KR20010049815A - 도전성 필터 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도전성 필터 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 전도성 필러와 수용성 수지를 포함하는 에멀젼액을 섬유에 도포시켜 전기 전도성을 가지는 도전성 필터 및 그의 제조방법을 제공한다. 본 발명의 도전성 필터는 섬유에 전도성 필러, 수용성 수지, 증점제, 발포제, 거품안정제, 계면활성제, 무기충진제 및 가교제를 혼합하여 수득한 에멀젼액을 코팅하는 제조방법에 의해 제조되어 건조한 먼지들 간의 정전기 발생 및 그로부터의 방전을 방지할 수 있다.

Description

도전성 필터 및 그의 제조방법{Electro-conductive filter and manufactur ing method of same}

본 발명은 도전성 필터 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기전도도가 높은 전도성 필러를 충진시켜 건조한 먼지들간의 정전기 발생 및 방전을 방지할 수 있는 도전성 필터 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

통상적으로 분지 즉 먼지의 여과를 위하여 필터가 많이 사용되고 있다. 필터는 합성섬유나 천연섬유 등의 섬유를 부직포로 가공함으로써 부직포 내의 섬유사이의 미세한 기공들에 의하여 공기는 투과시키고 먼지 등의 분진은 투과되지 못하도록 하여 공기로부터 먼지를 제거한다.

정부에서는 배출되는 공기에 함유된 잔류 분진량을 1996년에 50 mg/㎥으로 규제하던 것을 1998년 이후에는 30 mg/㎥ 이하로 규제할 것을 고시하고 있어 여과용 필터의 개발이 시급한 실정이다.

종래의 분진 여과는 대부분 기계적 여과에 의존하고 있어 분지의 여과에는 효과적으로 작용하고 있으나, 미세한 먼지들까지 제거할 수 있을 만한 여과능을 갖추지 못하고 있었다. 하지만 근래에 부직포의 섬유간의 공극을 활용하여 공기여과, 액체여과, 분진여과 등을 목적으로 하는 필터가 개발되고 있으며, 여과기능을 보다 정밀화시키고 다른 기능을 부가하여 복합 기능화하는 방향으로 기술개발이 활발히 진행되고 있다.

통상적으로 공기정화 수단으로 채용되는 것 중의 하나인 집진기용 백필터는 백필터 내부에 여과기능을 수행하는 긴 원형 또는 비원형의 백 형태를 가진 필터백이 중심부에 장착되어 있다. 이러한 필터백은 얼마나 미세한 먼지까지 포집하여 걸러낼 수가 있느냐가 중요한 관심사이기 때문에 현재 멤브레인, 발포코팅물, 극세섬유 라미네이팅물 등을 이용한 필터를 개발하고 있지만 여과포의 형태안정성이 떨어지고, 여과막이 쉽게 손상되며, 제조원가가 높아 상용화되고 있지 못한 실정이다. 특히 건조한 조건에서는 필터에 수집되는 먼지들간의 마찰 등에 의하여 정전기가 누적되었다가 일시에 방전되면서 쉽게 화재를 일으키는 경우가 발생하고 있어, 필터의 여과능이 향상되고 안정하며 쉽게 제조할 수 있는 필터의 개발이 절실히 요구되고 있다. 또한 여과기능을 포함하면서 포집된 먼지간의 정전기를 방지하여 화재위험을 최소화시킬 수 있는 기능성 필터의 개발 또한 요구된다.

따라서, 본 발명은 미세분진을 효과적으로 제거하고 포집된 먼지간의 정전기를 방지할 수 있는 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예 1의 도전성 필터 표면을 배율 100배로 하여 촬영한 전자현미경 사진이고,

도 2는 본 발명의 실시예 1의 도전성 필터 표면을 배율 400배로 하여 촬영한 전자현미경 사진이고,

도 3은 본 발명의 실시예 2의 도전성 필터의 표면을 배율 200배로 촬영한 전자현미경 사진이고,

도 4는 본 발명의 도전성 필터와 일반 필터의 분진집적 상태를 확인하기 위하여 사용한지 10 개월 지난 필터를 전자현미경으로 관찰한 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 섬유에 전기전도성 필러, 수용성 수지, 아크릴 코폴리머 증점제, 발포제, 거품안정제, 계면활성제, 무기충진제 및 가교제를 균일하게 혼합하여 수득된 에멀젼액을 공기로 블로잉 가공한 후 수득된 수지거품을 코팅하고, 건조시켜 제조하는 것을 특징으로 하는 도전성 필터를 제공한다.

또한 본 발명은

(a) 전기전도성 필러, 수용성수지, 아크릴 코폴리머 증점제, 발포제, 거품안정제, 계면활성제, 무기충진제 및 가교제를 균일하게 혼합하는 에멀젼액준비단계;

(b) 상기 에멀젼액을 거품발생기에 투입하고, 공기를 블로잉하여 수지거품을 발생시키는 수지거품준비단계;

(c) 상기에서 수득된 수지거품을 거품코팅기에 공급하고, 섬유표면에 거품상태를 유지하도록 코팅하는 수지거품코팅단계; 및

(d) 상기 거품코팅된 섬유를 90 내지 170 ℃의 온도범위에서 단계적으로 승온되도록 가열하여 건조시키는 열처리단계;

를 포함하는 도전성 필터의 제조방법을 제공한다.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명의 도전성 필터는 전기전도성 필러, 수용성 수지, 증점제, 발포제, 거품안정제, 계면활성제, 무기충진제 및 가교제를 균일하게 혼합하여 에멀젼액을 제조함으로써 발포제와 계면활성제 등의 작용에 의하여 수지거품이 잘 발생될 수 있도록 하고 발생된 수지거품은 거품안정제, 계면활성제 등의 작용에 의하여 그대로 유지되도록 한 후 상기 수지거품을 섬유에 코팅하고, 건조하여 이루어짐을 특징으로 한다.

상기 섬유는 날실과 씨실을 직각으로 교차시켜서 평면으로 짠 직포와 뜨거나 짜지 않고 만든 부직포가 바람직하고, 부직포가 가장 바람직하다.

본 발명의 전기전도성 필러는 전기전도도가 높은 물질로 섬유의 표면에 도포하여 상기 섬유에 전기 전도도를 부여 할 수 있는 물질이다. 본 발명의 전기전도성 필러는 카본분말, 흑연분말, 금속분말 및 금속선의 필라멘트 등이 바람직하며, 가장 바람직하게는 도전성 카본 분말이다. 본 발명의 에멀젼액는 전기전도성 필러를 5 중량% 내지 15 중량%로 포함하는 것이 바람직하며, 5 중량% 이하인 경우 전기 전도성이 떨어지고 15 중량% 이상인 경우 경제성이 떨어진다. 본 발명의 상기 에멀젼액은 전기전도성 필러를 10 중량% 내지 12 중량%로 포함하는 것이 가장 바람직하다.

본 발명의 상기 수용성 수지는 통상 물에 용해되거나 분산될 수 있는 합성수지로서 아크릴수지, 우레탄수지, 폴리테트라플루오로 에틸렌수지, 실리콘수지 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 저중합도의 합성수지로, 통상적으로 공급되는 수지를 사용하는 것이 바람직하고 더욱 바람직하게는 아크릴 수지 37 중량% 내지 43 중량%와 우레탄 수지 37 중량% 내지 43 중량%를 혼합하여 사용한다. 또한 본 발명의 에멀젼액은 수용성 수지를 60 중량% 내지 90 중량% 포함하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 에멀젼액에 포함하는 증점제는 수지거품이 섬유에 부착된 상태를 유지시키며 아크릴 코폴리머(copolymer)의 증점제가 바람직하다. 또한 본 발명의 에멀젼액은 증점제를 0.5 중량% 내지 2.5 중량% 포함하는 것이 바람직하며, 0.8 중량% 내지 2.0 중량%를 포함하는 것이 가장 바람직하다.

또한 본 발명의 에멀젼액에 포함하는 발포제는 계면활성제와 함께 섬유에 에멀젼액을 적용시킴에 있어서 도전성 필터 제조과정 중 수지거품 형성을 도우며, 발포제는 스테아린산 검화물이 바람직하고, 계면활성제는 탄소수 12 이상의 알킬술폰산 나트륨주제가 바람직하다. 또한 본 발명의 에멀젼액은 발포제를 0.5 중량% 내지 5 중량% 포함하는 것이 바람직하고, 계면활성제를 0.5 중량% 내지 1 중량% 포함하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 에멀젼액에 포함하는 거품안정제는 상기의 발포제와 계면활성제에 의한 수지거품의 유지제로서 작용하며, 거품안정제는 불소수지와 실리콘오일 바람직하고, 본 발명의 에멀젼액에 거품안정제가 0.5 중량% 내지 4 중량% 포함되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 에멀젼액은 상기 무기충진제로 수산화 알미늄 또는 탈크가 12 중량% 내지 15 중량% 포함하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 에멀젼액을 이루는 가교제는 섬유에 수지거품층의 거품의 표면경화를 일으키는 작용을 하여 도전성 필터의 기계적 성질을 강화시킨다. 가교제로는 멜라민(melamin)수지를 함유하는 가교제가 바람직하며, 본 발명의 에멀젼액에 0.2 중량% 내지 1 중량%으로 포함되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 에멀젼액은 0.5 중량 % 내지 3 중량%의 크랙방지제인 D-알킬 설퍼쑥시네이트(alkylsulfursuccinate) 또는 0.1 중량% 내지 0.15 중량%의 실리콘계의 방부제를 더욱 포함한다. 상기 크랙방지제는 본 발명의 도전성 필터를 보관, 사용하는데 있어서, 접힘에 의한 주름형성을 방지하여 필터의 손상을 방지하고, 상기 방부제는 필터의 부식을 방지한다.

또한 본 발명은 에멀젼액 조성물을 섬유에 코팅 처리하여 도전성 필터를 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명의 도전성 필터의 제조방법은 하기한 바이며, 도전성 필터의 제조방법에서 섬유는 부직포가 바람직하다. 본 발명의 도전성 필터 제조방법은 에멀젼액의 수지거품을 섬유에 거품코팅 후 경화시켜 섬유에 수지거품 구조에 의한 3차원적인 망상구조층을 형성시킴으로써 수지거품층 내에 형성된 다수의 기공들이 필터로 작용하여 미세분진들을 효과적으로 여과할 수 있다. 본 발명의 도전성 필터 제조방법을 상술하면 하기와 같다.

[도전성 필터 제조방법]

(1) 에멀젼액 준비단계 : 전기전도성 필러, 수용성 수지, 증점제, 발포제, 거품안정제, 계면활성제, 무기충전제 및 가교제를 균일하게 혼합한다.

(2) 수지거품 준비단계 : 상기 에멀젼액을 거품발생기에 투입하고, 공기를 블로잉하여 수지거품을 발생시킨다.

(3) 수지거품 코팅단계 : 상기에서 수득된 수지거품을 거품코팅기에 공급하고, 섬유의 표면에 거품상태를 유지하도록 코팅한다.

(4) 열처리단계 : 상기 거품 코팅된 섬유를 90 내지 170 ℃의 온도범위에서 단계적으로 승온되도록 가열하여 건조시킨다.

상기 에멀젼액 준비단계는 수지거품을 형성 할 수 있는 에멀젼액을 준비하는 단계로서 전기전도성 필러, 수용성 수지, 증점제, 발포제, 거품안정제, 계면활성제, 무기충진제 및 가교제를 균일하게 혼합하는 것으로 이루어진다.

상기 수지거품 준비단계에서는 수득된 상기 에멀젼액을 거품발생기에 투입하여 수지거품을 발생시키는 단계로서, 거품발생기는 수지베이스내로 공기를 불어넣어 공기가 수지베이스를 통하여 방출되면서 거품을 형성할 수 있는 구조를 갖는 통상의 것이다. 특히 상기 수지거품 준비단계에서는 수지베이스에 가해지는 공기의 공급속도에 의해 거품의 크기 및 양을 조절할 수 있으며, 본 발명에서는 공기가 분출되는 믹싱헤드에서의 공기 공급속도가 1 내지 3 ℓ/min 범위가 바람직하다. 상기 공기 공급속도가 1 ℓ/min 미만이 되는 경우 발생되는 거품의 크기가 매우 불균일할 뿐만 아니라 거품의 양이 상대적으로 감소하여 미세분진을 제거하는 효과가 저하되는 문제점이 있으며, 3 ℓ/min을 초과하는 경우 생성되는 거품의 크기가 너무 커지게 되어 이러한 수지거품층이 코팅된 섬유를 도전성 필터로 사용할 때 필터로서의 능력을 발휘할 수 없게 된다.

상기 수지거품 코팅단계에서는 상기 수지거품 준비단계에서 수득된 수지거품을 통상의 거품코팅기에 공급하고 섬유의 표면에 거품상태를 유지하도록 코팅하는 것으로 이루어지는 단계로서, 수득된 수지거품을 거품상이 그대로 유지되는 상태대로 섬유의 표면에 적용시켜 섬유 표면상에 수지거품이 망상구조(network structure)로 적층되도록 한다. 이 단계에서 사용되는 거품코팅기는 수지거품이 섬유의 표면에 0.1 내지 3 mm의 두께로 적층되도록 한다.

상기 열처리단계는 상기 거품코팅된 섬유를 90 내지 170 ℃의 온도범위에서 단계적으로 승온되도록 가열하여 건조시킨다. 상기 열처리단계를 통하여 수지거품층을 이루는 수지거품이 건조되고 경화되어 거품형상 그대로 단단하게 굳어져 다수의 균일한 기공이 형성된 수지거품층을 이루게 된다.

또한 본 발명의 도전성 필터 제조방법은 상기 도전성 필터 제조방법을 실시하기 전에 섬유 함침단계를 더욱 포함하는 것이 바람직하다. 섬유 함침단계를 포함하면 도전성 필터의 전도성과 내구성을 더욱 높일 수 있다. 상기 섬유 함침단계는 전기전도성 필러, 수용성 수지, 증점제, 가교제를 혼합한 혼합용액에 섬유를 함침가공한 후 140 내지 170 ℃에서 20분간 가열 건조시켜 이루어진다.

또한 본 발명의 도전성 필터는 상기 에멀젼액에 크랙방지제 또는 실리콘계의 방부제를 더욱 포함시켜 제조할 수 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

통상적으로 공급되는 아크릴 에멀젼과 우레탄 에멀젼이 1 : 1 로 혼합된 72.8 중량%의 수용성 수지와 10 중량%의 카본분발의 전기전도성 필러, 1 중량%의 아크릴 코폴리머 증점제, 2 중량%의 스테아린산 검화물로된 발포제, 2.5 중량%의 불소수지와 실리콘 오일(3:1)계로된 거품안정제, 0.7 중량%의 암모늄 라우릴 설페이트의 계면활성제, 무기충진제로서의 10 중량%의 분말상의 탈크, 및 1 중량%의 멜라민 수지를 함유하는 가교제를 균질하게 혼합하여 에멀젼액을 준비한 후, 이를 통상의 거품발생기에서 2 L/min의 속도로 공기를 정량적으로 공급하면서 혼합속도 300 내지 500 rpm, 거품발생비율(blow rate) 2 : 1 내지 5 : 1로 조절하여 거품안정성을 유지시키면서 미세한 수지거품을 발생시켰다. 수득된 수지거품은 통상의 거품코팅기에 공급하고, 상기 수지거품이 거품의 적용속도를 조절하는 스크류 사이를 통과하도록 하여 스크류의 회전속도를 20 내지 100 rpm으로 조절하면서 수지거품이 분사되는 분사노즐을 두께 1 mm의 300 내지 600 g/m²의 부직포의 표면에 근접시킨 다음 4.5 내지 15 m/min의 속도로 이송되는 부직포의 표면에 수지거품을 분사하여 부직포의 표면에 수지거품이 2 mm의 두께로 코팅되도록 코팅하였다.

수지거품이 코팅된 부직포는 예열된 건조로에 투입하고, 90 내지 170 ℃의 온도범위 이내에서 서서히 승온되도록 가온하여 수지거품을 건조시켰다. 수득된 집진필터의 표면을 전자현미경으로 촬영하여 도 1 내지 도 4에 에 나타내었다. 전자현미경으로 촬영한 배율은 도 1은 배율 100배, 도 2는 배율 400배이고, 전자 현미경 사진에 나타난 도전성 필터의 평균 기공의 크기는 14 um로 균일한 크기의 미세기공이 형성되었음을 알 수 있었다.

[실시예 2]

수용성 수지를 아크릴에멀젼과 우레탄 에멸젼의 혼합물 대신 폴리테트라플루오로에틸렌 에멀젼과 폴리테트라플루오로에틸렌 파우더를 중량비 1: 1로 고속분사하여 에멀젼을 제조하였고, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 도전성 필터를 제조하였다. 수득된 도전성 필터의 표면을 전자현미경으로 배율 200배로 촬영하여 도 3 에 나타내었다. 도 3의 전자현미경 사진에 나타난 도전성 필터의 경우 기공크기가 25 um으로 형성되었다.

[실험예]

상기 실시예들에서 수득된 도전성 필터를 이용하여 미세분진 효과와 전도성 효과를 실험하였다.

KIRE 형 데두스터 분석기(Type deduster test)를 이용한 실험결과 5 um 크기의 분진 여과효율이 99.9 %였다.

도 4는 도전성 필터와 일반 필터의 분진집적 상태를 확인하기 위하여 사용한지 10 개월 지난 필터를 관찰한 것으로, (가) 패널은 전도성 필터를 (나) 패널은 일반 필터를 관찰한 사진이다. 또한 (1)은 표면을, (2)는 단면을, (3)은 이면을 관찰한 사진으로 일반 필터의 경우 필터의 단면과 이면에 분진이 심하게 집적되어 있어서 점차로 여과효율이 감소됨을 알 수 있었고, 반면에 본 발명의 도전성 필터는 관찰 결과 단면과 이면에 분진이 거의 발견되지 않는 것으로 보아 분진의 집적없이 여과효율이 그대로 유지되고 있음을 알 수 있었다.

또한 본 발명의 도전성 필터에 대한 전도성 효과는 표면저항 측정기를 이용하여 실시하였고, 그 결과 표면저항이 1 X 10⁶Ω/cm 로 나타나 하기 표 1에 기재되어진 한국화재보험협회 기준 KFS440에 의해 완전 도체로 구분되었다. 따라서 도전성 카본이 포함된 도전성 필터로 분진으로 인한 정전기의 발생 및 축적을 미연에 방지할 수 있다.

[표 1]

표면저항(Ω)	104105106107108	1091010	10111012101310141015
구분	비대전성 물체	중간영역	대전성 물체
전하제거	가능	불완전 가능	불가능

상기에 언급한 바와 같이, 본 발명의 도전성 필터는 수지거품에서의 거품의 크기 및 안정성을 조절하는 것에 의하여 미세분진을 효과적으로 제거하면서도 높은 전기 전도성을 가져 건조한 먼지들 간의 정전기 발생, 방전 및 그로 인한 화재의 위험을 방지 할 수 있다.

Claims (9)

1. 섬유에 전기전도성 필러, 수용성 수지, 아크릴 코폴리머 증점제, 발포제, 거품안정제, 계면활성제, 무기충진제 및 가교제를 균일하게 혼합하여 수득된 에멀젼액을 공기로 블로잉 가공한 후 수득된 수지거품을 코팅하고, 건조시켜 제조하는 것을 특징으로 하는 도전성 필터.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 에멀젼액은 5 중량% 내지 15 중량%의 전기전도성 필러, 60 중량% 내지 90 중량%의 수용성 수지, 0.5 중량% 내지 2.5 중량%의 증점제, 0.5 중량% 내지 5 중량%의 발포제, 0.5 중량% 내지 4 중량%의 거품안정제, 0.1 중량% 내지 1 중량%의 계면활성제, 5 중량% 내지 20 중량%의 무기충진제, 및 0.2 중량% 내지 1 중량%의 가교제를 포함하는 것을 특징으로 하는 도전성 필터.
3. 제 1항에 있어서, 상기 에멀젼액은 0.5 중량 % 내지 3 중량%의 크랙방지제 또는 0.1 중량% 내지 0.15 중량%의 실리콘계의 방부제를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 도전성 필터.
4. 제 1항에 있어서, 상기 전기전도성 필러는 카본분말, 흑연분말, 금속분말 및 금속선의 필라멘트로 이루어지는 군으로부터 선택하는 것을 특징으로 하는 도전성 필터.
5. (a) 전도성 필러, 수용성수지, 아크릴 코폴리머 증점제, 발포제, 거품안정제, 계면활성제, 무기충진제 및 가교제를 균일하게 혼합하는 에멀젼액준비단계;

   (b) 상기 에멀젼액을 거품발생기에 투입하고, 공기를 블로잉하여 수지거품을 발생시키는 수지거품준비단계;

   (c) 상기에서 수득된 수지거품을 거품코팅기에 공급하고, 섬유표면에 거품상태를 유지하도록 코팅하는 수지거품코팅단계; 및

   (d) 상기 거품코팅된 섬유를 90 내지 170 ℃의 온도범위에서 단계적으로 승온되도록 가열하여 건조시키는 열처리단계;

   를 포함하는 도전성 필터의 제조방법.
6. 제 5항에 있어서, 상기 에멀젼액이 크랙방지제 또는 방부제를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 도전성 필터의 제조방법.
7. 제 5항에 있어서 상기 섬유는 부직포인 것을 특징으로 하는 도전성 필터의 제조방법.
8. 제 5항에 있어서, 상기 수지거품 준비단계에서 공기 공급속도가 1 내지 3 ℓ/min이 범위 이내로 되도록 하여 수지베이스에 공기를 공급하는 것으로 이루어짐을 특징으로 하는 도전성 필터의 제조방법.
9. 제 5항에 있어서, 상기 코팅단계에서 에멀젼액이 섬유에 0.1 내지 3 mm의 두께로 적층되도록 코팅됨을 특징으로 하는 도전성 필터의 제조방법.