KR20170080932A - 실리콘 필터의 제조방법 - Google Patents

실리콘 필터의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실리콘 필터 및 그 제조방법, 실리콘 필터 제조장치에 관한 것으로, a) 실리콘(silicone) 용액과 기능성 첨가제를 포함하는 기능성 실리콘 용액을 제조하는 기능성 실리콘 용액 제조단계, b) 상기 기능성 실리콘 용액을 공급받아 제1공급부와 제2공급부로 정량 공급하는 기능성 실리콘 용액 공급단계, c) 상기 제1공급부 하부로 오픈셀 구조를 갖는 다공성 소재인 기재를 이송하는 기재 이송단계, d) 상기 제1공급부를 통해 상기 기재의 일면에 상기 기능성 실리콘 용액을 도포하는 1차공급단계, e) 상기 제1공급부의 하부를 통과한 기재를 상기 제2공급부로 통과시키면서 가압하여 상기 기능성 실리콘 용액이 함침된 기재를 제조하는 2차공급단계 및 f) 상기 기능성 실리콘 용액이 함침된 기재를 건조시켜 오픈셀 구조를 갖는 실리콘 필터를 제조하는 건조단계를 포함하고, 상기 실리콘 필터는, 상기 기재의 표면과 오픈셀 사이 또는 서로 이웃하는 오픈셀들 사이에 위치하는 재료(material)와 상기 기능성 첨가제 성분이 분산된 실리콘 수지를 함유하며 상기 재료의 표면을 감싸는 코팅층(coating layer)을 포함하는 구조를 갖고, 상기 실리콘 필터의 단위 부피당 상기 재료와 상기 코팅층을 5 내지 30: 70 내지 95의 부피비로 포함한다.

Description

실리콘 필터 및 그 제조방법, 실리콘 필터 제조장치{and method for manufacturing the same, manufacturing apparatus for silicon filter}
본 발명은 실리콘 필터 및 그 제조방법, 실리콘 필터 제조장치에 관한 것이다.
자동차, 에어컨, 공기청정기 등에는 필터가 설치된다. 필터는 공기 중에 포함된 황사, 미세먼지 등의 이물질을 걸러낸다. 이러한 필터는 사용에 따라 이물질에 의해 오염되므로 주기적으로 교체 또는 세척해야 한다.
필터가 폼 구조로 형성된 경우 세척 시 폼 내부 구조가 손상되어 필터 효율이 저하되었다. 그리고 교체하는 필터의 경우 필터를 추가적으로 구입해야 하므로 구입에 따른 비용이 증가하게 되었다.
공개특허 제10-2004-0102858호 (2004.12.08) 등록실용신안 제20-0296828호 (2002.11.21.)
본 발명은 세척하여도 내부 구조가 손상되지 않고, 세척하여 사용함으로써 교체에 따른 비용이 발생하지 않도록 하는 실리콘 필터 및 그 제조방법, 실리콘 필터 제조장치를 제공한다.
본 발명의 한 실시예에 실리콘 필터 제조방법은, a) 실리콘(silicone) 용액과 기능성 첨가제를 포함하는 기능성 실리콘 용액을 제조하는 기능성 실리콘 용액 제조단계, b) 상기 기능성 실리콘 용액을 공급받아 제1공급부와 제2공급부로 정량 공급하는 기능성 실리콘 용액 공급단계, c) 상기 제1공급부 하부로 오픈셀 구조를 갖는 다공성 소재인 기재를 이송하는 기재 이송단계, d) 상기 제1공급부를 통해 상기 기재의 일면에 상기 기능성 실리콘 용액을 도포하는 1차공급단계, e) 상기 제1공급부의 하부를 통과한 기재를 상기 제2공급부로 통과시키면서 가압하여 상기 기능성 실리콘 용액이 함침된 기재를 제조하는 2차공급단계 및 f) 상기 기능성 실리콘 용액이 함침된 기재를 건조시켜 오픈셀 구조를 갖는 실리콘 필터를 제조하는 건조단계를 포함하고, 상기 실리콘 필터는, 상기 기재의 표면과 오픈셀 사이 또는 서로 이웃하는 오픈셀들 사이에 위치하는 재료(material)와 상기 기능성 첨가제 성분이 분산된 실리콘 수지를 함유하며 상기 재료의 표면을 감싸는 코팅층(coating layer)을 포함하는 구조를 갖고, 상기 실리콘 필터의 단위 부피당 상기 재료와 상기 코팅층을 5 내지 30: 70 내지 95의 부피비로 포함한다.
상기 e) 단계는, 상기 d) 단계를 통과한 상기 기재는 제1롤러와 제2롤러 사이를 통과하며, 상기 기능성 실리콘 용액이 수용된 수조에 상기 제1롤러의 적어도 일부분이 잠긴 상태에서 회전하여 상기 기능성 실리콘 용액을 상기 기재의 타면에 공급하고, 상기 기재의 일면과 타면에 도포된 상기 기능성 실리콘 용액은 상기 제1롤러 및 상기 제2롤러의 가압으로 상기 기재의 내부로 침투시킬 수 있다.
상기 f) 단계의 건조는 상기 기능성 실리콘 용액이 함침된 기재를 150℃ 내지 250℃에서 5분 내지 50분 동안 건조할 수 있다.
상기 기재는 스폰지 또는 부직포 형태의 유체투과성 다공성 기재이고, 상기 실리콘 필터는 오픈셀 구조의 기체투과성 재료로 발수성을 가질 수 있다.
상기 기능성 실리콘 용액은 상기 기능성 실리콘 용액 100 중량부를 기준으로 3 내지 50 중량부의 기능성 첨가제를 함유할 수 있다.
상기 기능성 실리콘 용액은 점도가 5 내지 80 Pa·s(25 ℃)일 수 있다.
상기 e) 단계에서 상기 제1롤러 및 상기 제2롤러의 가압은 0.5 내지 30 (kg/㎠)로 이루어질 수 있다.
상기 b) 단계에서 제1공급부와 제2공급부로 정량 공급되는 상기 기능성 실리콘 용액의 양은, 상기 기재인 폴리우레탄 폼 100 중량부를 기준으로 500 내지 950 중량부일 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 실리콘 필터는 오픈 셀 구조인 다공성 기재와 기능성 첨가제 성분이 분산된 실리콘 수지를 함유하는 실리콘 필터로, 상기 기재의 표면과 오픈셀 사이 또는 서로 이웃하는 오픈셀들 사이에 위치하는 재료(material)와 상기 기능성 첨가제 성분이 분산된 실리콘 수지를 함유하며 상기 재료의 표면을 감싸는 코팅층(coating layer)을 포함하는 구조를 갖고, 상기 실리콘 필터의 단위 부피당 상기 재료와 상기 코팅층의 함유 비율은 5 내지 30: 70 내지 95의 부피비이며, 기체투과성과 발수성을 갖는다.
본 발명의 한 실시예에 따른 실리콘 필터 제조장치는 제1타입용액이 저장될 수 있는 제1저장조, 상기 제1저장조와 구획되어 있으며 제2타입용액이 저장될 수 있는 제2저장조, 기능성 첨가제가 저장될 수 있는 제3저장조, 상기 제1타입용액, 상기 제2타입용액 및 상기 기능성 첨가제가 수용될 수 있고 상기 제1타입용액, 상기 제2타입용액 및 상기 기능성 첨가제를 혼합하여 기능성 실리콘 용액을 제조할 수 있는 교반기, 상기 기능성 실리콘 용액이 저장될 수 있는 공급기, 상기 공급기를 통해 공급된 상기 기능성 실리콘 용액을 이송되는 다공성 소재인 기재의 일면에 도포할 수 있는 제1공급부, 이송되는 상기 기재의 타면에 상기 기능성 실리콘 용액을 도포할 수 있고 상기 기능성 실리콘 용액이 상기 기재 내부로 함침되게 가압할 수 있는 제2공급부 및 상기 기능성 실리콘 용액이 함침된 상기 기재를 건조시킬 수 있는 건조부를 포함한다.
상기 제2공급부는, 상기 공급기와 연결되어 있고 상기 기능성 실리콘 용액이 유입될 수 있는 수조, 상기 수조에 위치하고 적어도 일부분이 상기 기능성 실리콘 용액에 잠길 수 있고 상기 기재의 타면과 접할 수 있는 제1롤러 및 상기 제1롤러 위에 위치하고 상기 기재의 일면과 접할 수 있는 제2롤러를 포함할 수 있고, 상기 제1롤러는 회전되면서 상기 기능성 실리콘 용액을 상기 기재의 타면에 도포하는 동시에 상기 제2롤러와 함께 상기 기재를 가압하여 상기 기재의 일면과 타면에 도포된 상기 기능성 실리콘 용액이 상기 기재 내부로 침투될 수 있다.
상기 제2공급부는, 상기 제1롤러의 표면에 묻은 상기 기능성 실리콘 용액이 균일 해지도록 하는 라이프를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 기능성 물질을 함유한 실리콘이 폼의 내부 구조물에 함침되어 있어 내부 구조물이 보호된다. 이에 실리콘 필터를 물 세척하여도 내부 구조물은 손상되지 않는다. 오염된 실리콘 필터를 세척하여 재사용함으로써 실리콘 필터의 구입에 따른 비용 발생을 예방할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 실리콘 필터 제조장치 개략도.
도 2는 도 1의 제2공급부를 나타낸 확대도.
도 3은 본 발명의 실리콘 필터 제조방법을 나타낸 블록도.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 실리콘 필터를 나타낸 사진.
도 5는 도 4의 실리콘 필터를 광학현미경으로 관찰한 사진(배율 x100).
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
그러면 본 발명의 한 실시예에 따른 실리콘 필터 제조장치에 대하여 도 및 도 2를 참고하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 실리콘 필터 제조장치 개략도이고, 도 2는 도 1의 제2공급부를 나타낸 확대도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 실리콘 필터 제조장치는 제1저장조(10), 제2저장조(20), 제3저장조(30), 교반기(40), 공급기(50), 제1공급부(60), 제2공급부(70) 및 건조부(80)를 포함하며, 폴리우레탄 폼 또는 직물 등으로 이루어진 기재(100)에 기능성 실리콘 용액을 함침하여 세척 시 기재(100)가 손상되지 않도록 하며, 세척하여 재 사용할 수 있는 실리콘 필터를 제조한다.
제1저장조(10)에는 기능성 실리콘 용액을 제조하기 위한 제1타입용액이 보관될 수 있고, 제2저장조(20)에는 기능성 실리콘 용액을 제조하기 위한 제2타입용액이 보관될 수 있으며, 제3저장조(30)에는 인산 지르코늄, 제올라이트, 및 은이온이 포함하는 기능성 첨가제가 보관될 수 있다. 제1저장조(10), 제2저장조(20) 및 제3저장조(30)는 각 용액에 이물질이 유입되지 않도록 밀폐구조를 가질 수 있다.
교반기(40)는 휀(42) 및 용기(41)를 포함하며, 제1타입용액, 제2타입용액 및 기능성 첨가제를 혼합하여 기능성 실리콘 용액을 제조한다. 용기(41)는 기설정된 크기를 갖는다. 제1저장조(10), 제2저장조(20) 및 제3저정조(30)와 배관으로 연결될 수 있다. 각 배관에는 용액을 압송하는 펌프가 결합될 수 있다. 그러나 배관과 펌프는 생략될 수 있다. 용기(41)에는 기능성 실리콘 용액이 배출될 수 있는 배출구(도시하지 않음)가 형성될 수 있다. 그러나 배출구는 생략될 수 있다.
한편, 용기(41)는 지지대(도시하지 않음)에 힌지축(도시하지 않음)으로 회전할 수 있게 설치될 수 있다. 용기(41)는 힌지축을 기준으로 회전하여 기울여질 수 있다. 용기(41)는 기울여지면서 기능성 실리콘 용액을 배출할 수 있다.
휀(42)은 용기(41) 내부에 배치되어 있으며 모터(도시하지 않음)와 동력 연결되어 회전할 수 있다. 휀(42)은 제1타입용액, 제2타입용액 및 기능성 첨가제를 젓는 방식으로 혼합하여 기능성 실리콘 용액을 제조할 수 있다.
휀(42)은 용기(41) 내부에서 외부로 이동할 수 있다. 휀(42)은 용액들을 혼합할 때에는 용기(41) 내부에 위치하고, 용액을 혼합하지 않을 때에는 용기(41)에서 벗어날 수 있다.
본 실시예에 따른 교반기(40)의 구조는 다양하게 변경될 수 있으며 용기(41)와 휀(42)의 구조로 한정하지 않는다.
공급기(50)는 교반기(40)와 연결되어 있으며 기능성 실리콘 용액이 수용될 수 있다. 공급기(50)는 기능성 실리콘 용액을 정량 배출한다. 공급기(50)는 기능성 실리콘 용액이 수용될 수 있는 용기(51)와 용기(51) 내에 위치하여 기능성 실리콘 용액에 압력을 가하는 가압유닛(52)을 포함한다. 가압유닛(52)의 가압에 의해 기능성 실리콘 용액은 용기(51) 외부로 정량 배출될 수 있다.
한편, 위 설명과 도면에서 공급기(50)를 용기(51)와 가압유닛(52)으로 설명하였으나, 그 구조는 기능성 실리콘 용액을 정량 배출할 수 있는 구조라면 다양하게 적용될 수 있다.
공급기(50)의 세부 구조는 널리 공지된 액상 정량공급장치의 구성이 적용될 수 있는바, 상세한 구조에 대한 설명은 생략한다. 그러나 공급기(50)는 생략될 수 있다.
제1공급부(60)는 기재(100)를 기설정된 속도로 이송하는 컨베이어(도시하지 않음) 위에 배치되어 있으며 공급기(50)와 연결되어 있다. 공급기(50)가 생략된 경우 제1공급부(60)는 교반기(40)와 연결될 수 있다. 이는 제조장치의 설계에 따라 달라질 수 있다.
제1공급부(60)는 호퍼(61) 및 조절유닛(62)을 포함하며 기재(100)의 일면에 기능성 실리콘 용액을 도포한다.
호퍼(61)는 공급기(50)와 연결되어 있으며 정량의 기능성 실리콘 용액이 수용될 수 있다. 호퍼(61)에는 기능성 실리콘 용액이 배출되는 배출구(611)가 형성되어 있다.
조절유닛(62)은 배출구(611)에 배치되어 있으며 배출구(611)의 넓이를 조절하여 기능성 실리콘 용액의 배출량을 조절한다. 배출된 기능성 실리콘 용액은 기재(100)의 일면에 도포될 수 있다. 기능성 실리콘 용액의 도포 정도는 컨베이어의 이송 속도, 조절유닛(62)의 조절에 따라 달라질 수 있다.
제2공급부(70)는 제1공급부(60)와 떨어져 있으며 컨베이어 경로상에 설치되어 있다. 제2공급부(70)는 수조(71), 제1롤러(72), 제2롤러(74) 및 라이프(73)를 포함하며 기재(100)의 타면에 기능성 실리콘 용액을 도포하고 기재(100) 일면과 타면에 도포된 기능성 실리콘 용액이 기재(100) 내부로 침투할 수 있도록 가압한다.
수조(71)와 제1롤러(72)는 컨베이어 하부에 배치되어 있으며 수조(71)는 공급기(50)와 연결되어 있고 제1롤러(72)는 수조(71)에 시계방향으로 회전할 수 있게 배치되어 있다. 수조(71)에는 기능성 실리콘 용액이 수용될 수 있고 제1롤러(72)의 적어도 일부분은 기능성 실리콘 용액에 잠길 수 있다. 이에 회전하는 제1롤러(72)의 외부 둘레에 기능성 실리콘 용액이 묻을 수 있다.
라이프(73)는 제1롤러(72) 일측에 배치되어 있으며 적어도 일부분이 제1롤러(72) 외부 둘레와 기설정된 간격으로 떨어져 있다. 라이프(73)는 제1롤러(72)에 불규칙한 두께로 묻은 기능성 실리콘 용액이 균일해질 수 있도록 기능성 실리콘 용액을 긁어낸다.
라이프(73)와 제1롤러(72)의 간격에 따라 제1롤러(72)에 묻은 기능성 실리콘 용액의 두께, 용량 등이 달라질 수 있다. 도면에는 도시하지 않았지만 라이프(73)는 위치조절유닛(도시하지 않음)과 연결될 수 있다. 위치조절유닛은 라이프(73)의 위치를 변경하여 라이프(73)와 제1롤러(72) 사이 간격을 조절한다.
제2롤러(74)는 제1롤러(72) 위에 배치되어 있고 제1롤러(72)와 기설정된 간격으로 떨어져 있다. 제1롤러(72)와 제2롤러의 외부 둘레면 간격은 기재(100)의 두께 보다 좁다. 제1롤러(72)와 제2롤러(74)의 간격은 기재(100)의 두께에 따라 달라질 수 있다. 제1롤러(72)와 제2롤러(74) 사이에는 컨베이어의 벨트가 생략되어 있다.
제1롤러(72)와 제2롤러(74)는 연동되어 있으며 제2롤러(74)는 반 시계방향으로 회전할 수 있다. 제1롤러(72)와 제2롤러(74)의 회전 속도는 컨베이어가 기재(100)를 이송하는 속도와 같다. 제1롤러(72)와 제2롤러(74)의 회전방향은 컨베이어의 벨트 이송 방향에 따라 달라질 수 있다.
제1롤러(72)와 제2롤러(74) 사이로 기재(100)가 통과할 수 있다. 제1롤러(72)는 기재(100) 일면에 기능성 실리콘 용액을 도포하는 동시에 제2롤러(74)와 함께 기재(100)를 가압한다. 기재(100)의 일면과 타면에 도포된 기능성 실리콘 용액은 기재(100) 내부로 침투하여 함침될 수 있다.
건조부(80)는 컨베이어 상에 설치되어 있으며 기능성 실리콘 용액이 함침된 기재(100)를 건조시킨다. 건조부(80)는 열풍, 히터 등을 이용하여 기재(100)를 건조할 수 있다. 건조 시 기재(100)는 기능성 실리콘 용액이 함침되어 있어 손상되지 않는다. 건조부(80)의 세부 구조는 널리 공지된 건조기 구성이 적용될 수 있는바, 상세 구조에 대한 설명은 생략한다.
한편, 본 실시예에 따른 실리콘 필터 제조장치는 재단부(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다. 재단부는 건조된 기재(100)를 기설정된 크기로 재단하여 자동차, 에어컨, 공기청정기 등에 설치될 수 있는 필터를 형성한다. 필터의 크기는 적용되는 대상에 따라 다르다.
다음으로 도 3을 참고하여 실리콘 필터 제조방법에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 실리콘 필터 제조방법을 나타낸 블록도이다.
도 3을 참고하면, 본 실시예에 따른 실리콘 필터 제조방법은, a) 실리콘(silicone) 용액과 기능성 첨가제를 포함하는 기능성 실리콘 용액을 제조하는 실리콘 용액 제조단계(S10), b) 상기 기능성 실리콘 용액을 공급받아 제1공급부와 제2공급부로 정량 공급하는 기능성 실리콘 용액 공급단계(S20), c) 상기 제1공급부 하부로 오픈셀 구조를 갖는 다공성 소재인 기재를 이송하는 기재 이송단계(S30), d) 상기 제1공급부를 통해 상기 기재의 일면에 상기 기능성 실리콘 용액을 도포하는 1차공급단계(S40), e) 상기 제1공급부의 하부를 통과한 기재를 상기 제2공급부로 통과시키면서 가압하여 상기 기능성 실리콘 용액이 함침된 기재를 제조하는 2차공급단계(S50) 및 f) 상기 기능성 실리콘 용액이 함침된 기재를 건조시켜 오픈셀 구조를 갖는 실리콘 필터를 제조하는 건조단계(S60)를 포함하여, 상기 기재의 표면과 오픈셀 사이 또는 서로 이웃하는 오픈셀들 사이에 위치하는 재료(material)와 상기 기능성 첨가제 성분이 분산된 실리콘 수지를 함유하며 상기 재료의 표면을 감싸는 코팅층(coating layer)을 포함하는 구조를 갖고, 상기 실리콘 필터의 단위 부피당 상기 재료와 상기 코팅층을 5 내지 30: 70 내지 95의 부피비로 포함하는 실리콘 필터를 제조한다.
상기 a) 단계는, 교반기(40)에서 상기 기능성 실리콘 용액 및 상기 기능성 첨가제를 함유하는 원료를 10℃ 내지 30℃에서 5분 내지 50분 동안 교반하여 상기 기능성 실리콘 용액을 제조하는 단계일 수 있다(S10). 상기 온도와 시간의 범위에서 교반하였을 때 충분하게 원료들이 혼합되고 기능성 성분들이 용액 내에서 잘 분산되면서도 기능성 실리콘 용액의 경화가 진행되어 기능성 실리콘 용액의 점도가 너무 높아지지 않을 수 있다.
상기 기능성 실리콘 용액은 주쇄의 말단에 비닐기를 포함하는 폴리디메틸실록산, 주쇄의 말단 또는 측쇄에 수산화기를 포함하는 폴리실라놀, 충진제, 및 경화제를 함유하는 것일 수 있고, 필요에 따라서 반응지연제, 점도조절용제, 발색제 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 더 함유하는 것일 수 있다.
상기 기능성 실리콘 용액은 일액형이 적용될 수 있고, 이액형이 적용될 수도 있는데, 이액형을 적용하는 경우, 상기 a) 단계에서 상기 폴리디메틸실록산을 함유하는 제1타입용액과 상기 폴리실라놀을 함유하는 제2타입용액을 혼합하여 제조하며, 상기 제1타입용액은 반응지연제를 제2타입용액은 경화제를 각각 포함할 수 있다.
상기 충진제는 비정질 실리카, 경질 실리카, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나가 적용될 수 있고, 상기 점도조절용제는 유기용액이 적용될 수 있고, 구체적으로 알코올, 아세톤, 에테르, 벤젠, 톨루엔, 크실렌 등 중에서 1 또는 2 이상이 적용될 수 있다. 상기 반응지연제는 아세틸레닉 알코올, 디카르복실릭 산 에스터, 케톡심 등이 적용될 수 있고, 상기 경화제로는 백금 착화합물, 붕산 등이 적용될 수 있다.
상기 폴리실라놀은 상기 폴리디메틸실록산 100 중량부를 기준으로 20 내지 120 중량부로 포함될 수 있고, 이러한 경우 비교적 짧은 경화 시간에도 충분한 경과가 진행되고 경화 후에도 우수한 물성을 갖는 실리콘을 제조할 수 있다.
상기 충진제는 상기 폴리디메틸실록산 100 중량부를 기준으로 10 내지 80 중량부의 비율로 포함될 수 있고, 이러한 경우 실리콘 원료의 함량을 줄이면서도 물성이 우수하고 고온에서도 안정성이 향상된 실리콘을 제조할 수 있다.
상기 기능성 첨가제는 항균 특성, 항곰팡이 특성 및 탈취 성능을 갖는 것이 적용될 수 있고, 원적외선 방출 특성이 더 부가된 것이 적용될 수 있다. 상기 기능성 첨가제는 분말 형태로 위의 기능성 실리콘 용액에 첨가되어 실리콘 필터에 기능성을 부여할 수 있으며, 구체적으로 상기 기능성 첨가제는 인산 지르코늄, 제올라이트, 및 은이온이 포함되는 것일 수 있다.
상기 기능성 첨가제가 인산 지르코늄, 제올라이트 및 은이온이 포함하는 경우에는, 기능성 실리콘 용액 내에 고르게 분산되어 경과과정을 거쳐서 형성되는 실리콘에 우수한 기능성을 부여할 수 있다.
상기 기능성 실리콘 용액은 상기 기능성 실리콘 용액 100 중량부를 기준으로 3 내지 50 중량부의 기능성 첨가제를 함유하는 것일 수 있고, 5 내지 27 중량부로 함유하는 것일 수 있고, 5 내지 15 중량부로 함유하는 것일 수 있다. 상기 기능성 첨가제의 함량이 3 중량부 미만일 경우에는 제조된 실리콘 필터에서 기능성의 발휘가 충분하지 않을 수 있고, 50 중량부를 초과하는 경우에는 과량의 기능성 첨가제가 첨가되어 기능성 실리콘 용액 내에서 뭉침 현상이 발생하거나 기능성 성분들의 고른 분산이 어려워질 수 있다. 상기 기능성 실리콘 용액은 상기 기능성 첨가제를 5 내지 15 중량부로 첨가하는 것이 가장 좋은데, 이때 제조된 실리콘 필터에서 항균, 항곰팡이, 탁취 성능 발휘가 충분하면서도 제조시 작업성이 우수하고 경제적으로 실리콘 필터 제조가 가능하다.
제조된 기능성 실리콘 용액은 공급기(50)로 공급하며 공급기(50)는 공급된 기능성 실리콘 용액을 제1공급부(60)와 제2공급부(70)로 정량 배출하여 공급한다(S20).
상기 b) 단계에서 제1공급부와 제2공급구로 정량 공급되는 상기 기능성 실리콘 용액의 양은, 상기 기재인 폴리우레탄 폼 100 중량부를 기준으로 500 내지 950 중량부인 것이 좋은데, 이러한 범위로 적용할 경우 기재의 오픈셀 구조를 막지 않으면서도 기재에 기능성 실리콘 용액을 충분하게 함침시킬 수 있다.
또한, 상기 기능성 실리콘 용액은 점도가 5 내지 80 Pa·s(25 ℃)인 것이 좋은데, 이러한 범위의 점도를 갖는 기능성 실리콘 용액을 적용하는 경우에는 다공성인 기재의 오픈셀을 막지 않으면서 내부까지 실리콘 코팅층이 형성될 수 있다.
컨베이어는 기재(100)를 제1공급부(60)와 제2공급부(70)로 기 설정된 속도로 이송한다(S30).
상기 기재는 오픈셀 구조를 갖는 다공성 소재로, 스폰지 또는 부직포 형태의 유체투과성 소재가 적용되며, 구체적으로 폴리우레탄 폼((폴리에테르 폼(Poly ether foam), 폴리에스테르 폼(Poly ester foam)), 부직포(Felt) 또는 이들의 적층체가 상기 기재로 적용될 수 있다.
기재(100)는 적용되는 자동차, 에어컨, 공기청정기 등의 장착 대상 규격에 맞게 재단된 상태에서 공급되거나 기설정된 길이를 갖고 연속 공급될 수 있다.
기재는 10PPI 내지 80PPI의 기공을 갖는 것일 수 있고, 기공이 10PPI 미만인 경우 통기성이 저하될 수 있으며 기능성 실리콘 용액에 의해 막힐 수 있으며, 80PPI를 초과할 경우 얇은 두께로 적용 시에 필터 성능이 충분하지 않을 수 있다.
상기 기재로 폴리우레탄 폼을 적용하면, 표면이 거칠지 않아서 기능성 실리콘 용액에 함침 및 건조한 후에 표면을 매끄럽게 하는 쉐이빙(shaving) 작업을 할 필요가 없는 장점이 있다.
상기 기재로 적용되는 부직포는 천연, 화학, 유리, 금속 등 각종 섬유를 상호간의 특성에 따라 엉키게 하여 시트 모양의 웨이브를 형성하고 이를 기계적 또는 물리적인 방법으로 결합시켜 만든 평면 구조를 갖기 때문에, 인열강도, 내열성, 내한성 및 통기성이 우수한 장점이 있다.
따라서 상기 실리콘 필터의 기재로 폴리우레탄 폼 또는 부직포가 적용될 수 있고, 폴리우레판 폼과 부직포의 적층체가 적용될 수 있으며, 적층체를 적용하는 경우에는 쉐이빙 작업 등의 후처리가 간단하면서 내열성, 내한성 인열강도 등이 향상된 실리콘 필터를 제조할 수 있다.
기능성 실리콘 용액을 공급받은 제1공급부(60)는 기능성 실리콘 용액을 기재 일면에 공급(도포)한다(S40). 제1공급부(60)는 기재(100)의 이송 속도와 기재(100)의 두께를 고려하여 기재(100) 일면에 기능성 실리콘 용액을 도포하게 된다. 이때 기능성 실리콘 용액 일부는 기재(100) 내부로 침투할 수 있다.
일면에 기능성 실리콘 용액이 도포된 기재(100)는 컨베이어에 의해 제2공급부(70)로 공급되어 회전하는 제1롤러(72)와 제2롤러(74)를 통과한다.
기재(100)가 제1롤러(72)와 제2롤러(74) 사이를 통과할 때 제1롤러(72)에 묻은 기능성 실리콘 용액은 기재(100)의 타면에 도포된다. 기재(100)가 제1롤러(72)와 제2롤러(74) 사이를 통과할 때 기재(100)는 제1롤러(72)와 제2롤러(74)에 의해 눌린다. 기재(100) 일면과 타면에 도포된 기능성 실리콘 용액은 기재(100) 내부로 침투되어 기능성 실리콘 용액이 함침된 기재를 제조하게 되고, 기재(100)의 표면 및 내부는 기능성 실리콘 용액에 의해 코팅된다(S50).
상기 e) 단계에서 상기 제1롤러 및 상기 제2롤러의 가압은 0.5 내지 30 (kg/㎠)로 이루어질 수 있고, 이러한 압력의 범위로 가압이 진행되는 경우에는 여분의 기능성 실리콘 용액이 기재의 내부 또는 표면에 남아 오픈셀 구조를 막을 가능성을 최소화할 수 있다.
제2공급부(70)를 통과한 기재(100)는 컨베이어를 통해 건조부(80)로 이송된다. 건조부(80)는 함침된 기재(100)를 건조한다(S60). 기재(100)의 건조는 100℃ 내지 250℃ 온도에서 1분 내지 50분 동안 진행될 수 있고, 150℃ 내지 250℃에서 5분 내지 50분 동안 진행될 수 있다. 이러한 온도와 시간의 범위에서 진행하는 경우 기능성 실리콘 용액의 용액 제거를 위한 건조 및 실리콘 수지의 경화가 잘 진행되어 충분한 강도를 갖도록 경화된 실리콘 코팅층을 얻을 수 있고, 기능성 실리콘 용액 내에 포함되어 있는 기능성 성분들도 잘 분산된 상태로 경과가 진행되어 실리콘 필터 전체적으로 고른 물성을 갖는 실리콘 필터를 제조할 수 있다. 특히, 상기 건조온도가 150 ℃ 내지 250 ℃ 인 것이 바람직한데, 이 온도에서 건조과정을 진행할 경우 실리콘 용의 경과하 충분하게 진행되지 않아서 기능성 실리콘 용액이 뭍어나오는 것을 방지할 수 있고, 너무 높은 온도에서 건조과정을 진행할 경우 발생할 수 있는 노화현상에 의한 인장특성, 인열특성, 신율 등의 저하 현상을 막을 수 있다.
이때, 함침된 기재는, 건조에 의하여 실리콘 필터로 제조되며, 건조에 의하여 함침되어 있던 기능성 실리콘 용액이 경화되면서 기재의 표면과 오픈셀 사이 또는 서로 이웃하는 오픈셀들 사이에 위치하는 재료(material) 표면을 감싸는 코팅층(coating layer)의 형태로 상기 기능성 첨가제 성분이 분산된 실리콘 수지가 층을 이루며 기재와 상기 기재의 내외부에 위치하는 실리콘 코팅층은 서로 견고하게 결합되고, 실리콘 필터를 형성하게 된다.
이때, 실리콘 필터의 단위 부피당 상기 재료와 상기 코팅층을 5 내지 30: 70 내지 95의 부피비로 포함되는 것이 좋은데, 이러한 경우 기능성 실리콘 코팅층이 충분하게 기재를 감싸며 고른 코팅층을 형성하여 오픈셀 구조를 유지하면서도 발수 특성을 갖는 기채투과성 실리콘 필터를 제조할 수 있다.
이렇게 제조된 실리콘 필터는 필요한 규격에 맞게 재단될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예는 오픈 셀 구조인 다공성 기재와 기능성 첨가제 성분이 분산된 실리콘 수지를 함유하는 실리콘 필터이다. 상기 실리콘 필터는 상기 기재의 표면과 오픈셀 사이 또는 서로 이웃하는 오픈셀들 사이에 위치하는 재료(material)와 상기 기능성 첨가제 성분이 분산된 실리콘 수지를 함유하며 상기 재료의 표면을 감싸는 코팅층(coating layer)을 포함하는 구조를 갖고, 상기 실리콘 필터의 단위 부피당 상기 재료와 상기 코팅층의 함유 비율은 5 내지 30: 70 내지 95의 부피비이며, 기체투과성과 발수성을 갖는다.
상기 실리콘 필터는 기능성 첨가제 성분에서 유래하는 항균, 항곰팡이, 탈취 기능성을 갖을 수 있고, 원적외선 방출 효과를 가질 수도 있다.
상기 코팅층은 실리콘 고무를 포함하고, 기능성 첨가제 성분들은 이 실리콘 고무에 분산되어 있는데, 상기 기능성 첨가제로는 좋게는 인산 지르코늄, 제올라이트, 및 은이온이 포함될 수 있다.
상기 실리콘 필터는 인장강도와 인열강도가 우수하고, 특히 내열성, 내한성이 우수해 -60℃ +250 ℃ 이상에서도 기능이 유지되며, 동시에 발수성도 우수하여, 상기 실리콘 필터의 내가 수분에 의하여 오염될 경우 고온가압 작업에 의하여 수분을 외부로 배출한 후 사용이 가능해 내구성이 유지되는 수명이 길다는 장점도 갖는다.
본 실시예에 따른 실리콘 필터는 오픈 셀 구조인 다공성 기재와 기능성 첨가제 성분이 분산된 실리콘 수지를 함유한다. 실리콘 필터는 기재의 표면과 오픈셀 사이 또는 서로 이웃하는 오픈셀들 사이에 위치하는 재료(material)와 기능성 첨가제 성분이 분산된 실리콘 수지를 함유하며 상기 재료의 표면을 감싸는 코팅층(coating layer)을 포함하는 구조를 갖는다.
실리콘 필터의 단위 부피당 상기 재료와 상기 코팅층의 함유 비율은 5 내지 30: 70 내지 95의 부피비이며, 기체투과성과 발수성을 갖는다.
실리콘 필터는 기능성 첨가제에 의해 항균력, 탈취, 항곰팡이, 원적외선 특성을 갖는다.
기능성 실리콘 용액이 기재(100)의 표면, 내부 구조체 등을 감싸 보호하게 되면서 물 세척 시에도 기재(100)는 손상되지 않는다. 또한 필터 사용으로 필터에 흡착된 이물질이 경화된 기능성 실리콘 용액에 흡착되므로 물 세척 시 이물질은 필터에서 쉽게 제거될 수 있다.
이물질 제거로 세척 한 필터를 다시 사용하므로 필터 구입에 따른 비용을 절감할 수 있다.
위 설명에서 본 발명의 실리콘 필터는 자동차, 에어컨, 공기청정기에 적용되는 것으로 설명하였지만, 본 발명의 실리콘 필터 적용분야를 이에 한정하지 않고 공기를 공급하고 배출하는 장치 즉, 공기가 이동하는 통로를 가지는 장치에 얼마든지 적용될 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
<제조예>
본 발명의 실리콘 필터 제조장치를 이용하고, 기재로 폴리우레탄 폼을 적용하여 실리콘 필터를 제조하였다.
주쇄의 말단에 비닐기를 포함하는 폴리디메틸실록산과 지연제를 함유하는 제1타입용액과 주쇄의 말단 또는 측쇄에 수산화기를 포함하는 폴리실라놀과 경화제를 함유하는 제2타입용액을 동량으로 혼합하며 기능성 실리콘 용액 100 중량부에 인산 지르코늄, 제올라이트, 및 은이온이 포함된 기능성 첨가제 7 중량부를 넣고 교반기로 교반하여 기능성 실리콘 용액을 제조하였고, 이를 공급기에 공급한 후 컨베어 벨트로 이송되는 폴리우레탄 폼에 도포하고 내부까지 용액이 잘 침투될 수 있도록 제1롤러와 제2롤러로 가압하여 기능성 실리콘 용액이 함침된 기재를 제조했다. 이 함침된 기재는 이후 건조부를 거치면서 150 내지 250 ℃를 유지하면서 5 내지 50분 동안 건조 및 경화과정이 진행된 후 재단되었으며 그 내부 형태를 광학현미경으로 관찰해 도 5에 나타내었다. 도 5를 참조하면, 제조에의 샘플이 폴리우레탄 폼의 표면과 오픈셀 사이 또는 서로 이웃하는 오픈셀들 사이에 위치하는 우레탄 재료에 기능성 첨가제를 함유하는 실리콘 수지 코팅층이 잘 형성되면서도 오픈셀 구조를 유지하고 있다는 점을 확인할 수 있었다.
이렇게 제조된 실시예의 샘플은 이후 실험예에서 그 기능을 평가하였다.
<시험예>
위에서 제조한 실리콘 필터를 사단법인 한국원적외선협회 부설 한국원적외선 응용평가연구원에 의뢰하여 항균, 항곰팡이, 탈취 성능 등을 평가하였다.
항균 특성은 대장균(Escherichia coli ATCC 25922)와 포도상구균(Staphyococcus aureus ATCC 6528)을 이용하여 KFIA-FI-1003에 제시된 시험방법에 의하여 평가하였고, 그 결과를 아래 표 1에 나타내었다.
시험균주 시료 초기농도
(CFU/ml)		 24시간 경과후
(CFU/ml)		 감소율
대장균 대조군 1.4*105 3.1*106 -
실시예 필터 1.4*105 1.0*103 이하 99.9
포도상구균 대조군 2.5*105 4.2*106 -
실시예 필터 2.5*105 1.0*103 이하 99.9
항곰팡이 특성은 ASTM G-21에 제시된 방법에 따라서 평가했고, 곰팡이 균주로는 Aspergillus niger ATCG 9642, Penicillium picophilum ATCC 11797, Chaetomium globosum ATCC 6205, Aspergillus flavus ATCC 9643, 그리고 Aspergilus versicolor ATCC 11730 혼합균주를 적용하였다.
결과의 판독은, 시료에서 균의 성장을 나안으로 인지할 수 없는 경우를 0, 시료에서 10% 이하의 균이 성장하는 경우 1, 10 내지 30%의 균이 성장하는 경우를 2, 30 내지 60%의 균이 성장하는 경우를 3, 60% 이상의 균이 성장하는 경우를 4로 평가했다. 총 4주간 곰팡이 배양 실험을 진행한 결괴, 1주부터 4주 후까지 전 기간의 판독 결과가 0으로 나타났으며, 실시예의 필터는 우수한 항곰팡이 특성을 갖는 것으로 평가되었다.
탈취특성은 KFIA-FI-1004에 제시된 방법에 따라서 암모니아 가스와 가스검지관을 이용한 가스농도측정의 방법으로 진행했고, 그 결과를 아래 표 2에 나타내었다.
경과시간(분) blank 농도(ppm) 시료 농도(ppm) 탈취율(%)
0 500 500 -
30 470 170 64
60 450 150 67
90 440 130 70
120 430 120 72
또한, 실리콘 필터의 제조시 적용디는 기재에 해당하는 폴리우레탄 폼을 비교예로 그리고 위의 제조예에서 제조한 실리콘 필터 샘플을 실시예로 적용하여 기계적 물성과 노화 시험(150 ℃에서 72시간 경과) 진행 후 물성 변화를 평가해서 아래 표 3에 나타내었다.
노화전 샘플 인장강도(Mpa) 신장률(%) 인열강도(N/cm) 겉보기밀도(kg/m3)
비교예 0.16 220 10.3 34.0
실시예 0.31 160 21.2 139.9
노화후 샘플 인장강도(Mpa) 신장률(%) 인열강도(N/cm) 겉보기밀도(kg/m3)
비교예 0.15 230 10.0 33.6
실시예 0.32 150 22.6 143.8
상기 항균, 항곰팡위 및 탈취 성능 평가 결과를 참조하면, 높은 항균력과 항곰팡이 성능을 보여주었으며, 탈취성능의 경우에는 대략 65 전후로 우수한 특성을 보였다. 또한, 기계적 물성 평가의 경우, 폴리우레탄 폼과 비교하여 신장률은 떨어졌으나 인장강도나 인열강도 겉보기밀도 값이 모두 향상되었고, 특히 노화 후 평가에서도 우수한 특성이 유지되는 것으로 나타나 내구성이 우수한 것으로 평가되었다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 기재 10: 제1저장조
20: 제2저장조 30: 제3저장조
40: 교반기 41: 용기
42: 휀 50: 공급기
51: 용기 52: 가압유닛
60: 제1공급부 61: 호퍼
611: 배출구 62: 조절유닛
70: 제2공급부 71: 수조
72: 제1롤러 73: 라이프
74: 제2롤러 80: 건조부

Claims (12)

  1. a) 실리콘(silicone) 용액과 기능성 첨가제를 포함하는 기능성 실리콘 용액을 제조하는 기능성 실리콘 용액 제조단계,
    b) 상기 기능성 실리콘 용액을 공급받아 제1공급부와 제2공급부로 정량 공급하는 기능성 실리콘 용액 공급단계,
    c) 상기 제1공급부 하부로 오픈셀 구조를 갖는 다공성 소재인 기재를 이송하는 기재 이송단계,
    d) 상기 제1공급부를 통해 상기 기재의 일면에 상기 기능성 실리콘 용액을 도포하는 1차공급단계,
    e) 상기 제1공급부의 하부를 통과한 기재를 상기 제2공급부로 통과시키면서 가압하여 상기 기능성 실리콘 용액이 함침된 기재를 제조하는 2차공급단계 및
    f) 상기 기능성 실리콘 용액이 함침된 기재를 건조시켜 오픈셀 구조를 갖는 실리콘 필터를 제조하는 건조단계
    를 포함하고,
    상기 실리콘 필터는,
    상기 기재의 표면과 오픈셀 사이 또는 서로 이웃하는 오픈셀들 사이에 위치하는 재료(material)와 상기 기능성 첨가제 성분이 분산된 실리콘 수지를 함유하며 상기 재료의 표면을 감싸는 코팅층(coating layer)을 포함하는 구조를 갖고,
    상기 실리콘 필터의 단위 부피당 상기 재료와 상기 코팅층을 5 내지 30: 70 내지 95의 부피비로 포함하는
    실리콘 필터 제조방법.
  2. 제1항에서,
    상기 e) 단계는,
    상기 d) 단계를 통과한 상기 기재는 제1롤러와 제2롤러 사이를 통과하며, 상기 기능성 실리콘 용액이 수용된 수조에 상기 제1롤러의 적어도 일부분이 잠긴 상태에서 회전하여 상기 기능성 실리콘 용액을 상기 기재의 타면에 공급하고, 상기 기재의 일면과 타면에 도포된 상기 기능성 실리콘 용액은 상기 제1롤러 및 상기 제2롤러의 가압으로 상기 기재의 내부로 침투되는
    실리콘 필터 제조방법.
  3. 제1항에서,
    상기 f) 단계의 건조는 상기 기능성 실리콘 용액이 함침된 기재를 150℃ 내지 250℃에서 5분 내지 50분 동안 건조하는 실리콘 필터 제조방법.
  4. 제1항에서,
    상기 기재는 스폰지 또는 부직포 형태의 유체투과성 다공성 기재이고, 상기 실리콘 필터는 오픈셀 구조의 기체투과성 재료로 발수성을 갖는 실리콘 필터 제조방법.
  5. 제1항에서,
    상기 기능성 실리콘 용액은 상기 기능성 실리콘 용액 100 중량부를 기준으로 3 내지 50 중량부의 기능성 첨가제를 함유하는 실리콘 필터 제조방법.
  6. 제1항에서,
    상기 기능성 실리콘 용액은 점도가 0.5 내지 80 Pa·s(25 ℃)인 실리콘 필터 제조방법.
  7. 제2항에서,
    상기 e) 단계에서 상기 제1롤러 및 상기 제2롤러의 가압은 0.5 내지 30 (kg/㎠ 단위)로 이루어지는 실리콘 필터 제조방법.
  8. 제1항에서,
    상기 b) 단계에서 제1공급부와 제2공급부로 정량 공급되는 상기 기능성 실리콘 용액의 양은, 상기 기재인 폴리우레탄 폼 100 중량부를 기준으로 500 내지 950 중량부인 실리콘 필터 제조방법.
  9. 오픈 셀 구조인 다공성 기재와 기능성 첨가제 성분이 분산된 실리콘 수지를 함유하는 실리콘 필터로,
    상기 기재의 표면과 오픈셀 사이 또는 서로 이웃하는 오픈셀들 사이에 위치하는 재료(material)와 상기 기능성 첨가제 성분이 분산된 실리콘 수지를 함유하며 상기 재료의 표면을 감싸는 코팅층(coating layer)을 포함하는 구조를 갖고,
    상기 실리콘 필터의 단위 부피당 상기 재료와 상기 코팅층의 함유 비율은 5 내지 30: 70 내지 95의 부피비이며, 기체투과성과 발수성을 갖는
    실리콘 필터.
  10. 제1타입용액이 저장될 수 있는 제1저장조,
    상기 제1저장조와 구획되어 있으며 제2타입용액이 저장될 수 있는 제2저장조,
    기능성 첨가제가 저장될 수 있는 제3저장조,
    상기 제1타입용액, 상기 제2타입용액 및 상기 기능성 첨가제가 수용될 수 있고 상기 제1타입용액, 상기 제2타입용액 및 상기 기능성 첨가제를 혼합하여 기능성 실리콘 용액을 제조할 수 있는 교반기,
    상기 기능성 실리콘 용액이 저장될 수 있는 공급기,
    상기 공급기를 통해 공급된 상기 기능성 실리콘 용액을 이송되는 다공성 소재인 기재의 일면에 도포할 수 있는 제1공급부,
    이송되는 상기 기재의 타면에 상기 기능성 실리콘 용액을 도포할 수 있고 상기 기능성 실리콘 용액이 상기 기재 내부로 함침되게 가압할 수 있는 제2공급부 및
    상기 기능성 실리콘 용액이 함침된 상기 기재를 건조시킬 수 있는 건조부
    를 포함하는 실리콘 필터 제조장치.
  11. 제10항에서,
    상기 제2공급부는
    상기 공급기와 연결되어 있고 상기 기능성 실리콘 용액이 유입될 수 있는 수조,
    상기 수조에 위치하고 적어도 일부분이 상기 기능성 실리콘 용액에 잠길 수 있고 상기 기재의 타면과 접할 수 있는 제1롤러 및
    상기 제1롤러 위에 위치하고 상기 기재의 일면과 접할 수 있는 제2롤러
    를 포함하고,
    상기 제1롤러는 회전되면서 상기 기능성 실리콘 용액을 상기 기재의 타면에 도포하는 동시에 상기 제2롤러와 함께 상기 기재를 가압하여 상기 기재의 일면과 타면에 도포된 상기 기능성 실리콘 용액이 상기 기재 내부로 침투되도록 하는
    실리콘 필터 제조장치.
  12. 제11항에서,
    상기 제2공급부는,
    상기 제1롤러의 표면에 묻은 상기 기능성 실리콘 용액이 균일 해지도록 하는 라이프를 더 포함하는 실리콘 필터 제조장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20220017541A (ko) * 2020-08-04 2022-02-14 주식회사 동성실리콘 실리콘 폴리우레탄 폼 및 이의 제조방법

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