KR20160115211A - 전도성 필터 및 전도성 필터의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 필터는 부직포 필터를 구성하는 단위 섬유의 표면에 금속 코팅층이 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 필터의 제조 방법은 용매 및 금속 전구체를 포함하는 전도성 잉크 조성물을 준비하는 단계, 부직포 필터를 촉매 처리하는 단계, 부직포 필터에 전도성 잉크 조성물을 함침시키는 단계 및 전도성 잉크 조성물이 함침된 부직포 필터 내 금속 전구체를 환원 또는 분해시켜 부직포 필터를 구성하는 단위 섬유의 표면에 금속 코팅층을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

전도성 필터 및 전도성 필터의 제조 방법 {Conductive Filter ANd Menufacturing method of the same}
전도성 필터 및 전도성 필터의 제조 방법에 관한 것이다.
실내의 미세먼지를 제거하는 공기여과 장치는 대부분 필터를 이용한 방식이 활용되고 있다. 미세먼지를 제거하기 위해서 사용되고 있는 필터 중, 헤파(HEPA) 필터는 직경이 0.3 μm급의 미세먼지를 99.97% 포집할 수 있는 높은 미세먼지 여과율을 보인다. 하지만 헤파 필터는 가격이 비싸고 필터로 인해 발생되는 압력손실이 매우 높아 공기여과 장치의 전력소비량도 많은 단점이 존재한다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 방법으로 전기장과 여과를 복합적으로 이용한 공기여과 장치도 소개되었다. 대표적으로 2장의 금속전극 사이에 유전체 섬유가 존재하는 필터를 이용하는 방식이 활용되고 있다. 이 공기여과 장치는 전도성 소재로 이루어진 2장의 전극 사이에 유전체 소재로 구성된 필터가 놓여있는 구조의 복합필터시스템을 사용한다. 그러나, 포집된 입자를 털어내기가 쉽지 않으며 그로 인해 필터를 재활용할 수 있는 횟수가 상대적으로 적다.
또한, 포집부를 유전체가 아닌 접지 또는 하전된 입자와 반대극의 전압이 인가된 금속필터 및 금속폼을 사용하는 기술도 소개된 바 있다. 이때 사용되는 금속필터 또는 금속폼은 기공의 크기가 비교적 크기 때문에 미세먼지의 포집은 대부분 필터의 메커니즘보다는 전기집진의 원리에 의해서만 이루어진다. 또한 미세먼지 포집 후 탈진이 쉽게 이루어지지 않는 문제점이 존재한다.
본 발명의 일 실시예는 전도성 필터를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 실시예는 전도성 필터의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 실시예는 전도성 필터를 이용한 공기여과 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 전도성 필터는 부직포 필터를 구성하는 단위 섬유의 표면에 금속 코팅층이 형성되고, 기공도가 30% 내지 90%이고, 통기도가 필터시험 압력 100 Pa에서 200 cc/cm2/sec 내지 500 cc/cm2/sec가 될 수 있다.
금속 코팅층 상에 금속 돌기가 형성될 수 있다.
금속 코팅층 및 금속 돌기는 알루미늄일 수 있다.
금속 코팅층은 10nm 내지 500nm의 두께일 수 있다.
금속 돌기는 1nm 내지 100μm의 입경을 가질 수 있다.
단위 섬유는 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 면, 폴리에틸렌, 폴리테레프탈레이트(polyethlene terephthalate, PET), 테플론, 폴리스티렌 또는 이들의 혼합 섬유일 수 있고, 단위 섬유는 직경이 0.1mm 내지 100mm일 수 있다.
부직포 필터는 기공도가 50% 내지 80%이고, 통기도가 필터시험 압력 100 Pa에서 200 cc/cm2/sec 내지 300 cc/cm2/sec일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 전도성 필터의 제조 방법은 용매 및 금속 전구체를 포함하는 전도성 잉크 조성물을 준비하는 단계, 부직포 필터를 촉매 처리하는 단계, 부직포 필터에 전도성 잉크 조성물을 함침시키는 단계, 및 전도성 잉크 조성물이 함침된 부직포 필터 내 금속 전구체를 환원 또는 분해시켜 부직포 필터를 구성하는 단위 섬유의 표면에 금속 코팅층을 형성하는 단계를 포함한다. 부직포 필터는 기공도가 30% 내지 90%이고, 통기도가 필터시험 압력 100 Pa에서 200 cc/cm2/sec 내지 500 cc/cm2/sec일 수 있다.
코팅층을 형성하는 단계 이후, 단위 섬유의 표면에 형성된 금속 코팅층을 촉매 처리하는 단계, 금속 코팅층이 형성된 부직포 필터에 전도성 잉크 조성물을 재차 함침시키는 단계, 및 금속 전구체를 환원 또는 분해시켜 금속 코팅층 상에 금속 돌기를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
금속 코팅층을 형성하는 단계 이후, 세척하고, 건조하는 단계를 더 포함할 수 있고, 금속 돌기를 형성하는 단계 이후, 세척하고, 건조하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 부직포 필터를 촉매 처리하는 단계 및 금속 코팅층을 촉매 처리하는 단계 이전에 부직포 필터를 건조하는 단계를 각각 더 포함할 수 있다.
금속 전구체는 금속 수소화물(metal hydride), 금속 수산화물(metal hydroxide), 금속 황산화물(metal sulfur oxide), 금속 질산화물(metal nitrate), 금속 할로겐화물(metal halide), 이들의 착화합물(coordination compound) 또는 이들의 조합이 될 수 있다.
금속 전구체는 AlH3, OAlH3(C2H5)2, OAlH3(C3H7)2, OAlH3(C4H9)2, AlH3·N(CH3)3, AlH3·N(CH3)2(C2H5), AlH3·테트라메틸에틸렌디아민(tetramethylethylenediamine, TMEDA), AlH3·다이옥세인(dioxane) 또는 이들의 조합이 될 수 있다.
용매는 테트라히드로퓨란(THF), 알코올(alcohol)계 용매, 에테르(ether)계 용매, 설파이드(sulfide)계 용매, 톨루엔(toluene)계 용매, 크실렌(xylene계)계 용매, 벤젠(benzene)계 용매, 알칸(alkane)계 용매, 옥세인(oxane)계 용매, 아민(amine)계 용매, 폴리올(polyol)계 용매 또는 이들의 조합이 될 수 있다.
전도성 잉크 조성물은 용액 안정제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 전도성 필터는 두께가 매우 얇아 모양을 인위적으로 변화시키기 쉽다. 또한, 압력손실도 상대적으로 낮다. 또한, 일반적인 필터의 미세먼지 포집 메커니즘과 함께 전기집진 효과까지 발휘할 수 있어, 필터의 집진 효과가 더욱 향상된다.
본 발명의 일 실시예에 의한 전도성 필터의 제조방법은 기존의 진공증착 등의 기상공정에 비해, 부직포 필터를 구성하는 개개의 섬유에 고르게 전도성 금속을 코팅할 수 있고, 전도성 금속을 코팅하기 전의 부직포 필터의 섬유 두께와 거의 차이가 없을 정도로 얇게 전도성 금속을 코팅할 수 있다.
도 1은 실시예 1에서 제조된 전도성 필터의 전자현미경 사진이다.
도 2는 실시예 1에서 제조된 전도성 필터의 X-ray 분석결과이다.
도 3은 실시예 2에서 제조된 전도성 필터의 전자현미경 사진이다.
도 4는 실시예 2에서 제조된 전도성 필터의 X-ray 분석결과이다.
도 5는 실시예 3에서 제조된 전도성 필터의 전자현미경 사진이다.
도 6은 실시예 3에서 제조된 전도성 필터의 X-ray 분석결과이다.
도 7은 실시예 4에서 제조된 전도성 필터의 전자현미경 사진이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 필터는 부직포 필터를 구성하는 단위 섬유의 표면에 금속 코팅층이 형성된다. 전도성 필터는 필요와 기능에 따라 다양한 기공도 및 통기도를 갖을 수 있다. 구체적으로 기공도는 30% 내지 90%가 될 수 있고, 통기도는 필터시험압력이 100Pa인 조건에서 200 cc/cm2/sec 내지 500 cc/cm2/sec 가 될 수 있다. 더욱 구체적으로 기공도는 50% 내지 80%가 될 수 있고, 통기도는 필터시험압력이 100Pa인 조건에서 200cc/cm2/sec 내지 300cc/cm2/sec 가 될 수 있다.
부직포 필터를 구성하는 단위 섬유의 표면에 형성된 금속 코팅층 상에 금속 돌기가 형성될 수 있다. 금속 코팅층 상에 형성된 금속 돌기로 인하여 미세먼지를 더욱 효과적으로 포집할 수 있다.
금속 코팅층 및 금속 돌기는 일반적으로 전기가 잘 통하는 금속이면 제한 없이 사용할 수 있다. 구체적으로 알루미늄(Al), 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs), 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 망간(Mn), 테크네튬(Tc), 레늄(Re), 철(Fe), 루테늄(Ru), 오스뮴(Os), 코발트(Co), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 카드뮴(Cd), 수은(Hg), 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In), 탈륨(Tl), 규소(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 납(Pb), 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb), 비스무트(Bi) 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다. 더욱 구체적으로 금속의 부식을 고려할 때, 알루미늄을 사용할 수 있다.
금속 코팅층은 10nm 내지 500nm의 두께로 형성될 수 있다. 금속 코팅층이 너무 두껍게 형성될 경우, 전도성 필터의 기공이 너무 작아져 미세먼지를 효과적으로 포집할 수 없는 문제가 발생할 수 있다. 금속 코팅층이 너무 얇게 형성될 경우, 전기 전도성이 충분하게 발휘되지 않는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 금속 코팅층의 두께를 전술한 범위로 적절하게 조절한다. 더욱 구체적으로 금속 코팅층은 20 nm 내지 200 nm의 두께로 형성될 수 있다.
금속 돌기의 입경은 1nm 내지 100μm이 될 수 있다. 금속 돌기의 입경이 너무 큰 경우, 전도성 필터의 기공이 너무 작아져 미세먼지를 효과적으로 포집할 수 없는 문제가 발생할 수 있다. 금속 돌기의 입경이 너무 작을 경우, 미세먼지 포집 향상 효과가 충분치 않을 수 있다. 따라서, 금속 돌기의 입경을 전술한 범위로 적절하게 조절한다. 더욱 구체적으로 금속 돌기의 입경은 10nm 내지 50mm가 될 수 있다.
부직포 필터는 일반적으로 사용되는 부직포 필터를 제한 없이 사용할 수 있고, 천연 섬유 또는 합성 섬유로 구성된 부직포 필터를 사용할 수 있다. 구체적으로 부직포 필터를 구성하는 단위 섬유는 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethlene terephthalate, PET), 테프론, 면 등이 이 될 수 있으며 전도성 필터 제조 시 손상을 입지 않는 소재면 어떤 소재이든 사용할 수 있다.
부직포 필터를 구성하는 단위 섬유는 직경이 0.1 mm 내지 100 mm 이 될 수 있다. 더욱 구체적으로는 10 mm 내지 50 mm가 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 필터의 제조 방법은 용매 및 금속 전구체를 포함하는 전도성 잉크 조성물을 준비하는 단계, 부직포 필터를 촉매 처리하는 단계, 부직포 필터에 전도성 잉크 조성물을 함침시키는 단계 및 전도성 잉크 조성물이 함침된 부직포 필터 내 금속 전구체를 환원 또는 분해시켜 부직포 필터를 구성하는 단위 섬유의 표면에 금속 코팅층을 형성하는 단계를 포함한다.
먼저 용매 및 금속 전구체를 포함하는 전도성 잉크 조성물을 준비한다.
금속 전구체는 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
MxR1 yR2 z
화학식 1에서, M은 전도성(conductive) 금속물질을 의미하고, R1은 전도성 물질인 M이 전구체로 존재할 경우 M과 같이 안정한 상태를 유지하기 위해 함께 존재하는 물질이며, R2는 두 가지 원소로만 안정한 화합물로 존재하기 어려운 전도성 물질의 전구체 물질에 단일원소 또는 화합물로 첨가되어 안정성을 유지할 수 있도록 하는물질이다.
또한, x, y 및 z 는 각각 M, R1 및 R2가 안정한 상태의 화합물로 존재하기 위해 필요한 원자수를 의미하며, x는 1 내지 6이 될 수 있으며, y는 1 내지 6일 될 수 있으며, z는 0 내지 10이 될 수 있다.
예를 들면 금속 전구체가 AlH3일 경우 여기서 M은 Al, R1은 H, x는 1, y는 3이며, z는 0으로 R2는 존재하지 않는다. 다른 예로 금속 전구체가 AlH3O(C4H9)2인 경우 M은 Al, R1은 H, x는 1, y는 3이며, R2는 O(C4H9)2이고 z는 1이다. 경우에 따라 R2에 해당하는 물질은 한 가지 이상이 될 수도 있다.
또 다른 예로 금속 전구체가 Cu2(OH2)2(O2C(CH2)4CH3)4인 경우 M은 Cu, x는 2, R1은 OH2, y는 2, R2는 OC(CH2)4CH3, z는 4이다.
보다 구체적으로, 금속 전구체는 금속 수소화물(metal hydride), 금속 수산화물(metal hydroxide), 금속 황산화물(metal sulfur oxide), 금속 질산화물(metal nitrate), 금속 할로겐화물(metal halide), 이들의 착화합물(coordination compound) 또는 이들의 조합일 수 있다
보다 구체적으로, 금속 전구체는 금속 무기염의 형태이며, 금속 무기염의 음이온은 히드록사이드(hydroxide) 이온, 아세테이트(acetate) 이온, 프로피오네이트(propionate) 이온, 아세틸아세토네이트(acetylacetonate) 이온, 2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이트(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate) 이온, 메톡사이드(methoxide) 이온, 2차-부톡사이드(sec-butoxide) 이온, 3차-부톡사이드(t-butoxide) 이온, n-프로폭사이드(n-propoxide) 이온, i-프로폭사이드(i-propoxide) 이온, 에톡사이드(ethoxide) 이온, 포스페이트(phosphate) 이온, 알킬포스페이트(alkylphosphonate) 이온, 나이트레이트(nitrate) 이온, 과염소산(perchlorate) 이온, 황산(sulfate) 이온, 알킬설포네이트(alkylsulfonate) 이온, 페녹사이드(phenoxide) 이온, 브로마이드(bromide) 이온, 요오다이드(iodide) 이온, 클로라이드(chloride) 이온 또는 이들의 조합이 될 수 있다.
또한, 금속 전구체의 금속은 알루미늄(Al), 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs), 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 망간(Mn), 테크네튬(Tc), 레늄(Re), 철(Fe), 루테늄(Ru), 오스뮴(Os), 코발트(Co), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 카드뮴(Cd), 수은(Hg), 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In), 탈륨(Tl), 규소(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 납(Pb), 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb), 비스무트(Bi) 또는 이들의 조합이 될 수 있다. 구체적으로 금속 전구체의 금속은 알루미늄이 될 수 있다.
보다 구체적으로, 금속 전구체는 AlH3, OAlH3(C2H5)2, OAlH3(C3H7)2, OAlH3(C4H9)2, AlH3·N(CH3)3, AlH3·N(CH3)2(C2H5), AlH3·테트라메틸에틸렌디아민(tetramethylethylenediamine, TMEDA), AlH3·다이옥세인(dioxane) 또는 이들의 조합이 될 수 있다.
용매는 금속 전구체를 균일하게 용해할 수 있는 용매이면 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 구제적으로 테트라히드로퓨란(THF), 알코올(alcohol)계 용매, 에테르(ether)계 용매, 설파이드(sulfide)계 용매, 톨루엔(toluene)계 용매, 크실렌(xylene)계 용매, 벤젠(benzene)계 용매, 알칸(alkane)계 용매, 옥세인(oxane)계 용매, 아민(amine)계 용매, 폴리올(polyol)계 용매 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다. 다만, 용매는 금속 전구체의 종류에 따라 선택적으로 이용될 수 있다.
전도성 잉크 조성물은 용매 50 내지 99 중량%; 및 금속 전구체 1 내지 50 중량%를 포함할 수 있다. 이는 효과적으로 부직포 필터를 구성하는 개개의 섬유에 전도성 잉크 조성물을 함침시키기에 적합한 범위일 수 있다.
전도성 잉크 조성물은 용액 안정제를 더 포함할 수 있다. 구체적으로 용액 안정제는 다이케톤(diketone), 아미노 알코올(amino alcohol), 폴리아민(polyamine), 에탄올 아민(ethanol amine), 다이에탄올 아민(diethylnol amine), 에탄 티올 (ethane thiol), 프로판 티올(propane thiol), 부탄 티올(butane thiol), 펜탄 티올(pentane thiol), 헥산 티올(hexane thiol), 헵탄 티올 (heptanes thiol), 옥탄 티올(octane thiol), 노난 티올 (nonane thiol), 데칸 티올(decane thiol), 운데칸 티올(undecane thiol) 또는 이들의 조합일 수 있다.
용액 안정제의 함량은, 용매 및 금속 전구체의 함량 100중량부에 대해 1 내지 50 중량부일 수 있다. 이는 부직포 필터를 구성하는 개개의 섬유에 전도성 잉크가 코팅되는데 적합한 범위일 수 있다.
다음으로 부직포 필터를 촉매 처리한다. 촉매 처리하는 방법으로는 촉매분위기에 부직포 필터를 완전히 노출시키는 방법이 가능하다.
이 때 이용될 수 있는 촉매로는 티타늄이소프로폭사이드(Ti(O-i-Pr)4, 염화티타늄(TiCl4), 린들라 촉매(Lindlar catalyst) 등이 있으며, 환원제로는 리튬알루미늄수소화물(LiAlH4), 수소(H), 나트륨-수은 아말감(Na(Hg)), 슈퍼하이드라이드(NaBH4), Sn2+를 함유하는 화합물(SnCl2 등), SO3 2-를 함유하는 화합물(sulfite; Na2SO3, NaHSO3, KHSO3 등), 히드라진(hydrazine; N2H4), 아연-수은 아말감(Zn(Hg)), 디이소부틸알루미늄하이드라이드(DIBAH), 옥살릭산(oxalic acid: C2H2O4), 포믹산(formic acid; HCOOH), 아스코빅산(ascorbic acid;C6H8O6), 포스파이트(phosphate; PO3 3-), 하이포포스파이트(hypophosphite; H2PO2-). 인산(phosphorous acid; H3PO3), DTT(dithiothreitol; C4H10O2S2), Fe2+이온을 함유하는 화합물 (FeSO4 등)이 있다.
즉, 금속 전구체가 외부의 에너지 공급 없이 상온 범위에서 금속 입자로 환원 또는 분해가 가능한 경우라면, 상온의 금속 전구체 잉크내에 비전도성 섬유를 방치하는 방법에 의해 전도성 섬유를 얻을 수 있다.
다만, 금속 전구체에 따라 일부 외부 에너지가 필요한 경우 열처리를 통하거나, 촉매를 통해 이를 해결할 수 있다.
본 명세서에서 상온의 의미는 특별한 외부 에너지의 공급이 없는 상태를 의미하는 것으로 지역, 시간 등에 따라 변할 수 있다.
다음으로, 부직포 필터에 전도성 잉크 조성물을 함침시킨다. 부직포 필터를 구성하는 개개의 섬유(fiber)에 전도성 잉크 조성물을 함침(impregnation)시키는 단계는 일반적인 방법에 의해 수행될 수 있다.
예를 들어, 부직포 필터를 구성하는 개개의 섬유에 전도성 잉크 조성물이 충분히 스며들 수 있도록, 부직포 필터를 전도성 잉크 조성물에 넣어둘 수 있다. 일반적인 부직포 필터의 특성이 훼손되지 않는 방법이라면 이에 제한되지는 않는다.
부직포 필터는 필요와 기능에 따라 다양한 기공도 및 통기도를 갖는 부직포 필터를 사용할 수 있다. 구체적으로 구체적으로 기공도는 30% 내지 90%가 될 수 있고, 통기도는 필터시험압력 100Pa인 조건에서 200 cc/cm2/sec 내지 500cc/cm2/sec가 될 수 있다. 더욱 구체적으로 기공도는 50% 내지 80%가 될 수 있고, 통기도는 필터시험압력 100Pa인 조건에서 200 cc/cm2/sec 내지 300 cc/cm2/sec 가 될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 필터의 제조 방법을 통해 금속 코팅층이 매우 얇은 두께로 일정하게 코팅될 수 있다. 따라서, 부직포 필터에 금속 코팅층을 형성한 전 후의 기공도 및 통기도가 거의 변하지 아니한다.
부직포 필터를 구성하는 섬유의 직경은 0.1 mm 내지 100 mm 가 될 수 있다. 더욱 구체적으로는 10 mm 내지 50 mm가 될 수 있다.
다음으로, 전도성 잉크 조성물이 함침된 부직포 필터 내 금속 전구체를 환원 또는 분해시켜 부직포 필터를 구성하는 단위 섬유의 표면에 금속 코팅층을 형성한다. 금속 전구체의 환원 또는 분해는 전도성 잉크 조성물이 함침된 부직포 필터를 상온에서 방치하는 방법으로 수행될 수 있다. 즉, 별도의 열처리 과정 없이 전도성 필터를 수득할 수 있다.
또는, 전도성 잉크 조성물이 함침된 부직포 필터를 열처리하는 방법으로 수행될 수 있다. 이 때 열처리 온도는 부직포 필터에 손상이 가지 않는 저온 범위일 수 있다. 구체적인 예를 들어, 150℃이하일 수 있다.
또한, 열처리 방법으로 전도성 잉크 조성물이 함침된 부직포 필터를 오븐 또는 핫플레이트에서 열처리할 수도 있으며, 전도성 잉크 내 부직포 필터를 담구어 둔 상태로 가열을 하는 방법을 이용할 수도 있다.
형성된 금속 코팅층은 두께가 10nm 내지 500nm로 매우 얇게 형성되며, 부직포 필터를 구성하는 개개의 섬유에 골고루 코팅된다. 더욱 구체적으로 금속 코팅층은 20nm 내지 200nm의 두께로 형성될 수 있다.
상기 부직포 필터를 촉매 처리하는 단계 및 금속 코팅층을 촉매 처리하는 단계 이전에 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 부직포 필터에 함유된 수분을 완전히 제거함으로써, 금속 코팅층이 부직포 필터를 구성하는 단위 섬유에 균일하게 코팅될 수 있다.
코팅층을 형성하는 단계 이후, 단위 섬유의 표면에 형성된 금속 코팅층을 촉매 처리하는 단계, 금속 코팅층이 형성된 부직포 필터에 전도성 잉크 조성물을 재차 함침시키는 단계 및 금속 전구체를 환원 또는 분해시켜 금속 코팅층 상에 금속 돌기를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
단위 섬유의 표면에 형성된 금속 코팅층을 촉매 처리하는 단계는 구체적으로 흄상태의 촉매에 노출 시킬 수 있다. 금속 코팅층 전체를 노출시킬 수도 있고, 금속 코팅층을 부분적으로 노출시키는 것도 가능하다. 촉매는 금속 코팅층 형성 시에 사용한 촉매와 동일한 종류의 촉매를 사용할 수 있다.
금속 코팅층이 형성된 부직포 필터에 전도성 잉크 조성물을 재차 함침시키는 단계 및 금속 전구체를 환원 또는 분해시켜 금속 코팅층 상에 금속 돌기를 형성하는 단계도 전술한 금속 코팅층 형성 시에 사용한 방법과 동일한 방법을 사용할 수 있다.
전술한 단계를 통해 형성된 돌기는 입경이 1nm 내지 100μm가 될 수 있다. 더욱 구체적으로 금속 돌기의 입경은 10nm 내지 50mm가 될 수 있다.
금속 코팅층을 형성하는 단계 이후, 세척하고, 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 세척하고 건조하는 단계를 통해, 금속 코팅층 형성과정에서 발생할 수 있는 이물질이나 불순물을 제거할 수 있다.
또한, 돌기를 형성하는 단계 이후, 세척하고, 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
폴리프로필렌 소재로 구성되어 있는 일반 부직포 필터(기공도 70%, 통기도 273 cc/cm2/sec(필터시험압력 100Pa인 조건))를 상온에서 염화티타늄으로 촉매처리한 후 AlH3 및 다이뷰틸에테르 용매를 포함하는 상온의 알루미늄 전구체 용액에 30분 담구고 방치한 후 세척 건조하였다. 도 1은 실시예 1에서 제조된 전도성 필터의 전자현미경 사진이며, 도 2는 실시예 1에서 제조된 전도성 필터의 X-ray 분석결과를 보여준다. 결과에서 보듯이 전도성 필터를 구성하는 개개의 단위섬유 표면에 알루미늄이 잘 코팅되어 있는 것을 확인할 수 있었다.
전기저항도는 2.315 Ω/□로 측정되었으며, 알루미늄 코팅 전의 필터와 비교해 압력손실의 차는 거의 나타나지 않았다.
실시예 2
염화티타늄 대신 티타늄이소프로폭사이드로 촉매처리하고, 알루미늄 전구체 용액에 60분 담구고 방치하였다. 나머지 과정은 실시예 1과 동일하게 하였다. 도 3은 실시예 2에서 제조된 전도성 필터의 전자현미경 사진이며, 도 4는 실시예 2에서 제조된 전도성 필터의 X-ray 분석결과를 보여준다. 결과에서 보듯이 전도성 필터를 구성하는 개개의 단위섬유 표면에 알루미늄이 잘 코팅되어 있는 것을 확인할 수 있었다.
전기저항도는 1.835 Ω/□로 측정되었으며, 알루미늄 코팅 전의 필터와 비교해 압력손실의 차는 거의 나타나지 않았다.
실시예 3
알루미늄 전구체 용액에 120분 담구고 방치하였다. 나머지 과정은 실시예 1과 동일하게 하였다. 도 5는 실시예 3에서 제조된 전도성 필터의 전자현미경 사진이며, 도 6은 실시예 3에서 제조된 전도성 필터의 X-ray 분석결과를 보여준다. 결과에서 보듯이 전도성 필터를 구성하는 개개의 단위섬유 표면에 알루미늄이 잘 코팅되어 있는 것을 확인할 수 있었다.
전기저항도는 0.649Ω/□로 측정되었으며, 알루미늄 코팅 전의 필터와 비교해 압력손실의 차는 거의 나타나지 않았다.
실시예 4
폴리에스터 소재로 구성되어 있는 일반 부직포 필터(기공도 70%, 통기도 273 cc/cm2/sec(필터시험압력 100Pa인 조건))를 상온에서 염화티타늄으로 촉매처리한 후 AlH3 및 다이뷰틸에테르 용매를 포함하는 상온의 알루미늄 전구체 용액에 30분 담구고 방치한 후 세척 건조하였다. 다시 이를 흄상태의 염화티타늄으로 촉매처리하고, 알루미늄 전구체 용액에 30분 담구고 방치한 후 세척 건조하였다. 도 7은 실시예 4에서 제조된 전도성 필터의 전자현미경 사진이다. 도 7에서 나타나듯이, 알루미늄 코팅층 상에 미세 돌기가 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다.
전기저항도는 0.618Ω/□로 측정되었으며, 알루미늄 코팅 전의 필터와 비교해 압력손실의 차는 거의 나타나지 않았다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (14)

  1. 부직포 필터를 구성하는 단위 섬유의 표면에 금속 코팅층이 형성되고, 기공도가 30% 내지 90%이고, 통기도가 필터시험 압력 100 Pa에서 200 cc/cm2/sec 내지 500 cc/cm2/sec인 전도성 필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속 코팅층 상에 금속 돌기가 형성된 전도성 필터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 금속 코팅층 및 금속 돌기는 알루미늄인 전도성 필터.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 금속 코팅층은 10nm 내지 500nm의 두께인 전도성 필터.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 금속 돌기는 1nm 내지 100μm의 입경을 갖는 전도성 필터.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 단위 섬유는 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 면, 폴리에틸렌, 폴리테레프탈레이트, 테플론, 폴리스티렌 또는 이들의 혼합 섬유이고,
    상기 단위 섬유는 직경이 0.1mm 내지 100mm 인 전도성 필터.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 부직포 필터는 기공도가 50% 내지 80%이고, 통기도가 필터시험 압력 100 Pa에서 200 cc/cm2/sec 내지 300 cc/cm2/sec인 전도성 필터.
  8. 용매 및 금속 전구체를 포함하는 전도성 잉크 조성물을 준비하는 단계;
    부직포 필터를 촉매 처리하는 단계;
    상기 부직포 필터에 상기 전도성 잉크 조성물을 함침시키는 단계; 및
    상기 전도성 잉크 조성물이 함침된 부직포 필터 내 금속 전구체를 환원 또는 분해시켜 상기 부직포 필터를 구성하는 단위 섬유의 표면에 금속 코팅층을 형성하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 부직포 필터는 기공도가 30% 내지 90%이고, 통기도가 필터시험 압력 100 Pa에서 200 cc/cm2/sec 내지 500 cc/cm2/sec인 전도성 필터의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 코팅층을 형성하는 단계 이후, 단위 섬유의 표면에 형성된 금속 코팅층을 촉매 처리하는 단계;
    상기 금속 코팅층이 형성된 부직포 필터에 상기 전도성 잉크 조성물을 재차 함침시키는 단계; 및
    상기 금속 전구체를 환원 또는 분해시켜 상기 금속 코팅층 상에 금속 돌기를 형성하는 단계;
    를 더 포함하는 전도성 필터의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 금속 코팅층을 형성하는 단계 이후, 세척하고, 건조하는 단계를 더 포함하고,
    상기 금속 돌기를 형성하는 단계 이후, 세척하고, 건조하는 단계를 더 포함하고,
    상기 부직포 필터를 촉매 처리하는 단계 및 금속 코팅층을 촉매 처리하는 단계 이전에 건조하는 단계를 각각 더 포함하는 전도성 필터의 제조 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 금속 전구체는 금속 수소화물(metal hydride), 금속 수산화물(metal hydroxide), 금속 황산화물(metal sulfur oxide), 금속 질산화물(metal nitrate), 금속 할로겐화물(metal halide), 이들의 착화합물(coordination compound) 또는 이들의 조합인 전도성 필터의 제조 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 금속 전구체는 AlH3, OAlH3(C2H5)2, OAlH3(C3H7)2, OAlH3(C4H9)2, AlH3·N(CH3)3, AlH3·N(CH3)2(C2H5), AlH3·테트라메틸에틸렌디아민(tetramethylethylenediamine, TMEDA), AlH3·다이옥세인(dioxane) 또는 이들의 조합인 전도성 필터의 제조 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 용매는 테트라히드로퓨란(THF), 알코올(alcohol)계 용매, 에테르(ether)계 용매, 설파이드(sulfide)계 용매, 톨루엔(toluene)계 용매, 크실렌(xylene계)계 용매, 벤젠(benzene)계 용매, 알칸(alkane)계 용매, 옥세인(oxane)계 용매, 아민(amine)계 용매, 폴리올(polyol)계 용매 또는 이들의 조합인 전도성 필터의 제조 방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 전도성 잉크 조성물은 용액 안정제를 더 포함하는 전도성 필터의 제조 방법.
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