 표면에 침투 및 코팅된 광촉매에 의해 항균 탈취 성능을 원리도로 나타낸 것이다. 도 3을 참조하면, 금속-이산화티타늄 구조의 광촉매는 빛에 의해 양자화된 전자들의 플라즈몬 현상에 의해 외각층에 강한 전자층을 형성하고, 이렇게 형성된 전자층에서 가시광 등의 빛에 의해 옥사이드 음이온(O2 -) 하이드록시 라디칼(OH-)을 생성, 세균 및 휘발성 유기화합물과 같은 유해물질과 반응하여 물(H2O)과 이산화탄소(CO2) 등의 무해한 물질로 만듦으로써 항균 및 탈취 성능을 구현할 수 있게 된다.
본 단계에서는 워터 하이드로 차징(water hydro charging) 공정을 이용하는데, 앞서 제1단계에서 제조되는 멜트블로운 부직포는 대략 50 내지 60% 정도로 약한 전하를 띄기 때문에, 이러한 멜트블로운 부직포의 포집 효율을 90% 이상(바람직하게는, 95% 이상)으로 높일 수 있도록 하기 위함이다. 즉 50 내지 60%의 포집 효율을 갖는 멜트블로운 부직포를 워터 하이드로 차징 공정을 통하여 정전기에 의한 오염물질의 고포집 효율을 달성할 수 있다. 워터 하이드로 차징 공정에 따르면, 수분산된 광촉매를 이용하므로 멜트블로운 부직포의 표면과 내부까지 정전기와, 항균 및 탈취 성능을 함께 부여할 수 있게 된다.
구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이 용매 탱크(100)에 이온수, 초순수 및 상수도에서 공급되는 물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 용매가 수용되어 용매 공급유로(10)를 통해 이동되고, 이와는 별도로 광촉매 탱크(200)에 수분산 나노 광촉매가 수용되어 광촉매 공급유로(20)를 통해 이동된다.
용매 공급유로(10)로 이동되는 용매와 광촉매 공급유로(20)로 이동되는 수분산 나노 광촉매는 용매 공급유로(10) 및 광촉매 공급유로(20) 각각의 단부를 연결하는 혼합유로(30)에서 혼합된 상태로 하루 방향으로 스프레이 가능한 노즐(500)로 이송된다. 용매 및 광촉매의 하이브리드화를 위해 혼합유로(30) 상에는 믹서(300)가 구비될 수 있으며, 믹서(300) 내부에서 용매와 수분산 나노 광촉매의 혼합이 이루어진다. 이때 광촉매 탱크(200)에 수용된 수분산 나노 광촉매가 일정 농도로 기 조절된 경우라면 용매 탱크(100)에 연결된 용매 공급유로(10)를 폐쇄하여 혼합유로(30)로 용매의 이송을 방지하는 것이 바람직하다.
이어서 믹서(300)에서 용매와 수분산 나노 광촉매의 혼합이 이루어져 형성되는 광촉매 분산액은 메시 스크린(400)에서 일정 크기 이상의 부유 입자를 걸러내 제거된 후, 최종 노즐(500)로 이송될 수 있다.
노즐(500)의 하부에 일정 간격 이격된 위치에 멜트블로운 부직포(M)를 배치하고, 멜트블로운 부직포(M)의 상부에 일정 간격 이격된 위치에 설치된 노즐(500)로부터 멜트블로운 부직포(M) 방향을 향해서 광촉매 분산액을 스프레이 분사가 이루어진다.
본 발명에 있어서, 멜트블로운 부직포(M) 상부에서 광촉매 분산액이 하향으로 분사되고 있는 공간(예컨대, 챔버)의 내부 전체를 진공상태로 만들어주는 것이 아니라, 멜트블로운 부직포(M)의 상부에서 광촉매 분산액이 분사된 후 바로 이어서 분사되고 있는 광촉매 분산액과 대응되는 반대편에서 흡입수단(600) 즉 진공펌프를 통해서, 하부 방향으로 분산되고 있는 광촉매 분산액만을 흡입하여 광촉매 분산액에 포함된 물 분자를 당기게 되면 멜트블로운 부직포(M)와 광촉매 분산액 간의 마찰이 일어나면서 광촉매 분산액의 광촉매가 다수 개의 열가소성 섬유로 이루어진 멜트블로운 부직포(M)의 사이사이 공간으로 침투되고, 그 표면에 도포 및 코팅이 이루어짐으로써 멜트블로운 부직포(M) 자체에 정전기 부여 성능을 극대화할 수 있게 된다. 동시에, 멜트블로운 부직포(M)에 코팅된 광촉매에 의해 항균 및 탈취 성능을 가질 수 있게 된다.
이때 흡입수단(600)의 압력은 50 내지 500torr 범위일 수 있는데, 50torr 미만이면 광촉매 분산액을 흡입하기에 충분한 압력이 될 수 없어 멜트블로운 부직포(M)에 광촉매가 균일하게 도포되기 어려운 단점이 있다. 반면, 500torr을 초과하면 너무 높은 압력으로 인해 오히려 멜트블로운 부직포(M)의 형태가 파손될 우려가 있어 헤파 필터의 제품성이 없게 되는 단점이 있다.
따라서 멜트블로운 부직포(M)에 광촉매의 코팅 및 정전기의 부여가 동시에 이루어질 수 있으며, 광촉매가 코팅되고 정전기가 부여된 멜트블로운 부직포(M)는 헤파 필터로 사용될 수 있다.
마지막으로, 제3단계는 광촉매 분산액을 흡입하는 과정에서 멜트블로운 부직포에 코팅되지 못하고 낙하되는 잔여 광촉매 분산액을 회수하여 농도 제어 후 멜트블로운 부직포의 상부에서 재분사하여 순환시키는 단계이다(S30).
도 2에 도시된 바를 참고하면, 멜트블로운 부직포(M)에 광촉매의 코팅 및 정전기의 부여가 완료되고, 흡입수단(600)에 의해 멜트블로운 부직포(M)의 상부에서 분사되고 있던 광촉매 분산액에 있어서, 멜트블로운 부직포(M)에 코팅되고 남은 광촉매와, 용매는 멜트블로운 부직포(M)의 하부에 일정 간격 이격된 위치에 설치된 콜렉터(700)로 회수될 수 있다.
콜렉터(700)에 회수된 잔여 광촉매 분산액을 회수유로(40)를 통해 회수한 후, 농도를 제어하여 혼합유로(30)로 순환시켜 워터 하이드로 차징 공정을 진행할 수 있게 된다. 잔여 광촉매 분산액은 배치식(batch procedd)으로 회수되면서 재순환될 수 있다. 배치식으로 실시되어야 광촉매 분산액을 일정 농도로 유지할 수 있으며, 만약 연속식으로 실시되면 멜트블로운 부직포(M)의 상부에서 스프레이 분사되는 광촉매 분산액의 농도를 일정하게 유지하기 어려워 바람직하지 않다.
이하, 본 발명의 실시예를 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. 단, 이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것일 뿐, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
폴리프로필렌을 멜트블로운 방식으로 용융 방사하여 멜트블로운 부직포를 제조하였다. 멜트블로운 부직포 상부의 일정 간격 이격된 위치에서 노즐을 통해 광촉매 분산액을 분사하고, 멜트블로운 부직포의 하부에서 노즐에서 분사되고 있는 광촉매 분산액을 흡입하여 광촉매가 멜트블로운 부직포 사이로 침투 및 표면 코팅되도록 하는 워터 하이드로 차징 공정을 이용하여 헤파 필터 샘플을 제조하였다.
도 4는 실시예 1에 따라 광촉매가 코팅된 멜트블로운 부직포를 SEM 사진으로 나타낸 것으로, 도 4를 참조하면 열가소성 섬유로 이루어진 멜트블로운 부직포에 광촉매가 균일하게 코팅된 상태를 확인할 수 있다.
<시험예 1>
본 시험예에서는 실시예 1에 따라 제조된 헤파 필터 샘플의 휘발성 유기화합물(VOCs) 분해능, 항균력(살균력), 탈취 효율, 필터 포집 효율 및 필터 차압을 측정 분석해 보았다.
VOCs 분해능은 새집증후군 유발물질로 알려진 대표적인 실내 유해가스인 포름알데히드(HCHO), 톨루엔(C7H8) 가스 약 10ppm을 각각 밀폐된 공간에 주입한 후, 공기정화모듈을 정격 풍량으로 30분간 가동한 후 각 유해가스의 잔류 농도를 측정하여 제거 효율을 측정해 보았다.
항균력은 JIS Z 2801 규격 준용하여 샘플을 50×50mm로 준비하여, 대장균, 황색포도상구균 및 폐렴균에 대해 24시간 배양 후 항균성 측정해 보았다.
탈취 효율은 암모니아(NH3), 초산(CH3COOH), 아세트알데히드(CH3CHO), 톨루엔(C7H8), 포름알데히드(HCHO)에 대해 23±5℃(온도), 55±15%(상대습도), 공중위생법의 실내환경 기준 이하의 공기환경 조건에서 시험챔버(8㎥) 내부에 필터를 설치하고 10ppm±10%(농도)를 주입하여 2 내지 5분 경과 후 측정해 보았다.
필터 포집 효율 및 필터 차압은 0.3㎛ 크기 이상의 미세 입자에 대한 필터 소재의 포집 효율을 의미하는 것으로, Test aerosol은 Nacl(염화나트륨)을 face velocity 5.33cm/sec 기준으로 MPPS(most penetrating particle size)에 근거한 유럽통합 표준 BS EN 1822 시험법으로 평가하였다. 이에 따른 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
항목 단위 국내최고수준 해외최고수준 측정값
VOCs
분해능		 자일렌 % 75 80 85
톨루엔 % 75 80 85
벤젠 % 75 80 85
항균력 대장균 % 99.9 99.9 99.9
황색포도상구균 % 99.9 99.9 99.9
폐렴균 % 99.9 99.9 99.9
탈취 효율 % 75 80 85
필터 포집 효율 % 99.95 99.95 99.95
필터 차압 mmaq 2.0 1.5 1.5 이하
표 1을 참조하면, 실시예 1에 따른 VOCs 분해능에 있어서, 자일렌 85%, 톨루엔 85% 및 벤젠 85%가 분해됨을 알 수 있고, 대장균, 황색포도상구균 및 폐렴균은 99.9% 제거되어 우수한 항균력을 가짐이 확인되며, 85%의 탈취 효율, 99.95%의 필터 포집 효율 및 1.5mmaq 이하의 필터 차압이 확인되었다.
정리하면, 본 발명은 워터 하이드로 차징 공정을 이용한 항균 탈취 헤파 필터의 제조방법에 관한 것으로, 멜트블로운 부직포의 상부에서 광촉매 분산액을 분사하고, 멜트블로운 부직포의 하부에서 광촉매 분산액을 흡입하여 광촉매가 멜트블로운 부직포 사이로 침투 및 표면 코팅되면서, 멜트블로운 부직포와 광촉매 분산액 간의 마찰에 의해 멜트블로운 부직포에 정전기적 인력을 발생시키고, 광촉매에 의해 항균 및 탈취 성능을 가질 수 있도록 하는 워터 하이드로 차징 공정을 통하여 멜트블로운 부직포-가시광 나노광촉매 기반의 80% 이상의 휘발성 유기화합물의 탈취 성능과 99.9% 이상의 항균력으로 세균을 처리할 수 있다.
이처럼 전하를 띄고 있는 오염물질 입자들이 반대전하를 띄는 헤파 필터 표면으로 흡착됨으로써 정전기적 인력에 의한 포집 및 여과할 수 있을 뿐만 아니라 항균 및 탈취 성능이 우수한 장점이 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것도 아니다. 본 발명의 보호 범위는 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
M: 멜트블로운 부직포
10: 용매 공급유로
20: 광촉매 공급유로
30: 혼합유로
40: 회수유로
100: 용매 탱크
200: 광촉매 탱크
300: 믹서
400: 메시 스크린
500: 노즐
600: 흡입수단
700: 콜렉터

Claims (3)

  1. 고분자 폴리프로필렌을 멜트블로운 방식으로 용융 방사하여 멜트블로운 부직포를 제조하는 제1단계; 및
    상기 멜트블로운 부직포의 상부에서 광촉매 분산액을 분사하고, 상기 멜트블로운 부직포의 하부에서 상기 분사되고 있는 광촉매 분산액을 흡입하여, 상기 광촉매 분산액 내의 광촉매가 상기 멜트블로운 부직포 사이로 침투 및 표면 코팅되는 헤파 필터를 제조하는 제2 단계;를 포함하고,
    상기 광촉매 분산액은 광촉매가 이온수, 초순수 및 상수도에서 공급되는 물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 용매에 분산된 형태이며,
    상기 제2 단계에 있어서,
    상기 멜트블로운 부직포와 상기 광촉매 분산액의 마찰에 의해 정전기적 인력이 증가하여 상기 헤파 필터는 필터 포집 효율이 적어도 99.95%, 필터 차압이 최대 1.5 mmaq 이고,
    상기 헤파 필터는 상기 광촉매에 의해 항균 및 탈취 성능을 갖는 것을 특징으로 하는, 워터 하이드로 차징 공정을 이용한 항균 탈취 헤파 필터의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광촉매는,
    이산화티타늄 코어와, 상기 이산화티타늄 코어의 외부에 도핑되는 금속 쉘로 구성되는 코어-쉘 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 워터 하이드로 차징 공정을 이용한 항균 탈취 헤파 필터의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2단계의 다음에는,
    상기 광촉매 분산액을 흡입하는 과정에서 상기 멜트블로운 부직포에 코팅되지 못하고 낙하되는 잔여 광촉매 분산액을 회수하여 농도 제어 후 상기 멜트블로운 부직포의 상부에서 재분사하여 순환시키는 제3단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 워터 하이드로 차징 공정을 이용한 항균 탈취 헤파 필터의 제조방법.
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