KR102036663B1

KR102036663B1 - 우수한 공기 투과도와 개선된 보풀 및 박리강도를 갖는 에어 필터 지지체용 부직포의 제조방법

Info

Publication number: KR102036663B1
Application number: KR1020130085999A
Authority: KR
Inventors: 박서진; 김동욱; 윤영일
Original assignee: 도레이첨단소재 주식회사
Priority date: 2013-07-22
Filing date: 2013-07-22
Publication date: 2019-10-25
Also published as: KR20150011129A

Abstract

본 발명은 우수한 공기 투과도와 개선된 보풀 및 박리강도를 갖는 에어 필터 지지체용 부직포의 제조방법에 관한 것으로, 상기한 본 발명의 에어 필터 지지체용 부직포는 고유점도 0.6 내지 0.8이고 융점이 230 내지 280℃인 제1성분 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET)와 상기와 동일한 범위의 점도를 가지면서 융점이 200 내지 250℃인 제2성분 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 시스/코어(Sheath/Core) 형태로 방사하여 웹을 형성하고 칼렌더 본딩, 엠보 본딩 및 열풍본딩의 총체적 결합방식을 통하여 단층 혹은 다층으로 구성된 장섬유 스펀본드 부직포로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 우수한 공기 투과도와 개선된 보풀 및 박리강도를 갖는 에어 필터 지지체용 부직포의 제조방법은 융점이 높은 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 주재료로 하고 여기에 융점이 낮은 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 부가 혼합한 다음 섬도가 높은 필라멘트로 방사하여 웹을 형성한 후 칼렌더나 엠보 혹은 열풍만을 사용하는 종래의 단일결합 방법이 아닌 가장 적정한 조건에서 연속적인 복합 결합 방식을 채택함으로써, 공기 투과도를 최대로 유지하면서 후 가공시 문제가 되는 보풀 및 박리를 최소화하여 다양한 용도로 사용될 수 있는 부직포를 보다 경제적으로 생산할 수 있는 방법을 제공한다.

Description

우수한 공기 투과도와 개선된 보풀 및 박리강도를 갖는 에어 필터 지지체용 부직포의 제조방법{The method for manufacturing nonwoven fiber for an air filter having an improved fluff}

본 발명은 우수한 공기 투과도와 개선된 보풀 및 박리강도를 갖는 에어 필터 지지체용 부직포의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 에어필터 지지체용 부직포 소재 생산에 있어 공기 투과도를 극대화함과 동시에 보풀과 박리강도를 개선함으로써 정압을 장시간 유지시켜 주고 필터 성능을 부여하는 여러 소재와의 결합을 개선한, 에어 필터 지지체용 부직포의 제조방법에 관한 것이다.

에어 필터, 특히 자동차용 캐빈 에어 필터(Cabin air filter)나 공기청정기용 카트리지 필터(Cartridge filter)는 차량의 냉 난방시 외부의 공기를 실내로 유입시켜 사용하거나, 실내 공기청정기 가동시 내부의 순환공기를 걸러주는데 사용하는 소재로, 통상 파티클(particles)을 걸러주는 정전식 타입의 필터와 항균 및 방취효과를 추가한 콤비네이션 필터로 구분한다.

이러한 두 가지 타입의 필터는 구성형태가 어떤 층을 포함하느냐, 혹은 정전처리를 했느냐에 따라서 구분되지만 기본적으로 지지체-멤브레인-분리층-활성탄(정전식의 경우 없음)-지지체 형태로 구성되어 진다. 이때, 실제로 입자를 걸러주는 역할은 멤브레인이 담당하며, 유독가스를 제거하는 역할은 활성탄 층이 맡게 된다. 그러나, 상기 기능을 수행하는 필터소재의 형태를 유지하고 필터의 표면적을 최대화하여 여과효율을 향상시킴은 물론 적절한 공극율을 유지하여 차압을 항상 일정하게 해 줌으로써 필터 전체의 수명을 연장시켜 주는 역할은 상기 필터 지지체 소재가 담당하게 된다. 따라서, 상기의 목적에 부합하는 물리적 특성을 보이면서 동시에 대량 생산을 통해 소비자에게 가격 경쟁력이 있는 가격을 제시할 수 있는 소재로는 부직포 소재가 대표적이라 할 수 있다. 예를 들어, 종래에는 20 내지 100mm 의 단섬유를 카딩하여 열적 결합을 통해 지지체 구조를 형성하였으나, 상기의 소재는 기계적 물성과 가공성이 부족하여 통상적인 에어 필터의 지지체로써 적합하지 않을 뿐 아니라, 연속이 아닌 다단계 공정으로써 생산성이 저하되는 문제점이 있다.

따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 장섬유 스펀본드 부직포를 사용하기도 하였는데, 예를 들어, 대한민국 특허공개공보 제2005-0062134호(발명의 명칭 : 공기필터 지지체용 폴리에스테르 스펀본드 부직포 및 그 제조방법)에서는 250℃ 이상의 융점을 갖는 폴리에스테르(제1성분), 및 상기 폴리에스테르보다 20 내지 130℃ 낮은 융점을 갖는 폴리에스테르 공중합체(제2성분)를 포함하며, 부직포를 구성하는 섬유의 직경이 20㎛ 이상인 공기필터 지지체용 폴리에스테르 스판본드 부직포와 그 제조방법에 관한 것을 개시하고 있다. 그러나, 상기 방법에서는 저융점 폴리머를 사용하여 결합하였을 때 조건을 최적화하지 않을 경우 필터제조 공정에서 치명적인 문제점을 발생시킬 수 있는 보풀이나 박리를 어떻게 해결할 수 있는지를 전혀 기술하고 있지 않다. 또한, 대한민국 특허공개공보 제2010-0077512호는, "폴리에스테르 섬유재가 단면이 원형 또는 타원형인 중공 구금으로 방사되어 단사직경 22∼40㎛의 폴리에스테르 중공 필라멘트가 형성되고, 상기 폴리에스테르 중공 필라멘트가 적층된 웹이 가열압착되어 구성되는 에어필터용 폴리에스테르 중공 스펀본드 부직포"를 개시하고 있다. 그런데, 상기 방법은 일정한 단사직경의 폴리에스테르 중공 필라멘트로 이루어져서, 벌키성, 통기성, 가공성이 우수하고 단일공정에 의해 연속적으로 제조되어 생산성이 대폭 향상되는 이점이 있으나, 에어 필터 소재의 지지체로서의 강도에서는 개선되어야할 점이 있다.

특허문헌 1: 대한민국 공개특허공보 제2005-0062134호 특허문헌 2: 대한민국 특허공개공보 제2010-0077512호

따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술 수준 및 이들 기술에 있어서의 문제점을 감안하고 이를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 주목적은 종래 스펀본드 부직포의 섬도를 극대화하여 높은 공기투과도와 적정한 강도를 유지하면서 스펀본드 부직포의 제조과정에서 발생할 수 있는 박리 및 보풀을 최소화할 수 있는 에어 필터 지지체용 부직포를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 우수한 특성을 가지는 부직포를 보다 용이하게 제조할 수 있는 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 또한 상기한 명확한 목적 이외에 이러한 목적 및 본 명세서의 전반적인 기술로부터 이 분야의 통상인에 의해 용이하게 도출될 수 있는 다른 목적을 달성함을 그 목적으로 할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 우수한 공기 투과도와 개선된 보풀 및 박리강도를 갖는 에어 필터 지지체용 부직포는;

고유점도 0.6 내지 0.8이고 융점이 230 내지 280℃인 제1성분 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET)와 상기와 동일한 범위의 점도를 가지면서 융점이 200 내지 250℃인 제2성분 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 시스/코어(Sheath/Core) 형태로 방사하여 웹을 형성하고 칼렌더 본딩, 엠보 본딩 및 열풍본딩의 총체적 결합방식을 통하여 단층 혹은 다층으로 구성된 장섬유 스펀본드 부직포로 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 구성에 따르면, 상기 부직포를 구성하는 제1성분 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 제2성분 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 구성비는 총중량 대비 제2성분의 중량비가 3 내지 50중량%인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 부직포는 단위면적당 중량이 30 내지 110g/㎡인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 부직포를 구성하는 섬유의 섬도는 최소 6 내지 최대 13데니어인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 부직포의 공기투과도는 200ccs 이상인 것을 특징으로 한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 우수한 공기 투과도와 개선된 보풀 및 박리강도를 갖는 에어 필터 지지체용 부직포의 제조방법은;

고유점도가 0.6 내지 0.8이고 융점이 230℃ 내지 280℃인 폴리에스테르와 고유점도가 0.6 내지 0.8이고 융점이 200℃ 내지 250℃인 폴리에틸렌 테레프탈레이트 폴리머를 각각의 건조기에서 수분율이 100ppm 이하가 되도록 건조한 후 결정화시켜, 익스트루더에 공급하고, 시스/코어(Sheath/Core) 형태로 방사하되, 이때 방사되는 코어의 제1성분은 전체 중량의 97 내지 50중량%가 되도록 하여 필라멘트를 형성시키고, 냉각공기로 필라멘트를 냉각하고, 고화시켜 필라멘트 간 융착을 방지시키며, 필라멘트를 연신시켜 웹을 형성시키기 위해 상기의 필라멘트를 일정한 각도와 속도로 충돌판에 충돌시켜 필라멘트를 분산시키고, 연속으로 이동되는 컨베이어 상에 균일하게 하부의 흡입장치를 이용하여 적층시켜 웹을 형성시키고 웹을 열융착시키기 위해서 칼렌더 본딩과 엠보롤 본딩 및 그런 다음 열풍을 사용하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 우수한 공기 투과도와 개선된 보풀 및 박리강도를 갖는 에어 필터 지지체용 부직포 및 그 제조방법은 융점이 높은 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 주재료로 하고 여기에 융점이 낮은 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 부가 혼합한 다음 섬도가 높은 필라멘트로 방사하여 웹을 형성한 후 칼렌더나 엠보 혹은 열풍만을 사용하는 종래의 단일결합 방법이 아닌 가장 적정한 조건에서 연속적인 복합 결합 방식을 채택함으로써, 기존 제조 공정에서 문제가 되었던 물리적 특성, 다시 말해 공기 투과도를 최대로 유지하면서 후 가공시 문제가 되는 보풀 및 박리를 최소화함으로써 다양한 용도로 사용될 수 있는 부직포를 보다 경제적으로 생산할 수 있는 방법을 제공한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 필라멘트의 생산을 위해 사용되는 구금 배치의 개략적인 단면도이다.

이하, 본 발명을 첨부도면을 참고로 하여 바람직한 실시형태에 의하여 보다 자세하게 설명한다. 그러나, 아래의 바람직한 실시형태는 본 발명을 단지 상세하기 설명하기 위한 것이며 본 발명의 범주를 한정하기 위함이 아님은 물론이다.

본 발명에 따른 우수한 공기 투과도를 가지면서 보풀과 박리강도가 개선된 에어 필터 지지체용 부직포는 단층 또는 다층의 구조로 이루어질 수 있으며, 일정한 압력과 일정한 온도 하에서 가열압착 및 고온의 열풍에 의한 결합으로 구성되어 진다.

상기한 본 발명의 우수한 공기 투과도를 가지면서 보풀과 박리강도가 개선된 에어 필터 지지체용 부직포는 고유점도 0.5 내지 0.9이며 융점이 240 내지 260℃인 제1성분의 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 고유점도 0.5 내지 0.9이며 융점이 210 내지 230℃인 제2성분의 폴리에틸렌 테레프탈레이트(이하, 각각 제1성분 및 제2성분으로 지칭됨)를 건조/결정화시켜 제1성분을 코어로 하고, 제2성분을 시스로 한 시스/코어 형태로 복합 방사가 가능하면서 동시에 최소 6에서 최대 13데니어의 필라멘트가 방사가능하도록 특수설계된 구금을 사용하여 방사한다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 본 발명에 따른 부직포를 구성하는 제1성분에 대한 제2성분의 비는 3 내지 50중량%로 하는 것이 바람직하다. 제2성분의 중량비가 3중량% 미만이면, 부직포의 결합강도가 급격하게 감소되며, 50중량%를 초과할 경우에는 방사가 원활하게 이루어 지지 않을 수 있어 바람직하지 않게 된다.

또한, 본 발명의 다른 바람직한 실시행태에 따르면, 상기 부직포는 단위면적당 중량이 30 내지 110g/㎡인 것이 특히 바람직하다.

또한, 본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 부직포를 구성하는 섬유의 섬도는 최소 6 내지 최대 13데니어인 것을 사용하고, 부직포의 공기투과도는 200ccs 이상으로 되는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 구금을 통해 방사된 필라멘트는 섬도가 6 내지 13데니어가 되도록 토출량과 이젝터(ejector)의 공기압으로 연신량을 조절하여, 충돌판을 통해 균일하게 개섬되며 방사된 필라멘트는 연속하여 이동하는 다공질의 콘베어벨트 상에 포집하여 웹을 형성한다. 특히, 본 발명에서와 같이 홀당 토출량을 극대화하여 6데니아 이상의 태섬사를 방사 할 경우에는 필라멘트의 균일한 혼합이 제품의 균제도에 직접적인 영향이 있기 때문에 그 부분을 해결하기 위해 구금을 첨부된 도 1과 같이 배열하여 필라멘트의 분산성을 극대화한다.

다공질의 컨베이어에 포집된 부직포 웹은 열 칼렌더를 통해 일차적으로 프리본딩하여 이후 연속으로 진행되는 본딩 공정에 필요한 최소한의 강도와 형태안정성을 부여받는다. 이때 프리 본딩에 사용되는 열칼렌더의 조건은 최종적으로 공기 투과도를 가지면서 보풀과 박리강도가 개선된 에어 필터 지지체용 부직포가 가져야 할 물리적 특성인 공기 투과도와 보풀에 결정적인 영향을 주므로 최적화의 과정을 거쳐 결정할 필요가 있다. 상기 프리 본딩에 사용되는 열칼렌더의 조건은 160℃ 내지 170℃에서 보풀 발생이 가장 크게 개선되었다. 이렇게 1차로 프리 본딩된 부직 웹은 다시 다공질의 컨베이어를 통해 히팅드럼(Heating drum)으로 이동한다. 히팅드럼에서는 1차로 프리 본딩된 태데니어 부직 웹을 강한 열풍으로 결합시켜 주는 역할을 하게 되는데, 이때 220℃ 미만의 열에서는 부직웹을 구성하는 시스 코아형 필라멘트의 제2성분이 충분히 녹아 서로 융착할 수 없으며, 230℃가 넘어갈 경우 필라멘트끼리의 융착 면적이 넓어져 공기 투과도가 급격하게 나빠질 수 있다. 1차 칼렌더 프리 본딩과 상기 온도에서 2차 열풍 본딩까지 마친 부직 웹은 마지막으로 다양한 형태의 엠보가 조각된 고온 고압의 엠보 롤을 통과시켜 엠보 본딩을 함으로써 가공시 발생한 보풀을 최소화하고 열풍 본딩으로 다소 미흡할 수 있는 박리 강도를 개선하여 최적의 필터 지지체를 제공할 수 있도록 한다. 상기 본 발명에 따른 엠보 롤의 가공 조건은 200 내지 210℃로 하며, 선압 또한 40kg/cm²을 넘을 수 없도록 한다. 엠보 롤의 가공조건이 상기의 범위를 넘을 경우 부직 웹의 공기 투과도는 급격하게 떨어져 필터 지지체로서의 기능을 상실하게 되어 바람직하지 않게 된다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명의 범주가 이들 실시예에 한정되는 것이 아님은 물론이다.

다음의 실시예 중의 각종 특성의 측정 및 평가치는 다음에 나타낸 방법에 의해 분석하였으며, 그 결과는 다음 표 2에 나타내었다.

(1) 공기투과도: KS K 0570법에 의해 38㎠의 면적을 시험할 수 있는 오리피스(원형 시험편 파지 장치)를 이용하여 부직포의 일정한 면적을 수직으로 통과하여 흐르는 공기의 양을 측정하였다.

(2) 내 보풀성: 제조된 부직포 샘플을 10명의 부직포 개발 관련 전문가들에 의해 블라인드 테스트(blind test)하여 점수를 매겨 평가함. 9:보풀 없음, 5:개선 전 수준, 1:보풀발생으로 사용불가.

(3) 박리 평가: 제조된 부직포 샘플을 MD 방향으로 50x200으로 제단 한 후, 손으로 두 개 이상의 층으로 분리 가능한지를 평가. 3개의 샘플에서 2회 이상 박리시킬 수 있을 경우 박리발생, 1회 이하로 박리시킬 수 있을 경우 박리 없음으로 표기.

실시예 1 내지 9

고유점도(IV) 0.652 dL/g 이며 융점이 255℃인 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 제1성분으로 하고 고유점도(IV) 0.652 dL/g 이며 융점이 225℃인 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 제2성분으로 하여 제1성분 대 제2성분의 비가 9:1인 상태로 제1성분을 코아로, 제2성분을 시스로 방사하였다. 방사된 필라멘트의 섬도는 특수설계된 태데니어 구금과 냉각 연신 조건에 따라 약 11데니아로 조절되며 이때 사용된 냉각 에어의 온도는 15℃이며, 방사속도는 약 4,000m/min이다. 다공성 컨베이어에 적층된 부직 웹은 다음 표 1에 나타난 조건에 따라 열 칼렌딩과 열풍 본딩을 거쳐 최종적으로 엠보싱 본딩 과정을 거친다. 실시예 1 내지 9에 사용된 모든 생산 조건은 하기 표 1에 명시된 열칼렌딩, 열풍본딩 그리고 엠보싱 조건을 제외한 라인 스피드와 전체 토출량 등 모든 조건은 고정한 채 진행하였다.

비교예 1 내지 2

부직 웹의 열칼렌딩, 열풍본딩 그리고 엠보싱 조건을 하기 표 1과 같이 하는 외에는 상기 실시예들과 동일하게 하였다.

이상에서 본 발명은 기재된 특정한 실시형태에 대해서만 상세히 기술되었지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims

고유점도가 0.6 내지 0.8dL/g이고 융점이 230℃ 내지 280℃인 폴리에스테르와, 상기와 동일한 범위의 고유점도를 가지면서 융점이 200℃ 내지 250℃인 폴리에틸렌 테레프탈레이트 폴리머를 각각의 건조기에서 수분율이 100ppm 이하가 되도록 건조한 후 결정화시켜, 익스트루더에 공급하고, 시스/코어(Sheath/Core) 형태로 방사하되, 이때 방사되는 시스의 제2성분은 전체 중량의 3 내지 50중량%가 되고 방사된 필라멘트의 섬도는 6 내지 13 데니아가 되도록 필라멘트를 형성시키고, 냉각공기로 필라멘트를 냉각하고, 고화시켜 필라멘트 간 융착을 방지시키며, 필라멘트를 연신시켜 웹을 형성시키기 위해 상기의 필라멘트를 일정한 각도와 속도로 충돌판에 충돌시켜 필라멘트를 분산시키고, 연속으로 이동되는 컨베이어 상에 균일하게 하부의 흡입장치를 이용하여 적층시켜 웹을 형성시키되,
ⓐ 먼저 열 칼렌더를 통해 일차적으로 프리본딩하여 이후 연속으로 진행되는 본딩공정에 필요한 최소한의 강도와 형태안정성을 부여받는데, 이때 프리본딩에 사용되는 열 칼렌더 조건은 최종적으로 공기 투과도를 가지면서 보풀과 박리강도가 개선된 에어필터 지지체용 부직포가 가져야할 물리적 특성인 공기 투과도와 보풀에 결정적 영향을 주므로 상기 프리본딩에 사용되는 열 칼렌더의 조건은 160 내지 170℃가 되도록 하는 과정과;
ⓑ 이와 같이 프리본딩된 부직웹은 다시 다공질의 컨베이어를 통해 히팅드럼으로 이동하며, 상기 히팅드럼에서는 1차로 프리본딩된 태 데니어 부직웹을 220 내지 230℃의 강한 열풍으로 결합시켜주는 과정과;
ⓒ 1차로 프리본딩과 2차로 열풍본딩까지 마친 부직웹은 마지막으로 다양한 형태의 엠보가 조각된 엠보롤을 통과하되, 가공시 발생한 보풀을 최소화하고 열풍본딩으로 다소 미흡할 수 있는 박리강도를 개선하여 최적의 필터 지지체를 제공할 수 있도록, 상기 엠보롤은 온도범위가 200 내지 210℃이고, 선압은 40kg/cm²을 넘지않는 범위에서 제공되는 과정으로 이루어지고,
상기 부직웹은 단위면적당 중량이 30 내지 110g/㎡인 것을 특징으로 하는 우수한 공기 투과도와 개선된 보풀 및 박리강도를 갖는 에어 필터 지지체용 부직포의 제조방법.
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제 1항에 있어서, 상기 부직포의 공기투과도는 200ccs 이상인 것을 특징으로 하는 우수한 공기 투과도와 개선된 보풀 및 박리강도를 갖는 에어 필터 지지체용 부직포의 제조방법.
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