KR101130736B1 - 기체필터용 제전 세사 부직포 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기체 중에 포함된 분진을 제거하기 위한 백필터용 부직포에 관한 것으로, 제거대상 분진 속에 포함되어 있는 대전성 입자를 효율적으로 제거할 수 있는 기체필터용 제전 세사 부직포에 관한 것이다.
본 발명의 기체필터용 부직포는 폴리에스터 단섬유와 메탈 화이버가 혼합된 표면층과 300～1000데니어 폴리에스터사로 제직된 중간 기포(scrim) 및 2데니어 폴리에스터 단섬유로 이루어진 이면층이 표면층:기포:이면층=1:0.3～0.7:1의 중량비율로 니들펀칭에 의해 일체화된 3층 구조로서, 이때 상기 표면층은 0.7～0.8데니어 폴리에스터 단섬유 98～95wt%와 1～2데니어 메탈 화이버 2～5wt%로 이루어 진다.
부직포, 메탈 화이버, 백필터

Description

기체필터용 제전 세사 부직포{ANTI-STATIC NONWOVEN FELT FOR AIR DUST FILTERING}
본 발명은 공기 중에 포함된 분진을 제거하기 위한 백필터용 부직포에 관한 것으로, 특히 분진 속에 포함되어 있는 대전성 입자에 의한 정전기 발생을 효율적으로 제거할 수 있도록 구성한 기체필터용 제전(除電) 세사 부직포에 관한 것이다.
일반적으로 조업공정 중에 가열이나 연소 또는 분쇄 및 용해과정을 포함하는 각종 산업현장에서는 분진을 포함하는 배출가스가 발생하게 되고, 그러한 배출가스 중에 포함된 분진은 집진장치를 거치면서 배출가스 허용기준치에 부합하는 정도로 분진이 제거된 상태의 기체만이 대기중으로 배출되어 진다.
이와 같은 배출가스 중에 포함된 분진을 집진 또는 제거하기 위한 집진설비에서는 주로 백필터가 사용되고 있다. 한편, 최근에 이르러 환경에 대한 관심이 높아지고 대기환경에 대한 각종 기준이 강화됨에 따라 산업현장에서 발생되는 배출가스에 대한 분진의 허용기준치가 상당히 엄격해지고 있는 실정이다.
이에 따라 상기와 같은 허용기준치를 만족시키기 위해서 최근의 백필터용 부직포는 기존에 비해 기공이 상대적으로 적게 형성되도록 하여 미세분진의 포집이 이루어지도록 하는 추세를 띠고 있다. 이러한 백필터용 부직포의 대표적인 일예로 분진을 함유한 배출가스와 직접 접촉하는 필터의 표면부를 세사로 형성하여 미세먼지의 제거가 이루어지도록 하는 이른바 세사 필터가 알려지고 있다.
한편, 제철소나 제강공장을 비롯한 시멘트 공장 등에서 발생되는 배출가스 중에는 대전성(帶電性) 입자가 많이 포함되어 있고, 또한 배출가스의 온도 자체가 상대적으로 높기 때문에 백필터의 사용 중에 스파크 발생에 의한 화재의 위험에 노출되어 있다.
이와 같은 정전기 발생에 따른 폐해를 해결하기 위한 방안으로서, 표면부에 불소계 수지 등으로 이루어진 대전방지제를 코팅한 백필터가 알려지고 있으나, 대전방지 효과가 충분하지 못할 뿐 아니라 그러한 표면코팅에 의해 통기성이 방해되어 필터의 여과효율 저하가 수반되는 문제점이 지적되고 있다.
이에, 종래에 비해 한층 강화되고 또한 앞으로 더욱더 엄격해질 분진허용 기준치에 부합하는 미세분진 제거기능을 구비하면서도 대전방지 효율이 우수한 백필터용 부직포에 대한 개발이 요망되고 있다.
본 발명은 갈수록 엄격해지는 배출가스 허용기준치에 부합할 수 있는 서브미크론 단위의 미세분진에 대해서도 제거가 가능함과 아울러 분진 중에 함유되어 있는 대전성 입자를 효율적으로 제거할 수 있도록 메탈 화이버를 포함하는 표면층이 구비된 기체필터용 제전 세사 부직포를 제공함에 발명의 목적을 두고 있다.
본 발명의 다른 목적은 탈진이 용이하면서도 분진 포집시 차압이 낮고 자체 강도가 높은 백필터용 제전 세사 부직포를 제공하는데 있다.
본 발명의 기체필터용 제전 세사 부직포는 세사로 이루어진 폴리에스터 단섬유와 메탈화이버가 혼합되어진 표면층과 강도 보강의 역할을 하는 중간 기포(scrim) 및 상기 표면층에 비해 굵은 섬도의 폴리에스터 단섬유로 이루어진 이면층이 순차 적층되어 니들펀칭으로 일체화된 3중층 구조로 이루어져 있다.
이때, 상기 표면층은 분진을 포함한 가스와 직접 접촉하여 분진의 제거가 이루어지도록 하는 층으로서, 0.7～0.8데니어 폴리에스터 단섬유 98～95wt%와 메탈 화이버 2～5wt%로 이루어져 미세한 기공을 형성함으로써 분진을 포함한 가스와의 접촉시 서브 미크론 단위의 미세분진에 대해서까지도 포집이 가능하고 또한 전도성 금속 화이버에 의해서 분진 속에 존재하는 대전성 입자에 의해 발생된 정전기를 제거시키게 된다.
상기 표면층을 이루는 메탈 화이버의 함량과 관련하여, 그 함량이 2wt%에 이르지 못하는 경우에는 대전성 입자에 대하여 효과적인 제전기능을 발휘하지 못하게 되고, 5wt%를 초과하는 경우에는 제전기능에 대한 더 이상의 기대효과에 비해서 원가부담이 가중되어 바람직하지 못하다. 이에 따라 메탈 화이버의 첨가범위를 2～5 wt%로 한정하였다.
상기 메탈 화이버의 구체적인 일예로는 1～2데니어의 스테인레스 재질 화이버가 바람직하다.
다음, 기포는 300～1000데니어 폴리에스터사로 제직되며, 백필터로의 성형시 형태안정성 유지를 위한 소정의 강도를 부여하는 역할을 한다. 기포를 구성하는 섬유의 섬도는 용도 특성에 부합하도록 상기의 범위 내에서 적절하게 선택하여 제직하게 된다.
마지막으로, 이면층은 2데니어 폴리에스터 단섬유로 이루어진다.
이와 같은 본 발명의 기체필터용 부직포는 기포를 중심으로 양 외면에 표면층과 이면층이 위치하여 니들펀칭에 의해 일체화된 구조로서, 이때 각 층의 단위면적당 중량비는 표면층:기포:이면층=1:0.3～0.7:1로 유지되도록 하는 것이 바람직하다. 상기 표면층 및 이면층에 대한 기포의 상대적인 함량은 본 발명의 부직포로 제작된 백필터의 사용환경에서 요구되는 필터의 강도수준에 따라 상기의 범위 내에서 정해지게 된다.
상기 본 발명의 부직포를 이루는 세 개층의 함량 비율을 단위 면적(m2) 기준으로 표현하면, 부직포 중량 600g/m2 기준으로 표면층과 이면층이 각기 260g/m2이고 기포가 80～180g/m2이다. 그리고, 상기 표면층의 전체 중량 (260g/m2)에서 2～5%에 해당하는 5.2～13g/m2은 메탈 화이버이고 나머지는 미세 폴리에스터 단섬유이다.
본 발명의 공기필터용 부직포는 니들펀칭(needle punching) 방식에 의해서 제조된다. 본 발명의 제조공정을 도시하고 있는 도1의 공정도를 참조하여 제조과정을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 표면층과 이면층을 성형하기 위하여 표면층 형성용으로는 0.7～0.8데니어 폴리에스터 단섬유와 1～2데니어 메탈 화이버를, 그리고 이면층 형성용으로는 2데니어 폴리에스터 단섬유를 원료로 마련하여 이들에 대하여 혼타면, 개면(1,2차) 및 성형 공정으로 이어지는 통상적인 부직포 제조공정을 거치게 되면 쉬트상으로 성형된다. 이때, 표면층 형성공정에서는 이면층 형성공정에 비해 1,2차 개면 사이에 숙성(aging) 공정을 추가적으로 수행하게 된다.
다음, 상기의 이면층 성형체의 일면에 300～1000데니어 폴리에스터사로 직조된 기포를 대고 니들펀칭을 하여 이들 두 층간에 일차적인 결속이 이루어지도록 한다.
한편, 표면층 성형체에 대하여도 니들펀칭을 행하여 일차적인 결속이 이루어지도록 한다. 이와 같이 각기 결속이 이루어진 두 결속체를 겹쳐놓고 최종적인 결속이 이루어지도록 니들펀칭을 행하여 3층의 합봉결속이 이루어지도록 한다. 이때에는 기포가 중간에 위치하도록 두 결속체를 겹쳐놓은 상태에서 니들펀칭을 수행하게 된다.
이때, 합봉공정은 4대의 펀칭머신을 이용하는 것이 바람직한바, 합봉공정에서는 상기 표면층과 이면층의 일차적인 결속을 위한 펀칭(pre-punching)에 비해 스트로크 속도를 증가시킴과 아울러 침심의 깊이를 깊게 하고, 또한 표면과 이면의 편차를 억제하기 위해 펀칭비율을 일정하게 유지하여 형태안정성의 확보와 함께 충분한 탄성복원력이 구비되도록 하는 것이 요구된다. 그리고 니들마크나 니들트랙이 남지않도록 하는 공정제어를 통해서 외관품질의 향상이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 공정을 통해서 성형된 본 발명의 부직포 생지는 후 가공으로서 표면층 기모를 태우는 모소가공(singeing treatment)에 이은 불소수지 함침공정을 추가적으로 거치게 된다.
상기 모소가공을 거치게 되면 집진시 미세먼지가 백필터 표면에 달라붙지 못하게 되어 탈진성능이 개선되고 포집력이 증대되며 기공이 팽창되지 않아 미세 분진이 침투하지 못하게 됨으로써 차압을 낮추게 되어, 결과적으로 필터의 수명을 연장시킨다.
그리고, 불소수지 혼합액은 마찰계수가 낮기 때문에 필터의 기계적인 손상을 막아주는 한편 필터의 표면적을 확장시켜 서로 다른 마찰전기의 발생으로 미크론 이하의 분진도 포착할 수 있는 능력을 발휘하도록 함으로써 미세먼지에 대한 집진효율을 향상시키게 된다.
본 발명에 따른 기체필터용 부직포는 배출가스와 직접 접촉하는 표면층이 세사의 폴리에스터 단섬유로 이루어져 있어서 서브미크론 단위의 미세분진에 대해서도 제거가 가능함과 아울러 표면층을 이루고 있는 또 다른 성분으로서의 메탈 화이버를 통해서 분진 중에 함유되어 있는 대전성 입자를 효율적으로 제거할 수 있는 이점이 있다.
또한 발명의 부직포는 탈진이 용이하면서도 분진포집시 차압이 낮고 자체 강도가 높다는 장점이 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.
먼저, 표면층 형성용 원료 섬유로서, 0.8 데니어 폴리에스터 단섬유와 2데니어 스테인레스(SUS316L) 재질의 메탈 화이버를 마련하였고, 이면층 형성용으로는 2데니어 폴리에스터 단섬유를 마련하였다.
앞서 설명한 바의 표면층과 이면층 성형공정에 따라 각기 혼타면기를 이용하여 혼타면을 한 후에 1차 개면을 행하여 가늘게 개면시켰다.
개면된 웨브를 카딩공정으로 이송시켜 일련의 롤러를 거치면서 미세하고 가늘게 교략되고 개섬되도록 하였다. 이때 중량조절은 피드롤러에서 행하고 전체 컨트롤은 메인실린더를 통하여 조절하였다.
개면이 완료된 웨브는 성형공정으로 이송시켜 벨트 위에서 여러 겹으로 적층되면서 소정의 형태가 부여되었다. 성형공정이 완료된 표면층 성형체의 일면에는 1000데니어 폴리에스터사로 제직된 기포를 대고 프리 펀칭(pre-punching)을 행하여 일차적인 결속이 이루어지도록 하였다.
한편, 이면층 형성용 성형체에 대하여도 프리 펀칭을 행하여 일차적인 결속이 이루어지도록 하였다.
이어서, 표면층과 그 일면에 합봉된 기포로 이루어진 2층 구조의 1차 결속체 기포면상에 이면층 성형체를 맞대어 포갠 상태에서 4대의 펀칭머신을 이용한 니들 펀칭으로 합봉결속을 행하고 마무리 공정으로서 표리가공(heat press calendering)을 수행하여 부직포 생지를 얻었다.
이렇게 해서 얻어진 부직포 생지에 대하여 표면층을 모소가공하고, 이어서 불소수지 혼합액(불소수지 용액 30% + 왁스이형제 10% + 물60%)이 수용된 용해조 내부에 상기 부직포 생지 원단을 함침시킨 후 꺼내어 압축롤러를 이용한 압착으로 고형분이 원단 내부에 침투되도록 하는 한편 수분의 제거가 이루어지도록 하였다.
원단에 남아있는 수분은 건조장치(can dryer)를 이용하여 제거되도록 함과 아울러 1,2차 큐어링 공정을 거치면서 고형분은 섬유 내부에서 완전히 고착되도록 하였다.
상기와 같은 공정을 통해서 얻어진 본 발명 실시예의 부직포에 대한 확대 사진이 도2 및 도3에 각각 나타나 있다.
도2는 본 발명 실시예 부직포를 70배 배율로 확대한 단면사진이고, 도3은 동 실시예 부직포 표면을 100배 배율로 확대한 사진이다.
아래의 표1은 본 발명의 실시예와 종래 제품 및 비교재간의 일반물성치를 비교하여 나타내고 있다.
구 분 종래예 비교예 실시예
재 질 폴리에스터 폴리에스터 폴리에스터
중 량(g/m2) 610 560 610
두 께(mm) 2.1～2.3 1.8～1.9 1.9～2.1
섬도
(denier)		 표면층 2～3 1 0.8
이면층 2～3 2
인장강도
(kgf)		 길이 166.2 164 184.8
폭 182.3 220 194.6
중간기포(denier) 300 1000 1000
파열강도(kgf/cm2) 38.5 45이상 45이상
통기도(cm3/cm2/s) 12～15 14～15 8～9
상기 표1에서 종래예의 부직포는 중간 기포를 중심으로 그 양편의 표면층과 이면층이 동일한 섬도의 폴리에스터 단섬유층으로 이루어진 제품이고, 비교예의 부직포는 표면층이 이면층에 비해 상대적으로 낮은 섬도(1데니어)의 폴르에스터 단섬유로 이루어진 독일 BWF사 제품이다.
다음, 표2는 필터 효율과 관련한 특성을 측정하여 대비한 것이다.
구 분 종래예 비교예 실시예
차압(mmH2O) 3.623 2.742 3.21
투과(방출)율(%) 60.87 37.51 35.34
회수율(%) 39.14 62.49 64.66
입도크기(㎛) 0.8 0.8 0.8
상기 표2에서 종래예와 비교예의 부직포는 각각 표1의 종래예 및 비교예 제품과 동일한 것이다. 상기 표2에서와 같이 본 발명 실시예의 부직포는 기존 부직포 제품에 비해서 낮은 차압을 나타냄을 알 수 있다.
그리고, 0.8㎛ 크기의 입자에 대한 투과율 및 회수율 시험 결과에서 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예 부직포는 기존 부직포에 비해서 상대적으로 낮은 투과(방출)율을 보임과 아울러 회수율 면에서는 비교적 높은 값을 나타냄으로써, 결과적으로 미세 분진입자에 대해서 높은 제거효율을 발휘하는 것으로 볼 수 있다.
도1은 본 발명의 부직포 제조공정도.
도2는 본 발명의 실시예에 대한 확대단면 사진.
도3은 본 발명의 실시예에 대한 표면확대 사진.

Claims (4)

  1. 폴리에스터 단섬유와 메탈 화이버가 혼합된 표면층과 300～1000데니어 폴리에스터사로 제직된 중간 기포(scrim) 및 2데니어 폴리에스터 단섬유로 이루어진 이면층이 표면층:기포:이면층=1:0.3～0.7:1의 중량비율로 니들펀칭에 의해 일체화된 3층 구조로서, 이때 상기 표면층은 0.7～0.8데니어 폴리에스터 단섬유 98～95wt%와 스테인레스 SUS316L 재질의 1～2데니어 메탈 화이버 2～5wt%로 이루어짐을 특징으로 하는 기체필터용 제전 세사 부직포.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 0.7～0.8데니어 단섬유와 스테인레스 SUS316L 재질의 1～2데니어 메탈 화이버가 혼합된 표면층과 300～1000데니어 폴리에스터사로 제직된 중간 기포(scrim) 및 2데니어 폴리에스터 단섬유로 이루어진 이면층이 니들펀칭에 의해 일체화된 3층 구조로서, 이때 세 층의 함량 비율은 부직포 중량 600g/m2 기준으로 표면층과 이면층이 각기 260g/m2이고 기포가 80～180g/m2이며, 상기 표면층의 전체 중량 중 5.2～13g/m2은 메탈 화이버인 것을 특징으로 하는 기체필터용 제전 세사 부직포.
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