KR20180012053A - 필터 소재 및 이를 포함하는 필터와 장치, 그리고 상기 필터 소재의 제조방법 - Google Patents

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KR20180012053A
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Abstract

필터 소재 및 이를 포함하는 필터와 장치, 그리고 상기 필터 소재의 제조방법이 개시된다. 상기 필터 소재는 활성탄 표면에 비표면적이 높고, 안정적인 결정구조를 가진 산화아연 입자가 첨착된 것으로서, 적은 양의 활성탄의 사용으로 우수한 가스 제거 능력을 나타내 우수한 탈취 기능 및 항균 기능을 가지며, 차량의 공조설비에서의 압손 문제를 개선시킬 수 있다.

Description

필터 소재 및 이를 포함하는 필터와 장치, 그리고 상기 필터 소재의 제조방법{Filter material, filter and device including the filter material, and manufacturing method of the filter material}
필터 소재 및 이를 포함하는 필터와 장치, 그리고 상기 필터 소재의 제조방법에 관한 것이다.
활성탄은 20세기 초부터 공업적으로 생산되어 흡착제로 모든 식품, 의약, 화학 공업 등의 모든 분야에서 중요한 위치를 차지하고 있다. 최근에 대기 오염, 수질 오염, 악취 등의 공해 방지, 환경 보전, 상수 고도처리 등의 용도에서 활성탄이 없어서는 안 되는 것으로 생산 공정, 시민 사회 시스템에 받아들여지고 있다. 또 분자를 거르는 능력, 촉매 담체로서의 응용도 전개되고 있고 제조면에 있어서도 원료의 다양화가 최근 급속히 진행되어 성능이 향상되었다.
탈취제로서 사용되는 경우, 활성탄은 기공을 통해 냄새 입자를 흡착하여 탈취 효과를 얻게 되는데, 이 기공에 냄새 입자 또는 먼지가 꽉 찼을 때 활성탄은 더 이상 탈취 효능을 가질 수가 없다.
또한, 차량용 콤비네이션 필터에 활성탄이 사용되는 경우, 활성탄의 기공에 의한 냄새 및 분진의 흡착 효능에도 불구하고, 과다한 기공을 지닌 활성탄 자체의 이슈로 실제 공조설비에 무리를 줄 수 있다. 이 때문에, 경차, 중형, 심지어는 중대형 차량에도 공조설비의 과도한 압력손실을 이유로 활성탄의 사용을 제한하기도 하는 한계를 지니고 있다.
본 발명의 일 측면은 적은 양의 활성탄의 사용에도 우수한 탈취 기능과 항균 기능을 가지고, 차량 등의 공조설비에서의 압손 문제를 개선시킬 수 있는 필터 소재를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 측면은 상기 필터 소재를 포함하는 필터를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 측면은 상기 필터를 포함하는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 측면은 상기 필터 소재의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에서는,
활성탄; 및
상기 활성탄의 표면에 배치된, 1차 입자가 집합된 2차 입자로 이루어진 산화아연;을 포함하며,
상기 산화아연의 1차 입자의 평균 입경이 1nm 내지 50nm이고, 2차 입자의 평균 입경이 0.03μm 내지 1.5μm인 필터 소재가 제공된다.
일 실시예에 따르면, 상기 산화아연의 비표면적이 40m2/g 이상일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 활성탄은 입상, 분말, 또는 이들의 혼합물 형태일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 활성탄이 입상활성탄인 경우 평균 입경은 20ⅹ40 내지 30ⅹ80 메쉬(mesh) 범위일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 활성탄이 분말활성탄인 경우 평균 입경은 200 내지 400 메쉬 범위일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 활성탄 100 중량부를 기준으로, 상기 산화아연의 함량은 0.5 내지 10 중량부일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 산화아연은 상기 활성탄의 표면을 덮고 있을 수 있다.
본 발명의 다른 측면에서는, 상기 필터 소재를 포함하는 필터가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에서는, 상기 필터를 포함하는 장치가 제공된다.
일 실시예에 따르면, 상기 장치는 자동차, 공기청정기, 공조시스템 또는 산업용 필터 장치일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에서는,
평균 입경 1nm 내지 50nm의 1차 입자로 이루어진 산화아연 및 수계 용매를 포함하는 분산액을 준비하는 단계;
상기 분산액과 활성탄을 균일하게 혼합하여 혼합물을 얻는 단계; 및
상기 혼합물을 건조하는 단계;
를 포함하는 필터 소재의 제조방법이 제공된다.
일 실시예에 따르면, 수계 용매는 물일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 분산액은 분산제를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 활성탄 100 중량부를 기준으로, 상기 산화아연의 함량은 0.5 내지 10 중량부일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 분산액과 활성탄을 혼합할 때 상기 분산액을 희석시켜 사용할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 건조 단계는 60 내지 110℃에서 5 내지 16시간 동안 수행될 수 있다.
상기 필터 소재는 적은 양의 활성탄의 사용으로 우수한 가스 제거 능력을 나타내 우수한 탈취 기능을 가지며, 차량 등의 공조설비에서의 압손 문제를 개선시킬 수 있다.
도 1은 실시예 1에서 제조한 필터 소재의 SEM 사진이다.
도 2는 실시예 2에서 제조한 필터 소재의 SEM 사진이다.
도 3는 실시예 3에서 제조한 필터 소재의 SEM 사진이다.
도 4는 실시예 4에서 제조한 필터 소재의 SEM 사진이다.
도 5는 실시예 5에서 제조한 필터 소재의 SEM 사진이다.
도 6는 실시예 6에서 제조한 필터 소재의 SEM 사진이다.
도 7는 실시예 7에서 제조한 필터 소재의 SEM 사진이다.
도 8는 실시예 8에서 제조한 필터 소재의 SEM 사진이다.
이하에서 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 필터 소재는,
활성탄; 및
상기 활성탄의 표면에 배치된, 1차 입자가 집합된 2차 입자로 이루어진 산화아연;을 포함하며,
상기 산화아연의 1차 입자의 평균 입경이 1nm 내지 50nm이고, 2차 입자의 평균 입경이 0.03μm 내지 1.5μm일 수 있다.
상기 필터 소재를 구성하는 활성탄은 주 성분이 탄소이고 다공성이기 때문에, 표면적이 넓어 흡착성이 강하고, 화학 반응이 빨리 일어나는 물질이다. 활성탄은 예를 들어 숯에 수증기 또는 약품을 사용하여 표면적을 증가시킨 것일 수 있다.
상기 활성탄은 마이크로다공성(microporous), 메조다공성(mesoporous), 및/또는 마크로다공성(macroporous) 특징을 가질 수 있으며, 예를 들어 마이크로다공성, 메조다공성, 및 마크로다공성 특성의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 활성탄은 50nm 초과의 마크로다공성 구조와 2~50nm의 메조다공성 구조와 2nm 미만의 마이크로다공성 구조가 복합된 공극을 가질 수 있다.
활성탄의 표면 다공성은 예를 들어 제조중에 제어된 산화로부터 유발될 수 있다. 활성탄은, 예를 들어 석탄 또는 코코넛 껍질로부터 유래할 수 있으며, 입상(granular), 분말(powder), 및 형상화 제품(shaped product)의 형태로 제조될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 활성탄이 입상활성탄인 경우 평균 입경은 20ⅹ40 내지 30ⅹ80 메쉬(mesh) 범위일 수 있고, 상기 활성탄이 분말활성탄인 경우 평균 입경은 200 내지 400 메쉬 범위일 수 있다. 상기 범위에서 활성탄의 기공을 막지 않으면서 산화아연의 효과적인 첨착효과를 가질 수 있다.
상기 활성탄의 표면에는 1차 입자가 집합된 2차 입자로 이루어진 산화아연이 배치된다.
산화아연은 안정화된 산화물 형태의 무기물로서, 은, 구리에 이어 뛰어난 항균력을 지니고 있고, 고온 가공과정에서도 견디는 탈취제 및 항균제로서 탁월성을 갖는다.
상기 산화아연은 효과적인 표면효과를 위하여, 1차 입자가 집합된 2차 입자로 이루어진다. 여기서, 상기 1차 입자와 2차 입자의 사이즈를 제어함으로써 활성탄 표면에의 분산성 및 첨착력을 높여, 상기 활성탄 표면에 나노사이즈의 상기 산화아연을 효과적으로 첨착시킬 수 있다. 이에 의해 표면효과를 효과적으로 구현하여 탈취 효능을 극대화할 수 있도록 한다.
상기 산화아연의 1차 입자 및 2차 입자의 평균 입경은 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어, 상기 1차 입자의 평균 입경은 1nm 내지 50nm일 수 있고, 구체적으로는 5nm 내지 30nm, 보다 구체적으로는 10 내지 20nm일 수 있다. 이러한 1차 입자는 서로 응집되어 2차 입자를 형성하며, 상기 2차 입자의 평균 입경은, 예를 들어 0.03μm 내지 1.5μm일 수 있고, 구체적으로는 0.04μm 내지 0.8μm일 수 있고, 보다 구체적으로는 0.08μm 내지 0.3μm일 수 있다. 상기 1차 입자 및 2차 입자의 크기가 상기 범위일 때 효과적인 표면효과를 가질 수 있다.
본 명세서에서 평균 입경이란 전체 부피를 100%로 한 입도의 누적분포 곡선에서 50부피%에 해당하는 누적 평균 입경 (D50)을 의미한다. 평균 입경 D50은 당업자에게 널리 공지된 방법으로 측정될 수 있으며, 예를 들어, 입도 분석기(Particle size analyzer)로 측정하거나, TEM 또는 SEM 사진으로부터 측정할 수도 있다. 다른 방법의 예를 들면, 동적광산란법(dynamic Light-scattering)을 이용한 측정장치를 이용하여 측정한 후, 데이터 분석을 실시하여 각각의 사이즈 범위에 대하여 입자수가 카운팅되며, 이로부터 계산을 통하여 평균 입경 D50을 쉽게 얻을 수 있다.
1차 입자 및 2차 입자의 입자 구성을 갖는 상기 산화아연은 높은 비표면적을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 산화아연의 비표면적은 40m2/g 이상일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 활성탄 100 중량부를 기준으로, 상기 산화아연의 함량은 0.5 내지 10 중량부일 수 있고, 구체적으로는 1 내지 5 중량부, 보다 구체적으로는 2 중량부일 수 있다. 상기 범위에서 활성탄의 기공을 막지 않으면서도 산화아연의 표면효과를 극대화 할 수 있다.
상기 산화아연은 활성탄의 기공 내뿐만 아니라 활성탄의 표면에 첨착되며, 활성탄 표면 전체를 덮을 수 있다. 활성탄 표면에 첨착된 산화아연은 활성탄 표면에서 잘 떨어지지 않고 이탈되는 정도가 매우 낮다.
활성탄은 기공을 통해 냄새 입자를 흡착하여 탈취 효과를 얻게 되는데, 이 기공에 냄새 입자 또는 먼지가 꽉 찼을 때 활성탄은 더 이상 탈취 효능을 가질 수 없는 것과는 달리, 상기 산화아연이 표면에 첨착된 활성탄은 산화아연 고유의 냄새입자 분해 및 정화 효과에 의해 활성탄의 각 기공에 냄새입자가 쌓이지 않고 시의적절하게 분해됨에 따라 탈취 효능의 극대화를 얻을 수 있게 된다.
자체 실험 기준으로 기존 활성탄 필터(규격 250g/m2)와 비교할 때, 일 실시예에 따른 필터 소재(규격 180g/ m2)는 적은 양으로도 유해가스 제거 능력이 기존 활성탄 필터와 동등이상의 수준을 유지할 수 있다.
또한, 차량용 활성탄 에어히터필터(콤비필터)는 활성탄의 기공에 의한 냄새 및 분진의 흡착 효능에도 불구하고, 과다한 기공을 지닌 활성탄 자체의 이슈로 실제 공조설비에 무리를 줄 수 있다. 때문에 경차, 중형, 심지어는 중대형 차량에도 공조설비의 과도한 압력손실을 이유로 사용을 제한하기도 하는 한계를 지니고 있다. 이에 반해 본 실시예에 따른 상기 산화아연이 첨착된 활성탄이 적용된 차량용 케빈에어필터(콤비 필터)의 경우에는 동등 수준의 냄새흡착 및 기타 효능을 위해 요구되는 활성탄의 수량이 실질적으로 작음에 따라 차량의 공조설비에 무리를 주지 않는 잇점이 있다.
또한, 상기 필터 소재는 기존 콤비네이션 필터에 필요한 활성탄의 양이 줄어듬에 따라 가격이 낮아질 수 있고, 산화아연을 함유함에 따라 항균력 및 항곰팡이 성능 또한 발현될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 필터는 상기 필터 소재를 포함한다. 상기 필터는, 예를 들어 기재 상에 상기 필터 소재를 포함하는 필터층을 배치함으로써 제조될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 장치는 상기 필터를 포함한다. 상기 장치는 예를 들어 자동차, 공기청정기, 공조시스템 또는 산업용 필터 장치일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 필터 소재의 제조방법은,
평균 입경 1nm 내지 50nm의 1차 입자로 이루어진 산화아연 및 수계 용매를 포함하는 분산액을 준비하는 단계;
상기 분산액과 활성탄을 균일하게 혼합하여 혼합물을 얻는 단계; 및
상기 혼합물을 건조하는 단계;를 포함한다.
상기 필터 소재의 제조방법에서, 산화아연은 1차 입자 상태로 물에 분산시켜 사용한다. 1차 입자로 이루어진 산화아연은 예를 들어 습식 화학 공정 (wet chemical process)에 의해 제조될 수 있으며, 이와 같이 제조된 산화아연 1차 입자는 원심분리기로 고액분리 후 순수를 적정량 투입하여 원하는 농도로 수분을 제어할 수 있다.
구체적으로 예를 들면, 아연 할로겐화물 용액에 물 또는 염기성이 강한 수산화나트륨을 첨가하여 반응시킨 후, 물을 제공하지 않는 강한 염기성화합물을 첨가한 후 승온시켜 평균입경 1nm 내지 50nm 범위의 산화아연 1차 입자를 형성시킬 수 있다. 이 후, 생성된 산화아연 1차 입자와 용액을 분리한 후 물을 이용하여 원심탈수기로 산화아연 1차 입자를 세척한다. 원심탈수기에서 세척된 산화아연 1차 입자는 건조기에서 건조시킨다. 상기 산화아연 1차 입자의 수분 함유량은 30~50% 정도이다.
상기 산화아연 1차 입자는 슬러리 상태로 제조하여 분산에 이용할 수 있다. 예를 들어, 상기 산화아연 1차 입자를 물과 함께 교반장치가 장착된 용기에 원하는 함량으로 투입하고 교반 분산시킴으로써, 원하는 농도의 산화아연 슬러리를 얻을 수 있다. 이렇게 얻어진 산화아연 슬러리는 별도의 건조과정을 거치지 않았기 때문에 다공성이 높고, 분산력이 매우 우수하다.
다음으로, 상기 산화아연 1차 입자 및 수계 용매를 포함하는 분산액을 준비한다. 일 실시예에 따르면, 상기 분산액은 인체안정성, 활성탄과 상용성 등을 목적으로 수계 용매로서 물을 사용할 수 있다.
상기 산화아연 및 수계 용매를 혼합하여 분산액을 준비할 때, 산화아연이 수계 용매 내에 균일하게 분산될 수 있도록, 상기 분산액에 분산제를 더 첨가할 수 있다. 예를 들어 분산제로서 카르복실 라디칼을 지니면서 수계 용매에 적합한 분산제를 사용할 수 있다. 분산제로는 예를 들어 PC75, CE64, Anti250, D-190, D-192 들을 사용할 수 있다.
상기 분산제는 산화아연 100 중량부 기준으로 5 내지 100 중량부 범위로 사용될 수 있다. 상기 범위에서는 산화아연의 물성에 영향을 미치지 않으면서 분산효과를 효과적으로 나타낼 수 있다.
상기 분산액은 산화아연 및 수계 용매를 혼합한 후, 비드밀 또는 로테이트 밀 등의 밀링 가공을 통해 얻을 수 있다. 상기 분산액은 다음 단계에서 상기 분산액과 활성탄과 혼합할 때 희석시켜 사용할 수 있다.
상기 분산액과 활성탄을 혼합한 혼합액 내에서 활성탄 및 산화아연의 함량은, 고형분 기준으로, 활성탄 100 중량부에 대하여, 산화아연의 함량이 0.5 내지 10 중량부일 수 있다.
상기 혼합액은 건조함으로써, 활성탄 표면에 상기 산화아연이 첨착된 상태의 필터 소재를 얻을 수 있다. 상기 건조 단계는 예를 들어 60℃ 내지 110℃에서 5 내지 16시간 동안 수행될 수 있다.
이와 같이 얻어진 필터 소재는 1차 입자가 집합된 2차 입자로 이루어진 분말 형태의 산화아연이 활성탄 표면에 고르게 분포되어 첨착됨으로써 우수한 탈취 능력을 나타낼 수 있다. 얻어진 필터 소재에서 활성탄 표면에 첨착된 산화아연의 1차 입자의 평균 입경은 1nm 내지 50nm이고, 2차 입자의 평균 입경은 0.03?m내지 1.5?m일 수 있다.
이하의 실시예 및 비교예를 통하여 예시적인 구현예들이 더욱 상세하게 설명된다. 단, 실시예는 기술적 사상을 예시하기 위한 것으로서 이들만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것이 아니다.
실시예 1
슬러리 용액 내 나노사이즈의 산화아연 입자 (㈜나노미래생활, ZnO, 1차 입경 10~20nm, 비표면적 40m2/g)가 함유되어 있는 산화아연 5wt% (고형분 기준), 분산제 (Zschimmer & Schwarz GmbH & Co KG, PC75) 1wt%, 및 물 94wt%를 30분간 자유롭게 혼합하고, 비드밀로 4시간 가공하여 슬러리 타입의 산화아연 분산액을 제조하였다.
상기 분산액 40g을 수계 용매 58g에 첨가하여 교반 하여 98g 의 분산액을 제조 후 입상 활성탄(신기화학/입상활성탄 30 x 80 Mesh) 98g에 믹싱한다. 이는 고형분 기준 2%와 활성탄과 분산액의 중량비를 1대1로 맞추기 위함이다. Voltex mixer기를 사용하여 30분 이상 균일하게 혼합하여, 산화아연이 분산된 분산액을 삼투압 효과를 통해 활성탄의 기공에 고르게 분포하게 하였다.
상기 혼합액을 건조기에 투입하여, 110℃에서 16시간 동안 건조를 실시하여 물을 제거하고, 산화아연을 활성탄의 기공내 및 표면에 첨착시킨 필터 소재를 제조하였다.
상기 제조된 필터 소재를 이용하여 먼지 입자를 거르는 층인 meltblow 섬유층 위에 활성탄을 접착하고, 지지체 역할을 하는 LMF (Lowmelt Fiber) 원단을 합지하여 절곡 후 띠 프레임 등을 하우징 하여 필터 완제품을 제조하였다.
실시예 2
실시예 1에서 상기 분산액 10g을 수계 용매 89g에 첨가하여 교반하여 99g 의 분산액을 제조 후 입상 활성탄(신기화학/입상활성탄 30 x 80 Mesh) 99g에 믹싱하여, 산화아연 고형분 기준을 0.5%로 변경시킨 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 과정을 실시하여 필터 소재 및 필터 완제품을 제조하였다.
실시예 3
실시예 1에서 상기 분산액 100g을 입상 활성탄(신기화학/입상활성탄 30 x 80 Mesh) 95g에 믹싱하여, 산화아연 고형분 기준을 5%로 변경시킨 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 과정을 실시하여 필터 소재 및 필터 완제품을 제조하였다.
실시예 4
슬러리 용액 내 나노사이즈의 산화아연 입자 (㈜나노미래생활, ZnO, 1차 입경 10~20nm, 비표면적 40m2/g)가 함유되어 있는 산화아연 10wt% (고형분 기준), 분산제 (Zschimmer & Schwarz GmbH & Co KG, PC75) 2wt%, 및 물 88wt%를 30분간 자유롭게 혼합하고, 비드밀로 4시간 가공하여 슬러리 타입의 산화아연 분산액을 제조하였다.
상기 분산액 100g을 입상 활성탄(신기화학/입상활성탄 30 x 80 Mesh) 90g에 믹싱하여, 산화아연 고형분 기준을 10%로 변경시킨 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 과정을 실시하여 필터 소재 및 필터 완제품을 제조하였다.
실시예 5
입상 활성탄 (불스신소재 / 입상활성탄 20 x 40 Mesh)을 이용하여 산화아연을 고형분 기준 5%로 코팅시킨 것을 제외하고, 상기 실시예 3과 동일한 과정을 실시하여 필터 소재 및 필터 완제품을 제조하였다.
실시예 6
입상 활성탄 (불스신소재 / 입상활성탄 20 x 40 Mesh)을 이용하여 산화아연을 고형분 기준 10%로 코팅시킨 것을 제외하고, 상기 실시예 4와 동일한 과정을 실시하여 필터 소재 및 필터 완제품을 제조하였다.
실시예 7
분말 활성탄 (신기화학 / 분말활성탄 325 Mesh)을 이용하여 산화아연을 고형분 기준 2%로 코팅시킨 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 과정을 실시하여 필터 소재 및 필터 완제품을 제조하였다.
실시예 8
분말 활성탄 (신기화학 / 분말활성탄 325 Mesh)을 이용하여 산화아연을 고형분 기준 5%로 코팅시킨 것을 제외하고, 상기 실시예 3과 동일한 과정을 실시하여 필터 소재 및 필터 완제품을 제조하였다.
비교예 1
필터 소재로서 산화아연이 코팅되지 않은 활성탄을 사용한 필터 완제품 ((주)두원 활성탄필터)을 비교예 1로 하였다.
평가예 1: 모폴로지 확인
상기 실시예 1-8에서 제조한 필터 소재와 비교예 1-2의 필터 소재의 모폴로지 구조를 주사전자현미경법(SEM, Hitachi Inc. SU-8230, Japan)으로 조사하였다.
실시예 1-8에서 제조한 필터 소재의 SEM 이미지를 각각 도 1-8에 각각 나타내었다. 도 1-8에서 보는 바와 같이, 실시예 1-8의 필터 소재는 활성탄에 첨착된 산화아연이 건조 공정을 거쳐도 기화되지 않고 활성탄 표면에 고르게 분포되어 있음을 알 수 있다.
평가예 2: 활성탄 필터 VOC 저감 테스트
상기 실시예 1의 필터 완제품, 실시예 5의 필터 완제품, 비교예 1의 활성탄필터의 VOC 저감을 국제 시험규격 ISO 11155-2 에 따라 국가공인인증기관 KCL 한국건설생활환경연구원에서 조사하였다. 시험 조건은 아래와 같다.
- 시험유량 : 1.5 m3/min
- 도입농도: 폼알데하이드 : (40 ± 4) μmol/mol
톨루엔 : (80 ± 8) μmol/mol
하기 표 1 및 2는 각 필터 완제품의 VOC 저감율 시험 결과를 비교한 표이다.
VOC 저감율
(%)		 실시예 1 비교예 1
폼 알데히드 28.7 13.5
상기 표 1에서 보는 바와 같이 실시예 1의 필터 소재는 시중 판매되고 있는 필터 소재에 비해 폼 알데히드를 15.2%p 더 많이 저감시켰다.
VOC 저감율
(%)		 실시예 5 비교예 1
톨루엔 56.5 55.0
상기 표 2에서 보는 바와 같이 실시예 5의 필터 소재는 비교예 1의 시중 판매되고 있는 필터 소재에 비해 톨루엔을 1.5%p 더 저감시켰다.
상기 테스트 내용은 활성탄의 중량을 250g/m2에서 180g/m2로 30%로 줄였음에도 산화아연이 활성탄에 첨착됨으로 동등 이상의 결과를 보여줌을 알 수 있다.
평가예 3: 압력손실 테스트
상기 실시예 5의 필터 완제품 및 비교예 1의 필터 완제품의 압력 손실을 시험규격 DIN 71460-1 에 따라 국가공인인증기관 한국생산기술연구원에서 조사하였다. 시험조건은 아래와 같다.
- 테스트 장비: Testing system for cabin air filter unit
- 테스트 모드: DIN 71460-1
- flow rate: 100~600 m3/h
- 온도: 23±5 ℃
- 상대습도: 55±15 %
하기 표 3은 각 필터 완제품의 압력손실 시험결과를 비교한 표이다.
Air flow rate (m3/h) 압력 손실 (Pa)
실시예 5 비교예 1
100 20 16
200 41 39
300 68 69
400 96 104
500 128 146
600 161 189
상기 표 3에서 보는 바와 같이, 실시예 5의 필터 완제품은 시중 판매되고 있는 필터 소재에 비해 압력 손실을 개선시켜 공조설비에서의 과부하를 막을 수 있음을 알 수 있다.
평가예 4: 초기분별제거 효율(Initial fractional efficiency) 테스트
상기 평가예 2에서 사용한, 상기 실시예 1 및 실시예 5의 필터 완제품과 비교예 1의 필터 완제품을 시험규격 DIN 71460-1 에 따라 국가공인인증기관 한국생산기술연구원에서 조사하였다. 시험조건은 아래와 같다.
- 테스트 장비: Testing system for cabin air filter unit
- 테스트 모드: DIN 71460-1
- challenge dust: ISO 12103-1 A2 fine test dust
- dust concentration: 20 mg/m3
- flow rate: 300 m3/h
- 온도: 23±5 ℃
- 상대습도: 55±15 %
하기 표 4는 각 필터 완제품의 초기분별제거효율의 시험 결과를 비교한 표이다.
Particle Size (μm) 초기분별제거효율 (%)
실시예 1 실시예 5 비교예 1
0.3 ~ 0.5 64.0 63.2 83.3
0.5 ~ 1.0 77.1 72.5 88.3
1.0 ~ 3.0 87.9 82.3 92.5
3.0 ~ 5.0 97.1 94.3 97.5
5.0 ~ 10.0 99.3 97.1 98.7
상기 표 4에서 보는 바와 같이, 실시예 1 및 실시예 5의 필터 완제품이 모두 입자사이즈 0.3~10.0?m 범위에서 초기분별제거효율이 준수하게 나타났고, 입자 사이즈가 커질수록 80% 이상의 고효율을 가짐을 알 수 있다.
평가예 5: 항균력 측정
상기 실시예 1 및 실시예 5에서 제조한 필터 소재와 비교예 1의 필터 소재의 항균도를 시험규격 ASTM E 2149 에 따라 국가공인인증기관 FiTi 시험연구원에서 조사하였다. 시험조건은 아래와 같다.
- 시료무게 : 2.0 g
- 완충용액 : PHOSPHATE BUFFER 50 mL(pH 7.2)
- 사용공시균주 - 균주 1 : Escherichia coli ATCC 25922
- 균주 2 : Staphylococcus aureus ATCC 6538
하기 표 5는 각 필터 소재의 세균감소율의 시험결과를 비교한 표이다.
BLANK 실시예 5
균주 1 초기균수(/mL) 1.8 x 105 1.8 x 105
24시간 후 (/mL) 1.1 x 105 < 30
세균감소율(%) - 99.9
균주 2 초기균수(/mL) 1.8 x 105 1.8 x 105
24시간 후 (/mL) 1.1 x 105 1.6 x 102
세균감소율(%) - 99.8
상기 표 4에서 보는 바와 같이 실시예 5의 필터 소재는 황색포도상구균, 대장균에서 모두 99.9%의 세균 감소율을 보인다. 이는 기존 활성탄 소재가 가지고 있지 않는 항균력을 산화아연을 첨착하여 다른 부가적인 항균 기능을 부여함을 의미한다.
이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 구현예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 구현예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims (16)

  1. 활성탄; 및
    상기 활성탄의 표면 또는 기공에 배치된, 1차 입자가 집합된 2차 입자로 이루어진 분말 형태의 산화아연;을 포함하며,
    상기 산화아연의 1차 입자의 평균 입경이 1nm 내지 50nm이고, 2차 입자의 평균 입경이 0.03μm 내지 1.5μm인 필터 소재
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산화아연의 비표면적이 40m2/g 이상인 필터 소재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 활성탄은 입상, 분말, 또는 이들의 혼합물 형태인 필터 소재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 활성탄이 평균 입경 20ⅹ40 내지 30ⅹ80 메쉬(mesh) 범위의 입상활성탄인 필터 소재.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 활성탄이 평균 입경은 200 내지 400 메쉬 범위의 분말활성탄인 필터 소재.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 활성탄 100 중량부를 기준으로, 상기 산화아연의 함량은 0.5 내지 10 중량부인 필터 소재.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 산화아연은 상기 활성탄의 표면을 덮고 있는 필터 소재.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 필터 소재를 포함하는 필터.
  9. 제8항에 따른 필터를 구비한 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 장치는 자동차, 공기청정기, 공조시스템 또는 산업용 필터 장치.
  11. 평균 입경이 1nm 내지 50nm의 1차 입자로 이루어진 산화아연 및 수계 용매를 포함하는 분산액을 준비하는 단계;
    상기 분산액과 활성탄을 균일하게 혼합하여 혼합물을 얻는 단계; 및
    상기 혼합물을 건조하는 단계;
    를 포함하는 필터 소재의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 수계 용매는 물인 필터 소재의 제조방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 분산액은 분산제를 더 포함하는 것인 필터 소재의 제조방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 활성탄 100 중량부를 기준으로, 상기 산화아연의 함량은 0.5 내지 10 중량부인 필터 소재의 제조방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 분산액과 활성탄을 혼합할 때 상기 분산액을 희석시켜 사용하는 필터 소재의 제조방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 건조 단계는 60 내지 110℃에서 5 내지 16 시간 동안 수행되는 필터 소재의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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