KR20210082287A - 반도체 제조 클린룸용 악취제거 유닛 및 이의 제조방법 - Google Patents

반도체 제조 클린룸용 악취제거 유닛 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 제조 클린룸 또는 스막룸(Smock room)의 악취제거 유닛으로서, 공기흡입부; 프리필터(Pre filter); 미디움필터(Medium filter); 헤파필터(HEPA filter); 카본필터; 광촉매필터; 및 공기배출부; 를 포함하고, 상기 광촉매필터는 알루미늄 폼(Aluminium foam)과 광촉매제인 TiO2를 포함하며, 상기 알루미늄 폼은 5 내지 50 ppi(Picks per inch)인 것을 특징으로 하는 악취제거 유닛 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

반도체 제조 클린룸용 악취제거 유닛 및 이의 제조방법{DEODORIZING UNIT FOR CLEAN ROOM AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 반도체 제조 클린룸 또는 스막룸(Smock room)의 악취제거 유닛으로서, 공기흡입부, 프리필터(Pre filter), 미디움필터(Medium filter), 헤파필터(HEPA filter), 카본필터, 광촉매필터 및 공기배출부를 포함하고, 알루미늄 폼(Aluminium foam)과 광촉매제인 TiO2와 가시광선 LED를 포함함으로써, 클린룸 작업 중에 발생되는 악취 원인 중 발냄새나 땀냄새 등의 작업 중에 발생되는 휘발성 화학물질을 제거할 수 있는 악취제거 유닛 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
반도체, 전자부품, 시계, 광학기기, 컴퓨터 등과 같은 초정밀 제품의 제조공장이나 미생물연구실 등의 정밀한 실험을 요하는 실험실 등은 클린룸 시설이 요구된다.
반도체 소자의 수율은 작업환경에 민감하게 반응한다. 공기 중에 존재하는 미세입자, 유기화합물 등은 반도체 기판 상에 존재하게 되면, 쇼트성 불량이 발생하거나 제조 과정에서 화학물질을 도포하는 등의 공정에서 불필요한 반응이나 예기치 못한 사고를 발생시킬 수 있다.
따라서, 반도체 소자는 클린룸(Clean room)이라는 내부 환경이 특정한 조건으로 통제되고 있는 공간에서 제조되며, 작업자를 통한 외부 물질의 유입을 방지하기 위해 스막룸(Smock room)이라는 곳에서 작업복으로 환복한 작업자가 에어 샤워(Air shower)를 하여 외부 물질의 유입을 방지한다.
클린룸과 스막룸은 외부로부터 유입되는 공기부터 클린룸 내에서 순환되는 공기까지 입자에 대한 철저한 관리가 요구되므로, 공기 청정 장치에 의해 내부의 부유물질을 제거하고, 온도와 습도를 조절하는 장치를 구비하게 된다.
클린룸이나 스막룸에서 제거되어야 하는 물질은 외부에서 유입되는 물질 외에도, 작업 중에 사용되는 화합물의 증발이나 작업자의 몸에서 발생될 수 있는 유기물 등이 있다.
공기 중에 부유하는 물질 중 비교적 큰 물질들은 유리 섬유나 종이 등을 이용한 필터에 의해 제거될 수 있지만, 휘발성 유기화합물이나 인체에서 발산되는 땀, 유기산 등의 물질, 인체로부터 떨어져 나올 수 있는 각종 세균 등은 유리 섬유나 종이 등으로 이루어진 물리적인 필터링에 의해서는 제거가 어려운 문제가 있다.
더욱이, 세균이나 유기산 등과 같은 물질은 증식되거나 변형되어 공기 배출구를 통해 클린룸으로 다시 유입될 가능성도 있으므로, 이로 인한 2차 오염 피해 우려도 있다.
이에 따라, 물리적인 흡착으로 제거가 가능한 외부 유입 물질만이 아니라, 휘발성 유기화합물이나 유기산과 같이 2차 오염의 우려가 있는 물질을 분해하여 제거함으로써, 클린룸 또는 스막룸의 내부 환경을 안정적으로 유지할 수 있는 공기 정화 유닛에 대한 개발이 필요한 실정이다.
한편, 광촉매제는 빛을 에너지원으로 하여, 특정 반응을 매개함으로써 반응 속도를 조절하는 촉매제에 관한 것으로서, 공기 정화 유닛에서는 광촉매제에 의해 생성된 슈퍼옥사이드 음이온(·O2-)이나 하이드록시 라디칼(·OH)이 유기화합물이나 유기산과 같은 유기물질과 반응하여 물이나 이산화탄소를 생성함으로써, 외부 유입 물질을 분해, 제거하는데 사용되고 있다.
다만, 광촉매제의 광화학반응은 가시광선에 비해 에너지가 높은 빛인 자외선을 에너지원으로 하는 반응이 일반적인데, 이는 자외선 범위의 파장만을 이용하기 때문에 광촉매제의 효율향상에 한계가 있었다.
이러한 문제를 해결하고자, 가시광선 영역의 빛까지 활용이 가능한 광촉매제를 활용함으로써, 외부 유입 물질의 분해, 살균 효과를 향상시키려는 다양한 연구가 진행되고 있으나, 아직 상용화에 이를만큼 우수한 성능의 광촉매제를 활용한 공기 정화 유닛 또는 탈취 유닛은 개발되지 못하고 있다.
대한민국 공개특허 제2004-0024738호는 클린룸용 공기필터에 관한 것으로서, 필터의 구성을 여재와 내산성을 가지는 폴리머 계열의 물질로 이루어진 세퍼레이터로 구성된 필터를 개시하고 있을 뿐, 외부 유입 물질을 분해하여 제거함으로써, 탈취, 살균이 가능한 탈취 유닛에 관해서는 개시하고 있지 않다.
대한민국 등록특허 제1787402호는 산업용 탈취기에 관한 것으로서, 먼지를 제거하는 필터, 공기 중의 수분을 응축시키고 탈취하는 냉각기, UV 탈취부, 활성탄 흡착부, 악취 성분 중화부를 포함하는 산업용 탈취기를 개시하고 있으나, 상술한 바와 같이 기존의 공기 정화 유닛에 사용되는 자외선을 에너지원으로 하는 광촉매제를 사용한 기술에 해당되며, 자외선과 가시광선의 영역의 빛까지 활용한 고효율의 탈취 유닛에 관해서는 개시하고 있지 않다.
따라서, 먼지 등의 입자뿐만 아니라 휘발성 유기화합물, 유기산 등과 같은 냄새 원인 물질 등을 분해하여 제거하여 분해물들에 의한 2차 오염의 우려가 없으면서도, 가시광선을 활용하여 광촉매효율이 향상된 탈취 유닛의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 반도체 제조를 위한 클린룸이나 스막룸(Smock room)에서 작업중 발생되는 휘발성 유기화합물이나 작업자로부터 발생되는 냄새 원인 물질들을 제거할 수 있는 악취제거 유닛을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 특히, 휘발성 유기화합물이나 냄새 원인 물질들을 단순히 포집하거나, 흡인하여 외부로 배출시키는 것이 아니고, 광촉매필터에 의해 원인 물질을 직접 분해함으로써 2차 오염을 방지할 수 있는 악취제거 유닛을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 광촉매필터에 의해 원인 물질을 물 또는 이산화탄소와 같은 물질로 분해함으로써, 클린룸이나 스막룸이 재오염되는 것을 방지하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 탈취 기능과 함께 살균 효과를 가지는 악취제거 유닛을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 광촉매필터가 기능하는 빛의 파장영역을 자외선영역에서 가시광선영역까지 확장시킴으로써, 광촉매효율이 향상된 광촉매필터를 포함하는 악취제거 유닛의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 또한, 원인 물질의 분해 수명이 향상된 광촉매필터를 포함하는 악취제거 유닛의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 반도체 제조 클린룸 또는 스막룸(Smock room)의 악취제거 유닛으로서, 공기흡입부; 프리필터(Pre filter); 미디움필터(Medium filter); 헤파필터(HEPA filter); 카본필터; 광촉매필터; 및 공기배출부; 를 포함하고, 상기 광촉매필터는 알루미늄 폼(Aluminium foam)과 광촉매제인 TiO2를 포함하며, 상기 알루미늄 폼은 5 내지 50 ppi(Picks per inch) 인 것을 특징으로 하는 악취제거 유닛을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 악취제거 유닛은 상기 광촉매필터의 표면으로 빛을 조사하는 광원램프를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광촉매필터는 MnO2를 더 포함하고, 상기 TiO2 및 MnO2를 1: 0.1 내지 0.9의 부피 비율로 포함할 수 있다.
본 발명은 또한, (a) 알루미늄 폼의 표면을 열처리하는 단계; (b) 상기 (a) 단계를 거친 알루미늄 폼을 광촉매제를 포함하는 용액에 20 내지 120초 동안 침지시키는 단계; (c) 상기 (b) 단계를 거친 알루미늄 폼을 상온에서 80 내지 120분 동안 건조시키는 단계; 및 (d) 상기 (c) 단계를 거친 건조된 알루미늄 폼의 표면을 마무리 열처리하는 단계; 를 포함하는 반도체 제조 클린룸 또는 스막룸의 악취제거 유닛 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 (a) 단계는, 알루미늄 폼의 표면을 산화시키는 제1열처리 단계와 제1열처리 단계를 거친 알루미늄 폼의 표면을 환원시키는 제2열처리 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 (d) 단계는 80 내지 120 ℃의 온도에서 120 내지 240분 동안 열처리하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 (b) 단계는, (b-1) 상기 (a) 단계를 거친 알루미늄 폼을 MnO2를 포함하는 용액에 5 내지 30초 동안 침지시키는 단계와 (b-2) 상기 (b-1) 단계를 거친 알루미늄 폼을 TiO2를 포함하는 용액에 5 내지 90초 동안 침지시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 반도체 제조를 위한 클린룸이나 스막룸(Smock room)에서 작업중 발생되는 휘발성 유기화합물이나 작업자로부터 발생되는 냄새 원인 물질들을 제거할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명은 광촉매필터에 의해 원인 물질을 직접 분해하여, 재오염을 방지할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명은 광촉매필터에 의해 원인 물질을 물 또는 이산화탄소와 같은 물질로 분해함으로써, 클린룸이나 스막룸이 재오염되는 것을 방지할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명은 가시광선영역의 빛에 의해서도 기능하여 광촉매필터의 광촉매효율이 향상된 효과를 가진다.
본 발명은 또한, 원인 물질의 분해 성능이 장기간 유지되어 광촉매필터의 수명이 향상된 효과를 가진다.
도 1은 본 발명에 따른 악취제거 유닛의 광촉매필터의 구조를 도시하는 단면도이다;
도 2는 본 발명에 따른 악취제거 유닛의 제조방법을 나타낸 공정순서도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 각 구성을 보다 상세히 설명하나, 이는 하나의 예시에 불과할 뿐, 본 발명의 권리범위가 다음 내용에 의해 제한되지 아니한다.
본 발명에 따른 반도체 제조 클린룸 또는 스막룸(Smock room)의 악취제거 유닛은 공기흡입부, 프리필터(Pre filter), 미디움필터(Medium filter), 헤파필터(HEPA filter), 카본필터, 광촉매필터 및 공기배출부를 포함하고, 상기 광촉매필터는 알루미늄 폼(Aluminium foam)과 광촉매제인 TiO2를 포함하며, 상기 알루미늄 폼은 5 내지 50 ppi(Picks per inch)인 악취제거 유닛이다.
본 발명은 반도체 제조를 위한 클린룸이나 스막룸에서 사용하기 위한 악취제거 유닛에 관한 것으로서, 땀냄새나 발냄새 등의 냄새 원인 물질이나 휘발성 유기화합물을 분해하여 제거함으로써, 부산물에 의한 2차 오염을 방지하여 클린룸이나 스막룸에 사용하기에 적합한 특성을 가진다.
구체적으로, 클린룸이란 공기 중 입자(Particle)들의 집중이 제어되도록 구성된 공간으로, 먼지의 발생, 유입, 유보가 최소화되도록 되어 있고, 온도, 습도, 그리고 압력이 요구에 따라 제어되는 방을 의미한다.
상기 입자는 먼지뿐만 아니라 세균, 바이러스, 금속 가루, 사람 몸에서 나오는 피부 세포 등등 공기 중에 떠다닐 만한 모든 입자를 의미하는 것으로, 공기 중에 부유하는 것이 가능한 입자를 일컫는다.
본 발명은 클린룸 내에 설치하여 클린룸 내의 먼지, 세균 및 사람 몸에서 나오는 유기산 등의 유기물을 물(H2O)와 이산화탄소(CO2)로 분해함으로써, 2차 오염을 방지하고, 클린룸의 컨디션을 유지할 수 있는 악취제거 유닛에 관한 것이다.
특히, 사람 몸에서 나오는 유기산은 냄새가 나거나, 악취를 유발하는 원인이 되므로, 반도체 제조 등을 위한 작업환경을 깨끗하고, 청정하게 유지하기 위해 사용될 수 있는 악취제거 유닛을 제공한다.
본 발명에 따른 악취제거 유닛은 필요에 따라 클린룸 내에 다양한 방법으로 설치가 가능하나, 바람직하게는, 클린룸의 천장(Ceiling)에 설치될 수 있다.
상기 공기흡입부는 클린룸과 연결되어 탈취, 정화하고자 하는 클린룸의 공기를 흡입하여 다수의 필터가 구비된 악취제거 유닛 내로 유입시키는 공기유입구이다.
상기 공기흡입부는 공기의 유입이 용이하도록 넓은 개구로 형성될 수 있고, 공기의 흐름을 크게 방해하지 않는 선에서 복수의 작은 개구로 형성될 수 있다. 상기 공기흡입부는 공기의 유입이 원활하고 빠르게 일어나도록, 흡입팬(Pan)을 더 구비할 수 있으며, 필요에 따라 해당 기술분야에서 부가, 변형될 수 있는 구성을 도입하는 것이 가능하다.
상기 공기흡입부를 통해 유입된 공기는, 프리필터(Pre filter)를 거치는데, 상기 프리필터는 전처리용 필터로서, 유입된 공기 내의 먼지와 같은 입자들을 물리적으로 흡착하여 제거하는 역할을 한다.
약 0.03 ㎛ 이상의 직경을 가지는 분진 99.7%를 제거할 수 있는 성능의 프리필터를 사용하는 것이 바람직하며, 해당 필터의 면방향에 수직하게 공기가 통과되도록 구성하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 미디움필터(Medium filter)는 프리필터로 1차 전처리된 공기를 공급받아 1 ㎛ 이상의 직경을 가지는 미세분진을 2차 처리하는 필터이다.
상기 미디움필터는 해당 기술분야에서 일반적으로 사용되는 것이면 특별히 제한되지 않고 사용이 가능하며, 예를 들면, 유리 섬유를 이용하여 제조된 미디움필터를 사용할 수 있다.
상기 헤파필터(HEPA filter, High Efficiency Particulate Air filter)는 공기필터의 일종으로, 0.3 ㎛ 이상의 직경을 가지는 입자 중 99.97%를 제거할 수 있는 필터이다.
상기 헤파필터 또한, 해당 기술분야에서 일반적으로 사용되는 것이면 특별히 제한되지 않고 사용이 가능하며, 본 발명의 악취제거 유닛에 있어서 상기 헤파 필터는 미디움필터를 거친 공기가 공기배출부 방향으로 빠져나가며 거치도록 구성된다.
상기 카본필터는 활성탄필터로도 불리우는 필터로서, 악취를 제거하는데 효과가 있는 것으로 알려진 필터이다. 다공성의 활성탄이 미세입자 뿐만 아니라 유해 가스까지 흡착하여 제거할 수 있는 효과를 가진다.
상기 카본필터는 해당 기술분야에서 일반적으로 사용되는 것이면 특별히 제한되지 않고 사용이 가능하다.
상기 광촉매필터는 표면에 도포된 광촉매제가 광원램프에서 조사된 빛을 에너지원으로 하여 광화학반응을 일으켜, 강력한 산화력을 가지는 물질을 생성시킴으로써, 휘발성 유기화합물이나 냄새 원인 물질을 물이나 이산화탄소와 같은 물질로 분해하는 작용을 한다.
상기 광촉매제는 그 자체로는 변화하지 않으면서도 반응을 매개함과 동시에, 발현하고자 하는 물질에 빛을 조사하였을 때 빛을 흡수하여 강한 산화력을 가지는 슈퍼옥사이드 음이온(·O2-)과 하이드록시 라디칼(·OH)을 생성하는 역할을 하는데, 자외선에 반응하는 광촉매제로서 TiO2와 같은 금속산화물을 사용할 수 있다.
본 발명에서는 상기 광촉매필터가 MnO2를 더 포함할 수 있다. TiO2 및 MnO2를 포함하는 경우에는, 1: 0.1 내지 0.9의 부피 비율로 포함하는 것일 수 있다.
상기 비율로 첨가하는 경우에, 촉매 효율이 가장 우수하며, 상기 비율보다 MnO2를 과량으로 첨가하면, 자외선에 의한 탈취, 살균 효율이 떨어지는 문제가 있고, 상기 비율보다 소량으로 첨가하면, 가시광선 영역의 빛에 의한 탈취, 살균 효과가 미미한 문제가 있다.
따라서, 상기 비율 범위에서 가장 우수한 광촉매 효율을 나타낸다.
상기 광촉매제가 TiO2 및 MnO2를 모두 포함하는 경우에는, 자외선뿐만 아니라 가시광선 영역의 빛을 활용할 수 있어, TiO2만을 포함하는 경우와 대비하여, 약 10 배 이상의 높은 광촉매효율을 얻을 수 있는 효과가 있다.
상기 광촉매필터는 주로, 휘발성 유기화합물이나 작업자로부터 발생된 유기산 등의 냄새 원인 물질 등을 분해하여 제거하는 역할을 하는 바, 프리필터, 미디움필터 및 카본필터를 거쳐 미세입자가 제거되고, 일부 냄새 원인 물질이 제거된 공기가 거쳐감으로써, 냄새 원인 물질을 완전하게 최종적으로 제거하는 역할을 한다.
상기 광촉매필터를 거친 공기는 상기 공기배출부를 통해 클린룸으로 배출된다. 이 때, 본 발명에 따른 악취제거 유닛은 클린룸의 부유하는 미세입자를 제거하면서도, 휘발성 유기화합물과 냄새 원인 물질과 같은 유기물들을 다수의 공기 필터에 의해 제거, 흡착하고, 광촉매필터에 의해 대상 물질을 분해함으로써 제거하는 효과를 가지는 바, 공기배출부를 통해 클린룸으로 방출된 공기에는 오염물질을 포함하고 있지 않아, 2차 오염을 방지할 수 있는 효과를 가진다.
상기 광촉매필터는 알루미늄 폼과 광촉매제를 포함하는 구성을 가지는데, 다공성의 폼(Foam) 형태를 가지는 알루미늄 폼의 표면에 광촉매제를 도포하고 건조함으로써 광촉매필터가 구성된다.
상기 알루미늄 폼은 5 내지 50 ppi(Picks per inch)를 가지는 메쉬(Mesh) 구조의 폼일 수 있고, 바람직하게는 8 내지 45 ppi를 가질 수 있다. 가장 바람직하게는 50 ppi의 알루미늄 폼을 사용할 수 있고, 이는 압손율이 95% 이상이며 공기와 접촉하는 용적이 4배 이상이 되어, 탈취 및 살균효율이 향상되는 효과가 있다.
상기 범위 값을 가지는 알루미늄 폼을 사용하는 함으로써, 공기의 흐름을 크게 방해하지 않으면서도, 휘발성 유기화합물이나 냄새 원인 물질들의 제거 효율이 우수한 효과를 가진다.
상기 범위보다 낮은 값을 가지는 경우에는 알루미늄 폼의 표면적이 너무 작아 광촉매반응이 충분히 일어나지 못하는 문제가 있고, 상기 범위보다 높은 값을 가지는 경우에는 공기의 흐름이 크게 방해되어 탈취, 살균 효율이 떨어지는 문제가 있다.
상기 알루미늄 폼은 다른 금속 폼들에 비해 반응성이 낮아, 광촉매제와의 불필요한 반응을 진행하지 않는 장점이 있고, 유리관 클램프에 비해서는 표면적이 넓어 광화학반응으로 얻어지는 슈퍼옥사이드 음이온 등의 강한 산화력을 가진 물질을 많이 발생시킬 수 있게 됨에 따라, 더욱 효과적으로 냄새 원인 물질을 분해하여 제거할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 악취제거 유닛은 상기 광촉매필터의 표면으로 빛을 조사하는 광원램프를 더 포함한다. 이는 광촉매필터에 빛을 조사하여, 광화학반응을 일으키도록 하기 위한 것으로서, 바람직하게는, 광촉매필터의 양면으로 빛을 조사할 수 있도록 구성되는 것이 광촉매필터에 의한 탈취, 살균 효율을 향상시키는데 더욱 적합하다. 다만, 상기 광원램프는 공기의 흐름을 방해하지 않도록 구성되는 것이 바람직하다.
상기 광원램프는 기존의 광촉매필터나 광촉매제에 적용되는 자외선만을 방출하는 필터를 사용하지 않고, 가시광선 영역부터 자외선 영역까지의 빛을 조사하는 램프를 사용한다. 보다 상세하게는, 가시광선 영역의 빛까지 조사함으로써, 악취원인 물질을 최대 효율로 분해할 수 있는 led 구조의 램프를 사용한다. 상기 가시광선 영역의 빛은 예를 들어, 365 내지 400 ㎛의 파장을 가지는 빛일 수 있다.
상기 광촉매필터가 TiO2와 MnO2를 모두 포함하는 경우에는, 가시광선 영역의 빛에 의해서도 광화학반응을 일으키는 효과가 있으므로, 이를 고려하여 가시광선에서 자외선에 이르는 빛을 조사하는 것이 바람직하다.
구체적으로는, 가시광선과 자외선을 모두 방출하는 LED 램프를 사용할 수 있고, 특정 파장 범위의 빛을 방출하는 램프를 둘 이상 동시에 설치하는 것 또한 가능하다.
예를 들면, 365~400㎛ 파장의 빛을 조사하는 LED 램프를 도입하여, 광촉매제에 의해 발냄새와 땀냄새의 분해 효율을 가장 높일 수 있도록 설정할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기의 악취제거 유닛의 제 유닛의 구성을 참조할 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 악취제거 유닛의 제조방법은, (a) 알루미늄 폼의 표면을 열처리하는 단계, (b) 상기 (a) 단계를 거친 알루미늄 폼을 광촉매제를 포함하는 용액에 20 내지 120초 동안 침지시키는 단계, (c) 상기 (b) 단계를 거친 알루미늄 폼을 꺼내 상온에서 120 내지 180 분 동안 건조시키는 단계 및 (d) 상기 (c) 단계를 거친 건조된 알루미늄 폼의 표면을 마무리 열처리하는 단계를 포함한다.
상기 알루미늄 폼을 표면을 열처리하는 단계는 알루미늄 폼 표면을 산화열처리 및/또는 환원열처리하는 단계이다. 구체적으로, 상기 알루미늄 폼의 표면은 열처리에 앞서, 알루미늄 폼의 표면을 탈지하는 단계를 거쳐 표면에 물리적으로 부착된 물질들을 제거할 수 있고, 이 표면에 열을 가하여 알루미늄 폼의 표면을 산화시키는 제1열처리 단계를 거친다. 필요에 따라서는, 산화열처리시킨 알루미늄 폼의 표면은 다시 열처리하여, 환원시키는 제2 열처리 단계를 수행할 수도 있다.
상기의 단계를 거침으로써 알루미늄 폼의 표면에 잔류하는 물리, 화학적으로 부착되어 있는 불필요한 물질들을 완전히 제거하고, 광촉매제의 알루미늄 폼의 표면에 대한 젖음성(Wettability)이 높아지도록 알루미늄 폼 표면을 활성화시킬 수 있다.
상기 과정에서 다른 금속 폼을 사용하는 경우에는 광촉매제와 부반응을 일으키는 문제가 있어, 오히려, 탈취, 살균 효과가 떨어질 수 있으나, 알루미늄 폼은 이의 표면에 산화열처리와 환원열처리를 하더라도 다른 금속 폼에 비해 부반응을 적게 일으켜, 동일한 양의 광촉매제를 사용할 때 성능이 특히 우수한 장점을 가진다.
다만, 상기 알루미늄 폼의 열처리 온도는 80 내지 120 ℃의 온도로 120 내지 180 분 동안 수행하는 것이 바람직하다.
상기 온도보다 낮은 온도에서는 산화나 환원이 충분히 일어나지 않아, 알루미늄 폼 표면의 활성화 정도가 낮은 문제가 있고, 상기 온도보다 높은 온도에서 수행하는 경우에는, 알루미늄 폼과 광촉매제의 부반응이 활발한 문제가 있다.
상기 시간보다 오랜 시간 열처리하는 경우에는, 열처리시간 대비 알루미늄 폼 표면의 활성화정도가 큰 차이가 없음에 따라, 공정 효율성이 떨어지는 문제가 있고, 상기 시간보다 짧은 시간 열처리하는 경우에는, 표면의 활성화가 충분히 일어나지 못해, 광촉매제가 알루미늄 폼의 표면에 균일하게 도포되지 않는 문제가 있다.
열처리 단계를 거친 상기 알루미늄 폼은 광촉매제를 포함하는 용액에 침지시키는 단계를 거쳐, 알루미늄 폼의 표면에 광촉매제를 균일하게 도포한다.
구체적으로, 열처리된 알루미늄 폼을 광촉매제를 포함하는 용액에 상기 열처리된 알루미늄 폼을 10 내지 120 초 동안 침지시킨다.
상기 광촉매제인 TiO2를 포함하는 용액은, 광촉매제가 용매에 용해되는 경우에는, 인체에 유해한 용매를 이용한 것이 아니라면 어떠한 방법을 사용하더라도 무방하다. 반면, 광촉매제가 용매에 용해되지 않는 경우에는, 콜로이드 용액으로 제조하여 사용하는 것이 바람직하고, 마찬가지로 인체에 유해한 용매를 이용한 것이 아니라면 어떠한 방법을 사용하더라도 무방하다.
본 발명에 있어서, 상기 광촉매필터는 MnO2를 더 포함할 수 있으므로, 불용성 광촉매제를 사용함에 따라, 콜로이드 용액으로 제조하여 알루미늄 폼을 침지시킨다.
바람직하게는, 휘발성 용매를 이용하여 콜로이드 용액 전체 중량의 0.1 내지 2 중량% 정도를 첨가하고 잔량의 광촉매제를 첨가함으로써 콜로이드 용액을 제조한다.
콜로이드 용액을 구성하는 용매는 상술한 바와 같이 인체에 무해한 것이라면 특별히 제한되지 않고 사용이 가능하나, 바람직하게는, 물을 사용할 수 있다.
더욱 상세하게는, 상기 (b) 단계가, (b-1) 열처리된 알루미늄 폼은 먼저, MnO2 콜로이드 용액에 5 내지 30초 동안 침지시키는 단계와 (b-2) 상기 (b-1) 단계를 거친 알루미늄 폼을 TiO2 콜로이드 용액에 5 내지 90초 동안 침지시키는 단계를 포함할 수 있다.
특히, 상기와 같이 MnO2 콜로이드 용액에 먼저 침지한 후, TiO2 콜로이드 용액에 침지시키는 이유는, MnO2는 상대적으로 파장이 긴 가시광선에 반응하므로, TiO2 표면층을 뚫고 가시광선이 투과되어, MnO2에 의한 광화학반응이 활발한 반면, TiO2는 자외선에 반응하므로, MnO2층이 표면층으로 구성된 경우에 자외선의 투과율이 높지 않아, TiO2의 광화학반응이 상대적으로 적게 일어나는 문제가 있으므로 상기와 같이 구성한다.
상기 광촉매제에 침지시키는 단계를 거친 알루미늄 폼은 상온에서 120 내지 180 분 동안 건조시키는 단계를 거친다. 제조공정의 효율성을 감안하여 상온에서 건조시킨다.
상기 시간보다 오랜시간 건조시키는 경우에는, 불필요한 빛의 접촉이 많아져 필터의 성능이 떨어지는 문제가 있고, 상기 시간보다 짧은 시간 건조시키는 경우에는, 알루미늄 폼에 광촉매제의 부착력이 떨어짐에 따라, 필터의 수명이 짧아지는 문제가 있다. 콜로이드 용액에 첨가된 본딩제가 충분히 날아가지 못하게 되는 문제가 있다.
특히, 상기의 본딩제가 충분히 날아가면, 여러 번 코팅하는 경우에 재코팅에 의한 효과를 극대화할 수 있으므로, 상기 범위의 시간 동안 충분히 건조하는 것이 바람직하다.
구체적으로, 상기 재코팅에 의한 효과란, 알루미늄 폼의 표면에 TiO2가 빈 공간없이 고르게 도포되어, TiO2가 가시광선과 반응하는 영역을 최대화하여, 광분해 효율이 향상되는 것을 의미한다.
본 발명에 따른 악취제거 유닛의 제조방법은, 구체적으로는, 코팅횟수를 2회 이상으로 하여, 보다, 악취제거 효과를 향상시키면서도, 필터의 내구성을 향상시킬 수 있다. 보다 바람직하게는, 5회 코팅하는 과정을 거칠 수 있다.
광촉매제에 침지한 후에 건조하는 단계를 거치는 과정을 하나의 코팅과정으로 보고, 1회의 코팅 후에 다시 광촉매제에 침지하고, 건조하는 과정을 반복함으로써 재코팅과정을 수행할 수 있다.
건조시킨 알루미늄 폼은 마무리 열처리하는 단계를 거친다. 마무리 열처리 단계를 거침으로써, 광촉매제가 알루미늄 폼과 견고하게 부착되어 유지되어 필터의 수명이 향상되는 효과가 있다.
구체적으로, 상기 마무리 열처리하는 단계는, 60 내지 80 ℃의 온도에서 120 내지 180 분 동안 열처리하는 단계이다.
상기 온도보다 높은 경우, 표면이 과도하게 건조되어 광촉매제와의 부착력이 떨어지는 문제가 있고, 상기 온도보다 낮은 경우에도, 광촉매제와의 부착력이 떨어지는 문제가 있다.
상기 시간보다 오랜 시간 열처리하는 경우에는, 필터의 성능은 큰 차이가 없음에도 오랜 시간 열처리함에 따라 제조효율성이 떨어지는 문제가 있고, 상기 시간보다 짧은 시간 열처리하는 경우에는, 광촉매제와의 부착력이 떨어지는 문제가 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 도면을 참조하여 상세히 설명하나, 이는 하나의 예시에 불과할 뿐, 본 발명의 권리범위가 다음 내용에 의해 제한되지 아니한다.
도 1은 본 발명에 따른 악취제거 유닛의 광촉매필터의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 1을 참고하면, 공기흡입부를 통해 유입된 공기는 물리적인 입자를 제거하는 필터들을 거친 후에, 광촉매필터(100)와 접촉하는데, 이 때 필터방향으로 빛을 조사하는 LED 램프(210, 220)로부터 조사된 빛이 필터의 표면에서 광분해반응을 일으켜, 슈퍼옥사이드 음이온이나 하이드록시 라디칼을 형성하면, 반응성이 높은 해당 물질이 악취 원인 물질을 직접 분해함으로써, 악취를 제거할 수 있다.

Claims (7)

  1. 반도체 제조 클린룸 또는 스막룸(Smock room)의 악취제거 유닛으로서,
    공기흡입부; 프리필터(Pre filter); 미디움필터(Medium filter); 헤파필터(HEPA filter); 카본필터; 광촉매필터; 및 공기배출부; 를 포함하고,
    상기 광촉매필터는 알루미늄 폼(Aluminium foam)과 광촉매제인 TiO2를 포함하며,
    상기 알루미늄 폼은 5 내지 50 ppi(Picks per inch)인 것을 특징으로 하는 악취제거 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 악취제거 유닛은 상기 광촉매필터의 표면으로 빛을 조사하는 LED 램프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 악취제거 유닛.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광촉매필터는 MnO2를 더 포함하고,
    상기 TiO2 및 MnO2는 1:0.1 내지 0.9의 부피 비율로 포함하는 것을 특징으로 하는 악취제거 유닛.
  4. 제1항에 따른 악취제거 유닛의 제조방법으로서,
    (a) 알루미늄 폼의 표면을 열처리하는 단계;
    (b) 상기 (a) 단계를 거친 알루미늄 폼을 광촉매제를 포함하는 용액에 20 내지 120초 동안 침지시키는 단계;
    (c) 상기 (b) 단계를 거친 알루미늄 폼을 상온에서 80 내지 120 분 동안 건조시키는 단계; 및
    (d) 상기 (c) 단계를 거친 건조된 알루미늄 폼의 표면을 마무리 열처리하는 단계; 를 포함하는 악취제거 유닛의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 (a) 단계는, 알루미늄 폼의 표면을 산화시키는 제1열처리 단계와 제1열처리 단계를 거친 알루미늄 폼의 표면을 환원시키는 제2열처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 악취제거 유닛의 제조방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 (d) 단계는, 80 내지 120 ℃의 온도에서 120 내지 180 분 동안 열처리하는 것을 특징으로 하는 악취제거 유닛의 제조방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    (b-1) 상기 (a) 단계를 거친 알루미늄 폼을 MnO2를 포함하는 용액에 5 내지 30초 동안 침지시키는 단계와,
    (b-2) 상기 (b-1) 단계를 거친 알루미늄 폼을 TiO2를 포함하는 용액에 5 내지 90초 동안 침지시키는 단계를 포함하고,
    상기 TiO2 및 MnO2는 1: 0.1 내지 0.9의 부피 비율인 것을 특징으로 하는 악취제거 유닛의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023192620A1 (en) * 2022-03-31 2023-10-05 Entegris, Inc. Photocatalytic airborne molecular contamination removal system enhanced with passive adsorption

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