KR20230075972A - 3층 구조 방진망 및 이의 제조방법 - Google Patents

3층 구조 방진망 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 3층 구조 방진망 및 이의 제조방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 미세먼지와 초미세먼지, 황사와 같은 외부 오염물질을 차단할 뿐만 아니라 통기성도 우수하며, 항균성 또한 가지는 3층 구조 방진망 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

3층 구조 방진망 및 이의 제조방법{three-layered structure dustproof net and manufacturing method thereof}
본 발명은 3층 구조 방진망 및 이의 제조방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 미세먼지와 초미세먼지, 황사와 같은 외부 오염물질을 차단할 뿐만 아니라 통기성도 우수하며, 항균성 또한 가지는 3층 구조 방진망 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 주택이나 아파트 같은 주거 건물의 창에는 모기, 파리 같은 해충을 차단하고 통기가 가능한 그물망 형태의 방충망이 설치되는 것이 보통이다. 이런 방충망의 소재는 나일론, 폴리에스터 같은 합성 섬유는 물론 알루미늄, 스테인리스 등의 가는 금속망, 최근에는 글라스파이버를 이용한 제품 까지 다양한 소재의 제품들이 개발되어 널리 사용되고 있다. 하지만 최근에는 기존의 방충기능을 가진 방충망을 통해 실내로 유입될 수 있는 유해한 (초)미세먼지의 발생빈도가 잦아지고 이에 따른 미세먼지로 인한 호흡기 계통 질병 발생의 우려가 높아짐에 따라, 기존의 방충망만으로는 안심하고 창문을 열어 환기를 하는 것이 꺼려지고 있는 실정이다. 즉, 실내에서 발생하는 석면, 라돈, 세균, 포름알데히드, 취사, 전자기기 사용 등으로 발생하는 각종 실내 공기오염 물질 문제로 주거생활시 환기가 필수이나, 미세먼지 등 외부 유해물질로 인해 환기가 꺼려지는 실정이다.
따라서 기존의 방충망의 기능인 해충차단은 물론이고 유해한 미세먼지까지를 차단해 줄 수 있는 새로운 기능의 방충/방진망의 개발이 절실하게 필요한 상황이다.
한국 공개특허번호 제2019-0110963호(공개일 : 2019.10.01)
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 분진포집효율이 높을 뿐만 아니라, 산소투과도가 우수하며, 항균성 또한 가지는 3층 구조 방진망 및 이의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 3층 구조 방진망은 제1원단, 나노섬유웹 및 제2원단이 순차적으로 적층된 3층 구조 방진망으로서, 제2원단은 실크섬유를 육각형 그물 형태로 제직(weaving)한 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 실크섬유는 표면에 PEDOT/PSS(폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜 폴리스티렌 술포네이트)이 코팅되어 있을 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 실크섬유는 1.5 ~ 3.5 데니어의 섬도를 가질 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 제2원단은 평균 개공크기가 30 ~ 70㎛일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 제1원단 및 제2원단은 1 : 0.3 ~ 0.5의 평량비를 가질 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 제1원단 및 나노섬유웹은 1 : 0.1 ~ 0.3의 평량비를 가질 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 나노섬유웹은 일면에 코팅층이 형성되어 있을 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 코팅층은 환원된 이산화티타늄을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 3층 구조 방진망의 제조방법은 제1원단을 준비하는 제1단계, 준비한 제1원단 일면에 고분자 용액을 전기방사(Electrospinning)하여 나노섬유웹을 형성하는 제2단계 및 실크섬유를 육각형 그물 형태로 제직(weaving)한 제2원단을 상기 나노섬유웹 일면에 적층하여 3층 구조 방진망을 제조하는 제3단계를 포함할 수 있다.
본 발명에서, 사용되는 용어인 ‘섬유’는 '사(絲, Yarn)' 또는 '실'을 의미하며, 통상적인 다양한 종류의 사 및 섬유를 의미한다.
본 발명의 3층 구조 방진망 및 이의 제조방법은 분진포집효율이 높을 뿐만 아니라, 산소투과도가 우수하다.
또한, 본 발명의 3층 구조 방진망 및 이의 제조방법은 항균성이 우수하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따른 3층 구조 방진망의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따른 사각형 그물 형태를 가지는 제1원단을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따른 육각형 그물 형태를 가지는 제2원단을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 3층 구조 방진망은 제1원단(10), 나노섬유웹(20) 및 제2원단(30)이 순차적으로 적층된 구조를 가진다.
먼저, 제1원단(10)은 도 2에 도시된 것처럼 탄소섬유를 사각형 그물 형태로 제직(weaving)한 것으로서, 15 ~ 35g/m2, 바람직하게는 20 ~ 30 g/m2의 평량을 가질 수 있다.
또한, 제1원단(10)은 평균 개공크기가 150 ~ 250㎛, 바람직하게는 180 ~ 220㎛일 수 있으며, 만일 평균 개공크기가 150㎛ 미만이면 산소투과도가 저하되는 문제가 있을 수 있고, 평균 개공크기가 250㎛을 초과하면 분진포집효율이 저하될 뿐만 아니라, 항균성 또한 저하되는 문제가 있을 수 있다.
탄소섬유는 PAN(polyacrylonitrile)계 탄소섬유, 레이온(rayon)계 탄소섬유 또는 석유 피치(petroleum pitch)계 탄소섬유일 수 있으며, 바람직하게는 PAN계 탄소섬유일 수 있다. PAN계 탄소섬유는 아크릴로나이트릴(Acrylonitrile)을 중합한 후 방사하여 얻은 PAN(Poly-Acrylonitrile) 섬유를 고온에서 탄화해 제조한 것으로서, 중합, 방사, 소성의 과정을 거쳐서 만들어진 섬유이다. 중합은 아크릴로나이트릴(AN : acrylonitrile)에 열과 압력을 가해 고분자 상태로 만드는 과정이고, 방사는 중합과정을 통해 만들어진 고분자 중합체(PAN : Poly-Acrylonitrile)는 방사 과정을 거쳐 아크릴 섬유로 재탄생하는 과정이며, 소성은 만들어진 아크릴 섬유를 1,200℃ 이상의 고온에서 산화 및 탄화시키는 과정으로, 최종적으로 소성 과정을 거친 아크릴섬유는 탄소(C) 성분만 남아 PAN계 탄소섬유가 제조되는 것이다.
또한, 탄소섬유는 단섬유의 섬도가 0.8 ~ 1.2 데니어, 바람직하게는 0.9 ~ 1.1 데니어, 필리멘트수가 2,500 ~ 3,500, 바람직하게는 2,800 ~ 3,200일 수 있으며, 이와 같은 범위를 만족할 때, 우수한 분진포집효율, 산소투과도 및 항균성을 가질 수 있다.
다음으로, 나노섬유웹(20)은 제1원단(10) 일면에 고분자 용액을 전기방사(Electrospinning)하여 형성되는 것으로서, 3 ~ 10 g/m2, 바람직하게는 3 ~ 7 g/m2의 평량을 가질 수 있다. 또한, 나노섬유웹(20) 일면에 코팅층이 형성되어 있을 수 있다. 나노섬유웹(20)은 외부면 및/또는 내부면에 기공을 가지고 있는 섬유의 집합체로서, 코팅층을 형성하는 코팅 조성물은 나노섬유웹(20)의 외부면 뿐만 아니라, 기공을 통해 나노섬유웹(20)의 내부면 일부에 침투하여 일부가 경화되어 코팅층을 형성할 수 있다. 코팅층은 환원된 이산화티타늄을 포함할 수 있다. 환원된 이산화티타늄은 이산화티타늄을 환원시켜 제조된 것으로서 청색(Blue)을 띄는 이산화티타늄일 수 있다. 구체적으로, 환원된 이산화티타늄은 에틸렌디아민 용매에 리튬(Li) 및 이산화티타늄을 넣고, 질소 및 20 ~ 30℃의 온도 조건에서 4 ~ 8일 동안 교반 및 반응시켜 반응물을 제조하고, 제조한 반응물을 염산으로 중화하여 제조된 것일 수 있다. 또한, 코팅층은 나노섬유웹(20) 일면에 0.1 ~ 0.5㎛, 바람직하게는 0.1 ~ 0.3㎛의 두께로 형성되어 있을 수 있다.
한편, 제1원단(10) 및 나노섬유웹(20)은 1 : 0.1 ~ 0.3의 평량비, 바람직하게는 1 : 0.15 ~ 0.25의 평량비를 가질 수 있으며, 만일 평량비가 1 : 0.1 미만이면 분진포집효율이 저하될 뿐만 아니라, 항균성 또한 저하되는 문제가 있을 수 있고, 1 : 0.3을 초과하면 산소투과도가 저하될 뿐만 아니라 분진포집효율 또한 저하되는 문제가 있을 수 있다.
마지막으로, 제2원단(30)은 나노섬유웹(20) 일면에 적층하여 형성되는 것으로서, 도 3에 도시된 것처럼 실크섬유를 육각형 그물 형태로 제직(weaving)한 것일 수 있다.
또한, 제2원단(30)은 평균 개공크기가 30 ~ 70㎛, 바람직하게는 40 ~ 60㎛일 수 있으며, 만일 평균 개공크기가 30㎛ 미만이면 산소투과도가 저하되는 문제가 있을 수 있고, 평균 개공크기가 70㎛을 초과하면 분진포집효율이 저하될 뿐만 아니라, 항균성 또한 저하되는 문제가 있을 수 있다.
또한, 실크섬유는 표면에 PEDOT/PSS(폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜 폴리스티렌 술포네이트)이 코팅되어 있을 수 있고, 1.5 ~ 3.5 데니어의 섬도, 바람직하게는 2.0 ~ 3.0 데니어의 섬도를 가질 수 있으며, 이와 같은 범위를 만족할 때, 우수한 분진포집효율, 산소투과도 및 항균성을 가질 수 있다. 한편, PEDOT/PSS(폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜 폴리스티렌 술포네이트)는 실크섬유 표면에 1.5 ~ 3.5㎛의 두께, 바람직하게는 2.0 ~ 3.0㎛의 두께로 코팅되어 있을 수 있다.
나아가, 제1원단(10) 및 제2원단(30)은 1 : 0.3 ~ 0.5의 평량비, 바람직하게는 1 : 0.35 ~ 0.45의 평량비를 가질 수 있으며, 만일 평량비가 1 : 0.3 미만이면 분진포집효율이 저하될 뿐만 아니라, 항균성 또한 저하되는 문제가 있을 수 있고, 1 : 0.5을 초과하면 산소투과도가 저하될 뿐만 아니라 분진포집효율 또한 저하되는 문제가 있을 수 있다.
한편, 본 발명의 3층 구조 방진망의 제조방법은 제1단계 내지 제3단계를 포함한다.
먼저, 본 발명의 3층 구조 방진망의 제조방법의 제1단계는 제1원단을 준비할 수 있다. 이 때, 제1단계에서 준비한 제1원단은 앞서 설명한 바와 같다.
다음으로, 본 발명의 3층 구조 방진망의 제조방법의 제2단계는 제1단계에 준비한 제1원단 일면에 고분자 용액을 전기방사(Electrospinning)하여 나노섬유웹을 형성할 수 있다.
이 때, 고분자 용액은 디메틸포름아마이드와 아세톤이 1 : 0.8 ~ 1.2 중량비로 혼합된 혼합용매에 폴리비닐리덴플루오라이드를 투입한 것일 수 있다.
한편, 제2단계에서 제1원단 일면에 나노섬유웹을 형성시키고, 형성된 나노섬유웹 일면에 환원된 이산화티타늄이 5 ~ 20 중량%로 포함된 용액을 스프레이 코팅한 후, 경화시켜 0.1 ~ 0.3㎛ 두께의 코팅층을 형성할 수 있다.
마지막으로, 본 발명의 3층 구조 방진망의 제조방법의 제3단계는 실크섬유를 육각형 그물 형태로 제직(weaving)한 제2원단을 제2단계에서 형성한 나노섬유웹 일면에 적층하여 3층 구조 방진망을 제조할 수 있다. 이 때, 제2원단은 앞서 설명한 바와 같다. 또한, 적층은 나노섬유웹 일면에 제2원단을 적층한 후, 열융착 롤러에 통과킴으로서 수행할 수 있고, 적층을 위해 제2원단의 적층면에는 폴리우레탄 수지 등의 당업계에서 일반적으로 사용하는 바인더 수지가 사용될 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 구현예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명의 구현예를 한정하는 것이 아니며, 본 발명의 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 구현예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
준비예 1 : 환원된 이산화티타늄의 제조
에틸렌디아민 용매 50 mL에 리튬(Li) 350 mg 및 평균입자크기가 21nm인 이산화티타늄(TiO2, 건조된 TiO2 나노 크리스탈) 500 mg을 넣고, 질소 및 상온(25℃) 조건에서 6일 동안 교반 및 반응시켜 반응물을 제조하였다. 제조한 반응물을 염산으로 중화한 후, 원심분리기를 이용해 물과 함께 혼합하고, 정제 및 필터 처리하여 고체 가루를 수득하였다. 수득한 고체 가루를 하루 동안 진공오븐에서 건조하여 환원된 이산화티타늄을 제조하였다.
실시예 1 : 3층 구조 방진망의 제조
(1) 단섬유의 섬도가 0.98 데니어, 필리멘트수가 3,000인 PAN(polyacrylonitrile)계 탄소섬유를 사각형 그물 형태로 제직한 평량이 25g/m2이고, 평균 개공크기가 200㎛인 제1원단을 준비하였다.
(2) 디메틸포름아마이드와 아세톤이 1 : 1 중량비로 혼합된 혼합용매에 폴리비닐리덴플루오라이드를 투입한 고분자 용액을 준비한 다음, 상기 고분자 용액을 준비한 제1원단 일면에 전기방사(Electrospinning)하여 평량이 5g/m2인 나노섬유웹을 형성하였다. 형성된 나노섬유웹 일면에 준비예 1에서 제조된 환원된 이산화티타늄이 10 중량%로 포함된 용액을 스프레이 코팅한 후, 경화시켜 0.2㎛ 두께의 코팅층을 형성하였다.
(3) 표면에 2.5㎛의 두께로 PEDOT/PSS(폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜 폴리스티렌 술포네이트)가 코팅된 실크섬유(섬도 : 2.5 데니어)를 육각형 그물 형태로 제직한 평량이 10g/m2이고, 평균 개공크기가 50㎛인 제2원단을 준비하였다. 나노섬유웹 일면에 제2원단을 적층한 후, 열융착 롤러에 통과시켜 3층 구조 방진망을 제조하였다.
실시예 2 : 3층 구조 방진망의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 3층 구조 방진망을 제조하였다. 다만, 실시예 1과 달리 제2원단으로서 표면에 2.5㎛의 두께로 PEDOT/PSS(폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜 폴리스티렌 술포네이트)가 코팅된 실크섬유(섬도 : 2.5 데니어)를 육각형 그물 형태로 제직한 평량이 5g/m2이고, 평균 개공크기가 50㎛인 것을 사용하여, 최종적으로 3층 구조 방진망을 제조하였다.
실시예 3 : 3층 구조 방진망의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 3층 구조 방진망을 제조하였다. 다만, 실시예 1과 달리 제2원단으로서 표면에 2.5㎛의 두께로 PEDOT/PSS(폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜 폴리스티렌 술포네이트)가 코팅된 실크섬유(섬도 : 2.5 데니어)를 육각형 그물 형태로 제직한 평량이 15g/m2이고, 평균 개공크기가 50㎛인 것을 사용하여, 최종적으로 3층 구조 방진망을 제조하였다.
실시예 4 : 3층 구조 방진망의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 3층 구조 방진망을 제조하였다. 다만, 실시예 1과 달리 제2원단으로서 표면에 2.5㎛의 두께로 PEDOT/PSS(폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜 폴리스티렌 술포네이트)가 코팅된 실크섬유(섬도 : 2.5 데니어)를 육각형 그물 형태로 제직한 평량이 10g/m2이고, 평균 개공크기가 25㎛인 것을 사용하여, 최종적으로 3층 구조 방진망을 제조하였다.
실시예 5 : 3층 구조 방진망의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 3층 구조 방진망을 제조하였다. 다만, 실시예 1과 달리 제2원단으로서 표면에 2.5㎛의 두께로 PEDOT/PSS(폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜 폴리스티렌 술포네이트)가 코팅된 실크섬유(섬도 : 2.5 데니어)를 육각형 그물 형태로 제직한 평량이 10g/m2이고, 평균 개공크기가 75㎛인 것을 사용하여, 최종적으로 3층 구조 방진망을 제조하였다.
실시예 6 : 3층 구조 방진망의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 3층 구조 방진망을 제조하였다. 다만, 실시예 1과 달리 준비예 1에서 제조된 환원된 이산화티타늄이 아닌 평균입자크기가 21nm인 이산화티타늄(TiO2, 건조된 TiO2 나노 크리스탈)을 사용하여, 최종적으로 3층 구조 방진망을 제조하였다.
실시예 7 : 3층 구조 방진망의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 3층 구조 방진망을 제조하였다. 다만, 실시예 1과 달리 PAN계 탄소섬유가 아닌 레이온계 탄소섬유를 사용하여, 최종적으로 3층 구조 방진망을 제조하였다.
비교예 1 : 3층 구조 방진망의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 3층 구조 방진망을 제조하였다. 다만, 실시예 1과 달리 제2원단으로서 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유를 육각형 그물 형태로 제직한 평량이 10g/m2이고, 평균 개공크기가 50㎛인 것을 사용하여, 최종적으로 3층 구조 방진망을 제조하였다.
실험예 1
상기 실시예 1 ~ 7 및 비교예 1을 통해 제조된 3층 구조 방진망 각각에 대해 하기의 물성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
1. 분진포집효율
ASHRAE STANDARD 52.1, 중량법(시험풍속 : 1.0m/s, 말기압력손실 : 76 mmAq)에 의거하여, 실시예 1 ~ 7 및 비교예 1을 통해 제조된 3층 구조 방진망 각각의 분진포집효율을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
2. 공기투과도
KS K 0570:2006 규정에 의해, 실시예 1 ~ 7 및 비교예 1을 통해 제조된 3층 구조 방진망 각각의 공기투과도를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
3. 항균도 측정
KS K 0693 시험 규격을 준용하여 실시예 1 ~ 7 및 비교예 1을 통해 제조된 3층 구조 방진망 각각의 항균도를 각각 측정하였다.
* 1. 시험균종 :
시험균 ① : Staphylococcus aureus ATCC 6538 (황색포도상구균)
시험균 ② : Escherichia coli ATCC 25992 (대장균)
2. 접종균액의 농도 :
시험균 ① : 1.7 × 104 CFU/mL
시험균 ② : 1.7 × 104 CFU/mL
Figure pat00001
상기 표 1에서 확인할 수 있듯이, 실시예 1에서 제조한 3층 구조 방진망이 가장 우수한 분진포집효율을 보일 뿐만 아니라, 산소투과도가 높고, 항균성 또한 우수함을 확인할 수 있었다.
본 발명의 단순한 변형이나 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해서 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (5)

  1. 제1원단, 나노섬유웹 및 제2원단이 순차적으로 적층된 3층 구조 방진망에 있어서,
    상기 제2원단은 실크섬유를 육각형 그물 형태로 제직(weaving)한 것을 특징으로 하는 3층 구조 방진망.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실크섬유는 표면에 PEDOT/PSS(폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜 폴리스티렌 술포네이트)이 코팅되어 있고, 1.5 ~ 3.5 데니어의 직경을 가지며,
    상기 제2원단은 평균 개공크기가 30 ~ 70㎛인 것을 특징으로 하는 3층 구조 방진망.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1원단 및 제2원단은 1 : 0.3 ~ 0.5의 평량비를 가지고,
    상기 제1원단 및 나노섬유웹은 1 : 0.1 ~ 0.3의 평량비를 가지는 것을 특징으로 하는 3층 구조 방진망.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 나노섬유웹은 일면에 코팅층이 형성되어 있으며,
    상기 코팅층은 환원된 이산화티타늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 3층 구조 방진망.
  5. 제1원단을 준비하는 제1단계;
    준비한 제1원단 일면에 고분자 용액을 전기방사(Electrospinning)하여 나노섬유웹을 형성하는 제2단계; 및
    실크섬유를 육각형 그물 형태로 제직(weaving)한 제2원단을 상기 나노섬유웹 일면에 적층하여 3층 구조 방진망을 제조하는 제3단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 3층 구조 방진망의 제조방법.
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