KR101823834B1 - 바인더 분사형 니들펀칭을 이용한 복합탈취필터 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가정용 공기정화기나 차량용 에어컨 필터 등에 사용되는 복합탈취필터 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상,하의 부직포 섬유원단 사이에 물리적 탈취기능을 갖는 활성탄과 화학적인 흡착성능을 갖는 이온교환섬유를 혼합하여 투입한 후, 니들의 표면에 액상 바인더를 분사하여 액상 바인더가 도포된 니들이 섬유원단 사이에 침투하여 섬유간 교락을 유도함으로써 최소한의 바인더를 사용하면서도 부직포 섬유원단과 활성탄 및 이온교환섬유 상호간의 견고한 결합이 이루어지도록 한 바인더 분사형 니들펀칭을 이용한복합탈취필터 및 이의 제조방법이 개시된다.

Description

바인더 분사형 니들펀칭을 이용한 복합탈취필터 및 이의 제조방법{Composite deodorizing filter and its manufacturing method by using needle-punching with spraying binder}

본 발명은 가정용 공기정화기나 차량 에어컨용 필터 등으로 사용되는 복합탈취필터 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상세히는 기존의 액상 바인더를 직접 섬유원단과 활성탄 표면에 분무하던 방식에서 탈피하여 펀칭용 니들에 액상 바인더를 도포한 후 니들펀칭을 실시함으로써 필터 원단의 통기도 저하를 최소화하면서도 섬유원단과 탈취용 활성탄 및 이온교환섬유간의 결합력을 극대화할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 공기청정기나 자동차 에어컨에 사용되는 필터는 공기 중의 악취성분을 탈취하기 위하여 필터 내부에 흡착소재를 첨가함으로써 공기중의 이물질 제거와 동시에 악취성분도 탈취하여 실내 또는 차내의 공기를 쾌적하게 유지할 수 있도록 하는 기능을 한다.

한편, 활성탄과 같은 흡착소재를 포함하는 탈취필터는 부직포 섬유원단의 상부에 활성탄과 같은 흡착소재와 고형 바인더가 혼합된 혼합물질을 스캐터링한 후, 그 위에 부직포 섬유원단을 덮어 열처리하는 열합지에 의하여 부착하는 방식과, 흡착소재를 스캐터링한 후 액체 바인더를 분사한 후 열합지를 수행하는 방식으로 구분된다.

이 중 흡착소재와 고형 바인더를 혼합하는 방식은 고형 바인더가 일정 공간을 점유하여 흡착소재의 충진밀도를 감소시키게 되며, 잔류하는 고형 바인더에 의하여 필터 원단의 통기도를 감소시켜 압력손실을 높이는 원인을 제공함으로써 필터의 성능 저하를 초래하게 된다.

한편, 액체 바인더를 분사하는 방식에서는 흡착소재의 기공 내부로 액체 바인더가 침투하여 가스흡착성능을 감소시키고, 필터 원단 부분에 존재하는 바인더는 섬유간의 결합을 과도하게 유도하여 통기도를 감소시키는 원인이 된다.

또한, 흡착소재로 사용되는 일반 활성탄은 물리적인 흡착성능은 우수하나 화학적인 흡착성능은 미미하여 이를 보완하기 위하여 첨착활성탄을 사용하기도 하지만, 일반적으로 사용되는 첨착물질은 활성탄소 표면에 고체상으로 응축된 상태로 존재하게 되어 화학흡착에 관여하게 되는 관능기의 양 즉, 가스와 접촉할 수 있는 양은 첨착된 물질의 양에 비하여 그 활용도가 매우 낮다.

본 발명과 관련된 종래기술로는 특허문헌 1의 이온교환섬유와 이온교환수지를 결합시킨 복합이온교환필터와 이를 이용한 케미칼 필터가 개시되어 있는데, 특허문헌 1은 이온교환부직포 위에 이온교환섬유로 웹(web)을 만들고 그 위에 이온교환수지를 골고루 뿌려 넣은 후 이온교환부직포를 그 위에 올려놓고 니들펀칭을 이용하여 부직포형태의 복합이온교환필터를 제공한 것으로, 압력손실은 크게 증대시키지 않으면서 필터의 수명을 크게 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라 유동성이나 성형성 등이 우수한 장점이 있다.

특허문헌 2의 이온교환섬유 복합필터 제조장치 및 제조방법은 공기여과용 필터여재, 가열압축공기와 함께 분사되어 상기 필터여재에 도포되는 핫멜트 점착제, 상기 핫멜트 점착제가 도포된 상기 필터여재에 부착되는 이온교환 충전재, 상기 충전재가 부착된 상기 필터여재의 상기 핫멜트 점착제 위에 도포되는 겹층 핫멜트 점착제, 상기 겹층 핫멜트 점착제 위에 부착되는 겹층 이온교환 충전재를 포함하여 구성된 것으로, 적층 구조로 제작함에 있어 통기성이 떨어지는 필터여재를 반복하여 사용하지 않으므로, 흡배기 관로 상에 사용된 때 필터로 인해 발생하는 압력손실을 감소시킬 수 있도록 되어 있다.

특허문헌 3의 핫멜트 스프레이 공법을 이용한 캐빈필터소재 제조방법은 하부여과층인 부직포를 공급하는 하부 부직포 공급단계; 상기 공급되는 하부여과층 부직포의 상면에 활성탄을 스캐터링방식으로 도포하여 탈취층을 형성하는 활성탄 도포단계; 상기 하부여과층 부직포의 상면에 도포되는 활성탄의 상측으로, 용융된 핫멜트 수지를 분사높이 및 분사각도를 선택적으로 조절하면서 스프레이방식으로 도포시켜, 상기 하부여과층 부직포 상면에 활성탄을 결착시키는 1차 핫멜트 도포단계; 상기 하부여과층 부직포의 상면에 결착된 탈취층의 상면에 용융된 핫멜트 수지를 스프레이방식으로 도포시켜 상부접착층을 형성시키는 2차 핫멜트 도포단계; 상기 상부접착층의 상면으로 상부여과층인 부직포를 공급하는 상부 부직포 공급단계; 상기 상부여과층 부직포를 상기 하부여과층 부직포에 압착하여 상기 상부여과층과 하부여과층이 상부접착층을 통해 서로 합지되도록 하는 여과층 합지단계를 포함하여 이루어져 있다.

한편, 상술한 특허문헌 1의 단순 니들펀칭에 의한 결합방식은 부직포와 이온교환수지간의 결합력이 떨어지는 단점이 있고, 특허문헌 2 및 3에 의한 핫멜트 접합방식은 섬유원단인 부직포와 활성탄의 표면에 과도하게 분사된 핫멜트 수지로 인해 필터의 통기도 감소 및 압력손실을 유발하여 필터의 성능을 저하시키게 되는 단점이 있다.

한국등록특허 제10-0507969호(2005.08.04.) 한국등록특허 제10-0744694호(2007.07.25.) 한국등록특허 제10-1156611호(2012.06.08.)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 니들펀칭에 의한 섬유간 교락방식과 바인더에 의한 결합방식을 유기적으로 조합하여 필터 원단과 흡착소재 및 이온교환섬유 상호간의 결합력을 향상시키면서도 바인더에 의한 흡착성능의 저하와 통기도의 저하(압력손실)를 최소화할 수 있는 개선된 구조의 바인더 분사형 니들펀칭을 이용한 복합탈취필터의 제조방법과 이 제조방법에 의해 제조된 복합탈취필터를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 상,하의 부직포 섬유원단 사이에 물리적 탈취기능을 갖는 활성탄과 화학적인 흡착성능을 갖는 이온교환섬유를 혼합하여 투입한 후, 니들의 표면에 액상 바인더를 분사하여 액상 바인더가 도포된 니들이 섬유원단 사이에 침투하여 섬유간 교락을 유도함으로써 최소한의 바인더를 사용하면서도 부직포 섬유원단과 활성탄 및 이온교환섬유 상호간의 견고한 결합이 이루어지도록 한 복합탈취필터 및 이의 제조방법을 제공한다.

바람직한 실시 예에 의한 복합탈취필터의 제조방법은 상,하의 부직포 섬유원단 사이에 물리적 탈취기능을 갖는 활성탄과 화학적인 흡착성능을 갖는 이온교환섬유를 혼합하여 투입하는 단계와; 니들의 표면에 액상 바인더를 분사하여 액상 바인더가 도포된 니들이 섬유원단 사이에 침투하여 섬유간 교락을 유도함으로써 부직포 섬유원단과 활성탄 및 이온교환섬유 상호간의 견고한 결합이 이루어지도록 하는 단계와; 상기 니들펀칭이 완료된 적층 섬유원단이 70℃~90℃의 상태를 유지하는 터널을 통과하면서 터널 내부의 가압 롤러에 의해 열가압이 이루어지는 단계를 포함하여 이루어지며, 상기 니들펀칭단계는 롤러의 외곽에 방사상으로 배치된 니들에 액상 바인더를 분사하고, 롤러를 적층된 상,하부 부직포 원단을 가압하면서 회전시켜 액상 바인더가 도포된 니들이 섬유원단 사이에 침투하여 섬유간 교락을 유도함으로써 부직포 섬유원단과 활성탄 및 이온교환섬유 상호간 결합이 이루어질 수 있도록 한다.

본 발명에 의한 복합탈취필터 제조방법 및 이 제조방법으로 제조된 복합탈취필터는 바인더를 도포한 니들에 의한 니들펀칭이 이루어지게 됨으로써 흡착소재와 섬유원단의 결합에 필요한 최소한의 바인더를 사용하게 됨으로써 탈취필터의 압력손실 및 흡착소재의 성능저하를 최소화할 수 있으며, 본 발명에 적용된 이온교환섬유는 첨착활성탄에 비해 화학흡착에 필요한 관능기의 활용도를 높일 뿐만 아니라 섬유 형태의 특성을 살려 상,하의 섬유원단 사이의 공간에 고르게 분포하여 충진밀도를 향상시킴으로써 탈취필터의 성능을 제고할 수 있게 되는 등의 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 복합탈취필터의 제조공정도,
도 2는 도 1에 도시된 니들펀칭부의 확대도이다.

이하, 본 발명을 한정하지 않는 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명에 의한 복합탈취필터의 제조공정이 개략적으로 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 니들펀칭부가 확대 도시되어 있는데, 본 발명에 의한 복합탈취필터의 제조방법은 상,하의 부직포 섬유원단(1,2) 사이에 물리적 탈취기능을 갖는 활성탄(3)과 화학적인 흡착성능을 갖는 이온교환섬유(4)를 혼합하여 투입하는 단계(S10);

니들(5)의 표면에 액상 바인더를 분사하여 액상 바인더가 도포된 니들(5)이 섬유원단(1,2) 사이에 침투(관통)하여 섬유간 교락을 유도함과 동시에 부직포 섬유원단(1,2)과 활성탄(3) 및 이온교환섬유(4) 상호간에 액상 바인더에 의한 견고한 결합이 이루어지도록 하는 단계(S20);

액상 바인더가 도포된 니들(5)의 펀칭이 완료된 적층 섬유원단이 70℃~90℃의 상태를 유지하는 터널(6)을 통과하면서 터널(6) 내부의 가압 롤러(7)에 의해 열가압이 이루어지는 단계(S30);

상기 열가압 단계(S30)를 거쳐 제조완료된 복합탈취필터를 롤 상태로 권취하는 단계(S40);를 포함하여 이루어져 있다.

본 실시 예에서, 상기 단계(S10)는 롤 상태로 권취된 하부 부직포 섬유원단(1)을 전개하여 공급하는 단계(12); 전개된 하부 부직포 섬유원단(1)의 상면에 활성탄(3)과 초핑된 이온교환섬유(4)를 일정 비율로 혼합하여 균일한 밀도로 분산 배치시키는 단계(S14); 활성탄(3)과 이온교환섬유(4)가 균일한 밀도로 분산 배치된 하부 부직포 섬유원단(1)의 상부에 롤 상태로 권취된 상부 부직포 섬유원단(2)을 전개하여 공급하면서 적층하는 단계(S16);로 이루어져 있다.

상기 단계(S14)에서는 호퍼(40)의 내부에 활성탄(3)과 굵기가 1mm이하이고 길이가 0.1mm~0.5mm정도의 길이로 초핑된 이온교환섬유(4)를 9 : 1의 중량비로 투입하여 호퍼(40) 내부에서 교반(또는 미리 교반한 후 호퍼 내부로 투입할 수도 있음)시키면서 하부 부직포 섬유원단(1) 위에 균일한 밀도로 흩뿌려 분산시키게 되는데, 좀 더 구체적으로는 하부 부직포 섬유원단(1) 1㎡ 당 흡착소재인 활성탄(3)과 이온교환섬유(4) 혼합물을 200g 내외로 스캐터링(scattering)한다.

상기 하부 부직포 섬유원단(1)과 상부 부직포 섬유원단(2)의 공급속도는 흡착소재(3,4)의 스캐터링과 연동되므로 스캐터링의 속도에 맞추되 상,하부 부직포 섬유원단(1,2)이 풀리는 속도가 일치되도록 하여 결합후 상,하부 섬유원단(1,2) 간의 신축률 차이로 인해 적층된 섬유원단(1,2)이 어느 한 쪽으로 변형되는 현상이 발생하지 않도록 하여야 한다.

상기 단계(S20)는 도 2에 확대 도시된 바와 같이, 롤러(50)의 외곽에 방사상으로 배치된 펀칭 니들(5)에 액상 바인더를 분사하고, 롤러(50)가 적층된 상,하부 부직포 섬유원단(1,2)을 가압하면서 회전시켜 액상 바인더가 도포된 니들(5)이 섬유원단(1,2) 사이에 침투하여 섬유간 교락을 유도함으로써 부직포 섬유원단(1,2)과 활성탄(3) 및 이온교환섬유(4) 상호간 결합이 이루어지게 되는데, 이와 같이 니들(5)에 액상 바인더를 도포하여 니들(5)이 상,하부 부직포 섬유원단(1,2) 사이를 관통하면서 섬유간 교락에 의한 결합을 이루도록 함과 동시에 니들(5) 표면에 도포된 액상 바인더가 섬유원단(1,2)과 활성탄(3) 및 이온교환섬유(4) 상호간을 액상 바인더로 결합시키게 됨으로써 기존의 액상 바인더를 섬유원단과 활성탄에 직접 분사하여 도포하는 방식에 비하여 액상 바인더의 사용량을 최소화하면서도 결합력을 극대화시킬 수 있게 되며, 물리적인 흡착성능을 갖는 활성탄 표면의 미세기공이 액상 바인더로 폐쇄되던 현상을 최소화함과 동시에 이온교환섬유의 화학흡착에 필요한 관능기의 활용도를 극대화할 수 있는 이점이 있다.

본 실시 예에서 상기 단계(S20)에서 사용되는 액상 바인더는 EVA(Ethylene-Vinyl Acetate)수지계열의 바인더로, 분당 100ml 정도의 양을 롤러(50) 표면에 부착된 니들(5)에 도포하여 섬유원단(1,2) 내부로 침투하도록 한다.

본 실시 예의 도면에서, 상기 롤러(50)의 외부에 방사상으로 배치된 니들(5)은 대체로 선단이 뾰죽한 원추형으로 도시되어 있으나, 이는 개략적인 설명을 위한 것으로, 니들(5)의 세부적인 형태는 기존의 필터 제작에 사용되는 니들펀칭기에서 사용되는 다양한 형태를 채용할 수 있으며, 다만, 니들(5)에 도포된 액상 바인더가 섬유원단(1,2)을 관통하여 섬유원단(1,2) 내부에 분산되어 있는 활성탄(3)과 이온교환섬유(4)의 표면에 도포될 수 있도록 니들(5)이 섬유원단(1,2)을 관통할 때 니들(5) 표면에 도포된 액상 바인더 전부가 섬유원단(1,2)에 전착되지 않고 섬유원단(1,2)을 관통한 후 섬유원단(1,2) 내부의 활성탄(3)과 이온교환섬유(4)의 표면에 부분적으로 전착될 수 있도록 니들 표면에 액상 바인더의 보유를 위한 미세한 홈이 형성되거나 니들 표면 자체가 요철형태로 형성되는 것이 바람직하며, 이와 같은 미세한 홈이나 요철형 표면을 갖는 니들은 섬유원단간의 교락을 더욱 촉진하게 됨으로써 섬유간의 교락과 최소한으로 투입된 액상 바인더에 의한 결합에 의해 섬유원단과 활성탄 및 이온교환섬유 상호간의 견고한 결합상태를 유지할 수 있게 되는 것이다.

한편, 본 실시 예에서는 니들(5)이 회전하는 롤러(50)의 외부에 방사상으로 배치되어 롤러(50)가 도 2에 화살표로 도시된 방향으로 회전(자체적인 구동력을 갖거나 또는 섬유원단(1,2)의 이송에 의한 피동적인 회전)이 이루어지면서 니들(5)이 섬유원단(1,2)을 관통하도록 되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 상하로 승강동작하는 평판상의 보드 하부에 니들이 종횡으로 배치되어 상기 보드가 승강동작하는 방식으로도 변형될 수도 있음은 물론이며, 연속적인 필터의 적층 접합을 위하여는 도면에 예시된 바와같이 회전하는 롤러(50)의 표면에 니들(5)을 방사상으로 부착하여 연속 회전방식으로 니들펀칭을 실시하는 것이 바람직하다.

본 실시 예에서, 상기 액상 바인더는 니들(5)이 부착된 롤러(50)의 상부측에 바인더 분사노즐(60)이 배치되어 하방을 향하여 액상 바인더를 분사하도록 되어 있는데, 상기 바인더 분사노즐(60)은 롤러(50)의 상부측에 롤러(50)의 폭방향을 따라 일정 간격으로 복수개가 배치되어 롤러(50)에 부착된 니들(5)에 균일한 양을 액상 바인더를 도포할 수 있도록 한다.

또, 본 실시 예의 도면에서, 상기 니들 펀칭을 위한 롤러(50)는 상부 부직포 섬유원단(2)의 상측에 설치된 것을 보여주고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 롤러(50)를 하부 부직포 섬유원단(1) 측에도 배치함으로써 상부 부직포 섬유원단(2)과 하부 부직포 섬유원단(1)의 어느 한 쪽으로 결합력이 치우치는 것을 방지할 수도 있음은 물론이다.

또, 본 발명에서 상기 롤러(50)의 직경이나 롤러의 표면 소재 및 상기 롤러(50)의 표면에 배치되는 니들(5)의 길이와 배치간격은 필터의 두께와 필터의 용도 및 섬유원단(1,2)의 소재와 내부에 투입되는 활성탄(3)과 이온교환섬유(4)의 양 등에 따라서 다양하게 설계하여 적용할 수 있다.

본 실시 예에서, 상기 니들 펀칭 단계(20)가 완료된 적층 섬유원단은 내부 온도가 70℃~90℃의 상태를 유지하는 터널(6)을 통과하면서 터널(6) 내부의 가압 롤러(7)에 의해 열가압이 이루어지게 되며(S30); 마지막으로 상기 열가압 단계(S30)를 거쳐 제조완료된 복합탈취필터를 롤 상태로 권취하는 단계(S40)를 거쳐 필터원단이 완성되게 되며, 별도의 재단과정 및 벤딩과정 등을 거쳐 필요한 용도와 규격에 따라서 다양한 규격과 형태를 갖는 탈취필터로 제작되게 된다.

1 : 하부 부직포 섬유원단
2 : 상부 부직포 섬유원단
3 : 활성탄
4 : 이온교환섬유
5 : 니들
6 : 터널
7 : 가압롤러
40 : 호퍼
50 : 롤러
60 : 바인더 분사노즐

Claims (5)

1. 상,하의 부직포 섬유원단 사이에 물리적 탈취기능을 갖는 활성탄과 화학적인 흡착성능을 갖는 이온교환섬유를 혼합하여 투입하는 단계(S10);
   니들의 표면에 액상 바인더를 분사하여 액상 바인더가 도포된 니들이 부직포 섬유원단 사이에 침투하여 섬유간 교락을 유도함으로써 부직포 섬유원단과 활성탄 및 이온교환섬유 상호간의 견고한 결합이 이루어지도록 하는 단계(S20);를 포함하는 것을 특징으로 하는 바인더 분사형 니들펀칭을 이용한 복합탈취필터의 제조방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 단계(S10)는 롤 상태로 권취된 하부 부직포 섬유원단을 전개하여 공급하는 단계(12);
   전개된 하부 부직포 원단의 상부에 활성탄과 초핑된 이온교환섬유를 일정 비율로 혼합하여 균일한 밀도로 분산 배치시키는 단계(S14);
   활성탄과 이온교환섬유가 분산 배치된 하부 부직포 섬유원단의 상부에 롤 상태로 권취된 상부 부직포 섬유원단을 전개하여 공급하면서 적층하는 단계(S16);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 바인더 분사형 니들펀칭을 이용한 복합탈취필터의 제조방법.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 단계(S20)는 롤러의 외곽에 방사상으로 배치된 니들에 액상 바인더를 분사하고, 롤러를 적층된 상,하부 부직포 섬유원단을 가압하면서 회전시켜 액상 바인더가 도포된 니들이 섬유원단 사이에 침투하여 섬유간 교락을 유도함으로써 부직포 섬유원단과 활성탄 및 이온교환섬유 상호간 결합이 이루어지는 것을 특징으로 하는 바인더 분사형 니들펀칭을 이용한 복합탈취필터의 제조방법.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 단계(S20)에 후속하여 니들펀칭이 완료된 적층 섬유원단이 70℃~90℃의 상태를 유지하는 터널을 통과하면서 터널 내부의 가압 롤러에 의해 열가압이 이루어지는 단계(S30)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바인더 분사형 니들펀칭을 이용한 복합탈취필터의 제조방법.
   
5. 청구항 1 내지 4항 중의 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 복합탈취필터.

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