KR100739587B1

KR100739587B1 - 고성능 복합필터의 제조방법 및 그로부터 형성된 복합필터

Info

Publication number: KR100739587B1
Application number: KR1020050090087A
Authority: KR
Inventors: 정문현; 김연상
Original assignee: (주) 성진; 한국생산기술연구원
Priority date: 2005-09-27
Filing date: 2005-09-27
Publication date: 2007-07-18
Also published as: KR20070035344A

Abstract

본 발명은 자동차의 캐빈 에어필터, 공조용 또는 공기청정용 필터 등에 사용될 수 있는 복합필터의 제조방법 및 그로부터 형성된 복합필터에 관한 것으로서, 본 발명의 복합필터 제조방법은 (S1) 고융점사와 저융점사가 혼합된 단섬유들로 이루어진 웹을 준비하는 단계; (S2) 상기 웹의 일면에 열을 가하여, 고융점사들이 용융된 저융점사들로 인해 서로 결착된 하면을 갖는 벌키 부직포를 형성하는 단계; (S3) 상기 벌키 부직포의 상면에 탈취분말들을 스프레이하는 단계; (S4) 상기 스프레이된 탈취분말들 위에 멜트블로운 부직포를 적층하는 단계; 및 (S5) 상기 멜트블로운 부직포 위에 스펀본드 부직포를 적층하는 단계를 포함한다. 본 발명의 제조방법에 따르면, 여과특성과 탈취특성이 동시에 발현되는 복합필터를 제조할 수 있으며, 필터 내부에 스프레이된 탈취분말들의 보유율 및 충진율을 높일 수 있어 탈취특성 향상에 효과적이다.

Description

고성능 복합필터의 제조방법 및 그로부터 형성된 복합필터{Manufacturing method of a complex filter having high performance and a complex filter formed therefrom}

명세서 내에 통합되어 있고 명세서의 일부를 구성하는 첨부도면은 발명의 현재의 바람직한 실시예를 예시하며, 다음의 바람직한 실시예의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따라 고성능 복합필터를 제조하는 방법을 나타낸 플로우 차트이고,

도 2는 본 발명에 따라 제조된 복합필터의 개략적인 단면도이다.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

20 : 복합필터

21 : 벌키 부직포

21a : 벌키 부직포의 하면

23 : 탈취분말들

25 : 멜트블로운 부직포

27 : 스펀본드 부직포

본 발명은 자동차의 캐빈 에어필터, 공조용 또는 공기청정용 필터 등에 사용될 수 있는 복합필터의 제조방법 및 그로부터 형성된 복합필터에 관한 것이다.

일반적으로 냉장고, 에어컨, 기저귀, 생리대, 담배, 신발장, 옷장 등의 생활용품을 사용할 때나, 침실, 화장실, 자동차 실내 등 일상 생활공간에는 김치, 생선, 담배연기, 배설물, 쓰레기 등으로부터 다양한 악취가 발생한다. 악취를 발생시키는 물질의 대표적인 예로는 암모니아(ammonia), 트리메틸아민(trimethyl amine), 아세트알데히드(acetaldehyde), 메틸메르캅탄(Methanthiol) 등의 주요 악취원 외에, 황화메틸(methyl sulfide), 이황화메틸(dimethyl disulfide), 황화수소(hydrogen sulfide), 산화질소(nitric oxide), 이산화질소(nitrous oxide), 스티렌(styrene) 등이 있다.

이와 같은 악취를 제거하거나 반감시킬 목적으로 자동차나 실내에서는 활성탄 또는 제오라이트, 이산화티탄 광촉매 등의 탈취분말들을 이용한 필터가 사용되고 있다.

이러한 활성탄, 제올라이트 등의 탈취분말들을 캐빈 에어필터, 공조용 또는 공기청정용 필터에 적용하는 방법으로는 여과기능이 있는 부직포에 바인더를 이용하여 탈취분말들을 부착시키는 방법이 이용되고 있다. 그러나, 바인더는 탈취분말들의 기공을 막아 탈취성능을 저하시키는 문제점을 발생시킨다. 이와 같은 문제점 에도 불구하고 바인더를 사용해야 하는 이유는 탈취분말들이 부직포로부터 탈리되는 것을 방지하기 위함이다. 따라서, 바인더의 사용을 최소화하여 탈취분말들의 탈취성능 저하를 최소화시키면서 탈취분말들을 안정하게 충진할 수 있는 방법이 필요하다.

한편, 필터는 전술한 탈취특성 뿐만 아니라 미세한 먼지를 집진하여 여과하는 여과특성도 양호해야 함은 당연하다 할 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하여, 여과특성과 탈취특성이 동시에 발현되는 복합필터를 제조할 수 있으며, 필터 내부에 스프레이된 탈취분말들의 보유율 및 충진율을 높일 수 있어 탈취특성 향상에 효과적인 복합필터의 제조방법 및 그로부터 형성된 복합필터를 제공하는데 있다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 복합필터의 제조방법은 (S1) 고융점사와 저융점사가 혼합된 단섬유들로 이루어진 웹을 준비하는 단계; (S2) 상기 웹의 일면에 열을 가하여, 고융점사들이 용융된 저융점사들로 인해 서로 결착된 하면을 갖는 벌키 부직포를 형성하는 단계; (S3) 상기 벌키 부직포의 상면에 탈취분말들을 스프레이하는 단계; (S4) 상기 스프레이된 탈취분말들 위에 멜트블로운 부직포를 적층하는 단계; 및 (S5) 상기 멜트블로운 부직포 위에 스펀본드 부직포를 적층하는 단계를 포함한다.

본 발명의 복합필터 제조방법에 있어서, 고융점사와 저융점사의 혼합비는 8:2 ~ 2:8 중량비인 것이 바람직하다.

본 발명의 복합필터 제조방법에 있어서, (S3)단계에 따라 탈취분말들을 스프레이시, 벌키 부직포의 하면에서 석션(Suction)하면 탈취분말들이 벌키 부직포 내부로 충진되면서 탈취분말들의 충진밀도가 높아지게 된다.

또한, 본 발명의 복합필터 제조방법에 있어서, 멜트블로운 부직포에는 집진능력을 향상시키기 위하여 멜트블로운 부직포를 구성하는 섬유 내부에 공지의 대전제를 더 포함시키는 것이 바람직하다.

전술한 제조방법에 따라 형성된 복합필터는 (a) 고융점사들이 용융된 저융점사들로 인해 서로 결착된 하면을 갖는 벌키 부직포; (b) 상기 벌키 부직포의 상면에 산포된 다수의 탈취분말들; (c) 상기 탈취분말들 위에 적층된 멜트블로운 부직포; 및 (d) 상기 멜트블로운 부직포 위에 적층된 스펀본드 부직포를 구비하게 된다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 첨부도면과 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어 져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어 지는 것이다.

도 1은 본 발명에 따라 고성능 복합필터를 제조하는 방법을 나타낸 플로우 차트이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 복합필터 제조방법은 소정 특징을 갖는 벌키 부직포에 탈취분말들을 충분히 충진한 다음, 다양한 종류의 부직포들을 적층시켜 여과특성과 탈취특성을 동시에 만족시킨 복합필터를 제조하는 방법이다.

이에 대하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 고융점사와 저융점사가 혼합된 단섬유들로 이루어진 웹을 준비한다(S1 단계). 여기서, 고융점사와 저융점사란 용어는 상대적인 개념으로서 융점 차이가 나는 단섬유들을 상대적으로 표현한 용어이다. 고융점사와 저융점사의 예로는 각각 폴리에틸렌테레프탈레이트와 이보다 저융점을 갖는 공중합 폴리에스테르를 들 수 있다. 이들 고융점사와 저융점사의 혼합비는 예를 들어 8:2 ~ 2:8 중량비로 조절할 수 있다. 고융점사와 저융점사가 혼합된 단섬유들로 이루어진 웹의 제조예는 당업계에 잘 알려져 있으므로, 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.

이어서, 웹의 일면(하면)에 열을 가하여 고융점사들이 서로 결착된 하면을 갖는 벌키 부직포를 형성한다(S2 단계). 즉, 가해진 열에 의해 저융점사들이 용융되어 고융점사들을 서로 결착된 하면을 갖는 벌키 부직포가 형성된다. 형성된 벌키 부직포의 상면은 고융점사와 저융점사가 그대로 혼합된 웹 상태이므로, 후술하는 탈취분말을 스프레이시 충분히 보유할 수 있다. 또한 용융된 저융점사들의 용융면들로 인해 벌키 부직포의 하면은 탈취분말들이 잘 탈리되지 않게 된다. 웹의 하면만 가열하는 방법으로는 대응하는 한쌍의 롤러에 웹을 통과시키되, 하부의 롤러만 저융점사의 융점과 고융점사의 융점 사이로 가열하면 된다.

그런 다음, 벌키 부직포의 상면에 탈취분말들을 스프레이한다(S3 단계). 탈취분말로는 공기 중의 VOC를 탈취할 수 있는 것이라면 모두 사용이 가능한데, 예를 들어 소취물질이 첨착된 활성탄 분말(대한민국 공개특허 제1999-80808호 참조), 구형의 중공 코어부와 메조다공성의 카본 쉘부로 이루어진 나노 카본볼에 전이금속 등의 소취물질이 첨착된 나노 카본볼(국제출원 PCT/KR2003/1149호 참조), 이온종이 NH4⁺형이고 SiO₂/Al₂O₃의 몰비가 소정 범위에 있으며 4급 암모늄염이 담지된 제올라이트(대한민국 공개특허 제2001-78018호 참조) 등을 사용할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.

탈취분말들을 스프레이시, 탈취분말들은 벌키 부직포의 상면에 위치하게 되는데, 벌키 부직포의 하면에서 석션(Suction)을 행하면 탈취분말들이 벌키 부직포 내부로 유입되면서 충진되어 탈취분말들의 충진밀도를 높일 수 있다. 이에 따라 복합필터의 탈취성능은 더욱 향상된다. 탈취분말들의 탈리를 더욱 방지하기 위해서는 소정량의 바인더를 이용하여 탈취분말들을 고정화할 수 있으나, 바인더의 사용은 전술한 바와 같이 복합필터의 탈취성능을 저하시키므로 사용량을 최소화한다.

이어서, 스프레이한 탈취분말들 위에 멜트블로운 부직포를 적층한다(S4 단계). 일반적으로, 멜트블로운(meltblown) 부직포란 열가소성 섬유를 형성할 수 있는 고분자를 수백개의 작은 오리피스로 형성된 방사구금을 통해 방사하고, 방사노즐로부터 압출된 고분자는 용융상태에서 방사구금의 양옆에서 고속으로 분사되는 열풍에 의해 초세화된 극세섬유가 수집체에 적층된 자기결합형 부직포를 의미한다.

이러한 멜트블로운 부직포는 중·고성능의 필터로서 우수한 특성을 발휘한다. 중·고성능 필터란 미국 공기필터규격 ANSI/ASHRAE 52.2(1999)의 MERV 7 내지 16 수준에 해당하는 필터들을 지칭한다. MERV 수치가 올라갈수록 필터효율이 우수하고 보다 높은 등급의 필터를 의미한다. 즉, 적층된 멜트블로운 부직포에 의해 복합필터에 우수한 여과성능이 부여된다. 멜트블로운 부직포의 집진능력을 더욱 향상시키기 위하여 멜트블로운 부직포를 구성하는 섬유 내부에 대전제를 더 포함시키는 것이 바람직하다. 이는 열가소성 고분자를 멜트블로운시 공지의 대전제를 첨가하여 방사함으로서 이루어질 수 있다. 특히, 멜트블로운 부직포로는 1성분으로 된 멜트블로운 부직포 뿐만 아니라, 제1 열가소성 고분자로 된 코어부와 제2 열가소성 고분자로 이루어진 겉부로 구성된 속과 겉형(sheath/core type) 2성분계 복합방사섬유로 이루어진 멜트블로운 부직포를 사용할 수도 있다. 2성분계 복합방사 멜트블로운 부직포는 동일한 방사구를 통하여 서로 다른 열가소성 고분자를 멜트블로운하여 복합화된 2성분계 복합방사섬유로 이루어진 부직포를 의미한다. 예를 들어 제1 열가소성 고분자로서 폴리프로필렌을, 제2 열가소성 고분자로서 폴리에틸렌을 사용할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 이 때 대전제는 코어부를 구성하는 제1 열가소성 고분자 용융시 첨가하는 것이 바람직하다. 2성분계 복합방사 멜트블로운 부직포의 제조방법은 1성분계 멜트블로운 부직포 제조시 통상적으로 사용되는 형상의 오리피스 대신, 2성분계 복합방사섬유 제조에 사용되는 형상의 오리피스를 사용하는 것을 제외하고는 동일하다.

그런 다음, 멜트블로운 부직포 위에 스펀본드 부직포를 적층한다(S5 단계). 스펀본드 부직포는 멜트블로운 부직포를 보호하면서 복합필터의 형태안정성도 부여한다. 스펀본드 부직포의 표면에는 바인더를 이용하여 탈취분말들을 부착시킴으로 서 탈취효율을 보다 향상시킬 수 있는데, 공기의 흐름이 원활하도록 탈취분말들이 부착된 부분과 부착되지 않는 부분들이 반복되는 소정 패턴으로 부착시킬 수 있다.

전술한 순서대로 적층한 복합필터를 핫멜트나 초음파 가공에 의한 접합법 등을 이용하여 일체화시키면 본 발명의 복합필터가 완성된다.

도 2는 본 발명의 제조방법에 따라 형성된 복합필터의 개략적인 단면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제조방법에 따라 형성된 복합필터(20)는 (a) 고융점사들이 용융된 저융점사들로 인해 서로 결착된 하면(21a)을 갖는 벌키 부직포(21); (b) 상기 벌키 부직포(21)의 상면에 산포된 다수의 탈취분말들(23); (c) 상기 탈취분말들(23) 위에 적층된 멜트블로운 부직포(25); 및 (d) 상기 멜트블로운 부직포(25) 위에 적층된 스펀본드 부직포(27)을 구비하고 있다. 전술한 바와 같이, 벌키 부직포(21)의 상면은 고융점사와 저융점사가 그대로 혼합된 벌키한 웹 상태이므로, 후술하는 탈취분말을 충분히 보유하며, 벌키 부직포의 하면(21a)은 저융점사들의 용융면들로 인해 탈취분말들이 탈리될 틈이 매우 적게 된다. 이러한 구조로 인하여 탈취분말들의 보유력과 충진능력이 향상되며, 벌키 부직포의 하면(21a)방향으로부터 석션을 행하면 탈취분말들이 벌키한 단섬유들 사이로 유입되어 충진효율이 더욱 향상될 수 있다. 물론, 적층된 멜트블로운 부직포 등의 다층구조로 인하여 복합필터의 여과능력은 충분히 부여된다.

실험예

IV 0.645dL/g이며 융점이 256도인 폴리에틸렌테레프탈레이트 고융점사와, 고 유점도가 0.685이며 융점이 235도인 폴리에틸렌테레프탈레이트-아세트산 공중합체저융점사를 75:25의 중량비로 혼합한 단섬유들로 웹을 준비하였다. 단섬유들의 평균섬도 및 길이는 각각 6데니어 및 51㎜이었고, 웹의 두께는 약 5㎜이었다.

이어서, 상기 웹을 대응하는 한쌍의 롤러(하부의 롤러만 170도로 가열되어 있음)에 통과시켜 하면의 폴리에틸렌테레프탈레이트-아세트산 공중합체 저융점사를 융융시킨 벌키 부직포를 형성하였다. 벌키 부직포의 상면에 활성탄 탈취분말을 30g/㎡의 밀도로 스프레이하였다. 스프레이 과정에서 탈취분말들이 벌키 부직포 내부로 침투하도록 벌키 부직포의 하면에서 석션을 걸어주었다. 이어서, 2성분계 복합방사섬유로 이루어진 멜트블로운 부직포를 적층하였다. 사용된 2성분계 복합방사 멜트블로운 부직포는 폴리프로필렌과 폴리에틸렌을 속과 겉형 방사구를 통하여 멜트블로운((Nozzle 온도:275도, hot air Temp : 300℃, DCD : 250㎜)하여 형성한 부직포(복합방사섬유의 평균 직경 2㎛, 부직포의 두께 22㎛, 부직포의 중량 : 25g/㎡)를 사용하였다. 방사시 폴리프로필렌 성분에는 대전제를 소정량 첨가하였다.

그런 다음, 멜트블로운 부직포 위에 폴리에틸렌테레프탈레이트 스펀본드 부직포(두께 0.1㎜, 중량 20g/㎡)를 적층하고 초음파 가공하여 부직포들을 접합하므로서 복합필터를 완성하였다.

제조된 복합필터는 여러번 절곡하여도 절곡된 형태를 유지하였으며 구성 부직포들이 분리되거나 들뜨는 현상도 없었다.

이상에서 설명된 본 발명의 최적 실시예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 당업자에게 본 발명을 상세히 설명하기 위한 목적 에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위해 사용된 것이 아니다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 제조방법에 따르면, 여과특성과 탈취특성이 동시에 발현되는 복합필터를 제조할 수 있으며, 필터 내부에 스프레이된 탈취분말들의 보유율 및 충진율을 높일 수 있어 탈취특성 향상에 효과적이다.

Claims

(S1) 고융점사와 저융점사가 혼합된 단섬유들로 이루어진 웹을 준비하는 단계;

(S2) 상기 웹의 일면에 열을 가하여, 고융점사들이 용융된 저융점사들로 인해 서로 결착된 하면을 갖는 벌키 부직포를 형성하는 단계;

(S3) 상기 벌키 부직포의 상면에 탈취분말들을 스프레이하는 단계;

(S4) 상기 스프레이된 탈취분말들 위에 멜트블로운 부직포를 적층하는 단계; 및

(S5) 상기 멜트블로운 부직포 위에 스펀본드 부직포를 적층하는 단계를 포함하는 복합필터의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 고융점사와 저융점사의 혼합비는 8:2 ~ 2:8 중량비인 것을 특징으로 하는 복합필터의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 (S3)단계에 따라 탈취분말들을 스프레이시, 벌키 부직포의 하면에서 석션(Suction)하여 탈취분말들을 벌키 부직포 내부로 충진하면서 탈취분말들의 충진밀도를 높이는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합필터의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 멜트블로운 부직포는 멜트블로운 부직포를 구성하는 섬유 내부에 대전제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합필터의 제조방법.
제4항에 있어서,

상기 멜트블로운 부직포는 제1 열가소성 고분자로 된 코어부와 제2 열가소성 고분자로 이루어진 겉부로 구성된 속과 겉형(sheath/core type) 2성분계 복합방사섬유로 이루어진 멜트블로운 부직포이고, 상기 대전제는 코어부에 포함된 것을 특징으로 하는 복합필터의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 스펀본드 부직포의 표면에 바인더를 이용하여 탈취분말들을 소정 패턴으로 더 부착시킨 것을 특징으로 하는 복합필터의 제조방법.
(a) 고융점사들이 용융된 저융점사들로 인해 서로 결착된 하면을 갖는 벌키 부직포;

(b) 상기 벌키 부직포의 상면에 산포된 다수의 탈취분말들;

(c) 상기 탈취분말들 위에 적층된 멜트블로운 부직포; 및

(d) 상기 멜트블로운 부직포 위에 적층된 스펀본드 부직포를 구비한 복합필 터.