KR102448429B1 - 에어필터용 정전부직포 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에어필터용 정전부직포 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 압력손실이 낮고, 입자 제거율이 우수한 동시에 필터 미디어 품질지수가 높은 효과를 갖는 에어필터용 정전부직포 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

에어필터용 정전부직포 및 이의 제조방법{Electret nonwovens for air filter and manufacturing method thereof}
본 발명은 에어필터용 정전부직포 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 압력손실이 낮고, 입자 제거율이 우수한 동시에 필터 미디어 품질지수가 높은 효과를 갖는 에어필터용 정전부직포 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근, 공기 중에 함유된 각종 이물질을 여과하는 방법에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 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.
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.
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 따라공기와 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.
구체적으로, 종래에는 공기청정기의 여재포로 사용하는 부직포로서 멜트블로운 부직포의 양면에 스펀본드형 부직포를 배치하고, 각 섬유층을 수지 접착제를 이용하여 접착시킨 부직포가 개시되어 있다. 또한, 연신된 섬유로 된 스펀본드 부직포에 미고화 상태의 멜트블로운 부직포를 접합시킨 필터가 개시되어 있다. 하지만 이러한 구성은 압력손실이 낮고, 입자 제거율이 우수한 동시에 필터 미디어 품질지수가 높은 효과를 가지기 어려운 문제가 있었다.
일본 공보번호 1988-051725(1988.10.14) 일본 공보번호 1987-002060(1987.01.17)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 해결하려는 과제는 압력손실이 낮고, 입자 제거율이 우수한 동시에 필터 미디어 품질지수(Quality Factor, QF 지수) 가 높은 효과를 갖는 에어필터용 정전부직포 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은 섬도 500 ㎚ 미만의 섬유의 분포비율이 45 ~ 75%, 부피비율이 5 ~ 20 부피% 이고, 섬도 500 ~ 1000 ㎚의 섬유의 분포비율이 20 ~ 45%, 부피비율이 25 ~ 50 부피% 이며, 섬도 1000 ㎚를 초과하는 섬유의 분포비율이 3 ~ 18%, 부피비율이 35 ~ 70 부피% 인 에어필터용 정전부직포를 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 에어필터용 정전부직포는 하기 관계식 1에 의해 계산된 QF 지수 값이 0.7 ~ 1.5일 수 있다.
[관계식 1]
Figure 112016031360857-pat00001
상기 관계식 1에서 R 은 제거율이고, △P는 압력손실이다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 에어필터용 정전부직포는 첨가제로 대전제(charging agent)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 에어필터용 정전부직포는 하기 관계식 1에 의해 계산된 QF 지수 값이 1.5 ~ 4.5 일 수 있다.
[관계식 1]
Figure 112016031360857-pat00002
상기 관계식 1에서 R 은 제거율이고, △P는 압력손실이다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 에어필터용 정전부직포는 기공도가 50 ~ 95 %이고, 두께가 30 ~ 400 ㎛ 및 평량이 5 ~ 45 g/m2 일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 에어필터용 정전부직포는 용융지수 1100 ~ 2500 g/10분 인 제1열가소성 고분자 수지 및 용융지수 80 ~ 400 g/10분 인 제2열가소성 고분자 수지를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 제1열가소성 고분자 수지와 제2열가소성 고분자 수지는 동종의 수지일 수 있다.
한편, 상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은 용융지수 1100 ~ 2500 g/10분 인 제1열가소성 고분자 수지 및 용융지수 80 ~ 400 g/10분 인 제2열가소성 고분자 수지를 포함하는 방사용액을 제조하는 단계, 상기 방사용액을 방사구금으로 용융방사시켜서 멜트블로운 부직포를 제조하는 단계 및 상기 부직포를 정전처리하는 단계를 포함하는 에어필터용 정전부직포 제조방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 제1열가소성 고분자 수지와 제2열가소성 고분자 수지는 동종의 수지일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 제1열가소성 고분자 수지 및 제2열가소성 고분자 수지는 나일론, 폴리에스터, 폴리프로필렌, 폴리프로필렌 공중합체, 폴리우레탄, 폴리아크릴로니트릴, 폴리올레핀 및 셀룰로오스 중에서 선택된 1종을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 방사용액은 제1열가소성 고분자 수지 및 제2열가소성 고분자 수지를 1 : 0.1 ~ 3의 중량비로 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 방사용액 100 중량부에 대하여 첨가제로 대전제를 0.05 ~ 5 중량부 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 용융방사는 단일방사이고, 상기 용융방사는 프로세스 에어유속 50 ~ 300 m/sec, 홀 당 토출량 0.8 ~ 10 g/hr 및 방사용액 온도 245℃ ~ 330℃의 조건에서 수행할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 방사구금은 노즐 직경 0.1 ~ 0.4 mm 및 인치당 홀 수 30 ~ 120 개일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 정전처리는 하이드로 차징일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 하이드로 차징은 분사압력 1 ~ 60 bar의 조건으로 수행할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 부직포는 섬도 500 ㎚ 미만의 섬유의 분포비율이 45 ~ 75%, 섬도 500 ~ 1000 ㎚의 섬유의 분포비율이 20 ~ 45% 및 섬도 1000 ㎚를 초과하는 섬유의 분포비율이 3 ~ 18%일 수 있고, 섬도 500 ㎚ 미만의 섬유의 부피비율이 5 ~ 20 부피%, 섬도 500 ~ 1000 ㎚의 섬유의 부피비율이 25 ~ 50 부피% 및 섬도 1000 ㎚를 초과하는 섬유의 부피비율이 35 ~ 70 부피% 일 수 있다.
본 발명에서 사용된 용어인 “분포비율” 은 용융방사된 원사의 총 개수에 대한 해당 원사의 개수를 나타낸다.
또한, 본 발명에서 사용된 용어인 “동종”은 같은 종류의 수지를 나타내며, 예를들어 본 발명의 제1열가소성 고분자 수지가 폴리프로필렌을 포함하면, 이와 동종의 수지를 포함하는 제2열가소성 고분자 수지도 폴리프로필렌을 포함한다는 것을 나타낸다.
본 발명의 에어필터용 정전부직포 및 이의 제조방법은 압력손실이 낮고, 입자 제거율이 우수한 동시에 필터 미디어 품질지수가 높은 효과를 나타낸다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
상술한 바와 같이 종래의 구성은 압력손실이 낮고, 입자 제거율이 우수한 동시에 필터 미디어 품질지수가 높은 효과를 가지기 어려운 문제가 있었다.
이에 본 발명은 특정 분포비율 및 부피비율의 섬도를 갖는 에어필터용 정전부직포를 제공하여 상술한 문제의 해결을 모색하였다. 이를 통해 종래의 발명과는 달리 압력손실이 낮고, 입자 제거율이 우수한 동시에 필터 미디어 품질지수가 높은 효과를 달성할 수 있다.
상기 에어필터용 정전부직포는 섬도 500 ㎚ 미만의 섬유의 분포비율이 45 ~ 75%, 바람직하게는 51 ~ 69% 일 수 있고, 섬도 500 ~ 1000 ㎚의 섬유의 분포비율이 20 ~ 45%, 바람직하게는 20 ~ 43% 일 수 있으며, 섬도 1000 ㎚를 초과하는 섬유의 분포비율이 3 ~ 18%, 바람직하게는 4 ~ 12% 일 수 있다.
만일 상기 섬도 500 ㎚미만의 섬유의 분포비율이 45% 미만이면 입자제거성능이 떨어지는 문제가 발생할 수 있고, 분포비율이 75%를 초과하면 입자게거율은 증가하지만 압력손실이 또한 급격히 증가하는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 만일 500 nm미만의 섬유의 분포비율이 상기범위를 만족시키면서, 섬도 500 ~ 1000 ㎚의 섬유의 분포비율이 20% 미만이면 부직포 밀도가 감소하여 압력손실은 낮아지나 입자 제거성능이 떨어지는 발생할 수 있고, 45%를 초과하면 부직포 밀도가 증가하여 입자 제거효율은 증가하나 압력손실이 증가하는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 상기 섬도 1000 ㎚를 초과하는 섬유의 분포비율이 3% 미만이면 부직포의 압력손실이 증가하는 동시에 구조적 안정성이 떨어지는 문제가 발생할 수 있고, 18%를 초과하면 부직포 밀도가 많이 떨어져서 입자 제거 성능이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 상기 에어필터용 정전부직포는 섬도 500 ㎚ 미만의 섬유가 5 ~ 20부피%, 바람직하게는 7 ~ 21부피% 일 수 있고, 섬도 500 ~ 1000 ㎚의 섬유가 25 ~ 50 부피%, 바람직하게는 28 ~ 43 부피%일 수 있으며, 섬도 1000 ㎚를 초과하는 섬유가 35 ~ 70부피%, 바람직하게는 41 ~ 65 부피%일 수 있다.
만일 상기 섬도 500 ㎚ 미만의 섬유가 5 부피% 미만이면 비표면적 감소 및 공경 증가에 따른 입자제거 성능이 떨어질 문제가 발생할 수 있고, 20 부피%를 초과하면 입자제거 성능은 증가하지만 공경의 감소에 따른 압력손실이 증가하는 문제가 발생할 수 있고, 만일 500 nm미만의 섬유의 부피비율이 상기 범위를 만족시키면서, 섬도 500 ~ 1000 ㎚의 섬유가 25 부피% 미만이면 부직포 밀도가 감소하여 압력손실은 낮아지나 입자 제거성능이 떨어지는 문제가 발생할 수 있고, 50 부피%를 초과하면 부직포 밀도가 증가하여 입자 제거효율은 증가하나 압력손실이 증가하는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 만일 상기 섬도 1000 ㎚를 초과하는 섬유가 35부피% 미만이면 부직포의 압력손실이 증가하는 동시에 구조적 안정성이 떨어지는 문제가 발생할 수 있고, 70 부피%를 초과하면 부직포 밀도가 많이 떨어져서 입자 제거 성능이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.
그리고, 상기 에어필터용 정전부직포는 하기 관계식1에 의해 계산된 QF 지수 값이 0.7 ~ 1.5, 바람직하게는 0.8 ~ 1.4일 수 있다.
[관계식 1]
Figure 112016031360857-pat00003
상기 관계식 1에서 R 은 제거율이고, △P는 압력손실이다.
만일, 상기 QF 지수 값이 0.7 미만이면 고성능 필터용 부직포로써 적용이 힘든 문제가 발생할 수 있다.
한편, 상기 에어필터용 정전부직포는 대전제를, 바람직하게는 힌디드 아민계 대전제를, 보다 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 중에서 선택된 1종 이상을, 더욱 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]])를 사용할 수 있다.
상기 대전제를 더 포함하는 경우, 본 발명의 에어필터용 정전부직포는 상기 관계식1에 의해 계산된 QF 지수 값이 1.5 ~ 4.5, 바람직하게는 1.5 ~ 3.5 일 수 있다.
상기 에어필터용 정전부직포 기공도가 50 ~ 95%, 바람직하게는 기공도가 80 ~ 90 % 일 수 있다. 만일 상기 기공도가 50 % 미만이면 압력손실이 증가하는 문제가 발생할 수 있고, 95 %를 초과하면 입자제거 성능이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.
그리고, 상기 에어필터용 정전부직포는 두께가 30 ~ 400 ㎛, 바람직하게는 두께가 50 ~ 200 ㎛일 수 있다. 만일 상기 에어필터용 정전부직포의 두께가 30 ㎛ 미만이면 부직포의 제품 적용을 위한 라미네이팅이나 절곡 등의 후 가공 시 구조적 안정성이 떨어지는 문제와 및 부직포 위치 별 QF 지수 값의 편차가 커지는 문제가 발생할 수 있고, 두께가 400㎛ 를 초과하면 부직포 위치별 QF 지수 값의 편차는 줄어들 수 있으나, 밀도가 낮은 부직포의 특성상 부직포 일면에 수직한 방향에 대한 압력에 의해 제품이 눌러져 기공도가 낮아져 압력손실이 증가하는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 상기 에어필터용 정전부직포는 평량이 5 ~ 45 g/m2, 바람직하게는 7 ~ 17 g/m2 일 수 있다. 만일 상기 에어필터용 정전부직포는 평량이5 g/m2 미만이면 부직포의 제품 적용을 위한 라미네이팅이나 절곡 등의 후 가공 시 구조적 안정성이 떨어지는 문제와 및 부직포 위치 별 QF 지수 값의 편차가 커지는 문제가 발생할 수 있고, 평량이45 g/m2를 초과하면 부직포 위치별 QF 지수 값 의 편차는 줄어들 수 있으나, 밀도가 낮은 부직포의 특성상 부직포 일면에 수직한 방향에 대한 압력에 의해 제품이 눌러져 기공도가 낮아져 압력손실이 증가하는 문제와 생산속도가 낮아지는 문제가 발생할 수 있다.
그리고, 상기 에어필터용 정전부직포는 특정 용융지수를 갖는 제1열가소성 고분자 수지 및 제2열가소성 고분자 수지를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1열가소성 고분자 수지와 제2열가소성 고분자 수지는 동종의 수지일 수 있다. 한편, 상기 제1열가소성 고분자 수지 및 제2열가소성 고분자 수지에 대한 설명은 후술하는 제조방법에서 설명하도록 한다.
다음, 상기 에어필터용 정전부직포에 대하여 제조방법을 통해 설명한다.
상기 에어필터용 정전부직포는 용융지수가 상이한 두 가지의 열가소성 고분자 수지를 포함하는 방사용액을 제조하는 단계, 상기 방사용액을 방사구금으로 용융방사시켜서 멜트블로운 부직포를 제조하는 단계 및 상기 부직포를 정전처리하는 단계를 포함하는 제조방법으로 제조한다.
먼저, 상기 방사용액을 제조하는 단계를 설명한다.
상기 방사용액은 제1열가소성 고분자 수지 및 제2열가소성 고분자 수지를 포함한다.
상기 제1열가소성 고분자 수지는 용융지수 1100 ~ 2500 g/10분, 바람직하게는 용융지수 1300 ~ 2100 g/10분일 수 있다. 만일 상기 제1열가소성 고분자의 용융지수가 1100g/10분 미만이면 평균섬도 500nm 이하의 섬유의 분포비율이 50% 이하가 되는 문제가 발생할 수 있고, 2500 g/10분을 초과하면 용융흐름지수가 너무 높아 세섬부직포 제작 시 불량(defect)이 발생하는 문제가 발생할 수 있다.
그리고, 상기 제2열가소성 고분자 수지는 용융지수 80 ~ 400 g/10분, 바람직하게는 용융지수 100 ~ 260 g/10분일 수 있다. 만일 상기 제2열가소성 고분자의 용융지수가 80 g/10분 미만이면 미용융수지에 의한 번들(dundle) 등의 불량이 발생할 수 있고, 280 g/10분을 초과하면 1000nm 이상의 섬유의 분포비율이 3% 이하이거나 부피비율이 40부피%이하가 될 확률이 높다.
한편, 상기 제1열가소성 고분자 수지와 제2열가소성 고분자 수지는 동종의 수지일 수 있다.
또한, 상기 제1열가소성 고분자 수지 및 제2열가소성 고분자 수지는 통상적으로 멜트블로운 수지를 제조할 수 있는 열가소성 고분자 수지라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 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 혼합물 중에서 선택된 1종일 수 있으며, 보다 바람직하게는 나일론, 폴리에스터, 폴리프로필렌, 폴리프로필렌공중합체, 폴리우레탄, 폴리아크릴로니트릴, 폴리올레핀 및 셀룰로오스 중에서 선택된 1종을 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 폴리프로필렌 또는 폴리프로필렌 공중합체를 사용할 수 있다.
그리고, 상기 방사용액은 제1열가소성 고분자 수지 및 제2열가소성 고분자 수지를 1 : 0.1 ~ 3의 중량비로, 바람직하게는 1 : 0.2 ~ 2.5의 중량비로 포함할 수 있다. 만일 상기 중량비가 1 : 0.1 미만이면 부직포가 세섬화는 되지만 공경이 작아져서 압력손실이 증가하는 문제가 발생할 수 있고, 중량비가 1 : 3 을 초과하면 부직포 평균 섬도가 많이 증가하여 입자제거 성능이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.
한편, 상기 방사용액 100 중량부에 대하여 대전제 (charging agent)를 0.05 ~ 5 중량부, 바람직하게는 0.1 ~ 2 중량부 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제를 첨가함으로써 QF 지수 값을 높일 수 있다.
다음, 멜트블로운 부직포를 제조하는 단계를 설명한다.
상기 멜트블로운 부직포는 용융방사를 수행하여 제조할 수 있으며, 상기 용융방사는 단일방사일 수 있다.
상기 용융방사는 프로세스 에어유속 50 ~ 300 m/sec, 방사 시 고분자 온도 245℃ ~ 330℃ 및 홀 당 토출량 0.8 ~ 10 g/hr의 조건에서, 바람직하게는 프로세스 에어유속 90 ~ 200 m/sec, 온도 250℃ ~ 310℃ 및 홀 당 토출량 1.2 ~ 5 g/hr의 조건에서 수행할 수 있다. 만일 상기 프로세스 에어유속이 50 m/sec 미만이면 세섬 부직포 제작이 용이하지 않아 입자제거율이 떨어질 수 있고, 300 m/sec 를 초과하면 프로세스 유체에 의한 고분자 연신이 너무 강하여 결점이 발생할 수 있다. 또한, 만일 상기 온도가 245℃ 미만이면 용융된 고분자의 점성이 너무 높아 세섬 부직포 제작이 용이하지 않을 수 있고, 330℃를 초과하면 고분자 탄화 등의 고분자 물성의 변형이 발생할 수 있다. 또한, 상기 홀 당 토출량이 0.8 g/hr 미만이면 방사되면서 결점이 생길 수 있기 때문에 공정 제어가 어려울 수 있고, 10 g/hr를 초과하면 세섬 부직포 제조가 어려워지기 때문에 제조된 멜트블로운 부직포의 입자 제거율이 좋지 않은 문제가 발생할 수 있다.
그리고, 상기 용융방사의 구금은 통상적인 용융방사의 구금 조건이라면 제한되지 않으며, 바람직하게는 노즐 직경 0.1 ~ 0.4 mm 인치당 홀 수 30 ~ 120 개일 수 있고, 더욱 바람직하게는 노즐 직경 0.1 ~ 0.3 mm, 인치당 홀 수 50 ~ 110 개 일 수 있다. 만일 상기 노즐 직경이 0.1 mm 미만이면 섬도분포가 과하게 세섬화 되거나, 안정적인 방사가 어려워 부직포 품질과 생산성이 좋지 않은 문제가 발생할 수 있고, 0.3mm를 초과하면 세섬화가 잘 되지 않는 문제가 발생할 수 있다.
다음, 상기 부직포를 정전처리하는 단계를 설명한다.
상기 정전처리는 통상적으로 멜트블로운 부직포를 정전처리할 수 있는 방법이라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 코로나 방전, 플라즈마 대전 및 마찰대전 방식 중에서 선택된 한 가지 방법을 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 마찰대전 방식 중에서 고압의 극성용매를 통한 대전 방법인 하이드로 차징 방법을 사용할 수 있으나 이에 제한되지는 않는다.
한편, 상기 하이드로 차징 방법을 사용하는 경우 상기 하이드로 차징은 분사압력 1 ~ 60 bar, 바람직하게는 10 ~ 55 bar의 조건으로 수행할 수 있다. 만일 상기 하이드로 차징의 분사압력이 10 bar 미만이면 분사된 극성용매 입자의 크기가 커지고 부직포 내 침투 압력이 낮아져 부직포 내부의 섬유까지 충분히 마찰대전을 유도할 수 없는 문제가 발생할 수 있고, 55 bar을 초과하면 강한 분사압력에 의해서 부직포의 구조적 변형이 발생할 수 있다.
한편, 상기 부직포는 섬도 500 ㎚미만의 섬유의 분포비율이 45 ~ 75%, 섬도 500 ~ 1000 ㎚의 섬유의 분포비율이 20 ~ 45% 및 섬도 1000 ㎚를 초과하는 섬유의 분포비율이 3 ~ 18% 일 수 있고, 바람직하게는 섬도 500 ㎚미만의 섬유의 분포비율이 51 ~ 69%, 섬도 500 ~ 1000 ㎚의 섬유의 분포비율이 20 ~ 43% 및 섬도 1000 ㎚를 초과하는 섬유의 분포비율이 4 ~ 12% 일 수 있다.
그리고, 상기 부직는 섬도 500 ㎚미만의 섬유의 부피비율이 5 ~ 20부피%, 섬도 500 ~ 1000 ㎚의 섬유의 부피비율이 25 ~ 50부피% 및 섬도 1000 ㎚를 초과하는 섬유의 부피비율이 35 ~ 70부피% 일 수 있으며, 바람직하게는 섬도 500 ㎚미만의 섬유의 부피비율이 7 ~ 21부피%, 섬도 500 ~ 1000 ㎚의 섬유의 부피비율이 28 ~ 43 부피% 및 섬도 1000 ㎚를 초과하는 섬유의 부피비율이 41 ~ 65부피% 일 수 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예들을 통해 설명한다. 이때, 하기 실시예들은 발명을 예시하기 위하여 제시된 것일 뿐, 본 발명의 권리범위가 하기 실시예들에 의해 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예 ]
실시예 1 : 에어필터용 정전부직포의 제조
(1) 방사용액 제조
용융지수가 1800 g/10분인 폴리프로필렌 수지 및 용융지수가 180 g/10분인 폴리프로필렌 수지를 1 : 0.5의 중량비로 혼합하여 혼합액을 여 방사용액을 제조하였다.
(2) 멜트블로운 부직포의 제조
상기 방사용액을 단일방사하여 멜트블로운 부직포를 제조하였다. 구체적으로 구금조건은 노즐 직경 0.15 mm, 피치간 거리 0.25 mm 이였다. 그리고 방사조건은 홀당 토출량 1.5 g/hr, 프로세스 에어유속 107 m/sec 및 온도 278℃였다. 제조된 멜트블로운 부직포는 섬도 500 ㎚미만의 섬유의 분포비율이 62 %이고, 섬도 500 ~ 1000 ㎚의 섬유의 분포비율이 31%이며, 섬도 1000 ㎚를 초과하는 섬유의 분포비율이 7 % 였다. 또한, 두께 60 ㎛ 및 평량이 11 g/m2 이었다.
(3) 에어필터용 정전부직포의 제조
상기 멜트블로운 부직포를 정전처리하여 에어필터용 정전부직포를 제조하였다. 구체적으로 고압노즐을 이용하여 극성용매 중 물을 분사하는 방법으로 마찰접촉 대전시켜 정전 부직포를 제조하였다. 노즐은 일류체 노즐을 사용하였으며, 분사압력은 20 bar 이며, 부직포 일면에 수직방향으로 분사하며, 부직포 다른 일면에는 이송용 벨트가 접지해 있으며, 분사된 용매는 부직포와 접지한 벨트의 이면 위치한 진공장치에 의해 부직포를 관통하여 통과하도록 하였다.
실시예 2 ~ 12
상기 실시예 1과 동일하게 정전부직포를 제조하되, 하기 표 1과 같이 방사조건 등을 변경하여 정전부직포를 제조하였다.
구분 방사조건
노즐직경(mm) 홀당 토출량(g/hr) 프로세스 에어유속(m/sec) 방사용액
온도(℃)
실시예1 0.15 1.5 107 278
실시예2 0.05 1.5 107 278
실시예3 0.35 1.5 107 278
실시예4 0.45 1.5 107 278
실시예5 0.15 0.7 107 278
실시예6 0.15 4.5 107 278
실시예7 0.15 11 107 278
실시예8 0.15 1.5 30 278
실시예9 0.15 1.5 70 278
실시예10 0.15 1.5 195 278
실시예11 0.15 1.5 280 278
실시예12 0.15 1.5 320 278
비교예 1
PVDF(Polyvinylidene fluoride) 소재로 나노방사법에 의해서 제조된 나노웹(V330, FTENE)을 사용하였다.
한편, 상기 실시예 1 ~ 12 및 비교예 1에 따른 정전부직포에 대한 섬도 별 섬유의 분포비율, 섬도 별 섬유의 분포 부피비 및 평량은 하기 표 2에 나타내었다.
구분 섬도별 섬유의 분포비율(%) 섬도별 섬유의 분포 부피비(부피%) 평량
(g/m2)
500㎚ 미만 500~1000㎚ 1000㎚ 초과 500㎚ 미만 500~1000㎚ 1000㎚ 초과
실시예1 62 31 7 10 35 55 11
실시예2 81 17 2 33 47 20 10
실시예3 46 37 17 7 26 67 11
실시예4 42 36 22 4 23 73 11
실시예5 64 34 2 24 47 29 6
실시예6 46 45 9 5 40 55 13
실시예7 29 47 24 2 16 82 15
실시예8 47 40 13 2 29 69 11
실시예9 53 40 7 6 40 54 11
실시예10 58 33 9 12 34 54 15
실시예11 71 21 8 16 29 55 11
실시예12 81 8 11 20 29 51 11
비교예1 98 2 0 92 8 0 -
실시예 13
상기 실시예 1과 동일하게 정전부직포를 제조하되, 상기 방사용액을 방사용액 100 중량부에 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) 0.5중량부를 더 포함하는 방사용액으로 대체하여 정전부직포를 제조하였다.
실시예 14 ~ 24
상기 실시예 13과 동일하게 정전부직포를 제조하되, 하기 표 3와 같이 방사조건 등을 변경하여 정전부직포를 제조하였다.
구분 방사조건
노즐직경(mm) 홀당 토출량(g/hr) 프로세스 에어유속(m/sec) 방사용액
온도(℃)
실시예13 0.15 1.5 107 278
실시예14 0.05 1.5 107 278
실시예15 0.35 1.5 107 278
실시예16 0.45 1.5 107 278
실시예17 0.15 0.7 107 278
실시예18 0.15 4.5 107 278
실시예19 0.15 11 107 278
실시예20 0.15 1.5 30 278
실시예21 0.15 1.5 70 278
실시예22 0.15 1.5 195 278
실시예23 0.15 1.5 280 278
실시예24 0.15 1.5 320 278
한편, 상기 실시예 13 ~ 24에 따른 정전부직포에 대한 섬도 별 섬유의 분포비율, 섬도 별 섬유의 분포 부피비 및 평량은 하기 표 4에 나타내었다.
구분 섬도별 섬유의 분포비율(%) 섬도별 섬유의 분포 부피비(부피%) 평량
(g/m2)
500㎚ 미만 500~1000㎚ 1000㎚ 초과 500㎚ 미만 500~1000㎚ 1000㎚ 초과
실시예13 61 31 8 8 35 57 11
실시예14 78 19 3 27 49 24 10
실시예15 45 37 18 5 25 70 11
실시예16 42 34 24 3 20 77 11
실시예17 61 36 3 22 45 33 6
실시예18 45 45 10 5 40 55 13
실시예19 27 47 26 2 9 89 15
실시예20 45 46 9 2 33 65 11
실시예21 48 45 7 5 40 55 11
실시예22 58 31 11 10 34 56 15
실시예23 65 26 9 15 25 60 11
실시예24 79 8 13 18 28 54 11
실험예 1 : 제거율 및 압력손실 측정
상기 실시예 1 ~ 24 및 비교예 1에 따른 미디어를 15×15 cm2의 크기로 제단하고, 제거율 및 압력손실을 측정하였다. 측정 방법은 구체적으로, 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, 염화나트륨의 평균직경이 0.3 ㎛ 크기를 갖도록 히터 장치에 의해 수분을 기화시켜 제조하였다. 이러한 방법으로 입자에 대한 포집 효율(%)은 자동화된 효율 시험기(TSI사, Model 8130)에 의해 측정하였다. 측정 면적은 100cm2 이다.
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.
실험예 2 : QF 지수 측정
퀄리티팩터(QF)는 여과효율과 압력손실을 조합한 필터 성능을 표현하는 수단의 일종으로서 일반적으로 하기의 관계식에 따라 계산하며 수치가 높을수록 우수한 성능을 나타낸다.
[관계식 1]
Figure 112016031360857-pat00004
상기 관계식 1에서 R 은 제거율이고, △P는 압력손실이다.
구분 압력손실(mmH2O) 제거율(%) QF 지수
실시예1 4.8 99.7 1.21
실시예2 7.1 99.1 0.66
실시예3 3.7 93.1 0.72
실시예4 3.2 84 0.57
실시예5 4.5 95 0.67
실시예6 2.9 91 0.83
실시예7 3.5 89 0.63
실시예8 2.7 85 0.70
실시예9 4.6 98.1 0.86
실시예10 6.7 99.9 1.03
실시예11 6.8 99.3 0.73
실시예12 7.1 97.2 0.50
비교예1 4.8 75 0.29
상기 표 5에서 알 수 있듯이, 본 발명의 방사조건 등을 모두 만족하는 실시예 1, 실시예 3, 실시예 6, 실시예 9 ~ 11이, 이를 만족하지 못하는 실시예 2, 실시예 4, 실시예 5, 실시예 7, 실시예 7, 실시예 12 및 비교예 1에 비하여 압력손실이 낮고, 입자 제거율이 우수하며 QF 지수가 높았다.
구분 압력손실(mmH2O) 제거율(%) QF 지수
실시예13 4.7 99.999 2.45
실시예14 7 99.900 0.99
실시예15 3.6 99.970 2.25
실시예16 3.2 98.500 1.31
실시예17 4.3 99.910 1.63
실시예18 2.8 99.980 3.04
실시예19 3.4 99.200 1.42
실시예20 3.1 98.100 1.28
실시예21 4.4 99.994 2.21
실시예22 6.5 99.997 1.60
실시예23 6.4 99.997 1.63
실시예24 6.9 99.980 1.23
상기 표 2에서 알 수 있듯이, 본 발명의 방사조건 등을 모두 만족하는 실시예 13, 실시예 15, 실시예 18, 실시예 21 ~ 23이, 이를 만족하지 못하는 실시예 14, 실시예 16, 실시예 17, 실시예 19, 실시예 20, 실시예 24 및 비교예 1에 비하여 압력손실이 낮고, 입자 제거율이 우수하며 QF 지수가 월등히 높았다.

Claims (17)

  1. 첨가제로 대전제(charging agent)를 포함하고,
    섬도 500 ㎚ 미만의 섬유의 분포비율이 45 ~ 75%, 부피비율이 5 ~ 20 부피% 이고,
    섬도 500 ~ 1000 ㎚의 섬유의 분포비율이 20 ~ 45%, 부피비율이 25 ~ 50 부피% 이며,
    섬도 1000 ㎚를 초과하는 섬유의 분포비율이 3 ~ 18%, 부피비율이 35 ~ 70 부피% 인 에어필터용 정전부직포.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 에어필터용 정전부직포는 하기 관계식 1에 의해 계산된 QF 지수 값이 1.5 ~ 4.5 인 것을 특징으로 하는 에어필터용 정전부직포.
    [관계식 1]
    Figure 112022057885843-pat00006

    상기 관계식 1에서 R 은 제거율이고, △P는 압력손실이다.
  5. 제1항에 있어서, 상기 에어필터용 정전부직포는 기공도가 50 ~ 95 %이고, 두께가 30 ~ 400 ㎛ 및 평량이 5 ~ 45 g/m2 인 것을 특징으로 하는 에어필터용 정전부직포.
  6. 제1항에 있어서, 상기 에어필터용 정전부직포는 용융지수 1100 ~ 2500 g/10분 인 제1열가소성 고분자 수지 및 용융지수 80 ~ 400 g/10분 인 제2열가소성 고분자 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어필터용 정전부직포.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1열가소성 고분자 수지와 제2열가소성 고분자 수지는 동종의 수지인 것을 특징으로 하는 에어필터용 정전부직포.
  8. 용융지수 1100 ~ 2500 g/10분 인 제1열가소성 고분자 수지 및 용융지수 80 ~ 400 g/10분 인 제2열가소성 고분자 수지를 포함하는 방사용액을 제조하는 단계;
    상기 방사용액을 방사구금으로 용융방사시켜서 멜트블로운 부직포를 제조하는 단계; 및
    상기 부직포를 정전처리하는 단계;를 포함하고,
    상기 부직포는 섬도 500 ㎚ 미만의 섬유의 분포비율이 45 ~ 75%, 섬도 500 ~ 1000 ㎚의 섬유의 분포비율이 20 ~ 45% 및 섬도 1000 ㎚를 초과하는 섬유의 분포비율이 3 ~ 18%이고,
    섬도 500 ㎚ 미만의 섬유의 부피비율이 5 ~ 20 부피%, 섬도 500 ~ 1000 ㎚의 섬유의 부피비율이 25 ~ 50 부피% 및 섬도 1000 ㎚를 초과하는 섬유의 부피비율이 35 ~ 70 부피% 인 것을 특징으로 하는 에어필터용 정전부직포 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1열가소성 고분자 수지와 제2열가소성 고분자 수지는 동종의 수지인 것을 특징으로 하는 에어필터용 정전부직포 제조방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 제1열가소성 고분자 수지 및 제2열가소성 고분자 수지는 나일론, 폴리에스터, 폴리프로필렌, 폴리프로필렌 공중합체, 폴리우레탄, 폴리아크릴로니트릴, 폴리올레핀 및 셀룰로오스 중에서 선택된 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어필터용 정전부직포 제조방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 방사용액은 제1열가소성 고분자 수지 및 제2열가소성 고분자 수지를 1 : 0.1 ~ 3의 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 에어필터용 정전부직포 제조방법.
  12. 제8항에 있어서, 상기 방사용액 100 중량부에 대하여 첨가제로 대전제(charging agent)를 0.05 ~ 5 중량부 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어필터용 정전부직포 제조방법.
  13. 제8항에 있어서, 상기 용융방사는 단일방사이고,
    상기 용융방사는 프로세스 에어유속 50 ~ 300 m/sec, 홀 당 토출량 0.8 ~ 10 g/hr 및 방사용액 온도 245℃ ~ 330℃의 조건에서 수행하는 것을 특징으로 하는 에어필터용 정전부직포 제조방법.
  14. 제8항에 있어서, 상기 방사구금은 노즐 직경 0.1 ~ 0.4 mm 및 인치당 홀 수 30 ~ 120 개 인 것을 특징으로 하는 에어필터용 정전부직포 제조방법.
  15. 제8항에 있어서, 상기 정전처리는 하이드로 차징인 것을 특징으로 하는 에어필터용 정전부직포 제조방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 하이드로 차징은 분사압력 1 ~ 60 bar의 조건으로 수행하는 것을 특징으로 하는 에어필터용 정전부직포 제조방법.
  17. 삭제
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