WO2019142994A1 - 액상막이 표적 코팅된 먼지 포집용 필터 - Google Patents

액상막이 표적 코팅된 먼지 포집용 필터 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a dust collecting filter, and more particularly to a dust collecting filter in which a liquid film is coated with a target.
  • the present invention relates to the use of a liquid-film-coating filter for dust collection, and more particularly, to an efficient use of a filter by suppressing spreading of a liquid material to the outside of the filter.
  • Solids exhibit much stronger adsorption than solid-solid adsorption on van der Waals force bases upon contact with liquids.
  • the liquid since the liquid always flows down by gravity and is difficult to exist as a fixed phase, there are many problems and limitations in using a liquid as a filter.
  • a fixed type liquid film which does not flow by gravity is formed on the surface based on the capillary force and low interfacial energy induction with the substrate, in which the liquid layer is coated on the filter surface.
  • the material that constitutes the liquid film on the surface is generally a liquid with a low surface tension and effectively attracts the solid dust particles to the liquid film based on the strong attraction force between the liquid and the solid.
  • strong adsorption between the liquid and the solid instead of filtering the dust smaller than the pore by making small pores like the solid filter, it is possible to collect ultrafine dust less than 2.5 microns There are advantages.
  • This 'filter coated with liquid film' has a much broader usability because it can be used as a fixed phase while exhibiting much better adsorption characteristics than conventional solid filters.
  • it is necessary to solve the problem of spreading out the liquid material during the fixing of the filter.
  • Such a filter implements a liquid material as a fixed thin film that does not flow by gravity through a method that minimizes the interfacial energy between the substrate and the liquid material. For this reason, the liquid material can be stably present on the filter surface, but also exhibits the property of increasing the interfacial area by spreading as wide as possible on the solid surface due to low surface tension. If the liquid material does not exist only in the filter but spreads to components or equipment components outside the filter, it may cause problems such as loss of liquid matter as well as damage to external components.
  • a target coating technique is required to coat only a necessary portion of the liquid material to be used for dust collection and to prevent the liquid material from spreading to the outside.
  • the present invention provides a filter for collecting fine dust, uses a liquid film through interfacial energy regulation and capillary force induction for effective fine dust collection, and further includes a filter including a peripheral portion for preventing spreading of the liquid film on a substrate Structure.
  • a dust collecting filter having a liquid film coated thereon, the filter including: a substrate; A surface modification layer formed on the substrate; And a liquid phase layer coated on the substrate through the surface modification layer.
  • the substrate is preferably a porous substrate.
  • the surface modification layer is made of a material having a surface energy of 40 mN / m or less.
  • the liquid phase layer has a low surface energy and a hydrophobic substance is used, and the liquid phase layer preferably has a surface energy of 40 mN / m or less.
  • the difference in surface energy between the liquid phase layer and the surface modifying layer is preferably 10 mN / m or less, more preferably 5 mN / m or less.
  • the peripheral portion coated to surround the periphery of the liquid phase layer may further include a peripheral portion coated with a material having a lower surface energy than the liquid phase layer.
  • the peripheral portion is preferably made of a material having a surface energy of 20 mN / m or less.
  • the holder may further include a holder disposed to surround part or all of the periphery of the liquid layer, and the holder coated so as to surround the periphery of the liquid layer may have a surface or a surface having a surface energy greater than that of the liquid layer It is made of low material.
  • the holder or the coated surface is preferably made of a material having a surface energy of 20 mN / m or less.
  • the holder has a clamping shape for supporting the dust collecting filter by abutting the lower surface of the substrate and the upper portion of the liquid film.
  • the substrate may be a multi-porous substrate of a fiber or mesh structure.
  • a substrate may be a fabric, a mesh, a nonwoven fabric, or a multi-porous substrate of a metal mesh structure. In this case, it is preferable that a plurality of the filters are overlapped.
  • a peripheral portion coated to surround the periphery of the liquid phase layer may be further included.
  • a method of manufacturing a dust collecting filter having a liquid film coated thereon comprising: preparing a substrate; Forming a surface modification layer on the substrate; Forming a peripheral portion to surround the periphery of the surface modification layer; Wherein the surface modification layer is formed of a material having a surface energy difference of 10 mN / m or less with respect to the liquid phase layer, and the peripheral portion has a surface energy lower than that of the surface modification layer A material is used, and when the liquid phase layer is coated, a liquid phase film is formed only in the surface modification layer portion, and the peripheral portion prevents spreading of the liquid phase film.
  • the present invention is capable of effectively collecting dust particles of all sizes per unit volume, having no drive energy, being manufactured at a low price, A building, a road, a vacuum cleaner, an air purifier, etc.) can be installed.
  • the present invention resists the problems of spreading the liquid material out of the filter when the filter coated with the liquid film is used to reduce the loss of the liquid material and to solve the problems that occur in the outside of the filter layer, It is expected to play a key role in applying it as a capture filter.
  • FIG. 1A shows a schematic view of how dust particles are adsorbed on a solid surface and a liquid surface.
  • FIG. 1B shows a simplified side view of a dust collecting filter according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 1C shows micro-fine particles adsorbed on a glass substrate coated with a liquid film analyzed by a three-dimensional confocal microscope.
  • FIG. 1D shows a process of self-cleaning using droplet spraying to remove fine dust collected on a substrate coated with a liquid film.
  • FIG. 1E is a schematic view of a dust collecting filter in which a liquid film is coated with a target according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a side cross-sectional view of a dust-collecting filter with a liquid-film-target coating according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 3 shows a top view of a dust-collecting filter with a liquid-film-target coating according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 4 shows a flow chart of a method of manufacturing a dust-collecting filter in which a liquid film is coated with a target according to the present invention.
  • Fig. 5 shows a side schematic view of a dust-collecting filter with a liquid film-targeted coating according to a further embodiment of the present invention.
  • Figure 6 shows a side cross-sectional view of a dust-collecting filter with a liquid film-targeted coating according to a further embodiment of the present invention.
  • Fig. 7 shows the structure of a filter coated with a liquid phase layer when a substrate of fiber or mesh structure is used.
  • FIG. 8 shows an air purification process using a filter having a liquid layer coated on a substrate of a fiber or mesh structure.
  • Fig. 9 shows a state in which a plurality of dust collecting filters according to a further embodiment of the present invention are superimposed.
  • Figure 10 shows a further top view of a dust-collecting filter with a liquid film-targeted coating according to a further embodiment of the present invention.
  • the present invention proposes a filter (filter body) for collecting fine dust, and a dust collecting filter in which a liquid film is reliably realized on the surface of a solid substrate through interfacial energy regulation and capillary force induction for effective fine dust collection .
  • the key to the present invention is to minimize the interfacial energy between the 'solid substrate surface' and the 'liquid phase layer' of the filter body and to induce a capillary force to create a liquid film that does not flow or fall by gravity on the surface of the filter body.
  • the 'filter coated with liquid film' thus realized exhibits a much better (fine) dust collecting effect than the conventional dry filter bodies introduced in the prior art, Unlike the law, the use of a liquid phase as a stationary phase ensures the versatility of collecting dust in various environments.
  • a dust collecting filter according to an embodiment of the present invention includes a substrate 10; A surface modification layer (20) formed on a substrate; And a liquid phase layer (30).
  • the substrate 10 may be made of at least one of metal, polymer, fiber, glass, ceramic, and paper (cellulose). Further, the substrate may be a network structure. In the case of FIG. 1B, the substrate is in the form of a flat plate, but the substrate may be in the form of a fiber or a net to widen the surface area. A substrate having a large surface area enables more effective dust collection.
  • a multi-porous substrate capable of inducing a capillary force between the substrate and the liquid-phase layer is used to implement the liquid-phase layer so that the liquid-phase layer can maintain the fixed-phase form even if external pressure such as gravity is applied thereto.
  • Such a capillary force and a low interfacial energy as described below realize a liquid phase layer that does not flow by gravity.
  • the surface modification layer 20 is formed on the surface of the flat substrate on which the liquid phase layer is formed.
  • the surface modification layer 20 may be formed to surround the mesh or the strands of the fiber.
  • the surface modifying layer 20 generally uses a surface modifying polymer having a low surface energy.
  • a surface modifying polymer having a low surface energy For example, hydrocarbons or fluorocarbon-based monomers or polymers may be used, and polysilicone ) May be used.
  • the liquid phase layer 30 is coated on the substrate through the surface modification layer.
  • the liquid phase layer is also referred to as a liquid phase film. It is preferable that the liquid phase layer has a low surface energy and a hydrophobic substance which does not mix with water is used. Specifically, the liquid phase layer preferably has a surface energy of 40 mN / m or less.
  • the reason why the hydrophobic material is used for the liquid phase layer is that the water droplet is removed by spraying when removing the dust adhering to the liquid phase layer, and a material having a surface energy lower than 72 mN / m, which is the surface energy of water, should be used.
  • the liquid phase layer 30 and the surface modification layer 20 are chemically identical to each other, and the surface energy difference therebetween is preferably 10 mN / m or less, more preferably 5 mN / m or less.
  • the liquid material may be a material that minimizes the interfacial energy according to the surface modification material of the substrate.
  • a liquid lubricant based on fluorocarbon is used as the liquid material.
  • the surface of the substrate is modified with hydrocarbon molecules. It is a method that can minimize interface energy between liquid phases.
  • a silicone oil liquid film can be realized which is kept very stable on a substrate. This is because the silicon polymer is chemically identical to the silicone oil and thus has a very low interfacial energy close to 0 mN / m and also the silicone oil can be stably wetted in the silicon polymer layer.
  • the liquid phase layer 30 is preferably implemented using a spray or a deposition coating method.
  • the dust-collecting filter according to the present invention is not a method of filtering dust by using pores smaller than fine dust like a conventional solid filter, but it is possible to collect dust by a method of adsorbing dust on the surface. Since these strong adsorption forces are induced in all solid dusts regardless of size, ultrafine dust less than 10 micrometers can also be collected very effectively.
  • FIG. 1D shows a process of self-cleaning using droplet spraying to remove fine dust collected on a substrate coated with a liquid film.
  • a portion to be used as a dust collecting filter has a surface energy similar to that of a liquid material (low interfacial energy), and a portion other than the surface energy of the liquid material has a modified surface with a lower surface energy than the surface tension of the liquid material, Thereby realizing a solid substrate which suppresses spreading.
  • a liquid film is stably formed on the filter portion having a low interface energy.
  • dewetting occurs on the outer surface of the filter having a lower surface energy, This is possible. Therefore, if the edge of the filter is modified with a low surface energy or the filter surface is replaced with a material having a low surface energy, the liquid film can not be further spread toward the holder It is possible to effectively solve the problem that the liquid material exists only on the filter and spreads out of the filter.
  • FIG. 1E is a schematic view of a dust collecting filter in which a liquid film is coated with a target according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a side cross-sectional view of a dust-collecting filter with a liquid-film-target coating according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 3 shows a top view of a dust-collecting filter with a liquid-film-target coating according to an embodiment of the present invention.
  • a dust collecting filter having a liquid film as a target coated comprises a substrate 10; A surface modification layer (21) formed on a substrate; And a liquid phase layer (22) coated on the substrate through a surface modification layer; And a peripheral portion 30 surrounding the periphery of the liquid phase layer.
  • the same parts as those described above are included except that the peripheral portion 30 is included. Therefore, the description will be focused on the feature portion and the duplicated description will be omitted.
  • the liquid film 20 is a concept including the surface modification layer 21 and the liquid phase layer 22 in FIG. 1E, and is denoted by reference numeral 20 in FIG. This liquid film captures dust.
  • the substrate 10 may be made of at least one of metal, polymer, fiber, glass, ceramic, and paper (cellulose). Further, the substrate may be a network structure. It is preferable that a multi-porous substrate capable of inducing a capillary force between the substrate and the liquid-phase layer is used to implement the liquid-phase layer so that the liquid-phase layer can maintain the fixed-phase form even if external pressure such as gravity is applied thereto. Such a capillary force and a low interfacial energy as described below realize a liquid phase layer that does not flow by gravity.
  • the surface modification layer 21 is formed on the substrate. It is preferable that a material having a low surface energy is used for the surface modification layer, and numerically, a material having a surface energy of 40 mN / m or less is preferably used.
  • the surface modifying layer 21 is generally made of a surface modifying polymer having a low surface energy.
  • a surface modifying polymer having a low surface energy For example, hydrocarbons or fluorocarbon-based monomers or polymers may be used, and polysilicone ) May be used.
  • the liquid phase layer 22 is coated on the substrate via the surface modification layer.
  • the liquid phase layer may also be referred to as a liquid phase film 20 in a concept including a surface modification layer. It is preferable that the liquid phase layer has a low surface energy and a hydrophobic substance which does not mix with water is used. Specifically, the liquid phase layer preferably has a surface energy of 40 mN / m or less.
  • the reason why the hydrophobic material is used for the liquid phase layer is that the water droplet is removed by spraying when removing the dust adhering to the liquid phase layer, and a material having a surface energy lower than 72 mN / m, which is the surface energy of water, should be used.
  • the liquid phase layer 30 and the surface modification layer 20 are chemically identical to each other, and the surface energy difference therebetween is preferably 10 mN / m or less, more preferably 5 mN / m or less.
  • the liquid phase layer 22 is preferably implemented using a spray or a deposition coating method.
  • the present invention includes a peripheral portion 30 coated to surround the periphery of the liquid phase layer 20.
  • This peripheral portion 30 is coated with a material having a surface energy lower than that of the liquid phase layer 20.
  • a material having a surface energy of 40 mN / m or less is used for the liquid phase layer and a material having a surface energy of 20 mN / m or less is used for the peripheral portion.
  • This peripheral portion 30 prevents spreading of the liquid material in the liquid phase layer, and thus makes it possible to perform the target coating function so that the liquid phase film is selectively coated only in the portion required for dust collection.
  • the liquid When the surface energy of a solid is high, the liquid has the property of thermodynamically spreading at the surface of the solid to form a maximally wide interface in order to lower the energy of the whole system. However, if the surface energy of the solid is low enough, the energy becomes much higher when the liquid makes the interface with the solid, so the liquid minimizes the contact area and spreads on the surface with low surface energy. Since the edge of the filter (the peripheral portion) of the filter having the surface modified with low surface energy does not progress the spreading of the liquid film, the edge of the low surface energy developed in the present invention suppresses the spread of the liquid substance to the outside of the filter, And has a target coating function for selectively coating the liquid film only in a portion required for dust collection.
  • a hydrocarbon-based liquid or a silicone oil (20 mN / m ⁇ surface tension ⁇ 30 mN / m) If the surface to be coated with the liquid phase layer is modified with monomers based on hydrocarbons, polymers or silicon polymers, the interfacial energy with the liquid phase layer is minimized (interfacial energy of 5 mN / m or less) do.
  • the liquid material When the surface of the part other than the part where the liquid layer should be present is surface-modified with a molecule having a low surface energy (30 mN / m or less) of the fluorocarbon series, the liquid material has a dewetting characteristic So that the diffusion of the liquid material to the outside of the filter is effectively restricted.
  • FIG. 1 A manufacturing method of a dust-collecting filter with a liquid-film-target coating according to the present invention is shown in the flowchart of Fig.
  • a method of manufacturing a dust collecting filter in which a liquid film is coated with a target according to the present invention includes: preparing a substrate (S 210); Forming a surface modification layer on the substrate (S 220); Forming a peripheral portion around the periphery of the surface modification layer (S 230); And coating a liquid phase layer on the surface modification layer (S 240).
  • a substrate is prepared, a surface modification layer is formed on the substrate, and a peripheral portion is formed so as to surround the periphery of the surface modification layer.
  • a material having a surface energy difference of 10 mN / m or less with respect to the liquid phase layer is used as the surface modification layer, and a material having a surface energy lower than that of the surface modification layer is used as the peripheral portion. Accordingly, when the liquid-phase layer is coated on the surface-modifying layer, a liquid-phase film is formed only on the surface-modifying-layer portion, and the peripheral portion prevents spreading of the liquid-phase film.
  • the surface for the target coating proposed by the present invention is modified such that the filter portion in which the liquid phase layer is present is modified to a material having a surface energy similar to that of the liquid phase material and the edge of the filter is made of a material having a surface energy lower than that of the liquid phase material, So that the liquid phase layer is stably coated only on the surface.
  • the peripheral portion is coated with a material having a surface energy lower than that of the liquid film.
  • a holder may be used instead of the coating portion.
  • an embodiment in which such a holder is used will be further described. Repeated descriptions will be omitted for the parts overlapping with those described above.
  • FIG. 5 is a side schematic view of a dust collecting filter with a liquid film coated thereon according to a further embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a side sectional view of a dust collecting filter with a liquid film coated thereon according to a further embodiment of the present invention / RTI >
  • the dust-collecting filter having the liquid-film-target-coated comprises a substrate 10; A surface modification layer (21) formed on a substrate; A liquid phase layer 22 coated on the substrate via a surface modification layer; And a holder 30 arranged to surround the periphery of the liquid phase layer.
  • the liquid film can not spread further in the direction of the holder so that it exists only on the filter and effectively solves the problem of spreading the liquid material out of the filter .
  • this holder has a clamping shape that abuts the lower surface of the substrate and the upper portion of the liquid film to support the dust collecting filter.
  • the outer frame or the surface of the forceps that serves as a holder of the filter is modified to have lower surface energy than the liquid material so that the liquid material can not spread toward the holder.
  • Such a holder is preferably made of a material having a surface energy of 20 mN / m or less.
  • the substrate is preferably a porous substrate.
  • a material having a surface energy of 40 mN / m or less is used as the surface modification layer, the liquid phase layer has a low surface energy, a hydrophobic substance is used, and the liquid phase layer has a surface energy of 40 mN / m or less .
  • the surface energy difference between the liquid phase layer and the surface modifying layer is preferably 10 mN / m or less, more preferably 5 mN / m or less.
  • FIG. 7 shows the structure of a filter coated with a liquid phase layer when a substrate of fiber or mesh structure is used.
  • FIG. 8 shows an air purification process using a filter having a liquid layer coated on a substrate of a fiber or mesh structure.
  • the filter body can be applied to various other fields in various forms.
  • Typical applicable examples include air purifiers, filter bodies for vacuum cleaners, large-capacity filtration bodies for air purification, dust collectors of factories and power plants, dust filters applied to insect screens for homes or buildings, and the like.
  • the collected dusts are simply removed by the self-cleaning function of the sprayed droplets, enabling continuous long-term reuse of the liquid-film-coated filter (filter).
  • a porous fiber or mesh may be used as the substrate, and a plurality of such filters may be disposed one over the other.
  • a dust collecting filter according to a further embodiment of the present invention is shown in Fig.
  • the dust-collecting filter uses a fiber or mesh, and a plurality of such fibers or mesh are used in a superimposed manner. This makes it possible to collect dust more effectively.
  • the substrate is made of fiber or mesh as a multi-porous substrate
  • the surface modifying layer is preferably a material having a surface energy of 40 mN / m or less
  • Layer is preferably a material having a surface energy of 40 mN / m or less.
  • the surface energy difference between the liquid phase layer and the surface modifying layer is preferably 10 mN / m or less, more preferably 5 mN / m or less.
  • the substrate may include a periphery to wrap the perimeter of the liquid phase layer when porous fibers or webs are used.
  • Figure 10 shows a further top view of a dust-collecting filter with a liquid film-targeted coating according to a further embodiment of the present invention.
  • the peripheral portion coated to surround the periphery of the liquid-phase layer is coated with a material having a lower surface energy than the liquid-phase layer, and the peripheral portion is preferably a material having a surface energy of 20 mN / m or less.
  • the peripheral portion surrounds the portion of the liquid phase layer coated on the fiber or mesh structure formed in the central portion of the substrate of the fiber or mesh structure, and does not surround the liquid phase layer,
  • the peripheral portion surrounding the portion of the substrate corresponds to a portion of the fiber or mesh structure of the portion coated with a substance having lower surface energy than the liquid phase layer.
  • a filter for dust collection in the form of a fiber or mesh in the case of a fiber or mesh according to a further embodiment of the present invention, a plurality of such fibers or networks may be used in a superimposed manner. This makes it possible to collect dust more effectively.

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Abstract

본 발명은 먼지 포집용 액상막 코팅 필터의 활용에 관한 것으로서, 구체적으로는 액상물이 필터 외부에 확산되는 퍼짐 현상을 억제하여 필터의 효율적인 활용을 위한 것이다. 본 발명은 미세먼지 포집을 위한 필터를 제공하고, 효과적인 미세먼지 포집을 위해 계면에너지 조절 및 모세관 힘 유도를 통한 액상막을 이용하며, 이와 더불어 이러한 액상막이 기판 상에서 퍼짐 현상을 방지하기 위한 주변부를 포함한 필터 구조를 제공한다.

Description

액상막이 표적 코팅된 먼지 포집용 필터
본 발명은 먼지 포집용 필터에 관한 것으로서, 구체적으로는 액상막이 표적 코팅된 먼지 포집용 필터에 관한 것이다.
본 발명은 먼지 포집용 액상막 코팅 필터의 활용에 관한 것으로서, 구체적으로는 액상물이 필터 외부에 확산되는 퍼짐 현상을 억제하여 필터의 효율적인 활용을 위한 것이다.
고체는 액체와 접촉 시 반데르발스(van der Waals) 힘 바탕의 고체-고체 흡착에 비해 월등히 강한 흡착을 보인다. 하지만 액체는 중력에 의해 항상 흘러내리고 고정상으로 존재가 어렵기 때문에 액체를 필터로써 이용하는데는 많은 문제점 및 한계가 있어왔다.
이러한 문제들을 해결하기 위해 액상층이 필터 표면에 코팅된 형태로, 모세관 힘 및 기판과의 낮은 계면에너지 유도를 바탕으로 중력에 의해 흐르지 않는 고정형의 액상막을 표면에 구현하였다. 표면의 액상막을 구성하는 물질은 일반적으로 낮은 표면장력의 액체로, 액체와 고체 사이의 강한 흡착력을 바탕으로 고체 먼지입자를 액상막에 효과적으로 포집 시키게 된다. 또한 고체 필터와 같이 작은 기공을 만들어 기공보다 작은 먼지를 거르는 방식이 아닌 액체-고체 사이의 강한 흡착을 이용하기 때문에, 기존에 포집이 어려웠던 2.5 마이크론 이하 크기의 초미세먼지 포집도 압력감소 없이 가능하다는 장점이 있다.
이렇게 ‘액상막이 코팅된 필터’는 기존의 고체 필터에 비해 월등히 우수한 흡착 특성을 보이면서도 고정상으로 활용 가능하기 때문에 넓은 범용성을 갖는다. 하지만 액상막이 코팅된 필터를 더욱 효과적으로 활용하기 위해서는 필터 고정 시 액상 물질이 밖으로 퍼지는(spreading) 현상을 문제를 해결해야만 한다.
이러한 필터는 기판과 액상물질의 계면에너지를 최소화하는 방법을 통해 액상물질을 중력에 의해 흐르지 않는 고정형 박막으로 구현한다. 이와 같은 이유로 액상물질은 필터 표면에 안정적으로 존재할 수 있게 되지만, 또한 낮은 표면장력 때문에 고체 표면에 최대한 넓게 퍼져 계면 면적을 늘리고자 하는 특성을 보이게 된다. 액상물질이 필터에만 존재하지 않고 필터 외부의 구성요소 혹은 장비부품에 퍼지게 되면 액상물질의 손실뿐만 아니라 외부 구성 요소에 손상을 입히는 문제를 야기시킬 수 있다.
이와 같은 이유로 액상물질이 코팅된 필터를 효과적으로 이용하기 위해서는 액상물질을 필요한 부분에만 코팅하여 먼지 포집에 이용하고 외부로는 더 이상 퍼지지 못하게 조절하는 표적 코팅 (target coating) 기술이 반드시 필요하다.
본 발명은 미세먼지 포집을 위한 필터를 제공하고, 효과적인 미세먼지 포집을 위해 계면에너지 조절 및 모세관 힘 유도를 통한 액상막을 이용하며, 이와 더불어 이러한 액상막이 기판 상에서 퍼짐 현상을 방지하기 위한 주변부를 포함한 필터 구조를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액상막이 표적 코팅된 먼지 포집용 필터는, 기판; 상기 기판 상에 형성된 표면 개질층; 상기 표면 개질층을 통해 상기 기판 상에 코팅된 액상층을 포함한다.
상기 기판은 다공성 기판인 것이 바람직하다.
상기 표면 개질층은 40mN/m 이하의 표면 에너지를 갖는 물질이 이용되는 것이 바람직하다.
상기 액상층은 낮은 표면 에너지를 가지며 소수성 물질이 이용되는 것이 바람직하고, 상기 액상층은 40mN/m 이하의 표면 에너지를 갖는 물질이 이용되는 것이 바람직하다.
상기 액상층과 상기 표면 개질층의 표면 에너지 차이는 10mN/m 이하, 더욱 바람직하게는 5mN/m 이하인 것이 바람직하다.
한편, 상기 액상층의 둘레를 감싸도록 코팅된 주변부를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 액상층의 둘레를 감싸도록 코팅된 주변부는 상기 액상층보다 표면 에너지가 낮은 물질이 코팅되어 있다.
상기 주변부는 20mN/m 이하의 표면 에너지를 갖는 물질이 이용되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 액상층의 둘레의 일부 또는 전부를 감싸도록 배치된 홀더를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 액상층의 둘레를 감싸도록 코팅된 홀더는 홀더 또는 코팅된 표면이 상기 액상층보다 표면 에너지가 낮은 물질로 이루어진다.
상기 홀더 또는 코팅된 표면은 20mN/m 이하의 표면 에너지를 갖는 물질이 이용되는 것이 바람직하다.
상기 홀더는 상기 기판의 하면과 상기 액상막의 상부와 맞닿아 상기 먼지 포집용 필터를 지지하는 집게 형태를 갖는다.
한편, 본 발명의 추가적인 실시예에서 상기 기판은 섬유 또는 그물망 구조의 다기공성 기판이 이용될 수 있다. 이러한 기판으로는 직물, 그물망, 부직포, 금속 메쉬 구조의 다기공성 기판이 이용될 수 있다. 이 경우 상기 필터는 복수개가 겹쳐져 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 이 경우에도 상기 액상층의 둘레를 감싸도록 코팅된 주변부를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액상막이 표적 코팅된 먼지 포집용 필터의 제조 방법은, 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 표면 개질층을 형성하는 단계; 상기 표면 개질층의 둘레를 감싸도록 주변부를 형성하는 단계; 상기 표면 개질층에 액상층을 코팅하는 단계를 포함하고, 상기 표면 개질층은 상기 액상층과 표면 에너지 차이가 10mN/m 이하인 물질이 이용되고, 상기 주변부는 상기 표면 개질층보다 낮은 표면 에너지를 갖는 물질이 이용되어, 상기 액상층을 코팅할 때 상기 표면 개질층 부분에만 액상막이 구현되고, 상기 주변부는 상기 액상막의 퍼짐 현상을 막아준다.
본 발명은 지금까지의 건식 고체 여과체 들과는 다르게, 모든 크기의 미세먼지를 단위 부피당 더욱 효과적으로 집진 가능하고, 구동 에너지가 전혀 없으며, 낮의 단가로 제조 가능함과 더불어 다양한 형태로 여러 공간에(공장, 화력발전소 굴뚝 등의 미세먼지 발생 장소, 건물, 도로, 진공청소기, 공기청정기 등) 설치 가능하다는 장점을 갖는다.
본 발명은 액상막이 코팅된 필터 활용 시 액체물질이 필터 외부로 퍼지는 현상을 억제하여 액체물질의 손실을 줄이고 필터층 외 구성요소에 퍼져 발생하는 문제점들을 해결하여, 액상막 코팅 필터를 다양한 산업용/가정용 먼지포집 필터로 적용함에 있어 핵심적인 역할을 할 것으로 기대된다.
도 1a는 먼지 입자가 고체 표면 및 액상 표면에 흡착되는 모습의 개략도를 도시한다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 먼지 포집용 필터의 측단면의 간략도를 도시한다.
도 1c는 3차원 공초점 현미경으로 분석한 액상막이 코팅된 유리 기판에 흡착된 마이크로 미세 입자를 도시한다.
도 1d는 액상막이 코팅된 기판에 포집된 미세먼지를 제거하기 위해 물방울 분사를 이용하여 자가클리닝 하는 과정을 도시한다.
도 1e는 본 발명의 일 실시예에 따른 액상막이 표적 코팅된 먼지 포집용 필터의 모식도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액상막이 표적 코팅된 먼지 포집용 필터의 측단면도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액상막이 표적 코팅된 먼지 포집용 필터의 평면도를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 액상막이 표적 코팅된 먼지 포집용 필터의 제조 방법의 순서도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 액상막이 표적 코팅된 먼지 포집용 필터의 측면 개략도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 액상막이 표적 코팅된 먼지 포집용 필터의 측단면도를 도시한다.
도 7은 섬유 또는 그물망 구조의 기판이 이용되는 경우에 있어서 액상층이 코팅된 필터의 구조를 도시한다.
도 8은 섬유 또는 그물망 구조의 기판에 액상층이 코팅된 필터를 이용한 공기 정화 과정을 도시한다.
도 9는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 먼지 포집용 필터 복수개가 겹쳐진 모습을 도시한다.
도 10은 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 액상막이 표적 코팅된 먼지 포집용 필터의 추가적인 평면도를 도시한다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이아그램 형태로 제시된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 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.
본 발명은 미세먼지 포집을 위한 필터(여과체)를 제공하고자 하며, 효과적인 미세먼지의 포집을 위해 계면에너지 조절 및 모세관힘 유도를 통해 액상막을 고체 기판 표면에 안정적으로 구현한 먼지 포집 필터를 제시한다.
기존의 HEPA와 같은 고체 여과체들과는 달리 본 발명이 제시하는 여과체는 표면이 액상이기 때문에, 도 1a에서 도시된 것처럼 액체-고체 사이의 강한 흡착력을 바탕으로 매우 효과적으로 고체 먼지 입자를 여과체 표면에 흡착시킬 수 있다. 모든 액체는 중력에 의해 낮은 위치로 흘러내려 고정상으로 존재하기가 어렵기 때문에, 액체-고체 사이의 강한 흡착을 고체 여과체들과 같은 고정상의 여과체로 구현하여 이용하는데 한계가 있었다. 따라서 본 발명의 핵심은 여과체의 '고체 기판 표면'과 '액상층' 사이의 계면 에너지를 최소화하고 모세관 힘을 유도하여 중력에 의해 흐르거나 떨어지지 않는 액상막을 여과체 표면 위에 구현하는 것이다.
이렇게 구현된 '액상막이 코팅된 필터'는 액상막-고체입자 사이의 강한 흡착력을 바탕으로 종래 기술에서 소개했던 기존의 건식 여과체들에 비해 훨씬 우수한 (미세)먼지 포집 효과를 보이며, 기존 습식 포집법들과도 다르게 액상 물질을 고정상으로 이용함으로써 다양한 환경에서 먼지를 포집할 수 있는 범용성을 확보하게 한다.
이하에서는 본 발명의 먼지 포집용 필터에 대해 설명하도록 하겠다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 먼지 포집용 필터의 측단면의 간략도를 도시한다. 도 1b에서 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 먼지 포집용 필터는, 기판(10); 기판 상에 형성된 표면 개질층(20); 및 액상층(30)을 포함한다.
기판(10)은 금속, 고분자, 섬유, 유리, 세라믹, 종이(셀룰로우스) 중 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있다. 또한, 기판은 그물망 구조일 수도 있다. 도 1b의 경우에는 평판 형태의 기판 모습을 도시하고 있으나, 기판은 표면적을 넓히기 위해 섬유 또는 그물망 형태일 수도 있다. 넓은 표면적을 갖는 기판은 보다 효과적인 먼지의 포집을 가능하게 한다.
기판(10)은 중력 등의 외부 압력 등이 가해지더라도 액상층이 고정상 형태를 유지할 수 있도록 구현하기 위해 기판과 액상층 사이에 모세관 힘을 유도할 수 있는 다기공성 기판이 이용되는 것이 바람직하다. 이러한 모세관 힘과 후술하는 것처럼 낮은 계면 에너지에 의해 중력에 의해 흘러내리지 않는 액상층을 액상막으로 구현하게 된다.
다음으로 기판 상에 표면 개질층(20)을 형성한다. 표면 개질층은 낮은 표면 에너지를 갖는 물질이 이용되는 것이 바람직하고, 수치적으로는 40mN/m 이하의 표면 에너지를 갖는 물질이 이용되는 것이 바람직하다.
표면 개질층(20)은 도 1b에서는 평면 기판에서 액상층이 형성되는 면 쪽에 형성된 것으로 도시되어 있으나, 섬유 또는 그물망 형태인 경우에는 망이나 섬유의 가닥을 모두 감싸는 형태로 형성되어 있을 수 있다.
표면 개질층(20)는 낮은 표면 에너지의 표면 개질 고분자가 이용되는 것이 일반적이며, 예를 들어 탄화수소(hydrocarbon) 또는 탄화불소(fluorocarbon) 계의 단분자 또는 고분자가 이용될 수 있으며, 실리콘 고분자(polysilicone)가 이용될 수도 있다.
액상층(30)은 표면 개질층을 통해 기판 상에 코팅된다. 본 명세서에서 액상층은 액상막이라고도 명명된다. 액상층은 낮은 표면 에너지를 가지며 물과 섞이지 않는 소수성 물질이 이용되는 것이 바람직하며, 구체적으로 액상층은 40mN/m 이하의 표면 에너지를 갖는 물질이 이용되는 것이 바람직하다.
액상층으로 소수성 물질이 이용되는 이유는 액상층에 붙은 먼지를 제거할 때 물방울을 분사하여 제거하게 되기 때문이며, 또한 물의 표면 에너지인 72mN/m보다 낮은 표면 에너지를 갖는 물질이 이용되어야 한다.
액상층(30)과 표면 개질층(20)은 서로 화학적으로 동일한 물질이 이용되는 것이 바람직하며, 또한 이들 간의 표면 에너지 차이는 10mN/m 이하, 더욱 바람직하게는 5mN/m 이하인 것이 바람직하다.
예를 들어 액상 물질은 기판의 표면 개질 물질에 따라 계면 에너지를 최소화할 수 있는 물질을 적용한다. 예를 들어 탄화불소 분자로 기판 표면을 개질 했을 시에는 탄화불소 바탕의 윤활액을 액상 물질로 사용하고, 탄화수소 분자로 기판 표면을 개질 했을 경우에는 탄화수소 바탕의 윤활액을 액상 물질로 사용하는 것이 기판 표면과 액상층 사이 계면 에너지를 최소화시킬 수 있는 방법이다. 특히, 다양한 표면 개질물질과 액상물질 중 실리콘 고분자로(polysilicone) 기판 표면을 개질하고 실리콘 오일을(silicone oil) 액상 물질로 사용했을 시, 기판 위에 매우 안정적으로 유지되는 실리콘 오일 액상막을 구현할 수 있는데, 이는 실리콘 고분자와 실리콘 오일이 화학적 동일하기 때문에 0 mN/m에 가까운 매우 낮은 계면 에너지를 갖게 되고 또한 실리콘 오일이 실리콘 고분자 층 내부에도 안정적으로 습윤될 수 있기 때문이다.
액상층(30)은 스프레이 또는 담지 코팅법을 이용해 구현되는 것이 바람직하다.
기판 위에 코팅되어 있는 액상층(액상막)은 도 1c에서와 같이 액체-고체 사이의 강한 흡착력을 바탕으로 표면에 닿은 먼지 입자를 강하게 흡착시킨다. 도 1c는 3차원 공초점 현미경으로 분석한 액상막이 코팅된 유리 기판에 흡착된 마이크로 미세 입자를 도시한다. 따라서 본 발명에 따른 먼지 포집용 필터는, 기존의 고체 필터와 같이 미세먼지보다 작은 기공을 이용해 먼지를 여과시키는 방법이 아닌, 표면에 먼지를 흡착시키는 방법으로 먼지 포집이 가능하다. 이러한 강한 흡착력은 크기에 상관없이 모든 고체 먼지에 유도되기 때문에, 10 마이크로미터 이하의 초미세먼지 또한 매우 효과적으로 포집이 가능하다.
또한, 여과체를 지속적이고 장기적으로 사용하기 위해서는 포집된 먼지를 간단하고 효과적으로 제거할 수 있어야한다. 본 발명에서 중력에 흐르지 않는 안정적인 액상막 구현을 위해 낮은 표면에너지로 기판을 개질하고 낮은 표면장력의 액상물질을 사용하는 것이 핵심인데, 이렇게 낮은 표면에너지 기판에 코팅된 낮은 표면 장력의 액상층은 매우 우수한 자가 클리닝(self-cleaning)효과를 갖는다. 따라서 도 3에서와 같이 물방울들을 먼지가 포집된 여과체 위에 흘려줌으로써 물방울들이 먼지를 쓸고 내려가는 자가클리닝 효과를 통해 포집된 미세먼지들을 제거하고 다시 깨끗한 여과체 표면을 얻음으로써 지속적인 재사용을 가능하게 한다. 도 1d는 액상막이 코팅된 기판에 포집된 미세먼지를 제거하기 위해 물방울 분사를 이용하여 자가클리닝 하는 과정을 도시한다.
한편, 낮은 표면장력의 액상물질은 열역학적 측면에서 더 낮은 에너지를 만들기 위해 높은 표면에너지의 고체 표면에 퍼지려하는 경향을 보인다. 따라서 본 발명에서는 먼지포집 필터로 사용될 부분은 액상물질과 비슷한 표면에너지를 갖고 (낮은 계면에너지) 이를 둘러싼 이외의 부분은 액상물질의 표면장력보다 더욱 낮은 표면에너지로 개질된 표면을 구현하여 액상물질의 퍼짐을 억제하는 고체 기판을 구현한다.
이렇게 구현된 기판에 액상물질을 코팅하게 되면 낮은 계면에너지를 갖는 필터 부분에는 안정적으로 액상막이 구현되지만, 더욱 낮은 표면에너지의 필터 외 표면에는 비젖음(dewetting) 현상이 발생하여 코팅이 되지 않는 표적 코팅이 가능하다. 때문에 필터를 둘러싼 가장자리 부분을 낮은 표면에너지로 개질하여 이용하거나 이와는 별도로 필터의 홀더 역할을 하는 틀의 표면을 낮은 표면에너지의 물질로 개질하여 홀더로 사용하게 되면 액상막이 홀더방향으로 더 이상 퍼지지 못하게 되어 필터 위에만 존재하게 되어 액상물질이 필터 외부로 퍼지는 문제를 효과적으로 해결할 수 있게 된다.
도 1e은 본 발명의 일 실시예에 따른 액상막이 표적 코팅된 먼지 포집용 필터의 모식도를 도시한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액상막이 표적 코팅된 먼지 포집용 필터의 측단면도를 도시한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액상막이 표적 코팅된 먼지 포집용 필터의 평면도를 도시한다.
본 발명의 추가적인 실시예에 따른 액상막이 표적 코팅된 먼지 포집용 필터는, 기판(10); 기판 상에 형성된 표면 개질층(21); 및 표면 개질층을 통해 기판 상에 코팅된 액상층(22); 및 액상층의 둘레를 감싸고 있는 주변부(30)를 포함한다. 추가적인 실시예에서는 주변부(30)를 포함한다는 점 이외에는 위에서 설명한 내용과 동일한 부분이므로 이하에서는 특징부 위주로 설명을 하고 중복 설명은 생략하도록 하겠다.
액상막(20)은 도 1e에서 표면 개질층(21)과 액상층(22)을 포함한 개념으로서, 도 2에서는 (20)의 도면부호로 표시되어 있다. 이러한 액상막이 먼지를 포집하는 부분이다.
기판(10)은 금속, 고분자, 섬유, 유리, 세라믹, 종이(셀룰로우스) 중 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있다. 또한, 기판은 그물망 구조일 수도 있다. 기판(10)은 중력 등의 외부 압력 등이 가해지더라도 액상층이 고정상 형태를 유지할 수 있도록 구현하기 위해 기판과 액상층 사이에 모세관 힘을 유도할 수 있는 다기공성 기판이 이용되는 것이 바람직하다. 이러한 모세관 힘과 후술하는 것처럼 낮은 계면 에너지에 의해 중력에 의해 흘러내리지 않는 액상층을 액상막으로 구현하게 된다.
다음으로 기판 상에 표면 개질층(21)을 형성한다. 표면 개질층은 낮은 표면 에너지를 갖는 물질이 이용되는 것이 바람직하고, 수치적으로는 40mN/m 이하의 표면 에너지를 갖는 물질이 이용되는 것이 바람직하다.
표면 개질층(21)는 낮은 표면 에너지의 표면 개질 고분자가 이용되는 것이 일반적이며, 예를 들어 탄화수소(hydrocarbon) 또는 탄화불소(fluorocarbon) 계의 단분자 또는 고분자가 이용될 수 있으며, 실리콘 고분자(polysilicone)가 이용될 수도 있다.
액상층(22)은 표면 개질층을 통해 기판 상에 코팅된다. 본 명세서에서 액상층은 표면 개질층을 포함하는 개념으로 액상막(20)이라고도 명명될 수 있다. 액상층은 낮은 표면 에너지를 가지며 물과 섞이지 않는 소수성 물질이 이용되는 것이 바람직하며, 구체적으로 액상층은 40mN/m 이하의 표면 에너지를 갖는 물질이 이용되는 것이 바람직하다.
액상층으로 소수성 물질이 이용되는 이유는 액상층에 붙은 먼지를 제거할 때 물방울을 분사하여 제거하게 되기 때문이며, 또한 물의 표면 에너지인 72mN/m보다 낮은 표면 에너지를 갖는 물질이 이용되어야 한다.
액상층(30)과 표면 개질층(20)은 서로 화학적으로 동일한 물질이 이용되는 것이 바람직하며, 또한 이들 간의 표면 에너지 차이는 10mN/m 이하, 더욱 바람직하게는 5mN/m 이하인 것이 바람직하다.
액상층(22)은 스프레이 또는 담지 코팅법을 이용해 구현되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에서는 액상층(20)의 둘레를 감싸도록 코팅된 주변부(30)를 포함한다. 이러한 주변부(30)는 액상층(20)보다 표면 에너지가 낮은 물질로 코팅된다. 위에서 설명한 것처럼, 액상층의 경우 표면 에너지가 40mN/m 이하의 물질이 이용되며, 주변부는 이보다 낮은 20mN/m 이하의 표면 에너지를 갖는 물질이 이용되는 것이 바람직하다.
이러한 주변부(30)는 액상층의 액상 물질의 퍼짐을 방지하게 되고, 따라서 먼지 포집에 필요한 부분에만 액상막이 선택적으로 코팅되도록 하는 표적 코팅 기능을 하도록 한다.
고체의 표면에너지가 높을 경우 액체는 열역학적으로 전체 계의 에너지를 낮추기 위해 고체표면에서 퍼져 최대한 넓은 계면을 형성하고자 하는 특성이 있다. 하지만 고체의 표면에너지가 충분히 낮은 수준이면 액체가 고체와 계면을 만들 시 에너지가 오히려 높아지기 때문에, 액체는 낮은 표면에너지의 표면에서는 접촉면적을 최소화하고 퍼지지 않게 된다. 낮은 표면에너지의 물질로 표면이 개질된 필터의 가장자리(주변부)는 액상막의 퍼짐이 진행이 되지 않으며, 때문에 본 발명에서 개발한 낮은 표면에너지의 가장자리는 필터 외부로의 액상물질 퍼짐 현상을 억제하고 필터로써 먼지 포집에 필요한 부분에만 액상막이 선택적으로 코팅되게 하는 표적 코팅 기능을 갖는다.
이러한 본 발명의 액상막이 표적 코팅된 먼지 포집용 필터의 실시예로서, 탄화수소(hydrocarbon) 바탕의 액체 혹은 실리콘오일 (silicone oil) (20mN/m < 표면장력 < 30mN/m) 등을 액상물질로 사용하는 경우, 액상층이 코팅될 표면을 탄화수소 바탕의 단분자나 고분자 혹은 실리콘고분자 등으로 표면을 개질하면 액상층과의 계면에너지를 최소화하여 (계면에너지 5mN/m 이하) 안정적인 액상층 코팅이 존재하게 된다. 여기에 액상층이 존재해야하는 부분 외의 표면을 탄화불소 (fluorocarbon) 계열의 낮은 표면에너지(30mN/m 이하)를 갖는 분자로 표면개질하게 되면 액상물질이 이러한 낮은 표면에너지의 표면에서는 비습윤 (dewetting) 특성을 보여 더 이상 퍼지지 않아 필터 외부로 액상물질이 확산되는 현상을 효과적으로 제한하게 된다.
본 발명에 따른 액상막이 표적 코팅된 먼지 포집용 필터의 제조 방법은 도 4의 순서도에서 도시되어 있다.
도 4의 순서도에서 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 액상막이 표적 코팅된 먼지 포집용 필터의 제조 방법은, 기판을 준비하는 단계(S 210); 상기 기판 상에 표면 개질층을 형성하는 단계(S 220); 상기 표면 개질층의 둘레를 감싸도록 주변부를 형성하는 단계(S 230); 상기 표면 개질층에 액상층을 코팅하는 단계(S 240)를 포함한다.
기판을 준비하고, 기판 상에 표면 개질층을 형성하고, 이러한 표면 개질층의 둘레를 감싸도록 주변부를 형성한다. 이때, 상기 표면 개질층은 상기 액상층과 표면 에너지 차이가 10mN/m 이하인 물질이 이용되고, 상기 주변부는 상기 표면 개질층보다 낮은 표면 에너지를 갖는 물질이 이용된다. 이에 의해 표면 개질층에 액상층을 코팅할 때 상기 표면 개질층 부분에만 액상막이 구현되고, 상기 주변부는 상기 액상막의 퍼짐 현상을 막아주게 되어, 액상막이 표적 코팅될 수 있다.
본 발명이 제안하는 표적코팅을 위한 표면은 액상층이 존재할 필터부분은 액상물질과 표면에너지가 비슷한 물질로 개질하고 필터의 가장자리는 액상물질이 더 이상 퍼지지 못하게 제한하는 액상물질보다 낮은 표면에너지의 물질로 개질하여 액상층을 표면에만 안정적으로 코팅시키는 구조이다.
도 1e 내지 4의 실시예에서는 이러한 주변부로 액상막보다 표면 에너지가 낮은 물질로 코팅된 부분을 이용하는 것이다. 한편, 이러한 주변부는 도 5 내지 6에서 설명하는 것처럼, 코팅부가 아닌 홀더를 이용할 수도 있으며, 이하에서는 이러한 홀더를 이용한 경우의 실시예에 대해 추가적으로 설명하도록 하겠다. 위에서 설명한 부분과 중복되는 부분에 대해서는 반복 설명을 생략하도록 하겠다.
도 5는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 액상막이 표적 코팅된 먼지 포집용 필터의 측면 개략도를 도시하고, 도 6은 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 액상막이 표적 코팅된 먼지 포집용 필터의 측단면도를 도시한다.
도 5 내지 6에서 도시된 것처럼, 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 액상막이 표적 코팅된 먼지 포집용 필터는, 기판(10); 기판 상에 형성된 표면 개질층(21); 표면 개질층을 통해 기판 상에 코팅된 액상층(22); 및 액상층의 둘레를 감싸도록 배치된 홀더(30)를 포함한다.
도 5 내지 도 6의 실시예에서는 도 1 내지 4의 실시예와 다르게 액상막을 둘러싸는 표면 에너지가 낮은 물질을 이용한 주변부를 추가로 코팅하는 것이 아니고, 이러한 주변부 역할을 홀더가 수행하게 된다.
필터의 홀더 역할을 하는 틀의 표면을 낮은 표면에너지의 물질로 개질하여 홀더로 사용하게 되면 액상막이 홀더방향으로 더 이상 퍼지지 못하게 되어 필터 위에만 존재하게 되어 액상물질이 필터 외부로 퍼지는 문제를 효과적으로 해결할 수 있게 된다.
도 5에서 도시된 것처럼, 이러한 홀더는 기판의 하면과 액상막의 상부와 맞닿아 먼지 포집용 필터를 지지하는 집게 형태를 갖는다. 필터의 홀더 역할을 할 외부 틀 혹은 집게의 표면을 액상물질보다 낮은 표면에너지로 개질하여 액상물질이 홀더 쪽으로 퍼지지 못하게 하는 구조를 갖는다. 이러한 홀더는 20mN/m 이하의 표면 에너지를 갖는 물질이 이용되는 것이 바람직하다.
추가적인 실시예에서도, 기판은 다공성 기판이 이용되는 것이 바람직하다.
표면 개질층은 40mN/m 이하의 표면 에너지를 갖는 물질이 이용되고, 상기 액상층은 낮은 표면 에너지를 가지며 소수성 물질이 이용되며, 상기 액상층은 40mN/m 이하의 표면 에너지를 갖는 물질이 이용된다.
또한, 상기 액상층과 상기 표면 개질층의 표면 에너지 차이는 10mN/m 이하, 바람직하게는 5mN/m 이하인 것이 바람직하다.
도 7은 섬유 또는 그물망 구조의 기판이 이용되는 경우에 있어서 액상층이 코팅된 필터의 구조를 도시한다. 도 8은 섬유 또는 그물망 구조의 기판에 액상층이 코팅된 필터를 이용한 공기 정화 과정을 도시한다.
본 발명에서 구현된 액상막이 코팅된 여과체는 공기중의 먼지를 강한 흡착에 의해 포집한다.(도 7) 특히 액상막이 중력에 의해 흐르지 않고 건식 고체 여과체와 같이 고정상으로 존재하기 때문에, 고체 여과체와 같이 본 여과체를 다양한 형태로 여러 다른 분야에 적용이 가능하다. 대표적인 적용 가능 예로는 공기청정기, 진공청소기 용 여과체, 대기 정화용 대용량 여과체, 공장 및 발전소의 집진체, 가정 혹은 건물용 방충망 등에 적용된 먼지 여과체 등이 있다. 포집된 먼지들은 자가클리닝 기능에 의해 스프레이 분사등으로 분사된 물방울로 간단히 제거가 되어, 액상막이 코팅된 여과체(필터)의 지속적인 장기 재사용이 가능하다.
본 발명의 추가적인 실시예에 따르면, 기판으로 다공성의 섬유 또는 그물망이 이용될 수 있으며, 이러한 필터가 복수개가 겹쳐져 배치될 수 있다. 이러한 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 먼지 포집용 필터는 도 9에서 도시된다.
도 9에서 보는 것처럼, 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 먼지 포집용 필터는 섬유 또는 그물망이 이용되며, 이러한 섬유 또는 그물망이 복수개가 겹쳐서 이용된다. 이를 통해 더욱 효과적인 먼지의 포집이 가능하게 된다.
추가적인 실시예에 따른 먼지 포집용 필터의 경우에도 기판은 다기공성 기판으로서 섬유 또는 그물망이 이용되는 것이 바람직하고, 표면 개질층은 40mN/m 이하의 표면 에너지를 갖는 물질이 이용되는 것이 바람직하며, 액상층은 40mN/m 이하의 표면 에너지를 갖는 물질이 이용되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 액상층과 상기 표면 개질층의 표면 에너지 차이는 10mN/m 이하, 바람직하게는 5mN/m 이하인 것이 바람직하다.
또한, 추가적인 실시예에서 기판이 다공성 섬유 또는 그물망이 이용되는 경우에 있어서도 액상층의 둘레를 감싸도록 주변부를 포함할 수 있다. 도 10은 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 액상막이 표적 코팅된 먼지 포집용 필터의 추가적인 평면도를 도시한다.
한편, 액상층의 둘레를 감싸도록 코팅된 주변부는 상기 액상층보다 표면 에너지가 낮은 물질이 코팅되며, 주변부는 20mN/m 이하의 표면 에너지를 갖는 물질이 이용되는 것이 바람직하다.
주변부는 도 10에서 보는 것처럼, 섬유 또는 그물망 구조의 기판의 중심 부분에 형성되어 있는 섬유 또는 그물망 구조에 코팅된 액상층 부분을 둘러싸고 있는 것으로, 액상층을 각각을 둘러싸는 것이 아니라 액상층이 코팅된 기판의 부분을 둘러싸는 주변부로서, 이러한 주변부는 해당 부분의 섬유 또는 그물망 구조에 액상층보다 낮은 표면 에너지를 갖는 물질을 코팅한 부분에 해당한다.
한편, 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 섬유 또는 그물망 형태의 먼지 포집용 필터의 경우, 이러한 섬유 또는 그물망이 복수개가 겹쳐서 이용될 수 있다. 이를 통해 더욱 효과적인 먼지의 포집이 가능하게 된다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

Claims (19)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 형성된 표면 개질층;
    상기 표면 개질층을 통해 상기 기판 상에 코팅된 액상층을 포함하는,
    액상막이 표적 코팅된 먼지 포집용 필터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 다공성 기판인,
    액상막이 표적 코팅된 먼지 포집용 필터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면 개질층은 40mN/m 이하의 표면 에너지를 갖는 물질이 이용되는,
    액상막이 표적 코팅된 먼지 포집용 필터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 액상층은 낮은 표면 에너지를 가지며 소수성 물질이 이용되는,
    액상막이 표적 코팅된 먼지 포집용 필터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 액상층은 40mN/m 이하의 표면 에너지를 갖는 물질이 이용되는,
    액상막이 표적 코팅된 먼지 포집용 필터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 액상층과 상기 표면 개질층의 표면 에너지 차이는 10mN/m 이하인,
    액상막이 표적 코팅된 먼지 포집용 필터.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 액상층과 상기 표면 개질층의 표면 에너지 차이는 5mN/m 이하인,
    액상막이 표적 코팅된 먼지 포집용 필터.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 액상층의 둘레를 감싸도록 코팅된 주변부를 추가로 포함하는,
    액상막이 표적 코팅된 먼지 포집용 필터.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 액상층의 둘레를 감싸도록 코팅된 주변부는 상기 액상층보다 표면 에너지가 낮은 물질이 코팅된,
    액상막이 표적 코팅된 먼지 포집용 필터.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 주변부는 20mN/m 이하의 표면 에너지를 갖는 물질이 이용되는,
    액상막이 표적 코팅된 먼지 포집용 필터.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 액상층의 둘레의 일부 또는 전부를 감싸도록 배치된 홀더를 추가로 포함하는,
    액상막이 표적 코팅된 먼지 포집용 필터.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 액상층의 둘레를 감싸도록 코팅된 홀더는 홀더 또는 코팅된 표면이 상기 액상층보다 표면 에너지가 낮은 물질로 이루어진,
    액상막이 표적 코팅된 먼지 포집용 필터.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 홀더 또는 코팅된 표면은 20mN/m 이하의 표면 에너지를 갖는 물질이 이용되는,
    액상막이 표적 코팅된 먼지 포집용 필터.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 홀더는 상기 기판의 하면과 상기 액상막의 상부와 맞닿아 상기 먼지 포집용 필터를 지지하는 집게 형태를 갖는,
    액상막이 표적 코팅된 먼지 포집용 필터.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 직물, 그물망, 부직포, 금속 메쉬 구조의 다기공성 기판인,
    액상막이 표적 코팅된 먼지 포집용 필터.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 필터는 복수개가 겹쳐져 배치된,
    액상막이 표적 코팅된 먼지 포집용 필터.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 액상층의 둘레를 감싸도록 코팅된 주변부를 추가로 포함하는,
    액상막이 표적 코팅된 먼지 포집용 필터.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 액상층의 둘레를 감싸도록 코팅된 주변부를 추가로 포함하는,
    액상막이 표적 코팅된 먼지 포집용 필터.
  19. 기판을 준비하는 단계;
    상기 기판 상에 표면 개질층을 형성하는 단계;
    상기 표면 개질층의 둘레를 감싸도록 주변부를 형성하는 단계;
    상기 표면 개질층에 액상층을 코팅하는 단계를 포함하고,
    상기 표면 개질층은 상기 액상층과 표면 에너지 차이가 10mN/m 이하인 물질이 이용되고, 상기 주변부는 상기 표면 개질층보다 낮은 표면 에너지를 갖는 물질이 이용되어, 상기 액상층을 코팅할 때 상기 표면 개질층 부분에만 액상막이 구현되고, 상기 주변부는 상기 액상막의 퍼짐 현상을 막아주는,
    액상막이 표적 코팅된 먼지 포집용 필터의 제조 방법.
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