KR102633511B1 - 공기청정기 필터용 구리코팅 부직포, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 공기청정기 필터 - Google Patents

공기청정기 필터용 구리코팅 부직포, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 공기청정기 필터 Download PDF

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Abstract

공기청정기 필터용 구리코팅 부직포, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 공기청정기 필터가 제공된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공기청정기 필터용 구리코팅 부직포는 부직포 및 부직포의 표면에 형성된 구리코팅층을 포함하고, 부직포의 평량이 70 g/㎡일 때, 구리코팅층은 5 ~ 55nm의 두께를 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.

Description

공기청정기 필터용 구리코팅 부직포, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 공기청정기 필터{copper-coated nonwoven fabric for air-cleaner filter, manufacturing method thereof and air-cleaner filter containing the same}
본 발명은 공기청정기 필터용 구리코팅 부직포, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 공기청정기 필터에 관한 것이다.
일반적으로 거주지, 자동차, 냉온챔버 등의 실내환경의 공기의 온도나 먼지 밀도 등을 조절하는 냉난방공조기술(HVAC&R, Heating, Ventilating, Air Conditioning and Refrigeration)은 공통적으로 공기를 모터나 펌프, 팬 등의 유동 수단으로 공기의 흐름을 형성하여, 실내환경의 공기를 순환시키는 공통점이 있다. 이때, 대부분의 냉난방공조용 장비에는 유동 수단으로 공기가 들어가기 전의 위치에 에어 필터를 배치하는데, 이는 공기 중 먼지 등의 부유물이 유동 수단으로 유입되는 것을 방지하여 유동 수단의 수명을 늘리고, 실내환경에 위치한 인원이나 물건이 외부 환경의 유입물로 오염되는 것을 방지하는 데 그 목적이 있다.
특히, 2016년 환경부 조사 결과, 대한민국 서울의 미세먼지는 2012년부터 2016년까지 꾸준히 증가하는 추세에 있다. 이 중 PM10 미세먼지는 부피 당 질량 기준으로 48 ㎛/㎥을 기록하였고, 이는 LA나 파리, 도쿄, 런던 등의 산업화가 먼저 일어난 도시보다 더 높은 수치였다. 이러한 공기오염 때문에, 국내의 냉난방공조기술은 미세먼지를 제거할 수 있는 HEPA 필터 등의 에어 필터를 필수적으로 요구하고 있는 상황이다.
더불어, 2019년부터 코로나 19 판데믹으로 인해 실내활동의 비중이 증가하였다. 이러한 실내활동의 증가는 역으로 바이러스 또는 세균의 실내 번식으로 인해 감염이 확산되는 결과를 가져왔다. 이 때문에, 최근의 에어 필터는 단순히 미세먼지 등 부유물만 제거하는 것만 아니라, 세균 및 곰팡이 포자, 바이러스 등의 유해 유기물을 제거할 수 있는 에어 필터 및 그에 사용되는 소자가 필요한 실정이다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 필터에 자외선(Ultraviolet UV)을 조사하거나 TiO2 등의 광촉매를 사용하는 방식이 등장하였으나, UV나 광촉매 방식은 공통적으로 슈퍼 옥사이드(O2 -) 등의 활성산소나 오존(O3)을 발생시켜 사용자의 건강에 악영향을 끼치는 문제가 있다.
한편, 대한민국 등록특허 제10-1500464호를 참고하면, 필터의 원재료인 부직포에 항균제를 코팅하거나, 항균 성분을 가진 물질을 부직포의 원재료와 혼입하여 부직포를 제작하는 방법이 있다. 그러나, 상기 방법들은 공통적으로 항균제의 성능이 유지되는 시간이 길지 않고, 부직포 섬유 내부에 위치한 항균제는 항균 성능에 기여하지 않는 등의 문제가 발생하였다.
대한민국 등록특허공보 제10-1500464호(2015년 3월 9일 공고)
상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 반영구적인 항균 성능을 가지는 동시에 차압에 영향을 주지 않는 공기청정기 필터용 구리코팅 부직포와 이의 제조방법 및 이를 포함하는 공기청정기 필터를 제공하고자 한다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 공기청정기 필터용 구리코팅 부직포는 부직포 및 상기 부직포의 표면에 형성된 구리코팅층을 포함한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 구리코팅 부직포는 부직포의 평량이 70 g/㎡일 때, 구리코팅층은 5 ~ 55nm의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 부직포는 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌프탈레이트 섬유, 폴리부틸렌프탈레이트 섬유, 나일론 섬유, 목재 펄프 섬유 및 유리 섬유에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 구리코팅층은 구리, 산화구리(I), 산화구리(II), 황화구리(I) 및 황화구리(II) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수있다.
한편, 본 발명의 공기청정기 필터용 구리코팅 부직포의 제조방법은 부직포를 준비하는 제1단계 및 증착(Deposition) 방법을 통해 상기 부직포 표면에 구리코팅층을 형성하여, 공기청정기 필터용 구리코팅 부직포를 제조하는 제2단계를 포함하고, 제조한 구리코팅 부직포는 부직포의 평량이 70 g/㎡일 때, 구리코팅층은 5 ~ 55nm의 두께를 가질 수 있다.
나아가, 본 발명의 공기청정기 필터는 구리코팅 부직포, 멜트블로운 부직포층, 활성탄층 및 부강 부직포층이 순차적으로 적층된 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 구리코팅 부직포는 부직포 및 상기 부직포의 표면에 형성된 구리코팅층을 포함할 수 있다. 이 때, 구리코팅 부직포의 구리코팅층은 상기 멜트블로운 부직포층과 맞닿아 있을 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 구리코팅 부직포는 부직포의 평량이 70 g/㎡일 때, 구리코팅층은 5 ~ 55nm의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 공기청정기 필터는 풍량 5 CMM 기준에서 차압이 5.0 mmAq 이하일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 활성탄층은 평량이 50 ~ 100 g/㎡ 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공기청정기 필터용 구리코팅 부직포와 이의 제조방법 및 이를 포함하는 공기청정기 필터는 반영구적인 항균 성능을 가지는 동시에 차압에 영향을 주지 않을 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따른 공기청정기 필터용 구리코팅 부직포의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 공기청정기 필터용 구리코팅 부직포의 주사전자현미경(SEM)의 이미지이다.
도 3은 본 발명의 다른 바람직한 일 구현예에 따른 공기청정기 필터용 구리코팅 부직포의 단면도이다.
도 4은 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따른 공기청정기 필터용 구리코팅 부직포를 제조하는 증착기를 나타낸 도면이다.
도 4은 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따른 공기청정기 필터용 구리코팅 부직포가 적용된 사각 형상의 공기청정기 필터의 사진을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 공기청정기 필터의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따른 공기청정기 필터용 구리코팅 부직포가 적용된 사각, 원통 형상의 공기청정기 필터 및 프리 공기청정기 필터의 사진을 나타낸 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.
본 발명의 공기청정기 필터용 구리코팅 부직포는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 부직포(30) 및 부직포(30)의 표면에 형성된 구리코팅층(50, 70)을 포함한다. 이 때, 구리코팅층(50, 70)은 구리, 산화구리(I), 산화구리(II), 황화구리(I) 및 황화구리(II) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 용융물이 경화되어 부직포(30)의 표면에 형성되는 것으로서, 부직포(30)의 표면이란 외부에 노출된 표면 이외에도 내부에 위치하는 표면도 포함한다. 구체적으로, 부직포(30)는 외부면 및/또는 내부면에 기공을 가지고 있는 섬유의 집합체로서, 구리코팅층(50, 70)을 형성하는 용융물은 부직포(30)의 외부면뿐만 아니라, 기공을 통해 부직포(30)의 내부면 일부에 침투하여 일부가 경화되는 것이다. 이 때, 용융물은 부직포(30)의 내부 기공을 모두 폐색시키지 않고, 낮은 차압을 유지할 수 있도록 부직포(30)의 내부면 일부에만 경화되어 있으며, 이를 통해 구리코팅 부직포를 공기청정기 필터에 적용시 필터의 여과 효율 및 수명이 우수하다. 또한, 구리 용융물은 도 1에 기재된 바와 같이 부직포(30)의 일면에 일정 두께를 가지고 경화되어 구리코팅층(50)을 형성하거나, 도 3에 기재된 바와 같이 부직포(30)의 양면에 일정 두께를 가지고 경화되어 구리코팅층(50, 70)을 형성할 수 있는 것이다.
구리코팅층(50, 70)은 부직포(30)보다 먼저 공기 중을 부유하는 세균이나 바이러스 등의 미세유기생물과 접촉하여, 미량동 효과(Oligodynamic Effect)를 통해 미세유기생물의 신진대사를 교란하여, 항균 및 항바이러스 효과를 발생시킬 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기청정기 필터용 구리코팅 부직포는 항균 및 항바이러스 성능을 가질 수 있다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 부직포(30)는 복수개의 부직포 섬유(31)들이 상호간 엉키며 넓은 판 구조를 형성한다. 이 과정에서 부직포 섬유(31)들의 사이에는 공기가 통과하는 통기홀(33)이 형성되는데, 이 통기홀(33)을 매개로 부직포(30)는 외부의 공기를 통과시켜 필터를 구성하는 다른 여재들에게 전달할 수 있다. 이 때, 부직포(30)를 구성하는 부직포 섬유(31)들은 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌프탈레이트 섬유, 폴리부틸렌프탈레이트 섬유, 나일론 섬유, 목재 펄프 섬유 및 유리 섬유에서 선택된 1종 이상을 포함하는 열가소성 섬유일 수 있다.
이러한 열가소성 섬유로 구성된 부직포(30)는 열을 통해 부직포 섬유(31)를 약간 용융시켜, 부직포 섬유(31)가 상호간의 결합력을 가지도록 하는 열접착(Thermal Bonding) 방식으로 제조될 수 있다.
부직포(30)를 열접착 방식으로 제조하면, 열에 의해 부직포 섬유(31)의 표면이 매끄럽게 개질되어, 부직포(30) 제조가 완료된 뒤에도 구리와 같은 금속재를 증착할 때 금속재가 용이하게 증착되도록 할 수 있다.
한편, 부직포(30)는 목재 펄프 섬유와 같은 식물성 섬유나 유리 섬유 등 광물성 재질로도 구성될 수 있으나, 이에 한정하지 않고, 통기성이 좋고 차압에 영향을 주지 않는 다양한 재질로 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 구리코팅층(50)을 구성하는 구리, 산화구리(I), 산화구리(II), 황화구리(I) 및 황화구리(II) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 조성물은 부직포(30)를 구성하는 부직포 섬유(31)의 일면 또는 양면에 증착되어 형성될 수 있다.
구리코팅층(50)은 구리코팅층(50)을 구성하는 구리 원소 또는 구리 이온이 미세유기생물의 내부로 유입되어, 높은 반응성을 매개로 미세유기생물의 내부 구조 및 세포벽을 파괴할 수 있다.
이 과정에서 사용되는 구리 원소 또는 구리 이온은 극소수로, 나머지 구리 원소 또는 구리 이온은 반영구적으로 구리코팅층(50)에 남아, 구리코팅층(50)의 외측면과 접하는 미세유기생물을 파괴할 수 있다.
또한, 구리가 공기 중의 산소 또는 황과 반응하여 산화구리류나 황화구리류가 되더라도, 반응이 완료된 구리 화합물에도 항균 성능이 있어, 화학반응 여부와 상관없이 지속적으로 항균 및 항바이러스 성능을 가질 수 있다.
이를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기청정기용 구리코팅 부직포는 반영구적인 항균 성능을 가질 수 있다.
한편, 도 2에도 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서 구리코팅층(50)은 부직포(30)에 형성된 통기홀(33)을 막지 않고, 오히려 일부가 통기홀(33)의 내측면에 위치한 부직포 섬유(31)의 외측면에 증착되어, 통기홀(33)을 통과하는 공기에 있는 미세유기생물을 파괴할 수 있다.
이를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정기용 구리코팅 부직포는 반영구적인 항균 성능을 가지는 동시에 차압에 영향을 주지 않을 수 있다.
한편, 구리코팅 부직포는 부직포의 평량이 70 g/㎡일 때, 구리코팅층은 5 ~ 55nm의 두께, 바람직하게는 15 ~ 35 nm의 두께를 가질 수 있다. 만일 구리코팅층이 5nm 두께 미만인 경우, 구리 또는 구리화합물 간의 결합력이 약해져 구리 또는 구리화합물이 구리코팅층에서 분리되어 공기 중을 부유하게 되고, 55nm의 두께를 초과하면 구리코팅층을 형성하는 데 소모되는 구리 또는 구리산화물의 양이 늘어나 생산비가 상승하게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 구리코팅층(50)을 구리 금속으로 구성하는 경우, 구리 금속에 전극을 연결하고 전압을 형성하여, 정전필터로도 활용할 수 있다. 구리코팅층(50)에 걸린 전압은 통기홀(33)을 통과하는 먼지들을 대전시키게 되고, 대전시킨 먼지는 전자기적 인력에 의해 통기홀(33)의 내측면에 달라붙게 된다.
이를 통해 본 발명의 일 실시예에서 구리코팅층(50)은 전자기적 인력을 통해 먼지를 제거할 수 있다.
추가적으로, 본 발명의 본 발명의 공기청정기 필터용 구리코팅 부직포는 구리코팅층 일면에 내구성 강화층을 더 포함할 수 있다.
내구성 강화층은 유리섬유를 제직(weaving) 또는 편성(knitting)한 원단일 수 있으며, 구체적으로, 유리섬유를 능직한 원단일 수 있다. 또한, 본 발명의 공기청정기 필터용 구리코팅 부직포는 평량이 70 g/㎡일 때, 내구성 강화층은 1 ~ 10nm의 두께, 바람직하게는 3 ~ 7 nm의 두께를 가질 수 있으며, 만일 두께가 3nm 미만이면 내구성 강화 효과가 저하될 수 있고, 7nm를 초과하면 차압이 증가하는 문제가 있을 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기청정기 필터용 구리코팅 부직포의 제조방법은 제1단계 및 제2단계를 포함할 수 있다.
제1단계는 공기청정기 필터용 구리코팅 부직포를 준비할 수 있다. 구체적으로, 제1단계에서 준비하는 부직포는 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌프탈레이트 섬유, 폴리부틸렌프탈레이트 섬유 및 나일론 섬유 중에서 선택된 1종 이상의 열가소성 플라스틱 재질 섬유로 구성될 수 있다.
열가소성 소재로 구성된 부직포는 열접착 공정으로 섬유가 상호간 접착되도록 하고, 섬유의 표면을 개질하여 구리 또는 구리화합물이 용이하게 부직포 섬유의 외측면에 증착되도록 할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 공기청정기 필터용 구리코팅 부직포의 제조방법의 제2단계는 증착(Deposition) 방법을 통해 제1단계에서 준비한 부직포의 표면에 구리코팅층이 형성하여, 공기청정기 필터용 구리코팅 부직포를 제조할 수 있다.
구체적으로, 제2단계는 제1단계에서 준비한 부직포와 구리 또는 구리화합물을 증착기에 투입하여, 부직포의 표면에 구리코팅층이 형성된 공기청정기 필터용 구리코팅 부직포를 제조할 수 있다.
이 때, 구리 또는 구리화합물의 종류에 따라 다르지만, 바람직하게는 물리기상증착법(PVD)을 통해 구리 또는 구리화합물을 부직포의 표면에 증착시킬 수 있다. 물리기상증착법은 구리 또는 구리화합물에 열이나 전자빔, 높은 전압 등의 물리적인 자극을 가하여, 구리 또는 구리화합물의 구성물들을 기화시킨 뒤, 기화된 입자들이 대상물인 부직포의 표면에 부착되도록 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 공기청정기 필터용 구리코팅 부직포를 제조하는 증착기를 나타낸 도면이다.
이 중 금속인 구리를 사용할 경우, 바람직하게 금속 진공증착(Vaccum metallizing) 공정을 사용할 수 있다. 도 4를 참고하면, 금속 진공증착용 증착기는 쿨링드럼(Cooling Drum, 1), 언와인더(Unwinder, 2), 리와인더(Rewinder, 3), 열원(4)을 포함할 수 있다.
쿨링드럼(1), 언와인더(2), 리와인더(3)에는 피착물인 부직포가 감겨 있을 수 있고, 언와인더(2)가 회전함에 따라 부직포를 풀어서 공급하고, 리와인더(3)가 회전함에 따라 부직포를 감으면서 부직포가 이송하게 된다. 이 때 부직포는 언와인더(2) 및 리와인더(3) 사이에 배치된 쿨링드럼(1)의 표면을 따라 이송될 수 있다.
열원(4)은 물리적, 화학적, 유도가열 또는 전자선가열 방식 중 어느 하나의 방식을 사용하여, 투입된 구리를 녹여 구리 용융물 상태로 만들 수 있다.
구체적으로, 증착기를 이용하여 부직포의 표면에 구리코팅층을 형성하는 공정은 다음과 같다.
Step 1 - 먼저 부직포가 포함하고 있는 수분, 분진, 내열성이 약한 화학물질이 타면서 발생되는 가스와 가소제, 유화제 또는 항균제와 같이 전이(migration)되는 물질에 대한 축출이나 차단을 진행한다.
Step 2 - 저진공(760 10-3 torr) 상태에서 도 4에 도시된 증착기 내부와 부직포에 포함되어 있는 수분과 기타 이물질을 추출한다.
Step 3 - DP 펌프(DP pump)를 작동시켜 증착기 내부의 상부와 하부를 고진공(10-3 ~ 10-9 torr) 상태로 만든다.
Step 4 - 크라이오 펌프(Cryo-pump)를 작동시켜 증착기 내부의 온도를 초저온(영하 240 ~ 280℃) 상태로 만들어 증착기 내부에 존재하는 수분과 기타 이물질을 급속 결빙시켜서 충돌 포집함으로써 진공상태를 고진공 상태로 유지시킨다.
Step 5 - 고진공 상태가 안정적으로 유지가 되면 열원에 열을 1,800 ~ 1900℃로 유지하면서 열원에 구리(copper)를 투입하면서 웨팅(Wetting)과 분산 그리고 비산이 균등하게 이루어지면 방열판을 열고 부직포 표면에 구리를 증착하는 작업을 진행할 수 있다.
예를 들어, 열원(4)은 물리적, 화학적, 유도가열 또는 전자선가열 방식 중 어느 하나의 방식을 사용하여, 투입된 구리를 녹여서 부직포 표면에 분사함으로써, 부직포 표면에 구리를 증착시켜, 부직포의 표면에 구리코팅층이 형성된 공기청정기 필터용 구리코팅 부직포를 제조할 수 있는 것이다.
이와 같은 메탈라이징 공정은 구리 금속이 용이하게 부직포 표면에 증착되도록 하여, 부직포 표면에서 구리가 쉽게 탈리되지 않게 함과 동시에, 나노미터 단위의 구리코팅층을 형성하도록 할 수 있다. 또한, 구리코팅층은 부직포의 통기홀을 막지 않으면서도 오히려 통기홀의 내측면 중 일부에 구리코팅층을 형성하도록 하여, 통기홀을 통과하는 공기에서도 항균 및 항바이러스 능력을 가질 수 있다.
이를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기청정기 필터용 구리코팅 부직포의 제조방법은 부직포가 반영구적인 항균 성능을 가지도록 하는 동시에 부직포의 차압에 영향을 주지 않을 수 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 공기청정기 필터의 단면도이고, 도 6은 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따른 공기청정기 필터용 구리코팅 부직포가 적용된 사각, 원통 형상의 공기청정기 필터 및 프리 공기청정기 필터의 사진을 나타낸 것이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 공기청정기 필터(100)는 구리코팅 부직포(10), 멜트블로운 부직포층(110), 활성탄층(130) 및 보강 부직포층(150)이 순차적으로 적층될 수 있다. 이 때, 구리코팅 부직포(10)은 앞서 설명한 구리코팅 부직포(10)를 포함할 수 있으며, 구체적으로, 구리코팅 부직포(10)는 부직포(30) 및 상기 부직포의 표면에 형성된 구리코팅층(50)을 포함할 수 있고, 구리코팅 부직포의 구리코팅층은 상기 멜트블로운 부직포층과 맞닿아 있을 수 있다. 이 때, 구리코팅 부직포는 부직포의 평량이 70 g/㎡일 때, 구리코팅층은 5 ~ 55nm의 두께, 바람직하게는 15 ~ 35 nm의 두께를 가질 수 있다.
멜트블로운 부직포층(110)는 미세먼지를 제거하는 역할을 하고, 멜트 블로운(Melt Blown) 공정을 통해 제작될 수 있고, 멜트 블로운 공정을 통해 제조된 멜트블로운 부직포층(110)은 정전기를 통해 멜트블로운 부직포층(110)을 통과하는 미세먼지들을 제거할 수 있다. 이때, 멜트블로운 부직포층(110)은 2.5 ㎛ 크기의 먼지를 99.97% 이상 제거할 수 있는 H13 등급 멜트 블로운 소재일 수 있다. 멜트블로운 부직포층(110)은 2.5㎛ 이상의 크기를 가지는 미세먼지뿐만 아니라 그와 준하는 크기를 가지는 미세유기생물을 제거하여, 공기청정 및 항균을 동시에 시행할 수 있다.
활성탄층(130)은 유해물질을 제거하는 활성탄으로 구성될 수 있으며, 보강 부직포층(150)은 활성탄의 이탈을 방지할 수 있다. 활성탄층(130)은 복수개의 기공이 형성된 활성탄소로 구성될 수 있다. 이때, 활성탄층(130)은 입상을 가지는 활성탄으로 구성될 수 있는데, 야자수를 연소하여 만드는 야자계나 석탄을 분쇄하고 활성화하여 제조하는 석탄계, 페놀수지를 고온에서 연소하여 만드는 페놀수지계 등 다양한 입상 활성탄으로 구성될 수 있다. 또한, 활성탄층(130)은 입상 활성탄뿐만 아니라 비스코스(인견)나 폴리아클릴로니트릴(PAN) 계열 섬유를 연소하여 만드는 활성탄 필터(Active Carbon Filter, ACF)로 구성될 수 있다.
활성탄층(130)은 공기 중에 부유하는 휘발성유기화합물(VOC) 등의 위해성 화학물질들을 활성탄의 외측면에 형성된 기공 내부에 흡착하여 제거할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기청정기 필터(100)는 단일 필터로 먼지와 세균, 바이러스, VOC 등의 다양한 위해물질을 제거할 수 있다.
이때, 활성탄층(130)의 평량은 50 ~ 100 g/㎡ 일 수 있다. 바람직하게는 65 g/㎡의 평량을 가질 수 있는데, 활성탄층(130)의 면적당 질량이 50 g/㎡ 미만일 경우 VOC 등의 위해성 화학물질이 용이하게 제거되지 않고, 활성탄층(130)의 평량이 100 g/㎡ 이상에서는 공기청정기 필터(100)에 차압이 지나치게 크게 발생하는 문제가 있었다.
보강 부직포층(150)은 구리코팅 부직포(10)의 부직포(30)와 동일한 부직포로 구성될 수 있다. 예를 들어, 보강 부직포층(150)은 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌프탈레이트 섬유, 폴리부틸렌프탈레이트 섬유, 나일론 섬유, 목재 펄프 섬유, 유리 섬유 중 적어도 하나로 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기청정기 필터(100)는 풍량 5 CMM 기준에서 차압이 5.0 mmAq 이하, 바람직하게는 1.0 ~ 4.0 mmAq, 더욱 바람직하게는 1.0 ~ 3.0 mmAq 일 수 있다. 만일 차압이 5.0 mmAq를 초과한다면 공기청정기 또는 공조장비의 모터나 펌프, 팬 등의 유동 수단에 걸리는 부담이 커져, 고장을 유발할 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 구현예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명의 구현예를 한정하는 것이 아니며, 본 발명의 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 구현예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
실시예 1 : 공기청정기 필터용 구리코팅 부직포의 제조
(1) 섬유 형성용 조성물로서 폴리프로필렌(PP) 수지를 준비하고, PP 수지를 방사구금을 통해 압출 및 방사하여 단섬유를 제작하였다. 이 후, 단섬유들을 적층하여 웹(web)을 형성한 뒤, 고열을 조사하는 열결합 공법을 이용하여, 웹을 형성하고 있는 단섬유들이 상호간 결합되도록 함으로서, 평량이 70 g/㎡인 부직포를 제조하였다.
(2) 제조한 부직포 및 구리를 도 3에 도시한 증착기에 투입하여, 부직포의 일면에 25 nm의 두께를 가지는 구리코팅층을 형성함으로서, 공기청정기 필터용 구리코팅 부직포를 제조하였다.
실시예 2 : 공기청정기 필터용 구리코팅 부직포의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 공기청정기 필터용 구리코팅 부직포를 제조하였다. 다만, 실시예 1과 달리 구리코팅층은 부직포 일면에 10nm 두께로 형성하여, 최종적으로 구리코팅 부직포를 제조하였다.
실시예 3 : 공기청정기 필터용 구리코팅 부직포의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 공기청정기 필터용 구리코팅 부직포를 제조하였다. 다만, 실시예 1과 달리 구리코팅층은 부직포 일면에 50nm 두께로 형성하여, 최종적으로 구리코팅 부직포를 제조하였다.
비교예 1 : 공기청정기 필터용 부직포의 제조
섬유 형성용 조성물로서 폴리프로필렌(PP) 수지와 산화구리(I)(CuO) 파우더가 혼합된 혼합물을 준비하고, 방사구금을 통해 압출 및 방사하여 단섬유를 제작하였다. 이 때, 혼합물로서 폴리프로필렌(PP) 수지 중량 대비 산화구리(I)(CuO) 파우더 5중량%가 혼합된 것을 사용하였다. 이 후, 단섬유들을 적층하여 웹(web)을 형성한 뒤, 고열을 조사하는 열결합 공법을 이용하여, 웹을 형성하고 있는 단섬유들이 상호간 결합되도록 함으로서, 평량이 70 g/㎡인 부직포를 제조하였다.
실험예 : 공기청정기 필터의 물성 측정
실시예 1 ~ 3에서 제조된 구리코팅 부직포의 구리코팅층이 형성되지 않은 면과, 비교예 1에서 제조된 부직포의 일면에 각각 H13 등급 멜트블로운 부직포층, 평량이 60 g/㎡인 입상 활성탄층 및 보강 부직포층을 순차적으로 적층하여, 최종적으로 250 mm * 250 mm * 50 T의 크기를 가지고, 피크(Peak) 폭이 3.72 mm인 사각형 공기청정기 필터를 제작하였으며, 제조한 공기청정기 필터 각각에 대하여 하기와 같은 물성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
(1) 차압 측정
TSI사의 8130A 필터 테스터를 이용하여 실시예 1 ~ 3에서 제조된 구리코팅 부직포와 비교예 1에서 제조된 구리코팅 각각을 사용하여 제조된 공기청정기 필터의 풍량 5 CMM 기준에서의 차압(Differential Pressure, 필터를 통과하기 전 및 후의 공기의 압력 변화)을 측정하였다.
실시예 1 ~ 3 및 비교예 1에서 제조된 공기청정기 필터의 차압(Differential Pressure, 구리코팅 부직포를 통과하기 전 및 후의 공기의 압력 변화)을 각각 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
(2) 항균도 측정
KS K 0693:2016 시험 규격을 준용하여 실시예 1 ~ 3에서 제조된 구리코팅 부직포와 비교예 1에서 제조된 구리코팅 부직포 각각을 사용하여 제조된 공기청정기 필터의 항균도를 각각 측정하였다.
* 1. 시험균종 :
시험균 ① : Staphylococcus aureus ATCC 6538 (황색포도상구균)
시험균 ② : Escherichia coli ATCC 25992 (대장균)
시험균 ③ : Salmonella typhimurium KCTC 1925 (쥐장티푸스균)
2. 접종균액의 농도 :
시험균 ① : 1.7 × 104 CFU/mL
시험균 ② : 1.7 × 104 CFU/mL
시험균 ③ : 1.7 × 104 CFU/mL
3. 대조편 : 표준면포
4. 비이온계면활성제 : Tween 80, 접종균액의 0.05 % 첨가
(3) 곰팡이 저항성(방미도) 측정
ASTM G21-15 시험 규격을 준용하여 실시예 1 ~ 3에서 제조된 구리코팅 부직포와 비교예 1에서 제조된 구리코팅 부직포 각각을 사용하여 제조된 공기청정기 필터의 곰팡이 저항성을 각각 측정하였다.
* 1. 사용공시균주 :
Aspergillus brasiliensis ATCC 9642
Chaetomium globosum ATCC 6205
Penicillium funiculosum ATCC 11797
Trichoderma virens ATCC 9645
Aureobasidium pullulans ATCC 15233
2. 배양조건 : (28 ~ 30)℃, 85% R.H.이상, 28일
3. 측정등급 :
0 등급 : 자라지 못함
1 등급 : 구리코팅 부직포 위에 10% 이하로 자라남
2 등급 : 구리코팅 부직포 위에 10 ~ 30% 이하로 자라남
3 등급 : 구리코팅 부직포 위에 30 ~ 60% 이하로 자라남
4 등급 : 구리코팅 부직포 위에 60% 이상으로 자라남
(4) 부유바이러스 저감율 측정
KOUVA AS 02 : 2019 시험 규격을 준용하여 실시예 1 ~ 3에서 제조된 구리코팅 부직포와 비교예 1에서 제조된 구리코팅 부직포 각각을 사용하여 제조된 공기청정기 필터의 부유바이러스 저감율을 각각 측정하였다.
* 1. 시험방법 : KOUVA AS 02 : 2019, 공기정화장치
2. 바이러스 : Phi-X174(ATCC 13706-B1)
3. 온도 : (23 ± 2)℃
4. 습도 : (50 ± 5)% R.H.
5. 시험챔버 : 60 m3
6. 시험시간 : 30분
7. 운전풍량 : 단일모드
(5) 구리의 탈리 여부 측정
유도결합 플라즈마 질량분석기를 이용하여 실시예 1 ~ 3에서 제조된 구리코팅 부직포와 비교예 1에서 제조된 구리코팅 부직포 각각을 사용하여 제조된 공기청정기 필터에서 방출되는 구리의 질량을 각각 분석하였다.
구분 실시예
1		 실시예
2		 실시예
3		 비교예
1
차압(mmAq) 2.9 2.8 3.1 2.8
항균도(%) 시험균 ① 99.9 99.9 99.9 98.7
시험균 ② 99.9 99.9 99.9 98.5
시험균 ③ 99.9 99.9 99.9 97.4
곰팡이 저항성 0 등급 0 등급 0 등급 1 등급
부유바이러스 저감율(%) 93.3 91.2 93.4 85.7
방출되는 구리의 질량(mg) 0 5 0 4
표 1에 기재된 바와 같이, 실시예 1에서 제조된 공기청정기 필터용 구리코팅 부직포를 사용하여 제조된 공기청정기 필터는 실시예 2에서 제조된 공기청정기 필터용 구리코팅 부직포를 사용하여 제조된 공기청정기 필터와 비교하여 부유바이러스 저감율이 상대적으로 높고, 구리 방출량도 적은 것으로 확인할 수 있었다.
또한, 실시예 1에서 제조된 공기청정기 필터용 구리코팅 부직포를 사용하여 제조된 공기청정기 필터는 실시예 3에서 제조된 공기청정기 필터용 구리코팅 부직포를 사용하여 제조된 공기청정기 필터와 비교하여 차압이나 바이러스 저감율에서 큰 차이가 없으나, 구리코팅층의 두께가 두 배가 됨으로 인해 경제성이 현저히 저하됨을 확인할 수 있었다.
본 발명의 단순한 변형이나 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해서 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
1: 쿨링드럼
2: 언와인더
3: 리와인더
4: 열원
10 : 구리코팅 부직포
30 : 부직포
31 : 부직포 섬유
33 : 통기홀
50, 70 : 구리코팅층
100 : 공기청정기 필터
110 : 멜트블로운 부직포층
130 : 활성탄층
150 : 보강 부직포층

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 구리코팅 부직포, 멜트블로운 부직포층, 활성탄층 및 보강 부직포층이 순차적으로 적층된 공기청정기 필터로서,
    상기 활성탄층은 평량이 50 ~ 100 g/㎡ 이고,
    상기 구리코팅 부직포는 통기홀이 형성된 부직포, 상기 부직포의 표면에 형성된 구리코팅층 및 상기 구리코팅층 일면에 형성된 내구성 강화층을 포함하고,
    상기 구리코팅 부직포는 부직포의 평량이 70 g/㎡일 때, 구리코팅층은 15 ~ 35nm의 두께로 형성되어, 부직포의 형성된 통기홀을 막지 않으며,
    상기 구리코팅 부직포의 내구성 강화층은 상기 멜트블로운 부직포층과 맞닿아 있고, 유리섬유를 능직한 원단이며, 부직포의 평량이 70 g/㎡일 때, 3 ~ 7nm의 두께를 가지며,
    상기 공기청정기 필터는 풍량 5 CMM 기준에서 차압이 1.0 ~ 3.0 mmAq인 것을 특징으로 하는 공기청정기 필터.
  6. 삭제
  7. 삭제
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