KR100219692B1 - 일렉트릿필터의제조방법 - Google Patents

일렉트릿필터의제조방법 Download PDF

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Abstract

포집효율이 우수한 일렉트릿 필터를 고효율로 제조하는 신뢰성 있는 방법이 제공된다. 본 방법은, 고분자 화합물로 구성된 필름을 얻고,
상기 필름을 스플리트하여, 스플리트 섬유사를 형성하고,
상기 스플리트섬유사를 호모하전처리하고,
상기 하전된 스플리트 섬유사로부터 일렉트릿필터를 제조하는 공정들로 이루어진다.

Description

일렉트릿필터의 제조장밥
제1도는 본 발명의 방법에 의해 제조된 일렉트릿필터(electret filter)의 포집효율을 측정키 위한 장치의 개략도.
본 발명은 일렉트릿 필터의 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은, 높은 포집효율로 미세입자들을 포집할 수 있는 일렉트릿 필터를 고효율로 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.
원료수지재를 필름상으로 성형한 후, 이 필름을 연신하기전, 또는 연신한 후 호모(homo) 하전처리를 실시하고, 다음, 상기 하전된 필름을 스필리트(split)하여 스플리트섬유를 얻고 얻어진 스플리트섬유를 포집하여, 원하는 필터형상으로 성형하는 공정에 의하여 일렉트릿 필터를 제조하는 방법이 알려져 있다.
상기와 같이 필름에 호모 하전처리를 행한 후 필름 스플리트처리를 행하는 방법에서는, 하전에 의해 필름의 표면이 산화되거나, 미소한 요철이 형성되기 때문에 필름의 강도가 저하되어 종종, 필름이 파단되는 문제가 있다.
또한 상기 필름의 호모하전시 필름의 전극에 대한 밀착성이 증가되어 필름파단의 원인이 된다. 필름파단이 발생되면 이 파단된 필름이 하전돼 있기 때문에 필름이 롤들에 감기기 쉬워서, 제조공정상 여러문제를 야기한다.
그러므로 본 발명의 목적은, 포집효율 등의 각종 성능이 우수한 일렉트릿 필터를 제조상의 문제점없이 안정하게 고효율로 신속히 제조할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명은, 고분자량 화합물로 구성된 필름을 얻고,
상기 필름을 스플리트하여, 스플리트섬유사를 형성하고,
상기 스플리트섬유사를 호모하전처리하고,
상기 하전된 스플리트섬유사로부터 일렉트릿필터를 제조하는 공정들로 이루어지는 것이 특징인 일렉트릿 필터의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의한 일렉트릿 필터의 제조방법을 상세히 설명한다.
본 발명의 방법에서, 원료수지재로서 극성, 비극성, 결정성, 비정성의 고분자화합물 또는 이들의 혼합물을 사용하여 먼저, 필름을 성형한다.
상기 비극성 고분자 화합물의 예를들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 사불화 폴리에틸렌, 사불화 에틸렌-육불화 프로필렌 공중합체 등이 있다.
극성 고분자화합물은 예를들어 카르복시기, 에르테르기, 아미드기, 수산기, 에테르기, 니트릴기, 카보닐기, 염소원자등의 할로겐원자들로부터 선택된 극성기를 분자내에 갖는 것이다. 이 극성 고분자 화합물의 예를들면, 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 폴리테트라메틸렌 테레프탈레이트등의 폴리에스테르와; 나일론6, 나일론66 및 나일론12등의 폴리아미드류와; 폴리카보네이트류; 폴리메틸 메타크릴레이트아 폴리에틸아크릴레이트등의 폴리아크릴레이트류; 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체 수지류(AS 수지); 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합제 수지(ARS 수지); 폴리염화비닐; 폴리염화비닐리덴; 폴리에틸렌 트리후루오리트' 폴리아세탈; 폴리아크릴로니트릴등이 있다.
극성기를 갖는 단량제와 비극성 고분자 화합물을 그래프로 공중합시켜 제조된 변성된 비극성 고분자량화합물을 극성 고분자 화합물로서 사용할 수도 있다.
상기 변성된 비극성 고분자량 화합물의 예를 들면, 불포화카르복시산과 그의 유도체중에서 선택된 1이상의 화합물과 비극성 고분자량 화합물을 유기퍼옥시드등의 라디칼 중합개시 재존재하에서 그래프트 공중합시킴으로써 제조한 것들이 있다.
상기 비극성 고분자량 화합물의 그래프트 변성에 사용할 수 있는 대표적인 불포화카르복시산과 그의 유도체로는 아크릴산; 메타크릴산; α-에틸아크릴산; 말레산, 푸마르산, 이타콘산, 시트라콘산, 데트라히드로프탈산, 메틸테트라 히드로프탈산, 엔도시스-비시클로[2, 2, 1] 헵토-5-엔-2, 3-디카르복시산(메틸나딕산)등의 불포화 디카르복시산과; 불포화 디카르복시산의 산할라이드, 아미드, 아미드, 산무수물, 에스테르등의 불포화 디카르복시산의 유도체류등이 있다.
상기 불포화 디카르복시산 유도체를 구체적으로 예를들면, 염화말레닐, 말레이미디, 무수말레인산 무수시트라콘산, 모노메틸말레인산, 디메틸말레인산등이 있다. 상기 불포화 카르복시산과 그의 유도체는 단독으로 또는 2종이상 혼합해서 사용할 수 있다. 이들중, 본발명의 방법에서는 불포화 카르복시산과 그들의 무수물이 바람직하고, 말레인산, 나딕산 및 이들의 무수물이 가장 좋다.
상기 변성된 비극성 고분자 화합물의 불포화 카르복시산 및 그의 유도체의 함유량, 다시 말해서 변성된 비극성 고분자화합물의 그래프트변성량은 통상, 0.05∼15중량%, 바람직하게는 0.5∼3중량%이다.
본발명에서, 상기 고분자 화합물은 단독, 또는 2종이상 혼합물을 사용하여 필름을 제조할 수 있다. 2종이상 고분자 화합물의 혼합물을 사용하는 경우, 극성 고분자화합물들의 혼합물, 비극성 고분자화합물들의 혼합물 또는 극성 고분자화합물과 비극성 고분자화합물을 사용할 수 있다. 상기 극성 고분자화합물은 변성된 비극성 고분자화합물을 부분적으로 함유할 수 있다.
비극성 고분자화합물과 극성 고분자화합물을 혼합하여 상기 필름제조에 사용하는 경우, 그 비극성 고분자화합물과 극성 고분자화합물의 혼합비는 중량비로 60∼99:0.5∼39.5, 바람직하게는 80∼95:1∼10이다. 또한, 극성 고분자화합물의 일부로서 변성 비극성 고분자화합물을 사용하는 경우, 그 함유비율은 통상, 조성물 전량에 대해서 약 0.5∼20중량%, 바람직하게는 약 4∼10중량%로 할 수 있다.
상기 필림 제조에 사용되는 고분자화합물은, 내열안정제, 내후안정제, 대정방지제, 슬립제, 안티블록킹(anti-blocking)제, 활제, 무기 또는 유기 충전제, 염료, 안료등을 임의적으로 함유할 수 있다.
본 발명의 방법에는 상기 고분자화합물을 필름으로 성형하고, 다음 이 필름을 스플리트하여 망상 스플리트 섬유사를 제조한다. 다음 상기 스플리트 섬유사를 호모 하전처리하여 일렉트렛화 스플리트 섬유사를 얻고, 이것을 사용하여 일렉트릿 필터를 제조한다.
상기 고분자화합물로 부터의 필름 성형은, 수지등으로된 필름을 제조하는데 통상 사용되는 임의의 바람직한 종래방법, 예를들어 연신필름압출법, T-다이를 사용한 슬롯다이 압출법, 캘린더링등의 방법으로 행할 수 있다.
상기 성형된 필름의 두께는 제품인 일렉트릿필터의 목부(deposition weight)량, 압력손실이 소망하는 값이 되도록 적정히 선택할 수 있다. 통상, 필름 두께는 10∼100㎛ 정도이고, 연신배율을 6∼10배로 하기 위해서는 20∼50㎛ 정도가 바람직하다.
적정히 연신한 후, 상기 필름을 예을들어 와이어필릿롤(sire fillet roll) 또는 침장착롤등의 스플리트 수단으로 스플리트하여 스플리트 섬유사를 얻는다.
상기 필름을 연신하는 경우, 연신은, 고분자화합물의 연화점이상 융점이하, 예를들면 130∼150℃ 정도로 가열하여 롤, 열판, 오븐등을 사용하여 필름의 종방향으로 행한다. 이때, 연신배율은 통상, 5∼10배정도이고, 연신 후의 성형안정성이 양호하고 그후의 연신된 필름의 스플리트가 용이한 점에서 약 6∼8배가 바람직하다.
상기에서 얻어진 스플리트 섬유사는 지관, 드럼등에 감거나 또는 감지 않고 그대로 다음 공정으로 공급할 수 있다.
다음은, 상기 스플리트 섬유사를 호모하전처리하여, 이 스플리트섬유사를 일렉트릿으로 만든다. 상기 호모하전처리는 임의의 종래 일렉트렛화법에 의하여 행할 수 있다. 이러한 종래방법의 예를들면, 상기 스플리트 섬유사를 연화되기까지 가열하고, 직류고전압을 가하면서 냉각하여 일렉트릿화하는 열 일렉트릿화법; 스플리트 섬유사의 표면에 코로나 방전 또는 펄스상 고전압을 가하거나, 또는 스플리트섬유사의 양면을 유전체로 보지하고, 양면에 직류 고전압을 가하여 일렉트릿화하는 일렉트로-일렉트릿화법; 상기 스플리트 섬유사를 가압소성변형시켜 일렉트릿화하는 메카노(mechano) 일렉트릿화법; 스플리트 섬유사에 광조사하면서 전압을 가하여 일렉트릿화하는 오토(auto) 일렉트릿화하는 방법등이 있다. 이 방법들중에서, 상기 스플리트 섬유사를 가열 또는 가열하지 않고, 코로나 방전을 간헐적으로 가하는 방법고, 상기 스플리트섬유사를 침상 전극 쌍간에 샌드위치시켜서 코로나방전을 행하는 방법등이 바람직하다.
본발명의 방법에서는 상기와 같이 하전처리한 스플리트 섬유사를 예를들면 900mm로 절단하여 개면기에 걸어서 일렉트릿화 원면을 얻을 수 있다. 상기 일렉트릿화원면을 구성하는 섬유는 스플리트되는 필름의 두께, 연신배율, 스플리트정도등을 미리 선택함으로써 임의의 소망정도의 크기로 할 수 있다.
다음은, 얻어진 일렉트릿화 섬유를 수집하여 소망하는 형상으로 성형하여 일렉트릿 필터를 얻는다.
상기 일렉트릿화 섬유를 적합한 통상의 방법에 의하여 위이빙(weaving), 니팅(knitting), 터프트화(tufting)에 의하여 일렉트릿 필터로 성형하거나 또는 부직포로 성형한다. 대표적 방법의 예를들면 아니들펀칭(needle punching), 열본딩, 초음파본딩등의 방법에 의하여 제조할 수 있다.
본발명의 제조방법에 의하여 얻어지는 일렉트릿 필터는 예를들면 1㎛ 이하의 미립자를 효율좋게 포집할 수 있고, 따라서 에어필터, 에어클리너, 진공클리너용 필터, 에어콘용 필터 마스크등의 용도에 적합하다.
본발명을 실시에 및 비교예를 들어 보다 상세히 설명한다.
(실시예1)
폴리프로필렌(미쓰이세끼유가가꾸고오교오사제하이폴 B200, MFR(melt flow rat): 0.5g/10분(ASTM D1238에 의한 방법에 의해 측정)) 9000g, 폴리카보네이트(재네랄 일렉트릭사재, 렉산 101) 500g 및 무수말레인산 변성 폴리프로필렌(무수말레인산 그래프트변성량: 3중량%) 500g을 혼합하여 수지조성물을 제조했다.
상기 얻어진 수지조성물을 블로우필름 압출기(도시바 기까이사제)에 공급하여 240℃에서 두께 30㎛의 필름으로 성형했다. 다음은, 상기 필름을 135℃에서 길이방향으로 6.6배의 연신배율로 열판으로 연신하면서 와이어필릿롤에 걸어서 망상 스플리트 섬유사로 스플리트 했다. 얻어진 스플리트 섬유사를 인가전압 9KV(직류), 전극간격: 8mm의 코로나방전전극에 전류시간: 0.5초로 공급하여 하전처리를 행한후, 지관에 감았다. 상기 블로우필름압출의 단계에서 상기 지관에 감기까지의 단계를 포함하는 공정을 일정시간(5시간)동안 계속했다. 상기 연신된 필름을 상기 침 장착롤로 스플리트한 경우, 섬유사들이 미세하기 때문에 얻어진 스플리트 섬유사들이 파열된 경우가 종종 있었다. 그결과, 상기 파열된 스플리트 섬유사들이 상기 침장착롤상에 감겨서, 다음 필름자체가 장력에 의해 파열됐다. 장력에 의해 야기된 필름파열의 회수를 표1에 나타냈다. 이와같이 처리된 스플리트 섬유사들을 900mm의 스플리트 섬유사로 절단하여, 개면기에 걸어서 일렉트릿화 원면을 얻었다.
상기 일렉트릿화 원면을 웨브(web)형성기에 공급해서 웨브를 형성하고, 다음 니이들 펀치하여 100g/㎡, 두께 2mm의 일렉트릿 필터를 제조했다. 제조중 장력에 의해 야기된 필름파열의 회수를 표1에 나타냈다.
얻어진 이렉트릿필터의 포집효율을 하기 방법에 따라서 평가했다. 그 결과들을 표1에 나타냈다.
포집효율평가
제1도에 개략 도시된 측정장치를 사용하여 포집효율을 평가했다.
먼저, 에어로졸 발생기(1)(저팬사이언스사제)에서 입경 0.3㎛로 제조한 NaCl 입자를 에어필터(2)를 통과한 청정공기와 함께 채임버(3)에 공급했다. 채임버(3)내의 NaCl 입자농도가 일정농도 2∼6×106(개/ft3)로 된때, 블로어(blower)(4)를 작동시켜 채임버(3) 내의 기체를 유통경로(5)를 통하여 유량조정밸브(6)로 유량을 조정하면서 흡인했다. 유속계(7)에 의해서 측정되는 유통속도가 일정속도(0.5m/sec)로 된 때에, 상기 일렉트릿 필터(8)의 상류측과 하류측의 NaCl 입자의 농도 Cin과 Cout을 입자 카운터(9a)와 (9b)(리온사제, KC-01A)로써 각각 측정했다.
하기식에 의하여 포집효율을 산출했다:
포집효율=[1-(Cout/Cin)]×100(%)
(비교예1)
실시예1과 같은 방법으로 압출연신한 필름을 스플리트 섬유사로 스플리트하기전에 호모하전처리한 외는 실시예1과 동일하게 실시했다. 얻어진 일렉트릿 필터의 포집효율과 필름파열회수를 실시예1과 같이 평가했다. 그 결과를 표1에 나타냈다.
[표 1]
* 5시간 성형
본 발명의 방법에서는 상기 필름을 스플리트 한후, 상기 호모하전처리를 행하였다. 따라서 종래방법과 같이 필름 스플리트전에 행하는 하전에 의하여 필름의 표면이 산화되거나, 미소한 요철의 형성으로 인하여 필름의 강도가 저하되지 않으므로 제조중 필름이 파열되지 않으며 따라서 필름 파열에 의하여 하전된 필름이 롤등에 감기지 않고, 제조상의 문제가 발생치 않는다. 이 때문에 본발명의 방법에 의하면, 포집효율등의 각종 성능이 우수한 일렉트릿 필터를 종래방법에서와 같은 제조상의 문제없이 안정하게 고효율로 신속하게 제조할 수 있다.

Claims (10)

  1. 고분자 화합물로 구성된 필름을 얻고,
    상기 필름을 스플리트하여 스플리트 섬유사를 형성하고,
    상기 스플리트섬유사를 호모하전처리하고,
    상기 하전된 스플리트섬유사로부터 일렉트릿필터를 제조하는 공정들로 이루어진 것이 특징인 일렉트릿 필터의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 고분자 화합물이 비극성 고분자화합물, 극성 고분자화합물 및 변성된 비극성 고분자화합물로 이루어진 그룹에서 선택한 적어도 하나인 것이 특징인 일렉트릿 필터의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 변성된 비극성 고분자화합물이, 불포화카르복시산과 그의 유도체에서 선택한 1이상의 화합물로써 그래프트 공중합된 비극성 고분자화합물인 것이 특징인 일렉트릿 필터의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 변성된 비극성 고분자화합물의 상기 불포화 카르복시산 또는 그의 유도체 함량이 0.05∼15중량%인 것이 특징인 일렉트릿 필터의 제조방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 불포화 카르복시산과 그의 유도체가 불포화 디카르복시산 및 그의 유도체인 것이 특징인 일렉트릿 필터의 제조방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 불포화 디카르복시산 및 그의 무수물이 말레인산, 나딕산 및 그들의 무수물에서 선택한 적어도 하나인 것이 특징인 일렉트릿 필터의 제조방법.
  7. 제2항에 있어서, 상기 고분자화합물이 비극성 고분자화합물과, 극성 고분자화합물의 중량비 60∼99:0.5∼39.5의 혼합물인 것이 특징인 일렉트릿 필터의 제조방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 극성 고분자화합물이 0.5∼20중량%의 변성된 비극성 고분자화합물을 부분함유한 것이 특징인 일렉트릿 필터의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 필름을 10∼100㎛ 두께로 형성하는 것이 특징인 일렉트릿 필터의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 필름을 스플리트 단계전에 5∼10 연신배율로 연신하는 것이 특징인 일렉트릿 필터의 제조방법.
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