KR20170120372A - 미세먼지 차단용 윈도우 필터 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미세먼지 차단용 윈도우 필터에 관한 것으로 기재와 나노섬유 웹으로 구성된 나노스크린 여재와 방충망을 포함하는 기재로 구성되어, 미세먼지, 황사 또는 매연 등으로부터 국민들의 건강을 효과적으로 보호할 수 있는 효과가 있다.

Description

미세먼지 차단용 윈도우 필터 및 이의 제조방법{Window filter for blocking fine and yellow dust and its manufacturing method}

본 발명은 미세먼지 차단용 윈도우 필터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 미세먼지나 황사 등을 차단하기 위하여 나노스크린 여재와 방충망으로 구성되는 미세먼지 차단용 윈도우 필터에 관한 것이다.

일반 가정집을 포함한 사무실 등의 각종 건물에 설치되는 창문이나 출입문 등에는 하절기 실외의 모기나 파리 등을 비롯한 각종 해충이 실내로 날아 들어오지 못하도록 별도로 제작된 틀체에 일체형 방충망을 설치하고 있다.

이러한 방충망은 대개 합성수지를 조밀한 그물눈 형태로 성형한 합성수지망이나 혹은 가는 철사나 알루미늄 등을 조밀하게 직조(織造)하여 제작한 금속망을 이용하여 틀체에 장착시킴에 따라 해충이 실내로 들어오지 못하도록 함은 물론 통풍은 원활하게 이루어질 수 있도록 하고 있다.

방충망 구조에 대한 선행기술을 살펴보면 국내 공개실용신안 제1999-0035011호 공보나 또는 등록실용신안 제0382472호 공보에는 기존 방충망의 일부가 손상되었을 경우 방충망을 전체 교체하지 않고도 손쉽고 간편한 보수작업에 의해 손상된 부위를 보수할 수 있도록 함에 따라 작업시간을 대폭 단축하고, 경제적인 비용을 절감할 수 있는 방충망 보수 구조에 대해 개시하고 있고, 대한민국 공개실용신안공보 2010-3529호는 가로와 세로로 조밀한 격자모양이 반복적으로 형성되는 보수망의 후면 테두리부에 이형지가 구비된 띠형태의 양면테이프를 일체형으로 접착하여 제작하고, 이 양면테이프의 이형지를 떼어낸 상태에서 방충망의 파손된 손상 부위에 보수망을 직접 부착시킬 수 있도록 구성된 보수가 용이한 방충망 시트에 대하여 나타나 있다.

또한 대한민국 공개특허공보 2010-32078호는 창문이나 출입문에 인접하여 설치되는 틀체와, 이 틀체의 측면 사방에 접착되는 양면 테이프와, 이 양면 테이프에 일측면이 접착됨과 동시에 접힘부를 사이에 두고 제1 및 제2벨크로가 마련되어 있는 결속부재와, 이 결속부재 내에 사방 가장자리가 고정되는 그물눈 형태의 방충망으로 이루어지며, 상기 결속부재의 동일면 상에서 돌출하여 일체로 압출 성형된 제1 및 제2벨크로가 접혀져 서로 맞물려 끼워지는 것에 의해 방충망을 고정시킬 수 있도록 구성한 것을 특징으로 한 방충망 착설 구조체에 대하여 개시되어 있다.

그러나 상기 기술은 방충망의 보수를 용이하게 하기 위한 것 또는 결속을 단단하게 하기 위한 것으로서 미세먼지나 황사 등을 차단하기 위한 본 발명의 과제와는 무관하다. 황사나 미세먼지 또는 매연 등은 매년 발생량이 급증하고 있고 국민 건강에 직접적인 영향을 끼치고 있으나 아직까지 이를 효과적으로 해결할 수 있는 방충망에 대해서는 개시된 바 없다.

대한민국 공개실용신안 제1999-0035011호 대한민국 등록실용신안 제0382472호 대한민국 공개실용신안공보 2010-3529호 대한민국 공개특허공보 2010-32078호

본 발명은 황사, 미세먼지 및 매연 등을 효과적으로 차단하기 위하여 나노섬유 웹을 포함하는 나노스크린 여재를 방충망에 부착시킨 미세먼지 차단용 윈도우 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에 따르면 방충망; 및 상기 방충망의 일측면에 형성된 나노스크린 여재;로 구성되어 있으며, 상기 나노스크린 여재는 기재와 상기 기재 상에 고분자 방사용액을 전기방사함으로 제조되는 나노섬유 웹으로 구성되고, 상기 방충망과 나노스크린 여재의 나노섬유 웹이 서로 마주보게 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 미세먼지 차단용 윈도우 필터를 제공한다. 이때 상기 나노스크린 여재에 있어서, 나노섬유 웹과 기재 사이는 접착제를 통해 접착되는 것이 가능하며, 나노스크린 여재의 기재는 나일론 메쉬, 폴리에스터 메쉬로 구성된 군에서 선택된 1종인 것이 바람직하다. 또한 상기 나노스크린 여재와 방충망은 초음파 본딩 또는 접착제에 의해 접착되어 있는 것이 가능하며 상기 고분자 방사용액은 폴리비닐리덴 플루오라이드, 나일론 및 폴리우레탄(PUR)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상이고, 평량은 0.01 내지 1.0g/m2인 것이 바람직하다. 또한 상기 방충망은 폴리에스터 메쉬(Polyester mesh), 이성분 기재(bicomponent substrate), 유리섬유 메쉬(Fiberglass Mesh) 또는 나일론 메쉬(Nylon Mesh)로 구성된 군에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하고, 평량은 10 내지 50g/m2인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 바람직한 실시 형태에 따르면 상기 나노섬유 웹은 전기방사에 의해 제조되며, 전기방사는 온도조절 장치를 이용하여 고분자 방사용액이 노즐을 통해 45 내지 120℃의 고온에서 전기방사되어 제조되는 것을 특징으로 하는 미세먼지 차단용 윈도우 필터를 제공한다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시 형태에 따르면 상기 전기방사는 2개 이상의 전기방사장치로 구성되고, 상향식과 하향식 전기방사장치가 교대로 배치되며, 각 전기방사장치 사이에는 회전장치가 구비되어 적층체를 회전시켜 기재의 한쪽 면에 연속적으로 나노섬유 웹을 적층하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 차단용 윈도우 필터를제공한다.

본 발명의 다른 바람직한 실시 형태에 따르면 기재를 준비하는 단계, 상기 기재를 전기방사장치에 이동시켜 기재 상에 고분자 방사용액을 전기방사하여 나노섬유 웹을 적층하여 나노스크린 여재를 제조하는 단계 및 상기 나노스크린 여재를 구성하는 나노섬유 웹 상에 방충망을 부착하는 단계를 포함하는 미세먼지 차단용 윈도우 필터의 제조방법을 제공한다. 여기서 상기 나노스크린 여재의 기재는 나일론 메쉬, 폴리에스터 메쉬로 구성된 군에서 선택된 1종인 것이 바람직하고, 상기 방충망은 폴리에스터 메쉬(Polyester mesh), 이성분 기재(bicomponent substrate), 유리섬유 메쉬(Fiberglass Mesh) 또는 나일론 메쉬(Nylon Mesh)로 구성된 군에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하고, 평량은 10 내지 50g/m2인 것이 바람직하다. 또한 상기 나노섬유 웹 상에 방충망을 부착하는 단계는 초음파 본딩(Ultrasonic Bonding)을 하는 것 또는 접착제 도포하는 것이 가능하며, 상기 나노섬유 웹을 기재 상에 적층하는 단계는 기재 상에 접착제를 도포한 후 고분자 방사용액을 전기방사하는 것을 포함한다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시 형태에 따르면 상기 기재 상에 고분자 방사용액을 전기방사하여 나노섬유 웹을 적층하는 단계에서 전기방사는 온도조절장치를 이용하여 고분자 방사용액이 노즐을 통해 45 내지 120 ℃인 고온에서 전기방사되는 것을 특징으로 하는 미세먼지 차단용 윈도우 필터의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 다른 바람직한 실시 형태에 따르면 상기 기재 상에 고분자 방사용액을 전기방사하여 나노섬유 웹을 적층하는 단계는 상기 기재의 일면에 상향식 전기방사장치로 고분자 방사용액을 전기방사하여 제1 나노섬유 웹을 적층형성하는 단계, 상기 제1 나노섬유 웹이 적층형성된 적층체가 회전장치를 지나면서 하부면이 상부면으로 180도 회전하는 단계, 상기 제1 나노섬유 웹 상에 하향식 전기방사장치로 고분자 방사용액을 전기방사하여 제2 나노섬유 웹을 연속적으로 적층하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 나노섬유 웹을 구성하는 고분자는 폴리비닐리덴 플루오라이드, 나일론 및 폴리우레탄(PUR)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상이고, 평량은 0.01 내지 1.0g/m2인 것을 특징으로 하는 미세먼지 차단용 윈도우 필터의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 미세먼지 차단용 윈도우 필터는 나노섬유 웹을 이용함으로서 각종 미세먼지, 황사 또는 매연 등으로부터 국민들의 건강을 효과적으로 보호함은 물론, 호흡기 계통이나 기관지 계통 그리고 폐질환등 2차적인 질환까지도 보호할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 윈도우 필터는 먼지를 차단하면서 동시에 공기투과율도 우수한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 나노섬유 제조장치를 개략적으로 나타내는 측면도,
도 2는 본 발명의 나노섬유 제조장치의 각 전기방사장치 내에 설치되는 노즐블록을 개략적으로 나타내는 평면도,
도 3은 본 발명의 나노섬유 제조장치의 각 전기방사장치 내에 설치되는 노즐블록 내에 온도조절을 위한 열선이 설치된 모습을 개략적으로 나타내는 정단면도,
도 4는 도 3의 A-A선 단면도,
도 5 및 도 6은 본 발명의 나노섬유 제조장치의 회전장치의 일 실시예로 사용되는 플립장치를 개략적으로 나타낸 단면도,
도 7은 본 발명의 나노섬유 제조장치를 수직방향으로 배치한 경우의 배치도를 개략적으로 나타낸 측면도,
도 8은 본 발명의 나노섬유 제조장치를 수평방향에 대해 U자로 배치한 경우의 배치도를 개략적으로 나타낸 조감도이다.
도 9는 본 발명의 미세먼지 차단용 윈도우 필터의 단면을 나타내는 도면이다.

본 발명과 관련하여 특허청구범위는 발명의 상세한 설명과 비교하여 그 기술내용을 축소기재하거나, 확장기재 하거나 아니면 동일하게 기재하는 경우로 나눌 수 있다.

발명을 이루는 기술내용의 축소기재는 발명의 상세한 설명에 기재된 사항보다 청구범위에 그 기술범위를 좁게 기재한 경우이고, 확장기재는 축소기재와는 반대로 발명의 상세한 설명에 기재된 사항보다 청구범위에 기재한 기술범위를 넓게 기재한 경우이다. 또한, 동일기재는 발명의 상세한 설명에 기재된 사항을 청구항에 동일하게 기재한 경우를 말한다.

본 발명의 경우 특별한 사정 없이 축소해석 되어서는 아니됨은 명백하다.

또한 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어 들에 의해 한정되어서는 안 된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명에 의한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 본 실시예에서는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시한 것이며, 그 기술적인 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노섬유 제조장치를 개략적으로 나타내는 측면도이고, 도 2는 본 발명의 나노섬유 제조장치의 각 전기방사장치 내에 설치되는 노즐블록을 개략적으로 나타내는 평면도이며, 도 3은 본 발명의 나노섬유 제조장치의 각 전기방사장치 내에 설치되는 노즐블록 내에 온도조절을 위한 열선이 설치된 모습을 개략적으로 나타내는 정단면도이고, 도 4는 도 3의 A-A선 단면도이며, 도 5 및 도 6은 본 발명의 나노섬유 제조장치에서 사용되는 회전장치(20)의 일 실시예인 플립장치(20-1)를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 7은 본 발명의 나노섬유 제조장치를 수직방향으로 배치한 경우의 배치도를 개략적으로 나타낸 측면도이고, 도 8은 본 발명의 나노섬유 제조장치를 수평방향에 대해 U자로 배치한 경우의 배치도를 개략적으로 나타낸 조감도이다. 도 9는 본 발명의 미세먼지 차단용 윈도우 필터의 단면을 나타내는 도면이다.

본 발명에서는 일반적으로 상향식 전기방사장치(10)로만 구성된 나노섬유 제조장치를 이용하는 것이 일반적이나, 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노섬유 제조장치(1)는 상향식 전기방사장치(10) 및 하향식 전기방사장치(30)를 포함하여 구성되되, 상기 상향식 전기방사장치(10) 및 하향식 전기방사장치(30)가 일정간격 이격되어 배열설치된다.

여기서 상기 상향식 전기방사장치(10)와 하향식 전기방사장치(30)는 고분자 방사용액(미도시)이 내부에 충진되는 방사용액 주탱크(11,31) 내의 고분자 방사용액을 토출하되, 핀 형태로 이루어지는 노즐(15,35)이 다수개 배열설치되는 노즐블록(13,33)과 상기 노즐(15,35)의 상단(상향식 전기방사장치의 경우) 및 하단(하향식 전기방사장치의 경우)에 위치하여 분사되는 고분자 방사용액을 집적하기 위하여 노즐(15,35)로부터 일정간격 이격되는 컬렉터(17,37) 및 상기 컬렉터(17,37)에 전압을 발생시키기는 전압 발생장치(14)를 포함하여 구성된다.

상기한 바와 같은 구조에 의하여 본 발명에 의한 나노섬유 제조장치(1)는 상기 상향식 전기방사장치(10) 및 하향식 전기방사장치(30)의 방사용액 주탱크(11,31) 내에 충진되는 방사용액이 계량 펌프를 통하여 높은 전압이 부여되는 다수의 노즐(15,35) 내의 연속적으로 정량 공급되고 노즐(15,35)로 공급되는 고분자 방사용액은 노즐(15,35)을 통해 높은 전압이 걸려있는 컬렉터(17,37) 상에 방사, 집속되어 나노섬유 웹을 형성하며, 형성된 나노섬유 웹을 엠보싱 또는 니들펀칭하여 부직포로 제조한다. 본 발명에서는 컬렉터 상에 기재를 지지체 또는 장척시트로 이용함으로서 기재 상에 나노섬유 웹이 전기방사됨으로 적층형성되는 것을 특징으로 한다. 상기 기재로는 바람직하게는 폴리에스터 메쉬 또는 나일론 메쉬인 것이 바람직하다.

한편, 상기 각 전기방사장치에서 노즐(15,35)이 배치되어 있는 노즐블록(13,33)은 각 관체(112) 내에 온도조절장치(60)가 구비된다. 즉, 상기 각 전기방사장치(10,30) 내에 설치되되, 다수개의 노즐(15,35)로 고분자 방사용액이 공급되는 노즐블록(13,33)의 관체에 고분자 방사용액의 온도를 조절하기 위한 온도조절장치가 구비된다. 여기서, 상기 노즐블록(13,33) 내의 고분자 방사용액의 흐름은 고분자 방사용액이 저장되는 방사용액 주탱크(11,31)로부터 방사용액 유동파이프(미도시)를 통하여 각 관체로 공급된다. 그리고 각 관체에 공급되는 고분자 방사용액은 다수의 노즐(15,35)을 통해 방사 및 토출되어 나노섬유 웹의 형태로 지지체(3)에 집적된다. 이때 각 관체 및 상기 관체의 상부에 길이방향으로 일정간격 이격되어 다수개로 장착되는 노즐(15,35)은 도전부재로 이루어져 전기적으로 접속된 상태로 관체에 장착된다. 여기서 상기 온도조절장치(60)는 각 관체로 공급 및 유입되는 고분자 방사용액의 온도조절을 제어하기 위하여 상기 관체의 내주연에 열선(113) 형태로 구비된다. 즉, 도 2 내지 도 4에서 도시하고 있는 바와 같이 상기 노즐블록(13,33)의 관체 내주연에 열선으로 이루어지는 온도조절장치(60)가 노즐블록(13,33)의 관체 내주연에 나선상으로 형성되어 관체로 공급 및 유입되는 고분자 방사용액의 온도를 조절한다. 본 발명에서는 상온에서 방사하는 것이 일반적이나, 바람직하게 45 내지 120℃인 고온에서 방사하는 것도 가능하다.

본 발명의 일 실시예에서는 상기 노즐블록(13,33)의 관체 내주연에 열선으로 이루어지는 온도조절장치(60)가 나선상으로 구비되어 있으나, 상기 온도조절장치(60)가 열선 형태로 형성되되, 상기 관체의 내주연 방사상에 길이방향으로 다수개 구비되어 고분자 방사용액의 온도를 조절하도록 이루어지는 것도 가능하고, 상기 온도조절장치(60)가 대략 C형태의 관체형상으로 형성되되, 상기 관체의 내주연에 구비되어 고분자 방사용액의 온도를 조절하도록 이루어지는 것도 가능하다.

한편, 상기 나노섬유 제조장치(1)의 전단에는 상향식 전기방사장치(10)가 배치되고 후단에는 하향식 전기방사장치(30)가 배치되고 각 전기방사장치에서 고분자 방사용액이 분사되어 나노섬유가 적층형성되는 지지체(3)를 공급하는 공급롤러(5)가 구비되고, 나노섬유 제조장치(1)의 최후단에는 나노섬유가 적층형성되는 지지체(3)를 권취하기 위한 권취롤러(9)가 구비된다.

여기서, 상기 상향식 전기방사장치(10) 및 하향식 전기방사장치(30)의 고분자 방사용액이 적층되는 지지체(3)는 부직포 또는 직물 등으로 이루어지는 것이 바람직하나 이에 한정하지 아니하나 본 발명에서는 지지체(3)로서 나일론 메쉬 또는 폴리에스터 메쉬로 구성된 기재를 직접 이용하는 것이 바람직하다. 상기 기재의 평량으로는 10 내지 50g/m2인 것이 바람직한데, 평량이 10g/m2 미만이면 나노스크린 여재의 기재로서의 물성이 떨어지며, 평량이 50g/m2를 초과하면 강성도(stiffness)가 높아 가공성이 떨어지는 문제점이 있었다.

한편 본 발명의 상기 상향식 전기방사장치(10)와 하향식 전기방사장치(30)는 컬렉터(17,37)를 기준으로 그 하, 상방향으로 상호 대칭되게 각각 배열설치된다. 즉, 상기 상향식 전기방사장치(10)는 컬렉터(17)가 노즐(15)의 상단에 위치하고, 상기 하향식 전기방사장치(30)는 컬렉터(37)가 노즐(35)의 하단에 위치한다.

한편, 상기 각 컬렉터(17,37)의 양 단부에는 이송롤러(7)가 각각 구비되고, 상기 각 이송롤러(7)를 통하여 각 컬렉터(17,37)에 집적되어 나노섬유가 적층형성되는 지지체(3)가 수평방향으로 이송된다. 즉, 상기 상향식 전기방사장치(10)의 노즐(15)에서 분사되는 고분자 방사용액을 컬렉터(17)의 지지체(3)상에 적층형성시켜 제조된 나노섬유를 하향식 전기방사장치(30)의 컬렉터(37) 상으로 수평이동시킴과 상기한 공정을 반복적 및 연속적으로 진행하기 위한 이송롤러(7)가 상기 각 컬렉터(17,37)의 양 단부에 각각 구비된다.

한편, 본 발명에서는 상향식 전기방사장치(10)와 하향식 전기방사장치(30) 사이에 회전장치(20)가 구비되는 것을 특징으로 한다. 상기 회전장치(20)는 전기방사장치 사이에 위치되어 지지체(3)를 180도 회전시켜 후단에 위치한 전기방사장치에서는 지지체의 상부면은 하부면으로, 하부면은 상부면이 되도록 회전시키기 위한 장치이다.

도 5 및 6은 회전장치의 일 실시예로 사용되는 플립장치(20-1)를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 구체적으로 도 5는 플립장치(20-1)의 초기 동작과정을 나타낸 단면도이며, 도 6은 플립장치(20-1)의 후기 동작과정을 나타낸 단면도이다.

상기 회전장치의 일 실시예로 사용되는 플립장치(20-1)는 내부에 중공을 갖는 원통형상체로 형성되고 그 중심부에서 수평방향 양 측 내주연 상에 지지체(3)의 양 단부가 삽입되기 위한 가이드홈을 갖는 좌, 우측 가이드 부재(21,21)가 각각 내향돌출되게 형성된다. 이 때 상기 플립장치(20-1)의 내주연에 내향돌출되게 형성되는 좌,우측 가이드부재(21,21) 중 좌측 가이드부재(21)는 내주연을 따라 상방향으로 연장형성된후 다시 하방향으로 연장형성되도록 나선상으로 회전되어 우측 가이드 부재(21)의 최초 위치 및 방향에 위치하고, 우측 가이드부재(21)는 내주연을 따라 하방향으로 연장형성된 후 다시 상방향으로 연장형성되도록 나선상으로 회전되어 좌측 가이드부재(21)의 최초 위치 및 방향에 위치한다.

상기한 바와 같은 구조에 의하여 상기 플립장치(20-1)의 내주연에 내향돌출되게 형성되는 좌, 우측 가이드부재의 각 가이드홈(22,22)으로 삽입된 지지체의 일측 단부 및 타측 단부가 좌, 우측 가이드부재(21,21)를 가이드되면서 플립장치(20-1)의 내주연을 상호 대향되게 나선상으로 180도 회전됨으로써 지지체(3)의 상, 하부면이 역전된다.

본 발명에서는 전기방사장치 사이에 위치하고 전기방사된 나노섬유를 180도 회전시키는 회전장치(20)로 플립장치(20-1)를 사용하고 있으나, 이에 한정하지 아니하고 변형적으로 비틀림 롤러를 구비한 장치나 비틀림 롤러에 의해 지지체의 진행방향으로 90도 굴곡하도록 회전시키는 장치가 사용되는 것도 가능하다.

상기한 바와 같은 구조에 의하여 상기 상향식 전기장치(10)의 방사용액 주탱크(11) 내에 충진된 고분자 방사용액이 노즐(15)을 통하여 컬렉터(17)의 지지체(3) 또는 기재 상에 분사되고, 상기 컬렉터(17)의 지지체(3) 또는 기재 상에 분사된 고분자 방사용액이 집적되면서 나노섬유 웹이 적층되어 나노스크린 여재를 제조한 후 나노섬유가 적층형성된 지지체(3) 또는 기재는 회전장치(20)에 의하여 상향식 전기방사에 의해 나노섬유가 적층형성된 지지체(3)의 하부면이 상부면으로 180도 회전된다. 그 이후 이송롤러(7)를 통하여 하향식 전기방사장치(30)의 컬렉터(37) 상으로 이송되고, 상기 컬렉터(37) 상으로 이송된 나노섬유가 적층된 지지체(3)에 상기 하향식 전기방사장치(30)의 방사용액 주탱크(31) 내에 충진된 고분자 방사용액이 노즐(35)을 통하여 전기방사되어 상기한 과정을 연속적 및 반복적으로 수행하면서 최종 제품이 제조된다.

상기한 바와 같은 구조에 의하여 본 발명에 의한 나노섬유 제조장치(1)의 상향식 전기방사장치(10), 회전장치(20) 및 하향식 전기방사장치(30)를 통과하면서 제조되는 나노섬유 웹은 지지체(3)에 상기 상향식 전기방사장치(10) 및 하향식 전기방사장치(30)의 각 노즐(15, 35)을 통하여 고분자 방사용액이 분사되어 컬렉터(17, 37) 상의 지지체(3)의 일면에 나노섬유가 연속적으로 적층형성되는 등 상향식 전기방사장치(10) 및 하향식 전기방사장치(30)의 노즐(15,35)에서 분사되는 고분자 방사용액이 적층되어 나노섬유가 다수 층으로 형성됨으로써 최종 나노스크린 여재가 제조된다.

본 발명의 일 실시예에서는 상기 상향식 전기방사장치의 전압을 하향식 전기방사장치의 전압보다 높게 적용하여 상기 상향식 전기방사장치(10)에 의해 제조된 나노섬유의 직경이 상기 하향식 전기방사장치(30)에 의해 제조된 나노섬유 웹의 직경보다 가늘게 제조하는 것이 가능하다.

한편 여기서, 상기 상향식 전기방사장치(10) 및 하향식 전기방사장치(30)의 각 방사용액 주탱크(11,31)에 동일한 종류의 고분자 방사용액을 충진시키거나, 각기 다른 종류의 고분자 방사용액을 충진시킴으로써 상기 나노섬유 제조장치(1)를 통하여 제조되는 나노섬유를 특성에 따라 다양하게 제조할 수 있다.

본 발명에서는 상기 상향식 전기방사장치(10)에서 분사되는 고분자 방사용액과 하향식 전기방사장치(30)에서 분사되는 고분자 용액이 동일하거나 상이한 종류의 고분자 방사용액으로 이루어지는 것이 가능하다.

여기서, 상기 고분자 방사용액으로는 별도로 제한받지 아니하나, 예를 들면 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌텔레프탈레이트(PET), 폴리비닐리덴 플루오라이드, 나일론, 폴리비닐아세테이트, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리우레탄(PUR), 폴리부틸렌텔레프탈레이트(PBT), 폴리비닐부틸랄, 폴리비닐클로라이드, 폴리에틸렌이민, 폴리올레핀, 폴리유산(PLA), 폴리초산비닐(PVAc), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리아미드(PA), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리에틸렌이미드(PEI), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리유산글리롤산(PLGA), 실크, 셀룰로오스, 키토산 등이 있으며, 그 중 폴리프로필렌(PP)재질의 소재와 내열성 고분자 물질인 폴리아마이드, 폴리이미드, 폴리아마이드이미드, 폴리(메타-페닐렌 이소프탈아미이드), 폴리설폰, 폴리에테르케톤, 폴리에테르이미드, 폴리에틸렌텔레프탈레이트, 폴리트리메틸렌텔레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트 등과 같은 방향족 폴리에스터, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리디페녹시포스파젠, 폴리 비스[2-(2-메톡시에톡시)포스파젠]과 같은 폴리포스파젠류, 폴리우레탄 및 폴리에테르우레탄을 포함하는 폴리우레탄 공중합체, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 등의 폴리머로 이루어진 군이 상용적으로 사용되는 것이 바람직하다.

더 바람직하게는 폴리비닐리덴 플루오라이드, 나일론 또는 폴리우레탄으로 구성된 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상이 바람직하다.

한편, 고분자로 바람직하게 사용되는 폴리우레탄은 알코올기와 아이소사이안산기의 결합으로 만들어진 우레탄 결합으로 결합된 고분자 화합물을 총칭한다. 대표적으로는 합성섬유로 만들어진 스판덱스가 있고, 우레탄계 합성고무도 널리 사용된다. 다시 말해, 폴리우레탄은 주사슬의 반복당위 중에 우레탄 결합(-NHCOO-)기를 갖는 고분자 화합물을 총칭한다. 상기와 같은 폴리우레탄은 폴리아미드와 폴리에스테르 중간의 성질을 보이는데, 흡습성은 폴리아미드보다 작고, 상대습도 65%에서 1 내지 1.5%를 나타낸다. 내마모성, 내약품성, 내용제성이 좋고 내노화성, 산소에 대한 안정성이 뛰어난 장점이 있다.

상기 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride, PVDF; 이하 PVDF라 칭한다)는 플루오로계열의 고분자 중 하나로, 플루오로 수지는 플루오린을 함유하여 열적, 화학적 성질이 뛰어나다.

[반응식 1] PVDF의 제조

PVDF는 상기 반응식 1과 같은 과정으로 제조되며, 다른 플루오로 수지에 비해 녹는점(177)과 밀도(1.78)가 낮고, 단가가 싸며, 화학적으로 매우 안정하여, 전기줄의 절연에 이용되며, 건물의 외벽을 바르는 고급 페인트로도 쓰인다.

또한, PVDF는 압전성을 나타내는 대표적인 유기물질로 1960년대부터 많은 연구가 진행되어 왔다. PVDF 고분자 내에는 4가지 종류의 결정이 혼재하는데, 이것은 결정형태에 따라 α,β,γ 그리고 δ형의 최소 4가지의 형태로 구분 할 수 있다. 그 중 PVDF의 β형 결정은 트랜스형 분자쇄가 평행으로 충진된 것으로 모노머가 갖는 영구쌍극자가 모두 한 방향으로 배열되어 큰 자발 분극을 나타낸다. 이는 연신을 통하여 PVDF 분자를 규칙적으로 배열하여 집합상태에 이방성을 부여함으로써 압전성을 가질 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 압전 특성을 향상시키기 위하여, PVDF 섬유 내 β형 결정을 증가시키는 다양한 방법들이 연구되고 있다.

한편 본 발명에서는 융점이 서로 다른 폴리비닐리덴 플루오라이드를 혼합하여 사용하는 것이 가능하다. 즉, 융점이 100 내지 120℃인 저융점 폴리비닐리덴 플루오라이드와 융점이 150 내지 170℃인 고융점 폴리비닐리덴 플루오라이드를 함께 사용하는 데에 특징이 있다. 고분자 방사용액으로 상기 저융점 및 고융점 폴리비닐리덴 플루오라이드를 함께 혼합해서 사용하거나, 각각의 전기방사장치에서 저융점 폴리비닐리덴 플루오라이드와 고융점 폴리비닐리덴 플루오라이드를 각각 방사하는 것도 가능하다.

상기와 같이 저융점 폴리비닐리덴 플루오라이드와 고융점 폴리비닐리덴 플루오라이드를 함께 혼합하여 하나의 방사용액으로 사용하는 경우에는 방사된 저융점 폴리비닐리덴 플루오라이드가 후에 라미네이팅 공정에서 접착 역할을 함으로서 지지체와 나노섬유 간의 탈 리가 쉽게 발생하지 않는다. 한편 전기방사장치 2개를 사용하여 전단에 위치하는 전기방사장치에 사용되는 고분자로 저융점 폴리비닐리덴 플루오라이드를, 후단에 위치하는 전기방사장치에 사용되는 고분자로 고융점 폴리비닐리덴 플루오라이드를 사용함으로 지지체상에 저융점 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노섬유 및 저융점 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노섬유 상에 고융점 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노섬유가 적층된다. 본 적층체의 구조에 있어서도 후에 라미네이팅 공정에서 저융점 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노섬유는 접착층으로서의 역할을 수행할 수 있다.

한편 본 발명에서는 바람직한 고분자로서 나일론이 사용될 수 있는데 나일론은 폴리아미드의 일종이다. 폴리아미드(polyamide)는 아미드 결합(-CONH-)에 의하여 단량체가 연결된 중합체로 만들어진 고분자로서 나일론(nylon)이라는 일반명이 통용되고 있다. 나일론의 일반적인 구조는 다음과 같다.

현재 널리 쓰이는 나일론으로는 나일론 6과 나일론 66이 있다. 나일론 6은 미국 이외의 많은 나라에서 공업화된 것으로 먼저 카프로락탐을 합성하고 이를 고리열림중합시켜 제조한다. 탄소 6개로 이루어진 카프로락탐이 그대로 고분자를 이루기 때문에 나일론 6이라고 부른다. 한편 나일론 66은 주로 듀폰사가 발매하고 있는 것으로 그 제조법은 벤젠을 출발물질로 하는 합성법이다. 나일론 6과 나일론 66은 그 배열순서가 바뀔 뿐 모두 C10H20(CO2)(NH)2의 화학식을 가지며, 두 종류 모두 섬유로서의 강도나 비중이 좋다.

또한 본 발명에서 고분자로 사용될 수 있는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET)는 테레프탈산과 에틸렌글리콜을 축합중합하여 얻는 포화 폴리에스터(polyester)로서 내열성, 강성, 전기적 성질, 내유성 등이 뛰어나다. 흔히 PET라고도 한다. PET를 얻으려면 테레프탈산다이메틸과 에틸렌글리콜을 150∼230℃에서 가열하여 에스터교환반응으로 Bis(β-하이드록시에틸)테레프탈레이트를 얻는다. Bis(β-하이드록시에틸)테레프탈레이트를 1토르(torr) 이하에서 270∼300℃로 가열하면 중축합이 이루어지면서 에틸렌글리콜을 내보내며 PET가 얻어진다. Bis(β-히드록시에틸)테레프탈레이트를 얻는 다른 방법은 고순도 테레프탈산과 에틸렌글리콜에 압력을 가하면서 약 230℃에서 반응시키는 것이다.

한편, 상기 방사용액은 고분자를 용매에 용해시켜 제조하는데, 용매의 종류 또한 고분자를 용해시킬 수 있는 것이라면 제한되지 않으며 예를 들면, 페놀, 포름산, 황산, m-크레솔, 티플루오르아세트앤하이드라이드/다이클로로메테인, 물, N-메틸모폴린 N-옥시드, 클로로폼, 테트라히드로푸란과 지방족 케톤군인 메틸이소부틸케톤, 메틸에틸케톤, 지방족 수산기 군인 m-부틸알콜, 이소부틸알콜, 이소프로필알콜, 메틸알콜, 에탄올, 지방족 화합물인 헥산, 테트라클로로에틸렌, 아세톤, 글리콜군으로서 프로필렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 에틸렌글리콜, 할로겐 화합물군으로 트리크롤로에틸렌, 다이클로로메테인, 방향족 화합물 군인 톨루엔, 자일렌, 지방족 고리 화합물군으로서 사이클로헥사논, 시클로헥산과 에스테르군으로 n-부틸초산염, 초산에틸, 지방족에테르군으로 부틸셀로살브, 아세트산2-에톡시에탄올, 2-에톡시에탄올, 아미드로 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드 등을 사용할 수 있으며, 복수 종류의 용매를 혼합하여 이용할 수 있다. 고분자 방사용액에는 도전성 향상제 등의 첨가제를 함유하는 것이 바람직하나, 이에 한정하지 아니한다.

본 발명에서는 이때, 상기 상향식 전기방사장치(10)의 방사용액 주탱크(11)에 충진되는 고분자 방사용액과 하향식 전기방사장치(30)의 방사용액 주탱크(31)에 충진되는 고분자 방사용액의 종류를 동일 또는 상이한 종류로 하는 것이 가능하다.

한편, 평량(Basis Weight or Grammage)은 단위 면적당 질량, 즉 바람직한 단위로서 제곱미터당 그램(g/㎡)으로 정의된다. 본 발명에 의해 나일론 메쉬 상에 제조된 나노섬유 웹의 평량은 0.01 내지 0.1g/m2인 것이 바람직하다. 상기 평량이 0.01g/m2 미만이면 기계적 물성이 떨어지며, 1.0g/m2 초과이면 생산성이 떨어지는 문제가 있었다.

이후, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노섬유 제조장치를 이루는 상기 상향식 전기방사장치(10) 및 하향식 전기방사장치(30)를 통하여 제작되는 나노스크린 여재를 라미네이팅(Laminating)하기 위한 라미네이팅 장치(50)가 더 구비되고, 상기 라미네이팅 장치(50)는 본 발명에 의한 나노섬유 제조장치(1)의 후단에 위치하여 후공정을 수행한다.

또한 상기 나노섬유 제조장치(1)를 구성하는 상향식 전기방사장치(10)와 하향식 전기방사장치(30)는 수평방향에 대하여 일직선에 평행하게 배치되거나, 각 전기방사장치가 층별로 위치되는 수직방향으로 배치되거나, 동일한 층 내에 각 전기방사장치를 U자 방향으로 배치되어 있는 것을 특징으로 한다. 층별로 수직방향으로 배치하거나 동일 층 내에서 U자 방향으로 배치할 수 있는 것은 한정된 면적에서 생산력을 높일 수 있는 이점이 있다.

즉, 상기 회전장치는 플립장치에 의해 지지체가 180도 회전하거나, 수직으로 U턴 방향으로 회전시키는 것을 특징으로 한다.

한편 본 발명의 일 실시예에서는 상기 나노섬유 제조장치(1)의 후단에 라미네이팅 장치(50)가 구비되어 상향식 전기방사장치(10) 및 하향식 전기방사장치(30)를 통하여 제작되되, 기재 상에 나노섬유 웹이 적층형성되는 적층체를 라미네이팅하도록 이루어져있으나, 상기 라미네이팅 장치(50)의 하측에 본 발명의 방충망(미도시)을 공급하는 공급롤러(미도시)가 구비되어 기재- 나노섬유 웹 방충망의 순서로 라미네이팅 하도록 이루어지는 것도 바람직하다. 이때 나노스크린 여재와 방충망은 본 발명의 일 실시예에 따르면 접착제에 의하여 접착되는 것이 바람직하나 초음파 본딩(Ultrasonic Bonding)을 통해 접착되는 것도 바람직하다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 나노스크린 여재를 이루는 기재와 나노섬유 웹 사이에도 접착제가 도포되어 접착되는 것도 가능한데, 상기 접착제로는 일반 시중의 판매하는 접착제를 사용하는 것이 가능하나, 저융점 고분자 용액을 이용하는 것도 가능하며, 저융점 고분자 용액으로는 저융점 폴리비닐리덴 플루오라이드, 저융점 폴리우레탄 또는 저융점 나일론 등을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 저융점 고분자 용액의 중량평균 분자량은 5000 내지 15000인 것이 바람직하며 융점은 80 내지 160℃인 것이 바람직하다. 이때 분자량이 5000 미만인 경우는 접착력이 저하되는 문제가 있으며 분자량이 15000 초과인 경우 열에 의해 쉽게 융해되지 않아 접착제로서 역할을 하기 어려운 문제가 있었다. 또한 융점이 80도 미만인 경우는 낮은 취급성이 좋지 않아서 사용하는데 어려움이 있으며 융점이 160도 초과인 경우는 라미네이팅 온도에서 쉽게 융해되지 않아 접착제로서 역할을 하기 어려운 문제가 발생한다.

본 발명에 따른 방충망은 방충망에 사용되는 섬유를 의미하며, 바람직하게는 폴리에스터 섬유로 구성되는 메쉬형태의 방충망을 사용하는 것이 바람직하다. 철로 구성된 방충망은 견고한 이점이 있지만 최근에는 플라스틱을 이용한 방충망 기재가 보편화됨에 따라 이를 사용하는 것이 바람직하다. 방충망 기재의 소재로는 폴리에스터 메쉬, 유리섬유 메쉬, 이성분 기재 또는 나일론 메쉬로 구성된 군에서 선택된 1종을 사용하는 것이 바람직하며, 평량은 10 내지 70g/m2인 것이 특징이다. 평량이 10g/m2 미만이면 윈도우 필터 기재로서의 물성이 떨어지며, 평량이 70g/m2를 초과하면 강성도(stiffness)가 높아 가공성이 떨어지는 문제점이 있었다.

여기서 상기 이성분 기재(bicomponent substrate)를 설명하면 다음과 같다. 일반적인 이성분으로 이루어진 이성분 기재의 섬유형성 중합체는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리프로필렌 테레프탈레이트 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트를 포함하는 폴리에스테르일 수 있으며, 폴리프로필렌 테레프탈레이트는 또한 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 및 폴리테트라메틸렌 테레프탈레이트와 같은 폴리부틸렌 테레프탈레이트이다. 본 발명에서 사용될 수 있는 이성분 기재는 용융점이 다른 두 가지 성분이 결합된 폴리에틸렌 테레프탈레이트가 가장 바람직하다. 상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트 이성분 기재는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 코어(core) 및 저유점 폴리에틸렌 테레프탈레이트 시스(sheath)를 포함하는 코어-시스 이성분 구조인데, 개별 섬유에서 시스는 약 10 내지 90 중량%이고, 코어는 약 90 내지 10 중량%이다. 시스는 바인더 섬유의 바깥 표면을 형성하는 열적 결합제로서 작용하며, 약 80 내지 110℃의 융점을 갖고, 코어는 약 160 내지 250℃의 융점을 갖는다. 열접착성 복합섬유를 바람직한 구현인 시스코어 형태를 예로 들어 보다 상세하게 설명하기로 한다. 시스코어형 열접착 복합섬유는 시스부분에 통상의 융점 분석기기로 융점이 나타나지 않는 비결정성 폴리에스테르 공중합체를 포함하며, 코어성분으로는 바람직하게 상대적으로 고융점 성분을 사용하는 열접착성 복합섬유이다. 시스부분에 포함되는 폴리에스테르 공중합체는 50 내지 70몰%가 폴리에틸렌 테레프탈레이트 단위로 되어 있는공중합 폴리에스테르이다. 30 내지 50몰%는 공중합 산성분으로 이소프탈산이 바람직하나, 그 외에도 통상의 디카르복실산은 모두 가능하다. 코어 성분으로 사용하는 고융점 성분으로는 융점이 160 이상인 폴리머가 적합하며, 그 사용가능한 예로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리 아마이드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 공중합체 및 폴리프로필렌 등이 있다

한편, 상기와 같이 나노섬유 제조장치 상에 기재를 위치시키고 기재 상에 직접적으로 고분자 방사용액을 전기방사하여 나노섬유 웹을 적층함으로서 나노스크린 여재를 구성하는 과정에서 기재와 나노섬유 웹 사이에 접착제를 도포하는 과정을 포함하는 것이 바람직하다. 접착제를 도포하는 경우 나노섬유 웹과 기재 사이의 탈 리가 발생하지 않으므로 사용하는 것이 바람직하다. 접착제를 도포하는 것은 코팅 방식을 이용하거나, 부분적으로 접착제를 기재 상에 도포하는 것이 바람직하며, 접착제를 전기방사하여 이용하는 것도 가능하다.

한편, 나노스크린 여재가 제조되면 나노섬유 웹의 일면에 상기 방충망을 부착하는 공정을 통해 본 발명의 미세먼지 차단용 윈도우 필터가 제조된다. 즉 도 9에서 도시하고 있는 바와 같이 나노스크린 여재의 나노섬유 웹은 기재와 방충망 사이에 위치하여 나노섬유 웹이 외부를 향하여 노출되지 않는 것이 바람직하다. 여기서 상기 방충망과 나노스크린 여재가 부착되는 방식은 접착제를 이용하거나 초음파 본딩을 통해 부착하는 것이 바람직하다.

상기한 전기방사를 통해 제조된 나노스크린 여재와 방충망으로 구성된 미세먼지 차단용 윈도우 필터는 미세먼지를 포함하여 황사, 해충 등의 유입을 효과적으로 차단하는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 미세먼지 차단용 윈도우 필터의 제조방법을 설명한다.

일반적으로 나노섬유 제조장치는 상향식 전기방사장치를 이용하는 것이 바람직함에 따라 기재 상에 상향식 전기방사장치를 통해 고분자 방사용액을 전기방사함으로 나노섬유 웹을 적층시키어 나노스크린 여재를 제조하는 것이 바람직하다. 상기 기재로는 나일론 메쉬 또는 폴리에스터 메쉬를 사용하는 것이 바람직하다.

그러나 본 발명의 일 실시예에 의하면 본 발명의 일 실시예 의한 나노섬유 제조장치(1)의 선단에 구비되는 공급롤러(5)를 통하여 기재가 상향식 전기방사장치(10)로 공급된다.

한편, 이렇게 상기 공급롤러(5)를 통하여 상향식 전기방사장치(10)로 공급되는 지지체(3)는 상기 컬렉터(17)의 하부면 상에 위치한다. 이때, 상기 전압 발생장치(미도시)의 고전압이 노즐(15)과 컬렉터(17) 상에 발생되고, 컬렉터(17)상에 방사용액 주탱크(11) 내에 충진되는 고분자 방사용액이 노즐블록(13)의 노즐(15)을 통해 전기방사된다.

여기서, 상기 방사용액 주탱크(11) 내에 충진되는 방사용액이 계량 펌프(미도시)를 통하여 높은 전압이 부여되는 다수의 노즐(15)내에 연속적으로 정량 공급되고, 상기 각 노즐(15)로 공급되는 방사용액은 노즐(15)을 통해 높은 전압이 걸려있는 컬렉터(17) 상에 방사 및 집속되면서 기재의 하부면 상에 제1 나노섬유 웹이 적층형성된다.

상기한 바와 같이 상기 상향식 전기방사장치(10)를 통하여 그 하부면에 제1 나노섬유 웹이 적층되는 기재는 이후 회전장치(20)로 이동된다.

하부면에 제1 나노섬유 웹이 적층형성된 기재는 회전장치(20)를 통과하면서 하부면이 상부면으로 180도 회전됨에 따라, 기재의 하부면에 위치한 제1 나노섬유 웹은 상부면 방향으로 반전된다.

상기한 바와 같이 상기 회전장치(20)를 통하여 하부면이 상부면으로 회전된 기재는 이후 이송롤러(7)에 의해 하향식 전기방사장치(30)로 공급되고, 상기 하향식 전기방사장치(30)로 공급되는 기재는 상기 컬렉터(37)의 상부면 상에 위치한다.

이때에도 상기 전압 발생장치의 고전압이 노즐(35)과 컬렉터(37)에 발생되고, 고전압이 발생되는 컬렉터(37) 상에 방사용액 주탱크(31) 내에 충진되는 고분자 방사용액이 노즐블록(33)의 노즐(35)을 통해 분사된다.

여기서, 상기 각 전압 발생장치는 일반적인 전기방사장치와 동일한 구조로 노즐(15,35)을 통하여 컬렉터(17,37)에 높은 전압을 발생시키고, 전기력에 의한 나노섬유의 생성을 촉진시키기 위하여 노즐(15,35)과 노즐블록(13,33)의 하부 또는 상부에 위치한 컬렉터에서 1kV 이상의 전압을 걸어주는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 20kV 이상의 전압을 걸어준다.

한편, 상기 방사용액 주탱크(31) 내에 충진되는 방사용액이 계량 펌프를 통하여 높은 전압이 부여되는 다수의 노즐(35) 내에 연속적으로 정량 공급되고, 노즐(35)로부터 공급되는 방사용액은 노즐(35)에 의해 높은 전압이 걸려있는 컬렉터(37) 상에 방사, 집속되면서 기재의 상부면에 상향식 전기방사에 의해 적층형성된 제1 나노섬유 웹 상에 하향식 전기방사법에 의한 제2 나노섬유 웹이 적층형성된다.

이때, 상기 기재가 상향식 전기방사장치(10)로의 이송, 회전장치(20)로의 이송 및 하향식 전기방사장치(30)로의 이송은 이송롤러(7)에 의해 수행된다.

본 발명에서는 상향식 전기방사장치(10)와 하향식 전기방사장치(30)가 수평방향을 향하여 일직선으로 배치되는 것이 바람직하나, 각 전기방사장치가 층별로 위치되는 수직방향으로 배치되거나, 동일한 층 내에 각 전기방사장치를 U자 방향으로 배치되어 있는 것을 특징으로 한다. 층별로 수직방향으로 배치하거나 동일 층 내에서 U자 방향으로 배치할 수 있는 것은 한정된 면적에서 생산력을 높일 수 있는 이점이 있다.

즉, 상기 회전장치는 플립장치에 의해 지지체가 180도 회전하거나, 수직으로 U턴 방향으로 회전시키는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같이, 상기 기재가 상향식 전기방사장치(10) 및 하향식 전기방사장치(30)로 이송되면서 기재의 일면에 나노섬유 웹이 연속적으로 적층형성되는 공정을 반복함으로써 나노스크린 여재를 제조한다.

본 발명에서는 상기 상향식 전기방사장치(10) 및 하향식 전기방사장치(30)의 각 방사용액 주탱크(11,31)에 동일 또는 상이한 종류의 고분자 방사용액을 충진시킨다.

또한, 본 발명에서는 고분자 방사용액으로 바람직하게 폴리우레탄, 폴리비닐리덴 플루오라이드 및 나일론으로 구성된 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것이 바람직하다.

그리고, 나노스크린 여재를 제조함에 있어서, 나노스크린 여재를 이루는 나노섬유 웹과 기재 사이에는 접착제에 의하여 접착되는 것이 바람직하다.

제조된 나노스크린 여재를 방충망과 부착함으로서 본 발명의 미세먼지 차단용 윈도우 필터가 제조되는 것이 바람직하다. 이때 나노스크린 여재의 나노섬유 웹은 방충망의 일면과 부착됨으로 나노섬유 웹이 최종적으로 기재와 방충망 사이에 위치하는 구조를 형성한다. 상기 방충망으로는 폴리에스터 메쉬(Polyester mesh), 이성분 기재(bicomponent substrate), 유리섬유 메쉬(Fiberglass Mesh) 또는 나일론 메쉬(Nylon Mesh)로 구성된 군에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하고, 평량은 10 내지 50g/m2인 것이 바람직하다.

본 발명의 나노스크린 여재와 방충망을 부착하기 위해서 접착제를 이용하거나 초음파 본딩을 이용하는 것이 바람직하다.

이하에서는 본 발명의 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 실시예는 본 발명의 예시에 불과할 뿐, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

폴리우레탄(DOW사(USA))의 Pellethane 2363-80AE) 10중량%과 N-N-디메틸아세트아마이드(DMAc) 용매 90중량%를 사용하여 용해시켜 농도가 10%인 고분자 방사용액을 제조하고 원료탱크에 구비하였다. 이후 이로부터 고분자 방사용액을 노즐블록으로 이동시킨 후 노즐블록과 컬렉터 간의 거리를 20cm, 인가전압 15kV, 방사용액 유량 0.1mL/h의 조건으로 지지체로 사용된 20데니어 모노필라멘트로 구성되고 기재로서 평량이 27g/m2이고 폭이 43/44in이며 100% 나일론으로 구성된 나일론 메쉬 상에 전기방사 하여 평량이 0.05g/m2인 폴리우레탄 나노섬유 웹을 적층형성함으로 나노스크린 여재를 제조하였다. 이때 상기 나일론 메쉬의 밀도는 90 x 90본/in였다. 이후 상기 나노스크린 여재의 폴리우레탄 나노섬유 웹의 일면에 방충망으로 이용하기 위한 폴리에스터 메쉬(Polyester mesh)를 접착제를 이용하여 부착하는데 이때 상기 폴리에스터 메쉬는 20x20 메쉬로 구성되며 중량은 15g/m2이었다. 이와 같이 나노스크린 여재와 폴리에스터 메쉬를 부착함으로서 미세먼지 차단용 윈도우 필터를 제조하였다.

[실시예 2]

상기 나노스크린 여재로 사용되는 나일론 메쉬와 나노섬유 웹 사이에 접착제를 이용하여 부착하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 윈도우 필터를 제조하였다.

[실시예 3]

상기 방충망으로 평량 15g/m2인 유리섬유 메쉬(Fiberglass Mesh)를 사용하고, 상기 고분자 방사용액의 고분자로 폴리우레탄 대신 나일론 6,6을 사용하고 나노섬유 웹의 평량이 0.5g/m2인 것을 제외하고는 실시예1과 동일하게 윈도우 필터를 제조하였다.

[실시예 4]

상기 방충망으로 평량이 60g/m2인 이성분 기재를 이용하고, 상기 고분자 방사용액의 고분자로 폴리우레탄 대신 폴리비닐리덴 플루오라이드를 사용하고 나노섬유 웹의 평량이 1.0g/m2인 것을 제외하고는 실시예1과 동일하게 윈도우 필터를 제조하였다.

[실시예 5]

나노스크린 여재와 폴리에스터 메쉬를 접착제가 아닌 초음파 본딩에 의해 부착하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 윈도우 필터를 제조하였다.

[실시예 6]

상기 방충망으로 사용된 폴리에스터 메쉬 대신에 평량이 27g/m2이고 20데니어의 모노 필라멘트이며 폭이 43/44in인 나일론 메쉬를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 윈도우 필터를 제조하였다.

[실시예 7]

폴리우레탄(DOW사(USA))의 Pellethane 2363-80AE) 10중량%을 N-N-디메틸아세트아마이드(DMAc) 용매 90중량%를 사용하여 용해시켜 농도가 10%, 점도 1000cps인 방사용액을 제조하고 원료탱크에 구비하였다. 이후 이로부터 방사용액을 노즐블록으로 이동시킨 후 노즐블록과 컬렉터 간의 거리를 20cm, 인가전압 15kV, 방사용액 유량 0.1mL/h, 온도 60℃로 지지체로 사용된 실시예 1과 동일한 나일론 메쉬 상에 전기방사 하였다. 이후, 방사공정을 거치며 방사되지 못하고 오버플로우된 고형분이 다시 저장탱크의 하나인 원료탱크로 구비되는 과정에서 원료탱크 내 방사용액의 농도가 20%로 변경되었고, 이에 따라 점도는 2000cps로 변경되었다. 이후 온도조절장치의 센서에 의해 점도를 1000cps로 낮추기 위해 원료탱크의 온도를 80℃로 상승시킨 후 나일론 메쉬 상에 전기방사하여 나노섬유 웹이 적층된 나노스크린 여재를 제조하였다. 이후 나노스크린 여재에 실시예１에 사용된 폴리에스터 메쉬를 접착제를 이용하여 부착함으로 미세먼지 차단용 윈도우 필터를 제조하였다.

[실시예 8]

폴리우레탄(DOW사(USA))의 Pellethane 2363-80AE) 10중량%을 N-N-디메틸아세트아마이드(DMAc) 용매 90중량%를 사용하여 용해시켜 농도가 10%인 방사용액을 제조하고 원료탱크에 구비하였다. 이후 이로부터 방사용액을 상향식 전기방사장치 및 하향식 전기방사장치의 각 노즐블록으로 이동시킨 후 노즐블록과 컬렉터 간의 거리를 20cm, 인가전압 15kV, 방사용액 유량 0.1mL/h으로 하고 실시예 1과 동일한 나일론 메쉬 상에 전기방사하여 나노섬유 웹을 적층함으로 나노스크린 여재를 제조하였다. 즉 전단부에 위치한 상향식 전기방사장치 상에는 상기 나일론 메쉬 상에 상기 방사용액이 전기방사되어 제1 나노섬유 웹이 적층형성되었다. 이후 회전장치에 의해 나일론 메쉬와 제1 나노섬유 웹으로 구성된 적층체를 180도 회전시킨후(상하 반전시킨 후) 후단부에 위치한 하향식 전기방사장치에서는 방사용액이 제1 나노섬유 웹 상에 전기방사되어 제2 나노섬유 웹을 적층형성함으로서 나노섬유 웹을 적층함으로서 나노스크린 여재를 제조하였다. 이후 나노스크린 여재에 실시예１에 사용된 폴리에스터 메쉬를 초음파 본딩함으로 부착함으로 미세먼지 차단용 윈도우 필터를 제조하였다.

[비교예1]

총 2장으로 구성되고 평량이 60g/m2인 저융점 부직포(LM 부직포, POA40V6) 사이에 실시예 1과 동일한 고분자 방사용액을 전기방사하여 제조된 나노섬유 웹으로 구성된 윈도우 필터를 제조하였다.

- DOP 효율 측정

ASTM D2986을 이용하여 5.33cm/s 속도에서 0.3㎛의 DOP 효율을 측정하였다.

- 공기 투과도 측정

ASTM D737-96(Frazier)를 이용하여 125Pa에서의 공기투과도를 측정하였다.

- 공기흐름 저항도(Air Flow Resistance) 측정

ASTM D2986을 이용하여 5.33cm/s 속도에서 32L/min의 유량을 통과시킨 상태에서의 공기흐름 저항도를 측정하였다.

	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	실시예6	비교예1
DOP 효율(%)	70	69	58	69	72	75	50
공기투과도(cfm)	210	190	170	180	200	210	120
공기흐름 저항도(mmH2O)	0.74	0.73	0.73	0.86	0.75	0.76	1.20

이에, 본 발명의 실시예에서는 비교예 1에 비하여 윈도우 필터로서의 효율이 우수하고, 공기투과도가 높고 공기흐름 저항도는 비교예에 비하여 낮은 이점이 있으므로 미세먼지 등은 효과적으로 걸러내고, 통풍은 잘 이루어지는 장점이 있다.

또한, 실시예 7에서는 기존의 희석제를 사용하던 생산공정을 간소화하고 희석제의 폭발의 위험성을 줄이며, 고온방사를 가능하게 함으로서 방사용액 농도를 증가시켜 나노섬유 부직포 제조의 생산성을 높일 수 있고, 실시예 8에서는 상향식 및 하향식 전기방사장치를 함께 이용함으로서 나노섬유 부직포 제조의 생산성을 높일 수 있는 이점이 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 미세먼지 차단용 윈도우 필터 및 이의 제조방법은 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

1: 나노섬유 제조장치, 3: 지지체,
5: 공급롤러, 7: 이송롤러,
9: 권취롤러, 10: 상향식 전기방사장치,
11: 방사용액 주탱크, 13: 노즐블록,
14: 전압발생장치, 15: 노즐,
17: 컬렉터, 20: 회전장치,
20-1: 플립장치,
21, 21: 좌, 우측 가이드 부재,
22, 22: 좌, 우측 가이드홈,
30: 하향식 전기방사장치, 31: 방사용액 주탱크,
33: 노즐블록, 35: 노즐,
37: 컬렉터, 50: 라미네이팅 장치,
60: 온도조절장치, 70: 공기 투과도 측정장치,
112: 관체, 113: 열선.

Claims (16)

1. 방충망; 및
   상기 방충망의 일측면에 형성된 나노스크린 여재;로 구성되어 있으며,
   상기 나노스크린 여재는 기재와 상기 기재 상에 고분자 방사용액을 전기방사함으로 제조되는 나노섬유 웹으로 구성되고,
   상기 방충망과 나노스크린 여재의 나노섬유 웹이 서로 마주보게 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 미세먼지 차단용 윈도우 필터.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 나노스크린 여재에 있어서, 나노섬유 웹과 기재 사이는 접착제를 통해 접착되는 것을 특징으로 하는 미세먼지 차단용 윈도우 필터.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 나노스크린 여재의 기재는 나일론 메쉬 및 폴리에스터 메쉬로 구성된 군에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 미세먼지 차단용 윈도우 필터.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 나노스크린 여재와 방충망은 초음파 본딩 또는 접착제에 의해 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 미세먼지 차단용 윈도우 필터.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 고분자 방사용액은 폴리비닐리덴 플루오라이드, 나일론 및 폴리우레탄(PUR)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상이고, 평량은 0.01 내지 1.0g/m2인 것을 특징으로 하는 미세먼지 차단용 윈도우 필터.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 방충망은 폴리에스터 메쉬(Polyester mesh), 이성분 기재(bicomponent substrate), 유리섬유 메쉬(Fiberglass Mesh) 및 나일론 메쉬(Nylon Mesh)로 구성된 군에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하고, 평량은 10 내지 50g/m2인 것을 특징으로 하는 미세먼지 차단용 윈도우 필터.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 나노섬유 웹은 전기방사에 의해 제조되며, 전기방사는 온도조절 장치를 이용하여 고분자 방사용액이 노즐을 통해 45 내지 120℃의 고온에서 전기방사되어 제조되는 것을 특징으로 하는 미세먼지 차단용 윈도우 필터.
   
8. 제 1항에 있어서,
   상기 전기방사는 2개 이상의 전기방사장치로 구성되고, 상향식과 하향식 전기방사장치가 교대로 배치되며, 각 전기방사장치 사이에는 회전장치가 구비되어 적층체를 회전시켜 기재의 한쪽 면에 연속적으로 나노섬유 웹을 적층하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 차단용 윈도우 필터.
   
9. 기재를 준비하는 단계;
   상기 기재를 전기방사장치에 이동시켜 기재 상에 고분자 방사용액을 전기방사하여 나노섬유 웹을 적층하여 나노스크린 여재를 제조하는 단계; 및
   상기 나노스크린 여재를 구성하는 나노섬유 웹 상에 방충망을 부착하는 단계;를 포함하는 미세먼지 차단용 윈도우 필터의 제조방법.
   
10. 제 9항에 있어서,
    상기 나노스크린 여재의 기재는 나일론 메쉬 및 폴리에스터 메쉬로 구성된 군에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 미세먼지 차단용 윈도우 필터의 제조방법.
    
11. 제 9항에 있어서,
    상기 방충망은 폴리에스터 메쉬(Polyester mesh) 및 이성분 기재(bicomponent substrate), 유리섬유 메쉬(Fiberglass Mesh) 또는 나일론 메쉬(Nylon Mesh)로 구성된 군에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하고, 평량은 10 내지 50g/m2인 것을 특징으로 하는 미세먼지 차단용 윈도우 필터의 제조방법.
    
12. 제 9항에 있어서,
    상기 나노섬유 웹 상에 방충망을 부착하는 단계는 초음파 본딩(Ultrasonic Bonding)을 하는 것 또는 접착제 도포하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 차단용 윈도우 필터의 제조방법.
    
13. 제 9항에 있어서,
    상기 나노섬유 웹을 기재 상에 적층하는 단계는 기재 상에 접착제를 도포한 후 고분자 방사용액을 전기방사하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 차단용 윈도우 필터의 제조방법.
    
14. 제 9항에 있어서,
    상기 기재 상에 고분자 방사용액을 전기방사하여 나노섬유 웹을 적층하는 단계에서 전기방사는 온도조절장치를 이용하여 고분자 방사용액이 노즐을 통해 45 내지 120 ℃인 고온에서 전기방사되는 것을 특징으로 하는 미세먼지 차단용 윈도우 필터의 제조방법.
    
15. 제 9항에 있어서,
    상기 기재 상에 고분자 방사용액을 전기방사하여 나노섬유 웹을 적층하는 단계는
    상기 기재의 일면에 상향식 전기방사장치로 고분자 방사용액을 전기방사하여 제1 나노섬유 웹을 적층형성하는 단계;
    상기 제1 나노섬유 웹이 적층형성된 적층체가 회전장치를 지나면서 하부면이 상부면으로 180도 회전하는 단계; 및
    상기 제1 나노섬유 웹 상에 하향식 전기방사장치로 고분자 방사용액을 전기방사하여 제2 나노섬유 웹을 연속적으로 적층하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 차단용 윈도우 필터의 제조방법.
    
16. 제 9항에 있어서,
    상기 나노섬유 웹을 구성하는 고분자는 폴리비닐리덴 플루오라이드, 나일론 및 폴리우레탄(PUR)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상이고, 평량은 0.01 내지 1.0g/m2인 것을 특징으로 하는 미세먼지 차단용 윈도우 필터의 제조방법.
    

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