KR102584560B1 - 공기 필터용 복합 부직포 및 이를 포함하는 물품 - Google Patents

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Abstract

공기 필터용 복합 부직포 및 이를 포함하는 물품이 개시된다. 개시된 공기 필터용 복합 부직포는 제1 스펀본드 부직포층, 멜트블로운 부직포층 및 제2 스펀본드 부직포층을 포함하고, 상기 멜트블로운 부직포층은 적어도 부분적으로 대전처리된 것이고, 상기 제2 스펀본드 부직포층의 필라멘트 섬도는 상기 제1 스펀본드 부직포층의 필라멘트 섬도 보다 크고, 상기 멜트블로운 부직포층의 필라멘트 섬도에 대한 상기 제1 스펀본드 부직포층의 필라멘트 섬도의 비율은 40~100이고, 상기 멜트블로운 부직포층의 필라멘트 섬도에 대한 상기 제2 스펀본드 부직포층의 필라멘트 섬도의 비율은 225~700이다.

Description

공기 필터용 복합 부직포 및 이를 포함하는 물품{Non-woven fabric composite for air filter, and article including the same}
복합 부직포 및 이를 포함하는 물품이 개시된다. 보다 상세하게는 공기 필터용 복합 부직포, 및 이를 포함하는 물품이 개시된다.
종래의 공기 필터는 주력 필터 역할을 수행하는 정전 멜트블로운 부직포층과 이를 보강하기 위한 지지체층의 2중 구조로 구성되어 있다.
상기 공기 필터의 제조공정에서는 멜트블로운 부직포와 지지체로 사용되는 스펀본드 또는 단섬유 부직포는 별도의 공정에서 각각 제조되어 합지되는데, 이들의 합지를 위해 핫멜트(Hot-Melt) 접착제가 사용된다. 그러나, 핫멜트 접착제가 사용될 경우에는 공정상 흄(Fume)이 발생하여 냄새를 일으키고, 작업자의 건강에도 나쁜 영향을 미치며, 최종적으로 생산되는 필터 여재의 차압 또한 상승하게 된다.
또한, 주력 필터 역할을 수행하는 멜트블로운 부직포의 경우 내구성이 약하고 형태 안정성이 낮기 때문에 제조 공정 및 사용시 멜트블로운 원단이 외부로 노출되어 다른 물체와 접촉하거나 긁히는 경우 탈리 또는 손상되기 쉽기 때문에 필터로 사용할 경우 문제가 될 수 있다.
본 발명의 일 구현예는 공기 필터용 복합 부직포를 제공한다.
본 발명의 다른 측면은 상기 공기 필터용 복합 부직포를 포함하는 물품을 제공한다.
본 발명의 일 측면은,
제1 스펀본드 부직포층, 멜트블로운 부직포층 및 제2 스펀본드 부직포층을 포함하고,
상기 멜트블로운 부직포층은 적어도 부분적으로 대전처리된 것이고,
상기 제2 스펀본드 부직포층의 필라멘트 섬도는 상기 제1 스펀본드 부직포층의 필라멘트 섬도 보다 크고,
상기 멜트블로운 부직포층의 필라멘트 섬도에 대한 상기 제1 스펀본드 부직포층의 필라멘트 섬도의 비율은 40~100이고,
상기 멜트블로운 부직포층의 필라멘트 섬도에 대한 상기 제2 스펀본드 부직포층의 필라멘트 섬도의 비율은 225~700인 공기 필터용 복합 부직포를 제공한다.
상기 제1 스펀본드 부직포층의 필라멘트 섬도는 1~5데니어이고, 상기 멜트블로운 부직포층의 필라멘트 섬도는 0.01~0.16데니어이고, 상기 제2 스펀본드 부직포층의 필라멘트 섬도는 3~20데니어일 수 있다.
상기 제1 스펀본드 부직포층의 기본 중량은 10~40g/m2이고, 상기 멜트블로운 부직포층의 기본 중량은 15~50g/m2이고, 상기 제2 스펀본드 부직포층의 기본 중량은 30~100g/m2일 수 있다.
상기 공기 필터용 복합 부직포는 상기 제1 스펀본드 부직포층, 상기 멜트블로운 부직포층 및 상기 제2 스펀본드 부직포층을 이 순서대로 포함할 수 있다.
상기 제1 스펀본드 부직포층 및 상기 제2 스펀본드 부직포층은 각각 복수의 스펀본드 부직포 서브층을 포함할 수 있다.
상기 멜트블로운 부직포층은 적어도 하나의 대전처리된 멜트블로운 부직포 서브층 외에 적어도 하나의 대전처리되지 않은 멜트블로운 부직포 서브층을 더 포함할 수 있다.
상기 공기 필터용 복합 부직포는 적어도 하나의 추가층을 더 포함할 수 있다.
상기 공기 필터용 복합 부직포는 핫멜트 접착제를 비롯한 어떠한 접착제도 포함하지 않을 수 있다.
본 발명의 다른 측면은,
상기 공기 필터용 복합 부직포를 포함하는 물품을 제공한다.
상기 물품은 공기 필터용 여재, 공기 필터 또는 공기 청정기일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 복합 부직포는 한번의 연속 공정으로 제조되어 별도로 핫멜트 접착제와 같은 접착제를 사용하지 않아, 현장에서의 흄 발생 등이 없어 친환경적이며, 필터 차압을 낮출 수 있고, 멜트블로운 부직포층 위에 전처리 및 커버 역할을 하는 별도의 스펀본드층이 복합화됨으로써 형태 안정성 및 내구성이 우수하며, 차압이 낮은 이점을 갖는다.
또한, 상기 공기 필터용 복합 부직포는 각종 먼지, 미세먼지, 세균 등의 제거 목적으로 활용될 수 있으며, 각종 공기 필터에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 공기 필터용 복합 부직포를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 복합 부직포를 연속적으로 제조하기 위해 사용되는 복합 부직포의 제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 일 구현예에 따른 공기 필터용 복합 부직포를 상세히 설명한다.
본 명세서에서, "복합 부직포(non-woven fabric composite)"는 2종 이상의 부직포가 개별적으로 제조된 후 별도의 라미네이팅(합지) 후공정을 거쳐 제조된 부직포 적층체가 아니라, 2종 이상의 부직포가 하나의 장치에서 각각 연속공정으로 제조되어 서로 일체화된 부직포를 의미한다. 따라서 본 명세서에서,"복합 부직포"는 "모놀리식 부직포(monolithic non-woven fabric)"로 지칭될 수도 있다. 상기 공기 필터용 복합 부직포는 상기 부직포 적층체에 비해 층간 결합이 강하고, 형태 안정성 및 여과성능이 우수하다는 특징을 갖는다.
또한, 본 명세서에서, "대전처리된 멜트블로운 부직포층" 또는 "대전처리된 멜트블로운 부직포 서브층"은 연속공정으로 제조된 것일 수 있다. 구체적으로, "대전처리된 멜트블로운 부직포층" 또는 "대전처리된 멜트블로운 부직포 서브층"은 연속공정으로 "멜트블로운 부직포의 제조"와 "대전처리"를 순차적으로 또는 동시에 실시함으로써 제조된 것일 수 있다.
또한 본 명세서에서, "대전처리되었다"는 것은 부직포 섬유상에 전하가 반영구적으로 부여되어 인접한 섬유들간에 정전기장을 형성할 수 있는 상태를 의미하며, 대전처리된 부직포는 대전처리되지 않은 부직포에 비해 전하밀도 및 미세먼지 제거효율이 높은 특징이 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 공기 필터용 복합 부직포는 제1 스펀본드 부직포층, 멜트블로운 부직포층 및 제2 스펀본드 부직포층을 포함한다. 구체적으로, 상기 공기 필터용 복합 부직포는 하나의 장치에서 각각 연속 공정으로 제조되어 서로 일체화된 제1 스펀본드 부직포층, 멜트블로운 부직포층 및 제2 스펀본드 부직포층을 포함한다.
상기 멜트블로운 부직포층은 적어도 부분적으로 대전처리된 것이다.
상기 공기 필터용 복합 부직포는 적어도 부분적으로 대전처리된 멜트블로운 부직포층을 포함함으로써, 미세입자 포집 기능을 가짐을 특징으로 한다. 그러나, 종래의 스펀본드-멜트블로운 다층 부직포는 평균기공이 수 내지 수십 마이크로미터(㎛) 수준이기 때문에, 0.1~0.6㎛ 수준의 미세입자를 제거하는 기능이 거의 없다.
상기 제2 스펀본드 부직포층의 필라멘트 섬도는 상기 제1 스펀본드 부직포층의 필라멘트 섬도 보다 크다.
예를 들어, 상기 제1 스펀본드 부직포층의 필라멘트 섬도는 1~5데니어이고, 상기 제2 스펀본드 부직포층의 필라멘트 섬도는 3~20데니어일 수 있다.
또한, 상기 멜트블로운 부직포층의 필라멘트 섬도는 0.01~0.16데니어일 수 있다.
또한, 상기 멜트블로운 부직포층의 필라멘트 섬도에 대한 상기 제1 스펀본드 부직포층의 필라멘트 섬도의 비율은 40~100이다. 상기 멜트블로운 부직포층의 필라멘트 섬도에 대한 상기 제1 스펀본드 부직포층의 필라멘트 섬도의 비율이 40 미만이면 필터 자체의 차압이 증가하고, 100을 초과하면 전처리 필터로서의 성능이 미미하여 여과 효율과 포집량 등에 큰 영향을 주지 못한다.
또한, 상기 멜트블로운 부직포층의 필라멘트 섬도에 대한 상기 제2 스펀본드 부직포층의 필라멘트 섬도의 비율은 225~700이다. 상기 멜트블로운 부직포층의 필라멘트 섬도에 대한 상기 제2 스펀본드 부직포층의 필라멘트 섬도의 비율이 225 미만이면 필터 자체의 차압이 증가하고, 700을 초과하면 연속 공정에서의 방사가 어려울 뿐만 아니라 필터 여재의 두께가 너무 증가하여 필터 완제품 작업시 작업성이 나빠지며, 필터 완제품의 안정성 및 수명이 감소한다.
또한, 상기 제1 스펀본드 부직포층의 기본 중량은 10~40g/m2일 수 있다. 상기 제1 스펀본드 부직포층의 기본 중량이 상기 범위이내이면, 전처리 필터로서의 역할을 충실히 수행하여 필터 성능이 향상될 수 있고, 여재의 두께가 적당하여 여재 절곡시 절곡성이 우수하고 필터 여재의 산수가 증가하여 완제품의 먼지 여과량이 증가하고, 차압의 저하 등의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 제2 스펀본드 부직포층의 기본 중량은 30~100g/m2일 수 있다. 상기 제2 스펀본드 부직포층의 기본 중량이 상기 범위이내이면, 필터 여재의 형태 안정성이 우수하고, 여재의 두께가 적당하여 여재 절곡시 절곡성이 우수하고 필터 여재의 산수가 증가하여 완제품의 먼지 여과량이 증가하고, 차압의 저하 등의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 멜트블로운 부직포층의 기본 중량은 15~50g/m2일 수 있다. 상기 멜트블로운 부직포층의 기본 중량이 상기 범위이내이면, 여과 효율이 우수하고, 차압이 낮아 공기 필터에 사용하기 적당하다.
상기 공기 필터용 복합 부직포는 상기 제1 스펀본드 부직포층, 상기 멜트블로운 부직포층 및 상기 제2 스펀본드 부직포층을 이 순서대로 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 공기 필터용 복합 부직포는 상기 제1 스펀본드 부직포층, 상기 멜트블로운 부직포층 및 상기 제2 스펀본드 부직포층을 다른 순서대로 포함할 수도 있다.
상기 제1 스펀본드 부직포층 및 상기 제2 스펀본드 부직포층은 각각 복수의 스펀본드 부직포 서브층을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 스펀본드 부직포층 및 상기 제2 스펀본드 부직포층은 각각 하나의 장치에서 각각 연속 공정으로 제조되어 서로 일체화된 복수의 스펀본드 부직포 서브층을 포함할 수 있다.
상기 멜트블로운 부직포층은 적어도 하나의 대전처리된 멜트블로운 부직포 서브층을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 멜트블로운 부직포층은 오직 하나의 대전처리된 멜트블로운 부직포 서브층을 포함하거나, 하나의 장치에서 각각 연속 공정으로 제조되어 서로 일체화된 복수의 대전처리된 멜트블로운 부직포 서브층을 포함할 수 있다.
상기 멜트블로운 부직포층은 적어도 하나의 대전처리된 멜트블로운 부직포 서브층 외에 적어도 하나의 대전처리되지 않은 멜트블로운 부직포 서브층을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 멜트블로운 부직포층은 적어도 하나의 대전처리된 멜트블로운 부직포 서브층 외에 오직 하나의 대전처리되지 않은 멜트블로운 부직포 서브층을 포함하거나, 하나의 장치에서 각각 연속 공정으로 제조되어 서로 일체화된 복수의 대전처리되지 않은 멜트블로운 부직포 서브층을 더 포함할 수 있다.
상기 공기 필터용 복합 부직포에 포함된 적어도 하나의 스펀본드 부직포, 적어도 하나의 대전처리된 멜트블로운 부직포 및/또는 적어도 하나의 대전처리되지 않은 멜트블로운 부직포는 각각 서로 독립적으로 비전도성 중합체를 포함할 수 있다.
상기 비전도성 중합체는 폴리올레핀, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리아미드, 이들의 공중합체 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 폴리올레핀은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리-4-메틸-1-펜텐, 폴리비닐 클로라이드 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 폴리에스테르는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리락트산 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 각각의 스펀본드 부직포, 상기 각각의 대전처리된 멜트블로운 부직포 및/또는 상기 각각의 대전처리되지 않은 멜트블로운 부직포는 각각 서로 독립적으로 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 첨가제는 안료, 광 안정제, 1차 산화방지제, 2차 산화방지제, 금속 불활성화제, 장애 아민, 장애 페놀, 지방산 금속염, 트리에스테르 포스파이트, 인산염, 불소-함유 화합물, 핵화제(nucleant) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
또한, 일 구현예에서 산화방지제가 전하 증가제로서 기능할 수 있다. 가능한 전하 증가제는 열 안정성 유기 트리아진 화합물, 올리고머 또는 이들의 조합을 포함하며, 이들 화합물 또는 올리고머는 트리아진 고리 내의 질소 외에 적어도 하나의 질소 원자를 추가로 함유한다.
예를 들어, 대전 특성 향상 목적의 전하 증가제는 미국등록특허 제6,268,495호, 제5,976,208호, 제5,968,635호, 제5,919,847호 및 제5,908,598호에 개시되어 있다. 예를 들어, 상기 전하 증가제는 힌더드아민계 첨가제(hindered amine-based additive), 트리아진계 첨가제(triazine additive) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
다른 예로서, 상기 전하 증가제는 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)](BASF제조, CHIMASSORB 944), (2,4,6-트리클로로-1,3,5-트리아진과의 1,6-헥산디아민-N,N'-비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐)-중합체, N-부틸-1-부탄아민, N-부틸-2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딘아민과의 반응 생성물)(BASF제조, CHIMASSORB 2020) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 전하 증가제는 N-치환된 아미노 방향족 화합물, 특히 트리-아미노 치환된 화합물, 예컨대 2,4,6-트리아닐리노-p-(카르보-2'-에틸헥실-1'-옥시)-1,3,5-트리아진 (BASF제조, UVINUL T-150)일 수 있다. 다른 전하 증가제로는 트리스테아릴 멜라민 ("TSM")으로도 알려진 2,4,6-트리스-(옥타데실아미노)-트리아진이 있다.
상기 전하 증가제의 함량은 각각의 대전처리된 멜트블로운 부직포의 충중량 100중량부에 대하여 0.25~5중량부일 수 있다. 상기 전하 증가제의 함량이 상기 범위이내이면, 본 발명이 목표로 하는 높은 수준의 대전 성능을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 방사성이 양호하고 부직포의 강도가 높게 유지되며 비용 측면에서도 유리하다.
상기 공기 필터용 복합 부직포는 상기 첨가제 외에 열안정제, 내후제(weathering agent) 등의 일반적으로 알려진 공지의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 공기 필터용 복합 부직포에서 대전처리된 멜트블로운 부직포의 총 함량은 상기 공기 필터용 복합 부직포의 총중량 100중량부에 대하여 3~50중량부일 수 있다. 상기 대전처리된 멜트블로운 부직포의 총 함량이 상기 범위이내이면, 여과 성능, 형태 안정성 및 내구성이 우수한 복합 부직포를 얻을 수 있다.
상기 공기 필터용 복합 부직포는 평량(단위 면적당 질량)이 10~500g/m2, 예를 들어, 20~100 g/m2의 범위일 수 있다.
상기 공기 필터용 복합 부직포에 포함된 복수의 부직포들은 초음파 융착이 아닌 열융착에 의해 서로 일체화(즉, 결합)된 것일 수 있다.
상기 공기 필터용 복합 부직포는 적어도 하나의 추가층을 더 포함할 수 있다.
일례로서, 상기 각 추가층은 스펀본드 부직포도 아니고 멜트블로운 부직포도 아닌 별개의 부직포를 1개 이상 포함할 수 있다.
다른 예로서, 상기 각 추가층은 부직포가 아닌 다른 재질의 층을 1개 이상 포함할 수 있다.
상기 공기 필터용 복합 부직포는 핫멜트 접착제를 비롯한 어떠한 접착제도 포함하지 않을 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일 구현예에 따른 공기 필터용 복합 부직포는 (i) 상기 멜트블로운 부직포층의 필라멘트 섬도에 대한 상기 제1 스펀본드 부직포층의 필라멘트 섬도의 비율, (ii) 상기 멜트블로운 부직포층의 필라멘트 섬도에 대한 상기 제2 스펀본드 부직포층의 필라멘트 섬도의 비율, (iii) 상기 제1 스펀본드 부직포층의 필라멘트 섬도, (iv) 상기 제2 스펀본드 부직포층의 필라멘트 섬도, (v) 상기 제1 스펀본드 부직포층의 기본 중량, (vi) 상기 멜트블로운 부직포층의 기본 중량 및 (vii) 상기 제2 스펀본드 부직포층의 기본 중량의 특별한 조합을 가짐으로써, 압축강도, 강연도(stiffness), 통기도, 형태 안정성, 절곡성 및 여과 효율이 높고, 포집량이 많으며, 필터 차압이 적당한 효과를 얻을 수 있다.
이하, 본 발명의 일 구현예에 따른 공기 필터용 복합 부직포의 제조방법을 상세히 설명한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 공기 필터용 복합 부직포의 제조방법은 스펀본드 부직포층을 연속적으로 형성하는 단계(S10) 및 상기 스펀본드 부직포층상에 멜트블로운 부직포층을 연속적으로 형성하는 단계(S20)를 포함한다.
상기 스펀본드 부직포층 연속 형성단계(S10)는 열가소성인 비전도성 중합체를 용융압출, 냉각 및 연신하여 섬유 원사를 형성한 후, 상기 섬유 원사를 스크린벨트 상에 적층하여 웹화(web forming)하는 것일 수 있다.
상기 멜트블로운 부직포층 연속 형성단계(S20)는 열가소성인 비전도성 중합체(대전 성능 향상제 추가 가능)를 용융 압출, 열풍 연신 및 냉각하여 섬유 원사를 형성한 후, 상기 섬유 원사를 상기 스펀본드 부직포층 연속 형성단계(S10)에서 웹화된 스펀본드 상에 적층하여 웹화하는 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 멜트블로운 부직포층 연속 형성단계(S20)는 비전도성 중합체로 자유 섬유를 연속적으로 형성하는 단계(S20-1), 상기 자유 섬유를 연속적으로 방사하는 단계(S20-2), 상기 자유 섬유에 극성용매(예를 들어, 물)를 연속적으로 분사하여 상기 자유 섬유를 연속적으로 대전시키는 단계(S20-3) 및 상기 자유 섬유를 연속적으로 집적하여 멜트블로운 부직포를 연속적으로 형성하는 단계(S20-4)를 포함할 수 있다.
상기 자유 섬유 연속 대전 단계(S20-3)는 상기 극성용매를 기체(예를 들어, 공기)와 함께 연속적으로 분사함으로써 수행될 수 있다.
이하, 상기 자유 섬유 연속 대전 단계(S20-3)가 종래기술에 비해 이질적이거나 현저한 효과를 가짐을 상세히 설명한다.
(1) 일반적으로 멜트블로운 공정 중에 대전처리할 수 있는 방법으로는 미국등록특허 제6,375,886호와 같이 극성용매와 용융 방사중인 필라멘트와의 마찰을 통해 대전처리하는 것과 미국등록특허 제6,969,484호와 같이 멜트블로운 부직포를 극성용매에 침지시키고 석션(suction) 장치로 부직포 사이로 물이 투과되면서 물과 부직포 사이의 마찰을 통해 대전처리하는 방법이 산업계에서 주로 적용되어 대전처리된 멜트블로운 부직포를 제조하였다. 이와 같이 극성용매를 이용한 대전처리 방법은 대전처리후 극성용매를 건조시키는 후공정이 별도로 필요하며, 따라서 연속공정으로 부직포를 적층하거나 복합화하는 것이 원천적으로 불가능하다. 미국등록특허 제6,375,886호 및 미국등록특허 제6,969,484호는 그 전체가 인용에 의하여 본 명세서에 통합된다.
(2) 미국등록특허 제5,227,172호는 멜트블로운 구금(Die)과 포집체(Collector) 사이에 높은 전위차를 인가하여, 용융 방사되는 수지가 필라멘트화되면서 주위 전기장에 의해서 유도대전처리되도록 하는 방법을 개시하고 있는데, 이 방법은 별도의 후가공처리 없이 대전처리된 멜트블로운 부직포를 수득할 수 있다. 그러나, 이렇게 전위차에 의해 유도대전처리된 부직포는 열이나 주위 환경에 따라 대전 처리 효율이 급격이 감소하는 현상이 나타나기 때문에 미세먼지 제거용 마스크와 같이 판매 과정에서 장기 보관이 필요하거나 공기청정기용 필터와 같이 장시간 사용 수명이 보장되어야 하는 용도로는 적용하기 어려운 단점이 있다. 미국등록특허 제5,227,172호는 그 전체가 인용에 의하여 본 명세서에 통합된다.
본 발명자들은 멜트블로운 부직포층에 극성용매를 공기와 함께 이류체의 형태로 분사하여 적은 분사량으로 충분한 운동에너지를 가진 극성용매 입자를 용융방사 중인 필라멘트에 마찰시켜 높은 효율의 마찰대전 효과를 가질 수 있도록 대전처리 장치를 개발하였으며, 이러한 대전처리 장치는 적은 분사량으로 인하여 DCD(Die to collector distance) 구간내에서 가열된 공기에 의해 충분히 가열 증발되기 때문에 별도의 건조설비가 필요 없는 것이 그 특징이다. 이러한 특징으로 인하여 상기 대전처리 장치는 부직포 제조공정과 결합하여 연속 적층에 의해 부직포를 복합화할 수 있는 특징이 있다.
상기 멜트블로운 부직포를 대전처리하여 얻어진 부직포는 음전하와 양전하가 반영구적으로 존재하도록 지속적으로 분극된 상태가 되며 이러한 부직포를 일렉트렛(electret) 부직포라 한다.
상술한 바와 같이, 상기 공기 필터용 복합 부직포의 제조방법은 상기 자유 섬유 연속 대전 단계(S20-3)에서 분사된 상기 극성용매를 제거하기 위한 별도의 건조단계를 포함하지 않을 수 있다.
또한 상술한 바와 같이, 상기 자유 섬유 연속 대전 단계(S20-3)에서 연속적으로 분사된 상기 극성용매는 복합 부직포 제조장치의 DCD(Die to collector distance) 구간내에서 가열된 공기에 의해 연속적으로 가열되어 증발될 수 있다.
상기 공기 필터용 복합 부직포의 제조방법은 상기 스펀본드 부직포층 연속 형성단계(S10)와 동일한 방식으로 상기 멜트블로운 부직포층상에 또 다른 스펀본드 부직포층을 연속적으로 형성하는 단계(S30)를 더 포함할 수 있다.
상기 공기 필터용 복합 부직포의 제조방법은 상기 멜트블로운 부직포층 연속 형성단계(S20) 또는 상기 또 다른 스펀본드 부직포층 연속 형성단계(S30) 이후에 상기 멜트블로운 부직포층의 일면 또는 양면에 상기 각 스펀본드 부직포층을 연속적으로 열압착하는 단계(S40)를 더 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 공기 필터용 복합 부직포(10)를 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 구현예에 따른 공기 필터용 복합 부직포(10)는 제1 스펀본드 부직포층(11), 멜트블로운 부직포층(12) 및 제2 스펀본드 부직포층(13)을 포함한다.
또한, 상기 공기 필터용 복합 부직포의 제조방법을 변형함으로써 다양한 구조 및/또는 구성을 갖는 복합 부직포가 제조될 수 있다.
본 발명의 다른 측면은 상기 공기 필터용 복합 부직포를 포함하는 물품을 제공한다.
상기 물품은 공기 필터용 여재, 공기 필터 또는 공기 청정기일 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: 복합 부직포의 제조
도 2에 도시된 장치를 이용하여 하기와 같은 방법으로 복합 부직포를 제조하였다. 구체적으로, 제1 스펀본드층(S1)의 제조를 위해 고유점도(IV)가 0.650 dl/g이고 융점(Tm)이 256℃인 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 수지 및 고유점도(IV)가 0.650 dl/g이고 융점(Tm)이 220℃인 폴리(에틸렌 테레프탈레이트-co-이소프탈레이트)(CoPET) 수지로 섬도가 2.4데니어 수준으로 방사하였고, 멜트블로운층(M)의 제조를 위해 용융흐름지수(MFR)이 1300g/10min인 수지를 방사하되, 멜트블로운층(M)에는 힌더드 아민 광안정제인 Chimassorb 944를 0.5wt%의 비율로 첨가하여 섬도가 0.025데니어 수준으로 방사하였고, 제2 스펀본드층(S2)의 제조를 위해 상기 제1스펀본드층(S1)과 동일한 수지를 사용하되 구성 섬도가 11.5데니어 수준으로 방사하였으며, 상기 각 층들을 구동속도가 조절된 다공성의 컨베이어벨트에 랜덤하게 집적한 후 열풍을 이용하여 예비 열접착한 후 상기 예비 열접착된 필라멘트를 엠보싱 방식으로 추가 열접착함으로써 전체 평량이 120gsm인 SMS계 형태로 적층하여 복합 부직포를 제조하였다. 이때, 멜트블로운층(M)은 힌더드 아민 광안정제인 Chimassorb 944를 0.5wt%의 함량으로 함유하고 대전 처리된 후 스펀본드 부직포층들(S1, S2) 사이에 적층되며 이중 멜트블로운층(M)의 평량은 30gsm이었다.
실시예 2: 복합 부직포의 제조
제1 스펀본드층(S1)의 섬도를 1.3데니어 수준으로 방사하고, 멜트블로운층(M)의 섬도를 0.032데니어 수준으로 방사하고, 제2 스펀본드층(S2)의 섬도를 14.7데니어 수준으로 방사한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 복합 부직포를 제조하였다. SMS 복합 부직포 전체의 평량은 120gsm 이었으며, 멜트블로운층(M)의 평량은 30gsm이었다.
실시예 3: 복합 부직포의 제조
제1 스펀본드층(S1)의 섬도를 2.5데니어 수준으로 방사하고, 멜트블로운층(M)의 섬도를 0.025데니어 수준으로 방사하고, 제2 스펀본드층(S2)의 섬도를 11.5데니어 수준으로 방사한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 복합 부직포를 제조하였다. SMS 복합 부직포 전체의 평량은 120gsm 이었으며, 멜트블로운층(M)의 평량은 30gsm이었다.
실시예 4: 복합 부직포의 제조
제1 스펀본드층(S1)의 섬도를 3.0데니어 수준으로 방사하고, 멜트블로운층(M)의 섬도를 0.040데니어 수준으로 방사하고, 제2 스펀본드층(S2)의 섬도를 9.0데니어 수준으로 방사한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 복합 부직포를 제조하였다. SMS 복합 부직포 전체의 평량은 120gsm 이었으며, 멜트블로운층(M)의 평량은 30gsm이었다.
실시예 5: 복합 부직포의 제조
제1 스펀본드층(S1)의 섬도를 1.9데니어 수준으로 방사하고, 멜트블로운층(M)의 섬도를 0.020데니어 수준으로 방사하고, 제2 스펀본드층(S2)의 섬도를 14.0데니어 수준으로 방사한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 복합 부직포를 제조하였다. SMS 복합 부직포 전체의 평량은 120gsm 이었으며, 멜트블로운층(M)의 평량은 30gsm이었다.
비교예 1: 복합 부직포의 제조
제1 스펀본드층(S1)의 섬도를 0.8데니어 수준으로 방사하고, 멜트블로운층(M)의 섬도를 0.025데니어 수준으로 방사하고, 제2 스펀본드층(S2)의 섬도를 11.5데니어 수준으로 방사한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 복합 부직포를 제조하였다. SMS 복합 부직포 전체의 평량은 120gsm 이었으며, 멜트블로운층(M)의 평량은 30gsm이었다.
비교예 2: 복합 부직포의 제조
제1 스펀본드층(S1)의 섬도를 1.4데니어 수준으로 방사하고, 멜트블로운층(M)의 섬도를 0.012데니어 수준으로 방사하고, 제2 스펀본드층(S2)의 섬도를 5.5데니어 수준으로 방사한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 복합 부직포를 제조하였다. SMS 복합 부직포 전체의 평량은 120gsm 이었으며, 멜트블로운층(M)의 평량은 30gsm이었다.
비교예 3: 복합 부직포의 제조
제1 스펀본드층(S1)의 섬도를 3.8데니어 수준으로 방사하고, 멜트블로운층(M)의 섬도를 0.04데니어 수준으로 방사하고, 제2 스펀본드층(S2)의 섬도를 8.0데니어 수준으로 방사한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 복합 부직포를 제조하였다. SMS 복합 부직포 전체의 평량은 120gsm 이었으며, 멜트블로운층(M)의 평량은 30gsm이었다.
비교예 4: 복합 부직포의 제조
제1 스펀본드층(S1)의 섬도를 2.4데니어 수준으로 방사하고, 멜트블로운층(M)의 섬도를 0.025데니어 수준으로 방사하고, 제2 스펀본드층(S2)의 섬도를 18.8데니어 수준으로 방사한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 복합 부직포를 제조하였다. SMS 복합 부직포 전체의 평량은 120gsm 이었으며, 멜트블로운층(M)의 평량은 30gsm이었다.
상기 실시예 1~5 및 비교예 1~4에서 제조된 복합 부직포의 섬도 비율(S1/M) 및 섬도 비율(S2/M)을 정리하여 하기 표 1에 나타내었다.
섬도 비율 실시예 비교예
1 2 3 4 5 1 2 3 4
S1/M 96 40 100 75 95 32 117 95 96
S2/M 460 459 460 225 700 460 458 200 752
평가예: 복합 부직포의 물성 평가
상기 실시예 1~5 및 비교예 1~4에서 제조된 복합 부직포의 물성을 하기와 같은 방법으로 평가하여, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
(1) 필터 차압 및 입자 여과 효율: TSI Model 8130A장비를 활용하여 EN 143규격의 NaCl법으로 각 필터 원단에 대하여 3회씩 측정하여, 그 평균값을 필터 차압 및 입자 여과 효율로 기록하였다. 여기서, "필터 원단"은 복합 부직포를 의미한다.
(2) 필터 원단의 치수 변화율: KS K 0756의 일반 장섬유 부직포 시험법 중에서 5.9.1 건열치수 변화율 MD값만 측정하였다. 여기서, "필터 원단"은 복합 부직포를 의미한다.
(3) MD 인장강도: KS K 0756의 일반 장섬유 부직포 시험법에 따라 측정하였다.
(4) Ring crush 압축 강도 측정법: JIS P8126법에 따라 시험속도 10mpm의 조건하에서 15㎝ x 3㎝ 크기의 샘플을 내경 4.5㎝의 고리모양으로 만들고 시트가 겹치는 부분을 스테이플러로 고정시킨 후 압축 강도 시험을 진행하여 고리모양 시트를 누를 때 걸리는 하중값 측정하여 Ring crush 압축 강도로 기록하였다.
실시예 비교예
1 2 3 4 5 1 2 3 4
필터 차압
(mmH2O)		 13.56 14.13 13.33 13.31 14.87 16.21 17.56 15.25 13.22
필터 원단의 치수변화율(%) 0.5 미만 0.5 미만 0.5 미만 0.5 미만 0.5 미만 0.5 미만 0.5 미만 0.5 미만 2.40
입자 여과 효율
(%)		 99.63 99.41 99.62 99.59 99.41 99.51 99.61 99.34 99.48
MD 인장강도
(kgf/5cm)		 30 31 30 30 31 31 31 28 26
Ring crush 압축강도(N) 15 16 16 14 17 14 9 12 16
상기 표 2를 참조하면, 상기 실시예 1~5에서 제조된 복합 부직포는 필터 차압이 15mmH2O 미만으로 낮고, 필터 원단의 치수변화율도 0.5% 미만으로 낮고, 입자 여과 효율도 99% 이상으로 높고, MD 인장강도도 30kgf/5cm 이상으로 높고, Ring crush 압축강도도 14N 이상으로 높은 것으로 나타났다.
그러나, 비교예 1에서 제조된 복합 부직포는 필터 원단의 치수변화율이 0.5% 미만으로 낮고, 입자 여과 효율도 99% 이상으로 높고, MD 인장강도도 30kgf/5cm 이상으로 높고, Ring crush 압축강도도 14N 이상으로 높지만, 필터 차압이 15mmH2O를 초과하여 높은 것으로 나타났다.
또한, 비교예 2에서 제조된 복합 부직포는 필터 원단의 치수변화율이 0.5% 미만으로 낮고, 입자 여과 효율도 99% 이상으로 높고, MD 인장강도도 30kgf/5cm 이상으로 높지만, 필터 차압이 15mmH2O를 초과하여 높고, Ring crush 압축강도도 14N 미만으로 낮은 것으로 나타났다.
또한, 비교예 3에서 제조된 복합 부직포는 필터 원단의 치수변화율이 0.5% 미만으로 낮고, 입자 여과 효율도 99% 이상으로 높지만, 필터 차압이 15mmH2O를 초과하여 높고, MD 인장강도도 30kgf/5cm 미만으로 낮고, Ring crush 압축강도도 14N 미만으로 낮은 것으로 나타났다.
또한, 비교예 4에서 제조된 복합 부직포는 필터 차압이 15mmH2O 미만으로 낮고, 입자 여과 효율도 99% 이상으로 높고, Ring crush 압축강도도 14N 이상으로 높지만, 필터 원단의 치수변화율이 0.5%를 초과하여 높고, MD 인장강도도 30kgf/5cm 미만으로 낮은 것으로 나타났다.
본 발명은 도면 및 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 구현예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 공기 필터용 복합 부직포 11: 제1 스펀본드 부직포층
12: 멜트블로운 부직포층 13: 제2 스펀본드 부직포층

Claims (10)

  1. 2종 이상의 부직포가 하나의 장치에서 각각 연속공정으로 제조되어 서로 일체화된 공기 필터용 복합 부직포로서,
    제1 스펀본드 부직포층, 멜트블로운 부직포층 및 제2 스펀본드 부직포층을 포함하고,
    상기 멜트블로운 부직포층은 적어도 부분적으로 대전처리된 것이고,
    상기 제2 스펀본드 부직포층의 필라멘트 섬도(데니어)는 상기 제1 스펀본드 부직포층의 필라멘트 섬도(데니어) 보다 크고,
    상기 멜트블로운 부직포층의 필라멘트 섬도(데니어)에 대한 상기 제1 스펀본드 부직포층의 필라멘트 섬도(데니어)의 비율은 40~100이고,
    상기 멜트블로운 부직포층의 필라멘트 섬도(데니어)에 대한 상기 제2 스펀본드 부직포층의 필라멘트 섬도(데니어)의 비율은 225~700인 공기 필터용 복합 부직포.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스펀본드 부직포층의 필라멘트 섬도는 1~5데니어이고, 상기 멜트블로운 부직포층의 필라멘트 섬도는 0.01~0.16데니어이고, 상기 제2 스펀본드 부직포층의 필라멘트 섬도는 3~20데니어인 공기 필터용 복합 부직포.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스펀본드 부직포층의 기본 중량은 10~40g/m2이고, 상기 멜트블로운 부직포층의 기본 중량은 15~50g/m2이고, 상기 제2 스펀본드 부직포층의 기본 중량은 30~100g/m2인 공기 필터용 복합 부직포.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 공기 필터용 복합 부직포는 상기 제1 스펀본드 부직포층, 상기 멜트블로운 부직포층 및 상기 제2 스펀본드 부직포층을 이 순서대로 포함하는 공기 필터용 복합 부직포.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스펀본드 부직포층 및 상기 제2 스펀본드 부직포층은 각각 복수의 스펀본드 부직포 서브층을 포함하는 공기 필터용 복합 부직포.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 멜트블로운 부직포층은 적어도 하나의 대전처리된 멜트블로운 부직포 서브층 외에 적어도 하나의 대전처리되지 않은 멜트블로운 부직포 서브층을 더 포함하는 공기 필터용 복합 부직포.
  7. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 추가층을 더 포함하는 공기 필터용 복합 부직포.
  8. 제1항에 있어서,
    핫멜트 접착제를 비롯한 어떠한 접착제도 포함하지 않는 공기 필터용 복합 부직포.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 공기 필터용 복합 부직포를 포함하는 물품.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 물품은 공기 필터용 여재, 공기 필터 또는 공기 청정기인 물품.
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