KR20190135140A - 통기성 부재의 내면을 플라즈마 처리하는 방법 및 이의 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 통기성 부재를 제1 전극 및 제2 전극으로 압착하고, 상기 제1 및 제2 전극에 전압을 인가하여 상기 통기성 부재 내에 플라즈마를 발생시킴을 포함하는, 통기성 부재의 내면을 플라즈마 처리하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

통기성 부재의 내면을 플라즈마 처리하는 방법 및 이의 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PLASMA PROCESSING INTERNAL SURFACES OF AN BREATHABLE MEMBER}

본 발명은 대면적 통기성 소재의 플라즈마 처리 방법 및 장치에 관한 것이다.

플라즈마 장치는 피처리물의 표면 처리, 예컨대 친수화, 소수화, 또는 작용기 도입 또는 치환 등에 따른 표면 개질, 불순물 제거, 살균, 항균 등에 활용된다.

도 2는 종래의 상압 플라즈마를 이용한 표면 처리 기술의 개념도이다. 피처리물이 부직포, 필터, 폼, 직물 등과 같이 통기성의 두께를 가진 대면적 소재인 경우 종래의 방식으로는 소재의 겉표면에만 국한되어 플라즈마 처리가 이루어지지 않는 문제점이 있다.

예를 들어, 도 2의 플라즈마 Jet 방식으로는 Jet을 이루는 유체의 유동이 피처리물의 필터 공극 내로 침투될 수 없어 필터구조의 내부 전체에 효과를 주기가 어려움이 있다. 또한, 도 2의 코로나 플라즈마 표면처리 방식으로도 방전 중에는 피처리물의 표면에 전하를 축적하여 플라즈마 방전 채널이 필터구조의 내부로 유입될 수 없다.

결과적으로 두 가지 방식 모두 필터구조의 내부공간에는 플라즈마 처리가 이루어지지 않으며, 피처리물의 겉표면에만 플라즈마 표면처리가 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고, 부직포, 필터, 폼, 직물 등과 같이 통기성의 두께를 가진 대면적 소재의 내표면에의 플라즈마 처리가 가능한 방법 및 장치를 제공한다.

일 측면으로서, 본 발명은 통기성 부재를 제1 전극 및 제2 전극으로 압착하고, 상기 제1 및 제2 전극에 전압을 인가하여 상기 통기성 부재 내에 플라즈마를 발생시킴을 포함하는, 통기성 부재의 내면을 플라즈마 처리하는 방법을 제공한다.

상기 통기성 부재는, 다공성 부재일 수 있다. 바람직하게는 부직포, 필터, 폼 또는 직물임을 특징으로 한다.

상기 통기성 부재는, 직물 또는 필터이고, 상기 플라즈마 처리를 통해 상기 직물 또는 필터의 내면을 친수 또는 소수 처리함을 특징으로 한다.

상기 통기성 부재는, 직물이고, 상기 플라즈마 처리를 통해 상기 직물의 염색력을 강화시킴을 특징으로 한다.

상기 통기성 부재는, 필터이고, 상기 플라즈마 처리를 통해 상기 필터의 유기물 산화 제거함을 특징으로 한다.

상기 통기성 부재는, 필터이고, 상기 플라즈마 처리를 통해 상기 필터를 재생함을 특징으로 한다.

상기 제1 및 제2 전극 사이에 하나 이상의 유전체 층을 포함함을 특징으로 한다.

다른 측면으로서, 본 발명은 판형 제1 전극; 상기 판형 제1 전극과 마주하고 피처리대상인 통기성 부재를 압착하는 판형 제2 전극; 및 상기 제1 전극 및 제2 전극에 전압을 인가하여 상기 통기성 부재 내에 플라즈마가 발생하도록 구성된 전원공급부를 포함하는, 통기성 부재의 내면을 플라즈마 처리하는 장치를 제공한다.

상기 제1 및 제2 전극 사이에 하나 이상의 유전체 층을 포함함을 특징으로 한다.

상기 제1 전극 또는 제2 전극에 다수의 구멍; 및 상기 구멍을 통해 플라즈마 발생용 가스를 공급하는 가스 공급수단을 포함함을 특징으로 한다.

상기 제1 전극 또는 제2 전극이 상기 통기성 부재를 압착하면서 상기 통기성 부재에 따라 이동시키는 전극이동수단을 포함함을 특징으로 한다.

상기 통기성 부재가 상기 제1 및 제2 전극 사이에서 압착된 상태로 이동시키는 통기성 부재 이동수단을 포함함을 특징으로 한다.

다른 측면으로서, 본 발명은, 원기둥형 제1 전극; 상기 원기둥형 제1 전극과 마주하고 피처리대상인 통기성 부재를 압착하는 판형 제2 전극; 및 상기 제1 전극 및 제2 전극에 전압을 인가하여 상기 통기성 부재 내에 플라즈마가 발생하도록 구성된 전원공급부를 포함하는, 통기성 부재의 내면을 플라즈마 처리하는 장치를 제공한다.

상기 제1 및 제2 전극은 각각 서로 반대 방향으로 회전하도록 구성되어, 상기 제1 전극 또는 제2 전극이 상기 통기성 부재를 압착하면서 상기 통기성 부재에 따라 이동시킴을 특징으로 한다.

본 발명은 부직포, 필터, 폼, 직물 등과 같이 통기성의 두께를 가진 대면적 소재의 내표면에의 플라즈마 처리가 가능한 방법 및 장치를 제공한다.

도 1은 본 발명의 통기성 부재의 내면을 플라즈마 처리하는 장치(100)의 개념도이다.
도 2는 종래의 상압 플라즈마를 이용한 표면 처리 기술의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 통기성 부재의 내면을 플라즈마 처리하는 장치에서 플라즈마 발생용 가스를 주입하도록 전극이 구성된 개념도이다.
도 4 및 5는 본 발명의 통기성 부재의 내면을 플라즈마 처리하는 장치가 대면적 통기성 부재를 처리하는 개념을 예시하는 개념도이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1의 결과를 보여주는 사진이다.
도 7은 본 발명의 실시예 2의 결과를 보여주는 사진이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 통기성 부재의 내면을 플라즈마 처리하는 장치(100)의 개념도이다. 본 발명의 장치는 판형 제1 전극(110); 상기 판형 제1 전극과 마주하고 피처리대상인 통기성 부재(130)를 압착하는 판형 제2 전극(120); 및 상기 제1 전극 및 제2 전극에 전압을 인가하여 상기 통기성 부재 내에 플라즈마(140)가 발생하도록 구성된 전원공급부(150)를 포함하는, 통기성 부재의 내면을 플라즈마 처리하는 장치를 제공한다. 상기 제1 및 제2 전극 사이에서는 피처리물의 기체 층을 통하여 아크, 스파크 방전이 발생할 수 있으며 피처리물이 열변형이 쉬운 소재인 경우 손상을 초래할 수 있으므로 상기 제1 및 제2 전극 사이에 세라믹 유전체층(150)을 적어도 1개 이상 삽입할 수 있다.

상기 제1 및 제2 전극을 이용하여 통기성 피처리물을 전극 사이에 밀착-압착하여 피처리물의 내부에 있는 기체 공간 외의 기체 층을 제거하여 주고, 상기 제1 및 제2 전극 사이에 플라즈마 발생 전압을 인가하여 주면 필터구조의 피처리물의 내부에서만 효과적으로 플라즈마를 발생시킬 수 있다.

도 3은 본 발명의 통기성 부재의 내면을 플라즈마 처리하는 장치에서 플라즈마 발생용 가스를 주입하도록 전극이 구성된 개념도이다. 도 3에서 보는 바와 같이, 본 발명의 장치는 상기 제1 전극 또는 제2 전극에 하나 이상의 구멍(160)을 포함하고, 상기 구멍(160)을 통해 플라즈마 발생용 가스를 공급하는 가스 공급수단을 포함함을 특징으로 한다.

피처리물 소재에 부여하고자 하는 기능(예를 들어, 친수, 소수, 불화 등)에 따라 플라즈마 발생용 가스를 제1 및/또는 제2 전극에 가스 공급구를 구비할 수 있다. 가스 공급구(160)는 피처리물의 면적에 따라, 다수개의 원형 홀 또는 긴 슬릿 홀을 적용할 수 있다.

도 4 및 5는 본 발명의 통기성 부재의 내면을 플라즈마 처리하는 장치가 대면적 통기성 부재를 처리하는 개념을 예시하는 개념도이다.

도 4에서 참조되는 바와 같이, 롤투롤 공정으로 대면적 통기성 부재를 처리할 수 있다. 제1 및 제2 전극은 원기둥형일 수 있고, 두 전극은 마주하면서 피처리대상인 통기성 부재를 압착하고, 상기 제1 및 제2 전극은 각각 서로 반대 방향으로 회전하도록 구성되어, 상기 제1 전극 또는 제2 전극이 상기 통기성 부재를 압착하면서 상기 통기성 부재에 따라 이동시킴을 특징으로 한다.

도 4에서와 같이, 플라즈마 발생 및 공정 가스는 챔버(170) 내에 주입할 수 있다.

또한 다른 예로서, 도 5에서 참조되는 바와 같이, 본 발명의 장치는 상기 제1 전극 또는 제2 전극이 상기 통기성 부재를 압착하면서 상기 통기성 부재에 따라 전극이 이동될 수 있고, 피처리물이 이동될 수 있다.

[ 실시예 1]

본 발명의 친수성 부가 효과를 확인하기 위해 아래와 같은 실험을 수행하였다.

도 3의 장치를 다음과 같이 구성하였다. 제1 및 제2 전극은 면적이 80 × 80 mm으로 하였고, 알루미나 재질의 유전체를 전극 사이에 구성하였다. 전극의 구멍을 통해 N₂ 및 공기를 각각 4 lpm 및 2ccm으로 주입하였다. 인가 전압은 50 W, 사인파 교류 고전압, 주파수 1kHz 및 10 kV 피크로 하였다. 처리시간은 30초이었고, 피처리물은 PET 수지 필터였다.

[ 비교예 ]

또한 대조군으로서, 도 2에 예시된 플라즈마 Jet 발생원에 따른 N₂ 및 공기의 플라즈마로, 피처리물인 PET 수지 필터의 표면을 처리하였다. 처리 시간은 동일하게 처리시간은 30초였다.

실시예1과 비교예의 결과를 도 6에 제시하였다. 상단의 좌측 및 우측 두 사진에는 세 개의 세장형 수지 필터가 있다. 이 중 좌측 필터는 본 발명의 실시예1의 조건으로 처리된 수지이고 가운데 필터는 종래 방식인 비교예의 조건으로 처리한 수지이며, 우측 필터는 어떠한 처리도 하지 않은 수지이다. 각 수지의 물 흡수력을 확인하기 위해, 각 수지에 수성 잉크로 아래서 위로 점을 찍었고, 수지의 끝을 물에 침지하였다. 상단의 좌측사진은 물에 접촉한 직후의 사진이고, 상단의 우측 사진은 물에 접촉한 지 30초 이후의 사진이다.

확인되는 바와 같이, 본 발명인 실시예1의 조건으로 처리된 좌측의 수지는 잉크가 상단까지 매우 크게 전부 번짐이 확인되었다. 그러나 종래 방식인 비교례의 조건으로 처리된 가운데 수지는 잉크의 번짐은 작게 번짐이 확인되었고, 어떠한 처리하지 않은 수지는 잉크의 번짐은 확인되지 않았다.

종래의 방식도 수지 필터에 친수성을 증가시킴은 확인되었지만, 실시예1 및 비교예로 처리된 수지의 단면을 확인해 보면 수지의 표면만이 친수성이 증가되었음을 확인할 수 있다. 도 6의 하단의 좌측 사진은 실시예1의 조건으로 처리된 수지의 단면이며, 하단의 우측 사진은 비교예의 조건으로 처리된 수지의 단면이다. 수지의 단면을 보면 비교예의 수지의 경우 내부로의 잉크 번짐은 거의 없지만, 실시예의 수지의 경우는 내부로까지 잉크 번짐이 확인된다. 즉 종래 기술인 비교예로 처리된 필터는 표면 물 흡수력만 증가하였고 내부는 흡수력이 증가하지 못하였음이 확인되었지만, 본 발명인 실시예1에 의해 처리된 수지는 내부까지 높은 물 흡수력이 있음을 확인할 수 있었다. 즉, 본 발명의 방법만이, 통기성 수지의 내부까지 플라즈마 처리되어 친수성을 증가시킴이 확인된다.

[ 실시예 2]

본 발명의 소수성 부가 효과를 확인하기 위해 아래와 같은 실험을 수행하였다.

실시예1의 조건에서, 공급가스가 N₂ 및 HMDSO 증기인 것을 제외하고 동일하게 구성하였다. 공급가스인 N₂ 및 HMDSO 증기의 공급은 HMDSO의 액체 내에서 질소 버블링 이후 포집된 가스를 2 lpm으로 공급하였다. 피처리물은 흡수용 종이였다.

실시예2의 결과는 도 7에서 확인된다. 처리되지 않은 흡수용 종이에 물방울을 떨어트리면 도 7의 좌측 사진과 같이 바로 흡수되지만, 실시예2의 방법으로 처리된 흡수용 종이는 물방울 떨어트리면 흡수되지 않음이 확인되고, n-헥산을 떨어터르면 바로 흡수됨이 확인되었다.

이로써, 흡수용 종이와 같이 내부 표면적이 넓은 부재의 발수 처리를 통해 물은 흡수하지 않고 기름성분만이 흡수하는 부재로 만들 수 있다.

본 발명의 장치는 직물 등의 영구적 친수화 또는 소수화 처리를 가능하게 하며, 이를 통해 가스의 종류를 적절히 선택하여 옷감의 방오처리, 염색력 강화를 달성할 수 있다.

또한, 세라믹 필터의 재생도 가능하다. DPF, 수질정화 필터 등의 장시간 사용 후 축적된 매연 및 유기물의 산화 제거를 가능하게 한다.

오일 흡착포의 경우, 소수-친유 처리를 통하여 유류 오염 수계 정화 성능을 향상시킬 수 있다.

수지필터 성능 개선 및 기능성 부여도 가능하고, 흡습성 강화를 통한 압력부하 저감, 필터의 항생성 부여를 통한 파울링 저감, 친유-소수 처리를 통한 수분배제 오일 필터를 제공한다.

공조용 필터 기능성 부여도 가능하며, 기체 여과 중 특정 분진/가스상 물질의 선택적 여과 및, 항균필터(공기 중 바이러스, 박테리아 거름 및 살균)의 기능을 부가할 수 있다.

Claims (14)

1. 통기성 부재를 제1 전극 및 제2 전극으로 압착하고,
   상기 제1 및 제2 전극에 전압을 인가하여 상기 통기성 부재 내에 플라즈마를 발생시킴을 포함하는,
   통기성 부재의 내면을 플라즈마 처리하는 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 통기성 부재는,
   부직포, 필터, 폼 또는 직물임을 특징으로 하는,
   통기성 부재의 내면을 플라즈마 처리하는 방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 통기성 부재는, 직물 또는 필터이고,
   상기 플라즈마 처리를 통해 상기 직물 또는 필터의 내면을 친수 또는 소수 처리함을 특징으로 하는,
   통기성 부재의 내면을 플라즈마 처리하는 방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 통기성 부재는, 직물이고,
   상기 플라즈마 처리를 통해 상기 직물의 염색력을 강화시킴을 특징으로 하는,
   통기성 부재의 내면을 플라즈마 처리하는 방법.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 통기성 부재는, 필터이고,
   상기 플라즈마 처리를 통해 상기 필터의 유기물 산화 제거함을 특징으로 하는,
   통기성 부재의 내면을 플라즈마 처리하는 방법.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 통기성 부재는, 필터이고,
   상기 플라즈마 처리를 통해 상기 필터를 재생함을 특징으로 하는,
   통기성 부재의 내면을 플라즈마 처리하는 방법.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 전극 사이에 하나 이상의 유전체 층을 포함함을 특징으로 하는,
   통기성 부재의 내면을 플라즈마 처리하는 방법.
   
8. 판형 제1 전극;
   상기 판형 제1 전극과 마주하고 피처리 대상인 통기성 부재를 압착하는 판형 제2 전극; 및
   상기 제1 전극 및 제2 전극에 전압을 인가하여 상기 통기성 부재 내에 플라즈마가 발생하도록 구성된 전원공급부를 포함하는,
   통기성 부재의 내면을 플라즈마 처리하는 장치.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 전극 사이에 하나 이상의 유전체 층을 포함함을 특징으로 하는,
   통기성 부재의 내면을 플라즈마 처리하는 장치.
   
10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 전극 또는 제2 전극에 다수의 구멍; 및
    상기 구멍을 통해 플라즈마 발생용 가스를 공급하는 가스 공급수단을 포함하는,
    통기성 부재의 내면을 플라즈마 처리하는 장치.
    
11. 제8항에 있어서,
    상기 제1 전극 또는 제2 전극이 상기 통기성 부재를 압착하면서 상기 통기성 부재에 따라 이동시키는 전극이동수단을 포함하는,
    통기성 부재의 내면을 플라즈마 처리하는 장치.
    
12. 제8항에 있어서,
    상기 통기성 부재가 상기 제1 및 제2 전극 사이에서 압착된 상태로 이동시키는 통기성부재 이동수단을 포함하는,
    통기성 부재의 내면을 플라즈마 처리하는 장치.
    
13. 원기둥형 제1 전극;
    상기 원기둥형 제1 전극과 마주하고 피처리대상인 통기성 부재를 압착하는 판형 제2 전극; 및
    상기 제1 전극 및 제2 전극에 전압을 인가하여 상기 통기성 부재 내에 플라즈마가 발생하도록 구성된 전원공급부를 포함하는,
    통기성 부재의 내면을 플라즈마 처리하는 장치.
    
14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극은 각각 서로 반대 방향으로 회전하도록 구성되어, 상기 제1 전극 또는 제2 전극이 상기 통기성 부재를 압착하면서 상기 통기성 부재에 따라 이동시킴을 특징으로 하는,
    통기성 부재의 내면을 플라즈마 처리하는 장치.

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