KR100190425B1 - 엘렉트레트 필터 - Google Patents

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KR100190425B1
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고다 시게노리
미쓰이 가가쿠 가부시끼가이샤
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Abstract

순수에 대한 습윤시의 접촉각이 95°이상인 수지로된 엘렉트레트 필터, 또한, 실리콘오일의 배합에 의하여, 순수에 대한 습윤시의 접촉각이 95°이상으로 조정된 수지로 제조된 엘렉트레트 필터가 제공된다.
이러한 엘렉트레트 필터는, 포착효율이 높고 입자, 특히 담배연기의 포착능력이 높으며, 연속사용해도 손상되지 않는다.
따라서, 가정용과 공업용 에어콘, 공기청정기, 팬히터, 진공청정기, 일반설비용 공기조화시스템 등의 다양한 분야에서 필터매체로서 유리하게 사용된다.

Description

엘렉트레트 필터
제1도는 순수에 의한 습윤(wetting)시의 접촉각을 측정하기 위한 수적(liqud droplet)법을 설명하는 도면.
제2도는 실시예 1∼15와 비교예 1∼15에서 제조된 필터 샘플의 담배연기 흡착성능을 시험하는데 사용되는 장치의 개략도.
제3도는 상기 필터 샘플들의 포집효율을 측정하는데 사용되는 장치의 개략도.
본 발명은 엘렉트레트 필터(electret filter)에 관한 것이며, 보다 구체적으로는, 포집성 등이 우수하고, 특히 담배연기에 대한 포집성능이 안정적으로 보지되는 엘렉트레트 필터에 관한 것이다.
엘렉트레트 필터는 가정용 및 공업용 에어콘, 공기청정기, 진공청정기, 팬히터 및 분진, 연기, 기타 입상 오염물을 포집하여 주위공기를 청정화하는 공기조화 시스템 등 다양한 용도에서 필터매체로서 사용된다. 이러한 엘렉트레트 필터는 통상, 폴리프로필렌 등의 중합체로된 부직포를 엘렉트레트로 가공함으로써 제조한다.
그러나, 이러한 종래의 엘렉트레트 필터는 그의 담배 연기 포집성능이 흡착량에 따라 현저히 저하되어 안정적으로 보지될 수 없기 때문에, 담배 연기를 흡착하는데 적합성이 높지 않았다는 문제점이 있었다.
이러한 배경하에서, 본 발명을 완성하였으며, 본 발명의 목적은 연속사용해도 포집성능 특히 담배연기를 흡착하는 포집성능이 저하되지 않고, 양호한 포집성능을 안정하게 보지할 수 있는 이점을 갖으므로, 에어콘, 공기청정기 등의 필터 매체로서 적합한 엘렉트레트 필터를 제공하는데 있다.
공기중의 현탁물질인 담배연기는 액체입자로 구성돼 있다.
이러한 액체상 연기입자들이 필터표면에 부착되면, 필터의 섬유상 표면을 피복하여, 엘렉트레트화 가공에 의해 필터표면상에 형성된 전하의 작용을 저해한다.
이로인하여, 상기 엘렉트레트 필터의 담배 연기포착성능의 급격한 저하를 야기할 수 있다.
이러한 배경하에서 본 발명자는, 상기 종래 필터와는 달리, 담배연기 포집성능의 급격저하가 없는 필터를 얻고자 연구하였다. 그 결과, 본 발명자는 순수에 대한 습윤시의 접촉각이 소정치보다 큰 재료로 부터 제조된 필터에 의해 상기 목적을 달성할 수 있음을 밝혀냈다.
따라서, 본 발명의 상기 목적은, 순수에 대한 습윤시의 접촉각이 95°이상인 수지로 제조한 엘렉트레트 필터에 의해 달성할 수 있다.
또한, 상기 목적은 실리콘오일을 첨가함으로써, 순수에 대한 습윤시의 접촉각을 95°이상으로 조정한 수지로 제조한 엘렉트레트 필터에 의해서 달성했다.
양호한 일실시예에서는, 상기 실리콘오일은 0.05∼5중량%의 양으로 사용할 수 있다.
본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 엘렉트레트 필터를 제조할 수 있는 수지는, 순수에 대한 습윤시 접촉각이 95°이상, 바람직하게는 100∼110°의 범위내 인한, 특정 종류에 한정되지 않는다. 한정되지는 않으나, 그 예를 들면, 폴리-4-메틸-1-펜텐, 폴리테트라후루오로에테르(PTFE), 후루오로에틸렌-프로필렌 공중합체(FEP) 및 퍼후루오르알콕시 불소수지(PFA)와, 또한 이들 수지를 불포화 카르복시산(예, 무수말레인산), 불포화에폭시화합물 및 올레핀성 불포화 결합을 갖는 유기 규소화합물 및 유기 불소화합물 등으로 변성한 변성물등을 들 수 있다. 이러한 수지들은, 임의적으로 다른 수지, 첨가제 등을 함유할 수 있다.
이러한 임의적 수지의 예를 들면, 폴리카보네이트수지, 폴리아미드계수지, 폴리에스테르계수지 및 폴리아크릴계수지 등을 들 수 있다. 첨가제의 예를 들면, 내열안정제, 내후안정제, 안티블록킹제 및 무기 또는 유기 충전제를 들 수 있다.
순수에 대한 습윤시의 접촉각이 95°미만인 수지들은 엘렉트레트 필터의 재료로서 사용하기에 부적합하다. 순수에 대한 습윤시의 접촉각이 95°미만인 상기 수지의 예를 들면, 호모폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리카보네이트 등을 들 수 있다. 그러나 순수에 대한 습윤시의 접촉각을 실리콘오일을 첨가하여 95°이상으로 조정하면 상기 수지들도 효과적으로 사용할 수 있다. 여기서, 실리콘오일의 첨가량은 0.05∼5중량%, 바람직하게는 0.1∼1.0 중량% 이다. 유용한 실리콘오일의 예를 들면, 디메틸 실록산계 실리콘오일, 메틸히드로겐 폴리실록산계 실리콘 오일, 아미노-변성 실리콘 오일, 에폭시-변성 실리콘 오일, 카복시-변성 실리콘 오일 등이 있다. 실리콘 오일의 첨가량이 0.05%중량% 미만이면, 목적효과를 달성할 수 없다.
실리콘오일의 첨가량이 5중량%를 초과하면 블렌드의 성막성이 손상되고, 엘렉트레트 필터의 생산성이 급격저하된다.
대전을 위해 공급되는 전압은, 전극들의 형상과 전극간 거리등의 인자에 따라 가변적이다. 전극간 거리가 8㎜이면, 5KV 이상의 전압, 바람직하게는 6∼10KV를 시료에 공급한다.
각종 방법, 예를들면, 1쌍의 전극간의 시료를 DC 전압하에 통과시키는 것, 시료의 표면에 코로나 방전 또는 펄스화 고전압을 걸어 주는 것, 적정 유전재료로 보지한 시료양면에 DC 고전압을 걸어주는 것 및 광조명하에 시료에 전압을 걸어주는 것 등의 방법으로 전하를 걸어줄 수 있다.
본 발명의 엘렉트레트 필터의 두께는, 목적용도와 요구되는 포착성능등의 인자를 고려하여 적합하게 선택할 수 있다. 통상, 상기 필터의 두께는, 약 10∼약 300g/㎡, 바람직하게는 약 20∼약 150g/㎡이다.
또한, 본 발명의 엘렉트레트 필터의 전하량은, 목적용도와 기타 인자를 고려하여 적정하게 조정할 수 있으며 ; 통상 상기 필터의 전하는 약 10∼50 × 10-9C/㎠ 이다. 상기 엘렉트레트 필터의 재료인 수지의, 순수 대한 습윤시의 접촉각은, 제1도에 도시된 수적법에 의해 측정 할 수 있다. 즉 ;
광학미러(mirror)내의 각 판 및 가동 크로스(cross)를 이용하여 수지쉬트(11)상의 순수(12)의 수적의 꼭지점(13)을 제도법으로 결정하고/2의 값을 직접 읽고 ; 이 각도를 2배하여 접촉각를 구하며, 이 각도는, 상기 수지 쉬트(11)와 상기 수적(12)에 접하는 선(14)이 형성하는 각도이다.
본 발명을 하기 실시예들로써 설명하나, 본 발명이 이들 실시예에 한정되지는 않는다.
(실시예1)
폴리-4-메틸-1-펜텐 수지의 팽창필름(밀도 ; 0.833; m.p : 240 C : ASTM D1238에 의해 측정한 용융유속 : 26g/10분 ; 순수에 대한 습윤시의 접촉각 : 1022)을 사용했다.
대전된 섬유를 길이 90㎜로 절단하고, 개편기(opening card)로 보풀을 일게 있다.
상기 면상의 섬유를 웨브 포오밍 머신(web forming machine)에 공급하여 웨브로 형성했다. 다음, 상기 웨브를 펠러(Feller)사제 기계로 니들 펀치(needle-punch)하여, 공기밀도가 100g/㎡, 두께가 2㎜인 엘렉트레트 필터샘플(30×30㎝)을 제조했다.
상기 필터샘플을 하기 방법으로 담배연기 흡착시험을 하고, 10 또는 20 개피의 연기 흡착후, 연기 포착율의 보지율(%)을 구했다. 그 결과를 표1에 나타냈다.
(담배연기 흡착시험)
시험장치의 구성은 제2도에 도시된 바와 같았으며 ; 필터 샘플(2)(150㎜×150㎜)을 장착한 흡인장치(3)를 포함한 박스(1)(용량 : 1㎡)로 구성돼 있다. 상기 박스(1)내에서, 소정수의 담배를 연소시켜 내부를 담배연기로 채웠다. 이와 동시에, 상기 흡연장치(3)를 작동시켜, 박스(1)내의 분진밀도가 디지탈 분진계(4)(시바다 가가꾸사제, P5H)로 측정시 0.1㎎/㎡까지 상승될때 까지, 면풍속 0.5m/sec로 담배연기를 상기 필터샘플(2)내에 포집했다. 담배연기 흡착전후에, 상기 필터 샘플(2)의 포착효율을 측정하여, 이 포착효율의 보지효율을 E1/E0×100(%)로서 산출했다. 여기서, E0는 흡착전의 효율이고, E1은 흡착후의 효율이다.
(포착효율의 측정)
측정장치의 기본구성을 제3도에 나타냈다. 에어로졸발생기(니혼 가가꾸 고오교오사제, 도시안함)로 제조한 염화나트륨(NaCℓ)입자(크기 : 0.3㎛)를, 담체로서 사용되는 정정공기에 의해 체임버(chamber)(6)내로 공급했다. 이 체임버(6)내의 NaCℓ의 농도가 2∼6 × 108/㎠이 된 후에, 흡인장치(도시안함)에 의하여, 상기 체임버(6)저부에 설치된 필터샘플(7)을 통해서 화살표A 방향으로 흡인했다. 상기 필터를 통과하는 풍속이 일정하게 됐을때(v=50㎝/sec), 필터 샘플(7)의 상측(8)과 하측(9)의 각각의 NaCℓ 입자의 농도 CIN과 COUT를 입자카운터(리온사제 KC-01B5)로 측정하고, 포집효율 E를 하기식에 의해 산출했다.
(실시예 2)
상기 폴리-4-메탈-1-펜턴 필름대신에, 다이낀사제 상표명 네온후론 필름 NF0025으로 시판되는 후루오르에틸렌-프로필렌 공중합체(FEP)필름(순수에 대한 습윤시의 접촉각 : 1010)으로 바꾼 외에는, 실시예 1과 동일하게 필터 샘플을 제조했다. 이 샘플을 담배연기 흡착시험 하고, 그의 포착효율의 보지율(%)을 구했다. 그 결과를 표1에 나타냈다.
(비교예 1-5)
상기 폴리-4-메탈-1-펜텐 대신에, 호모폴리프로필렌(ASTM D1238-65T 에 의해 측정한 멜트인덱스 : 0.5), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리메틸 메타크릴레이트(PPMA), 폴리카보네이트(PC)와, 폴리 프로필렌/부수말레인산 변성 폴리프로필렌/폴리카보네이트(90/5/5 중량%)를 사용한 외는, 실시예 1과 동일하게 실시하여 필터 샘플들을 제조했으며, 그 순수에 대한 습윤시의 접촉각을 표1에 나타냈다. 이 샘플들을 담배연기 흡착시험 하여, 포착효율의 보지율(%)을 실시예 1과 같이 구했다. 그 결과를 표1에 나타냈다.
(실시예 3)
폴리프로필렌(ASTM D1238에 의한 MFR : 0.5g/10분, 밀도 : 0.91g/cc ; 미쓰이 세끼유 가가꾸사제 호모폴리프로필렌 B200) .... 90%
무수마레인산 변성 폴리프로필렌(미쓰이 세끼유 가가꾸사제 GR-2, 시판안됨) .... 5%
폴리카보네이트(제네랄 엘렉트레트사제 렉산 #101) ...... 5%
디메틸 실록산(도레이 실리콘사제, SH-200) .... 0.1 중량부.
상기 조성의 혼합물을 단축압출기(스크류 직경 : 40㎜)에 공급하여, 용융, 혼합하여, 펠레트로 성형했다. 다음, 상기 펠레트로 부터 얻은 필름을 실시예 1과 같이 처리하여, 필터 샘플을 제조했다.
상기 필터샘플을 실시예 1과 같이 담배연기 흡착시험 하고, 포착효율의 보지율(%)을 구했다. 그 결과를 표1에 나타냈다. 디메틸실록산을 첨가함으로서 순수에 대한 습윤시의 접촉각도가 89°에서 97°로 변경되었으며, 비교예 5의 포착효율 30%, 19%가 실시예 3에서 46%, 32%로 비교예 5에 비하여 향상 됐다.
(실시예 4)
폴리프로필렌(ASTM D1238에 의한 MFR이 0.5g/10분, 밀도가 0.91g/cc인 호모폴리프로필렌) .... 90%
무수 말레인산 변성 폴리프로필렌 .... 5%
폴리카보네이트 .... 5%
디메틸 실록산(도레이 실리콘사제, SH-200) .... 0.3 중량부
실시예 1과 동일한 방법으로 상기 조성물의 혼합물로 부터 필터 샘플을 제조했다. 이 샘플을 실시예 1과 같이 담배연기 흡착시험 하고, 그 포착효율의 보지율(%)을 구했다. 그 결과들을 표1에 나타냈다.
(실시예 5)
폴리프로필렌(ASTM D1238에 의한 MFR이 0.5g/10분, 밀도가 0.91g/cc인 호모폴리프로필렌) .... 90%
무수 말레인산 변성 폴리프로필렌 .... 5%
폴리카보네이트 .... 5%
디메틸 실록산(도레이 실리콘사제, SH-200) .... 0.5 중량부
실시예 1과 동일한 방법으로 상기 조성물의 혼합물로 부터 필터 샘플을 제조했다. 이 샘플을 실시예 1과 같이 담배연기 흡착시험 하고, 그 포착효율의 보지율(%)을 구했다. 그 결과들을 표1에 나타냈다.
(실시예 6)
폴리프로필렌(ASTM D1238에 의한 MFR이 0.5g/10분, 밀도가 0.91g/cc인 호모폴리프로필렌) .... 90%
무수 말레인산 변성 폴리프로필렌 .... 5%
폴리카보네이트 .... 5%
디메틸 실록산(도레이 실리콘사제, SH-200) .... 1.0 중량부
실시예 1과 동일한 방법으로 상기 조성물의 혼합물로 부터 필터 샘플을 제조했다. 이 샘플을 실시예 1과 같이 담배연기 흡착시험 하고, 그 포착효율의 보지율(%)을 구했다. 그 결과들을 표 1에 나타냈다.
(실시예 7)
폴리프로필렌(ASTM D1238에 의한 MFR이 0.5g/10분, 밀도가 0.91g/cc인 호모폴리프로필렌) .... 90%
무수 말레인산 변성 폴리프로필렌 .... 5%
폴리카보네이트 .... 5%
에폭시 변성 실리콩오일(도레이 실리콘사제, SH-8413) .... 1.0 중량부
실시예 1과 동일한 방법으로 상기 조성물의 혼합물로 부터 필터 샘플을 제조했다. 이 샘플을 실시예 1과 같이 담배연기 흡착시험 하고, 그 포착효율의 보지율(%)을 구했다. 그 결과들을 표 1에 나타냈다.
(실시예 8)
폴리프로필렌(ASTM D1238에 의한 MFR이 0.5g/10분, 밀도가 0.91g/cc인 호모폴리프로필렌) .... 90%
무수 말레인산 변성 폴리프로필렌 .... 5%
폴리카보네이트 .... 5%
에폭시 변성 실리콘오일(도레이 실리콘사제, SH-8413) .... 0.3 중량부
실시예 1과 동일한 방법으로 상기 조성물의 혼합물로 부터 필터 샘플을 제조했다. 이 샘플을 실시예 1과 같이 담배연기 흡착시험 하고, 그 포착효율의 보지율(%)을 구했다. 그 결과들을 표 1에 나타냈다.
(실시예 9)
폴리프로필렌(ASTM D1238에 의한 MFR이 0.5g/10분, 밀도가 0.91g/cc인 호모폴리프로필렌) .... 90%
무수 말레인산 변성 폴리프로필렌 .... 5%
폴리카보네이트 .... 5%
아미노 변성 실리콘오일(도레이 실리콘사제, SH-8417) .... 0.1 중량부
실시예 1과 동일한 방법으로 상기 조성물의 혼합물로 부터 필터 샘플을 제조했다. 이 샘플을 실시예 1과 같이 담배연기 흡착시험 하고, 그 포착효율의 보지율(%)을 구했다. 그 결과들을 표 1에 나타냈다.
(실시예 10)
폴리프로필렌(ASTM D1238에 의한 MFR이 0.5g/10분, 밀도가 0.91g/cc인 호모폴리프로필렌) .... 90%
무수 말레인산 변성 폴리프로필렌 .... 5%
폴리카보네이트 .... 5%
아미노 변성 실리콘오일(도레이 실리콘사제, SH-8417) .... 0.3 중량부
실시예 1과 동일한 방법으로 상기 조성물의 혼합물로 부터 필터 샘플을 제조했다. 이 샘플을 실시예 1과 같이 담배연기 흡착시험 하고, 그 포착효율의 보지율(%)을 구했다. 그 결과들을 표 1에 나타냈다.
(실시예 11)
폴리프로필렌(ASTM D1238에 의한 MFR이 0.5g/10분, 밀도가 0.91g/cc인 호모폴리프로필렌) .... 90%
무수 말레인산 변성 폴리프로필렌 .... 5%
폴리카보네이트 .... 5%
카르복시 변성 실리콘오일(도레이 실리콘사제, SH-8418) .... 0.1 중량부
실시예 1과 동일한 방법으로 상기 조성물의 혼합물로 부터 필터 샘플을 제조했다. 이 샘플을 실시예 1과 같이 담배연기 흡착시험 하고, 그 포착효율의 보지율(%)을 구했다. 그 결과들을 표 1에 나타냈다.
(실시예 12)
폴리프로필렌(ASTM D1238에 의한 MFR이 0.5g/10분, 밀도가 0.91g/cc인 호모폴리프로필렌) .... 90%
무수 말레인산 변성 폴리프로필렌 .... 5%
폴리카보네이트 .... 5%
카르복시 변성 실리콘오일(도레이 실리콘사제, SF-8418) .... 0.3 중량부
실시예 1과 동일한 방법으로 상기 조성물의 혼합물로 부터 필터 샘플을 제조했다. 이 샘플을 실시예 1과 같이 담배연기 흡착시험 하고, 그 포착효율의 보지율(%)을 구했다. 그 결과들을 표 1에 나타냈다.
(실시예 13)
폴리프로필렌(ASTM D1238에 의한 MFR이 0.5g/10분, 밀도가 0.91g/cc인 호모폴리프로필렌) .... 90%
무수 말레인산 변성 폴리프로필렌 .... 5%
폴리카보네이트 .... 5%
카르복시 변성 실리콘오일(도레이 실리콘사제, SH-8418) .... 0.5 중량부
실시예 1과 동일한 방법으로 상기 조성물의 혼합물로 부터 필터 샘플을 제조했다. 이 샘플을 실시예 1과 같이 담배연기 흡착시험 하고, 그 포착효율의 보지율(%)을 구했다. 그 결과들을 표 1에 나타냈다.
(실시예 14)
폴리프로필렌(ASTM D1238에 의한 MFR이 0.5g/10분, 밀도가 0.91g/cc인 호모폴리프로필렌) .... 90%
무수 말레인산 변성 폴리프로필렌 .... 5%
폴리카보네이트 .... 5%
불소 변성 실리콘오일(도레이 실리콘사제, FS-1265) .... 0.1 중량부
실시예 1과 동일한 방법으로 상기 조성물의 혼합물로 부터 필터 샘플을 제조했다. 이 샘플을 실시예 1과 같이 담배연기 흡착시험 하고, 그 포착효율의 보지율(%)을 구했다. 그 결과들을 표 1에 나타냈다.
(실시예 15)
폴리프로필렌(ASTM D1238에 의한 MFR이 0.5g/10분, 밀도가 0.91g/cc인 호모폴리프로필렌) .... 90%
무수 말레인산 변성 폴리프로필렌 .... 5%
폴리카보네이트 .... 5%
불소 변성 실리콘오일(도레이 실리콘사제, FS-1265) .... 0.3 중량부
실시예 1과 동일한 방법으로 상기 조성물의 혼합물로 부터 필터 샘플을 제조했다. 이 샘플을 실시예 1과 같이 담배연기 흡착시험 하고, 그 포착효율의 보지율(%)을 구했다. 그 결과들을 표 1에 나타냈다.
표 1
본 발명의 엑렉트레트 필터는, 높은 포착효율, 입자, 특히 담배연기 포착능력을 갖으며, 연속 사용해도 손상되지 않는다. 따라서, 가정용 및 공업용 에어콘, 공기청정기, 팬히터, 진공청정기, 일반 설비용 공기조화시스템 등의 다양한 용도의 필터매체로서 유리하게 사용할 수 있다.

Claims (7)

  1. 순수에 대한 습윤시의 접촉각이 95° 미만인 수지와, 실리콘수지 0.05∼5중량%로 된
    순수에 대한 습윤시의 접촉각이 95° 이상인 수지조성물로 제조된 엘렉트레트 필터.
  2. 제1항에 있어서, 순수에 대한 습윤시의 접촉각이 95° 미만인 상기 수지가 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리메타크릴레이트 및 폴리카보네이트로 이루어진 군에서 선택한 것을 특징으로 하는 엘렉트레트 필터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 실리콘수지 함유량이 0.1∼1.0중량%인 것을 특징으로 하는 엘렉트레트 필터.
  4. 제1항에 있어서, 순수에 대한 습윤시의 접촉각이 95° 미만인 상기 수지가 폴리프로필렌인것을 특징으로 하는 엘렉트레트 필터.
  5. 제4항에 있어서, 순수에 대한 습윤시의 접촉각이 95° 이상인 상기 수지조성물이 무수말레이산으로 변성된 폴리프로필렌을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엘렉트레트 필터.
  6. 제5항에 있어서, 순수에 대한 습윤시의 접촉각이 95° 이상인 상기 수지조성물이 폴리카보네이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엘렉트레트 필터.
  7. 순수에 대한 습윤시의 접촉각이 95° 미만인 수지와, 실리콘수지 0.05∼5중량%로 된 순수에 대한 습윤시의 접촉각이 95° 이상인 수지조성물로 제조된 엘렉트레트 필터 섬유를 소정의 크기로 절단하고 ;
    상기 절단된 엘렉트레트섬유를 개면기와 접촉시켜 보풀을 일게 하고 ;
    상기 보풀이 일은 엘렉트레트섬유를 웨브로 형성하고 ;
    상기 웨브를 니들펀치하는 단계들로 이루어지는 바업에 의해 제조한 엘렉트레트 필터.
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