KR100442988B1 - 고유전율 정전 필터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고유전율 정전 필터 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 (a) 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF : poly vinylidene fluoride)와 폴리프로필렌(PP : polypropylene)을 혼합방사하여 섬유를 제조하는 섬유 제조단계, (b) 상기 섬유 제조단계에서 제조된 섬유를 분극처리하여 유전율을 향상시키는 분극처리단계, (c) 상기 분극처리단계에서 유전율이 향상된 섬유를 절단하여 스테플 섬유(staple fiber)를 제조하는 단섬유 제조단계; (d) 상기 단섬유 제조단계에서 제조한 스태플 섬유를 이용하여 실을 방적하는 실 제조단계; 및 (e) 상기 실 제조단계에서 제조한 실을 이용하여 직포를 만드는 제직단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고유전율 직포 제조방법과 상기 방법에 의하여 제조된 고유전율 정전 필터에 관한 것이다. 본 발명의 고유전율 직포로 제조한 정전필터는 미세입자 및 이온성 물질에 대한 여과능력이 우수하고, 정전기 보유력 수명이 길며, 또한 고유전율 직포로 정전걸레를 제조할 수 있다.

Description

고유전율 정전 필터{High electronic fiber contained filter}
본 발명은 고유전율 정전 필터 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고유전율 직포를 이용하여 제조한 정전필터 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
종래의 정전 섬유는 극세사를 이용하여 제조하고 제조한 정전직포는 효과적인 분진포집을 위하여 왁스로 후가공 처리하고 있다. 이러한 정전 직포는 미세한 입자의 분진 및 이온성 물질 등을 여과할 목적으로 정전 필터로 제조된다. 하지만 필터가 전하를 띠는 정전기 보유기간이 매우 짧아 실용적이지 못하고 세척시 후가공 처리된 왁스가 씻겨 나가 분진의 포집효율이 크게 감소한다.
또한 통상적으로 제조되는 정전필터는 대부분 부직포를 이용한 것이다. 부직포와 달리 직포는 섬유로 가공한 실을 통하여 짜여진다. 직포는 통상적인 방법으로 방적하거나 제직하는 중에 섬유의 밀도나 구조를 조절하여 직포에 미세한 기공을 형성시킬 수 있다. 따라서 일정한 미세기공을 포함하는 직포는 먼지의 여과를 위해서 필터로 적용되어 직포 중의 섬유사이의 미세한 기공들에 의하여 공기는투과되면서 먼지 등의 분진은 투과되지 못하도록 하여 공기로부터 먼지를 제거한다.
필터는 여과능이 우선적으로 고려되어야 한다. 특히 종래의 필터 및 방진마스크들은 주로 기계적 여과(Mechanical filtering)에 주로 의존하였다. 근래에 들어 미세한 입자의 분진 및 이온성 물질 등을 여과할 목적으로 정전필터에 대한 연구가 많이 연구되고 있으나 필터가 전하를 띠는 정전기 보유기간이 매우 짧아 실용적이지 못한 문제점이 있었다.
정전기 보유력을 향상시킬 목적으로 미국특허 제 5,645,627호에서는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리비닐 클로라이드 및 폴리메틸 메타아크릴레이트를 포함하는 중합체로 제조한 섬유에 전하를 집어넣는 방법을 사용하였으나 만족할만한 정전기 보유력의 향상은 이루지 못하였다.
따라서 필터의 여과능이 우수하면서도 정전기 보유력이 우수한 정전필터에 대한 개발은 여전히 요구되고 있는 실정이다.
또한 정전 필터에 사용되는 정전 섬유는 청소도구인 정전걸레(sweeper)를 제조하는 것에도 적용될 수 있다. 특히 컴퓨터나 TV 브라운관의 분진 등 미세물질의 청소를 위해서는 정전걸레가 정전기를 띠는 것이 좋다. 그러나 현재 시판되고 있는 정전걸레는 유전율이 낮거나 또는 정전기 보유기간이 짧은 문제점이 있으며, 정전걸레를 한번 세척한 후에 재사용시 분진의 포집률이 현저히 감소하는 문제점이 있었다. 그에 따라 고유전율을 가지며, 정전기 보유력이 좋으며, 세탁 후 재사용시에도 분진포집 성능의 감소가 적은 정전걸레의 필요성은 여전히 존재하고 있다.
따라서, 본 발명은 미세입자 크기의 분진 및 이온성 물질 등에 대한 여과능이 우수하면서도 정전기 보유력이 높아서 필터로서의 기능을 오랫동안 지속시킬 수 있는 고유전율 정전 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 미세분진을 제거할 수 있는 고유전율 정전 걸레를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 (a) 폴리비닐리덴플루오라이드 (PVDF : poly vinylidene fluoride)와 폴리프로필렌(PP : polypropylene)을 혼합방사하여 섬유를 제조하는 섬유 제조단계, (b) 상기 섬유 제조단계에서 제조된 섬유를 분극처리하여 유전율을 향상시키는 분극처리단계, (c) 상기 분극처리단계에서 유전율이 향상된 섬유를 절단하여 스테플 섬유(staple fiber)를 제조하는 단섬유 제조단계; (d) 상기 단섬유 제조단계에서 제조한 스태플 섬유를 이용하여 실을 방적하는 실 제조단계; 및 (e) 상기 실 제조단계에서 제조한 실을 이용하여 직포를 만드는 제직단계를 포함하는 방법으로 제조된 직포를 포함하는 고유전율 정전필터를 제공한다.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명자는 정전기 보유력이 우수한 직포를 제조하기 위하여 연구하던 중 섬유재료로서 압전성이 우수한 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF; Polyvinylidene fluoride)와 폴리프로필렌(PP; Polypropylene)을 원료로 섬유를 제조하고, 상기 섬유로 제조한 직포를 정전 필터 또는 정전 걸레로 사용할 경우 종래의 경우에 비하여 현저히 향상된 정전기 보유력을 갖게 됨을 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다.
먼저, 본 발명의 고유전율 직포 제조방법은 (a) 폴리비닐리덴플루오라이 드(PVDF : poly vinylidene fluoride)와 폴리프로필렌(PP : polypropylene)을 혼합방사하여 섬유를 제조하는 섬유 제조단계, (b) 상기 섬유 제조단계에서 제조된 섬유를 분극처리하여 유전율을 향상시키는 분극처리단계, (c) 상기 분극처리단계에서 유전율이 향상된 섬유를 절단하여 스테플 섬유(staple fiber)를 제조하는 단섬유 제조단계; (d) 상기 단섬유 제조단계에서 제조한 스태플 섬유를 이용하여 실을 방적하는 실 제조단계; 및 (e) 상기 실 제조단계에서 제조한 실을 이용하여 직포를 만드는 제직단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 섬유 제조단계에서는 폴리비닐리덴플루오라이드와 폴리프로필렌을 혼합방사하여 필라멘트의 섬유를 제조한다. 본 발명의 섬유제조방법은 통상의 습식방사법, 건식방사법, 용융방사법이 바람직하며 가장 바람직하게는 용융방사법이다.
여기에서 폴리비닐리덴플루오라이드의 함량은 1 내지 20 중량%, 폴리프로필렌의 함량은 99 내지 80 중량%인 것이 좋다. 폴리비닐리덴플루오라이드의 함량 1 내지 20 중량% 범위에서 폴리비닐리덴플루오라이드 함량의 증가에 따라 정전필터의 여과효율이 점차로 증가되며, 그 함량이 최적정치인 10 중량%에 이르면 정전필터의 여과효율은 거의 100 %에 이르게 된다.
제조되는 섬유의 직경은 5 내지 20 ㎛, 바람직하게는 10 내지 15 ㎛인 것이좋다. 섬유의 직경이 증가함에 따라 정전필터의 여과 효율은 감소하며, 상기 범위내의 두께에서 정전필터의 여과 효율이 높다.
상기 분극처리단계에서는 섬유 제조단계에서 제조된 섬유로 고유전율 정전 섬유를 제조한다. 상기 연신은 분극처리에 의한 것으로 상기 섬유에 유전율을 향상시킨다. 폴리비닐리덴플루오라이드는 α형태와 β형태가 있으며, 전하성이 높은 것은 β형태이다. 본 단계에서 섬유에 포함되어 있는 폴리비닐리덴플루오라이드의 α형태는 β형태로 바뀌어 높은 전하성을 띠게 된다.
상기 분극처리는 섬유를 감기/풀기/되감기 등을 반복하면서 전자빔이 차례로 적용되도록 주사(scanning)하여 주사된 부위에서 고하전의 전자빔의 충격으로 직포를 구성하는 고유전율 섬유의 분자내 전자분포를 분극(Polarization)시킨다. 이는 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 용이하게 이해될 수 있는 것이다.
상기 단섬유 제조단계에서는 상기 고유전율 섬유를 가공하여 스테플 섬유로 만든다. 스테플 섬유는 필라멘트사에서는 기대할 수 없는 성질의 실을 만들기 위하여 필라멘트를 적당한 길이로 절단하여 만든 것으로, 본 발명의 스테플 섬유는 30 mm 내지 60 mm의 길이인 것이 바람직하다.
상기 실 제조단계에서는 상기 스테플 섬유를 가공하여 롤러에 의해 섬유를 풀어준 다음 실로 제조하는 것이다. 섬유의 길이가 짧은 스테플 섬유는 섬유의 배열이 무질서한 상태로 공급되므로 이들 섬유를 잘 개섬하여 방적한다. 그 제조방법은 개면 및 혼면, 소면 및 정소면, 연조, 조방, 정방 순으로 이루어진다. 상기 실 제조단계는 당해 업자에겐 널리 알려진 통상의 기술로 실시한다. 본 발명의 실의 번수는 5수 내지 20수가 바람직하고, 꼬임의 강약은 꼬임의 수로 나타내어 길이 1인치(2.54cm)사이에 5개 내지 20개의 꼬임을 주는 것이 바람직하다.
상기 제직단계에서는 상기 실 제조단계에서 제조된 실로 직포를 제조한다. 상기 실을 단독으로 또는 다른 일반섬유들과 함께 혼섬하여 통상의 직포 제조방법에 따라 직포로 제조할 수 있으며, 특히 필터용으로 사용하기에 적절한 구조를 갖는 직포를 수득할 수 있다. 직포는 경사(經絲)와 위사(緯絲)를 직각으로 조합하여 일정한 폭과 길이와 두께를 지닌 일정한 길이로 연속된 평면상으로 통상의 직포제조방법을 통하여 만들다. 또한 본 발명에서 실에 다른 일반섬유들을 혼합할 경우 다른 일반섬유들의 혼합비는 분극처리하여 실 100 중량부에 대하여 일반섬유 200 중량부 이하를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 일반섬유들의 양이 200 중량부를 초과할 경우에는 제조되는 직포의 정전기 보유력이 떨어져 바람직하지 않다.
상기 직포 제조단계에서 실의 밀도는 특별히 제한을 받지 않으나, 정전필터의 여과능력과 경제성을 고려하여 볼 때 적절한 밀도를 다음에 명시한다. 직포의 밀도는 제직된 직물의 일정 구간내에 있는 경사 또는 위사의 가락수 나타내며, 구체적으로는 2.54 cm(인치)내의 위사 또는 경사의 가락수이다. 본 발명의 직포 밀도는 5 내지 20개의 위사 또는 경사가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 10 내지 15 이다.
또한 본 발명의 고유전율 직포 제조방법은 상기 직포 제조단계 이후에 직포 제조단계에서 제조된 직포를 플라즈마 처리, 코로나(corona)방전, 및 이온빔 처리로 이루어진 군으로부터 선택한 처리단계를 더욱 포함할 수 있다. 상기 플라스마처리는 산소 분위기하에서 100 KW, 0.1 토르(Torr)로 통상적인 방법을 실시하는 것이 바람직하다. 또한 상기 직포 제조단계 이후에 직포 제조단계에서 제조된 직포에 더욱 실시 할 수 있는 코로나 방전 또는 이온빔 처리는 통상의 방법으로 실시한다. 이러한 플라스마 처리, 코로나 방전 또는 이온빔 처리에 의하여 섬유의 동일 중량 대비 정전기력이 20 내지 50 % 상승시킬 수 있다.
또한 본 발명은 상기 방법에 의하여 제조된 고유전율 직포를 제공하는 바, 본 발명에 의하여 제조된 고유전율 직포는 정전기력이 높고, 정전기 보유기간이 장기간 유지되는 특징이 있다.
또한 본 발명은 상기 직포로 제조한 고유전율 정전필터를 제공한다. 상기 고유전율 정전필터를 제조하는 방법은 통상적으로 직포로 필터를 제조하는 필터제조방법들이 적용되며, 본 발명의 고유전율 정전필터는 특히 방진마스크, 공기필터 또는 진공청소기 등에 정전필터로 적용되는 것이 바람직하다. 본 발명의 고유전율 정전필터는 정전기력이 우수하여 이온성 물질 및 미세분진의 여과에 대하여 종래의 필터에 비하여 현저하게 향상된 여과효율을 나타내며, 정전기 보유기간이 길어 종래의 정전필터가 몇 번 사용하면 정전기력이 초기에 비하여 현격히 떨어지는 문제점이 있었으나 본 발명의 정전필터는 수십 회 사용하여도 정전기력이 초기 수준과 비슷한 수준으로 유지된다.
또한 본 발명은 상기 고유전율 직포로 제조한 고유전율 정전걸레를 제공한다. 상기 고유전율 정전걸레는 상기 직포를 적당한 크기로 재단하는 등의 통상의 방법을 통하여 제조된다. 본 발명의 고유전율 정전걸레는 높은 정전기력을 갖기때문에 청소효율이 우수하며, 정전기 보유기간이 길어 수명이 종래의 정전걸레에 비하여 현저하게 향상되는 특징이 있으며, 세탁 후에도 정전기 보유력이 우수하여 재사용 하더라도 분진포집 성능이 거의 초기와 같은 장점이 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
폴리비닐리덴플루오라이드 10 중량%와 폴리프로필렌 90 중량%를 혼합방사하여 섬유를 제조하고 상기 섬유를 분극처리한 다음 58 ㎛의 스테플 섬유로 절단하였다. 상기 유전율이 향상된 스테플 섬유를 이용하여 10번수, 1인치당 꼬임 15개의 실을 방적한 다음 1인치당 10개의 위사가 있도록 밀도를 조절하면서 통상적인 직포 제직방법으로 고유전율 직포를 제조하였다.
[실시예 2]
상기 실시예 1의 직포를 산소분위기에서 100 KW, 0.1 토르(torr)상으로 플라즈마 처리하는 단계를 실시하여 고유전율 직포를 제조하였다.
[비교예 1]
폴리프로필렌만으로 섬유를 제조하고, 상기 섬유로 직포를 제조하였으며, 분극처리 및 직포 제조방법을 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하였다.
[실험예 1]
본 발명에 의하여 제조된 고유전율 직포의 이온성 물질의 여과능력을 실험하기 위하여 NaCl 에어로졸(aerosol)시험법에 따라 여과시험을 하였다.
NaCl 에어로졸 시험법은 1 %의 염화나트륨(NaCl)용액을 가압, 승온하여 0.3 ㎛ 정도의 입경을 갖는 에어로졸(aerosol)형태로 공기 중에 분산시킨 후, 이를 시험할 필터를 유동 속력 34 L/min으로 통과하도록 하여 통과 후의 공기 중에 잔존하는 염화나트륨의 양을 측정하는 방법으로 상기 방법으로 실시하여 여과율을 백분율(%)로 나타내었다. 본 실험은 상기 실시예 1, 실시예 2와 비교예 1의 직포를 대상으로 여과율을 측정하였다. 상기 실험의 결과 본 발명에 따른 실시예 1의 직포의 경우에는 여과율이 99.0 %이었으며, 실시예 2의 직포는 여과율이 99.7 %, 비교예 1의 직포의 경우에는 거의 0 %에 육박할 정도로 여과성능을 보이지 못하였다. 상기 실험의 결과는 본 발명에 따른 직포가 이온성물질에 대하여 매우 우수한 여과효율을 가지는 것을 보여주며, 또한 플라즈마 처리를 할 경우 여과 성능이 더욱 우수해짐을 알 수 있다.
[실험예 2]
상기 실시예 1에서 제조한 직포를 정전걸레로 사용하였을 때 성능을 관찰하기 위하여 상기 실시예 1과 비교예 1로 컴퓨터 모니터의 먼지를 닦아 보았다. 본 발명에 따른 실시예 1의 직포가 비교예 1의 직포에 비하여 훨씬 잘 닦였다. 또한 1회 사용 후 상기 실시예 1과 비교예 1의 직포들을 물로 세척한 후 건조시켜 정전걸레로서 재사용할 수 있는지를 알아보았다. 본 발명에 따른 실시예 1의 직포는 처음 사용할 때와 유사한 정도로 컴퓨터 모니터의 먼지가 잘 닦였으나, 비교예 1의 직포는 먼지가 거의 닦이지 않아 재사용시 분진포집 성능이 현저히 떨어짐을 나타냈다. 본 실험의 결과는 본 발명에 따른 직포를 정전걸레로 사용할 경우 종래의 정전걸레에 비하여 분진포집 성능이 우수하며, 세탁 후 재사용시에도 성능이 거의 초기 수준으로 유지됨으로써 수명이 종래의 정전걸레에 비하여 현저히 향상되었음을 나타낸다.
상기에서 살펴보는 바와 같이, 본 발명에 의하여 제조된 고유전율 직포는 종래의 직포에 비하여 정전기 보유력이 우수하여 직포에 의해 제조한 고유전율 정전필터는 이온성 물질에 대한 여과 효율이 종래의 필터에 비하여 현저히 우수하며, 필터로서의 기능도 오랫동안 지속됨을 알 수 있다. 또한 본 발명의 직포를 이용한 고유전율 정전걸레는 정전기 보유력이 우수하여 청소기능이 우수하며, 수명이 현저히 연장되는 장점이 있다.

Claims (5)

  1. (a) 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF : poly vinylidene fluoride)와 폴리프로필렌(PP : polypropylene)을 혼합방사하여 섬유를 제조하는 섬유 제조단계;
    (b) 상기 섬유 제조단계에서 제조된 섬유를 분극처리하여 유전율을 향상시키는 분극처리단계;
    (c) 상기 분극처리단계에서 유전율이 향상된 섬유를 절단하여 스테플 섬유(staple fiber)를 제조하는 단섬유 제조단계;
    (d) 상기 단섬유 제조단계에서 제조한 스테플 섬유를 이용하여 실을 방적하는 실 제조단계; 및
    (e) 상기 실 제조단계에서 제조한 실을 이용하여 직포를 만드는 제직단계;
    를 포함하는 방법으로 제조된 직포를 포함하는 고유전율 정전필터.
  2. 제 1항에 있어서, 상기(a) 단계에서 상기 폴리비닐리덴플루오라이드의 함량은 1 내지 20 중량%이고, 상기 폴리프로필렌의 함량은 80 내지 99 중량%인 것을 특징으로 하는 고유전율 정전필터.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 (a)단계에서 제조되는 섬유의 직경은 5 내지 20 ㎛인 것을 특징으로 하는 고유전율 정전필터.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 (e)단계에서 제조되는 직포의 밀도는 2.54 cm 내에 5 내지 20개의 위사 또는 경사인 것을 특징으로 하는 고유전율 정전필터.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 직포는 (e)단계이후에 플라즈마 처리, 코로나(corona)방전 및 이온빔 처리로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종의 방법으로 더욱 처리되는 것을 특징으로 하는 고유전율 정전필터.
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