WO2024215003A1 - 미세 섬유 직물 및 그 제조 방법 - Google Patents

미세 섬유 직물 및 그 제조 방법 Download PDF

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ethyl lactate
polymer material
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홍성필
오성근
김지연
박희진
윤진수
정용원
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Samsung Electronics Co Ltd
Industry University Cooperation Foundation IUCF HYU
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    • D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2505/00—Industrial
    • D10B2505/04—Filters

Definitions

  • the embodiments disclosed in this document relate to microfiber fabrics and methods for manufacturing the same.
  • a microfiber fabric can be provided.
  • the microfiber fabric can include a composition including a polymer material including cellulose acetate or ethyl cellulose and ethyl lactate or ethyl acetate.
  • a mass ratio of the polymer material to the ethyl lactate or a mass ratio of the polymer material to the ethyl acetate can be 1:45 to 2:1.
  • a method for manufacturing a microfiber fabric may be provided.
  • the method may include an action of preparing a polymer solution and an action of electrospinning the polymer solution to form a microfiber fabric.
  • the polymer solution may be composed of a composition including a polymer material including cellulose acetate or ethyl cellulose and ethyl lactate or ethyl acetate, and a mass ratio of the polymer material to ethyl lactate or ethyl acetate is from about 1:45 to about 2:1.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing a filter assembly according to one embodiment disclosed in this document.
  • FIG. 2a is an enlarged view of a microfiber fabric according to one embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2b is an enlarged view of FIG. 2a.
  • FIG. 3a is an enlarged view of a microfiber fabric according to one embodiment of the present disclosure.
  • Figure 3b is an enlarged view of Figure 3a.
  • FIG. 4a is an enlarged view of a microfiber fabric according to one embodiment of the present disclosure.
  • Figure 4b is an enlarged view of Figure 4a.
  • FIG. 5a is an enlarged view of a microfiber fabric according to one embodiment of the present disclosure.
  • Figure 5b is an enlarged view of Figure 5a.
  • FIG. 6a is an enlarged view of a microfiber fabric according to one embodiment of the present disclosure.
  • Figure 6b is an enlarged view of Figure 6a.
  • FIG. 7a is an enlarged view of a microfiber fabric according to one embodiment of the present disclosure.
  • Figure 7b is an enlarged view of Figure 7a.
  • FIG. 8a is an enlarged view of a microfiber fabric according to one embodiment of the present disclosure.
  • Figure 8b is an enlarged view of Figure 8a.
  • FIG. 9 is a flow chart of a method for manufacturing a microfiber fabric according to one embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 10 is a drawing exemplifying a mask as a purifying device including a filter applied with a microfiber fabric according to one embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a drawing exemplifying an air purifier as a purifying device including a filter applied with a microfiber fabric according to one embodiment of the present disclosure.
  • Fig. 12 is an exploded perspective view showing the air purifier of Fig. 11.
  • the air filter structure according to the embodiments disclosed in this document can be applied to various types of devices or masks.
  • the device can include at least one of an air purifying device, an air conditioner, a water purifier, a portable medical device, or a wearable structure used in a home appliance or a means of transportation.
  • the type of the device according to the embodiments of this document is not limited to the above.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing a filter assembly (100) according to one embodiment disclosed in this document.
  • the filter assembly (100) may include a support layer (102), and a filter layer (or filters) (101)(s) disposed on at least one surface of the support layer (102), and, according to an embodiment, may further include a protection layer (103) disposed to face the support layer (102) with the filter layer (101) therebetween.
  • the protection layer (103) may be manufactured to have substantially the same material, thickness, and/or area as the support layer (102).
  • the support layer (102) and the protection layer (103) are exemplified as components different from the filter layer (101), but this is for convenience of explanation, and the support layer (102) and the protection layer (103) may be formed integrally with the filter layer (101).
  • the filter layer (101) can provide a filter function for removing or capturing fine particles (e.g., ultrafine dust, bacteria, and/or viruses), and the support layer (102) and/or the protective layer (103) can function as a filter for removing contaminants (e.g., dust) that are relatively larger than the fine particles.
  • the support layer (102) and/or the protective layer (103) can adsorb or capture dust or organic compounds floating in the air.
  • the filter layer (101) may be provided on both sides of the support layer (102), in which case, a plurality of protective layers (103) may be provided to protect the filter layer (101).
  • additional filter layers and/or additional protective layers may be further arranged on the outer side of the protective layer (103) of FIG. 1, and the number of filter layers (101) and protective layers (103) may be appropriately selected depending on the product to which the filter assembly (100) is to be applied, for example, a personal purification device or protection equipment such as a mask (e.g., a mask (200) of FIG. 10), or a home appliance such as an air purifier or water purifier (e.g., a purification device (300) of FIG. 10 or FIG. 11).
  • a personal purification device or protection equipment such as a mask (e.g., a mask (200) of FIG. 10)
  • a home appliance such as an air purifier or water purifier (e.g., a purification device (300) of FIG. 10 or FIG. 11).
  • the filter layer (101) may be formed of a microfiber (or nanofiber) fabric (e.g., see FIGS. 2A to 8B) having a diameter of tens to hundreds of nm.
  • the filter layer (101) may be formed by electrospinning a polymer solution onto at least one surface of a substrate (e.g., a support layer (102)).
  • the support layer (102) (and/or the protective layer (103)) is a layer that substantially determines the shape of the filter assembly (100) and may be made of at least one of a breathable mesh, a non-woven fabric, or a felt.
  • the support layer (102) (and/or the protective layer (103)) may include a polymeric material or a metal material and may capture contaminants using electrostatic electricity depending on the included material.
  • the support layer (102) (and/or the protective layer (103)) may be provided as an outer covering or an inner covering of a filter body (e.g., a filter body (201) of FIG. 10).
  • a covering layer made of a material harmless to the human body may be additionally provided on the outer surface of the support layer (102) or the protective layer (103) to function as the outer or inner lining.
  • the filter layer (101) may be formed on a separate substrate and then attached to at least one surface of the support layer (102) by an adhesive layer (191).
  • the adhesive layer (191) may be optionally provided between the support layer (102) and the filter layer (101) and/or between the filter layer (101) and the protective layer (103).
  • FIG. 2A is an enlarged view of a microfiber fabric according to embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 2B is an enlarged view of FIG. 2A.
  • FIG. 3A is an enlarged view of a microfiber fabric according to embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 3B is an enlarged view of FIG. 3A.
  • FIG. 4A is an enlarged view of a microfiber fabric according to embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 4B is an enlarged view of FIG. 4A.
  • FIG. 5A is an enlarged view of a microfiber fabric according to embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 5B is an enlarged view of FIG. 5A.
  • FIG. 6A is an enlarged view of a microfiber fabric according to embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 6B is an enlarged view of FIG.
  • FIG. 7A is an enlarged view of a microfiber fabric according to embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 7B is an enlarged view of FIG. 7A.
  • FIG. 8A is an enlarged view of a microfiber fabric according to embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 8B is an enlarged view of FIG. 8A.
  • FIGS. 2A to 8B can illustrate structures of microfibers according to one embodiment.
  • the term "microfiber fabric” may be understood to comprehensively refer to “microfibers” and a collection of ultrafine threads having a diameter of tens to hundreds of nm.
  • the microfiber fabric may be formed or manufactured by an electrospinning process that uses an electric force to draw an electrically charged polymer solution into a thread shape having a diameter of tens to hundreds of nm.
  • the microfiber fabric of FIGS. 2A-8B can form at least a portion of a filter (e.g., filter assembly (101) of FIG. 1, filter (211) of FIG. 10, and/or filter assembly (325) of FIGS. 11 and 12).
  • a support layer (102) can be utilized as a substrate in forming the filter layer (101).
  • the filter layer (101) can be manufactured by electrospinning a polymer solution onto at least one surface of a substrate (e.g., support layer (102)) to form a microfiber fabric.
  • the microfibers forming the filter layer (101) can have a diameter of about 1 ⁇ m or less, and the filter layer (101) of FIG. 1 can be manufactured with a thickness of about 100 ⁇ m or less.
  • the polymer solution for forming the microfiber fabric may include a cellulosic polymer material and a composition that functions as a solvent for dissolving the polymer material.
  • the polymer material of the polymer solution may include cellulose acetate or ethyl cellulose.
  • the composition of the polymer solution may include ethyl lactate or ethyl acetate.
  • the "mass percent (or weight composition ratio) (unit: wt %)" of a component included in the polymer material or composition may be understood as a mass percentage of the corresponding component with respect to the entire polymer solution.
  • the mass ratio of the molecular substances of the polymer solution for forming the microfiber fabric to ethyl lactate or ethyl acetate can be from about 1:45 to about 2:1.
  • the polymer solution can comprise about 2 wt % to about 20 wt % of the polymer material (e.g., cellulose acetate or ethyl cellulose) and about 10 wt % to about 90 wt % of the ethyl lactate or ethyl acetate included in the composition.
  • the polymer material is not limited to an embodiment that selectively includes cellulose acetate or ethyl cellulose, and may be a combination of cellulose acetate and ethyl cellulose.
  • the component of the composition is not limited to an embodiment that selectively includes ethyl lactate or ethyl acetate, and may be a combination of ethyl lactate and ethyl acetate.
  • the components and contents of the polymer material and composition of the present disclosure are not limited to those described above, and may be appropriately set and changed according to the specifications of the microfiber fabric to be actually manufactured or the filter assembly (100) of FIG. 1.
  • the composition of the polymer solution for forming the microfiber fabric may further include at least one of sodium dodecylsulfate, polyvinyl acetate, polyethylene lycol, ethanol, water and/or glycerin.
  • the composition of the microfiber fabric (e.g., see FIGS. 2A-8B ) can include at least one of about 10 wt % to about 70 wt % ethanol, about 7 wt % to about 11 wt % water, or 0 to about 4 wt % glycerin.
  • the composition of the microfiber fabric (e.g., see FIGS. 2A-3B and 5A-6B ) can include 0 to about 1 wt % sodium dodecylsulfate.
  • FIGS. 2A and 2B can illustrate enlarged views of a microfiber fabric according to a first example of the present disclosure.
  • the microfiber fabric (or polymer solution) can include about 7 wt % to about 11 wt %, preferably about 8.5 wt % to about 9.5 wt %, of cellulose acetate as a polymeric material.
  • the composition included in the microfiber fabric can include about 60 wt % to about 75 wt % of ethyl lactate, 0 to about 1 wt % of sodium dodecyl sulfate, about 11 wt % to about 15 wt % of ethanol, about 1 wt % to about 3 wt % of glycerin, and about 8 wt % to about 10 wt % of water.
  • the composition can preferably comprise about 65 wt % to about 70 wt % ethyl lactate, about 0.1 wt % to about 0.6 wt % sodium dodecyl sulfate, about 12 wt % to about 14 wt % ethanol, about 1.5 wt % to about 2.5 wt % glycerin, and about 8.5 wt % to about 9.5 wt % water.
  • the microfiber fabric (or polymer solution) can be comprised of a composition comprising, for example, about 8.9 wt % cellulose acetate, about 67 wt % ethyl lactate, about 0.4 wt % sodium dodecyl sulfate, about 13 wt % ethanol, about 1.8 wt % glycerin, and about 8.9 wt % water.
  • FIGS. 3A and 3B can illustrate enlarged views of a microfiber fabric according to a second example of the present disclosure.
  • the microfiber fabric (or polymer solution) can include about 8 wt % to about 12 wt %, preferably about 9 wt % to about 10 wt %, of cellulose acetate as a polymeric material.
  • the composition included in the microfiber fabric can include about 64 wt % to about 79 wt % of ethyl lactate, 0 to about 1 wt % of sodium dodecyl sulfate, about 12 wt % to about 15 wt % of ethanol, and about 3 wt % to about 5 wt % of glycerin.
  • the composition can preferably comprise about 68 wt % to about 75 wt % ethyl lactate, about 0.2 wt % to about 0.7 wt % sodium dodecyl sulfate, about 13.5 wt % to about 15 wt % ethanol, and about 3 wt % to about 4.5 wt % glycerin.
  • the microfiber fabric (or polymer solution) can be comprised of a composition comprising, for example, about 9.6 wt % cellulose acetate, about 71.8 wt % ethyl lactate, about 0.5 wt % sodium dodecyl sulfate, about 14.3 wt % ethanol, and about 3.8 wt % glycerin.
  • FIGS. 4A and 4B can illustrate enlarged views of a microfiber fabric according to a third example of the present disclosure.
  • the microfiber fabric (or polymer solution) can include about 8 wt % to about 12 wt %, preferably about 9 wt % to about 11 wt %, of cellulose acetate as a polymer material.
  • the composition included in the microfiber fabric (or polymer solution) can include about 64 wt % to about 80 wt % of ethyl lactate and about 16 wt % to about 20 wt % of ethanol.
  • the composition can preferably include about 68 wt % to about 76 wt % of ethyl lactate and about 17 wt % to about 19 wt % of ethanol.
  • the microfiber fabric (or polymer solution) can be comprised of a composition comprising, for example, about 10 wt % cellulose acetate, about 72 wt % ethyl lactate and about 18 wt % ethanol.
  • FIGS. 5A and 5B can illustrate enlarged views of a microfiber fabric according to a fourth example of the present disclosure.
  • the microfiber fabric (or polymer solution) can include about 8 wt % to about 12 wt %, preferably about 9 wt % to about 11 wt %, of cellulose acetate as a polymer material.
  • the composition included in the microfiber fabric can include about 67 wt % to about 82 wt % of ethyl lactate, 0 to about 1 wt % of sodium dodecyl sulfate, and about 13 wt % to about 17 wt % of ethanol.
  • the composition can preferably comprise about 71 wt % to about 78 wt % of ethyl lactate, about 0.2 wt % to about 0.7 wt % of sodium dodecyl sulfate, and about 14 wt % to about 6 wt % of ethanol.
  • the microfiber fabric (or polymer solution) can be comprised of a composition comprising, for example, about 10 wt % of cellulose acetate, about 74.6 wt % of ethyl lactate, about 0.5 wt % of sodium dodecyl sulfate, and about 14.9 wt % of ethanol.
  • FIGS. 6A and 6B can illustrate enlarged views of a microfiber fabric according to a fifth example of the present disclosure.
  • the microfiber fabric (or polymer solution) can include about 8 wt % to about 12 wt %, preferably about 9 wt % to about 11 wt %, of ethyl cellulose as a polymer material.
  • the composition included in the microfiber fabric can include about 67 wt % to about 82 wt % of ethyl lactate, 0 to about 1 wt % of sodium dodecyl sulfate, and about 13 wt % to about 17 wt % of ethanol.
  • the composition can preferably comprise about 67 wt % to about 82 wt % ethyl lactate, 0 to about 1 wt % sodium dodecyl sulfate, and about 13 wt % to about 17 wt % ethanol.
  • the microfiber fabric (or polymer solution) can be comprised of a composition comprising, for example, about 10 wt % ethyl cellulose, about 74.6 wt % ethyl lactate, about 0.5 wt % sodium dodecyl sulfate, and about 14.9 wt % ethanol.
  • FIGS. 7A and 7B can illustrate enlarged views of a microfiber fabric according to a sixth example of the present disclosure
  • FIGS. 8A and 8B can illustrate enlarged views of a microfiber fabric according to a seventh example of the present disclosure.
  • the microfiber fabric (or the polymer solution) can include about 3 wt % to 7 wt %, preferably about 4 wt % to about 6 wt %, of ethyl cellulose as a polymer material.
  • the composition included in the microfiber fabric can include about 32 wt % to about 40 wt % of ethyl lactate, about 3 wt % to about 6 wt % of polyvinyl acetate, about 1 wt % to about 2 wt % of polyethylene glycol, about 40 wt % to about 50 wt % of ethanol, and about 7 wt % to about 11 wt % of water.
  • the composition can preferably comprise about 34 wt % to about 38 wt % ethyl lactate, about 4 wt % to about 5 wt % polyvinyl acetate, about 1 wt % to about 1.5 wt % polyethylene glycol, about 43 wt % to about 47 wt % ethanol, and about 8 wt % to about 10 wt % water.
  • the microfiber fabric (or polymer solution) can be comprised of a composition comprising, for example, about 4.5 wt % ethyl cellulose, about 35.9 wt % ethyl lactate, about 4.5 wt % polyvinyl acetate, about 1.3 wt % polyethylene glycol, about 44.8 wt % ethanol, and about 9 wt % water.
  • the microfiber fabric (or polymer solution) can optionally comprise cellulose acetate or ethyl cellulose as the polymer material, in which case it is also possible for the cellulose acetate and ethyl cellulose to replace each other or to partially replace each other. In the embodiments of FIGS. 2a to 8b, it is also possible to replace at least a portion of the ethyl lactate included in the composition with ethyl acetate.
  • FIG. 9 is a flow chart of a method for manufacturing a microfiber fabric according to one embodiment of the present disclosure.
  • a method for manufacturing a microfiber fabric may include the steps of preparing a polymer solution (11) and electrospinning the polymer solution to form a microfiber fabric (12).
  • the polymer solution in the operation (11) of preparing the polymer solution, may be composed of a polymer material including cellulose acetate or ethyl cellulose and a composition including ethyl lactate or ethyl acetate.
  • a mass ratio of the polymer material to ethyl lactate or ethyl acetate may be about 1:45 to about 2:1.
  • the polymer solution may include about 2 wt % to about 20 wt % of the polymer material (e.g., cellulose acetate or ethyl cellulose), and about 10 wt % to about 90 wt % of the ethyl lactate or ethyl acetate included in the composition.
  • the polymer material of the present disclosure is not limited to an embodiment that selectively includes cellulose acetate or ethyl cellulose, and may also be composed of a combination of cellulose acetate and ethyl cellulose.
  • compositions of the present disclosure are not limited to embodiments that optionally include ethyl lactate or ethyl acetate, and may also be composed of a combination of ethyl lactate and ethyl acetate.
  • the types and/or contents of the polymer material and the composition may be appropriately set and changed depending on the specifications of the microfiber fabric to be actually manufactured or the filter assembly (100) of FIG. 1.
  • the composition may further include at least one of 10 wt% to 70 wt% of ethanol, 7 wt% to 11 wt% of water, or 0 to 4 wt% of glycerin.
  • the composition of the polymer solution may include at least one of about 10 wt % to about 70 wt % of ethanol, about 7 wt % to about 11 wt % of water, or 0 to about 4 wt % of glycerin (see FIGS. 2a to 8b ).
  • the composition of the polymer solution may include 0 to about 1 wt % of sodium dodecylsulfate (see FIGS. 2a to 3b and FIGS. 5a to 6b ).
  • the polymer solution of the operation (11) in the operation (12) of electrospinning the polymer solution to form a microfiber fabric, can be electrospun through a nozzle of an electrospinning device onto a plate (e.g., a support layer (102) of FIG. 1) to form microfibers or microfiber fabric.
  • conditions of electrospinning such as a feed rate of the polymer solution emitted through the nozzle, a temperature, a relative humidity, a nozzle gauge (or width or depth), and an electrode distance, which is a distance between the nozzle and the plate, can be set or controlled.
  • the polymer material of the polymer solution for forming the microfiber fabric may include about 7 wt% to about 12 wt% of cellulose acetate, and the composition may include about 60 wt% to about 82 wt% of ethyl lactate.
  • the polymer solution may be electrospun under conditions of a temperature of about 17°C to 23°C and a flow rate of 0.5 mL/h to 2.5 mL/h.
  • the electrospinning conditions for forming the microfiber fabric according to the first example of FIGS. 2A and 2B may be set to a flow rate of about 1 mL/h to about 1.5 mL/h, a voltage of about 14.5 kV to about 16.5 kV, a temperature of about 19° C. to about 21° C., a relative humidity of about 22% to about 24%, a nozzle gauge of about 20 to about 22, and/or an electrode distance of about 14 cm to about 16 cm.
  • the electrospinning conditions for forming the microfiber fabric according to the first example may be set to a flow rate of about 1.2 mL/h, a voltage of about 15.5 kV, a temperature of about 20° C., a relative humidity of about 23%, a nozzle gauge of about 21, and/or an electrode distance of about 15 cm.
  • the electrospinning conditions for forming the microfiber fabric according to the second example of FIGS. 3A and 3B may be set to a flow rate of about 0.8 mL/h to about 1.3 mL/h, a voltage of about 14.5 kV to about 16.5 kV, a temperature of about 20.5° C. to about 23.5° C., a relative humidity of about 20% to about 22%, a nozzle gauge of about 20 to about 22, and/or an electrode distance of about 14 cm to about 16 cm.
  • the electrospinning conditions for forming the microfiber fabric according to the first example may be set to a flow rate of about 1 mL/h, a voltage of about 15.5 kV, a temperature of about 21.3° C., a relative humidity of about 21%, a nozzle gauge of about 21, and/or an electrode distance of about 15 cm.
  • the electrospinning conditions for forming the microfiber fabric according to the third example of FIGS. 4A and 4B may be set to a flow rate of about 0.5 mL/h to about 1.2 mL/h, a voltage of about 17 kV to about 19 kV, a temperature of about 17.5° C. to about 19.5° C., a relative humidity of about 19% to about 21%, a nozzle gauge of about 20 to about 22, and/or an electrode distance of about 14 cm to about 16 cm.
  • the electrospinning conditions for forming the microfiber fabric according to the first example may be set to a flow rate of about 0.8 mL/h, a voltage of about 17.7 kV, a temperature of about 18.5° C., a relative humidity of about 20%, a nozzle gauge of about 21, and/or an electrode distance of about 15 cm.
  • the electrospinning conditions for forming the microfiber fabric according to the fourth example of FIGS. 5A and 5B may be set to a flow rate of about 0.8 mL/h to about 1.3 mL/h, a voltage of about 14.5 kV to about 16.5 kV, a temperature of about 20° C. to about 22° C., a relative humidity of about 22% to about 24%, a nozzle gauge of about 20 to about 22, and/or an electrode distance of about 14 cm to about 16 cm.
  • the electrospinning conditions for forming the microfiber fabric according to the first example may be set to a flow rate of about 1 mL/h, a voltage of about 15.5 kV, a temperature of about 20.9° C., a relative humidity of about 23%, a nozzle gauge of about 21, and/or an electrode distance of about 15 cm.
  • the electrospinning conditions for forming the microfiber fabric according to the fifth example of FIGS. 6A and 6B may be set to a flow rate of about 1.8 mL/h to about 2.3 mL/h, a voltage of about 16 kV to about 18 kV, a temperature of about 21° C. to about 23° C., a relative humidity of about 22% to about 24%, a nozzle gauge of about 20 to about 22, and/or an electrode distance of about 14 cm to about 16 cm.
  • the electrospinning conditions for forming the microfiber fabric according to the first example may be set to a flow rate of about 2 mL/h, a voltage of about 17 kV, a temperature of about 21.8° C., a relative humidity of about 23%, a nozzle gauge of about 21, and/or an electrode distance of about 15 cm.
  • the polymer material for forming the microfiber fabric may include 3 wt% to 7 wt% of ethyl cellulose, and the composition may include 32 wt% to 40 wt% of ethyl lactate.
  • the polymer solution may be electrospun under a temperature condition of 23°C to 27°C and a flow rate condition of 2 mL/h to 3 mL/h.
  • the electrospinning conditions for forming the microfiber fabric according to the sixth example of FIGS. 7A and 7B may be set to a flow rate of about 1.5 mL/h to about 3.5 mL/h, a voltage of about 14.5 kV to about 16.5 kV, a temperature of about 23° C. to about 25° C., a relative humidity of about 17% to about 19%, a nozzle gauge of about 18 to about 20, and/or an electrode distance of about 14 cm to about 16 cm.
  • the electrospinning conditions for forming the microfiber fabric according to the first example may be set to a flow rate of about 2.5 mL/h, a voltage of about 15.8 kV, a temperature of about 24.1° C., a relative humidity of about 18%, a nozzle gauge of about 19, and/or an electrode distance of about 15 cm.
  • the electrospinning conditions for forming the microfiber fabric according to the seventh example of FIGS. 8A and 8B may be set to a flow rate of about 1.5 mL/h to about 3.5 mL/h, a voltage of about 13 kV to about 15 kV, a temperature of about 25° C. to about 27° C., a relative humidity of about 17% to about 19%, a nozzle gauge of about 18 to about 20, and/or an electrode distance of about 14 cm to about 16 cm.
  • the electrospinning conditions for forming the microfiber fabric according to the first example may be set to a flow rate of about 2.5 mL/h, a voltage of about 14 kV, a temperature of about 25.8° C., a relative humidity of about 18%, a nozzle gauge of about 19, and/or an electrode distance of about 15 cm.
  • the electrospinning conditions for forming the microfiber fabric described above with reference to FIGS. 2A and 8B are exemplary and may be changed depending on the specifications of the microfiber fabric or filter (e.g., the filter assembly (100) of FIG. 1) to be manufactured and/or the components and contents of the polymer solution.
  • FIG. 10 is a drawing illustrating a mask as a purifying device to which a filter assembly according to one embodiment disclosed in this document is applied.
  • a filter assembly according to one embodiment of the present disclosure may be utilized in a personal purification device or protective equipment, such as a mask (200).
  • the filter (211) of FIG. 10 may be referred to as the filter assembly (100) of FIG. 1.
  • the mask (200) may include a filter body (201) and at least one band or string (202) extending from the filter body (201).
  • the band or string (202) may be attached to the user's ear or head so that the filter body (201) may be worn on the user's body (face).
  • the filter body (201) may have a size and shape capable of covering the user's mouth and nose, and may include a filter (211) (e.g., the filter layer (101) of FIG. 1) disposed between an outer fabric (212) and an inner fabric (213).
  • the outer fabric (212) (and/or the inner fabric (213)) may be either the support layer (102) or the protective layer (103) of FIG. 1.
  • the filter (211) of FIG. 10 may be substantially implemented by the filter layer (101) of FIG. 1.
  • the filter assembly (100) of FIG. 1 may be manufactured in an appropriate shape by itself to form the filter body (201).
  • the filter layer (101) or the fine fibers of the filter layer (101) include an amorphous metal oxide, thereby effectively removing bacteria or viruses when air passes through them.
  • FIG. 10 is a drawing exemplifying an air purifier as a purifying device (300) to which a filter assembly (e.g., the filter assembly (100) of FIG. 1) according to one embodiment disclosed in this document is applied.
  • FIG. 11 is an exploded perspective view showing the air purifier of FIG. 10.
  • a purifying device (300) including a filter assembly (100) may include, for example, an air purifier, a home appliance that is installed indoors in a building such as a general home or office to provide a function of purifying the air.
  • An air purifier can capture or remove dust or gas floating in the air, and, according to an embodiment, remove or inactivate bacteria or viruses.
  • the purifying device (300) includes a blower fan (331) to circulate air in an indoor space while passing the air through various filters (321, 323, 325).
  • the purifying device (300) may further include a function of controlling temperature and humidity of indoor air.
  • the purifying device (300) may be a home appliance that includes, or selectively combines, the functions of an air purifier, an air conditioner, and/or a humidifier.
  • a filter assembly according to one embodiment disclosed in the present document may be mounted on a water purifier, a refrigerator, a kimchi refrigerator, a washing machine, a dryer, a clothing care device, a shoe rack, a closet, a septic tank, and/or an air conditioning system to provide deodorizing, antibacterial, and/or antiviral functions.
  • the purification device (300) may include a housing (301) that forms an exterior appearance while providing an interior space, an intake port (313) formed on one side of the housing (301) for intake of air, an exhaust port (315a, 315b) for exhausting purified air introduced into the housing (301), an input unit (317) for inputting a user command, and a display unit (319a, 319b) for displaying the operating status of the purification device (300).
  • the housing (301) may include a main body (311b), a front cover (311a) that is connectable with the main body (311b), and an upper cover (311c). Some of the above-mentioned components may be omitted from the housing (301), or one or more other components may be further added.
  • FIG. 11 a configuration in which the front cover (311a) or the upper cover (311c) is separable from the main body (311b) is illustrated, but alternatively, they may be formed integrally. Other embodiments may be applicable.
  • the number and positions of the intake ports (313) and the exhaust ports (315a, 315b) are not limited to any particular embodiment.
  • the intake port (313) is illustrated as being formed in the front cover (311a) of the housing (301), and the first and second exhaust ports (315a, 315b) are illustrated as being formed in the front cover (311a) and the upper cover (311c), respectively, but this is not necessarily limited thereto.
  • the input unit (317) may include a power button for turning on or off the purifying device (300), a timer button for setting the operating time of the purifying device (300), and a lock button for restricting operation of the input unit to prevent erroneous operation of the input unit.
  • the input unit (317) may include a button for inputting various control information of the purifying device (300).
  • the input unit (317) may adopt a push switch method that generates an input signal through pressure from the user, or a touch switch method that generates an input signal through touch of a part of the user's body. If the input unit (317) adopts a touch switch method, the input unit (317) may also be implemented as an integral part of the display unit (319a).
  • the display units (319a, 319b) may display information about the status of the purifier (300). For example, information about the contamination levels of the filters (321, 323, 325), information about the replacement or cleaning time of the filters (321, 323, 325), information about the status of the filters (321, 323, 325) (e.g., accumulated number of days of use or accumulated use time), information about the current operating status (e.g., information about sensed air quality, blowing speed or direction) may be displayed. In one embodiment, such information may be provided through the display units (319a, 319b) or through another electronic device (e.g., a smart phone) linked to the purifier (300).
  • a smart phone e.g., a smart phone
  • the display units (319a, 319b) may be placed at any location on the housing (301) so long as the location is easily recognizable by the user.
  • the display portions (319a, 319b) are exemplified as the display portion (319a) positioned on the upper cover (311c) and the display portion (115) positioned on the main body (311b), but it should be noted that one embodiment disclosed in this document is not limited to the configuration illustrated in these drawings.
  • the purifier (300) may include filters, such as a pre-filter (321), a HEPA filter (323), a filter assembly (325) (e.g., the filter assembly (100) of FIG. 1), and a blower fan (331).
  • filters such as a pre-filter (321), a HEPA filter (323), a filter assembly (325) (e.g., the filter assembly (100) of FIG. 1), and a blower fan (331).
  • the purifier (300) may further include a light source (329).
  • the light source (329) may be positioned or configured to irradiate light onto the filter assembly (325) within the housing (301).
  • the purifier (300) may include a controller (335) for performing operations for driving the blower fan (331) and/or irradiating the light source (329) (e.g., recycling the filter assembly (325)), and may include a sensor (333) for detecting air quality within the purifier (300).
  • the pre-filter (321) may be configured to filter out relatively large dust particles among floating particles or foreign substances in the air and may be arranged closest to the intake port (313).
  • the HEPA filter (323) may be configured to filter out fine dust and the like that are not filtered out by the pre-filter (321) and may be arranged at the rear of the pre-filter (321).
  • the support layer (102) and/or the protective layer (103) of the filter assembly e.g., the filter assembly (100) of FIG. 1) may have substantially the same material or structure as the HEPA filter (323).
  • the dust may be primarily filtered out by the pre-filter (321), and secondarily filtered out by the HEPA filter (323) that has relatively high performance compared to the pre-filter (321).
  • the HEPA filter (323) may be composed of, for example, glass fiber.
  • a deodorizing filter including a gas adsorption component e.g., activated carbon
  • the arrangement order of the filters may be as shown in Fig. 10, and may also be arranged in a different order.
  • one of the filters (e.g., the pre-filter (321)) among the filters (321, 323, 325) may be omitted.
  • the light source (329) may be positioned to irradiate light toward the filter assembly (325) including the photocatalytic component.
  • the photocatalytic component of the filter assembly (325) may react with the light irradiated from the light source (329) to generate electron-hole pairs.
  • the light source (329) may be implemented as a device such as a fluorescent lamp or an incandescent lamp or an LED, and may emit at least one type of light from among white light, red light, green light, blue light, ultraviolet light, visible light, and infrared light.
  • the light source (329) may be provided in the form of a lens assembly and assembly such as a Fresnel lens, a convex lens, or a concave lens. According to an embodiment, at least one parameter of brightness, temperature, color, light focusing, light emission point, and light emission direction of the light source (329) may be controlled by the controller (335). According to one embodiment, the light source (329) may be omitted.
  • the light source (329) can irradiate light along the direction of air flow inside the housing (301).
  • the light irradiated from the light source (329) can penetrate the filter assembly (325), for example, the support layer (102) or the protective layer (103) of FIG. 1, and reach the filter layer (101).
  • the light source (329) can irradiate light in a direction opposite to the direction of air flow to cause a photocatalytic reaction within the filter layer (101).
  • the direction in which light is irradiated to the filter assembly (325) or the filter layer (101) can be variously selected or combined.
  • the blower fan (331) can draw air from outside the purifier (300) into the housing (301) through the intake port (313).
  • the air sucked in by the blower fan (331) can pass through various filters (pre-filter (321), HEPA filter (323), filter assembly (325)) and be discharged to the outside of the purifier (300) through the exhaust port (315a, 315b) in a purified state.
  • the blower fan (331) can be operated under the control of the controller (335), and the flow of air can be controlled under the control of the controller (335).
  • the senor (333) may be a sensor that measures the quality of air inside the purifier (300).
  • the sensor (333) may be used to measure the type and concentration of substances contained in the air.
  • the sensor (333) may be positioned in the internal space of the purifier (300), for example, at a location adjacent to the outlet (315a, 315b) of the purifier (300).
  • the sensor (333) may be positioned in the internal space of the purifier (300), at a location adjacent to the filter assembly (325).
  • the controller (335) is configured to control the overall operation of the purifying device (300), for example, the operation of the light source (329) and the blower fan (331) may be controlled. According to one embodiment disclosed in this document, the controller (335) may control the light source (329) and/or the blower fan (331) based on air quality information provided from a sensor (333) and an external electronic device (e.g., a smart phone or a smart home hub). The controller (335) may be referred to as a term such as a processor.
  • the controller (335) may execute a program (software) to control at least one other component (e.g., hardware or software component) of the purifying device (300) connected to the controller (335), and may perform various data processing or calculations.
  • the controller (335) (or processor) may load commands or data received from another component (e.g., a sensor or a communication module) into volatile memory, process the commands or data stored in the volatile memory, and store resulting data in non-volatile memory.
  • microfibers can be manufactured by the electrospinning method, which uses an electric field to realize a liquid polymer solution into a continuous fiber with a diameter of ⁇ m to nm. Since electrospinning can be produced at high speed and in large quantities, it is applied as a manufacturing method of microfibers in various industrial fields such as water treatment filters, biosensors, waterproof and breathable fabrics for clothing, protective clothing, and artificial skin. Recently, with the rapid increase in demand for filters and the resulting problem of waste disposal, research and development on eco-friendly polymer solutions containing biodegradable polymers as electrospinning polymer solutions have been of interest.
  • solvents such as dimethylacetamide (DMAc), acetone, dimethylmethanamide (DMF), or tetrahydrofuran (THF), which are mainly used in these polymer solutions, can be problematic because they are harmful to both the human body and the environment. Therefore, there is a need for the development of a polymer solution manufactured with an eco-friendly solvent that can replace the above-mentioned solvents and a microfiber fabric using the same.
  • DMAc dimethylacetamide
  • DMF dimethylmethanamide
  • THF tetrahydrofuran
  • an electrospinning polymer solution using a biodegradable cellulose-based polymer and an environmentally friendly solvent, a microfiber fabric using the same, and a method for manufacturing the same can be provided.
  • a microfiber fabric (or microfiber) may be provided.
  • the microfiber fabric may include a composition comprising a polymer material including cellulose acetate or ethyl cellulose, and ethyl lactate or ethyl acetate.
  • a mass ratio of the polymer material to the ethyl lactate or a mass ratio of the polymer material to the ethyl acetate may be 1:45 to 2:1.
  • the microfiber fabric may comprise 2 wt % to 20 wt % of the polymeric material.
  • the microfiber fabric may comprise from 10 wt % to 90 wt % of the composition.
  • the microfiber fabric can be formed by electrospinning a polymer solution comprising the polymer material and the composition.
  • the microfiber fabric comprises a porous structure and can form at least a portion of a filter (101; 211; 325) of a purifying device (e.g., air purifying device, water treatment device, mask).
  • a purifying device e.g., air purifying device, water treatment device, mask.
  • the composition can further comprise at least one of 10 wt % to 70 wt % ethanol, 7 wt % to 11 wt % water, or 0 to 4 wt % glycerin.
  • the composition may further comprise 0 to 1 wt % of sodium dodecylsulfate.
  • the polymeric material comprises 7 wt % to 11 wt % cellulose acetate
  • the composition can comprise 60 wt % to 75 wt % ethyl lactate, 11 wt % to 15 wt % ethanol, 1 wt % to 3 wt % glycerin, and 8 to 10 wt % water.
  • the polymeric material comprises 8 wt % to 12 wt % cellulose acetate
  • the composition can comprise 64 wt % to 79 wt % ethyl lactate, 12 to 15 wt % ethanol, and 3 wt % to 5 wt % glycerin.
  • the polymeric material comprises 8 wt % to 12 wt % cellulose acetate, and the composition can comprise 67 wt % to 82 wt % ethyl lactate and 13 wt % to 17 wt % ethanol.
  • the polymeric material comprises 8 wt % to 12 wt % ethyl cellulose
  • the composition can comprise 66 wt % to 81 wt % ethyl lactate, 13 wt % to 16 wt % ethanol, and 1 wt % to 3 wt % glycerin.
  • the polymeric material comprises 8 wt % to 12 wt % cellulose acetate, and the composition can comprise 64 wt % to 80 wt % ethyl lactate and 16 wt % to 20 wt % ethanol.
  • the polymeric material comprises 3 wt % to 7 wt % ethyl cellulose, and the composition can comprise 32 wt % to 40 wt % ethyl lactate.
  • the composition may further comprise polyvinyl acetate and polyethylene lycol in amounts up to 1/5 the mass of ethyl lactate.
  • the composition can further comprise 3 wt % to 6 wt % of polyvinyl acetate, 1 wt % to 2 wt % of polyethylene lycol, 40 wt % to 50 wt % of ethanol, and 7 wt % to 11 wt % of water.
  • a method for producing a microfiber fabric can be provided.
  • the method for producing a microfiber fabric can include an operation (11) of preparing a polymer solution comprising a polymer material including cellulose acetate or ethyl cellulose and a composition including ethyl lactate or ethyl acetate, and an operation (12) of electrospinning the polymer solution to form a microfiber fabric.
  • a mass ratio of the polymer material to the ethyl lactate or a mass ratio of the polymer material to the ethyl acetate can be about 1:45 to about 2:1.
  • the polymer solution may include 2 wt% to 20 wt% of the polymer material and 10 wt% to 90 wt% of the composition.
  • the composition may further comprise at least one of 10 wt% to 70 wt% of ethanol, 7 wt% to 11 wt% of water, or 0 to 4 wt% of glycerin.
  • the polymer material can comprise 7 wt % to 12 wt % of cellulose acetate.
  • the composition can comprise 60 wt % to 82 wt % of ethyl lactate.
  • the polymer solution can be electrospun at a temperature condition of 17° C. to 23° C. at a flow rate of 0.5 mL/h to 2.5 mL/h.
  • the polymer material can comprise 3 wt % to 7 wt % of ethyl cellulose.
  • the composition can comprise 32 wt % to 40 wt % of ethyl lactate.
  • the polymer solution can be electrospun at a temperature condition of 23° C. to 27° C. at a flow rate of 2 mL/h to 3 mL/h.
  • a biodegradable cellulosic polymer-based microfiber fabric that can be manufactured by electrospinning and is chemically harmless to the health of consumers and the environment can be provided.
  • first, second, or first or second may be used merely to distinguish one component from another, and do not limit the components in any other respect (e.g., importance or order).
  • a component e.g., a first component
  • another e.g., a second component
  • functionally e.g., a third component
  • module used in one embodiment of this document may include a unit implemented in hardware, software or firmware, and may be used interchangeably with terms such as logic, logic block, component, or circuit, for example.
  • a module may be an integrally configured component or a minimum unit of the component or a portion thereof that performs one or more functions.
  • a module may be implemented in the form of an application-specific integrated circuit (ASIC).
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • An embodiment of the present document may be implemented as software (e.g., a program (140)) including one or more instructions stored in a storage medium (e.g., an internal memory (136) or an external memory (138)) readable by a machine (e.g., an electronic device (101)).
  • a processor e.g., a processor (120)
  • the machine e.g., the electronic device (101)
  • the one or more instructions may include code generated by a compiler or code executable by an interpreter.
  • the machine-readable storage medium may be provided in the form of a non-transitory storage medium.
  • 'non-transitory' simply means that the storage medium is a tangible device and does not contain signals (e.g. electromagnetic waves), and the term does not distinguish between cases where data is stored semi-permanently or temporarily on the storage medium.
  • a method may be provided as included in a computer program product.
  • the computer program product may be traded between a seller and a buyer as a commodity.
  • the computer program product may be distributed in the form of a machine-readable storage medium (e.g., a compact disc read only memory (CD-ROM)), or may be distributed online (e.g., downloaded or uploaded) via an application store (e.g., Play Store TM ) or directly between two user devices (e.g., smart phones).
  • an application store e.g., Play Store TM
  • at least a part of the computer program product may be at least temporarily stored or temporarily generated in a machine-readable storage medium, such as a memory of a manufacturer's server, a server of an application store, or a relay server.
  • each component e.g., a module or a program of the above-described components may include a single or multiple entities, and some of the multiple entities may be separated and arranged in other components. According to one embodiment, one or more of the components or operations of the above-described components may be omitted, or one or more other components or operations may be added.
  • the multiple components e.g., a module or a program
  • the integrated component may perform one or more functions of each of the multiple components identically or similarly to those performed by the corresponding component of the multiple components before the integration.
  • the operations performed by the module, program, or other component may be executed sequentially, in parallel, repeatedly, or heuristically, or one or more of the operations may be executed in a different order, omitted, or one or more other operations may be added.

Landscapes

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Abstract

본 개시의 일 실시예에 따르면, 미세 섬유 직물이 제공될 수 있다. 상기 미세 섬유 직물은, 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate) 또는 에틸 셀룰로오스(ethyl cellulose)를 포함하는 고분자 물질 및 에틸 유산염(ethyl lactate) 또는 에틸 아세테이트(ethyl acetate)를 포함하는 조성물을 포함할 수 있다. 상기 고분자 물질과 상기 에틸 유산염의 질량비 또는 상기 고분자 물질과 상기 에틸 아세테이트의 질량비는 1: 45 내지 2:1일 수 있다.

Description

미세 섬유 직물 및 그 제조 방법
본 문서에 개시된 실시예들은, 미세 섬유 직물 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
고농도 미세 먼지 및/또는 황사에 의한 대기 오염이나 각종 폐기물 및 화학 물질로 인한 수질 오염과 같은 환경의 악화, 세균, 바이러스를 포함한 감염병 문제로 인해 위생 관리 및 청결도 유지를 위한 다양한 제품들이 등장하고 있다. 예를 들어, 공기 청정기나 정수기와 같이 실내 공기나 음용수를 정화하기 위한 정화 장치들이 등장하였고, 일상 생활 전반에서 정화 장치의 사용이 확대되고 있다. 일반적으로, 이러한 정화 장치들에는 공기나 물을 여과하기 위한 필터(filter)가 사용된다. 예컨대, 공기 또는 음용수가 필터를 통과하는 과정에서 오염 물질, 각종 세균 및/또는 바이러스가 필터에 의해 제거될 수 있다. 최근에는, 초미세먼지(fine particulate matter)나 감염병 바이러스의 여과가 가능한 필터의 필요성이 증가하고 있다. 예를 들어, 이러한 필터는 나노 미터 또는 마이크로 미터 단위의 직경의 미세 섬유(또는 나노 섬유) 소재로 형성될 수 있다.
상술한 정보는 본 개시에 대한 이해를 돕기 위한 목적의 배경 기술(related art)로서 제공될 수 있다. 상술한 내용 중 어느 것도 본 개시와 관련된 종래 기술(prior art)로서 적용될 수 있는지에 대하여 어떠한 주장이나 결정이 제기되지 않는다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 미세 섬유 직물이 제공될 수 있다. 상기 미세 섬유 직물은, 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate) 또는 에틸 셀룰로오스(ethyl cellulose)를 포함하는 고분자 물질 및 에틸 유산염(ethyl lactate) 또는 에틸 아세테이트(ethyl acetate)를 포함하는 조성물을 포함할 수 있다. 상기 고분자 물질과 상기 에틸 유산염의 질량비 또는 상기 고분자 물질과 상기 에틸 아세테이트의 질량비는 1: 45 내지 2:1일 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 미세 섬유 직물의 제조 방법이 제공될 수 있다. 상기 제조 방법은 고분자 용액을 준비하는 동작 및 상기 고분자 용액을 전기 방사하여 미세 섬유 직물을 형성하는 동작을 포함할 수 있다. 상기 고분자 용액은 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate) 또는 에틸 셀룰로오스(ethyl cellulose)를 포함하는 고분자 물질 및 에틸 유산염(ethyl lactate) 또는 에틸 아세테이트(ethyl acetate)를 포함하고 상기 고분자 물질에 대한 질량비가 약 1: 45 내지 약 2:1인 조성물로 구성될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 관해 상술한 측면 또는 다른 측면, 구성 및/또는 장점은 첨부된 도면을 참조하는 다음의 상세한 설명을 통해 더욱 명확해질 수 있다.
도 1은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 필터 조립체를 나타내는 분리 사시도이다.
도 2a는 본 개시의 일 실시예들에 따른 미세 섬유 직물의 확대도이다. 도 2b는 도 2a의 확대도이다.
도 3a는 본 개시의 일 실시예들에 따른 미세 섬유 직물의 확대도이다.
도 3b는 도 3a의 확대도이다.
도 4a는 본 개시의 일 실시예들에 따른 미세 섬유 직물의 확대도이다.
도 4b는 도 4a의 확대도이다.
도 5a는 본 개시의 일 실시예들에 따른 미세 섬유 직물의 확대도이다.
도 5b는 도 5a의 확대도이다.
도 6a는 본 개시의 일 실시예들에 따른 미세 섬유 직물의 확대도이다.
도 6b는 도 6a의 확대도이다.
도 7a는 본 개시의 일 실시예들에 따른 미세 섬유 직물의 확대도이다.
도 7b는 도 7a의 확대도이다.
도 8a는 본 개시의 일 실시예들에 따른 미세 섬유 직물의 확대도이다.
도 8b는 도 8a의 확대도이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 미세 섬유 직물의 제조 방법의 절차 흐름도이다.
도 10는 본 개시의 일 실시예에 따른 미세 섬유 직물이 적용된 필터를 포함하는 정화 장치로서, 마스크를 예시하는 도면이다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 미세 섬유 직물이 적용된 필터를 포함하는 정화 장치로서, 공기 청정기를 예시하는 도면이다.
도 12은 도 11의 공기 청정기를 나타내는 분리 사시도이다.
첨부된 도면의 전반에서, 유사한 부품, 구성 및/또는 구조에 대해서는 유사한 참조 번호가 부여될 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예들에 따른 에어 필터 구조는 다양한 형태의 장치 또는 마스크에 적용될 수 있다. 상기 장치는, 가전 또는 이동 수단에 사용되는 공기 정화 장치, 에어컨, 정수기 또는 휴대용 의료 기기, 웨어러블 구조물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 문서의 실시예에 따른 장치의 종류는 전술한 바에 한정되지 않는다.
첨부된 도면들을 참조한 이하의 설명은 청구범위 및 그 등가물에 의해 정의되는 본 발명의 일 실시예들의 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 이하의 설명은 이해를 돕기 위해 다양한 특정 세부 사항들을 포함하나, 이는 단지 예시로 간주되어야 한다. 따라서, 당업자는 본원에 기술된 일 실시예들의 다양한 변경들 및 수정들이 본 개시의 범위 및 사상을 벗어나지 않고 이루어질 수 있음을 인식할 것이다. 또한, 공지된 기능들 및 구성들에 관한 설명은 명확성과 간결성을 위하여 생략될 수 있다.
이하의 설명 및 청구범위에 사용된 용어들 및 단어들은 서지적 의미로 제한되지 않으며, 개시 내용을 명확하고 일관되게 이해하도록 하기 위해 발명자에 의해 사용될 뿐이다. 따라서, 본 발명의 일 실시예들에 대한 이하의 설명은 첨부된 청구범위 및 그 등가물에 의해 정의되는 본 발명을 제한할 목적이 아니라 예시 목적으로만 제공됨이 당업자에게 명백할 것이다.
단수 형태 "a", "an" 및 "the"는 문맥상 명백하게 달리 지시하지 않는 한 복수의 지시 대상을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 예를 들어 "부품 표면"에 대한 언급은 이러한 표면들 중 하나 이상에 대한 언급을 포함한다.
도 1은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 필터 조립체(100)를 나타내는 분리 사시도이다.
도 1을 참조하면, 필터 조립체(100)는, 지지층(102)과, 지지층(102)의 적어도 일면에 배치된 필터층(또는 필터)(101)(들)을 포함할 수 있으며, 실시예에 따라, 필터층(101)을 사이에 두고 지지층(102)과 마주보게 배치된 보호층(103)을 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 보호층(103)은 실질적으로 지지층(102)과 동일한 재질, 두께 및/또는 면적을 가지도록 제작될 수 있다. 본 문서에 개시된 일 실시예를 살펴봄에 있어, 필터층(101)과는 다른 구성요소로서, 지지층(102)과 보호층(103)을 예시하고 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 것으로, 지지층(102)과 보호층(103)은 필터층(101)과 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 필터층(101)은 미세 입자(예: 초미세 먼지, 세균 및/또는 바이러스)를 제거 또는 포집하는 필터 기능을 제공할 수 있으며, 지지층(102) 및/또는 보호층(103)은 상기 미세 입자보다 상대적으로 큰 입자의 오염 물질(예: 먼지)를 제거하는 필터로서 기능할 수 있다. 예를 들어, 지지층(102) 및/또는 보호층(103)은 공기 중에 부유하는 먼지나 유기화합물을 흡착 또는 포집할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 필터층(101)은 지지층(102)의 양면에 제공될 수 있으며, 이 경우, 복수의 보호층(103)이 제공되어 필터층(101)을 보호할 수 있다. 일 실시예에서, 도시되지 않은 추가의 필터층 및/또는 추가의 보호층이 도 1의 보호층(103) 외측면에 더 배치될 수 있으며, 필터 조립체(100)가 적용될 제품, 예를 들어, 마스크와 같은 개인용 정화 장치 또는 보호 장구(protection equipment)(예: 도 10의 마스크(200))나, 공기 청정기, 정수기와 같은 생활 가전(예: 도 10 또는 도 11의 정화 장치(300))에 따라 필터층(101)과 보호층(103)의 수는 적절하게 선택될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 필터층(101)은 수십~ 수백 nm의 지름을 갖는 미세 섬유(또는 나노 섬유) 직물(예: 도 2a 내지 도 8b 참조)로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 필터층(101)은 고분자 용액을 기판(예: 지지층(102))의 적어도 일면에 전기 방사(electrospinning)함으로써 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 지지층(102)(및/또는 보호층(103))은 실질적으로 필터 조립체(100)의 형상을 결정하는 층으로서, 통기성(breathable)을 가진 메쉬(mesh), 부직포 또는 축융성 섬유(felt) 중 적어도 하나로 제작될 수 있다. 일 실시예에서, 지지층(102)(및/또는 보호층(103))은 고분자 물질 또는 금속 물질을 포함할 수 있으며, 포함된 물질에 따라 정전기를 이용하여 오염 물질을 포집할 수 있다. 일 실시예에서, 필터 조립체(100)가 마스크와 같은 개인용 정화 장치(또는 보호 장구)에 적용될 때, 지지층(102)(및/또는 보호층(103))은 필터 본체(예: 도 10의 필터 본체(201))의 겉감이나 안감으로서 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 마스크 또는 필터 본체의 겉감이나 안감은 사용자 피부와 직접 접촉할 수 있으므로, 인체에 무해한 재질의 피복층이 지지층(102)이나 보호층(103)의 외측면에 추가로 제공되어 겉감이나 안감으로서 기능할 수 있다.
일 실시예에서, 필터층(101)은 별도의 기판 상에 형성된 후, 접착층(191)에 의해 지지층(102)의 적어도 일면에 부착될 수 있다. 실시예에 따라, 접착층(191)은 지지층(102)과 필터층(101) 사이 및/또는 필터층(101)과 보호층(103) 사이에 선택적으로 제공될 수 있다.
도 2a는 본 개시의 일 실시예들에 따른 미세 섬유 직물의 확대도이다. 도 2b는 도 2a의 확대도이다. 도 3a는 본 개시의 일 실시예들에 따른 미세 섬유 직물의 확대도이다. 도 3b는 도 3a의 확대도이다. 도 4a는 본 개시의 일 실시예들에 따른 미세 섬유 직물의 확대도이다. 도 4b는 도 4a의 확대도이다. 도 5a는 본 개시의 일 실시예들에 따른 미세 섬유 직물의 확대도이다. 도 5b는 도 5a의 확대도이다. 도 6a는 본 개시의 일 실시예들에 따른 미세 섬유 직물의 확대도이다. 도 6b는 도 6a의 확대도이다. 도 7a는 본 개시의 일 실시예들에 따른 미세 섬유 직물의 확대도이다. 도 7b는 도 7a의 확대도이다. 도 8a는 본 개시의 일 실시예들에 따른 미세 섬유 직물의 확대도이다. 도 8b는 도 8a의 확대도이다.
도 2a 내지 도 8b은, 일 실시예에 따른 미세 섬유의 구조를 예시할 수 있다. 본 개시에서, "미세 섬유 직물"은 지름이 수십~수백 nm인 초극세실안 "미세 섬유"와 그 집합을 포괄하여 지칭하는 것으로 이해될 수 있다. 일 실시예에서, 미세 섬유 직물은 전기적으로 하전된 고분자 용액을 전기력(electric force)을 이용하여 수십~수백 nm 직경의 실 형태로 뽑아내는 전기 방사(electrospinning) 공정으로 형성 또는 제조될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 도 2a 내지 도 8b의 미세 섬유 직물은, 필터(예: 도 1의 필터 조립체(101), 도 10의 필터(211) 및/또는 도 11 및 도 12의 필터 조립체(325))의 적어도 일부를 형성할 수 있다. 도 1을 다시 참조하면, 일 실시예에서, 필터층(101)을 형성함에 있어, 지지층(102)이 기판으로 활용될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 필터층(101)은 고분자 용액을 기판(예: 지지층(102))의 적어도 일면에 전기 방사하여 미세 섬유 직물을 형성으로써 제작될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 필터층(101)을 형성하는 미세 섬유는 대략 1 μm 이하의 지름을 가질 수 있으며, 도 1의 필터층(101)은 대략 100 μm 이하의 두께로 제작될 수 있다.
일 실시예에서, 미세 섬유 직물을 형성하기 위한 고분자 용액은, 셀룰로오스계 고분자 물질 및 상기 고분자 물질을 녹이는 용매로 기능하는 조성물을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 고분자 용액의 고분자 물질은 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate) 또는 에틸 셀룰로오스(ethyl cellulose)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 고분자 용액의 조성물은 에틸 유산염(ethyl lactate) 또는 에틸 아세테이트(ethyl acetate)를 포함할 수 있다. 본 개시에서 고분자 물질 또는 조성물에 포함된 성분의 "질량 퍼센트(또는 무게 조성비)(단위: wt%)"는 고분자 용액의 전체에 대한 해당 성분의 질량 백분율로 이해될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 미세 섬유 직물을 형성하기 위한 고분자 용액의 분자 물질과 에틸 유산염 또는 에틸 아세테이트의 질량비는 약 1: 45 내지 약 2:1일 수 있다. 일 실시예에서, 고분자 용액은 고분자 물질(예: 셀룰로오스 아세테이트 또는 에틸 셀룰로오스)을 약 2wt% 내지 약 20wt%로 포함할 수 있고, 조성물에 포함된 에틸 유산염 또는 에틸 아세테이트를 약 10wt% 내지 약 90wt%로 포함할 수 있다. 다만, 본 개시의 실시예들에서, 고분자 물질은 셀룰로오스 아세테이트 또는 에틸 셀룰로오스를 선택적으로 포함하는 실시예에 제한되지 않고, 셀룰로오스 아세테이트 및 에틸 셀룰로오스의 조합으로 이루어질 수도 있다. 본 개시의 실시예들에서, 조성물의 성분은, 에틸 유산염 또는 에틸 아세테이트를 선택적으로 포함하는 실시예에 제한되지 않고, 에틸 유산염 및 에틸 아세테이트의 조합으로 이루어질 수도 있다. 본 개시의 고분자 물질 및 조성물의 성분 및 함량은 상술한 바에 제한되지 않으며, 실제 제작하고자 하는 미세 섬유 직물 또는 도 1의 필터 조립체(100)의 사양에 따라 적절하게 설정 및 변경될 수 있다.
일 실시예에서, 미세 섬유 직물을 형성하기 위한 고분자 용액의 조성물은, 황산 도데실 나트륨(Sodium dodecylsulfate), 폴리비닐 아세테이트(polyvinyl acetate), 폴리에틸렌글리콜(polyethylene lycol), 에탄올(ethanol), 물 및/또는 글리세린(glycerin) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 미세 섬유 직물(예: 도 2a 내지 도 8b 참조)의 조성물은 약 10wt% 내지 약 70wt%의 에탄올(ethanol), 약 7wt% 내지 약 11wt%의 물 또는 0 내지 약 4wt%의 글리세린(glycerin) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 미세 섬유 직물(예: 도 2a 내지 도 3b 및 도 5a 내지 도 6b 참조)의 조성물은 황산 도데실 나트륨(Sodium dodecylsulfate)을 0 내지 약 1wt%를 포함할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 개시의 제1 예에 따른 미세 섬유 직물의 확대도를 나타낼 수 있다. 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 일 실시예에서, 미세 섬유 직물(또는 고분자 용액)은, 고분자 물질로 약 7wt% 내지 약 11wt%, 바람직하게는 약 8.5wt% 내지 약 9.5wt%의 셀룰로오스 아세테이트를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 미세 섬유 직물(또는 고분자 용액)에 포함된 조성물은, 약 60wt% 내지 약 75wt%의 에틸 유산염, 0 내지 약 1wt%의 황산 도데실 나트륨, 약 11wt% 내지 약 15wt%의 에탄올, 약 1wt% 내지 약 3wt%의 글리세린 및 약 8wt% 내지 약 10wt%의 물을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 조성물은, 바람직하게는, 약 65wt% 내지 약 70wt%의 에틸 유산염, 약 0.1wt% 내지 약 0.6wt%의 황산 도데실 나트륨, 약 12wt% 내지 약 14wt%의 에탄올, 약 1.5wt% 내지 약 2.5wt%의 글리세린 및 약 8.5wt% 내지 약 9.5wt%의 물을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 미세 섬유 직물(또는 고분자 용액)은, 예를 들어, 약 8.9wt%의 셀룰로오스 아세테이트와, 약 67wt%의 에틸 유산염, 약 0.4wt%의 황산 도데실 나트륨, 약 13wt%의 에탄올, 약 1.8wt%의 글리세린 및 약 8.9wt%의 물을 포함하는 조성물로 이루어질 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 개시의 제2 예에 따른 미세 섬유 직물의 확대도를 나타낼 수 있다. 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 일 실시예에서, 미세 섬유 직물(또는 고분자 용액)은, 고분자 물질로 약 8wt% 내지 약 12wt%, 바람직하게는 약 9wt% 내지 약 10wt%의 셀룰로오스 아세테이트를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 미세 섬유 직물(또는 고분자 용액)에 포함된 조성물은, 약 64wt% 내지 약 79wt%의 에틸 유산염, 0 내지 약 1wt%의 황산 도데실 나트륨, 약 12wt% 내지 약 15wt%의 에탄올, 약 3wt% 내지 약 5wt%의 글리세린을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 조성물은, 바람직하게는, 약 68wt% 내지 약 75wt%의 에틸 유산염, 약 0.2wt% 내지 약 0.7wt%의 황산 도데실 나트륨, 약 13.5wt% 내지 약 15wt%의 에탄올 및 약 3wt% 내지 약 4.5wt%의 글리세린을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 미세 섬유 직물(또는 고분자 용액)은, 예를 들어, 약 9.6wt%의 셀룰로오스 아세테이트와, 약 71.8wt%의 에틸 유산염, 약 0.5wt%의 황산 도데실 나트륨, 약 14.3wt%의 에탄올 및 약 3.8wt%의 글리세린을 포함하는 조성물로 이루어질 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 개시의 제3 예에 따른 미세 섬유 직물의 확대도를 나타낼 수 있다. 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 일 실시예에서, 미세 섬유 직물(또는 고분자 용액)은, 고분자 물질로 약 8wt% 내지 약 12wt%, 바람직하게는 약 9wt% 내지 약 11wt%의 셀룰로오스 아세테이트를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 미세 섬유 직물(또는 고분자 용액)에 포함된 조성물은, 약 64wt% 내지 약 80wt%의 에틸 유산염 및 약 16wt% 내지 약 20wt%의 에탄올을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 조성물은, 바람직하게는, 약 68wt% 내지 약 76wt%의 에틸 유산염 및 약 17wt% 내지 약 19wt%의 에탄올을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 미세 섬유 직물(또는 고분자 용액)은, 예를 들어, 약 10wt%의 셀룰로오스 아세테이트와, 약 72wt%의 에틸 유산염 및 약 18wt%의 에탄올을 포함하는 조성물로 이루어질 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 개시의 제4 예에 따른 미세 섬유 직물의 확대도를 나타낼 수 있다. 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 일 실시예에서, 미세 섬유 직물(또는 고분자 용액)은, 고분자 물질로 약 8wt% 내지 약 12wt%, 바람직하게는 약 9wt% 내지 약 11wt%의 셀룰로오스 아세테이트를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 미세 섬유 직물(또는 고분자 용액)에 포함된 조성물은, 약 67wt% 내지 약 82wt%의 에틸 유산염, 0 내지 약 1wt%의 황산 도데실 나트륨 및 약 13wt% 내지 약 17wt%의 에탄올을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 조성물은, 바람직하게는, 약 71wt% 내지 약 78wt%의 에틸 유산염, 약 0.2wt% 내지 약 0.7wt%의 황산 도데실 나트륨 및 약 14wt% 내지 약 6wt%의 에탄올을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 미세 섬유 직물(또는 고분자 용액)은, 예를 들어, 약 10wt%의 셀룰로오스 아세테이트와, 약 74.6wt%의 에틸 유산염, 약 0.5wt%의 황산 도데실 나트륨 및 약 14.9wt%의 에탄올을 포함하는 조성물로 이루어질 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 개시의 제5 예에 따른 미세 섬유 직물의 확대도를 나타낼 수 있다. 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 일 실시예에서, 미세 섬유 직물(또는 고분자 용액)은, 고분자 물질로 약 8wt% 내지 약 12wt%, 바람직하게는 약 9wt% 내지 약 11wt%의 에틸 셀룰로오스를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 미세 섬유 직물(또는 고분자 용액)에 포함된 조성물은, 약 67wt% 내지 약 82wt%의 에틸 유산염, 0 내지 약 1wt%의 황산 도데실 나트륨 및 약 13wt% 내지 약 17wt%의 에탄올을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 조성물은, 바람직하게는, 약 67wt% 내지 약 82wt%의 에틸 유산염, 0 내지 약 1wt%의 황산 도데실 나트륨 및 약 13wt% 내지 약 17wt%의 에탄올을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 미세 섬유 직물(또는 고분자 용액)은, 예를 들어, 약 10wt%의 에틸 셀룰로오스와, 약 74.6wt%의 에틸 유산염, 약 0.5wt%의 황산 도데실 나트륨 및 약 14.9wt%의 에탄올을 포함하는 조성물로 이루어질 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 본 개시의 제6 예에 따른 미세 섬유 직물의 확대도를 나타낼 수 있고, 도 8a 및 도 8b는 본 개시의 제7 예에 따른 미세 섬유 직물의 확대도를 나타낼 수 있다. 도 7a 내지 도 8b를 참조하면, 일 실시예에서, 미세 섬유 직물(또는 고분자 용액)은, 고분자 물질로 약 3wt% 내지 7wt%, 바람직하게는 약 4wt% 내지 약 6wt%의 에틸 셀룰로오스를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 미세 섬유 직물(또는 고분자 용액)에 포함된 조성물은, 약 32wt% 내지 약 40wt%의 에틸 유산염, 약 3wt% 내지 약 6wt%의 폴리비닐 아세테이트, 약 1wt% 내지 약 2wt%의 폴리에틸렌글리콜, 약 40wt% 내지 약 50wt%의 에탄올 및 약 7wt% 내지 약 11wt%의 물을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 조성물은, 바람직하게는, 약 34wt% 내지 약 38wt%의 에틸 유산염, 약 4wt% 내지 약 5wt%의 폴리비닐 아세테이트, 약 1wt% 내지 약 1.5wt%의 폴리에틸렌글리콜, 약 43wt% 내지 약 47wt%의 에탄올 및 약 8wt% 내지 약 10wt%의 물을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 미세 섬유 직물(또는 고분자 용액)은, 예를 들어, 약 4.5wt%의 에틸 셀룰로오스와, 약 35.9wt%의 에틸 유산염, 약 4.5wt%의 폴리비닐 아세테이트, 약 1.3wt%의 폴리에틸렌글리콜, 약 44.8wt%의 에탄올 및 약 9wt%의 물을 포함하는 조성물로 이루어질 수 있다.
도 2a 내지 도 8b의 실시예에서, 미세 섬유 직물(또는 고분자 용액)은 고분자 물질로 셀룰로오스 아세테이트 또는 에틸 셀룰로오스를 선택적으로 포함할 수 있고, 이 경우 셀룰로오스 아세테이트와 에틸 셀룰로오스를 서로 대체하거나, 서로 부분적으로 대체하는 것도 가능하다. 도 2a 내지 도 8b의 실시예에서, 조성물에 포함된 에틸 유산염의 적어도 일부를 에틸 아세테이트로 대체하는 것도 가능하다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 미세 섬유 직물의 제조 방법의 절차 흐름도이다.
이하에서는, 도 9를 참조하여, 도 1 내지 도 8b를 참조하여 상술한 미세 섬유 직물의 제조 방법에 관하여 설명한다.
일 실시예에서, 미세 섬유 직물의 제조 방법은, 고분자 용액을 준비하는 동작(11) 및 미세 섬유 직물을 형성하도록 상기 고분자 용액을 전기 방사하는 동작 (12)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 고분자 용액을 준비하는 동작(11)에서, 상기 고분자 용액은 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate) 또는 에틸 셀룰로오스(ethyl cellulose)를 포함하는 고분자 물질 및 에틸 유산염(ethyl lactate) 또는 에틸 아세테이트(ethyl acetate)를 포함하는 조성물로 구성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 고분자 물질과 에틸 유산염 또는 에틸 아세테이트의 질량비는 약 1: 45 내지 약 2:1일 수 있다. 일 실시예에서, 고분자 용액은 고분자 물질(예: 셀룰로오스 아세테이트 또는 에틸 셀룰로오스)을 약 2wt% 내지 약 20wt%로 포함할 수 있고, 조성물에 포함된 에틸 유산염 또는 에틸 아세테이트를 약 10wt% 내지 약 90wt%로 포함할 수 있다. 본 개시의 고분자 물질은, 셀룰로오스 아세테이트 또는 에틸 셀룰로오스를 선택적으로 포함하는 실시예에 제한되지 않고, 셀룰로오스 아세테이트 및 에틸 셀룰로오스의 조합으로 이루어질 수도 있다. 본 개시의 조성물의 성분은, 에틸 유산염 또는 에틸 아세테이트를 선택적으로 포함하는 실시예에 제한되지 않고, 에틸 유산염 및 에틸 아세테이트의 조합으로 이루어질 수도 있다. 고분자 물질 및 조성물의 종류 및/또는 함량은 실제 제작하고자 하는 미세 섬유 직물 또는 도 1의 필터 조립체(100)의 사양에 따라 적절하게 설정 및 변경될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 조성물은 10wt% 내지 70wt%의 에탄올(ethanol), 7wt% 내지 11wt%의 물 또는 0 내지 4wt%의 글리세린(glycerin) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 고분자 용액을 준비하는 동작(11)에서, 고분자 용액의 조성물은 약 10wt% 내지 약 70wt%의 에탄올(ethanol), 약 7wt% 내지 약 11wt%의 물 또는 0 내지 약 4wt%의 글리세린(glycerin) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다(도 2a 내지 도 8b 참조). 일 실시예에서, 고분자 용액의 조성물은 황산 도데실 나트륨(Sodium dodecylsulfate)을 0 내지 약 1wt%를 포함할 수 있다(도 2a 내지 도 3b 및 도 5a 내지 도 6b 참조).
본 개시의 실시예들에서, 미세 섬유 직물을 형성하도록 상기 고분자 용액을 전기 방사하는 동작(12)에서, 동작(11)의 고분자 용액은 전기 방사 장치의 노즐(nozzle)을 통해 극판(예: 도 1의 지지층(102))으로 전기 방사될 수 있고, 미세 섬유 또는 미세 섬유 직물을 형성할 수 있다. 상기 동작(12)에서, 전기 방사의 조건들, 예컨대 상기 노즐을 통해 방출되는 고분자 용액의 유량(feed rate), 온도, 상대 습도, 노즐 게이지(또는 너비나 폭) 및 노즐과 극판 사이의 거리인 전극 거리와 같은 조건들이 설정 또는 제어될 수 있다.
상기 동작(12)에서, 일 실시예(도 2a 내지 도 6b 참조)에 따르면, 미세 섬유 직물을 형성하기 위한 고분자 용액의 고분자 물질은 약 7wt% 내지 약 12wt%의 셀룰로오스 아세테이트를 포함하고, 조성물은 약 60wt% 내지 약 82wt%의 에틸 유산염을 포함할 수 있다. 상기 고분자 용액은 약 17℃ 내지 23℃의 온도 및 0.5mL/h 내지 2.5mL/h의 유량 조건으로 전기 방사될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 도 2a 및 도 2b의 제1 예에 따른 미세 섬유 직물을 형성하기 위한 전기 방사 조건은, 약 1mL/h 내지 약 1.5mL/h의 유량, 약 14.5kV 내지 약 16.5kV의 전압, 약 19℃ 내지 약 21℃의 온도, 약 22% 내지 약 24%의 상대 습도, 약 20 내지 약 22의 노즐 게이지 및/또는 약 14cm 내지 약 16cm의 전극 거리로 설정될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 예에 따른 미세 섬유 직물을 형성하기 위한 전기 방사의 조건은, 약 1.2mL/h의 유량, 약 15.5kV의 전압, 약 20℃의 온도, 약 23%의 상대 습도, 약 21의 노즐 게이지 및/또는 약 15cm의 전극 거리로 설정될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 도 3a 및 도 3b의 제2 예에 따른 미세 섬유 직물을 형성하기 위한 전기 방사 조건은, 약 0.8mL/h 내지 약 1.3mL/h의 유량, 약 14.5kV 내지 약 16.5kV의 전압, 약 20.5℃ 내지 약 23.5℃의 온도, 약 20% 내지 약 22%의 상대 습도, 약 20 내지 약 22의 노즐 게이지 및/또는 약 14cm 내지 약 16cm의 전극 거리로 설정될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 예에 따른 미세 섬유 직물을 형성하기 위한 전기 방사의 조건은, 약 1mL/h의 유량, 약 15.5kV의 전압, 약 21.3℃의 온도, 약 21%의 상대 습도, 약 21의 노즐 게이지 및/또는 약 15cm의 전극 거리로 설정될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 도 4a 및 도 4b의 제3 예에 따른 미세 섬유 직물을 형성하기 위한 전기 방사 조건은, 약 0.5mL/h 내지 약 1.2mL/h의 유량, 약 17kV 내지 약 19kV의 전압, 약 17.5℃ 내지 약 19.5℃의 온도, 약 19% 내지 약 21%의 상대 습도, 약 20 내지 약 22의 노즐 게이지 및/또는 약 14cm 내지 약 16cm의 전극 거리로 설정될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 예에 따른 미세 섬유 직물을 형성하기 위한 전기 방사의 조건은, 약 0.8mL/h의 유량, 약 17.7kV의 전압, 약 18.5℃의 온도, 약 20%의 상대 습도, 약 21의 노즐 게이지 및/또는 약 15cm의 전극 거리로 설정될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 도 5a 및 도 5b의 제4 예에 따른 미세 섬유 직물을 형성하기 위한 전기 방사 조건은, 약 0.8mL/h 내지 약 1.3mL/h의 유량, 약 14.5kV 내지 약 16.5kV의 전압, 약 20℃ 내지 약 22℃의 온도, 약 22% 내지 약 24%의 상대 습도, 약 20 내지 약 22의 노즐 게이지 및/또는 약 14cm 내지 약 16cm의 전극 거리로 설정될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 예에 따른 미세 섬유 직물을 형성하기 위한 전기 방사의 조건은, 약 1mL/h의 유량, 약 15.5kV의 전압, 약 20.9℃의 온도, 약 23%의 상대 습도, 약 21의 노즐 게이지 및/또는 약 15cm의 전극 거리로 설정될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 도 6a 및 도 6b의 제5 예에 따른 미세 섬유 직물을 형성하기 위한 전기 방사 조건은, 약 1.8mL/h 내지 약 2.3mL/h의 유량, 약 16kV 내지 약 18kV의 전압, 약 21℃ 내지 약 23℃의 온도, 약 22% 내지 약 24%의 상대 습도, 약 20 내지 약 22의 노즐 게이지 및/또는 약 14cm 내지 약 16cm의 전극 거리로 설정될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 예에 따른 미세 섬유 직물을 형성하기 위한 전기 방사의 조건은, 약 2mL/h의 유량, 약 17kV의 전압, 약 21.8℃의 온도, 약 23%의 상대 습도, 약 21의 노즐 게이지 및/또는 약 15cm의 전극 거리로 설정될 수 있다.
상기 동작(12)에서, 일 실시예(도 7a 내지 도 8b 참조)에 따르면, 미세 섬유 직물을 형성하기 위한 고분자 물질은 3wt% 내지 7wt%의 에틸 셀룰로오스를 포함하고, 상기 조성물은 32wt% 내지 40wt%의 에틸 유산염을 포함할 수 있다. 상기 동작(12)에서, 상기 고분자 용액은 23℃ 내지 27℃의 온도 조건에서 2mL/h 내지 3mL/h의 유량 조건으로 전기 방사될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 도 7a 및 도 7b의 제6 예에 따른 미세 섬유 직물을 형성하기 위한 전기 방사 조건은, 약 1.5mL/h 내지 약 3.5mL/h의 유량, 약 14.5kV 내지 약 16.5kV의 전압, 약 23℃ 내지 약 25℃의 온도, 약 17% 내지 약 19%의 상대 습도, 약 18 내지 약 20의 노즐 게이지 및/또는 약 14cm 내지 약 16cm의 전극 거리로 설정될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 예에 따른 미세 섬유 직물을 형성하기 위한 전기 방사의 조건은, 약 2.5mL/h의 유량, 약 15.8kV의 전압, 약 24.1℃의 온도, 약 18%의 상대 습도, 약 19의 노즐 게이지 및/또는 약 15cm의 전극 거리로 설정될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 도 8a 및 도 8b의 제7 예에 따른 미세 섬유 직물을 형성하기 위한 전기 방사 조건은, 약 1.5mL/h 내지 약 3.5mL/h의 유량, 약 13kV 내지 약 15kV의 전압, 약 25℃ 내지 약 27℃의 온도, 약 17% 내지 약 19%의 상대 습도, 약 18 내지 약 20의 노즐 게이지 및/또는 약 14cm 내지 약 16cm의 전극 거리로 설정될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 예에 따른 미세 섬유 직물을 형성하기 위한 전기 방사의 조건은, 약 2.5mL/h의 유량, 약 14kV의 전압, 약 25.8℃의 온도, 약 18%의 상대 습도, 약 19의 노즐 게이지 및/또는 약 15cm의 전극 거리로 설정될 수 있다.
도 2a 및 도 8b를 참조하여 상술한 미세 섬유 직물을 형성하기 위한 전기 방사 조건은 예시적인 것으로서, 제조하려는 미세 섬유 직물 또는 필터(예: 도 1의 필터 조립체(100))의 사양 및/또는 고분자 용액의 성분 및 함량에 따라 변경될 수 있다.
도 10은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 필터 조립체가 적용된 정화 장치로서, 마스크를 예시하는 도면이다.
본 개시의 일 실시예에 따른 필터 조립체(예: 도 1의 필터 조립체(100))는 마스크(200)와 같은 개인용 정화 장치 또는 보호 장구에 활용될 수 있다. 도 10의 필터(211)는 도 1의 필터 조립체(100)로 참조될 수 있다.
도 10을 참조하면, 마스크(200)는 필터 본체(201)와 필터 본체(201)로부터 연장된 적어도 하나의 밴드 또는 스트링(string)(202)을 포함할 수 있다. 밴드 또는 스트링(202)은 필터 본체(201)를 사용자 신체(안면)에 착용할 수 있도록 사용자의 귀나 머리에 결착될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 필터 본체(201)는 사용자의 입과 코를 덮을 수 있는 크기와 형상을 가질 수 있으며, 겉감(212)과 안감(213) 사이에 배치된 필터(211)(예: 도 1의 필터층(101))를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 겉감(212)(및/또는 안감(213))은 도 1의 지지층(102)과 보호층(103) 중 어느 하나일 수 있다. 이 경우, 도 10의 필터(211)는 실질적으로 도 1의 필터층(101)에 의해 구현될 수 있다. 예컨대, 도 1의 필터 조립체(100)는, 그 자체로서 적절한 형상으로 제작되어 필터 본체(201)를 형성할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 사용자가 호흡할 때, 외부에서 흡입되는 공기는 실질적으로 필터 본체(201) 또는 필터(211)를 통과하게 되며, 공기 중의 부유물질은 겉감(212)이나 지지층(102)(또는 보호층(103))에 의해 걸러지고, 세균이나 바이러스는 필터층(101)을 통과하면서 적어도 부분적으로 제거될 수 있다. 일 실시예에서, 앞서 살펴본 바와 같이, 필터층(101) 또는 필터층(101)의 미세 섬유는 비정질 금속 산화물을 포함함으로써 공기가 통과할 때 세균이나 바이러스를 효과적으로 제거할 수 있다.
도 10은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 필터 조립체(예: 도 1의 필터 조립체(100))가 적용된 정화 장치(300)로서, 공기 청정기를 예시하는 도면이다. 도 11은 도 10의 공기 청정기를 나타내는 분리 사시도이다.
도 10과 도 11을 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 필터 조립체(100)를 포함하는 정화 장치(300)는 예를 들면, 공기 청정기로서, 일반 가정, 사무실 등 건물 실내에 설치되어 공기를 청정화하는 기능을 제공하는 생활 가전 제품을 포함할 수 있다. 공기 청정기는 공기 중에 부유하는 분진이나 가스를 포집 또는 제거할 수 있으며, 실시예에 따라 세균이나 바이러스를 제거 또는 비활성화할 수 있다. 정화 장치(300)는 송풍팬(331)을 포함함으로써 실내 공간의 공기를 순환시키되 각종 필터(321, 323, 325)를 통과시킬 수 있다. 실시예에 따라, 정화 장치(300)는 실내 공기의 온도 및 습도 조절 기능을 더 포함할 수 있다. 예컨대, 정화 장치(300)는 공기청정기, 에어컨 및/또는 가습기의 기능을 포함하는, 또는 선택적으로 조합된 가전 제품일 수 있다. 일 실시예에서, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 필터 조립체는 정수기, 냉장고, 김치 냉장고, 세탁기, 건조기, 의류 관리 장치, 신발장, 벽장, 정화조 및/또는 공기 조화 시스템에 탑재됨으로써 탈취, 항균 및/또는 항바이러스 기능을 제공할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 정화 장치(300)는 외관을 형성하면서 내부 공간을 제공하는 하우징(301), 하우징(301)의 일측에 형성되며 공기를 흡입하기 위한 흡입구(313), 하우징(301) 내부로 유입되어 정화된 공기를 배출하는 배출구(315a, 315b), 사용자 명령을 입력하기 위한 입력부(317), 정화 장치(300)의 동작 상태를 표시하기 위한 표시부(319a, 319b)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 하우징(301)은 본체(311b), 본체(311b)와 결합 가능한 전면 커버(311a), 상부 커버(311c)를 포함할 수 있다. 하우징(301)에는 상기 언급한 구성요소 중 일부가 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들이 더 추가될 수 있다. 도 11에서 본체(311b)로부터 전면 커버(311a) 또는 상부 커버(311c)가 분리 가능한 구성이 도시되나 이와 달리 일체로 형성될 수도 있다. 이 밖에 일 실시예의 적용 가능할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 흡입구(313) 및 배출구(315a, 315b)의 개수 및 위치는 어떤 특정일 실시예에 한정되지 않는다. 도 10 또는 도 11에는 흡입구(313)가 하우징(301)의 전면 커버(311a)에 형성된 것이 도시되고 제1, 2 배출구(315a, 315b)가 각각 전면 커버(311a) 및 상부 커버(311c)에 형성된 것이 도시되나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에 따르면, 입력부(317)는 정화 장치(300)를 턴온(turn-on) 또는 턴오프(turn-off)시키기 위한 전원 버튼, 정화 장치(300)의 구동 시간을 설정하기 위한 타이머 버튼, 입력부의 오 조작을 방지하기 위해 입력부의 조작을 제한하기 위한 잠금버튼을 포함할 수 있다. 이 밖에도 정화 장치(300)의 각종 제어정보를 입력하기 위한 버튼을 포함할 수 있다. 이때, 입력부(317)는 사용자의 가압을 통해 입력신호를 발생시키는 방식의 푸시 스위치(push switch) 또는 사용자의 신체 일부의 터치를 통해 입력 신호를 발생시키는 터치 스위치(touch switch) 방식이 채택될 수 있다. 만약, 입력부(317)가 터치 스위치 방식을 채용하는 경우, 입력부(317)는 표시부(319a)와 일체형으로 구현되는 것도 가능할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 표시부(319a, 319b)는 정화 장치(300)의 상태에 대한 정보를 표시할 수 있다. 예컨대, 필터(321, 323, 325)들의 오염도에 대한 정보, 필터(321, 323, 325)들의 교체 또는 세정 시기에 대한 정보, 필터(321, 323, 325)들의 상태에 대한 정보(예: 누적 사용 일수 또는 누적 사용 시간), 현재 작동 상태에 대한 정보(예: 센싱된 공기질, 송풍 속도나 방향에 대한 정보)를 표시할 수 있다. 일 실시예에서, 이와 같은 정보는 표시부(319a, 319b)를 통해 제공되거나, 정화 장치(300)에 연동된 다른 전자 장치(예: 스마트 폰)를 통해 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 사용자가 쉽게 시인할 수 있도록 할 수 있는 위치라면, 표시부(319a, 319b)는 하우징(301) 상의 임의의 위치에 배치될 수 있다. 도 10 또는 도 11에서는 표시부(319a, 319b)로서, 상부 커버(311c)에 배치된 표시부(319a)와 본체(311b)에 배치되는 표시부(115)가 예시되나, 본 문서에 개시된 일 실시예가 이러한 도면에 도시된 구성으로 한정되는 것이 아님에 유의한다.
일 실시예에 따르면, 정화 장치(300)는 필터들, 예컨대, 프리 필터(321), 헤파 필터(HEPA filter)(323), 필터 조립체(325)(예: 도 1의 필터 조립체(100))와, 송풍팬(331)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 필터 조립체(325)(예: 도 1의 필터층(101) 또는 미세 섬유)가 광촉매 성분을 포함할 때, 정화 장치(300)는 광원(329)을 더 포함할 수 있다. 하우징(301)의 내부에서 광원(329)은 필터 조립체(325)로 빛을 조사하도록 배치 또는 설정될 수 있다. 일 실시예에서, 정화 장치(300)는 상기 송풍팬(331)의 구동 및/또는 광원(329)의 조사(예: 필터 조립체(325)의 재생(recycling))을 위한 동작을 수행하기 위한 컨트롤러(335)를 포함할 수 있고, 정화 장치(300) 내부의 공기질을 검출하기 위한 센서(333)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 프리 필터(321)는 공기 중의 부유물이나 이물질 중에서 비교적 큰 먼지 입자를 걸러내기 위한 구성으로서 흡입구(313)에 가장 가까이 배치될 수 있다. 헤파 필터(323)는 프리 필터(321)의 후방에 배치되어 프리 필터(321)에서 걸러지지 않은 미세 먼지 등을 거르기 위한 구성일 수 있다. 일 실시예에서, 필터 조립체(예: 도 1의 필터 조립체(100))의 지지층(102) 및/또는 보호층(103)은 실질적으로 헤파 필터(323)와 동일한 재질 또는 구조를 가질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프리 필터(321)에서 일차적으로 먼지를 걸러내고, 프리 필터(321)보다 상대적으로 고성능인 헤파 필터(323)에서 이차적으로 먼지를 걸러낼 수 있다. 여기서 헤파 필터(323)는 예컨대 유리 섬유로 구성될 수 있다. 도면에 도시되진 않았으나, 프리 필터(321)와 헤파 필터(323) 사이 또는 헤파 필터(323)의 후방에 가스 흡착 성분(예: 활성탄)을 포함하는 탈취 필터를 더 포함할 수 있다. 필터들의 배치 순서는 도 10에 도시된 바에 따를 수 있고, 다른 순서로 배치되는 것도 가능하다. 또는 상기 필터들(321, 323, 325) 중 어느 하나의 필터(예: 프리 필터(321))를 생략하는 것도 가능하다.
일 실시예에서, 필터 조립체(325)(예: 도 1의 필터층(101) 또는 미세 섬유)가 광촉매 성분을 포함하는 경우, 광원(329)은 광촉매 성분을 포함하는 필터 조립체(325)를 향해 빛을 조사하도록 배치될 수 있다. 필터 조립체(325)의 광촉매 성분은 광원(329)으로부터 조사되는 빛과 반응하여 전자-정공 쌍을 발생시킬 수 있다. 일 실시예에서, 광원(329)은 형광등이나 백열등과 같은 소자 또는 LED로 구현될 수 있으며, 백색광, 적색광, 녹색광, 청색광, 자외선, 가시광선, 적외선 중 적어도 한 종류의 빛을 발광할 수 있다. 일 실시예에서, 광원(329)은 프레넬 렌즈, 볼록렌즈, 오목렌즈와 같은 렌즈 어셈블리와 조립체 형태로 제공될 수 있다. 실시예에 따라, 광원(329)의 밝기, 온도, 색, 광 초첨(포커싱), 발광 시점, 발광 방향 중 적어도 하나의 파라미터가 컨트롤러(335)에 의해 제어될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 광원(329)은 생략될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 광원(329)은 하우징(301) 내부에서 공기의 흐름 방향을 따라 빛을 조사할 수 있다. 광원(329)에서 조사된 빛은 필터 조립체(325), 예를 들어, 도 1의 지지층(102)이나 보호층(103)을 투과하여 필터층(101)에 도달할 수 있다. 일 실시예에서, 광원(329)은 공기의 흐름 방향과는 반대방향으로 빛을 조사하여 필터층(101) 내에서 광촉매 반응을 일으킬 수 있다. 실시예에 따라, 필터 조립체(325) 또는 필터층(101)으로 빛이 조사되는 방향은 다양하게 선택 또는 조합될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 송풍팬(331)은 흡입구(313)를 통해 정화 장치(300) 외부의 공기를 하우징(301) 내부로 유입시킬 수 있다. 송풍팬(331)에 의해 흡입된 공기는 각종 필터들(프리 필터(321), 헤파 필터(323), 필터 조립체(325))을 거치며 정화된 상태로 배출구(315a, 315b)를 통해 정화 장치(300) 외부로 배출될 수 있다. 송풍팬(331)은 컨트롤러(335)의 제어에 의해 동작할 수 있으며, 컨트롤러(335)의 제어에 따라 공기의 흐름을 제어할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 센서(333)는 정화 장치(300) 내부의 공기의 질을 측정하는 센서일 수 있다. 예를 들어, 센서(333)를 이용하여 공기에 포함된 물질의 종류 및 농도를 측정할 수 있다. 일 실시예에서, 센서(333)는 정화 장치(300) 내부 공간, 예를 들면, 정화 장치(300)의 배출구(315a, 315b)에 인접한 위치에 배치될 수 있다. 또는 센서(333)는 정화 장치(300)의 내부 공간에서, 필터 조립체(325)에 인접한 위치에 배치될 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 컨트롤러(335)는 정화 장치(300)의 전반적인 동작을 제어하기 위한 것으로서, 예를 들면, 광원(329)과 송풍팬(331)의 구동을 제어할 수 있다. 본 문서에 개시된 일 실시예에 따르면, 컨트롤러(335)는 센서(333)와 외부 전자 장치(예: 스마트 폰 또는 스마트 홈 허브)에서 제공되는 공기질 정보에 기초하여 광원(329) 및/또는 송풍팬(331)을 제어할 수 있다. 컨트롤러(335)는 프로세서와 같은 용어로 칭해질 수 있다. 예를 들면, 프로그램(소프트웨어)을 실행하여 컨트롤러(335)에 연결된 정화 장치(300)의 적어도 하나의 다른 구성요소(예: 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소)을 제어할 수 있고, 다양한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 일실시예에 따르면, 데이터 처리 또는 연산의 적어도 일부로서, 컨트롤러(335)(또는 프로세서)는 다른 구성요소(예: 센서 또는 통신 모듈)로부터 수신된 명령 또는 데이터를 휘발성 메모리에 로드하고, 휘발성 메모리에 저장된 명령 또는 데이터를 처리하고, 결과 데이터를 비휘발성 메모리에 저장할 수 있다.
일반적으로, 미세 섬유(또는 나노 섬유)는 전기장을 이용하여 액체 상태의 고분자 용액을 ㎛∼㎚의 직경을 가지는 연속상의 섬유로 구현하는 전기방사 방식으로 제조될 수 있다. 전기방사는 고속·대량 생산이 가능하여, 수처리 필터, 바이오센서, 의류용 방투습 직물, 보호복, 인조피부 등에 다양한 산업 분야에서 미세 섬유의 제조 방식으로 응용되고 있다. 최근에는, 필터의 수요 급증과 그에 따른 폐기물의 처리 문제가 대두되면서, 전기방사용 고분자 용액으로서 생분해성 고분자를 함유한 친환경적 고분자 용액에 관한 연구 및 개발이 관심을 받고 있다. 그러나, 이러한 고분자 용액에 주로 사용되는 다이메틸아세트아미드(dimethylacetamide, DMAc), 아세톤(acetone), 이메틸메탄아마이드(dimethylmethanamide, DMF) 또는 테트라히드로푸란 (tetrahydrofuran, THF)와 같은 용매는 인체 및 환경에 모두 유해성을 지녀 문제될 수 있다. 따라서, 상기한 용매를 대체할 만한 친환경적인 용매로 제조된 고분자 용액 및 이를 이용한 미세 섬유 직물의 개발이 요구된다.
본 개시의 실시예들에 따르면, 생분해성의 셀룰로오스계 고분자 및 친환경적인 용매를 이용한 전기방사용 고분자 용액 및 이를 이용한 미세 섬유 직물 및 그 제조 방법이 제공될 수 있다.
본 문서에서 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 미세 섬유 직물(또는 미세 섬유)이 제공될 수 있다. 상기 미세 섬유 직물은, 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate) 또는 에틸 셀룰로오스(ethyl cellulose)를 포함하는 고분자 물질과, 에틸 유산염(ethyl lactate) 또는 에틸 아세테이트(ethyl acetate)를 포함하는 조성물을 포함할 수 있다. 상기 고분자 물질과 상기 에틸 유산염의 질량비 또는 상기 고분자 물질과 상기 에틸 아세테이트의 질량비는 1: 45 내지 2:1일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 미세 섬유 직물은, 고분자 물질을 2wt% 내지 20wt%로 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 미세 섬유 직물은, 상기 조성물을 10wt% 내지 90wt%로 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 미세 섬유 직물은, 상기 고분자 물질과 상기 조성물을 포함하여 이루어진 고분자 용액을 전기 방사함으로써 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 미세 섬유 직물은, 다공성 구조를 포함하고, 정화 장치(예: 공기 정화 장치, 수처리기, 마스크)의 필터(101; 211; 325)의 적어도 일부를 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 조성물은, 10wt% 내지 70wt%의 에탄올(ethanol), 7wt% 내지 11wt%의 물 또는 0 내지 4wt%의 글리세린(glycerin) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 조성물은 0 내지 1wt%의 황산 도데실 나트륨(Sodium dodecylsulfate)을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 고분자 물질은 7wt% 내지 11wt%의 셀룰로오스 아세테이트를 포함하고, 상기 조성물은 60wt% 내지 75wt%의 에틸 유산염, 11wt% 내지 15wt%의 에탄올, 1wt% 내지 3wt%의 글리세린 및 8 내지 10wt%의 물을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 고분자 물질은 8wt% 내지 12wt%의 셀룰로오스 아세테이트를 포함하고, 상기 조성물은 64wt% 내지 79wt%의 에틸 유산염, 12 내지 15wt%의 에탄올 및 3wt% 내지 5wt%의 글리세린을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 고분자 물질은 8wt% 내지 12wt%의 셀룰로오스 아세테이트를 포함하고, 상기 조성물은 67wt% 내지 82wt%의 에틸 유산염 및 13wt% 내지 17wt%의 에탄올을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 고분자 물질은 8wt% 내지 12wt%의 에틸 셀룰로오스를 포함하고, 상기 조성물은 66wt% 내지 81wt%의 에틸 유산염, 13wt% 내지 16wt%의 에탄올 및 1wt% 내지 3wt%의 글리세린을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 고분자 물질은 8wt% 내지 12wt%의 셀룰로오스 아세테이트를 포함하고, 상기 조성물은 64wt% 내지 80wt%의 에틸 유산염 및 16wt% 내지 20wt%의 에탄올을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 고분자 물질은 3wt% 내지 7wt%의 에틸 셀룰로오스를 포함하고, 상기 조성물은, 32wt% 내지 40wt%의 에틸 유산염을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 조성물은, 폴리비닐 아세테이트(polyvinyl acetate) 및 폴리에틸렌글리콜(polyethylene lycol)을 에틸 유산염의 질량의 1/5 이하로 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 조성물은, 3wt% 내지 6wt%의 폴리비닐 아세테이트(polyvinyl acetate), 1wt% 내지 2wt%의 폴리에틸렌글리콜(polyethylene lycol), 40wt% 내지 50wt%의 에탄올 및 7wt% 내지 11wt%의 물을 더 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 미세 섬유 직물의 제조 방법이 제공될 수 있다. 상기 미세 섬유 직물의 제조 방법은, 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate) 또는 에틸 셀룰로오스(ethyl cellulose)를 포함하는 고분자 물질 및 에틸 유산염(ethyl lactate) 또는 에틸 아세테이트(ethyl acetate)를 포함하는 조성물로 구성된 고분자 용액을 준비하는 동작(11) 및 미세 섬유 직물을 형성하도록 상기 고분자 용액을 전기 방사하는 동작(12)을 포함할 수 있다. 상기 고분자 물질과 상기 에틸 유산염의 질량비 또는 상기 고분자 물질과 상기 에틸 아세테이트의 질량비는 약 1: 45 내지 약 2:1일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 동작(11)에서, 상기 고분자 용액은 2wt% 내지 20wt%의 고분자 물질 및 10wt% 내지 90wt%의 조성물을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 동작(11)에서, 상기 조성물은 10wt% 내지 70wt%의 에탄올(ethanol), 7wt% 내지 11wt%의 물 또는 0 내지 4wt%의 글리세린(glycerin) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 고분자 물질은 7wt% 내지 12wt%의 셀룰로오스 아세테이트를 포함할 수 있다. 상기 조성물은 60wt% 내지 82wt%의 에틸 유산염을 포함할 수 있다. 상기 고분자 용액은 17℃ 내지 23℃의 온도 조건에서 0.5mL/h 내지 2.5mL/h의 유량으로 전기 방사될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 고분자 물질은 3wt% 내지 7wt%의 에틸 셀룰로오스를 포함할 수 있다. 상기 조성물은 32wt% 내지 40wt%의 에틸 유산염을 포함할 수 있다. 상기 고분자 용액은 23℃ 내지 27℃의 온도 조건에서 2mL/h 내지 3mL/h의 유량으로 전기 방사될 수 있다.
본 개시의 실시예들에 따르면, 전기방사로 제조 가능하고 소비자의 건강과 환경에 화학적으로 무해한 생분해성의 셀룰로오스계 고분자 기반의 미세 섬유 직물이 제공될 수 있다.
본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
앞서 본 개시의 실시예들을 설명하였으나, 상술일 실시예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니라 예시를 위한 것으로 이해되어야 할 것이다. 첨부된 청구항과 그 균등물을 포함하여, 본 개시의 전체 관점에서 벗어나지 않는 범위에서 그 형식과 세부적인 구성에 다양한 변화가 이루어질 수 있음은 당업자에게 자명하다 할 것이다.
본 문서의 일 실시예 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술적 특징들을 특정일 실시예로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 아이템에 대응하는 명사의 단수 형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 상기 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", "A 또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C", "A, B 및 C 중 적어도 하나", 및 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들 중 어느 하나, 또는 그들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제1", "제2", 또는 "첫째" 또는 "둘째"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 해당 구성요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다. 어떤(예: 제1) 구성요소가 다른(예: 제2) 구성요소에, "기능적으로" 또는 "통신적으로"라는 용어와 함께 또는 이런 용어 없이, "커플드" 또는 "커넥티드"라고 언급된 경우, 그것은 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로(예: 유선으로), 무선으로, 또는 제3 구성요소를 통하여 연결될 수 있다는 것을 의미한다.
본 문서의 일 실시예에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구현된 유닛을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로와 같은 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는, 상기 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 예를 들면, 일 실시예에 따르면, 모듈은 ASIC(application-specific integrated circuit)의 형태로 구현될 수 있다.
본 문서의 일 실시예는 기기(machine)(예: 전자 장치(101)) 의해 읽을 수 있는 저장 매체(storage medium)(예: 내장 메모리(136) 또는 외장 메모리(138))에 저장된 하나 이상의 명령어들을 포함하는 소프트웨어(예: 프로그램(140))로서 구현될 수 있다. 예를 들면, 기기(예: 전자 장치(101))의 프로세서(예: 프로세서(120))는, 저장 매체로부터 저장된 하나 이상의 명령어들 중 적어도 하나의 명령을 호출하고, 그것을 실행할 수 있다. 이것은 기기가 상기 호출된 적어도 하나의 명령어에 따라 적어도 하나의 기능을 수행하도록 운영되는 것을 가능하게 한다. 상기 하나 이상의 명령어들은 컴파일러에 의해 생성된 코드 또는 인터프리터에 의해 실행될 수 있는 코드를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장 매체는, 비일시적(non-transitory) 저장 매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, '비일시적'은 저장 매체가 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장 매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다.
일 실시예에 따르면, 본 개시의 일 실시예에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory(CD-ROM))의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어TM)를 통해 또는 두 개의 사용자 장치들(예: 스마트 폰들) 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 기술한 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있으며, 복수의 개체 중 일부는 다른 구성요소에 분리 배치될 수도 있다. 일 실시예에 따르면, 전술한 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성요소는 상기 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 상기 통합 이전에 상기 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 상기 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.

Claims (15)

  1. 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate) 또는 에틸 셀룰로오스(ethyl cellulose)를 포함하는 고분자 물질; 및
    에틸 유산염(ethyl lactate) 또는 에틸 아세테이트(ethyl acetate)를 포함하는 조성물을 포함하고,
    상기 고분자 물질과 상기 에틸 유산염의 질량비 또는 상기 고분자 물질과 상기 에틸 아세테이트의 질량비는 1: 45 내지 2:1인, 미세 섬유 직물.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 고분자 물질을 2wt% 내지 20wt%로 포함하는, 미세 섬유 직물.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 조성물을 10wt% 내지 90wt%로 포함하는, 미세 섬유 직물.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고분자 물질과 상기 조성물을 포함하여 이루어진 고분자 용액을 전기 방사함으로써 형성된, 미세 섬유 직물.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    다공성 구조를 포함하고, 정화 장치의 필터(101; 211; 325)의 적어도 일부를 형성하는, 미세 섬유 직물.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물은, 10wt% 내지 70wt%의 에탄올(ethanol), 7wt% 내지 11wt%의 물 또는 0 내지 4wt%의 글리세린(glycerin) 중 적어도 하나를 더 포함하는, 미세 섬유 직물.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 조성물은 0 내지 1wt%의 황산 도데실 나트륨(Sodium dodecylsulfate)을 더 포함하는, 미세 섬유 직물.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 고분자 물질은 7wt% 내지 11wt%의 셀룰로오스 아세테이트를 포함하고,
    상기 조성물은 60wt% 내지 75wt%의 에틸 유산염, 11wt% 내지 15wt%의 에탄올, 1wt% 내지 3wt%의 글리세린 및 8 내지 10wt%의 물을 포함하는, 미세 섬유 직물.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 고분자 물질은 8wt% 내지 12wt%의 셀룰로오스 아세테이트를 포함하고,
    상기 조성물은 64wt% 내지 79wt%의 에틸 유산염, 12 내지 15wt%의 에탄올 및 3wt% 내지 5wt%의 글리세린을 포함하는, 미세 섬유 직물.
  10. 제7 항에 있어서,
    상기 고분자 물질은 8wt% 내지 12wt%의 셀룰로오스 아세테이트를 포함하고,
    상기 조성물은 67wt% 내지 82wt%의 에틸 유산염 및 13wt% 내지 17wt%의 에탄올을 포함하는, 미세 섬유 직물.
  11. 제7 항에 있어서,
    상기 고분자 물질은 8wt% 내지 12wt%의 에틸 셀룰로오스를 포함하고,
    상기 조성물은 66wt% 내지 81wt%의 에틸 유산염, 13wt% 내지 16wt%의 에탄올 및 1wt% 내지 3wt%의 글리세린을 포함하는, 전자 장치.
  12. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고분자 물질은 8wt% 내지 12wt%의 셀룰로오스 아세테이트를 포함하고,
    상기 조성물은 64wt% 내지 80wt%의 에틸 유산염 및 16wt% 내지 20wt%의 에탄올을 포함하는, 미세 섬유 직물.
  13. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고분자 물질은 3wt% 내지 7wt%의 에틸 셀룰로오스를 포함하고,
    상기 조성물은, 32wt% 내지 40wt%의 에틸 유산염을 포함하는, 미세 섬유 직물.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 조성물은, 폴리비닐 아세테이트(polyvinyl acetate) 및 폴리에틸렌글리콜(polyethylene lycol)을 에틸 유산염의 질량의 1/5 이하로 더 포함하는, 미세 섬유 직물.
  15. 제13 항 또는 제14 항에 있어서,
    상기 조성물은, 3wt% 내지 6wt%의 폴리비닐 아세테이트, 1wt% 내지 2wt%의 폴리에틸렌글리콜, 40wt% 내지 50wt%의 에탄올 및 7wt% 내지 11wt%의 물을 더 포함하는, 미세 섬유 직물.
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