KR102192995B1 - 에어필터 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 에어필터의 제조방법울 통해 제조된 에어필터는 연신이 발생하지 않을 뿐 아니라 높은 포집효율을 가지면서 동시에 QF 지수를 향상시킬 수 있다.

Description

에어필터 및 그 제조방법{Air filter and manufacturing method thereof}
본 발명은 에어필터 및 그 제조방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 저차압 및 여과효율을 달성할 수 있는 에어필터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
내연기관, 가스터빈, 공기청정기, 에어컨 등의 다양한 기기에서 공기 중에 함유된 각종 이물질을 여과하여 제거할 목적으로 공기정화기가 설치되어 있으며, 이러한 공기정화기에는 여과매체로서 다양한 종류의 필터 여재가 장착된다. 상기와 같이 공기정화기에 장착되는 필터 여재는, 기기 작동을 위하여 공급되는 공기 중에 함유된 각종 이물질을 여과하므로써, 상기 기기의 정상적인 작동을 보장하고 기기 수명을 연장시키는 역할을 수행한다. 따라서, 이러한 필터 여재는 이물질을 효과적으로 포집하는 높은 여과효율 및 장기간의 여과수명을 동시에 지녀야 하는 것이 필수적이다. 그런데, 실제로 공기 중의 각종 이물질을 효율적으로 포집하기 위해서는 필터 여재의 통기공을 미세하게 형성해야 하는데, 그렇게 되면 통기공이 조기에 폐쇄되어 필터 여재의 여과수명이 단축된다. 이와 반대로, 필터 여재의 통기공을 크게 형성하게 되면 여과수명이 연장되는 대신, 상기 통기공을 통하여 미세한 이물질이 빠져나가게 되므로 필터 여재의 여과효율이 대폭 저하된다. 그러므로, 이물질을 효과적으로 포집하는 여과효율과 장기간의 여과수명을 동시에 지닌 공기정화용 필터 여재의 개발이 절실하게 요구되고 있다.
현재, 내연기관은 휘발유, 경유 등의 액체연료, 또는 LPG 등의 기체연료를 사용하여 구동되며, 연료는 공기와 혼합된 혼합가스 형태로 연소실 내로 공급되어 연소폭발을 발생하게 된다. 혼합가스를 형성하기 위하여 내연기관에 유입되는 공기에는 먼지 등의 이물질이 혼합되어 있으며, 이러한 이물질이 혼합가스의 불완전연소를 유발하여 내연기관의 작동을 곤란하게 하는 것과 동시에, 실린더의 내벽 등에 축적되어 상기 내연기관의 내구성 저하를 유발하게 된다.
따라서, 내연기관은 공기 중의 이물질이 유입되는 것을 방지하는 공기정화기가 형성되며, 상기 에어필터 여재로서 여과지 또는 부직포가 주로 사용되고 있다. 에어필터용 지지층로서는 멜트블로운 부직포, 스펀본드 부직포 등이 주로사용되는데 멜트블로운(meltblown) 부직포란 열가소성 섬유를 형성할 수 있는 고분자를 수백개의 작은 오리피스로 형성된 방사구금을 통해 방사(분사)하고, 방사노즐로부터 압출된 고분자는 용융상태에서 방사구금의 양옆에서 고속으로 분사되는 열풍에 의해 초미세화된 극세섬유가 수집체에 적층된 자기결합형 부직포를 의미한다.
이러한 멜트블로운 부직포는 중·고성능의 필터로서 우수한 특성을 발휘한다. 중·고성능 필터란 미국 공기필터규격 ANSI/ASHRAE 52.2(1999)의 MERV 7 내지 16 수준에 해당하는 필터들을 지칭한다. MERV 수치가 올라갈수록 필터효율이 우수하고 보다 높은 등급의 필터를 의미한다. 미디엄 필터는 사용상 필터의 효율을 최대화하기 위해 절곡(Pleating)하여 사용하는데, 멜트블로운 부직포는 유연한 특성으로 인하여 절곡 후의 형태안정성이 불량하게 된다. 즉, 절곡후 절곡가공 형태를 유지하지 못하고 원래 형태로 복귀해 버리는 경향이 강하다. 이에 따라 공기와 필터의 접촉능력이 떨어지면서 필터효율이 떨어지고, 압력손실이 커지는 문제점이
발생한다. 따라서, 필터의 형태유지성능이 필수적으로 요구되며, 특히 작은 필터면적에 많은 공기유량이 인입되는 자동차용 캐빈필터나 고효율 미디엄 필터에서는 더욱 그러하다. 이와 같이 멜트블로운 부직포에 형태유지성능을 부여하기 위하여 스펀본드 부직포를 적층하는 방법이 제안되었다.
일본 특공소 63-51725호에는 공기청정기의 여재포로 사용하는 부직포로서 멜트블로운 부직포의 양면에 스펀본드형 부직포를 배치하고, 각 섬유층을 수지 접착제를 이용하여 접착시킨 부직포가 개시되어 있다. 또한, 일본 특공소 62-2060호에는 연신된 섬유로 된 스펀본드 부직포에 미고화 상태의 멜트블로운 부직포를 접합시킨 필터가 개시되어 있다.
그러나, 종래의 에어필터는 인장강도가 약할 뿐 아니라 합지공정에서 차압이 지나치게 높아지고 압력손실이 많이 발생할 뿐 아니라 포집효율 및 QF 지수의 향상에 한계가 있었다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 해결하려는 과제는 높은 포집효율을 가지면서 동시에 QF 지수를 향상시킬 수 있는 에어필터 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 에어필터는 대전제 및 산화방지제를 포함하는 정전 부직포 지지층; 및 상기 정전 부직포 지지층의 적어도 일면에 합지된 정전 여재층;을 포함하며 하기 조건 (1) 및 (2)를 모두 만족한다.
(1) 포집효율이 99.5% 이상 및
(2) 하기 관계식에 의해 계산된 QF 지수값이 2.5 이상
[관계식]
QF 지수(1/mmAq) = [- ln((100 - R) / 100)] / ΔP
단, R은 포집효율이고, ΔP는 차압이다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 정전 부직포는 건식부직포, 스펀레이스부직포, 스펀본드 부직포, 멜트블로운 부직포, 니들펀치 부직포 또는 스테치본드 부직포일 수 잇다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 정전 부직포는 나일론, 폴리에스터, 폴리우레탄, 폴리아크릴로니트릴, 폴리올레핀 및 셀룰로오즈로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 섬유를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 정전부직포의 두께는 0.1 ~ 10㎜일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 대전제는 힌더드 아민계 대전제일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 힌더드 아민계 대전제는 폴리[[6-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)아미노]-s-트리아진-2,4-디일]- [[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노]헥사메틸렌[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노]일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 정전부직포 지지층은 산화방지제를 더 포함할 수 있으며, 보다 바람직하게는 상기 산화방지제는 힌더드 페놀계일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 상기 힌더드 페놀계 산화방지제는 펜타에리쓰리톨 테트라키스(3-(3,5-디-터트-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트)일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 정전부직포 지지층 및 정전여재는 코로나 방전, 플라즈마 대전, 마찰대전 또는 고압의 물방울을 통한 수 대전 방식을 통해 정전처리 될 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 정전부직포 지지층의 평량은 15 ~ 300 g/㎡일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 포집효율이 99.9% 이상 및 QF 지수값이 2.7 이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, (1) 대전제 및 산화방지제를 포함하는 부직포 지지층 및 상기 부직포 지지층의 적어도 일면에 여재층을 합지하여 에어필터 여재를 형성하는 단계; (2) 상기 에어필터 여재를 정전처리하는 단계를 포함하는 에어필터의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 정전처리는 코로나 방전, 플라즈마 대전, 마찰대전 또는 고압의 물방울을 통한 수 대전 방식을 통해 수행될 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 대전제는 힌더드 아민계 대전제일 수 있으며. 상기 힌더드 아민계 대전제는 폴리[[6-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)아미노]-s-트리아진-2,4-디일]- [[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노]헥사메틸렌[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노]일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 정전부직포는 산화방지제를 더 포함할 수 있으며, 보다 바람직하게는 상기 산화방지제는 힌더드 페놀계일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 상기 힌더드 페놀계 산화방지제는 펜타에리쓰리톨 테트라키스(3-(3,5-디-터트-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트)일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 합지는 초음파 본딩, 서멀본딩, 핫멜트본딩, 니들펀칭, 수류교락, 스티치본딩 또는 접착제 본딩에 의해 수행될 수 있다.
이하, 본 발명에 사용된 용어를 설명한다.
용어 “폴리올레핀”은 탄소 및 수소 원자로만 이루어진 포화된 개방 사슬의 중합체 탄화수소 계열 중 임의의 것을 의미한다. 일반적인 폴리올레핀은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리메틸펜텐 및 에틸렌, 프로필렌 및 메틸펜텐 단량체의 다양한 배합물을 포함한다.
용어 "폴리프로필렌”(PP)은 프로필렌의 단독 중합체 뿐만 아니라, 반복단위 40% 이상의 프로필렌 단위인 공중합체도 포함한다.
용어 “폴리에스테르”는 에스테르 단위의 형성에 의해 연결되고 반복 단위 85% 이상인 디카르복실산과 디히드록시 알코올과의 축합 생성물인 중합체를 포함하는 개념이다. 이는 방향족, 지방족, 포화 및 불포화 이산 및 이알콜을 포함한다.
나아가 공중합체 및 블렌드 및 이들 변형물을 포함한다. 폴리에스테르의 일반적인 예는 에틸렌 글리콜과 테레프탈산과의 축합 생성물인 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)이다.
본 발명의 에어필터의 제조방법울 통해 제조된 에어필터는 연신이 발생하지 않을 뿐 아니라 높은 포집효율을 가지면서 동시에 QF 지수를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 에어필터의 단면도이다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
상술한 바와 같이, 종래의 에어필터는 인장강도가 약할 뿐 아니라 합지공정에서 차압이 지나치게 높아지고 압력손실이 많이 발생할 뿐 아니라 포집효율 및 QF 지수의 향상에 한계가 있었다.
이에 본 발명에서는 본 발명의 에어필터는 대전제 및 산화방지제를 포함하는 정전 부직포 지지층; 및 상기 정전 부직포 지지층의 적어도 일면에 합지된 정전 여재층;을 포함하며 하기 조건 (1) 및 (2)를 모두 만족한다.
(1) 포집효율이 99.5% 이상 및
(2) 하기 관계식에 의해 계산된 QF 지수값이 2.5 이상
[관계식]
QF 지수(1/mmAq) = [- ln((100 - R) / 100)] / ΔP
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 에어필터의 단면도이다. 구체적으로 본 발명의 에어필터는 대전제 및 산화방지제를 포함하는 정전 부직포 지지층(300)의 적어도 일면에 합지된 정전여재층(310)을 포함하며 본 발명의 에어필터는 상술한 조건 (1), (2)를 모두 만족한다.
먼저, 본 발명의 정전 부직포 지지층(300)을 설명한다. 본 발명의 정전 부직포 지지층(300)은 절곡 등의 후가공성과 가공후 형태 안정성을 부여하며 동시에 정전여재층을 투과하는 입자를 포집하는 역할을 수행하는 것으로서 반드시 대전제 및 산화방지제를 포함하여야 한다.
정전처리는 통상적으로 수행되는 부직포에 정전을 부여하여 포집능력을 향상시키는 방법으로서 이와 같이 멜트블로운 부직포에 정전 처리될 경우 이를 구성하는 필라멘트는 내부에 강제적으로 분극된 전하를 가지게 되고, 이에 따라 분극된 전하를 갖는 필라멘트로 이루어진 부직포는 전하를 띠는 미세 입자를 용이하게 포
집하게 된다.
이러한 정전 처리 공정은 코로나 방전, 플라즈마 대전, 마찰대전, 고압의 물방울을 통한 수 대전 방식을 이용하여 수행될 수 있다. 이러한 방식들 중 코로나 방전 방식은 용융된 중합체의 필라멘트가 완전하게 경화된 이후에 방전처리하는 콜드(cold) 코로나 방전과 필라멘트가 완전하게 경화되지 않아서 필라멘트 섬유 내부의 자유전하가 상대적으로 자유로운 상태에서 실시하는 열(hot) 코로나 방전 방식이 있다. 상기 코로나 방전 방식은 30 ~ 60 ㎸의 전압에서 수행될 수 있다. 만일, 상기 전압이 30 ㎸ 미만일 경우 전기분극률이 너무 낮기 때문에 목적하는 포집 효율을 얻을 수 없고, 반면 상기 전압이 60 ㎸를 초과할 경우 부직포에 구멍(hole) 등의 결점이 발생되기 쉽고 작업자에게 치명적일 수 있다. 상기 코로나 방전 방식은 0.1 ~ 6.0 ㎃의 전류에서 수행될 수 있다. 만일, 상기 전류가 0.1 ㎃ 미만일 경우 전하의 이동량이 적기 때문에 충분한 정전 성능을 부여할 수 없고, 반면 상기 전류가 6.0 ㎃를 초과할 경우 작업 자에게 치명적일 수 있다.
본 발명에서는 정전효과를 극대화시키기 위해서 대전제를 더 포함하며, 이 경우 통상적으로 사용되는 대전제를 더 포함할 수 있다. 이 경우 바람직하게는 힌더드 아민계 대전제를 사용할 수 있으며 이 경우 바람직하게는 N,N'-비스-3-(3',5'-디-터트-부틸-4'-하이드록시페닐)프로피오닐헥사메틸렌디아민, N,N'-테트라메틸렌-비스[3-(3'-메틸-5'-터트-부틸-4'-하이드록시페닐)프로피오닐]디아민, N,N'-비스[3-(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시페닐)-프로피오닐]하이드라진, N-살리실로일-N'-살리실리덴하이드라진, 3-(N-살리실로일)아미노-1,2,4-트리아졸, N,N'-비스[2-{3-(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오닐옥시}에틸]옥시아미드 등을 들 수있다. 가장 바람직하게는 폴리[[6-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)아미노]-s-트리아진-2,4-디일]- [[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노]헥사메틸렌[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노]])을 사용하는 것이 물성향상에 가장 효과적이다(표 1 참조). 상기 힌더드 아민계 대전제는 전체 고분자의 약 0.05 내지 약 5 중량％의 양으로 존재하며, 더욱 바람직하게는 첨가제(들)은 고분자의 약 0.2 내지 약 2 중량％의 양으로 존재하며, 더더욱 바람직하게는 고분자의 약 0.2 내지 약 1 중량％의 양으로 존재할 수 있다.
또한 산화방지제를 포함하는데 이 경우 가장 바람직하게는 힌더드 페놀계열의 산화방지제를 사용할 수 있다. 바람직한 힌더드 페놀계 산화방지제로는 n-옥타데실-3-(3',5'-디-터트-부틸-4'-하이드록시페닐)-프로피오네이트, n-옥타데
실-3-(3'-메틸-5'-터트-부틸-4'-하이드록시페닐)-프로피오네이트, n-테트라데실-3-(3',5'-디-터트-부틸-4'-하이드록시페닐)-프로피오네이트, 1,6-헥산디올-비스[3-(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시페닐)-프로피오네이트],1,4-부탄디올-비스[3-(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시페닐)-프로피오네이트], 2,6-디-터트-부틸-4-메틸페놀, 2,2'-메틸렌-비스(4-메틸-터트-부틸페놀), 트리에틸렌글리콜-비스[3-(3-터트-부틸-5-메틸-4-하이드록시페닐)-프로피오네이트], 테트라키스[메틸렌-3-(3',5'-디-터트-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트]메탄, 3,9-비스[2-{3-(3-터트-부틸-4-하이드록시-5-메틸페닐)프로피오닐옥시}-1,1-디메틸에틸]2,4,8,10-테트라옥사스피로(5,5)운데칸 등을 들 수 있으며, 가장 바람직하게는 펜타에리쓰리톨 테트라키스(3-(3,5-디-터트-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트)을 사용하는 것이 물성향상에 가장 효과적이다.. 상기 힌더드 페놀계 산화방지제는 전체 고분자의 약 0.01 내지 약 5 중량％의 양으로 존재할 수 있다.
한편 본 발명에 적용될 수 있는 통상적으로 사용되는 것이면 제한없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 건식부직포, 스펀레이스부직포, 스펀본드 부직포, 멜트블로운 부직포, 니들펀치 부직포 또는 스테치본드 부직포일 수 있고 보다 바람직하게는 스펀본드 부직포일 수 있으며 이는 통상적으로 이들 부직포를 제조하는 방법에 의해 제조될 수 있다.
본 발명에 사용될 수 있는 부직포 재질은 통상적으로 부직포 제조에 사용되는 열가소성 고분자 수지일 수 있으며 바람직하게는 상기 열가소성 고분자는 에틸렌, 프로필렌, 1-부텐, 1-헥센, 4-메틸-1-펜텐 및 1-옥텐 등의 알파-올레핀의 단독 혹은 공중합체인 고압법 저밀도 폴리에틸렌, 선상 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리프로필렌(프로필렌 단독 중합체), 폴리프로필렌 랜덤 공중합체, 폴리1-부텐, 폴리4-메틸-1-펜텐, 에틸렌프로필렌 랜덤 공중합체, 에틸렌1-부텐 랜덤 공중합체, 프로필렌1-부텐 랜덤 공중합체 등의 폴리올레핀, 폴리에스터(폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트 등), 폴리아미드(나일론-6, 나일론-66, 폴리메타크실렌아디프아미드 등), 폴리염화비닐, 에틸렌아세트산비닐 공중합체, 에틸렌아세트산비닐비닐알코올 공중합체, 에틸렌(메트)아크릴산 공중합체, 에틸렌-아크릴산에스테르-일산화탄소 공중합체, 폴리아크로니트릴, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 아이오노머(ionomer ; 에틸렌과 메틸아크릴산의 공중합체로 카르복실기에 아연(Zn), 나트륨(Na), 칼슘(Ca) 암모늄(NH4) 등이 부분치환된 고분자) 또는 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어 지는 그룹으로부터 선택되는 것이 될 수 있으며, 보다 바람직하게는 나일론, 폴리에스터, 폴리우레탄, 폴리아크릴로니트릴, 폴리올레핀 및 셀룰로오즈로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
바람직하게는, 상기 정전부직포 지지층의 두께는 0.1 ~ 10㎜일 수 있다. 만일 두께가 0.1㎜ 미만이면 부직포 제작단계에서의 캘린더 롤간 거리의 불균일성 문제 등과 같은 작업성 문제로 인하여 제작이 어려운 문제가 발생할 수 있고 10㎜ 이상이면 절곡등의 후가공 공정에서 가공성의 문제가 발생할 수 있다.
바람직하게는 상기 정전부직포 지지층의 평량은 15 ~ 300 g/㎡일 수 있다. 만일 평량이 15g/㎡ 미만이면 부직포 구조의 안정성 문제와 제거율이 떨어지는 문제가 발생할 수 있고 300g/㎡ 초과이면 제거율은 증가되나 압력손실이 증가하는 문제가 있다. 한편, 바람직하게는 본 발명의 정전부직포 지지층의 평균섬도는 1 ~ 15 데니어일 수 있다. 또한 정전부직포 지지층을 구성하는 섬유는 단섬유 및/또는 장섬유일 수 있다.
다음. 정전여재층(310)을 설명한다. 본 발명에 사용되는 정전여재층(310)은 통상적으로 사용되는 정전여재를 사용할 수 있으며, 부직포, PTFE, 유리섬유 등이 대상이 될 수 있으나 바람직하게는 정전처리된 멜트블로운 부직포일 수 있다. 정전처리 방법은 상술한 정전 부직포 지지층의 정전처리 방법에 따라 정전처리될 수 있으며, 대전제 및 산화방지제를 더 포함할 수 있다. 정전여재층의 두께는 0.1 ~ 1㎜일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 상기 정전여재층(310)은 상술한 정전 부직포 지지층의 일면에 형성되거나 양면에 형성될 수 있다. 정전부직포 지지층과 정전여재층의 합지는 핫멜트 접착, 초음파 접착, 케미컬접착, 니들펀칭 후 열처리 공정 등과 같은 기 공지된 접합 방법에 의하여 실시하며, 필요시에는 상기 접합 방법을 혼용하여 멜트블로운 부직포와 여과지 또는 부직포를 접합하여 필터 여재층을 구성할 수 있다.
한편, 정전처리시기는 지지층과 여재를 각각 정전처리한 후 합지하는 것에 비하여 합지한 후 정전처리하는 것이 물성향상에 매우 유리하다 왜냐하면 정전여재는 인장강도가 지지층에 비해 낮으므로 여재만을 정전처리하는 경우 연신에 의한 구조 변형이 발생하기 때문이다.
한편 상기 에어필터는 활성 탄소 섬유, 탄소 나노 튜브(CNT), 제올라이트, 실리카겔, 활성 알루미나, 이온교환 수지, 이온교환 섬유로 이루어진 군으로부터 선택되는 흡착/탈취층을 추가로 포함할 수 있으며 이에 따라 지지층과 본 발명의 멜트블로운 부직포 사이에 이러한 흡착/탈취층이 추가되는 것은 본 발명의 범위에 포함되는 것이다.
본 발명의 에어필터는 상술한 조건 (1) 및 (2)를 모두 만족하여야 한다. QF 지수값은 퀄리티 팩터의 약자로서 에어필터의 성능을 표현하는 압력손실과 제거율을 포함한 의미로써 QF값이 클수록 필터의 성능이 우수함을 의미한다. 만약 동일한 제거효율을 가진 에어필터 중 QF 지수값이 높을수록 압력손실값이 더 낮음을, 동일 압력손실값을 가진 에어필터 중 QF 지수값이 높을수록 제거효율이 더 높음을 의미한다.
따라서, 본 발명의 에어필터는 포집효율이 99.5% 이상을 만족하여야하며 바람직하게는 99.9% 이상을 만족하여야 한다. 또한 동시에 QF 지수값은 2.5 이상 바람직하게는 2.7 이상을 만족하여야 한다. 이를 통해 압력손실 대비 포집효율을 향상시킬 수 있으며 동일 포집효율을 가지면서도 필터의 에너지 효율 증가를 달성할 수 있다.
이하, 실시 예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
<실시예 1>
폴리프로필렌 고분자 수지에 대하여 대전제로서 폴리[[6-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)아미노]-s-트리아진-2,4-디일]- [[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노]헥사메틸렌[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노]])(치마소브911, 시바가이거) 0.5중량% 및 산화방지제로서 펜타에리쓰리톨 테트라키스(3-(3,5-디-터트-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트) (바스프, Irganox 1010) 0.1중량%를 혼합하여 방사원액을 준비하고 스펀본드 부직포를 제조하였다. 제조된 스펀본드 부직포의 평량은 70g/㎡이고 두께는 0.3mm 이며 평균섬도는 6데니어이다. 이후, 여재층으로서 두께가 0.25mm, 평균섬도 1.5㎛ 및 평량이 30g/m2 인 폴리프로필렌 멜트블로운 부직포를 준비하고 스펀본드 부직포와 멜트블로운 부직포를 핫멜트스프레이 방법으로 합지하였다. 이후 정전처리는 고압노즐을 이용한 물분사 방법으로 마찰접촉 대전 시켜 정전 부직포를 제조하였다.
<실시예 2>
대전제로서 폴리[[6-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)아미노]-s-트리아진-2,4-디일]- [[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노]헥사메틸렌[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노]])을 대신하여 비스(2,2,6,6,-테트라메틸-4-피레리딜)세바케이트를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 에어필터를 제조하였다.
<실시예 3>
산화방지제로서 펜타에리쓰리톨 테트라키스(3-(3,5-디-터트-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트)을 대신하여 2,6-디-터트-부틸-4-메틸페놀을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 에어필터를 제조하였다.
<실시예 4>
대전제로서 비스(2,2,6,6,-테트라메틸-4-피레리딜)세바케이트를 사용하고 산화방지제로서 2,6-디-터트-부틸-4-메틸페놀을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 에어필터를 제조하였다.
<실시예 5>
정전 부직포 지지층과 정전여재를 각각 정전처리하고 합지한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 에어필터를 제조하였다.
<비교예 1>
대전제, 산화방지제 및 정전처리를 하지않은 부직포 지지층을 사용한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일하게 실시하여 에어필터를 제조하였다.
<비교예 2>
대전제 및 산화방지제를 포함하면서 정전처리를 하지 않은 부직포 지지층을 사용한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일하게 실시하여 에어필터를 제조하였다.
<비교예 3>
대전제를 포함하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 에어필터를 제조하였다.
<비교예 4>
산화방지제를 포함하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 에어필터를 제조하였다.
<비교예 5>
멜트블로운 여재의 정전처리를 하지 않은 것을 제외하고는 실시예 5와 동일하게 실시하여 에어필터를 제조하였다.
<실험예>
상기 실시예 및 비교예를 통해 제조된 정전 멜트블로운에 대하여 하기와 같은 평가를 실시하고 그 결과를 표 1에 나타내었다.
1. 포집효율 및 압력손실측정
일반적으로 사용하는 에어필터 측정방법에 따라 측정하였다. 구체적으로는, 적용 풍량 32 LPM(면풍속 5.33㎝/sec)의 기류 속도에서 염화나트륨이 함유된 에어로졸을 부직포 샘플에 통과시켜 통과 전후의 염화나트륨 농도를 측정하여 부직포에 의해 집진된 염화나트륨의 양을 계산하고 이를 통과 전의 염화나트륨 양으로 나눈 후 백분율하여 포집 효율을 측정하였다. 이때, 상기 에어로졸은 염화나트륨을 증류수에 용해시켜 20 중량%의 염화나트륨 수용액을 만든 후, 염화나트륨이 0.3 ㎛ 정도의 크기를 갖도록 히터 장치에 의해 수분을 기화시켜 제조하였다. 이러한 방법으로 입자에 대한 포집 효율(%)은 자동화된 효율 시험기(TSI사, Model 8130)에 의해 측정하였다. 압력 손실(mmAq)은 포집 효율 측정방법과 유사하게 적용 풍량 32 LPM(면속도 5.33 cm/s)의 기류 속도에서 부직포 샘플의 통과 전후 의 압력 손실 값으로부터 측정하였다.
2. QF 팩터 측정(1/mmH20)
퀄리티팩터(QF )는 여과효율과 차압을 조합한 필터 성능을 표현하는 수단의 일종으로서 일반적으로 하기의 관계식에 따라 계산하며 수치가 높을수록 우수한 에어필터 성능을 나타낸다.
다.
[관계식]
QF 지수(1/mmAq) = [- ln((100 - R) / 100)] / ΔP
단, R은 포집효율이고, ΔP는 차압이다.
압력손실(mmAq) 포집효율(%) QF(1/mmAq)
실시예 1 2.5 99.97 3.24
실시예 2 2.5 99.92 2.85
실시예 3 2.5 99.94 2.97
실시예 4 2.4 99.75 2.50
실시예 5 2.4 99.93 3.03
비교예 1 2.5 99.62 2.23
비교예 2 2.5 99.71 2.34
비교예 3 2.5 99.75 2.40
비교예 4 2.6 99.83 2.45
비교예 5 2.5 43.53 0.23
표 1에서 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예 1 ~ 5는 비교예 1 ~ 5에 비하여 우수한 물성을 나타내었다. 나아가 합지공정 이후 정전처리한 실시예 1이 정전처리 후 합지공정을 수행한 실시예 5에 비하여 우수한 물성을 나타내었다. 나아가 본 발명의 특정한 대전제 및 산화방지제를 사용한 실시예 1, 2가 다른 종류를 사용한 나머지 실시예에 비하여 보다 우수한 물성값을 나타내었다.

Claims (18)

  1. 대전제 및 힌더드 아민계 산화방지제를 포함하는 정전 부직포 지지층; 및
    상기 정전 부직포 지지층의 적어도 일면에 합지된 정전 여재층;을 포함하며 하기 조건 (1) 및 (2)를 모두 만족하며,
    상기 힌더드 아민계 산화방지제는 펜타에리쓰리톨 테트라키스(3-(3,5-디-터트-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트), n-옥타데실-3-(3',5'-디-터트-부틸-4'-하이드록시페닐)-프로피오네이트, n-옥타데실-3-(3'-메틸-5'-터트-부틸-4'-하이드록시페닐)-프로피오네이트, n-테트라데실-3-(3',5'-디-터트-부틸-4'-하이드록시페닐)-프로피오네이트, 1,6-헥산디올-비스[3-(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시페닐)-프로피오네이트], 1,4-부탄디올-비스[3-(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시페닐)-프로피오네이트], 트리에틸렌글리콜-비스[3-(3-터트-부틸-5-메틸-4-하이드록시페닐)-프로피오네이트], 테트라키스[메틸렌-3-(3',5'-디-터트-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트]메탄, 3,9-비스[2-{3-(3-터트-부틸-4-하이드록시-5-메틸페닐)프로피오닐옥시}-1,1-디메틸에틸]2,4,8,10- 테트라옥사스피로(5,5)운데칸 및 2,6-디-터트-부틸-4-메틸페놀 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는, 에어필터;
    (1) 포집효율이 99.5% 이상 및
    (2) 하기 관계식에 의해 계산된 QF 지수값이 2.5 이상
    [관계식]
    QF 지수(1/mmAq) = [- ln((100 - R) / 100)] / ΔP
    단, R은 포집효율이고, ΔP는 차압이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 정전 부직포 지지층은 건식부직포, 스펀레이스부직포, 스펀본드 부직포, 멜트블로운 부직포, 니들펀치 부직포 또는 스테치본드 부직포인 것을 특징으로 하는 에어필터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 정전 부직포 지지층은 나일론, 폴리에스터, 폴리우레탄, 폴리아크릴로니트릴, 폴리올레핀 및 셀룰로오즈로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어필터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 정전부직포 지지층의 두께는 0.1 ~ 10㎜인 것을 특징으로 하는 에어필터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 대전제는 힌더드 아민계 대전제인 것을 특징으로 하는 에어필터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 힌더드 아민계 대전제는 폴리[[6-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)아미노]-s-트리아진-2,4-디일]- [[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노]헥사메틸렌[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노]인 것을 특징으로 하는 에어필터.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 정전부직포 지지층 및 정전여재는 코로나 방전, 플라즈마 대전, 마찰대전 또는 고압의 물방울을 통한 수 대전 방식을 통해 정전처리 되는 것을 특징으로 하는 에어필터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 정전부직포 지지층의 평량은 15 ~ 300 g/㎡인 것을 특징으로 하는 에어필터.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 포집효율이 99.9% 이상 및 QF 지수값이 2.7 이상인 것을 특징으로 하는 에어필터.
  12. (1) 대전제 및 힌더드 아민계 산화방지제를 포함하는 부직포 지지층 및 상기 부직포 지지층의 적어도 일면에 여재층을 합지하여 에어필터 여재를 형성하는 단계;
    (2) 상기 에어필터 여재를 정전처리하는 단계를 포함하며,
    상기 힌더드 아민계 산화방지제는 펜타에리쓰리톨 테트라키스(3-(3,5-디-터트-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트), n-옥타데실-3-(3',5'-디-터트-부틸-4'-하이드록시페닐)-프로피오네이트, n-옥타데실-3-(3'-메틸-5'-터트-부틸-4'-하이드록시페닐)-프로피오네이트, n-테트라데실-3-(3',5'-디-터트-부틸-4'-하이드록시페닐)-프로피오네이트, 1,6-헥산디올-비스[3-(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시페닐)-프로피오네이트], 1,4-부탄디올-비스[3-(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시페닐)-프로피오네이트], 트리에틸렌글리콜-비스[3-(3-터트-부틸-5-메틸-4-하이드록시페닐)-프로피오네이트], 테트라키스[메틸렌-3-(3',5'-디-터트-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트]메탄, 3,9-비스[2-{3-(3-터트-부틸-4-하이드록시-5-메틸페닐)프로피오닐옥시}-1,1-디메틸에틸]2,4,8,10-테트라옥사스피로(5,5)운데칸 및 2,6-디-터트-부틸-4-메틸페놀 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는, 에어필터의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 정전처리는 코로나 방전, 플라즈마 대전, 마찰대전 또는 고압의 물방울을 통한 수 대전 방식을 통해 정전처리 되는 것을 특징으로 하는 에어필터의 제조방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제12항에 있어서,
    상기 합지는 초음파 본딩, 서멀본딩, 핫멜트본딩, 니들펀칭, 수류교락, 스티치본딩 또는 접착제 본딩에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 에어필터의 제조방법.
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