KR100982235B1 - 폴리올레핀 단섬유로 제조된 스펀레이스 부직포로 구성된정전필터층을 포함하는 에어필터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에어필터용 폴리올레핀 단섬유, 상기 폴리올레핀 단섬유를 포함하는 정전필터층용 스펀레이스 부직포 및 그 제조방법, 및 상기 스펀레이스 부직포로 구성된 정전필터층을 포함하는 에어필터에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 낮은 압력 손실과 높은 통기도를 가지며, 매우 우수한 포집(집진) 효율(성능)이 장기간 지속되는, 폴리올레핀계 단섬유를 포함하는 정전필터층을 포함하는 각종 에어필터(특히, 중성능 에어필터)를 상용화할 수 있도록 하며, 정전기를 이용하는 각종 청소 용구(예컨대, 걸레, 정전 와이퍼 등), 집진마스크에 폭넓게 활용할 수 있도록 할 수 있다.
에어필터, 정전필터층, 스펀레이스 부직포, 폴리올레핀 단섬유, 이형 단면, 표면층, 중간층, 지지층, 카딩, 정전 처리, 습윤, 고압분사, 수류교락, 건조, 포집 (집진), 통기도.

Description

폴리올레핀 단섬유로 제조된 스펀레이스 부직포로 구성된 정전필터층을 포함하는 에어필터{AN AIR FILTER COMPRISING ELECTROSTATIC FILTERING LAYER(S) CONSISTING OF SPUNLACE NON-WOVEN FABRIC PRODUCED FROM POLYOLEFIN SHORT FIBERS}
본 발명은 에어필터용 폴리올레핀 단섬유, 상기 폴리올레핀 단섬유를 포함하는 정전필터층용 스펀레이스 부직포 및 그 제조방법, 및 상기 스펀레이스 부직포로 구성된 정전필터층을 포함하는 에어필터에 관한 것이다.
에어필터(air filter)의 종류는 자동차 캐빈 필터, 백 필터, 공조 필터, 공기 청정 필터 등과 같은 프리필터(pre-filter), 중성능 필터, 헤파 필터, 울파 필터 등이 있으며, 헤파 필터(hepa filter)는 지지층(support layer), 필터층 (filtering layer) 및 커버층(covering layer)으로 구성되어 있고, 정전 에어필터 (electrostatic air filter)는 프리필터층, 극세섬유층 및 캐리어층·지지층으로 구성되어 있다.
한편, 입자의 여과 메카니즘으로는 확산(diffusion), 관성(inertia), 중력 (gravity), 차단(interception), 정전기(electrostatics) 등이 있다. 확산에 의한 입자의 여과는 공기의 흐름과 관계 없이 브라운 운동을 하고 있는 비교적 작은 입자들이 필터의 섬유 사이의 이동 거리가 길고 방향성이 없기 때문에 섬유에 걸리는 포집 효과이고; 관성에 의한 입자의 여과는 유체의 흐름을 타고 섬유에 접근한 입자가 자신의 관성에 의해 기류로부터 벗어나 필터의 섬유에 충돌되는 포집 효과이며; 중력에 의한 입자의 여과는 공기의 흐름을 타고 섬유에 접근한 입자가 자신의 중력 때문에 흐름을 벗어나 필터의 섬유상에 침강되는 포집 효과이고; 차단에 의한 입자의 여과는 입자가 유체의 흐름을 타고 운동을 하고 있어도 입자의 크기에 의해 필터의 섬유에 걸리는 포집 효과이며; 정전기에 의한 입자의 여과는 공기 중에 부유하고 있는 입자 중에 + 또는 -로 대전되어 있는 입자가 영구적인 전기분극을 가지고 주위에 전계(전기장)을 형성하고 있는 필터의 섬유에 정전기적으로 포집되고, 부유 입자가 중성으로 대전되지 않은 입자도 정전필터 섬유에 의해 유도 전하가 발생되어 섬유상에 포집되는 효과이다.
종래의 에어필터에 사용되는 정전필터층은 극세사로 제조된 폴리올레핀계 멜트블로운(melt-blown) 부직포나 폴리올레핀 또는 폴리에스테르 스펀본드 부직포에 코로나 방전, 플라즈마 대전, 대전 처리된 물방울을 이용한 수(水) 대전 등의 정전 처리를 한 것이 주류를 이루었다.
그러나, 폴리올레핀계 멜트블로운 부직포는 극세사로 방사하여 적층함으로써 포집 효율은 좋으나, 압력 손실이 높아 통기도가 떨어지며, 따라서 비교적 고효율 저통기도가 요구되는 공기 청정기 등의 헤파 필터 제조에는 적합하지만, 비교적 높은 통기도가 요구되는 캐빈 필터, 백 필터, 공조 필터, 및 각종 중성능 필터에 적 용하는데 한계가 있다. 폴리올레핀 또는 폴리에스테르 스펀본드 부직포도 또한 높은 통기도가 요구되는 제품에 적합하게 설계할 경우 포집 효율이 낮은 경향이 있고, 포집 효율을 높게 설계할 경우에는 통기도가 떨어지는 문제점이 있다. 최근의 나노 방사로 제조된 부직포는 높은 통기도와 높은 포집 효율을 동시에 만족하는 경우가 있지만, 기술의 상용화가 아직 미흡할 뿐만 아니라, 상용화된다 하더라도 고가이므로 중성능 필터에 적용하기에는 아직 시기상조이다.
따라서, 다양한 에어필터 분야에서는 낮은 압력 손실과 높은 통기도를 가지며 포집(집진) 효율이 우수하고 포집(집진) 성능이 장기간 지속되는 정전필터층의 개발이 절실히 요구되는 실정이다. 무엇보다도, 저중량에서의 낮은 압력 손실과 높은 포집 효율이 갖추어 진다면 경제적인 정전필터층이 될 수 있다.
본 발명은 낮은 압력 손실과 높은 통기도를 가지며, 매우 우수한 포집(집진) 효율(성능)이 장기간 지속되는, 폴리올레핀계 단섬유를 포함하는 정전필터층을 포함하는 각종 에어필터(특히, 중성능 에어필터)를 상용화할 수 있도록 하며, 정전기를 이용하는 각종 청소 용구(예컨대, 걸레, 정전 와이퍼 등), 집진마스크에 폭넓게 활용할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 (i) 폴리올레핀 단독 중합체, 랜덤 공중합체, 블록 공중합체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 폴리올레핀 수지, (ii) 모노글리세리드계, 폴리글리세리드계 또는 이들의 혼합형의 대전방지제, 또는 아민계의 대전방지제, (iii) 탄산칼슘, 스테아린산칼슘 및 이산화티탄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 첨가제, 및 (iv) 루틸(Rutile)형 또는 아나타제(Anatase)형 이산화티탄, 티탄산바륨 및 탄산칼슘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 고유전율의 무기물을 포함하고, 섬유표면에 카딩에 적합한 마찰성, 제전성 부여를 위해 섬유 중량의 0.1~2.0 중량%로 방사유제가 처리되어 있으며, 섬도가 0.5~6.0 데니어인 것을 특징으로 하는 에어필터용 폴리올레핀 단섬유를 제공한다.
폴리올레핀 단섬유의 정전성 향상을 위해 방사시 (v) 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE) 및 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)로 이루어진 군으로부터 선택되는 불소계 폴리머를 추가로 포함할 수도 있다.
폴리올레핀 수지는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 등을 비롯한 폴리올레핀의 단독 중합체이거나 랜덤 중합체 또는 블록 공중합체일 수 있고, 폴리올레핀과 폴리올레핀 또는 폴리올레핀 공중합체들의 혼합물일 수 있으며, 이종의 폴리올레핀을 복합 방사한 형태일 수도 있다. 폴리올레핀은 폴리프로필렌(PP)인 것이 바람직하다.
대전방지제는 범용되는 저분자형 대전방지제(예컨대, 모노글리세리드계, 폴리글리세리드계 또는 이들의 혼합형의 대전방지제)이거나 고분자형 대전방지제(예컨대, 아민계 대전방지제)일 수 있는데, 모노글리세리드계 대전방지제인 것이 바람직하고, 글리세롤 모노스테아레이트(GMS)인 것이 가장 바람직하다. 대전방지제의 함량은 0 중량% 초과 0.5 중량% 이하(0 ppm 초과 5,000 ppm 이하)인 것이 바람직하다.
폴리올레핀 고분자용 첨가제의 예로는 탄산칼슘, 스테아린산칼슘, 이산화티탄 등을 들 수 있으며, 1차 및 2차 산화방지제를 추가로 포함할 수도 있다.
루틸(Rutile)형 또는 아나타제(Anatase)형 이산화티탄, 티탄산바륨 및 탄산칼슘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 고유전율의 무기물은 카딩공정에서의 마찰로 인한 대전, 코로나, 플라즈마 등 정전처리를 통한 대전을 장시간 유지하게 함으로써 내구적인 포집(집진)효율을 유지하는데 도움을 준다.
폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE) 및 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE)로 이루어진 군으로부터 선택되는 불소계 폴리머는 방사시에 첨가할 경우 정전성 향상에 기여한다.
섬유표면 처리에 사용되는 방사유제는 불소계, 염소계 또는 실리콘계 방사유제인 것이 바람직하지만, 적절한 카딩(carding)성만 나온다면 친수성이든, 소수성이든 영구친수성이든 무방하다. 왜냐하면, 스펀레이스 가공시 고압수류에 의해 폴리올레핀 단섬유 표면의 방사유제가 대부분 탈락되고, 따라서 포집(집진) 효율에 큰 영향을 미치지 않기 때문이다.
본 발명의 에어필터용 폴리올레핀 단섬유의 섬도는 0.5~6.0 데니어, 바람직하게는 1.0~3.0 데니어이다. 섬도가 0.5 데니어 미만인 경우에는 포집(집진) 효율은 좋으나, 섬유 제조가 어려울 뿐만 아니라 카딩 불량으로 부직포 가공 불량을 초래할 수 있다. 또한, 섬도가 6.0 데니어를 초과하는 경우에는 통기도는 좋으나, 포집(집진) 효율이 떨어지고 스펀레이스 부직포 가공 불량을 초래할 수 있다.
본 발명의 에어필터용 폴리올레핀 단섬유는 이형 단면 형태인 것이 바람직하다. 폴리올레핀 폴리머는 용융 상태에서 방사구금을 통해 토출될 때 점탄성으로 인해 팽윤(swelling) 현상이 발생하므로, 유선형의 단면 형태를 가질 수 있는데, 본 발명의 에어필터용 폴리올레핀 단섬유는 유선형의 꼭지점(정점)을 포인트로 표시하여 단면 둘레방향으로 각 꼭지점(정점)을 연결할 때 섬유 내부로 향하는 연결선의 모서리 내각 중 3개 이상이 90도를 초과하지 않는 이형 단면 폴리올레핀 섬유인 것이 바람직하다.
본 발명의 에어필터용 폴리올레핀 단섬유는 정전 처리가 잘 되어 높은 포집(집진) 효율을 나타내기 때문에, 에어필터의 정전필터층 용도로 사용되는 스펀레이스 부직포의 제조에 매우 적합하다.
또한, 본 발명은 (i) 전술한 에어필터용 폴리올레핀 단섬유 80~100 중량%, 및 (ii) 부직포 용도로 사용되는 천연, 합성 또는 재생 단섬유 0~20 중량%를 포함하고, 수류교락(스펀레이싱)에 의해 제조되어 10~150 gsm의 평량 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 정전필터층용 스펀레이스 부직포를 제공한다.
상기 (ii)의 단섬유는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유, 나일론 섬유, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)/폴리에틸렌(PE) 섬유, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET)/폴리프로필렌(PP) 섬유, 폴리프로필렌(PP)/폴리에틸렌(PE) 섬유, 셀룰로오스계 섬유, 폴리비닐알콜(PVA) 섬유, 불소계 폴리머 섬유, 아크릴 섬유 및 모다크릴 (modacryl) 섬유로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 합성 또는 재생 단섬유일 수 있다.
본 발명의 정전필터층용 스펀레이스 부직포는 수류교락(스펀레이싱)에 의해 제조되기 때문에, 써멀 본딩, 니들 펀칭 등에 의해 제조된 부직포에 비하여 우수한 포집(집진) 성능 및 높은 통기도를 나타낸다.
본 발명의 정전필터층용 스펀레이스 부직포는 평량 범위가 10~150 gms인 것이 바람직한데, 10 gms 미만인 경우에는 가공이 어려울 뿐만 아니라, 수류교략이 불량하여 기계적 물성 및 성능 저하가 야기되며, 150 gms를 초과하는 경우에는 통기도 저하가 야기되기 때문이다.
상기 정전필터층용 스펀레이스 부직포는 기계방향(MD)으로 미세한 홀(hole)이 세로줄 무늬 형태로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 홀(hole)은 워터 제트 (water jet)의 제트 홀(jet hole)의 크기 및 배열 간격, 분사 각도 등의 설계, 쉘(shell)[예컨대, 드럼 쉘, 컨베이어 쉘, 와이어 메쉬 쉘, 다공성 쉘, 패턴 또는 엠보싱 쉘 등]의 모양, 수류교략 회수(워터 제트 통과 회수) 등에 따라 상이할 수 있으며, 이에 따라 정전필터층용 스펀레이스 부직포의 통기도가 조절될 수 있다.
상기 정전필터층용 스펀레이스 부직포는 포집(집진) 효율, 즉 필터 성능의 향상을 위해 코로나 방전, 플라즈마 대전, 대전된 물방울을 이용한 수(水)대전 또는 이들의 조합 형태로 추가적인 정전 처리되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 정전필터층용 스펀레이스 부직포의 제조 방법으로서, (a) (i) 전술한 에어필터용 폴리올레핀 단섬유 80~100 중량%, 및 (ii) 전술한 부직포 용도로 사용되는 천연, 합성 또는 재생 단섬유 0~20 중량%를 포함하는 폴리올레핀계 단섬유를 카딩(carding)하는 단계; (b) 카딩된 폴리올레핀계 단섬유 웹(web)에 극성 액체(예를 들어 정제수 등)를 워터 제트(water jet)로 고압 분사하여 수류교락(스펀레이싱)하는 단계; 및 (c) 수류교락(스펀레이싱)에 의해 생성된 부직포를 공기 건조, 열 건조, 기계적 건조, 진공 건조 또는 이들의 조합에 의해 건조시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다. 상기 단계 (a)와 상기 단계 (b) 사이에, 카딩된 폴리올레핀계 단섬유를 코로나 방전 처리한 후, 습윤 액체(예를 들어 이소프로판올 등)로 습윤시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 또한 상기 단계 (c) 이후, 부직포에 코로나방전, 플라즈마대전, 마찰대전, 대전된 물방울을 통한 수대전 중 선택되는 정전처리 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 방법은 수류교략을 통해 부직포에 기계방향(MD)으로 미세한 홀(hole)을 형성시킴으로써 높은 통기도와 낮은 압력 손실(0.05~0.6 mmAq)을 부여할 수 있을 뿐만 아니라, 카딩 공정성을 위해 부여된 방사유제(방사유제는 폴리올레핀 단섬유에 부착되어 정전 및 집진 성능을 저해함)를 제거하여 후공정에서의 정전 처리가 잘 되게 하고, 포집 효율 향상 및 내구성을 부여하며, 극성 액체(예를 들어, 정제수등)를 고압분사하여 카딩된 웹 또는 부직포에 충돌시킴에 따라 전하를 생성시켜 웹 또는 부직포에 정전성을 배가하여 영구적 또는 반영구적 포집(집진) 효율 유지를 가능하게 한다.
상기 단계 (a)에서 폴리올레핀계 단섬유는 (-) 전하를 띠며, 카딩시 마찰력에 의해 대전성이 높아진다.
상기 단계 (b)에서 카딩된 폴리올레핀계 단섬유 웹(web)은 고압수류와의 충돌에 의해 전하가 생성된다. 상기 단계 (b)는 40 바(bar) 이상의 압력에서 2회 이상, 바람직하게는 4회 이상[예컨대, 프론트(front) 2회 이상, 백(back) 2회 이상] 반복 수행하는 것이 좋다.
상기 단계 (c)는 100℃ 이상의 온도에서 30초 이상 수행하는 것이 바람직하다.
상기 단계 (b)와 상기 단계 (c) 사이의 정전 처리(특히, 코로나 방전 처리) 및 습윤 액체(예컨대, 이소프로판올 등)를 이용한 습윤 처리는 포집(집진) 효율을 보다 더 향상시키기 위해 선택적으로 실시될 수 있다.
상기 단계 (c) 이후에 포집(집진) 효율 향상을 위해 정전 처리(코로나방전, 플라즈마 대전 등)를 선택적으로 추가 할 수 있다.
또한, 본 발명은 전술한 정전필터층용 스펀레이스 부직포로 구성된 정전필터층을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어필터를 제공한다. 상기 에어필터는 활성 탄 소 섬유, 탄소 나노 튜브(CNT), 제올라이트, 실리카겔, 활성 알루미나, 이온교환 수지, 이온교환 섬유로 이루어진 군으로부터 선택되는 흡착/탈취층을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 에어필터에 있어서, 상기 정전필터층용 스펀레이스 부직포는 예컨대 스펀본드(SB) 부직포, 멜트블로운 (MB) 부직포, 나노 방사 부직포, 니들펀치 (NP) 부직포, 써멀본드(TB) 부직포, 에어레이드(AL) 부직포, 습식 부직포 또는 종이 필터 중 하나 이상과 합지되어 2층 내지 4층의 복합층을 형성할 수 있으며, 상기 복합층의 층간 결합은 초음파 본딩, 서멀본딩, 핫멜트본딩, 니들펀칭, 수류교락, 스티치본딩, 접착제를 사용한 본딩에 의해 이루어지는 것이 바람직하다.
단층 구조의 에어필터는 전술한 정전필터층용 스펀레이스 부직포로 구성된 표면층에서 공기 중에 함유된 먼지 입자를 포집한다.
2층 구조의 에어필터는 표면층과 지지층으로 구성되어 있는데, 전술한 정전필터층용 스펀레이스 부직포로 구성된 표면층에서 공기 중에 함유된 먼지 입자를 포집하고, 지지층은 상부의 표면층을 견고하게 지지하고 강도를 유지하는 역할을 주로 하며 먼지를 포집하는 역할도 부분적으로 한다. 한편, 공기와의 접촉 면적을 높이기 위해 부채살 모양으로 폴딩을 할 수도 있는데, 이 경우 빳빳한 지지층을 사용함으로써 접힘성을 향상시키기도 한다.
3층 구조의 에어필터는 각종 소재의 스폰본드 부직포, 니들펀치 부직포 등으로 구성되어 공기 중에 함유된 큰 먼지 입자를 우선적으로 포집하는 표면층; 전술한 정전필터층용 스펀레이스 부직포로 구성되어 미세 먼지 입자를 포집하는 역할을 하는 중간층; 및 상부의 표면층과 중간층을 견고하게 지지하고 강도를 유지하는 역할을 주로 하며 먼지를 포집하는 역할도 부분적으로 하는 지지층을 포함한다. 한편 , 공기와의 접촉 면적을 높이기 위해 부채살 모양으로 폴딩을 할 수도 있는데, 이 경우 빳빳한 지지층을 사용함으로써 접힘성을 향상시키기도 한다.
한편, 고성능 필터를 제조하고자 할 경우, 전술한 정전필터층용 스펀레이스 부직포를 표면층에 배치하고, 멜트블로운 부직포나 나노방사 부직포를 중간층에 배치할 수도 있다.
4층 구조의 에어필터는 각종 소재의 스폰본드 부직포, 니들펀치 부직포 등으로 구성되어 공기 중에 함유된 큰 먼지 입자를 우선적으로 포집하는 표면층; 전술한 정전필터층용 스펀레이스 부직포로 구성되어 미세 먼지 입자를 포집하는 역할을 하는 정전 섬유층; 활성 탄소 섬유, 탄소 나노 튜브(CNT), 제올라이트, 실리카겔, 활성 알루미나, 이온교환 수지, 이온교환 섬유로 이루어진 군으로부터 선택되는 것으로 구성되어 흡착, 탈취, 유해가스 제거, 향균 등의 기능을 부여하는 기능성 부여층; 및 상부의 표면층, 정전 섬유층 및 기능성 부여층을 견고하게 지지하고 강도를 유지하는 역할을 주로 하며 먼지를 포집하는 역할도 부분적으로 하는 지지층을 포함한다. 기능성 부여층과 정전 섬유층의 위치는 바뀔 수 있다. 한편, 공기와의 접촉 면적을 높이기 위해 부채살 모양으로 폴딩을 할 수도 있는데, 이 경우 빳빳한 지지층을 사용함으로써 접힘성을 향상시키기도 한다.
한편, 고성능 필터를 제조하고자 할 경우, 전술한 정전필터층용 스펀레이스 부직포를 표면층에 배치하고, 멜트블로운 부직포나 나노방사 부직포를 정전섬유층 에 배치할 수도 있다.
본 발명의 에어필터는 우수한 포집(집진) 효율과 높은 통기도의 특성을 갖는 정전필터층을 포함하기 때문에, 자동차 캐빈 필터, 백 필터, 공조 필터, 공기 청정 필터 등의 프리필터, 중성능 필터, 헤파 필터, 울파 필터 등에 폭넓게 활용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 낮은 압력 손실과 높은 통기도를 가지며, 매우 우수한 포집(집진) 효율(성능)이 장기간 지속되는, 폴리올레핀계 단섬유를 포함하는 정전필터층을 포함하는 각종 에어필터(특히, 중성능 에어필터)를 상용화할 수 있도록 하며, 정전기를 이용하는 각종 청소 용구(예컨대, 걸레, 정전 와이퍼 등), 집진마스크에 폭넓게 활용할 수 있도록 할 수 있다.
하기 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이므로, 본 발명의 범주가 하기 실시예에 국한되는 것으로 해석되어서는 아니된다. 따라서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 첨부된 특허청구범위에 기재된 사항으로부터 도출되는 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형, 수정 및 응용이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
실시예
실시예 1
(i) 용융 지수가 12 g/10분인 폴리프로필렌(PP) 수지, (ii) 대전방지제로서의 글리세롤 모노스테아레이트(GMS) 500 ppm, (iii) 스테아린산칼슘 500ppm, 및 (iv) 루틸형 이산화티탄 1000ppm을 포함하고, 표면이 0.4중량%로 친수성 방사유제로 처리되어 있으며, 섬도가 1.5 데니어이며, 길이가 40mm인 원형 단면의 폴리프로필렌 단섬유를 준비하였다. 이어서, 상기 폴리프로필렌 단섬유를 카딩(carding)하였다. 이어서, 카딩된 폴리프로필렌계 단섬유 웹(web)에 정제수를 워터 제트(water jet)로 고압 분사하여 수류교락(스펀레이싱)하였다. 수류교락은 수압을 15-80-80-80 바(bar)로 하여 프론트-백-프론트-백으로 총 4회 워터제트를 통과시켰다. 이어서, 수류교락(스펀레이싱)에 의해 생성된 부직포를 100℃ 이상의 온도에서 30초 이상 건조시켰다. 건조된 부직포에 코로나 방전[28 kV, 0.2 mA, 5개의 코로나 처리 바(bar) 통과(+3, -2)] 처리하였다. 생성된 스펀레이스 부직포의 평량은 40 gms이었다 . 이와 같이 생성된 스펀레이스 부직포를 정전필터층(프리필터층)을 포함하는 단층의 에어필터, 및 상기 정전필터층(프리필터층)과 72 gms의 평량을 갖는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 스펀본드 부직포(지지층)가 합지된 복합층의 에어필터의 압력 손실 및 포집(집진) 효율을 NaCl 에어로졸 시험법(측정기기 : TSI 8130, 유량 : 32l/분)에 따라 평가하였다.
스펀본드 부직포 지지층의 압력 손실, 코로나 방전 처리전의 포집(집진) 효율, 코로나 방전 처리후의 포집(집진) 효율 데이터는 하기 표 1에 제시되어 있다.
코로나 방전 처리전 코로나 방전 처리후
압력 손실
(mmAq)		 포집(집진) 효율
(%)		 포집(집진) 효율
(%)
당일 당일 15일후
0.20 8.10 27.4 9.5
실시예 2
Si계 소수성 방사유제로 표면 처리된 폴리프로필렌 단섬유를 사용하였다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하다.
실시예 3
범용되는 스펀레이스용 방사유제로 표면처리된 폴리프로필렌 단섬유를 사용하였다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하다.
실시예 4
범용되는 스펀레이스용 방사유제로 표면처리된 Y형 단면의 폴리프로필렌 단섬유를 사용하였다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하다.
실시예 5
범용되는 스펀레이스용 방사유제로 표면처리된 +형 단면의 폴리프로필렌 단섬유를 사용하였다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하다.
실시예 6
범용되는 스펀레이스용 방사유제로 표면처리되고, 대전방지제 글리세롤 모노스테아레이트(GMS)의 함량이 5,000 ppm인 폴리프로필렌 단섬유를 사용하였다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하다.
실시예 7
범용되는 스펀레이스용 방사유제로 표면처리되고, 섬도가 6.0 데니어인 폴리프로필렌 단섬유를 사용하였다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하다.
실시예 8
범용되는 스펀레이스용 방사유제로 표면처리되고, 섬도 1.5데니어, 길이 40mm의 범용 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 단섬유를 20 중량%로 균일하게 블랜드하여 카딩(carding)하였다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하다.
실시예 9
범용되는 스펀레이스용 방사유제로 표면처리되고, 아나타제형 이산화티탄을 1000ppm투입한 폴리프로필렌 단섬유를 사용하였다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하다.
비교예 1
Si계 소수성 방사유제로 처리된 폴리프로필렌 단섬유를 사용하였다는 것과 카딩된 폴리프로필렌 단섬유를 니들 펀칭에 의해 웹 결합시켰다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하다.
비교예 2
카딩된 폴리프로필렌 단섬유를 써멀 캘리더본딩에 의해 웹 결합시켰다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하다.
비교예 3
Si계 소수성 방사유제로 처리된 폴리프로필렌 단섬유를 사용하였다는 것과 카딩된 폴리프로필렌 단섬유를 써멀 캘린더본딩에 의해 웹 결합시켰다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하다.
비교예 4
용융 지수가 1,100 g/10분인 폴리프로필렌 수지를 사용하여 멜트블로운 방식으로 웹을 형성하되 섬유직경이 1.5수준으로 하였으며, 써멀 캘린더본딩에 의해 웹 결합을 하였으며, 방사유제로 표면 처리하지 않았다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하다.
비교예 5
용융 지수가 34 g/10분인 폴리프로필렌 수지를 사용하여 스펀본드 방식으로 웹을 형성하고, 써멀 캘린더본딩에 의해 웹 결합을 하였으며, 방사유제로 표면 처리하지 않았다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하다.
비교예 6
범용되는 스펀레이스용 방사유제로 표면처리되고, 대전방지제 글리세롤 모노스테아레이트(GMS)의 함량이 10,000 ppm인 폴리프로필렌 단섬유를 사용하였다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하다.
비교예 7
범용되는 스펀레이스용 방사유제로 표면처리되고, 섬도가 8.0 데니어인 폴리프로필렌 단섬유를 사용하였다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하다.
비교예 8
범용되는 스펀레이스용 방사유제로 표면처리되고, 섬도 1.5데니어, 길이 40mm의 범용 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 단섬유를 30 중량%로 균일하게 블랜드하여 카딩(carding)하였다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하다.
비교예 9
범용되는 스펀레이스용 방사유제로 표면처리되고, 이산화티탄을 투입하지 않았다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하다.
실시예 1∼9 및 비교예 1∼9의 결과는 하기 표 2 내지 표 10에 제시되어 있다.
표 2 내지 표 4는 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1 내지 비교예 5에 따른 단섬유 정보, 부직포 정보, 및 에어필터 정보를 나타낸 것이다. 표 2 내지 표 4로부터 웹 형성 및 웹 결합 방식의 차이에 따른 에어필터의 성능 차이를 알 수 있다.
구분 PP(폴리프로필렌) 수지 정보 섬유 가공 정보
용융 지수
(g/10min)		 대전 방지제 고유전율의 무기물 규격 단면 형태 방사유제
처리 여부 종류
실시예 1 12 GMS 500ppm 루틸 TiO2 1000 ppm 1.5 De ×40㎜ 원형 ○ 친수성
실시예 2 12 GMS 500ppm 루틸 TiO2 1000 ppm 1.5 De ×40㎜ 원형 ○ Si계 소수성
실시예 3 12 GMS 500ppm 루틸 TiO2 1000 ppm 1.5 De ×40㎜ 원형 ○ SL(스펀레이스)용 유제
비교예 1 12 GMS 500ppm 루틸 TiO2 1000 ppm 1.5 De ×40㎜ 원형 ○ Si계 소수성
비교예 2 12 GMS 500ppm 루틸 TiO2 1000 ppm 1.5 De ×40㎜ 원형 ○ 친수성
비교예 3 12 GMS 500ppm 루틸 TiO2 1000 ppm 1.5 De ×40㎜ 원형 ○ Si계 소수성
비교예 4 1100 GMS 500ppm 루틸 TiO2 1000 ppm 섬유직경 1.5㎛ 원형 × -
비교예 5 34 GMS 500ppm 루틸 TiO2 1000 ppm 1.5 De 원형 × -

구분 부직포 가공
섬유 혼섬 웹형성 웹결합 평량
(g/㎡)		 부직포 외관 및 물성평가
실시예 1 단독 카딩 스펀레이싱 40 양호/양호
실시예 2 단독 카딩 스펀레이싱 40 양호/양호
실시예 3 단독 카딩 스펀레이싱 40 양호/양호
비교예 1 단독 카딩 니들펀칭 40 양호/양호
비교예 2 단독 카딩 서멀본딩(캘린더) 40 양호/양호
비교예 3 단독 카딩 서멀본딩(캘린더) 40 양호/양호
비교예 4 단독 멜트블로운 서멀본딩(캘린더) 40 양호/양호
비교예 5 단독 스펀본드 서멀본딩(캘린더) 40 양호/양호

구분 필터 Media 측정기(TSI 8130)-NaCl
단층 에어필터 평가 복합층 에어필터 평가
비 정전처리된 필터 정전처리된 필터 정전처리된 단층 필터+지지층
압력손실
(㎜ Aq)		 포집효율(%) 포집효율(%) 압력손실
(㎜ Aq)		 포집효율(%)
당일 당일 15일 후 당일 15일 후
실시예 1 0.21 16.3 38.8 32.4 0.47 58.0 43.3
실시예 2 0.18 19.0 42.3 41.2 0.43 61.4 50.4
실시예 3 0.20 18.1 41.3 40.5 0.47 60.1 50.2
비교예 1 0.37 15.4 23.8 16.5
비교예 2 0.31 0.0 1.0 0.0
비교예 3 0.31 12.4 13.4 8.0
비교예 4 0.61 17.4 39.5 33.5 0.95 57.4 42.0
비교예 5 0.40 13.0 30.1 20.4 0.69 49.5 29.2

표 5 내지 표 7은 실시예 3 내지 실시예 7 및 비교예 6 내지 비교예 7에 따른 단섬유 정보, 부직포 정보, 및 에어필터 정보를 나타낸 것이다. 표 5 내지 표 7 중 실시예 3, 실시예 4 및 실시예 5로부터 단섬유 단면의 형상에 따른 에어필터의 성능 차이, 실시예 3, 실시예 6 및 비교예 6으로부터 대전방지제 함량에 따른 에어필터의 성능 차이, 실시예 3, 실시예 7 및 비교예 7로부터 섬유 섬도에 따른 부직포 물성 차이 및 에어필터의 성능 차이를 알 수 있다.
구분 PP(폴리프로필렌) 수지 정보 섬유 가공 정보
용융 지수
(g/10min)		 대전 방지제 고유전율의 무기물 규격 단면 형태 방사유제
처리 여부 종류
실시예 3 12 GMS 500ppm 루틸 TiO2 1000 ppm 1.5 De ×40㎜ 원형 ○ SL(스펀레이스)용 유제
실시예 4 12 GMS 500ppm 루틸 TiO2 1000 ppm 1.5 De ×40㎜ Y 형 ○ SL(스펀레이스)용 유제
실시예 5 12 GMS 500ppm 루틸 TiO2 1000 ppm 1.5 De ×40㎜ ＋형 ○ SL(스펀레이스)용 유제
실시예 3 12 GMS 500ppm 루틸 TiO2 1000 ppm 1.5 De ×40㎜ 원형 ○ SL(스펀레이스)용 유제
실시예 6 12 GMS 5000ppm 루틸 TiO2 1000 ppm 1.5 De ×40㎜ 원형 ○ SL(스펀레이스)용 유제
비교예 6 12 GMS 10000ppm 루틸 TiO2 1000 ppm 1.5 De ×40㎜ 원형 ○ SL(스펀레이스)용 유제
실시예 3 12 GMS 500ppm 루틸 TiO2 1000 ppm 1.5 De ×40㎜ 원형 ○ SL(스펀레이스)용 유제
실시예 7 12 GMS 500ppm 루틸 TiO2 1000 ppm 6.0 De ×40㎜ 원형 ○ SL(스펀레이스)용 유제
비교예 7 12 GMS 500ppm 루틸 TiO2 1000 ppm 8.0 De ×40㎜ 원형 ○ SL(스펀레이스)용 유제

구분 부직포 가공
섬유 혼섬 웹형성 웹결합 평량(g/㎡) 부직포 외관 및 물성평가
실시예 3 단독 카딩 스펀레이싱 40 양호/양호
실시예 4 단독 카딩 스펀레이싱 40 양호/양호
실시예 5 단독 카딩 스펀레이싱 40 양호/양호
실시예 3 단독 카딩 스펀레이싱 40 양호/양호
실시예 6 단독 카딩 스펀레이싱 40 양호/양호
비교예 6 단독 카딩 스펀레이싱 40 양호/양호
실시예 3 단독 카딩 스펀레이싱 40 양호/양호
실시예 7 단독 카딩 스펀레이싱 40 양호/교략력 저하
비교예 7 단독 카딩 스펀레이싱 40 불량/교략 미흡
(기계적 물성 저하)

구분 필터 Media 측정기(TSI 8130)-NaCl
단층 에어필터 평가 복합층 에어필터 평가
비 정전처리된 필터 정전처리된 필터 정전처리된 단층 필터+지지층
압력손실
(㎜ Aq)		 포집효율(%) 포집효율(%) 압력손실
(㎜ Aq)		 포집효율(%)
당일 당일 15일 후 당일 15일 후
실시예 3 0.20 18.1 41.3 40.5 0.47 60.1 50.2
실시예 4 0.22 21.3 50.6 48.8 0.50 72.7 61.8
실시예 5 0.25 22.5 54.2 53.8 0.52 75.4 65.0
실시예 3 0.20 18.1 41.3 40.5 0.47 60.1 50.2
실시예 6 0.20 14.5 35.2 23.2 0.50 54.7 32.5
비교예 6 0.21 9.5 20.1 9.3 0.52 39.6 18.6
실시예 3 0.20 18.1 41.3 40.5 0.47 60.1 50.2
실시예 7 0.15 9.7 31.2 27.6 0.39 52.0 41.7
비교예 7 0.10 7.3 20.5 16.3 지지층과 합지 불가

표 8 내지 표 10은 실시예 3, 실시예 8, 실시예 9 및 비교예 8 내지 비교예 9에 따른 단섬유 정보, 부직포 정보, 및 에어필터 정보를 나타낸 것이다. 표 8 내지 표 10 중 실시예 3, 실시예 8 및 비교예 8로부터 다른 단섬유와의 혼섬 여부에 따른 에어필터의 성능 차이, 실시예 3, 실시예 9 및 비교예 9로부터 고 유전율의 무기물 첨가에 따른 에어필터의 성능 차이를 알 수 있다.
구분 PP(폴리프로필렌) 수지 정보 섬유 가공 정보
용융 지수
(g/10min)		 대전 방지제 고 유전율의 무기물 규격 단면 형태 방사유제
처리 여부 종류
실시예 3 12 GMS 500ppm 루틸 TiO2 1000 ppm 1.5 De ×40㎜ 원형 ○ SL(스펀레이스)용 유제
실시예 8 12 GMS 500ppm 루틸 TiO2 1000 ppm 1.5 De ×40㎜ 원형 ○ SL(스펀레이스)용 유제
비교예 8 12 GMS 500ppm 루틸 TiO2 1000 ppm 1.5 De ×40㎜ 원형 ○ SL(스펀레이스)용 유제
실시예 3 12 GMS 500ppm 루틸 TiO2 1000 ppm 1.5 De ×40㎜ 원형 ○ SL(스펀레이스)용 유제
실시예 9 12 GMS 5000ppm 아나타제 TiO2 1000 ppm 1.5 De ×40㎜ 원형 ○ SL(스펀레이스)용 유제
비교예 9 12 GMS 5000ppm - 1.5 De ×40㎜ 원형 ○ SL(스펀레이스)용 유제

구분 부직포 가공
섬유 혼섬 웹형성 웹결합 평량(g/㎡) 부직포 외관 및 물성평가
실시예 3 단독 카딩 스펀레이싱 40 양호/양호
실시예 8 PET 20% 혼섬 카딩 스펀레이싱 40 양호/양호
비교예 8 PET 30% 혼섬 카딩 스펀레이싱 40 양호/양호
실시예 3 단독 카딩 스펀레이싱 40 양호/양호
실시예 9 단독 카딩 스펀레이싱 40 양호/양호
비교예 9 단독 카딩 스펀레이싱 40 양호/양호

구분 필터 Media 측정기(TSI 8130)-NaCl
단층 에어필터 평가 복합층 에어필터 평가
비 정전처리된 필터 정전처리된 필터 정전처리된 단층 필터+지지층
압력손실
(㎜ Aq)		 포집효율(%) 포집효율(%) 압력손실
(㎜ Aq)		 포집효율(%)
당일 당일 15일 후 당일 15일 후
실시예 3 0.20 18.1 41.3 40.5 0.47 60.1 50.2
실시예 8 0.22 10.4 25.4 22.6 0.49 44.3 33.4
비교예 8 0.23 5.5 12.3 8.5 0.51 31.8 17.4
실시예 3 0.20 18.1 41.3 40.5 0.47 60.1 50.2
실시예 9 0.21 16.5 37.4 36.6 0.47 58.4 47.5
비교예 9 0.20 14.4 33.8 29.8 0.46 53.0 34.4
상기 표 2 내지 10을 통해 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 폴리올레핀 단섬유로 제조된 스펀레이스 부직포로 구성된 정전필터층을 포함하는 에어필터는 낮은 압력 손실 및 높은 통기도와 우수한 포집(집진) 성능을 나타낸다.
삭제
삭제
도 1은 본 발명에 따른 에어필터용 폴리올레핀 단섬유의 전자현미경 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 이형 단면 형태의 에어필터용 폴리올레핀 단섬유의 전자현미경 사진이다.
도 3은 본 발명에 따른 기계방향(MD)으로 미세한 홀이 세로줄 무늬 형태로 형성되어 있는 본 발명의 정전필터층용 스펀레이스 부직포를 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명에 따른 단층, 2층, 3층 및 4층 구조의 에어필터를 각각 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 정전필터층용 스펀레이스 부직포의 제조 공정을 나타낸 것이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 표면층
20: 중간층
21: 정전섬유층(또는 기능성부여층)
22: 기능성부여층(또는 정전섬유층)
30: 지지층

Claims (19)

  1. (i) 폴리올레핀 단독 중합체, 랜덤 공중합체, 블록 공중합체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 폴리올레핀 수지, (ii) 모노글리세리드계, 폴리글리세리드계 또는 이들의 혼합형의 대전방지제, 또는 아민계의 대전방지제, (iii) 탄산칼슘, 스테아린산칼슘 및 이산화티탄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 첨가제, 및 (iv) 루틸(Rutile)형 또는 아나타제(Anatase)형 이산화티탄, 티탄산바륨 및 탄산칼슘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 고유전율의 무기물을 포함하고,
    표면에 0.1~2.0 중량%로 방사유제로 처리되어 있으며,
    섬도가 0.5~6.0 데니어인 것을 특징으로 하는 에어필터용 폴리올레핀 단섬유.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리올레핀 단섬유의 정전성 향상을 위해 방사시 (v) 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE) 및 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)로 이루어진 군으로부터 선택되는 불소계 폴리머를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 에어필터용 폴리올레핀 단섬유.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리올레핀 단섬유의 단면 형상이 유선형의 꼭지점을 포인트로 표시하여 단면 둘레방향으로 각 꼭지점을 연결할 때 섬유 내부로 향하는 연결선의 모서리 내각 중 3개 이상이 90도를 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 에어필터용 폴리올레핀 단섬유.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 대전방지제의 함량은 0 중량% 초과 5 중량% 이하인 것을 특징으로 하는 에어필터용 폴리올레핀 단섬유.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리올레핀은 폴리프로필렌(PP)인 것을 특징으로 하는 에어필터용 폴리올레핀 단섬유.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 에어필터용 폴리올레핀 단섬유의 섬도는 1.5~3 데니어인 것을 특징으로 하는 에어필터용 폴리올레핀 단섬유.
  8. (i) 제 1항 내지 제 3항, 또는 제 5항 내지 제 7항 중 어느 한 항의 에어필터용 폴리올레핀 단섬유 80~100 중량%, 및 (ii) 부직포 용도로 사용되는 천연, 합성 또는 재생 단섬유 0~20 중량%를 포함하고,
    수류교락(스펀레이싱)에 의해 제조되어 10~150 g/㎡의 평량 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 정전필터층용 스펀레이스 부직포.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 정전필터층용 스펀레이스 부직포는 기계방향(MD)으로 미세한 홀이 세로줄 무늬 형태로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 정전필터층용 스펀레이스 부직포.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 정전필터층용 스펀레이스 부직포는 코로나 방전, 플라즈마 대전, 대전된 물방울을 이용한 수(水)대전 또는 이들의 조합 형태로 추가적인 정전 처리되어 있는 것을 특징으로 하는 정전필터층용 스펀레이스 부직포.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 (ii)의 단섬유는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유, 나일론 섬유, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)/폴리에틸렌(PE) 섬유, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)/폴리프로필렌(PP) 섬유, 폴리프로필렌(PP)/폴리에틸렌(PE) 섬유, 셀룰로오스계 섬유, 폴리비닐알콜(PVA) 섬유, 불소계 폴리머 섬유, 아크릴 섬유 및 모다크릴(modacryl) 섬유로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 합성 또는 재생 단섬유인 것을 특징으로 하는 정전필터층용 스펀레이스 부직포.
  12. 정전필터층용 스펀레이스 부직포의 제조 방법으로서,
    (a) (i) 제 1항 내지 제 3항, 또는 제 5항 내지 제 7항 중 어느 한 항의 에어필터용 폴리올레핀 단섬유 80~100 중량%, 및 (ii) 부직포 용도로 사용되는 천연, 합성 또는 재생 단섬유 0~20 중량%를 포함하는 폴리올레핀계 단섬유를 카딩(carding)하는 단계;
    (b) 카딩된 폴리올레핀계 단섬유 웹(web)에 물을 워터 제트(water jet)로 고압 분사하여 수류교락(스펀레이싱)하는 단계; 및
    (c) 수류교락(스펀레이싱)에 의해 생성된 부직포를 공기 건조, 열 건조, 기계적 건조, 진공 건조 또는 이들의 조합에 의해 건조시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 단계 (a)와 상기 단계 (b) 사이에, 카딩된 폴리올레핀계 단섬유를 코로나 방전 처리한 후, 이소프로판올로 습윤시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제 8 항의 정전필터층용 스펀레이스 부직포로 구성된 정전필터층을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어필터.
  17. 제 16 항에 있어서,
    활성 탄소 섬유, 탄소 나노 튜브(CNT), 제올라이트, 실리카겔, 활성 알루미나, 이온교환 수지, 및 이온교환 섬유로 이루어진 군으로부터 선택되는 흡착/탈취층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 에어필터.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 정전필터층용 스펀레이스 부직포는 스펀본드(SB) 부직포, 멜트블로운(MB) 부직포, 나노 방사 부직포, 니들펀치(NP) 부직포, 써멀본드(TB) 부직포, 양면반사필름(AL) 부직포, 습식 부직포 또는 종이 필터 중 하나 이상과 합지되어 2층 내지 4층의 복합층을 형성하는 것을 특징으로 하는 에어필터.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 복합층의 층간 결합은 초음파 본딩, 서멀본딩, 핫멜트본딩, 니들펀칭, 수류교락, 스티치본딩, 또는 접착제를 사용한 본딩에 의해 이루어진 것을 특징으로 하는 에어필터.
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