WO2021045561A1 - 미세먼지 차단을 위한 방진망 - Google Patents

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WO2021045561A1
WO2021045561A1 PCT/KR2020/011941 KR2020011941W WO2021045561A1 WO 2021045561 A1 WO2021045561 A1 WO 2021045561A1 KR 2020011941 W KR2020011941 W KR 2020011941W WO 2021045561 A1 WO2021045561 A1 WO 2021045561A1
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WO
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present
net
vibration
fine dust
nanofiber web
Prior art date
Application number
PCT/KR2020/011941
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English (en)
French (fr)
Inventor
윤지예
김도경
채태웅
Original Assignee
유한회사 클리어창
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E06—DOORS, WINDOWS, SHUTTERS, OR ROLLER BLINDS IN GENERAL; LADDERS
    • E06B—FIXED OR MOVABLE CLOSURES FOR OPENINGS IN BUILDINGS, VEHICLES, FENCES OR LIKE ENCLOSURES IN GENERAL, e.g. DOORS, WINDOWS, BLINDS, GATES
    • E06B9/00—Screening or protective devices for wall or similar openings, with or without operating or securing mechanisms; Closures of similar construction
    • E06B9/52—Devices affording protection against insects, e.g. fly screens; Mesh windows for other purposes
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D03—WEAVING
    • D03D—WOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
    • D03D9/00—Open-work fabrics
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/70—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres
    • D04H1/72—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged
    • D04H1/728—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged by electro-spinning
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E06—DOORS, WINDOWS, SHUTTERS, OR ROLLER BLINDS IN GENERAL; LADDERS
    • E06B—FIXED OR MOVABLE CLOSURES FOR OPENINGS IN BUILDINGS, VEHICLES, FENCES OR LIKE ENCLOSURES IN GENERAL, e.g. DOORS, WINDOWS, BLINDS, GATES
    • E06B9/00—Screening or protective devices for wall or similar openings, with or without operating or securing mechanisms; Closures of similar construction
    • E06B9/52—Devices affording protection against insects, e.g. fly screens; Mesh windows for other purposes
    • E06B2009/524—Mesh details

Definitions

  • the present invention relates to a dustproof net for blocking fine dust in the form of a mesh processed for insect repellent and dustproof for general windows and a method of manufacturing the same.
  • a window of a residential building such as a house or apartment is usually installed with a mesh-type insect screen that can block pests such as mosquitoes and flies and allow ventilation.
  • Materials for such insect screens have been developed and widely used, including synthetic fibers such as nylon and polyester, as well as fine metal nets such as aluminum and stainless steel, and products using glass fibers in recent years.
  • synthetic fibers such as nylon and polyester
  • fine metal nets such as aluminum and stainless steel
  • ventilation is essential during residential life due to various indoor air pollutants caused by indoor asbestos, radon, bacteria, formaldehyde, cooking, and the use of electronic devices, but ventilation is reluctant due to external harmful substances such as fine dust. It is a fact of losing.
  • the present invention mainly blocks the inflow of first-class carcinogens such as fine dust, ultrafine dust, and yellow dust, which are newly problematic in addition to the existing insect screen function that functions to block harmful pests by attaching to the window frame of a residential building. It is intended to provide a dustproof net having not only a function of insect repellent but also a function of blocking fine dust by emitting nanofibers to form a nano-sized dustproof net and firmly fixing it to the surface of the screen.
  • first-class carcinogens such as fine dust, ultrafine dust, and yellow dust
  • the present invention partially coats a hot-melt resin as a binder resin on one side of a net-shaped insect screen fabric (1) formed of a polyester thread coated with a chargeable polymer resin, and nanofibers thereon.
  • a net-shaped insect screen fabric (1) formed of a polyester thread coated with a chargeable polymer resin, and nanofibers thereon.
  • an additional protective fabric (3) partially coated with a hot melt resin is layered on the nanofiber web of 2 and heated. It relates to a dustproof net capable of blocking fine dust, manufactured so that the spun nanofiber web can be firmly fixed by a hot melt resin by passing through an adhesive roller.
  • the anti-vibration net produced by the present invention can be used in a manner that replaces the conventional screen attached to the window frame or door frame and is inserted into the window frame, or can be added to the existing screen to have the function of blocking fine dust, etc. It provides a fine dust blocking function that can block the inflow of fine dust into the room as much as possible, which is recognized as the main culprit that causes diseases of the respiratory system. In addition, since ventilation is possible without inflow of rainwater, natural ventilation is possible by opening the windows all year round, and a dustproof net for blocking fine dust with high functionality is provided that can be easily cleaned by spraying water when necessary.
  • 1 is a photomicrograph of a net-shaped insect screen fabric formed of polyester thread.
  • FIG. 3 is a schematic diagram schematically showing a cross-sectional structure of a dustproof net according to the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing an electric field spinning method for manufacturing a nanofiber web.
  • 6 is an SEM image of a nanofiber web containing titanium dioxide.
  • a step when a step is positioned "on" or "before” another step, it is not only the case that a step is in a direct time series relationship with the other step, but also the mixing step after each step and Likewise, the order of the two steps can contain the same rights as in the case of an indirect time-series relationship that can change the time-series order.
  • the anti-vibration net to be provided in the present invention includes a net-shaped screen fabric (1) formed of polyester yarn coated with an electrically charged polymer resin; Nanofiber web (2) having a pore size of 0.1-100 um; And it characterized in that the protective fabric (3) is sequentially stacked.
  • the charging polymer resin is applied to electrostatically collect fine dust and/or yellow dust by having the filament yarn charging property.
  • the fiber itself has an electrification property and has a certain strength, it is understood that the embodiment in which the charging polymer resin is not coated is also applicable to the present invention.
  • a polyester yarn coated with a charged polymer resin may be obtained by coating a polyester yarn using a charged polymer coating solution and/or powder.
  • the chargeable polymer coating solution of the present invention contains 5 to 20 parts by weight of a chargeable polymer, 5 to 30 parts by weight of a binder, 40 to 80 parts by weight of water or an organic solvent or a mixed solvent thereof, and 1 to 2 parts by weight of a slip and leveling additive. .
  • the charging polymer polyvinyl chloride, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, poly(3,4-ethylenethiophene) or derivatives thereof may be used.
  • Germany H.C. Baytron PH from stock can be used.
  • binder polyvinyl acetate, polycarbonate, polyacrylate, polybutylate, polyether, polyester, polyurethane, polyacrylic-urethane copolymer binder, and the like can be used.
  • a charged polymer polyaniline or polypyrrole powder may be prepared and prepared by adding 2 to 30 parts by weight to polypropylene or polyethylene resin.
  • the electrostatic polymer powder it can be prepared by manufacturing methods such as Korean Patent Nos. 318153 and 374719.
  • nanofiber is a material that exhibits high performance throughout the industry, and the application of nanomaterials such as filters using nonwoven fabrics, miniaturization of electronic devices, high functionality, and use of biological tissues is increasing, and it is also highly functional in traditional industries such as machinery and chemical industries. The application of nanomaterials for this is gradually increasing. Accordingly, high-functional nanofibers are expected to grow high in the future as demand increases.
  • Nanofibers can be mainly manufactured by field spinning, and this field spinning method discovered in 1795 that when Bose applied a high voltage to a water drop suspended at the end of a capillary tube, an electrostatic spray phenomenon in which fine filaments were released from the water drop surface due to surface tension. It started with, and it is a phenomenon in which fibers are formed when electrostatic force is applied to a polymer solution or melt having a viscosity.
  • the diameter of the fiber produced by electric field spinning can produce a wide range of fibers ranging from small-thick fibers consisting of polymer chains of 10 or less per cross-sectional area to the thickness of conventional textile fibers, and will continue to be demanded in the fields of nanoscience, material science, and life science. Is expected to increase rapidly.
  • Nanomaterials have dimensions of at least 100 nm or less, and in the case of textile fibers, they can be defined as one-dimensional flexible solid-state nanomaterials having a diameter of 100 nm and an aspect ratio of 100:1 or more.
  • Microfiber is a fiber that has been contracted and processed thinner than one hundredth of the thickness of a human hair, and has been used as the term microfiber.
  • fiber materials that are thinner and thinner than existing microfibers are being developed, and recently, fibers with a thickness of 1micrometer or less are being used as a new standard for microfibers, and this is called nanofibers.
  • Nanofiber directly manufactures fibers having a nano-sized fiber diameter, and is manufactured by composite spinning, nonwoven spinning, and direct spinning.
  • the nanofiber refers to a fiber with a diameter of 1 nm to 100 nm in a strict sense, but the use of such fiber is extremely limited in the textile industry, so the diameter of the fiber is 1 for differentiation from microfibers called microfibers. It refers to fibers that are less than or equal to ⁇ m.
  • the recently mentioned nanofiber generally refers to a fiber manufactured by electrospinning or an improved method, and can be largely divided into a nanospinning field and a nanostructured fiber field according to a manufacturing method. In general, the thinner the fiber, the lower the productivity.
  • Electrospinning is a method of manufacturing using the difference in charge, and is attracting attention as a technology capable of manufacturing ultra-fine polymer fibers that cannot be processed by other methods. It is a relatively simple and easy way to produce fibers with nanometer to submicron diameter from solutions or melts of polymers, ceramics, composite materials, and metals.
  • the polymer solution equilibrates between gravity and surface tension to form hemispherical droplets and hang.
  • the field spinning apparatus is very simple, but the mechanism of fiber spinning under the influence of an electric field is very complicated.
  • the key to field emission is to create a continuous jet by immobilizing an electric charge on the surface of a suspended droplet.
  • the field emission process can be divided into five main steps.
  • nanofibers include polymeric nanofibers, carbon nanofibers, and other nanofibers.
  • Polymer is the earliest developed nanofiber material, and started with the development of field spinning, the most common nanofiber manufacturing method at present. In the early 1980s, Donaldson produced the world's first field-spun nanofibers of 500 nm or less and applied it to the air filter market. Various polymers have been developed as raw materials, and most commercial polymers can be applied as nanofibers.
  • a nanofiber web may be formed by spinning a nylon resin in the form of a nanofiber with a nano-spinning device on the screen.
  • the radiation amount of the nanofibers per unit area (1m2) is appropriately about 1 to 10 g, and optimally, about 1 to 3 g can obtain good results.
  • the protective fabric has a mesh structure knitted or woven with monofilament yarn, and the unit mesh constituting the mesh structure has a polygonal structure of four or more angles.
  • the protective fabric is laminated on the nanofiber web layer to prevent separation of the nanofiber web layer and improve the wear strength of the multilayer filter.
  • the protective fabric is treated to have an electrification property, so that it can contribute to the collection of fine dust and/or yellow dust.
  • the protective fabric is knitted or woven with monofilament yarn.
  • the protective fabric is knitted or woven using braid, there may be a problem in that the braid is unwound and peeled while the multilayer filter is used.
  • the monofilament yarn has a smaller surface area than the ply yarn, so its adhesion to the screen fabric/nanofiber web layer is weaker than that of the ply yarn, so the cross section of the monofilament yarn is manufactured in the form of a triangular, C-shaped, and Y-shaped cross-section.
  • the adhesion of the monofilament yarn can be supplemented.
  • the monofilament yarn constituting the protective fabric may be manufactured from synthetic fibers that are susceptible to static electricity, for example, one or more selected from the group consisting of polyolefin, polyester, and polyamide.
  • the monofilament yarn may have a thickness of 1 to 100 ⁇ m and may be woven or knitted to have an eye size of 10 to 30 mesh, but the thickness and the eye size are not limited thereto.
  • the unit mesh constituting the protective fabric may have a polygonal shape of more than a square.
  • the nanofiber web layer is located between the charging mesh substrate and the protective material, but the nanofiber web layer is formed of very thin nanofibers and the basis weight is also relatively small, so that the protective fabric is not only charged with the nanofiber web layer but also There is a part in direct contact with the castle mesh substrate, and in order to increase the durability of the dustproof net, it is preferable that the protective fabric is firmly attached to the insect screen and the nanofiber web layer. Therefore, it is necessary to increase the area in which the protective fabric is in contact with the nanofiber web layer and the screen fabric.
  • the protective fabric can also be treated to have an electrifying property.
  • the monofilament yarn used for the protective fabric may be treated with an electrostatic material in advance, or the electrostatic material may be treated on the protective fabric knitted or woven with the monofilament yarn.
  • electrostatic materials include Calixarenes.
  • the nanofiber web may contain photocatalytic microparticles, and titanium dioxide may be preferably used.
  • titanium dioxide photocatalyst In order to create a more comfortable indoor air environment, a method of removing pollutants using photoactivation of a photocatalyst can be applied, and among them, titanium dioxide photocatalyst is in the spotlight as an eco-friendly material that converts light energy into chemical energy at room temperature.
  • Titanium dioxide photocatalyst reacts with oxygen and moisture to generate complex oxygen ions, and these complex oxygen ions act to decompose and remove VOCs and formaldehyde generated from indoor building materials and furniture. In addition, it has excellent effects such as antibacterial, antifungal, antibacterial, and antiviral, making it a clean living environment.
  • a method for improving photoactivity a method of converting titanium dioxide into ultrafine particles in nano units and a method of adding metals such as platinum, silver, and nickel to titanium dioxide may be considered.
  • the anti-vibration net of the present invention is a nanofiber web having a pore size of 0.1-100 um to block fine dust by spinning nanofibers on one side of a net-shaped screen fabric (1) formed of a polyester thread coated with a chargeable polymer resin.
  • a net-shaped screen fabric (1) formed of a polyester thread coated with a chargeable polymer resin.
  • an additional protective fabric (3) to which a hot melt resin is partially applied is overlaid on the nanofiber web (2) and passed through a heat-adhesive roller, so that the spun nanofiber web (2) is formed by the hot melt resin. It can be manufactured so that it can be firmly adhered to polyester fabric.
  • the protective fabric (3) is overlaid on the spun nanofiber web, and then the whole is passed through a heat-adhesive roller capable of heat-adhesion, thermal bonding.
  • the hot melt resin applied to the upper and lower fabrics by the heat of the rollers melts by the heat to fuse the screen fabric, the nanofiber web layer, and the protective fabric, thereby forming a solid dustproof net.
  • the nano-radiated dustproof layer is firmly attached between the two polyester fabrics, thereby finally completing the complete dustproof net.
  • the finished anti-vibration net is wound by a winder and wrapped in a roll form, so it can be processed to the required length and width.
  • the above embodiment is to present an example of the material constituting the dust-proof net, as the screen fabric constituting the dust-proof net, various types excluding metal materials, that is, polyethylene, polypropylene, nylon, natural cotton yarn, artificial silk yarn, including polyester Any material that can form a network, such as nylon, can be used, and nano-emitted materials include nylon, Polyvinylidene Fluoride (PVdF), Polyvinyl Alcohol (PVA), Polyethylene Oxide (PEO), Polyurethane (PU/TPU), Polyaniline.
  • PVdF Polyvinylidene Fluoride
  • PVA Polyvinyl Alcohol
  • PEO Polyethylene Oxide
  • PU/TPU Polyurethane
  • PA Polysulfone
  • PSU/PES Polyacrylonitrile
  • PAN Polybenzimidazole
  • PBI Polybenzimidazole
  • PI Polyimides
  • PS Polystirene
  • PVC Polyvinyl Chloride
  • PLA PLA
  • PCL PCL
  • Silk Collagen, Cellusose Acetate, etc.
  • a filament yarn having a diameter of 0.4 mm was prepared by coating a polyester yarn with polyvinyl chloride, and a mesh was prepared at a ratio of 50 WP and 50 WF per inch and a basis weight of about 30 g/m 2.
  • the thickness of the mesh was 130 ⁇ 5 ⁇ m, the gap was 420 ⁇ 10 ⁇ m, and the aperture ratio was 65 ⁇ 1.6%.
  • a polymer solution is prepared by dissolving polyvinylidene fluoride in a 50:50 wt% mixed solvent of dimethylformamide and acetone, and then spinning at a basis weight of 1.5 g/m 2 on the prepared polyester mesh through an electrospinning method. A web layer was formed. Thereafter, a 10% solution of titanium dioxide was sprayed.
  • the fabric for protection was knitted in a mesh structure so that the unit mesh had a hexagonal shape.
  • Polyurethane as a binder resin was partially coated on the surface of the protective fabric in an amount of 1 g/m 2, laminated on the anti-static screen fabric on which the nanofiber web layer was formed, passed through a heat-sealing roller, and securely fixed to prepare a dustproof net.
  • a dustproof net was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a titanium dioxide spray was not used.
  • a dustproof net was prepared in the same manner as in Example 1, except that the polyvinyl chloride was not coated on the screen fabric and the titanium dioxide spray was not used.

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Abstract

본 발명은 일반 창호용 방충 및 방진 용도로 가공된 그물망 형태의 미세먼지 차단을 위한 방진망과 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 미세먼지와 초미세먼지, 황사와 같은 외부 오염물질을 차단할 뿐만 아니라 실내에서 발생하는 석면, 라돈, 세균, 포름알데히드, 취사, 전자기기 사용 등으로 발생하는 각종 실내공기 오염물질을 통과시킬 수 있는, 유해물질 차단 및 통기성이 우수한 방진망을 얻을 수 있다.

Description

미세먼지 차단을 위한 방진망
본 발명은 일반 창호용 방충 및 방진 용도로 가공된 그물망 형태의 미세먼지 차단을 위한 방진망과 그 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.
본 발명은 주로 주거용 건물의 창틀에 부착하여 유해한 해충을 차단해주는 기능을 하는 기존의 방충망 기능에 더하여, 최근 새롭게 문제가 되고 있는 미세먼지와 초미세먼지 및 황사와 같은 1급 발암물질의 유입까지 차단이 될 수 있도록 나노 파이버를 방사하여 나노사이즈의 방진망을 형성시키고 이를 방충망의 표면에 단단히 고착시킴으로써, 방충의 기능은 물론이고 미세먼지의 차단기능 까지 가지는 방진망을 제공하고자 한다.
또한, 방충/방진기능에 더하여 통기성이 있고 액체상태의 수분, 즉 빗물이 유입되지 않는 우수한 기능의 창문용 필터망(filtering mesh)으로 사용가능한 방진망을 제공하고자 한다.
상기한 바의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 대전성 고분자 수지가 피복된 폴리에스터실로 형성된 그물형태의 방충망 원단(1)의 한쪽 면에 바인더 수지로서 핫멜트 수지를 부분 도포하고, 그 위에 나노섬유를 방사하여 미세먼지를 차단할 수 있도록 공극 크기가 0.1~100 um 인 나노섬유웹을 형성시킨 다음(2), 핫멜트 수지가 부분 도포된 추가의 보호용 원단(3)을 2의 나노섬유웹 위에 겹쳐서 열 접착롤러를 통과시킴으로써, 방사된 나노섬유웹이 핫멜트 수지에 의해 단단히 고착될 수 있도록 제조한, 미세먼지 차단이 가능한 방진망에 관한 것이다.
본 발명에 의해 제작된 방진망은 창틀이나 문틀 등에 부착되어 있는 종래의 방충망을 대체하여 창틀에 끼우는 방식으로 사용할 수 있고, 또는 기존의 방충망 위에 덧붙여서 미세먼지 차단의 기능을 갖게 할 수도 있는 등 현재 기관지나 호흡기 계통의 질환을 유발시키는 주범으로 인식되고 있는 미세먼지의 실내 유입을 최대한 차단시켜줄 수 있는 미세먼지 차단 기능을 제공한다. 아울러 빗물이 유입되지 않으면서도 통기가 가능하므로 사시사철 창문을 개방하여 자연 통풍이 가능하고 필요시에는 물을 뿌려서 쉽게 청소가 가능한 고기능성의 미세먼지 차단용 방진망이 제공 된다.
본 발명에 의하면, 미세먼지와 초미세먼지, 황사와 같은 외부 오염물질을 차단할 뿐만 아니라 통기성도 우수한 방진망을 얻을 수 있다.
도 1은 폴리에스터실로 형성된 그물 형태의 방충망 원단의 현미경 사진이다.
도 2는 나노섬유웹의 전자현미경 이미지이다.
도 3은 본 발명에 따른 방진망의 단면 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 4는 나노섬유웹을 제조하기 위한 전계방사법을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 방진망의 SEM 이미지이다.
도 6은 이산화티타늄이 포함된 나노섬유웹의 SEM 이미지이다.
이하, 본원의 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시형태를 들어 상세히 설명한다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명의 명세서 전체에서, 어떤 단계가 다른 단계와 “상에”또는 “전에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 단계가 다른 단계와 직접적 시계열적인 관계에 있는 경우 뿐만 아니라, 각 단계 후의 혼합하는 단계와 같이 두 단계의 순서에 시계열적 순서가 바뀔 수 있는 간접적 시계열적 관계에 있는 경우와 동일한 권리를 포함할 수 있다.
본 발명의 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 용어 "~ (하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본 발명에서 제공하고자 하는 방진망은, 대전성 고분자 수지가 피복된 폴리에스터실로 형성된 그물형태의 방충망 원단(1); 공극 크기가 0.1~100 um 인 나노섬유웹(2); 및 보호용 원단(3)이 순차적으로 적층된 것을 특징으로 한다.
상기 대전성 고분자 수지는 필라멘트사가 대전성을 구비하여 미세먼지 및/또는 황사를 정전기적으로 포집하도록 적용된다. 다만, 섬유 자체가 대전성을 구비하면서 일정 강도를 갖는 경우에는 대전성 고분자 수지가 피복되지 않은 양태도 본 발명에 해당하는 것으로 이해한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 대전성 고분자 코팅액 및/또는 파우더를 이용하여 폴리에스터사를 코팅함으로써 대전성 고분자 수지가 피복된 폴리에스터실을 얻을 수 있다.
본 발명의 대전성 고분자 코팅액은 대전성 고분자 5 ~ 20 중량부, 바인더 5 ~ 30중량부, 물 또는 유기용매 또는 이들의 혼합용매 40 ~ 80 중량부, 슬립 및 레벨링 첨가제 1 ~ 2중량부를 포함한다.
여기서 상기 대전성 고분자로서는 폴리염화비닐, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리(3,4-에틸렌티오펜) 또는 이들의 유도체등이 사용될 수 있으며, 특히 독일 H.C. stock사의 Baytron PH를 사용할 수 있다.
바인더로는 폴리비닐아세테이트, 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트, 폴리부틸레이트, 폴리에테르, 폴리에스터, 폴리우레탄, 폴리아크릴-우레탄 공중합 바인더 등을 사용할 수 있다.
또한 본 발명의 대전성 고분자 파우더의 경우, 대전성 고분자 폴리아닐린, 폴리피롤 파우더를 제조하여 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌 Resin에 2 ~ 30 중량부를 내첨하여 제조할 수 있다. 대전성 고분자 파우더의 경우, 대한민국등록특허 제 318153호, 제 374719호 등의 제조방법에 의해 제조할 수 있다.
한편, 나노섬유는 산업 전반에 걸쳐 고성능을 발현하는 소재로서, 부직포를 이용한 필터, 전자기기들의 소형화, 고기능화, 생체조직 용도 등 나노소재의 적용이 증가하고 있으며, 기계, 화학산업 등 전통산업에서도 고기능화를 위한 나노소재의 적용이 점차 증가하고 있다. 이에 따라 고기능성 나노섬유는 앞으로 수요증가에 따른 높은 시장성장이 예상되고 있다.
나노섬유는 주로 전계방사법에 의해 제조될 수 있는데, 이 전계방사법은 1795년 Bose가 모세관 끝에 매달려있는 물방울에 고전압을 부여하면 표면장력에 의해 물방울 표면에서 미세 필라멘트가 방출되는 정전 스프레이 현상을 발견한 것으로부터 시작되었으며, 점도를 가진 고분자 용액이나 용융체에 정전기력이 주어질 경우 섬유가 형성되는 현상이다. 전계방사로 생산된 섬유의 직경은 단면적당 10개 이하의 고분자 사슬로 이루어진 굵기가 작은 섬유에서부터 통상적인 방직섬유 굵기까지 광범위한 섬유를 생산할 수 있으며, 앞으로도 나노과학이나 재료과학, 생명과학 분야에서 그 수요가 급격하게 늘어날 것으로 전망된다.
나노재료는 적어도 100 nm 이하의 치수를 갖는 것으로서, 직물용 섬유의 경우 직경이 100 nm이고 종횡비가 100 : 1 이상인 1차원의 유연성 고체상 나노재료라고 정의할 수 있다. 극세사란 사람 머리카락 굵기의 100분의 1보다 가늘게 수축, 가공한 섬유로서 microfiber라는 용어로 사용되어왔다. 최근 들어 나노소재 관련기술이 빠르게 발전함에 따라 기존 극세사보다 더욱 얇고 가는 섬유 소재가 개발되고 있으며, 최근에는 굵기가 1micrometer 이하인 섬유를 극세사의 새로운 기준으로 사용하고 있는 추세이며 이를 나노섬유라고 한다.
나노섬유 제조기술은 섬유직경이 나노크기인 섬유를 직접 제조하는 것으로 복합방사, 부직포방사 및 직접방사 등으로 제조된다. 섬유의 크기를 나노크기로 제어함으로써 기존의 기능을 크게 향상시킬 수 있고, 의류용뿐만 아니라 필터, 에너지 저장소재 및 의료용까지 그 용도를 확대하고 있다. 나노섬유란 엄밀한 의미에서 보면, 1 nm부터 100 nm의 직경을 가진 섬유를 말하나 섬유산업에서는 이러한 섬유의 용도가 극히 제한적이어서, 극세사로 칭하는 마이크로섬유(micro fiber)와의 차별화를 위하여 섬유의 직경이 1 ㎛이하인 섬유를 지칭하고 있다. 최근에 언급되고 있는 나노섬유는 일반적으로 전계방사(electrospinning)나 이를 개선한 방법으로 제조된 섬유를 말하고 있으며, 제조방법에 따라 크게 나노방사 분야와 나노구조섬유 분야로 나누어 볼 수 있다. 일반적으로 가는 섬유일수록 생산성이 낮다.
전계방사는 전하 차이를 이용하여 제조하는 방법으로 다른 방법으로는 가공할 수 없는 극세 고분자섬유를 제조할 수 있는 기술로 각광을 받고 있다. 고분자, 세라믹, 복합재료, 금속 등의 용액이나 용융물을 나노미터에서 서브미크로미터 직경을 가진 섬유를 제조할 수 있는 비교적 간단하고 쉬운 방법이다. 전계방사 장치는 수직으로 위치한 모세관 끝, 즉 방적돌기에서 고분자 용액은 중력과 표면장력 사이에 평형을 이루어 반구형 방울을 형성하며 매달려 있게 된다. 이때 전기장을 부여하면 표면장력과 반대되는 힘이 발생하여, 반구형 방울은 원추형 모양으로 늘어나게 되며, 전기장이 어느 세기 이상이 되면 표면장력을 극복하면서 하전된 고분자 용액의 젯이 테일러 콘에서 계속해서 방출된다. 전계방사 시 원추각은 약 30도이다. 보다 더 높은 전압이 걸리게 되면 변형된 방울로부터 분사가 형성된다. 이 분사물은 반대 전극 방향으로 이동하고 굵기가 얇아진다. 반대 전극으로 향하는 동안 용매가 증발되고, 높은 속도로 반대 전극으로 향함에 따라 직경이 마이크로미터에서 나노미터에 이르는 고체 섬유가 석출된다. 전계방사 장치는 아주 간단하지만, 전계의 영향 하에서의 섬유방사 메커니즘은 아주 복잡하다. 전계방사의 핵심은 매달린 방울 표면에 전하를 고정화시킴으로써 연속적인 제트(jet)를 만들어내는 것이다. 전계방사 과정은 5가지 주요 단계로 나눌 수 있다.
1) 매달린 방울의 전하 부가,
2) 콘-제트(cone-jet)의 형성,
3) 안정화 제트의 세선화,
4) 제트 안정성의 성장을 통한 나노미터 크기로 직경 감소, 그리고
5) 여러 가지 형태로의 섬유 포집이다.
불안정한 액체 필라멘트의 연신을 통해 나노미터 크기 직경의 섬유를 형성하여 고화시킨 후 포집기 상에 섬유가 쌓이게 된다. 액체 제트는 방사 및 연신 과정에서 섬유 형태를 유지시키기 위해 적절한 점탄성을 유지해야 한다. 나노섬유의 종류로는 고분자 나노섬유, 탄소 나노섬유, 및 기타 나노섬유 등이 있다.
고분자는 가장 먼저 개발된 나노섬유 소재로, 현재 가장 일반적인 나노섬유 제조법인 전계방사법의 발전과 함께 시작되었다. 1980년대 초에 Donaldson사가 세계 최초로 500 nm 이하의 전계방사 나노섬유를 제조하여 공기필터 시장에 적용하였다. 원료로는 다양한 고분자가 개발되어 있으며, 대부분의 상용 고분자를 나노섬유로서 응용할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 방충망 위에 나노방사장치로 나일론수지를 나노파이버(Nano Fiber) 형태로 방사도포 하여 나노섬유웹을 형성할 수 있다. 이때 단위면적(1㎡)당 나노파이버의 방사량은 1~10 g 정도가 적당하며 최적으로는 1~3 g 정도가 좋은 결과를 얻을 수 있다.
보호용 원단은 모노 필라멘트사로 편직 또는 제직된 메쉬 구조를 가지며, 상기 메쉬 구조를 구성하는 단위 메쉬가 4각 이상의 다각형 구조를 갖는 것이다. 상기 보호용 원단은 나노섬유웹층 상에 적층되어 나노섬유웹층이 탈리되는 것을 방지하고 다층구조 필터의 마모강도를 향상시킨다. 또한, 보호용 원단은 대전성을 구비하도록 처리되어 미세먼지 및/또는 황사의 포집에 일조할 수 있다.
보호용 원단은 모노 필라멘트사로 편직 또는 제직된다. 보호용 원단이 합사(braid)를 사용하여 편직 또는 제직되는 경우, 다층구조 필터가 사용되는 동안에 합사가 풀리면서 필링(peeling)되는 문제가 발생할 수 있다. 다만, 모노 필라멘트사는 합사에 비해 표면적이 적어서 방충망 원단/나노섬유웹층과의 접착성이 합사에 비해 약하기 때문에, 모노 필라멘트사의 단면을 삼각형 단면, C형 단면, Y형 단면과 같은 이형 단면 형태로 제작하여 모노 필라멘트사의 접착성을 보완할 수 있다.
보호용 원단을 구성하는 모노 필라멘트사는 정전기가 대전되기 쉬운 합성섬유, 예컨대, 폴리올레핀(Polyolefin), 폴리에스터 및 폴리아마이드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상으로부터 제조될 수 있다. 또한, 모노필라멘트사는 1 내지 100㎛ 두께를 갖는 것일 수 있으며 10 내지 30메쉬의 눈 크기를 가지도록 직조 혹은 편직될 수 있으나, 두께 및 눈 크기가 상기에 한정되는 것은 아니다.
보호용 원단을 구성하는 단위 메쉬는 사각 이상의 다각형 형태를 가질 수 있다. 본 발명에 따른 다층구조 방진망에서 나노섬유웹층은 대전성 메쉬 기재와 보호용 사이에 위치하지만, 나노섬유웹층이 매우 얇은 나노섬유로 형성되어 있고 그 평량 또한 비교적 적기 때문에 보호용 원단은 나노섬유웹층뿐만 아니라 대전성 메쉬 기재와 직접 접촉되는 부분이 있으며, 방진망의 내구성을 높이기 위해서는 보호용 원단이 방충망 및 나노섬유웹층에 견고하게 부착되는 것이 바람직하다. 따라서, 보호용 원단이 나노섬유웹층 및 방충망 원단과 접촉되는 면적을 증가시킬 필요가 있다. 이를 위해 보호용 원단를 구성하는 단위 메쉬 형태를 사각 이상의 다각형이 되도록 모노 필라멘트사를 편직 또는 제직할 경우, 대전성 메쉬 기재의 메쉬 1칸 당 보호용 원단와의 접점이 4개 이상인 구조를 얻을 수 있게 되어 접착 강도가 높아진다. 그 결과, 방진망의 효율적 관리가 가능해진다.
보호용 원단은 또한 대전성을 갖도록 처리될 수 있다. 이를 위해, 보호용 원단에 사용되는 모노 필라멘트사를 미리 정전 물질로 처리하거나 혹은 모노 필라멘트사로 편직 또는 제직된 보호용 원단에 정전 물질을 처리할 수 있다. 정전 물질의 비제한적인 예로는 칼리자레인(Calixarenes)을 들 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 나노섬유웹에는 광촉매 미세입자가 포함될 수 있으며, 바람직하게는 이산화티타늄을 사용할 수 있다.
보다 쾌적한 실내 공기 환경의 조성을 위해 광촉매의 광활성을 이용하여 오염물질을 제거하는 방법이 적용될 수 있으며, 그 중에서도 이산화티타늄 광촉매는 상온에서 광에너지를 화학에너지로 변환시키는 환경친화형의 재료로서 각광받고 있다. 이산화티타늄 광촉매는 산소, 수분과 반응하여 복합산소이온을 발생시키고, 이 복합산소이온들이 작용하여 실내의 건축자재나 가구에서 발생하는 VOCs, 포름알데히드 등을 분해, 제거시킨다. 또한 항균, 항곰팡이, 항박테리아, 항바이러스 등의 탁월한 효과가 있어 깨끗한 생활환경을 만들어준다. 광활성을 향상시키기 위한 방법으로 이산화티타늄을 나노단위로 초미립자화시키는 방법과 백금, 은, 니켈 등의 금속을 이산화티타늄에 첨가시키는 방법 등을 고려할 수 있다.
본 발명의 방진망은 대전성 고분자 수지가 피복된 폴리에스터실로 형성된 그물형태의 방충망 원단(1)의 한쪽 면에 나노섬유를 방사하여 미세먼지를 차단할 수 있도록 공극 크기가 0.1~100 um 인 나노섬유웹(2)을 형성시킨 다음, 핫멜트 수지가 부분 도포된 추가의 보호용 원단(3)을 나노섬유웹(2) 위에 겹쳐서 열 접착롤러를 통과시킴으로써, 방사된 나노섬유웹(2)이 핫멜트 수지에 의해 폴리에스터 원단에 단단히 고착될 수 있도록 제조할 수 있다.
방사도포된 나노크기의 나노섬유웹이 방충망 원단의 표면에 고착 될 수 있도록, 방사된 나노섬유웹 위에 보호용 원단(3)을 겹친 다음 이 전체를 열접착이 가능한 열접착 롤러를 통과시키면, 열 접착롤러의 열에 의해 상하 원단에 도포된 핫멜트 수지가 열에 의해 녹아서 방충망 원단, 나노섬유웹층 및 보호용 원단을 융착 시키게 되므로 견고한 방진망을 형성하게 된다. 즉 두 장의 폴리에스터 원단 사이에 나노 방사된 방진층이 견고하게 부착됨으로써 최종적으로 완전한 방진망이 완성되게 된다. 완성된 방진망은 와인더에 의해 권취되어 롤 형태로 포장되어서 필요한 길이와 폭으로 가공 할 수 있다.
한편, 상기 실시예는 방진망을 구성하는 재료의 일례를 제시한 것으로서, 방진망을 구성하는 방충망 원단으로는 금속재질을 제외한 다양한 종류, 즉 폴리에스터를 비롯하여 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 나일론, 천연 면사, 인조견사 등 망 형태를 구성할 수 있는 어떠한 재료도 사용이 가능하며, 나노방사되는 물질도 나일론을 비롯하여 Polyvinylidene Fluoride(PVdF), Polyvinyl Alcohol(PVA), Polyethylene Oxide(PEO), Polyurethane(PU/TPU), Polyaniline(PA), Polysulfone(PSU/PES), Polyacrylonitrile(PAN), Polybenzimidazole(PBI), Polyimides(PI), Polystirene(PS), Polyvinyl Chloride(PVC), PGA, PLA, PCL, Silk, Collagen, Cellusose Acetate 등, 나노섬유형태로 방사가 가능한 재료는 전부 사용이 가능하므로 본 발명상의 방진망을 만드는 재료는 본 실시 예에 한정 되는 것은 아니다.
이하, 본 발명의 일 실시형태에 따라 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하나, 이들이 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
[실시예]
1. 대전성 방충망 원단의 제조
폴리에스터사에 폴리염화비닐을 피복시켜 0.4mm 직경을 갖는 필라멘트사를 제조하여, 인치당 WP 50, WF 50의 비율 및 약 30g/㎡의 평량으로 메쉬를 제조하였다. 메쉬의 두께는 130±5㎛, 간극은 420±10㎛, 개구율은 65±1.6%로 하였다.
2. 나노섬유웹층의 형성
디메틸포름아마이드와 아세톤의 50:50 wt% 혼합용매에 폴리비닐리덴플루오라이드를 녹여 고분자 용액을 준비한 다음, 전기방사 방법을 통하여 상기 상기 제조된 폴리에스터 메쉬에 1.5g/㎡ 평량으로 방사하여 나노섬유 웹층을 형성시켰다. 이후, 이산화티타늄 10% 용액을 스프레이 하였다.
3. 보호용 원단의 제조
10㎛ 두께의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 모노 필라멘트사를 이용하여, 단위 메쉬가 육각 형상을 갖도록 메쉬 구조로 보호용 원단을 편직하였다.
[실시예 1] 방진망의 제조
상기 보호용 원단의 표면에 바인더 수지로서 폴리우레탄을 1g/㎡ 양으로 부분 도포하고, 이를 상기 나노섬유웹층이 형성된 대전성 방충망 원단에 적층한 후 열융착 롤러에 통과시켜 단단히 고정하여 방진망을 제조하였다.
[비교예 1]
이산화티타늄 스프레이를 사용하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 방진망을 제조하였다.
[비교예 2]
방충망 원단에 폴리염화비닐이 피복되지 않고, 이산화티타늄 스프레이를 사용하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 방진망을 제조하였다.
상기 제조된 방진망의 물성은 아래와 같이 평가되었다.
실시예 1 비교예 1 비교예 2
공기투과도(㎤/㎠/s) 428.0 408 405
분진포집효율(%) 92.8 89 88
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 방진망은 이산화티타늄 광촉매를 포함하지 않는 비교예 1이나 대전성 수지로 피복되지 않은 비교예 2에 비해 공기투과도 및 분진포집효율이 크게 향상된 것을 확인할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 본질적 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명에 표현된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하고, 그와 동등하거나, 균등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
[부호의 설명]
1: 방충망 원단 (1)
2: 나노섬유웹 (2)
3: 보호용 원단 (3)

Claims (3)

  1. 대전성 고분자 수지가 피복된 폴리에스터실로 형성된 그물형태의 방충망 원단;
    공극 크기가 0.1~100 um 인 나노섬유웹; 및
    보호용 원단
    이 순차적으로 적층된 것을 특징으로 하는 방진망.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노섬유웹에 이산화티타늄 미세입자를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방진망.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 대전성 고분자 수지가 피복된 폴리에스터실은, 대전성 고분자 5 ~ 20 중량부, 바인더 5 ~ 30중량부, 물 또는 유기용매 또는 이들의 혼합용매 40 ~ 80 중량부, 슬립 및 레벨링 첨가제 1 ~ 2중량부를 포함하는 대전성 고분자 코팅액에 의해 코팅되는 것을 특징으로 하는 방진망.
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