KR101180374B1

KR101180374B1 - 엔진 필터용 친환경 부직포, 그 제조방법 및 엔진 필터

Info

Publication number: KR101180374B1
Application number: KR1020120025055A
Authority: KR
Inventors: 김유만
Original assignee: 동화 바이텍스 주식회사
Priority date: 2012-03-12
Filing date: 2012-03-12
Publication date: 2012-09-10

Abstract

본 발명은 본 발명은 엔진 필터용 친환경 부직포, 그 제조방법 및 엔진 필터에 관한 것이다. 본 발명은 생분해성 폴리에스테르로 구성된 제1섬유; 및 코어-시스 구조의 생분해성 복합섬유로 구성된 제2섬유를 포함하되, 상기 제1섬유는 분자 내에 이소소르바이드(Isosorbide)를 가지는 생분해성 폴리에스테르로 구성되고, 상기 제2섬유는 코어와, 상기 코어에 피복된 시스를 포함하는 코어-시스 구조를 가지되, 상기 코어는 생분해성 폴리에스테르로 구성되고, 상기 시스는 저융점 생분해성 고분자로 구성된 엔진 필터용 친환경 부직포, 그 제조방법 및 상기 부직포를 포함하는 엔진 필터를 제공한다. 본 발명에 따르면, 내구성 및 강도 등이 우수하여 수회 재사용할 수 있으며, 생분해가 가능하여 환경 친화적이다.

Description

엔진 필터용 친환경 부직포, 그 제조방법 및 엔진 필터 {ENVIRONMENT FRIENDLY NON-WOVEN FOR ENGINE FILTER, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME AND ENGINE FILTER COMPRISING THE SAME}

본 발명은 엔진 필터용 친환경 부직포, 그 제조방법 및 엔진 필터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내구성 및 강도 등이 우수하여 수회 재사용할 수 있으며, 생분해가 가능하여 환경 친화적인 엔진 필터용 친환경 부직포, 그 제조방법 및 엔진 필터에 관한 것이다.

엔진(Engine)이 장착된 기계 장치, 예를 들어 자동차 등에는 엔진에 공급되는 흡입공기를 여과하는 엔진 필터(Engine Filter, 통상 에어 필터)가 설치되고 있다. 이러한 엔진 필터는 일반적으로 공기를 여과하는 여과재로서의 부직포(non-woven)와, 이를 지지하는 프레임(frame)의 조립체(assembly)로 구성된다.

이때, 상기 부직포는 인조 섬유나 합섬 섬유로 제조된다. 부직포는 주로 폴리에스테르나 비스코스 레이온 등의 섬유가 사용된다. 그리고 상기 프레임은 부직포와는 다른 재질로서, 주로 폴리우레탄이나 폴리프로필렌 등을 사용하여 사출 성형된다. 최근에는 필터 효율이나 내구성 등을 개선하기 위해, 상기 부직포를 2종 이상의 섬유를 사용하되, 굵기나 조밀도를 달리한 2층 이상의 다층 구조로 제조하고 있다.

예를 들어, 대한민국 실용신안등록 제20-0288257호 및 대한민국 등록특허 제10-0356411호 등에는 위와 관련한 기술이 제시되어 있다. 또한, 대한민국 공개특허 제10-2002-0072396호에는 부직포와, 이를 지지하는 프레임을 열가소성의 동일한 재질로 구성하여, 원료의 재활용 시 처리공정을 단순하게 한 기술이 제시되어 있다.

그러나 상기 선행 특허문헌들을 포함하는 종래 기술에 따른 엔진 필터용 부직포는 다음과 같은 문제점이 있다.

부직포가 엔진 필터용 사용되기 위해서는 필터 효율이나 내구성 등이 양호해야 함은 물론, 1회 사용 후 스크랩(scrap)하여 수회 이상 지속적으로 재사용할 수 있어야 한다. 그러나 종래 기술에 따른 엔진 필터용 부직포는 재사용성이 낮다.

무엇보다, 종래 기술에 따른 엔진 필터용 부직포는 수명을 다한 후, 폐기 시 환경문제를 일으키는 문제점이 있다. 상기한 바와 같이, 부직포는 주로 폴리에스테르나 비스코스 레이온 등의 섬유로 구성되고, 프레임은 주로 폴리우레탄이나 폴리프로필렌 등의 사출물로 구성되는데, 이들 재질들은 폐기 처리 시 환경문제를 일으킨다. 예를 들어, 소각 처리 시, 매연을 발생시킴은 물론, 다이옥신 등과 같은 인체에 유해한 폐가스 등을 발생시켜 친환경적이지 못하다.

또한, 종래 기술에 따른 엔진 필터는 상기한 바와 같이 부직포와 프레임의 조립체로 구성되는데, 이때 이들 각각을 제조하는 공정이 수반되어 비용이 상승되는 문제점이 있다. 즉, 필터용 부직포의 제조공정과, 상기 부직포를 지지하기 위한 프레임의 제조공정(사출 형성공정)이 각각 별도의 설비를 통해 수행되고, 이와 함께 부직포에 프레임을 조립하는 공정이 수반되고 있다. 이에 따라, 제조설비 및 제조공정에 따른 엔진 필터의 비용이 상승되는 문제점이 있다.

대한민국 실용신안등록 제20-0288257호 대한민국 등록특허 제10-0356411호 대한민국 공개특허 제10-2002-0072396호

이에, 본 발명은 내구성 및 강도 등이 우수하여 재사용성이 높으며, 특히 생분해가 가능하여 환경 친화적인 엔진 필터용 친환경 부직포, 그 제조방법 및 엔진 필터를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 부직포 자체에 표면 경화층을 형성시켜, 상기 표면 경화층이 프레임이 되도록 함으로써, 프레임의 제조공정 및 조립공정을 배제하여 비용을 절감할 수 있는 엔진 필터를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

생분해성 폴리에스테르로 구성된 제1섬유; 및

코어-시스 구조의 생분해성 복합섬유로 구성된 제2섬유를 포함하되,

상기 제1섬유는 분자 내에 이소소르바이드(Isosorbide)를 가지는 생분해성 폴리에스테르로 구성되고,

상기 제2섬유는 코어와, 상기 코어에 피복된 시스를 포함하는 코어-시스 구조를 가지되, 상기 코어는 생분해성 폴리에스테르로 구성되고, 상기 시스는 저융점 생분해성 고분자로 구성된 엔진 필터용 친환경 부직포를 제공한다.

또한, 상기 제2섬유를 구성하는 코어는 분자 내에 이소소르바이드(Isosorbide)를 가지는 생분해성 폴리에스테르로 구성된 것이 바람직하다. 그리고 상기 제2섬유를 구성하는 시스는 130℃ 이하의 융점을 가지는 것이 좋다.

아울러, 본 발명에 엔진 필터용 친환경 부직포는 다층 구조로서 상부층, 상기 상부층의 하부에 형성된 중간층, 및 상기 중간층의 하부에 형성된 하부층을 포함하되, 상기 상부층은, 상부층 전체 중량 기준으로 제2섬유 100중량%로 구성되거나, 제2섬유 50중량% 이상과 제1섬유 50중량% 이하의 혼합으로 구성되고, 상기 중간층은, 중간층 전체 중량 기준으로 제2섬유 100중량%로 구성되거나, 제2섬유 50중량% 이상과 제1섬유 50중량% 이하의 혼합으로 구성되며, 상기 상부층은, 하부층 전체 중량 기준으로 3.0 데니어(D) 이상의 굵기를 가지는 제1섬유 50중량% 이상과, 4.0 데니어(D) 이상의 굵기를 가지를 제2섬유 50중량% 이하의 혼합으로 구성된 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은,

생분해성 폴리에스테르로 구성된 제1섬유와, 코어-시스 구조의 생분해성 복합섬유로 구성된 제2섬유를 혼합하여 부직포 시트를 얻는 단계;

상기 부직포 시트를 니들 펀칭하는 단계; 및

상기 니들 펀칭된 부직포 시트를 열 압착하는 단계를 포함하되,

상기 제1섬유는 분자 내에 이소소르바이드(Isosorbide)를 가지는 생분해성 폴리에스테르로 구성하고,

상기 제2섬유는 코어와, 상기 코어에 피복된 시스를 포함하는 코어-시스 구조를 갖게 하되, 상기 코어는 생분해성 폴리에스테르로 구성하고, 상기 시스는 저융점 생분해성 고분자로 구성한 엔진 필터용 친환경 부직포의 제조방법을 제공한다.

이때, 상기 열 압착하는 단계는 100 ~ 200℃의 온도에서 열 압착하는 것이 좋다.

이에 더하여, 본 발명은, 상기한 바와 같은 본 발명의 친환경 부직포를 포함하는 엔진 필터를 제공한다. 그리고 바람직한 구현예에 따라서, 상기 친환경 부직포는 열 응고되어 형성된 표면 경화층을 포함하는 것이 좋다. 이때, 상기 표면 경화층은 프레임의 기능을 한다.

본 발명에 따르면, 필터 성능은 물론, 내구성 및 강도 등이 우수하여 재사용성이 높으며, 특히 생분해가 가능하여 환경 친화적인 효과를 갖는다. 또한, 부직포 자체에 형성된 표면 경화층이 프레임의 기능을 하게 되어, 프레임의 제조공정 및 조립공정이 배제된다. 이에 따라, 엔진 필터를 저렴한 가격으로 보급할 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 엔진 필터용 친환경 부직포를 구성하는 제1섬유의 사시 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 엔진 필터용 친환경 부직포를 구성하는 제2섬유의 사시 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 엔진 필터용 친환경 부직포의 예시적인 형태에 따른 단면 구성도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 첨부된 도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 엔진 필터용 친환경 부직포를 구성하는 섬유의 사시 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 친환경 엔진 필터용 부직포의 예시적인 형태로서, 3층 구조를 보인 단면 구성도이다.

본 발명에 따른 엔진 필터용 친환경 부직포(이하, '부직포'라 약칭한다.)는 2가지의 섬유(1)(2)를 포함한다. 본 발명에 따른 부직포(10)는 상기 2가지의 섬유(1)(2)를 이용하되, 통상의 제조방법에 따라 제조될 수 있으며, 그 제조방법은 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 2가지의 섬유(1)(2)를 혼합 카딩(carding)한 후, 크로스-랩핑(cross-lapping)하여 웹(web)이 형성되도록 성형한 다음, 이를 니들 펀칭(needle punching) 및 열 압착(heat press)하여 펠트(pelt)형의 부직포(10)로 제조될 수 있다.

이때, 본 발명에 따라서, 상기 2가지 섬유(1)(2)는 생분해성이다. 즉, 상기 2가지 섬유(1)(2)는 생분해성 고분자를 방사하여 제조한 것이다. 본 발명에서 생분해성이란 자연 상태에서 분해되는 것, 구체적으로 토양 속의 미생물에 의해 자연적으로 분해될 수 있는 것이면 여기에 포함하며, 바람직하게는 토양 내에서 6개월 이내에 분해되는 것이면 좋다.

보다 구체적으로, 본 발명에 따른 부직포(10)는 생분해성 폴리에스테르로 구성된 섬유(1)와, 코어-시스(core-sheath) 구조의 생분해성 복합섬유로 구성된 섬유(2)를 포함한다. 본 발명에서는 상기 생분해성 폴리에스테르로 구성된 섬유(1)를 '제1섬유'라 하고, 상기 코어-시스 구조의 생분해성 복합섬유로 구성된 섬유(2)를 '제2섬유'라 한다.

이때, 상기 제1섬유(1)는 분자 내에 이소소르바이드(Isosorbide)를 가지는 생분해성 폴리에스테르로 구성된다. 구체적으로, 상기 제1섬유(1)는 생분해성 폴리에스테르와 이소소르바이드(Isosorbide)가 중합된 생분해성 폴리에스테르계 고분자를 방사하여 제조한 것이 사용된다.

상기 이소소르바이드(Isosorbide)는 사이클릭(cyclic) 구조를 가지는 고리 화합물로서, 이는 일반식 C₆H₁₀O₄로 표시된다. 이러한 이소소르바이드(Isosorbide)는 생분해성 폴리에스테르에 1개 또는 2개 이상 중합될 수 있다. 상기 생분해성 폴리에스테르는 위와 같은 이소소르바이드(Isosorbide)와의 중합에 의해 반 방향족 형태로 개질되어 열적 및 물리적 특성이 개선된다. 구체적으로, 상기 이소소르바이드(Isosorbide)는 생분해성 폴리에스테르의 내열성 및 내구성 등의 특성을 개선한다. 상기 이소소르바이드(Isosorbide)는 일반적인 고분자 합성법에 따라 폴리에스르계와 공중합될 수 있다.

본 발명에서, 상기 이소소르바이드(Isosorbide)는 일반식 C₆H₁₀O₄의 고리 화합물이면 제한되지 않으며, 이는 예를 들어 헤테로사이클릭(heterocyclic) 구조로서, 하기 화학식으로 표시되는 구조를 가지는 1,4-디언하이드로솔비톨(1,4-Dianhydrosorbitol) 등으로부터 선택될 수 있다.

[화학식]

본 발명에 따르면, 제1섬유(1)가 생분해성 고분자로서, 상기와 같은 이소소르바이드(Isosorbide)가 중합된 생분해성 폴리에스테르 섬유로 구성되어, 생분해가 가능하면서 다른 생분해성 고분자, 예를 들어 폴리락트산(PLA)이나 폴리부틸렌숙신네이트(PBS) 등보다 내열성 및 내구성 등이 우수하여, 엔진 필터용으로 유용하다.

또한, 상기 제2섬유(2)는 생분해성 2종 섬유의 복합으로서, 이는 상기한 바와 같이 코어-시스 구조를 갖는다. 구체적으로, 상기 제2섬유(2)는 중심의 코어(2a)와, 상기 코어(2a)의 표면에 피복된 시스(2b)를 포함하는 코어-시스 구조를 갖는다. 그리고 상기 코어(2a)는 생분해성 폴리에스테르로 구성되고, 상기 시스(2b)는 저융점 생분해성 고분자로 구성된다. 보다 구체적으로, 제2섬유(2)는 생분해성 폴리에스테르의 방사에 의해 코어(2a)가 형성된 후, 저융점 생분해성 고분자의 복합 방사에 의해 시스(2b)가 피복되어 코어-시스 구조를 갖는다.

이때, 상기 코어(2a)를 구성하는 생분해성 폴리에스테르는 생분해성 폴리에스테르계이면 제한되지 않는다. 상기 코어(2a)는 바람직하게는 상기 제1섬유(1)에서와 같은 반 방향족 형태의 생분해성 폴리에스테르계로 구성된다. 구체적으로, 상기 코어(2a)를 구성하는 생분해성 폴리에스테르는, 바람직하게는 내열성 및 내구성 등이 좋도록 상기한 바와 같은 이소소르바이드(Isosorbide)가 중합된 생분해성 폴리에스테르가 방사되어 구성된다.

또한, 상기 시스(2b)를 구성하는 저융점 생분해성 고분자는 저융점이면 제한되지 않다. 이러한 시스(2b)의 저융점에 의해, 섬유(1)(2)들은 열 결합된다. 즉, 저융점의 시스(2b)는 열에 의해 용융되어, 제1섬유(1)들과 제2섬유(2)들의 상호간을 열 결합시킨다.

상기 시스(2b)는 제1섬유(1)보다 융점이 낮으면 좋다. 구체적으로, 상기 시스(2b)를 구성하는 저융점 생분해성 고분자는 제1섬유(1)를 구성하는 생분해성 폴리에스테르보다 융점이 낮은 생분해성 고분자이면 제한되지 않는다. 시스(2b)는 예를 들어 130℃ 이하의 융점을 가지는 것이 바람직하다. 구체적인 예를 들어, 시스(2b)는 100 ~ 130℃의 융점을 가지는 생분해성 고분자로 구성될 수 있으며, 더욱 구체적인 예를 들어 시스(2b)는 110 ~ 125℃의 융점을 가지는 생분해성 고분자로 구성될 수 있다.

아울러, 상기 시스(2b)를 구성하는 저융점 생분해성 고분자는, 특별히 한정하는 것은 아니지만 폴리락트산(PLA ; poly lactic acid), 폴리부틸렌숙신네이트(PBS ; Polybutylene succinate), 폴리글리콜산(PGA ; poly glycolic acid), 폴리카프로락톤(PCL ; poly caprolactone), 지방족 폴리에스테르, 폴리히드록시 부틸산(PHB ; poly hydroxy butyric acid) 및 D-3-히드록시 부틸산(D-3-hydroxy butyric acid) 등으로부터 선택된 하나 이상의 생분해성 고분자로 구성될 수 있다.

또한, 상기 제1섬유(1)와 제2섬유(2)의 굵기 및 길이(섬유장)는 특별히 제한되지 않는다. 굵기의 경우에는 예를 들어 0.5 데니어(denier, D) 이상, 보다 구체적으로 0.5 ~ 8.0 데니어(D)를 가질 수 있다. 그리고 길이(섬유장)의 경우에는 예를 들어 15㎜ ~ 120㎜를 가질 수 있다.

바람직한 구현예에 따라서, 부직포(10)의 강도나 필터 효율, 그리고 부직포(10)의 제조 용이성 등을 위해, 상기 제1섬유(1)는 1.4 ~ 6.0 데니어(D)의 굵기(D1)와, 38㎜ ~ 76㎜의 길이(L1)를 가지는 것이 좋다. 그리고 상기 제2섬유는 2.0 ~ 6.0 데니어(D)의 굵기(D2)와, 38㎜ ~ 76㎜의 길이(L2)를 가지는 것이 좋다.

본 발명에 따른 부직포(10)는 위와 같은 제1섬유(1)와 제2섬유(2)를 포함하되, 부직포(10)의 전체 중량 기준으로 상기 제2섬유(2)를 20중량% 이상, 보다 구체적으로는 20 ~ 80중량%를 포함할 수 있다. 이때, 제2섬유(2)가 20중량% 미만으로서 너무 낮으면, 제2섬유(2)의 시스(2b)에 따른 열 결합성이 낮아질 수 있다. 그리고 제1섬유(1)의 함량이 너무 낮으면 내구성 및 강도 등에서 양호하지 않을 수 있다. 이러한 점으로 고려하여, 부직포(10)의 전체 중량 기준으로 제2섬유(2)를 40중량% 이상 포함하는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로, 부직포(10)의 전체 중량 기준으로 제1섬유(1) 20 ~ 60중량% 및 제2섬유(2) 40 ~ 80중량%를 포함하는 것이 좋다. 더욱 바람직하게는, 제2섬유(2)를 50중량% 이상 포함하는 것이 좋다.

또한, 본 발명에 따른 부직포(10)는 2층 이상의 다층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 2층 내지 5층의 다층 구조를 가질 수 있으며, 그 층 수는 제한되지 않는다. 그리고 각 층들은 제1섬유(1)와 제2섬유(2)의 굵기 및 조밀도가 다르게 형성될 수 있다. 즉, 필터 효율 및 강도 등을 고려하여, 각 층별로 굵기와 조밀도가 다르게 제1섬유(1)와 제2섬유(2)가 혼합 사용될 수 있다.

아울러, 본 발명에 따른 부직포(10)는 상기와 같이 2개 이상의 다층 구조를 가지되, 다수의 층 중에서, 적어도 하나 이상의 층은 당해 층의 전체 중량 기준으로 상기 제2섬유(2)를 50중량% 이상 포함할 수 있다. 바람직하게는, 다수의 층 중에서, 최외각을 형성하는 층은 당해 층(최외각 층)의 전체 중량 기준으로 상기 제2섬유(2)를 50중량% 이상 포함하는 것이 좋다.

본 발명에 따른 부직포(10)는, 예를 들어 상층 및 하층의 2층 구조를 가지되, 상기 상층 및 하층 중에서 어느 하나의 층은 당해 층의 전체 중량 기준으로 제2섬유(2)를 50중량% 이상 포함하는 것이 좋다. 이때, 제2섬유(2)를 50중량% 이상 포함하는 층은 엔진 필터로 적용 시, 열 성형에 의해 표면 경화되어 프레임으로 작용될 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 상층 및 하층 중에서, 상기 상층이 상층의 전체 중량 기준으로 제2섬유(2)를 50중량% 이상 포함할 수 있다. 그리고 열 성형 시, 표면이 열 응고되어 상층에 표면 경화층이 형성되어, 상기 표면 경화층이 프레임으로 작용할 수 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 부직포(10)는 예시적인 형태에 따라서, 상부층(12), 상기 상부층(12)의 하부에 형성된 중간층(14), 및 상기 중간층(14)의 하부에 형성된 하부층(16)을 포함하는 3층 구조를 가질 수 있다.

이때, 상기 상부층(12)은, 상부층(12) 전체 중량 기준으로 상기 제2섬유(2)를 50중량% 이상 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 상부층(12)은, 상부층(12) 전체 중량 기준으로 제2섬유(2) 100중량%로 구성되거나, 제2섬유(2) 50중량% 이상과 제1섬유(1) 50중량% 이하의 혼합으로 구성될 수 있다. 이때, 상부층(12)이 혼합으로 구성된 경우, 보다 구체적으로는 상부층(12) 전체 중량 기준으로 제2섬유(2) 50 ~ 80중량%와 제1섬유 20 ~ 50중량%로 구성될 수 있다. 그리고 상기 상부층(12)을 구성하는 제1섬유(1)와 제2섬유(2)의 굵기(D1)(D2)는 각각 4.0 데니어(D) 이하, 보다 구체적으로 각각 1.0 ~ 4.0 데니어(D)인 것이 좋다.

또한, 상기 중간층(14)은 특별히 제한되지 않으나, 상기 상부층(12)과 동일하게 구성될 수 있다. 구체적으로, 상기 중간층(14)은, 중간층(14) 전체 중량 기준으로 상기 제2섬유(2)를 50중량% 이상 포함할 수 있다. 즉, 상기 중간층(14)은, 중간층(14) 전체 중량 기준으로 제2섬유(2) 100중량%로 구성되거나, 제2섬유(2) 50중량% 이상과 제1섬유(1) 50중량% 이하의 혼합으로 구성될 수 있다. 그리고 중간층(14)이 혼합으로 구성된 경우, 보다 구체적으로는 중간층(14) 전체 중량 기준으로 제2섬유(2) 50 ~ 80중량%와 제1섬유 20 ~ 50중량%로 구성될 수 있다. 이때, 상기 중간층(14)을 구성하는 제1섬유(1)와 제2섬유(2)의 굵기(D1)(D2)는 각각 4.0 데니어(D) 이하, 보다 구체적으로 각각 1.0 ~ 4.0 데니어(D)인 것이 좋다.

아울러, 상기 하부층(16)은, 하부층(16) 전체 중량 기준으로 제1섬유(1) 50중량% 이상과 제2섬유(2) 50중량% 이하의 혼합으로 구성된 것이 바람직하다. 하부층(16)은, 더욱 바람직하게는 하부층(16) 전체 중량 기준으로 제1섬유(1) 50 ~ 80중량%와 제2섬유(2) 20 ~ 50중량%의 혼합으로 구성되는 것이 좋다. 그리고 이러한 하부층(16)을 구성하는 제1섬유(1)는 3.0 데니어(D) 이상의 굵기(D1), 보다 구체적으로는 3.0 ~ 6.0 데니어(D)의 굵기(D1)를 가지는 것이 좋다. 그리고 하부층(16)을 구성하는 제2섬유(2)는 4.0 데니어(D) 이상의 굵기(D2), 보다 구체적으로는 4.0 ~ 6.0 데니어(D)의 굵기(D2)를 가지는 것이 좋다.

또한, 위와 같이 3층 구조를 가지는 경우, 상기 상부층(12)과 중간층(14)을 합한 중량은 부직포(10) 전체 중량 기준으로 50중량% 이하인 것이 좋다. 그리고 하부층(16)은 부직포(10) 전체 중량 기준으로 50중량% 이상인 것이 좋다. 보다 구체적인 예를 들어, 하부층(16)은 부직포(10) 전체 중량 기준으로 50 ~ 80중량%이고 나머지 중량은 상부층(12)과 중간층(14)을 합한 양이 되게 하는 것이 좋다.

본 발명에 따르면, 3층 구조를 갖게 하되, 각 층을 구성하는 제1섬유(1)와 제2섬유(2)의 함량 및 굵기가 상기와 같이 구성된 경우, 생분해성을 가짐은 물론, 내구성 및 강도 등이 우수하여 지속적으로 수회 이상 재사용할 수 있고, 우수한 필터 성능을 발휘하여 자동차 등의 엔진 필터용으로 유용하게 사용할 수 있다. 아울러, 제2섬유(2)의 함량으로 인하여 적어도 상부층(12)에는 열 응고된 표면 경화층이 형성된다. 그리고 상기 표면 경화층이 엔진 필터의 프레임으로 작용하여, 종래와 같은 프레임의 제조공정 및 조립 공정이 배제된다.

또한, 본 발명에 따른 부직포(10)는 엔진 필터용으로 적합하도록, 2 ~ 10㎜의 두께와, 200 ~ 500g/㎡의 중량을 가질 수 있다. 바람직하게는, 3 ~ 7㎜의 두께와, 300 ~ 400g/㎡의 중량을 가지는 것이 좋으며, 이 경우 자동차 등의 엔진 필터용으로 유용하게 사용될 수 있다.

위와 같은 본 발명에 따른 부직포(10)는 다양한 방법으로 제조될 수 있으며, 바람직하게는 이하에서 설명되는 본 발명에 따른 제조방법으로 제조될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 부직포(10)의 제조방법을 설명한다.

본 발명에 따른 부직포(10)의 제조방법은 부직포 시트를 얻는 단계, 상기 부직포 시트를 니들 펀칭하는 단계, 및 상기 니들 펀칭된 부직포 시트를 열 압착하는 단계를 포함한다.

이때, 상기 부직포 시트를 얻는 단계에서는, 상기한 바와 같은 생분해성 제1섬유(1)와, 코어-시스 구조의 생분해성 제2섬유(2)를 혼합하여 부직포 시트를 얻는다. 이러한 부직포 시트를 얻는 단계는 상기한 바와 같은 제1섬유(1)와 제2섬유(2)를 혼합 사용하되, 통상적인 부직포 시트 제조공정을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 제1섬유(1)와 제2섬유(2)를 혼합 카딩(carding)하는 소면공정과 크로스-랩핑(cross-lapping)하는 웹(web) 성형공정을 연속 진행하여 부직포 시트를 얻을 수 있다. 이때, 부직포 시트는 상기한 바와 같이 섬유(1)(2)의 굵기(D1)(D2)와 조밀도를 다르게 한 2층 이상의 다층으로 구성하는 것이 좋다. 바람직하게는, 3층 구조를 갖게 하되, 상기한 바와 같이 각 층을 구성하는 제1섬유(1)와 제2섬유(2)의 함량 및 굵기를 달리한 상부층(12), 중간층(14) 및 하부층(16)을 포함하도록 부직포 시트를 얻는다.

이후, 상기 얻어진 부직포 시트를 니들 펀칭(needle punching)한다. 예를 들어, 니들(needle) 굵기 36~40분의 1인치를 갖는 니들 펀칭기(1대 내지 3대)에서 속도(speed) 10m/min 이하, 보다 구체적으로는 2 ~ 10m/min 이하의 속도(speed)로 니들 펀칭한다. 그리고 예를 들어 스트록(stroke)은 300 ~ 700rpm, 침심 깊이는 10mm 이하, 보다 구체적으로는 0.5 ~ 10mm의 침심 깊이로 하여, 부직포 시트의 상부와 하부를 펀칭하여 웹(wev)을 결합시킨다. 이러한 니들 펀칭을 통해, 예를 들어 3 ~ 15mm, 보다 구체적으로는 4 ~ 10mm의 부직포 시트를 얻는다.

다음으로, 상기 니들 펀칭된 부직포 시트를 열 압착하여 펠트(pelt)형으로 제조한다. 열 압착은 통상과 같이 열 카렌다(calender)를 이용할 수 있다. 열 압착은, 예를 들어 3개 이상의 열 카렌다(calender)가 조합된 롤러(roller)의 상단과 하단을 통과시키되, 롤 게이지(roll gauge)를 예를 들어 0 ~ 10mm로 셋팅(setting)하여 열 압착한다.

이때, 상기 열 압착은 100℃ 이상에서 진행하는 것이 좋다. 바람직하게는, 100 ~ 200℃의 온도로 열 압착하는 것이 좋다. 이때, 열 압착 온도가 100℃ 미만인 경우, 제2섬유(2)의 시스(2b)를 통한 열 결합(융착)이 어려울 수 있으며, 200℃를 초과한 경우 과잉의 열로 인한 섬유(1)(2)의 용융으로 기공도가 낮아져 필터 효율이 저하될 수 있다.

위와 같은 열 압착을 통해 최종 두께 2 ~ 10㎜, 바람직하게는 3 ~ 7㎜의 최종 두께를 가지는 엔진 필터용 친환경 부직포(10)를 얻는다. 그리고 제1섬유(1)와 제2섬유(2)의 사용량(밀도)을 조절하여, 200 ~ 500g/㎡의 중량, 바람직하게는 300 ~ 400g/㎡의 중량을 가지는 엔진 필터용 친환경 부직포(10)를 얻는다.

한편, 본 발명에 따른 엔진 필터는 상기한 바와 같은 본 발명의 친환경 부직포(10)를 하나 이상 포함한다. 이에 따라, 본 발명의 엔진 필터 또한 생분해가 가능한 친환경적이다. 본 발명에 따른 엔진 필터는 상기한 바와 같은 본 발명의 친환경 부직포(10)를 포함하는 것이면 제한되지 않으며, 이는 바람직하게는 아래와 같이 성형되면 좋다.

본 발명에 따른 엔진 필터는, 구체적으로 상기한 바와 같은 본 발명의 친환경 부직포(10)를 절곡 가공하여, 필터링에 유리한 구조를 갖도록 일정 형태의 요철이나 주름이 형성되도록 하는 것이 좋다. 또한, 이와 같이 절곡 가공된 후, 열 성형 몰딩이 가능한 금형에 장입되어 열 성형되는 것이 좋다. 이때, 상기 금형은 다양한 형상을 가질 수 있으며, 이는 예를 들어 흡입장치의 하우징(housing)에 대응되는 형상을 가질 수 있다. 금형은, 보다 구체적인 예를 들어 자동차 카뷰레터(carburetor) 등에 대응되는 형상을 가질 수 있다.

또한, 상기와 같이 금형에 친환경 부직포(10)를 장입한 후, 적절한 열과 압력을 가하여 열 성형하되, 부직포(10)의 어느 한 부분이 열 응고되게 하는 것이 좋다. 구체적으로, 열 응고(열/냉각)에 의해 표면 경화층이 형성되도록, 부직포(10)의 한 면 이상에 열을 가하여 용융시킨 후 냉각시킨다. 보다 구체적인 예를 들어, 상기한 바와 같이 50중량% 이상의 제2섬유(2)를 포함하는 상부층(12)에 열을 가하여 표면 용융시킨 다음, 냉각시켜 상기 상부층(12)의 표면에 경화층이 형성되도록 한다. 이때, 상기 열 응고된 부분, 즉 상기 경화층은 형태성 및 몰딩성에 충분한 지지강도를 갖게 되어, 엔진 필터의 프레임 역할을 하게 된다. 이에 따라, 종래와 같이 별도의 프레임을 제조 및 조립하지 않고도, 부직포(10) 자체에 형성된 표면 경화층이 프레임의 기능을 하게 되어, 프레임이 없는 생분해성 엔진 필터가 구현된다.

이상에서 설명한 본 발명에 따르면, 전술한 바와 같이 생분해가 가능하여 환경 친화적이다. 구체적으로, 친환경 부직포(10)를 구성하는 제1섬유(1) 및 제2섬유(2)가 생분해성 섬유로 구성되어, 토양 속의 미생물에 의해 자연 분해되므로, 폐기 시 2차 환경오염을 일으키지 않는다. 또한, 내구성 및 강도 등이 우수하여 지속적인 재사용이 가능하다. 아울러, 엔진 필터의 경우, 부직포(10) 자체에 형성된 표면 경화층이 프레임의 기능을 하게 되어, 별도의 프레임이 필요 없다. 이에 따라, 엔진 필터를 생산하는 자동차 협력업체에서는 프레임의 제조공정 및 조립공정이 배제되고, 한 번의 열 성형 공정으로 엔진 필터를 제조할 수 있어, 저렴한 가격으로 엔진 필터를 보급할 수 있다.

한편, 하기 [표 1]은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 제조한 생분해성 부직포와, 종래의 자동차 엔진 필터용 부직포에 대해 생분해도(%), 재생성(recyclability) 및 인장강도를 평가한 결과를 보인 것이다.

이때, 실시예에 따른 부직포의 경우, 제1섬유(1)로는 이소소르바이드(Isosorbide)가 공중합된 생분해성 폴리에스테르를 방사한 것을 사용하였으며, 제2섬유(1)의 코어(2a)로는 생분해성 폴리에스테르로 구성하고, 시스(2b)로는 생분해성 폴리라틱산(PLA)을 복합 방사하여 구성한 섬유를 사용하였다. 그리고 비교예 1의 경우는 이종 물질로 구성된 기존 합성 섬유 자동차용 부직포(폴리에스테르 섬유와 비스코스 레이온 섬유의 혼합)이고, 비교예 2는 동일 물질로 구성된 기존 합성 섬유의 자동차용 부직포(폴리에스테르 섬유)이다.

또한, 하기 [표 1]의 결과에서, 생분해도(%)는 퇴비화 조건하에서 방생 이산화탄소의 정량법(KS M 3100-1)에 따라 평가한 결과이며, 재생성(recyclability)은 각 실시예 비교예들에 따른 부직포 필터를 자동차에 1회 사용 후 스크랩하여 수세 처리한 다음 압출, 방사를 거쳐 파이버의 재생사용 가능정도를 평가한 결과이다. 그리고 인장강도(Kg/5cm)는 KS M 7014에 의한 시험법에 따라 평가한 결과이다.

비 고	구 분	생분해도(%) 45주내 토양	재생성	인장강도 (Kg/5cm)
실시예	생분해성 부직포	90 이상	재생 가능	18~20
비교예 1	이종 물질 부직포	0	재생 불가능	18
비교예 2	동종 물질 부직포	0	재생 가능	18~20

< 부직포 필터의 특성 평가 결과 >

상기 [표 1]에 보인 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예의 경우 토양에서 45주 내에 90% 이상의 생분해도를 가짐을 알 수 있었다. 그리고 재생이 가능하였으며, 종래의 비교예들과 비교하여 동등 또는 그 이상의 인장강도를 가짐을 알 수 있었다.

1 : 제1섬유 2 : 제2섬유
2a : 코어 2b : 시스
10 : 부직포 12 : 상부층
14 : 중간층 16 : 하부층
D1 : 제1섬유의 굵기 D2 : 제2섬유의 굵기
L1 : 제1섬유의 길이 L2 : 제2섬유의 길이

Claims

생분해성 폴리에스테르로 구성된 제1섬유; 및
코어-시스 구조의 생분해성 복합섬유로 구성된 제2섬유를 포함하되,
상기 제1섬유는 분자 내에 이소소르바이드(Isosorbide)를 가지는 생분해성 폴리에스테르로 구성되고,
상기 제2섬유는 코어와, 상기 코어에 피복된 시스를 포함하는 코어-시스 구조를 가지되, 상기 코어는 생분해성 폴리에스테르로 구성되고, 상기 시스는 저융점 생분해성 고분자로 구성된 것을 특징으로 하는 엔진 필터용 친환경 부직포.
제1항에 있어서,
상기 제2섬유를 구성하는 코어는 분자 내에 이소소르바이드(Isosorbide)를 가지는 생분해성 폴리에스테르로 구성된 것을 특징으로 하는 엔진 필터용 친환경 부직포.
제1항에 있어서,
상기 제2섬유를 구성하는 시스는 130℃ 이하의 융점을 가지는 것을 특징으로 하는 엔진 필터용 친환경 부직포.
제1항에 있어서,
상기 제1섬유는 1.4 ~ 6.0 데니어(D)의 굵기와, 38㎜ ~ 76㎜의 길이를 가지며,
상기 제2섬유는 2.0 ~ 6.0 데니어(D)의 굵기와, 38㎜ ~ 76㎜의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 엔진 필터용 친환경 부직포.
제1항에 있어서,
상기 엔진 필터용 친환경 부직포는 상부층, 상기 상부층의 하부에 형성된 중간층, 및 상기 중간층의 하부에 형성된 하부층을 포함하되,
상기 상부층은, 상부층 전체 중량 기준으로 상기 제2섬유를 50중량% 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 필터용 친환경 부직포.
제5항에 있어서,
상기 하부층은, 하부층 전체 중량 기준으로 상기 제1섬유를 50중량% 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 필터용 친환경 부직포.
제1항에 있어서,
상기 엔진 필터용 친환경 부직포는 상부층, 상기 상부층의 하부에 형성된 중간층, 및 상기 중간층의 하부에 형성된 하부층을 포함하되,
상기 상부층은, 상부층 전체 중량 기준으로 제2섬유 100중량%로 구성되거나, 제2섬유 50중량% 이상과 제1섬유 50중량% 이하의 혼합으로 구성되고,
상기 중간층은, 중간층 전체 중량 기준으로 제2섬유 100중량%로 구성되거나, 제2섬유 50중량% 이상과 제1섬유 50중량% 이하의 혼합으로 구성되며,
상기 상부층은, 하부층 전체 중량 기준으로 3.0 데니어(D) 이상의 굵기를 가지는 제1섬유 50중량% 이상과, 4.0 데니어(D) 이상의 굵기를 가지를 제2섬유 50중량% 이하의 혼합으로 구성된 것을 특징으로 하는 엔진 필터용 친환경 부직포.
제1항에 있어서,
상기 엔진 필터용 친환경 부직포는 3 ~ 7㎜의 두께와, 300 ~ 400g/㎡의 중량을 가지는 것을 특징으로 하는 엔진 필터용 친환경 부직포.
생분해성 폴리에스테르로 구성된 제1섬유와, 코어-시스 구조의 생분해성 복합섬유로 구성된 제2섬유를 혼합하여 부직포 시트를 얻는 단계;
상기 부직포 시트를 니들 펀칭하는 단계; 및
상기 니들 펀칭된 부직포 시트를 열 압착하는 단계를 포함하되,
상기 제1섬유는 분자 내에 이소소르바이드(Isosorbide)를 가지는 생분해성 폴리에스테르로 구성하고,
상기 제2섬유는 코어와, 상기 코어에 피복된 시스를 포함하는 코어-시스 구조를 갖게 하되, 상기 코어는 생분해성 폴리에스테르로 구성하고, 상기 시스는 저융점 생분해성 고분자로 구성한 것을 특징으로 하는 엔진 필터용 친환경 부직포의 제조방법.
제9항에 있어서,
상기 열 압착하는 단계는 100 ~ 200℃의 온도에서 열 압착하는 것을 특징으로 하는 엔진 필터용 친환경 부직포의 제조방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 따른 부직포를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 필터.
제11항에 있어서,
상기 부직포는 열 응고된 표면 경화층을 포함하고, 상기 표면 경화층이 프레임의 기능을 하는 것을 특징으로 하는 엔진 필터.