KR20190006635A - 고기능성 항균·탈취 필터 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고기능성 항균·탈취 필터 제조방법에 관한 것으로, 함성섬유로 이루어진 필터에 항균용액을 코팅하는 단계; 상기 코팅된 필터를 건조시키는 단계; 및 상기 건조된 필터를 플라즈마 반응챔버에서 고정화하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면 각종 유해세균에 대한 항균력과 유해가스와 생활 악취에 대한 탈취력을 가져 가정과 산업현장에서 유용하게 사용할 수 있다.

Description

고기능성 항균·탈취 필터 및 그 제조방법{Antibiotic and deodorant filter of high functional and method thereof}
본 발명은 항균·탈취 필터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유해 세균에 대한 항균력과 생활 악취에 대한 탈취력을 갖는 고기능성 항균·탈취 필터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
실내환경을 악화시키는 미생물에는 대장균, 황색포도상구균 등의 병원성 세균; 검은곰팡이, 아시퍼질러스 등의 곰팡이, 인플루엔자, 노로바이러스 등의 바이러스가 있으며, 공기 오염 및 악취물질에는 포름알데히드(HCHO), 벤젠, 톨루엔 등의 유해성 VOCs; 암모니아(NH3), 황화수소(H2S) 등의 악취물질이 있다.
이와 같은 유해물질 및 악취물질의 제거를 위한 필터는 대한민국 등록특허 10-0715781(등록일자 2007.05.01) '방향성 항균 조성물이 담체된 항균 펄프를 갖는 항균 필터', 대한민국 등록실용 20-0421849(등록일자 2006.07.11) '공조용 필터', 대한민국 등록특허 10-1296089(등록일자2013.08.07) '실내 디퓨져 항균필터', 대한민국 등록특허 10-0357765(등록일자 2002.10.09) '광반도성 탈취/항균 필터의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 광반도성 탈취/항균필터', 대한민국 등록특허 10-0894411(등록일자2009.04.15) '한방 항균 코팅제 및 그 항균 코팅제로 코팅된 한방 항균필터', 대한민국 등록특허 10-1473080(등록일자 2014.12.09) '다공성 동 제조 방법 및 이를 이용한 항균 필터', 대한민국 등록특허 10-1434788(등록일자 2014.08.20) '천연추출물을 이용한 항바이러스 기능을 갖는 필터의 제조방법', 대한민국 등록특허 10-1296615(등록일자 2013.08.08) '탈취-방진 복합필터 및 그의 제조방법' 등 다수의 필터 기술이 개시된 바 있다.
그러나 종래 개시된 필터의 대부분은 항균 또는 탈취 중 어느 한쪽의 기능만을 발휘하거나, 또는 항균 및 탈취의 기능을 모두 갖는다고 하더라도 어느 한 방향으로 기능성이 편중되어 있어 실질적으로 항균 및 탈취의 기능을 동시에 수행하기 어렵다는 문제가 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 은과 이산화티탄 나노입자가 함유된 항균용액과 플라즈마 중합법을 이용하여 필터를 제조함으로써 세균, 미세먼지, 바이러스에 대한 항균은 물론 VOCs, 악취물질에 대한 탈취까지 동시에 이룰 수 있어 오염된 실내 공기로 인한 각종 질병 발생을 예방할 수 있는 고기능성 항균·탈취 필터 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고기능성 항균·탈취 필터 제조방법은, 함성섬유로 이루어진 필터에 항균용액을 코팅하는 단계; 상기 코팅된 필터를 건조시키는 단계; 및 상기 건조된 필터를 플라즈마 반응챔버에서 고정화하는 단계;를 포함하고, 상기 건조된 필터를 플라즈마 반응챔버에서 고정화하는 단계는, 진공펌프로 반응챔버의 내부 압력이 1.0x10-3Torr ~ 2.0x10-3Torr로 떨어질 때까지 내부의 공기를 제거하는 단계; 플라즈마 중합 전에 아르곤 가스를 5 ~ 7cm3/min 유량으로 주입시키면서 방전전력 150W에서 2~5분 동안 전처리하여 흡착 필터의 표면에 존재하는 이물질을 제거하는 단계; 및 전구체와 연결된 밸브를 열어 전구체를 0.1 ~ 0.5cm3/min 유량으로 주입시키면서 방전전력 10~150W에서 10~120분 동안 플라즈마 중합을 진행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 합성섬유는 부직포, 신세틱 또는 유리섬유 중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 항균용액은 전체 조성물 100중량부를 기준으로 0.0000005중량부 내지 10중량부의 은 콜로이드, 0.0000001중량부 내지 15중량부의 이산화티탄 나노입자, 0.00001중량부 내지 6중량부의 분산안정제, 그리고 69중량부 내지 99중량부의 물을 함유하는 것을 특징으로 한다.
상기 코팅된 필터 건조는 70~100℃의 챔버에서 1~4시간 동안 실시하는 것을 특징으로 한다.
상기 전구체는 산성유해가스 제거를 위해 아민기를 함유한 DACH(diaminocyclohexane)를 사용하고, 포름알데히드 제거를 위해 아마이드기를 함유한 N-PAA(N-phenylacrylamide)를 사용하며, 염기성 유해가스 제거를 위해 아크릴산(Acrylic acid)를 사용하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이, 본 발명의 고기능성 항균·탈취 필터는 항균 용액 및 유기 아민고분자 박막을 이용하여 부직포, 신세틱 또는 유리섬유로 이루어진 메디아(Media)의 면에 흡착시켜 이루어짐으로써, 유해균을 막고 유해가스를 제거하는 데 탁월한 효과가 있다.
그리고, 본 발명의 고기능성 항균·탈취 필터는 일반필터와 달리 항균 기능이 뛰어나며, 암모니아, 포름알데히드, 벤젠, 다이옥신, 톨루엔 등에 대한 탈취 효과가 매우 뛰어난 장점을 갖는다.
또한, 본 발명의 고기능성 항균·탈취 필터는 항균 및 탈취 효과로 인해 병원, 제약회사, 식품회사, 다중이용시설의 공기 청정능력이 향상되고, 항균이나 탈취를 위한 2차 장치가 필요 없어 매우 경제적이라는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 고기능성 항균·탈취 필터는 대장균, 황색 포도상구균, 살모넬라균, 폐렴균 등의 각종 균에 대한 항균력과 유해가스에 대한 탈취력의 중요 기능이 있어, 기존 필터의 대체용으로 매우 유용하다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 고기능성 항균·탈취 필터의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 고기능성 항균·탈취 필터의 탈취시험(암모니아, NH3) 결과를 보인 시험성적서이다.
도 3은 본 발명에 따른 고기능성 항균·탈취 필터의 탈취시험(황화수소, H2S) 결과를 보인 시험성적서이다.
도 4는 본 발명에 따른 고기능성 항균·탈취 필터의 탈취시험(포름알데히드, HCHO) 결과를 보인 시험성적서이다.
도 5는 본 발명에 따른 고기능성 항균·탈취 필터의 항균 시험결과를 보인 시험성적서이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
그러면 도면을 참조하여 본 발명에 따른 고기능성 항균·탈취 필터 및 그 제조방법에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 고기능성 항균·탈취 필터의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 고기능성 항균·탈취 필터 제조방법은, 먼저 함성섬유로 이루어진 필터에 항균용액을 코팅한다(S100). 상기 합성섬유는 다양한 선택이 가능하나, 부직포, 신세틱 또는 유리섬유(Glass Fiber)를 사용하고, 바람직하게는 부직포를 사용한다.
상기 항균용액 코팅은 우선 항균용액 전체 조성물 100중량부를 기준으로 0.0000005중량부 내지 10중량부의 은 콜로이드, 0.0000001중량부 내지 15중량부의 이산화티탄 나노입자, 0.00001중량부 내지 6중량부의 적어도 하나의 분산안정제, 그리고 69중량부 내지 99중량부의 물을 함유하는 항균용액을 제조 후, 부직포 필터에 분무시킨다.
이어서, 상기 항균용액이 코팅된 필터를 70~100℃의 챔버에서 1~4시간 동안 건조시킨다(S200).
이어서, 상기 건조된 필터를 플라즈마 반응챔버에서 고정화시킨다(S300).
상기 플라즈마 반응챔버에서 고정화는, 먼저 진공펌프로 반응챔버의 내부 압력이 1.0x10-3Torr~2.0x10-3Torr로 떨어질 때까지 내부의 공기를 제거하고, 플라즈마 중합 전에 아르곤 가스를 5~7cm3/min 유량으로 주입시키면서 방전전력 150W에서 2~5분 동안 전처리하여 흡착 필터의 표면에 존재하는 이물질을 제거하고, 전처리 후 다시 진공펌프로 반응챔버의 내부 압력이 1.0x10-3Torr~2.0x10-3Torr로 떨어질 때까지 내부의 아르곤 가스를 제거하며, 전구체와 연결된 밸브를 열어 전구체를 0.1~0.5cm3/min 유량으로 주입시키면서 방전전력 10~150W에서 10~120분 동안 플라즈마 중합을 진행한 후, 플라즈마 중합 후 다시 진공펌프로 반응챔버의 내부 압력이 1.0x10-3Torr~2.0x10-3Torr로 떨어질 때까지 전구체를 제거한 다음 공기를 주입하여 흡착 필터를 회수한다. 이때, 상기 전구체는 산성유해가스 제거를 위해 아민기를 함유한 DACH(diaminocyclohexane)과 포름알데히드 제거를 위해 아마이드기를 함유한 N-PAA(N-phenylacrylamide)를 사용하고, 염기성 유해가스 제거를 위해 아크릴산(Acrylic acid)를 사용한다.
이와 같은 본 발명을 실시 예에 의거하여 상세히 설명하고자 한다.
실시 예 : 항균용액과 아민기가 도입된 항균·탈취 필터의 제조
합성섬유 중 부직포로 만든 필터에 항균용액을 80g/m2양으로 스프레이 후 80℃의 챔버에서 3시간 동안 건조하여 항균필터를 제조한다.
이때, 상기 항균용액은 전체 조성물 100중량부를 기준으로 0.0000005중량부 내지 10 중량부의 은 콜로이드, 0.0000001중량부 내지 15중량부의 이산화티탄 나노입자, 0.00001 중량부 내지 6 중량부의 분산안정제, 그리고 69 중량부 내지 99중량부의 물을 함유하며, 제조방법은 질산은(AgNO3) 10g, 에탄올 20g, 및 분산 안정제인 플라보노이드(flavonoid) 0.01g을 혼합한 후 80℃에서 5시간 유지하여 알코올 환원법에 의해 은 콜로이드 입자를 구비한 은 콜로이드 용액을 제조한다. 이때, 제조된 은 콜로이드 용액은 젤(gel) 상태이고, 은 콜로이드 용액 내에 구비된 콜로이드 입자의 평균 입경은 20nm 내지 50nm 크기이며 50,000ppm 농도의 은 콜로이드 용액이다. 다음으로, 증류수를 이용하여 50,000ppm 농도의 은 콜로이드 용액을 10 내지 5,000ppm의 농도로 희석시킨다. 이어서, 물을 사용하여 500ppm으로 희석된 은 콜로이드 용액을 용매로서 사용하여 TEOT(titaniumethoxyorthotitanate) 35g과 에탄올을 혼합한 용액을 넣고 졸-겔법(sol-gel method)을 이용하여 상온에서 가수분해와 축합반응을 수행한다. 이때, 상기 가수분해 반응의 촉매로서 HNO3 0.5g이 사용된다. 다음으로, 60 내지 85℃의 반응 온도로서 가열하고 4시간 내지 8시간 교반하여 유백색의 평균입경이 1nm 내지 100nm인 이산화티탄 입자를 1wt% 내지 5wt%의 농도로 함유하는 것을 특징으로 한다.
건조된 항균필터를 플라즈마 반응기에 넣고 DACH(1,2-Diaminocyclohexane)와 N-PAA(N-Phenylacrylamide)가 담긴 버블러(bubbler)를 연결하고 0.01 기압 이하로 진공 상태를 만들며, DACH 및 N-PAA 증기를 플라즈마 반응기 내로 유입시키고, R.F.전원을 이용하여 방전전력을 20W로 일정하게 유지하면서 30분간 노출시켜 지지체 표면에 아민기를 포함하는 얇은 고분자 막을 형성하도록 하여 아민기가 도입된 필터를 제조한다. 필터 표면에 아민 고분자의 증착이 끝나면 DACH 및 N-PAA 도입부를 폐쇄하고 증착된 고분자 표면에 라디칼을 상쇄하기 위해 10분간 진공상태에서 유지한 후 내부를 상압으로 유지시키고 제조된 필터를 수득한다.
시험 예 1 : 유해가스 및 악취 흡착능 평가
실시예에서 제작한 항균·탈취 필터를 10cmX20cm로 재단 후 5L 크기 반응기에 넣고 외부의 공기에 의한 오염을 방지하기 위하여 밀봉 후 각 가스의 농도는 황화수소 50ppm, 포름알데히드 20ppm, 암모니아 50ppm, 트리메틸아민 50ppm, 메틸머캅탄 50ppm으로 맞추었다.
흡착되는 동안에 온도에 의한 영향을 제거하기 위하여 온도는 23±5℃, 습도는 50±15% R.H로 유지하였다. 흡착된 농도는 검지관법을 이용하여 측정하였고, 농도 확인은 30, 60, 90,120분에서 측정하였다.
각 시간대별 가스 제거율은 다음 식에 의해 계산하였다.
시험가스 제거율(%) = [{Blank 농도 - Sample 농도}/Blank 농도] X 100
실시 예로 구성된 조성물의 유해가스 제거 특성을 시험성적(도 2 내지 도 4)을 통해 표 1에 나타내었다. 여기서, 비교 예는 합성섬유 중 부직포로 만든 필터로 항균 및 아민기 도입 처리가 되지 않은 필터이다.
구분 탈취율(%) 30min
황화수소 포름알데히드 암모니아 트리메틸아민 메틸머캅탄
비교예 - 75 26.5 - -
실시예 99.8 90.0 98.0 98.0 99.8
시험 예 2 : 항균능 평가
상기 실시예에서 항균 처리된 필터 5cmX5cm에 일정시간 배양 후 생존 균수를 측정하는 방법으로 사용균주는 폐렴균, 황색포도상구균 총 2종을 시험하였으며, 항균도 시험방법 및 절차는 KCL-FIR-1003:2011을 준용하였다.
상기 제조된 항균·탈취 필터의 항균능 결과를 시험성적(도 5)을 통해 표 2에 나타내었다.
구분 24시간 후 세균감소율(%)
황색 포도상구균 폐렴균
비교예 67.2 36.8
실시예 99.9 99.9
본 발명의 항균성을 갖는 고기능성 항균·탈취 필터는 항균 및 아민기 도입 처리가 되지 않은 필터에 비해 월등한 탈취와 항균능을 가지는 것을 알 수 있다.
본 발명의 고기능성 항균·탈취 필터는 공조기용 필터, 공기정화용 필터, 에어컨 필터 또는 공기청정기용 필터로 사용할 수 있다.
이상에서 본 발명의 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.

Claims (6)

  1. 함성섬유로 이루어진 필터에 항균용액을 코팅하는 단계;
    상기 코팅된 필터를 건조시키는 단계; 및
    상기 건조된 필터를 플라즈마 반응챔버에서 고정화하는 단계;를 포함하고,
    상기 건조된 필터를 플라즈마 반응챔버에서 고정화하는 단계는,
    진공펌프로 반응챔버의 내부 압력이 1.0x10-3Torr ~ 2.0x10-3Torr로 떨어질 때까지 내부의 공기를 제거하는 단계;
    플라즈마 중합 전에 아르곤 가스를 5 ~ 7cm3/min 유량으로 주입시키면서 방전전력 150W에서 2~5분 동안 전처리하여 흡착 필터의 표면에 존재하는 이물질을 제거하는 단계; 및
    전구체와 연결된 밸브를 열어 전구체를 0.1 ~ 0.5cm3/min 유량으로 주입시키면서 방전전력 10~150W에서 10~120분 동안 플라즈마 중합을 진행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고기능성 항균탈취 필터 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 합성섬유는 부직포, 신세틱 또는 유리섬유 중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 고기능성 항균·탈취 필터 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 항균용액은 전체 조성물 100중량부를 기준으로 0.0000005중량부 내지 10중량부의 은 콜로이드, 0.0000001중량부 내지 15중량부의 이산화티탄 나노입자, 0.00001중량부 내지 6중량부의 분산안정제, 그리고 69중량부 내지 99중량부의 물을 함유하는 것을 특징으로 하는 고기능성 항균·탈취 필터 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 코팅된 필터 건조는 70~100℃의 챔버에서 1~4시간 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 고기능성 항균탈취 필터 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전구체는 산성유해가스 제거를 위해 아민기를 함유한 DACH(diaminocyclohexane)를 사용하고, 포름알데히드 제거를 위해 아마이드기를 함유한 N-PAA(N-phenylacrylamide)를 사용하며, 염기성 유해가스 제거를 위해 아크릴산(Acrylic acid)를 사용하는 것을 특징으로 하는 고기능성 항균·탈취 필터 제조방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 제조방법에 따라 제조된 고기능성 항균·탈취 필터.
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