KR102389599B1 - 일렉트릿 물품의 제조 장치, 및 비전도성 시트의 대전 방법 - Google Patents

일렉트릿 물품의 제조 장치, 및 비전도성 시트의 대전 방법 Download PDF

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Abstract

비전도성 시트를 대전함으로써 일렉트릿 물품을 제조하기 위한 장치는, 비전도성 시트를 수평으로 이송하기 위한 메쉬 컨베이어(mesh conveyor); 상기 컨베이어 상의 상기 비전도성 시트로 필름 형상으로 물을 공급하는 물 도포기; 및 상기 공급된 물을 비전도성 시트의 하부면으로 흡입하기 위한 상기 컨베이어의 아래에 배치된 흡입 노즐 을 포함하고, 상기 물 도포기는 필름 형상으로 물을 유하시키기 위한 슬라이딩 면, 상기 슬라이딩 면의 상류에 부착된 탱크, 및 상기 탱크로 물을 공급하는 물 공급 장치를 포함하며, 상기 탱크로부터 넘치는 물은 상기 슬라이딩 면을 따라 상기 비전도성 시트 상에 폭 방향으로 균일한 필름 형상으로 유하되는 것을 포함한다.

Description

일렉트릿 물품의 제조 장치, 및 비전도성 시트의 대전 방법
본 발명은 간편한 방법으로 고품질의 일렉트릿 물품을 제조하는 장치 및 그 장치를 이용한 비전도성 시트를 대전하는 방법에 관한 것이다.
종래에 일렉트릿 섬유 시트(electret fiber sheets)는 낮은 압력 손실과 높은 여과 효율을 갖는 에어 필터와 마스크 필터에 사용되어 왔다. 대전 처리로서, 코로나 방전 처리라 불리는 비전도성 섬유시트에 고전압을 인가하여 일렉트릿을 제조하는 방법이 알려져 있다. 그러나, 정전하를 증가시키는 코로나 방전 방법은 과도의 고전압을 인가하면 고전압 전극과 접지 전극 사이에 불꽃 방전을 일으켜 시트를 손상시키는 문제를 야기한다. 또한, 이 방법에서, 코로나 이온에 노출된 시트의 표면 만이 대전된다. 표면 전하에 의해 생성된 반발 전계는 코로나 이온이 시트 내로 침입하는 것을 방지하여, 시트의 내부가 완전히 대전되지 않는다.
섬유 시트를 대전하기 위한 또 다른 방법은 유체에 의한 마찰대전(tribocharging)을 이용하는 방법이다. 일본 공개특허공보 JP 9-501604호와 JP 11-510862호는 여과 향상(filtration enhancing) 일렉트릿 전하를 제공하기 위해 충분한 압력하에서 워터제트장치에 의해 물 분사 또는 물방울(droplets)의 흐름을 웹(web) 상에 충돌시켜 웹을 대전하기 위한 방법을 개시한다.
그러나, 일본 공개특허공보 JP 9-501604호 및 JP 11-510862호에 기재된 가압하에서 웹 상에 물을 충돌시키는 방법은 추가적인 설비 예를 들어 압축기(compressor) 등을 필요로 하기 때문에 설비 및 운전 비용이 높아진다. 또한, 여과 향상 일렉트릿 전하를 갖는 웹을 제공하기 위해서는 충분한 수압이 필요하기 때문에 평량이 낮고(lower basis weight) 불충분한 강도를 갖는 웹 상에 워터마크(watermark)가 남는 단점이 있다. 그것은 변형된 질감(texture)을 가져오고, 예상된 성능을 달성하지 못한다. 이에 더하여, 워터제트장치의 노즐로부터 물을 충돌시키는 방법은 노즐의 막힘을 방지하기 위해 시간 소모적인 유지보수로서 주기적인 세정이 필요하다.
일본 공개특허공보 JP 2002-249978호에는 움직이는 비전도성 시트의 표면 상에 슬릿 노즐로부터 물을 도포함으로써 시트에 얇은 수층을 형성하고, 도포된 물을 비전도성 시트 아래에 놓인 흡입 장치에 의해 비전도성 시트를 통해 아래쪽으로 흡입하여 비전도성 시트의 양면을 물로 함침시키고 닙 롤(nip rolls)로 과량의 물을 제거하며, 비전도성 시트를 건조시키는 단계를 포함하는 일렉트릿 시트를 제조하는 방법을 개시한다.
그러나, 일본 공개특허공보 JP 2002-249978호에 기재된 방법은 슬릿 노즐로부터 물을 분출하여 비전도성 시트 상에 얇은 수층을 형성하기 때문에 슬릿 노즐의 부분적인 막힘은 물을 균일하게 퍼뜨리는데 오류가 발생하며 전하의 균일성 부족을 야기할 수 있다. 더 넓은 시트를 대전시킬 때, 슬릿 노즐로부터 균일한 물의 흐름을 방출하기 위해 더 높은 압력을 생성하는 더 큰 장치가 요구된다. 이에 더하여, 비전도성 시트 아래에 배치된 흡입장치가 비전도성 시트와 직접 접촉하는 상태가 되기 때문에, 장치는 마찰(rubbing)에 의해 시트를 손상시키고, 이는 품질을 저하시킬 수 있다. 특히, 평량이 낮고 불충분한 강도를 갖는 섬유 시트는 찢어질 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 비전도성 시트에 물을 통과시켜 대전함으로써 일렉트릿 물품(electret article)을 제조하는 장치를 제공하는 것이고, 이 장치는 간단한 수단(simple mean)에 의해 비전도성 시트의 표면 상에 필름 형상(film-like manner)으로 물을 공급할 수 있으며, 비전도성 시트의 품질 저하 없이 표면의 다른 면으로부터 물을 흡입할 수 있고, 이러한 장치를 이용하여 일렉트렛 물품을 제조하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 고려하여 집중적인 연구의 결과로서, 발명자들은 필름 형상으로 물을 유하시키기 위해 슬라이딩 면을 포함하는 물 도포기(water applicator)를 이용하여 비전도성 시트의 표면 상에 물을 공급하는 단계, 메쉬 컨베이어(mesh conveyor) 상에 비전도성 시트를 이송하는 단계, 및 흡입 노즐에 의해 메쉬 컨베이어의 하부면(underside)으로부터 물을 흡입하는 단계를 포함하는 간단한 방법에 의해, 품질 저하 없이 비전도성 시트를 대전시킬 수 있음을 발견했다. 본 발명은 이러한 발견에 기초하여 완성되었다.
따라서, 본 발명의 비전도성 시트를 대전함으로써 일렉트릿 물품을 제조하기 위한 장치는 비전도성 시트를 수평으로 이송하기 위한 메쉬 컨베이어(mesh conveyor);
상기 컨베이어 상의 상기 비전도성 시트로 필름 형상으로 물을 공급하는 물 도포기; 및 상기 공급된 물을 비전도성 시트의 하부면으로 흡입하기 위한 상기 컨베이어의 아래에 배치된 흡입 노즐을 포함하고,
상기 물 도포기는 필름 형상으로 물을 유하시키기(pouring downward) 위한 슬라이딩 면, 상기 슬라이딩 면의 상류에 부착된 탱크, 및 상기 탱크로 물을 공급하는 물 공급 장치를 포함하며,
상기 탱크로부터 넘치는 물은 상기 슬라이딩 면을 따라 상기 비전도성 시트 상에 폭 방향으로 균일한 필름 형상으로 유하되는 것을 특징으로 한다.
상기 슬라이딩 면은 상기 비전도성 시트에 대해 45 내지 75도(°)의 경사각을 가진다.
상기 슬라이딩 면은 유하하는 물의 폭을 조절하기 위한 가이드를 양측에 가진다.
본 발명의 비전도성 시트를 대전 하기 위한 방법으로서, 메쉬 컨베이어에 의해 이송된 비전도성 시트로 슬라이딩 면을 따라 필름 형상으로 물을 유하시키는 단계; 및 그 후에 또는 동시에
물 도포기의 아래에 배치된 흡입 노즐에 의해 공급된 물을 흡입하여 물을 상기 비전도성 시트로 통과 시키는 단계; 그리고
상기 시트를 건조하는 단계를 포함한다.
상기 비전도성 시트는 바람직하게 힌더드 아민 또는 트리아진 첨가제를 0.5 내지 5 중량%로 포함한다.
상기 비전도성 시트는 바람직하게 합성 섬유 시트이다. 상기 합성 섬유로 구성된 시트는 바람직하게 멜트블로운 부직포이다.
상기 비전도성 시트는 바람직하게 폴리올레핀계(폴리올레핀을 기반으로 하는) 이다. 상기 올레핀은 폴리프로필렌계(폴리프로필렌을 기반으로 하는)이다.
상기 물은 수용성 유기 용매를 포함할 수 있다. 상기 수용성 유기 용매는 바람직하게 물 보다 낮은 비등점을 갖는다.
상기 수용성 유기 용매는 알코올 또는 케톤계(알코올 또는 케톤을 기반으로 하는)이다. 상기 수용성 유기 용매는 바람직하게 이소프로필 알코올, 에틸 알코올, 및 아세톤 중 적어도 하나이다.
상기 비전도성 시트를 대전하기 위한 방법에서, 상기 비전도성 시트는 코로나 방전 처리에 의해 미리 대전될 수 있다.
본 발명의 장치는 간단한 방법으로 고품질, 고성능 일렉트릿 섬유 시트를 제조할 수 있기 때문에, 평량, 밀도 및 강도가 낮은 부직포 등의 섬유 시트도 예를 들어 파손 등의 품질의 저하 없이 저비용으로 대전시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일렉트릿 물품 제조 장치를 나타낸 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일렉트릿 물품 제조 장치를 나타낸 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일렉트릿 물품 제조 장치의 주요 부분을 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 3의 장치에서 이송되는 비전도성 시트를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일렉트릿 물품 제조 장치의 물 도포기(water applicator) 및 흡입 노즐을 나타낸 확대도이다.
도 6(a)는 본 발명의 일렉트릿 제조 장치의 물 도포기(water applicator)의 일 예를 나타낸 개략도이다.
도 6(b)는 본 발명의 일렉트릿 제조 장치의 물 도포기(water applicator)의 다른 예를 나타낸 개략도이다.
도 6(c)는 본 발명의 일렉트릿 제조 장치의 물 도포기(water applicator)의 또 다른 예를 나타낸 개략도이다.
[1] 일렉트릿 물품의 제조
본 발명의 비전도성 시트를 대전함으로써 일렉트릿 물품을 제조하기 위한 장치는 비전도성 시트를 수평으로 이송하기 위한 메쉬 컨베이어(mesh conveyor);
상기 컨베이어 상의 상기 비전도성 시트로 필름 형상으로 물을 공급하는 물 도포기; 및 상기 공급된 물을 비전도성 시트의 하부면으로부터 흡입하기 위한 상기 컨베이어의 아래에 배치된 흡입 노즐을 포함하고,
상기 물 도포기는 필름 형상으로 물을 유하시키기 위한 슬라이딩 면, 상기 슬라이딩 면의 상류에 부착된 탱크, 및 상기 탱크로 물을 공급하는 물 공급 장치 를 포함하며,
상기 탱크로부터 넘치는 물은 상기 슬라이딩 면을 따라 상기 비전도성 시트 상에 폭 방향으로 균일한 필름 형상으로 유하되는 것을 특징으로 한다.
도 1, 2 및 3은 각각 일렉트릿 물품의 제조장치의 정면도, 측면도 및 사시도이다. 상기 일렉트릿 물품 제조 장치에서 이송되는 비전도성 시트는 도 4의 사시도에 나타나 있다. 일렉트릿 물품 제조 장치(1)는 비전도성 시트(a non-conductive sheet, S)를 수평으로 이송하기 위한 메쉬 컨베이어(a mesh conveyor, 2), 상기 컨베이어(2) 위의 비전도성 시트(S)에 필름형상(film-like manner)으로 물을 공급하기 위한 물 도포기(a water applicator), 및 공급된 물을 비전도성 시트(S)의 하부면에서 흡입하기 위해 컨베이어(2) 아래(under)에 배치되는 흡입 노즐(a suction nozzle, 4)로 구성된다.
상기 컨베이어(2)는 3개의 지지롤(support rolls, 51,52,53)에 의해 지지되고, 상기 지지롤(51)은 도 1 및 2 에서 우측에서 좌측으로(도4에서 상부 우측에서 하부 좌측으로) 컨베이어(2)가 움직이도록 모터(6)에 의해 구동됨으로써 비전도성 시트(S)를 이송한다. 상기 컨베이어를 지지하고 구동하기 위한 메커니즘은 시트(S)가 적절하게 변경되는 한, 도 1 및 도 2에 도시된 것에 제한되지 않는다.
상기 물 도포기(3)는 물을 필름 형상으로 유하시키기 위한 슬라이딩 면(a sliding surface, 31), 상기 슬라이딩 면(31)의 상류(upstream)에 부착된 탱크(32), 상기 탱크로 물을 공급하기 위한 물 공급 장치(a water-supplying device, 33), 및 사용 후 탱크로부터 물을 배출하기 위한 홀들(34)로 구성된다. 상기 슬라이딩 면(31)은 다른 엣지(edges) 보다 낮은 상부 엣지(31a)를 가져서, 물은 슬라이딩 면(31)의 상부 엣지 위의 탱크(32)로부터 넘쳐서(overflow) 슬라이딩 면(31)을 따라 아래로 유동한다. 상기 엣지(31a)는 수평이어서 물이 슬라이딩 면(31)을 따라 폭 방향으로 균일하게 유동한다. 상기 슬라이딩 면(31)은 양측에 물의 유동방향으로 연장된 가이드들(35,35)을 가지므로, 상기 엣지(31a) 위의 탱크로부터 넘치는 물은 일정한 폭으로 유하한다. 필름 형상으로 슬라이딩 면(31)을 따라 아래로 유동하는 물은 컨베이어(2)에 의해 이송된 비전도성 시트(S) 위로 슬라이딩 면(31)의 하부 엣지를 통해 공급(도포)된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 탱크(32)는 물 공급 장치(33)가 부착된 제1 탱크(32a), 및 제1 탱크(32a)로부터 넘치는 물을 저장하고 물을 슬라이딩 면(31)을 따라 유하시키는 제2 탱크(32b)로 구성된다. 상기 제2 탱크(32b)는 제2 탱크(32b)의 대략 하반부에 배치된 제1 배플판(a first baffle plate, 35a), 및 제2 탱크(32b)의 대략 상반부에 배치된 제2 배플판(a second baffle plate, 35b)으로 구성되고 제1 탱크(32a)에서부터 이러한 순서대로(차례로) 배치된다. 제1 탱크(32a)에서 제2 탱크(32b)로 흐르는 물은 제2 탱크(32b)에 배치된 제1 및 제2 배플판(35a, 35b)에 의해 조절되고, 상기 상부 엣지(31a)에서 슬라이딩 면(31)으로 넘친 다음, 슬라이딩 면(31)을 따라 아래로 유동한다.
상기 탱크의 물을 보다 엄격하게 조절하기 위해서, 배플판의 수를 증가시키거나, 또는 배플판의 높이를 변경하는 장치를 추가할 수 있다. 또한, 폭 방향으로 물을 보다 균일하게 도포하기 위해 미세 조정을 위한 플레이트 또는 코팅 기계에 사용되는 와이어 바 등을 안쪽 또는 바깥쪽 엣지(31a)에 배치할 수 있다.
상기 물 공급 장치(33)는 도 6(a)에 도시된 바와 같이, 제1 탱크(32a)의 측면에 부착된 파이프 일 수 있거나, 도 6(b)에 도시된 바와 같이, 다수의 홀을 갖는 파이프(33a)와 상기 파이프(33a)의 단부에 연결된 파이프(33b)로 구성될 수 있다. 도 6(c)에 도시된 바와 같이, 상기 파이프(33b)는 파이프(33a)의 중심에 연결될 수 있다. 넓은 비전도성 시트가 대전될 때, 물의 공급은 폭 방향으로 불균일 해지는 경향이 있다. 이러한 경우, 도 6(c)에 나타낸 구조가 바람직하다.
상기 슬라이딩 면(31), 탱크(32) 및 가이드(35)로 구성되는 물 도포기(3)는 그 강도와 정밀도를 유지할 수 있는 재료로 만들어 진다. 예를 들어, 금속(metals), 유리(glass), 세라믹(ceramics), 플라스틱(plastic) 등과 같은 재료가 바람직하다. 특히, 슬라이딩 면(31)은 수분 습윤성 재료(a water-wettable material)로 만들어지는 것이 바람직해서 물은 폭 방향으로 균일하게 퍼질 수 있고 비전도성 시트(S)로 균일하게 필름 형상으로 공급된다. 상기 수분 습윤성 재료는 친수성 표면(hydrophilic surfaces)을 가지거나 또는 친수성 물질로 코팅된 금속, 유리, 세라믹, 플리스틱 등을 포함한다. 상기 슬라이딩 면(31)은 바람직하게 45-75도(°)의 경사각을 가진다. 상기 경사각이 45도(°) 보다 작으면, 폭 방향으로 불균일한 물의 약한 유동을 제공하는 경향이 있고, 물 공급 탱크(32)를 얕게 만드는 경향이 있어서 물 공급 탱크(32)는 충분한 물을 저장하기 위해 큰 바닥면을 가져야 해서 더 큰 장치를 초래한다. 상기 경사각이 75도(°)보다 크면, 물의 강한 유동을 제공하는 경향이 있어 비전도성 시트가 손상될 수 있다. 또한, 튀는 물(splashed water)이 증가함에 따라, 슬릿은 물을 충분히 흡수하지 못해서, 비전도성 시트상에 남겨진 물의 양이 많을수록 건조에 더 많은 에너지가 요구된다.
필름 형상으로 비전도성 시트에 도포된 직후 또는 일정 시간 후, 물은 흡입 노즐(4)에 의해 비전도성 시트(S)의 물이 도포된 표면(상면)의 반대면(하면)으로부터 흡입돼서 물은 상부 면에서 하부 면으로 비전도성 시트(S)를 통과한다. 이러한 과정에서 상기 비전도성 시트(S)는 대전된다. 상기 흡입 노즐(4)은 비전도성 시트(S)와 실질적으로 동일한 폭을 가지며, 비전도성 시트(S)의 이송 방향에 수직으로 연장되는 물 흡입 슬릿(a water-sucking slits)을 포함한다. 흡입 노즐(4)은 도면에서 세개의 라인(three lines, 41a, 41b, 41c)을 포함하지만, 슬릿의 수는 제한되지 않는다. 두개 또는 그 이상의 흡입 노즐(4)은 비전도성 시트(S)의 이송 방향을 따라 배치될 수 있다.
도포되는 물의 양(비전도성 시트(S)의 단위 면적당 공급되는 물의 양)은 물 도포기(3)에 의해 공급되는 물의 양 및 비전도성 시트(S)의 이송 속도에 의해 조절될 수 있다. 도포에서 흡입까지의 시간은 물 도포기(3)의 슬라이딩 면(31)과 흡입 노즐(4) 사이의 거리 및 비전도성 시트(S)의 이송 속도에 의해 결정된다. 상기 슬라이딩 면(31)과 흡입 노즐 사이의 거리는 흡입을 위해 흡입 노즐(4)에 부착되는 슬릿을 선택함으로써 변경될 수 있다. 상기 흡입 노즐(4)의 위치는 상기 거리를 변경하기 위해 선택될 수 있다. 상기 흡입 노즐(4)에 의해 흡입되는 물의 양은 바람직하게는 유량계(a flow meter)에 의해 탱크(32)로 공급되는 물의 양을 측정하고 측정된 값을 피드백 함으로써 제어된다.
상기 슬라이딩 면(31), 탱크(32) 및 가이드(35)를 포함하는 물 도포기(3)를 사용함으로써, 종래의 워터 제트(water jet)를 이용하거나 슬릿 형 개구를 통해 물을 공급하는 방법에 비해 다량의 물을 보다 균일하고 간단하게 공급할 수 있어, 품질을 저하시키지 않고 비전도성 시트를 통과할 수 있는 충분한 물을 제공한다. 따라서, 본 발명은 저비용으로 고품질의 고성능 일렉트릿 물품을 제조할 수 있다.
[2] 비전도성 시트의 대전 방법
본 발명의 비전도성 시트를 대전하기 위한 방법으로서, 메쉬 컨베이어에 의해 이송된 비전도성 시트로 슬라이딩 면을 따라 필름 형상으로 물을 유하시키는 단계; 및 그 후에 또는 동시에
물 도포기의 아래에 배치된 흡입 노즐에 의해 공급된 물을 흡입하여 물을 상기 비전도성 시트로 통과 시키는 단계; 그리고 및
상기 시트를 건조하는 단계를 포함한다.
비전도성 시트의 대전은 비전도성 시트의 표면에 물을 공급함으로써 수행되며, 이하에서 간단하게 “시트”라 지칭될 수 있다. 비전도성 시트를 통해 다르면으로 물을 통과시키는 단계; 그 다음 위에 설명한 대로, 상기 시트를 건조시키는 단계를 포함한다. 물은 비전도성 시트를 전체적으로 균일하게 통과하는 것이 바람직하다. 이를 위해 비전도성 시트에 균일한 수막(a uniform-water-film)이 형성되는 것과 같이 비전도성 시트 상에 물을 공급하는 것이 중요하다. 균일한 수막을 형성하도록 물을 공급하기 위해, 본 발명의 일렉트릿 물품 제조장치를 이용하여, 물이 슬라이딩 면을 따라 비전도성 시트 상에 필름 형상으로 유하하는 동안 비전도성 시트는 이송되어야 한다.
(1) 물의 공급
공급되는 물의 양은 특별히 제한되지 않지만, 0.05 g/cm2 이상이 바람직하고, 0.1 g/cm2 이상이 보다 바람직하다. 공급되는 물의 양이 0.05 g/cm2 미만인 경우, 충분한 대전 효과가 얻어지지 않을 수 있다. 물 공급량의 상한은 특별히 제한되지 않지만, 통상적으로 1 g/cm2 이하가 바람직하고, 0.5 g/cm2 이하가 보다 바람직하다. 물 공급량이 1 g/cm2 를 초과하는 경우, 흡입 펌프의 용량이 크고 이후의 건조 단계에서 큰 에너지 부하가 요구된다.
비전도성 시트의 표면으로 물을 공급하는 동시에 또는 일정 시간 후, 물은 비전도성 시트의 폭 방향으로 직선으로 연장되는 흡입 노즐에 의해 하부면으로부터 흡입하여 비전도성 시트를 통해 물이 일면에서 다른 면으로 통과한다. 상기 흡입 노즐은 메쉬 컨베이어를 통해 비전도성 시트의 다른 면으로부터 물을 흡입하도록 배치되기 때문에, 흡입 노즐은 비전도성 시트와 직접 접촉하지 않는다. 따라서, 비전도성 시트는 흡입 장치와의 간접적인 접촉으로 인해 품질의 손상과 저하를 악화시키지 않을 것이다.
표면으로의 물 공급과 흡입 사이의 시간은 흡입 노즐의 위치를 물 공급 위치로부터 비전도성 시트의 이송방향으로 이동시킴으로써 설정될 수 있다. 예를 들어, 흡입 노즐이 물 공급 위치의 바로 아래에 배치된 경우, 물의 공급 및 흡입이 동시에 이루어지기 때문에, 흡입까지의 시간 간격은 0(zero)이 된다. 흡입 노즐이 이송 방향의 길이 x(m) 만큼 물 공급 위치로부터 멀어지면 공급에서 흡입까지의 시간 간격 t(분)는 t = x/v로 표현되며, 여기서 v는 비전도성 시트의 이송 속도(m/min)을 나타낸다. 시간 간격(t)은 비전도성 시트의 습윤성 등에 의해 적절하게 설정될 수 있지만, 바람직하게는 0 내지 2초, 보다 바람직하게 0 내지 1초, 가장 바람직하게 0 내지 0.5초이다.
상기 흡입 노즐의 흡입 압력은 바람직하게 -0.005 MPa 내지 -0.05 MPa의 범위, 보다 바람직하게 -0.006 MPa 내지 -0.04 MPa의 범위, 가장 바람직하게 -0.01 MPa 내지 -0.03 MPa의 범위이다.
물이 통과하여 대전된 시트는, 공지된 방법으로 건조될 수 있다. 예를 들어, 열풍 건조법(a hot-air drying method), 진공 건조법(a vacuum-drying method), 자연 건조법(a spontaneous drying method) 등의 방법을 이용할 수 있다. 그 중에서, 열풍 건조법이 연속적으로 수행될 수 있어 바람직하다. 열풍 건조법의 경우, 건조 온도는 전하를 감소시키지 않는 만큼 높아야 한다. 바람직하게는 120도(℃) 이하, 보다 바람직하게는 100도(℃) 이하, 더욱 바람직하게는 80도(℃) 이하이다. 열풍 건조 전, 닙 롤, 물 흡수 롤, 흡입 등에 의해 과도한 물을 제거하는 예비 건조가 수행될 수 있다.
본 발명에서 비전도성 시트로 공급되는 물은 통상의 흐르는 물 또는 공업용수 일 수 있고, 필터 등에 의해 여과된다. 착색 또는 흐린 물이 사용되는 경우, 바람직하게 이온교환, 증류, 역삼투 등에 의해 정제된다.
상기 비전도성 시트 내로 물의 투과성(permeability)을 증가시키기 위해, 물에 수용성 유기 용매가 첨가될 수 있다. 수용성 유기 용매의 첨가 농도는 바람직하게 20중량%(wt%, 20% bymass) 이하이다. 물에 첨가되는 수용성 유기 용매는 바람직하게는 물보다 낮은 비등점(boiling point)을 갖는다. 물보다 낮은 비등점을 갖는 수용성 유기 용매는 시트 내로 물의 투과성을 증가시키고, 빠르게 증발시킴으로써, 건조를 촉진시킨다. 상기 수용성 유기 용매와 물의 비등점 차이는 10도(℃) 이상인 것이 바람직하다.
상기 수용성 유기 용매는 비전도성 시트로 양호한 투과성을 갖는 혼합 용액을 제공하는 한 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 메틸 알코올(methyl alcohol), 에틸 알코올(ethyl alcohol), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol) 등과 같은 알코올(alcohols); 아세톤(acetone), 메틸 에틸 케톤(methyl ethyl ketone) 등과 같은 케톤(ketones); 아세트산 프로필(propyl acetate), 아세트산 부틸(butyl acetate) 등과 같은 에스테르(esters); 알데히드(aldehydes); 및 카르복실산(carboxylic acids)을 포함한다. 특히, 투과성의 관점에서, 알코올 또는 케톤이 바람직하고, 아세톤, 이소프로필 알코올 및 에탄올 중 하나 이상이 보다 바람직하다. 가장 바람직하게는, 수용성 유기 용매의 주요 성분은 이소프로필 알코올이다.
(2) 비전도성 시트(non-conductive sheet)
본 발명에서 사용 가능한 비전도성 시트는 비전도성 재료로 제조되는 한 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 합성 섬유 또는 천연 섬유로 제조된 직포, 니트, 부직포 등의 섬유 시트를 사용할 수 있다. 그 중에서, 합성 섬유로 제조된 섬유 시트가 바람직하다. 특히, 합성 섬유로 제조된 부직포는 에어 필터에 바람직하고, 멜트블로운 부직포(meltblown non-woven fabrics)는 고성능 필터에 바람직하다.
상기 비전도성 시트를 구성하는 재료는 비전도성 재료이면 특별히 제한되지 않는다. 이들의 주 성분은 체적 저항률(volume resistivity)이 1012 Ω·cm 이상인 것이 바람직하고, 1014 Ω·cm 이상이 더욱 바람직하다.
상기 비전도성 시트를 형성하는 재료는 폴리에틸렌(polyethylene) 및 폴리프로필렌(polypropylene)과 같은 폴리올레핀(polyolefins), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 및 폴리락트산(polylactate)과 같은 폴리에스테르(polyesters), 폴리카보네이트(polycarbonates), 폴리스티렌(polystyrenes), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide), 플루오르수지(fluororesins), 및 이들의 혼합물 등을 포함한다. 그 중에서, 폴리올레핀계(polyolefin-based) 또는 폴리락트산계(polylactate-based) 재료가 바람직하고, 일렉트릿 성능 면에서 폴리프로필렌계(polypropylene-based) 재료가 더욱 바람직하다.
본 발명에 따른 물을 통과시키는 대전 방법에서, 상기 비전도성 시트는 코로나 방전 등에 의해 미리 대전될 수 있다.
(3)첨가제(additives)
본 발명에 사용되는 비전도성 시트는 힌더드 아민(hindered amine) 또는 트리아진(triazine) 첨가제 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다. 이 첨가제로, 비전도성 시트는 특히 높은 일렉트릿 성능을 가질 수 있다.
상기 힌더드 아민 첨가제는 폴리[((6-(1,1,3,3,-테트라메틸부틸)이미노-1,3,5-트리아진-2,4-디일)((2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노)헥사메틸렌((2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노)] (BASF 사의 Chimassorb 944LD 이용가능), 디메틸숙시네이트-1-(2-히드록시에틸)-4-히드록시-2,2,6,6-테트라메틸 피페리딘 축중합물 (BASF 사의 Tinuvin 622LD 이용가능), 2-(3,5-다이-티-부틸-4-히드록시벤질)-2-n-부틸말로네이트 비스(1,2,2,6,6-펜타메틸 -4-피페리딜) (BASF 사의 Tinuvin 144 이용가능), 등을 포함한다.
상기 트리아진 첨가제는 상기 폴리[((6-(1,1,3,3,-테트라메틸부틸)이미노-1,3,5-트리아진-2,4-디일)((2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노)헥사메틸렌((2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노)] (BASF 사의 Chimassorb 944LD 이용가능), 2-(4,6-다이페닐-1,3,5-트리아진-2-일)-5-((헥실)옥시)-페놀 (BASF 사의 Tinuvin 1577FF 이용가능), 등을 포함한다. 이들 중에서, 상기 힌더드 아민 첨가제가 특히 바람직하다.
상기 비전도성 시트는 상기 첨가제 이외에 일렉트릿 비전도성 시트에 일반적으로 사용되는 첨가제를 포함할 수 있다.
상기 힌더드 아민 또는 트리아진 첨가제의 양은 특별히 제한되지 않지만, 섬유 100 중량%(100% by mass)에 대하여, 바람직하게 0.5 내지 5 중량%(0.5-5% by mass), 보다 바람직하게는 0.7 내지 3 중량%(0.7-3% by mass)가 첨가된다. 상기 힌더드 아민 또는 트리아진 첨가제가 0.5 중량% (0.5% by mass) 이하에서는 충분한 효과가 제공되지 않을 수 있다. 5 중량%(5% by mass) 이상의 힌더드 아민 또는 트리아진 첨가제는 섬유 및 필름 형성을 악화시키고, 비용 면에서 불리하다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 보다 구체적으로 설명하지만, 이들의 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
트리아진 첨가제(BASF 사의 Chimassorb 944LD) 1 중량%를 포함하는 폴리프로필렌(MFR=1550)을 멜트블로운(meltblown)하여 평량(a basis weight) 30g/m2, 두께 0.2mm, 및 평균 섬유 직경 2.5 μm을 갖는 멜트블로운 부직포(meltblown non-woven fabric)를 제조하였다. 상기 평균섬유 직경, 평량 및 두께는 후술하는 방법으로 측정하였다.
도 1에 도시된 일렉트릿 물품 제조 장치를 이용하여, 상기 멜트블로운 부직포에 물을 0.2g/cm2의 양으로, 33cm/초의 이송속도로 물이 흡입될 때까지의 시간 0.1초 동안 투과시키고, 건조 장치로 건조시켜 대전된 멜트블로운 부직포(an charged meltblown non-woven fabric)를 얻었다. 아래에 기재된 방법으로 측정된 포집 성능(여과 효율 및 압력 손실)으로서, 대전된 멜트블로운 부직포는 99.99%의 여과 효율 및 25Pa의 압력 손실을 나타냈다.
비교예 1
실시예 1에서와 동일한 멜트블로운 부직포를 공기 중 20mm의 전극 거리를 갖는 16kV의 전압에서 코로나 방전 처리 하였다. 대전된 멜트블로운 부직포의 포집 성능은 여과 효율이 98%이고, 압력 손실이 25Pa를 갖는다.
평균 섬유 직경의 측정
시험편의 임의의 5개 부분의 전자현미경 사진을 촬영하여 각각의 사진에서 20개의 섬유의 직경을 측정하고 총 100개의 섬유 직경의 평균을 구했다.
(2) 평량의 측정(Measurement of basis weight)
100mm x100mm의 시험편을 채취하여 수분 평형 상태(a moisture equilibrium state)의 평량으로서 1m2 당 중량(weight)에 대해 측정하였다.
(3) 두께 측정(Measurement of thickness)
100mm x100mm의 시험편을 채취해 다이얼 두께 측정기(dial thickness gauge)로 측정하였다.
(4) 여과 효율의 측정(Measurement of filtration efficiency)
분진(0.3 μm의 NaCl 입자)을 포함하는 시험 공기(a test air)를 31.8L/분 의 유속으로 시험편에 통과시켜, 시험편을 통과하기 전 후의 분진 농도를 JIS Z 8813에 따른 광산란법(a light-scattering method)에 따라 연속 측정하여 다음의 공식에 의해 여과 효율을 결정한다:
여과 효율(%) = [[통과 전 분진 농도(mg/m2) - 통과 후 분진 농도(mg/m2)] / [통과 전 분진 농도(mg/m2)]] X100.
(5)압력 손실 측정(Measurement of pressure drop)
여과효율 시험과 함께, 아네로이드 형 압력계(Aneroid-type pressure gauge)를 이용하여 분진(0.3 μm의 NaCl 입자)을 포함하는 시험 공기를 통과시키기 전후의 압력 손실을 측정하고 압력 차를 결정하였다.

Claims (14)

  1. 비전도성 시트를 수평으로 이송하기 위한 메쉬 컨베이어(mesh conveyor);
    상기 컨베이어 상의 상기 비전도성 시트로 필름 형상으로 물을 공급하는 물 도포기; 및 상기 공급된 물을 비전도성 시트의 하부면으로 흡입하기 위한 상기 컨베이어의 아래에 배치된 흡입 노즐을 포함하고,
    상기 물 도포기는 필름 형상으로 물을 유하시키기 위한 슬라이딩 면, 상기 슬라이딩 면의 상류에 부착된 탱크, 및 상기 탱크로 물을 공급하는 물 공급 장치를 포함하며,
    상기 슬라이딩 면은 다른 엣지 보다 낮은 수평 상부 엣지 및 양측에 물의 유동방향으로 연장된 가이드를 포함하고,
    상기 탱크로부터 넘치는 물은 슬라이딩 면의 수평 상부 엣지를 넘어 상기 슬라이딩 면을 따라 상기 비전도성 시트 상에 폭 방향으로 균일한 필름 형상으로 유하되는, 비전도성 시트를 대전하는 일렉트릿 물품 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 슬라이딩 면은 상기 비전도성 시트에 대해 45 내지 75도(°) 의 경사각을 가지는 일렉트릿 물품 제조 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항의 장치를 사용하는 비전도성 시트의 대전 방법으로서,
    상기 메쉬 컨베이어에 의해 이송된 비전도성 시트로 상기 슬라이딩 면을 따라 필름 형상으로 물을 유하시키는 단계; 및 그 후에 또는 동시에
    물 도포기의 아래에 배치된 상기 흡입 노즐에 의해 공급된 물을 흡입하여 물을 상기 비전도성 시트로 통과 시키는 단계; 및
    상기 시트를 건조하는 단계를 포함하고,
    상기 슬라이딩 면은 다른 엣지 보다 낮은 상기 수평 상부 엣지 및 양측에 물의 유동방향으로 연장된 가이드를 포함하고,
    상기 탱크로부터 넘치는 물은 슬라이딩 면의 수평 상부 엣지를 넘어 상기 슬라이딩 면을 따라 상기 비전도성 시트 상에 폭 방향으로 균일한 필름 형상으로 유하되는 비전도성 시트의 대전 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 비전도성 시트는 힌더드 아민 또는 트리아진 첨가제를 0.5 내지 5 중량%로 포함하는, 비전도성 시트 대전 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 비전도성 시트는 합성 섬유 시트인 비전도성 시트의 대전 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 합성 섬유 시트는 멜트블로운 부직포인 비전도성 시트의 대전 방법.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 비전도성 시트는 폴리올레핀계 인 비전도성 시트의 대전 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 폴리올레핀은, 폴리프로필렌계 인 비전도성 시트의 대전 방법.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 물은 수용성 유기 용매를 포함하는 비전도성 시트의 대전 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 수용성 유기 용매는 물 보다 낮은 비등점을 갖는 비전도성 시트의 대전 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 수용성 유기 용매는 알코올 또는 케톤계 인 비전도성 시트 대전 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 수용성 유기 용매는 이소프로필 알코올, 에틸 알코올, 및 아세톤 중 적어도 하나 인 비전도성 시트의 대전 방법.
  14. 제4항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비전도성 시트는 코로나 방전 처리에 의해 미리 대전되는 비전도성 시트의 대전 방법.
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