KR20010049986A - 고유전율 부직포 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고유전율 부직포 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 (a) 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF : poly vinylidene fluoride)와 폴리프로필렌 (PP : polypropylene)을 혼합방사하여 섬유를 제조하는 섬유제조단계, (b) 상기 섬유제조단계에서 제조된 섬유를 분극처리하여 유전율을 향상시키는 분극처리단계 및 (c) 상기 분극처리단계에서 유전율이 향상된 섬유로 부직포를 제조하는 부직포제조단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고유전율 부직포 제조방법과 상기 방법에 의하여 제조된 부직포에 관한 것이다. 본 발명의 고유전율 부직포는 종래의 유전성을 띠는 부직포에 비하여 정전기 보유력이 매우 향상되어, 본 발명의 부직포를 정전필터 또는 정전걸레에 적용할 경우 미세입자 및 이온성 물질에 대한 여과능력이 우수하고, 수명이 긴 정전필터를 제조할 수 있으며, 정전기 보유력이 높고 수명이 긴 정전걸레를 제조할 수 있다.

Description

고유전율 부직포 및 그 제조방법{HIGH ELECTRIC NON-WOVEN FABRICS AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME}
[발명이 속하는 기술분야]
본 발명은 고유전율 부직포 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래의 유전성을 띠는 부직포에 비하여 정전기 보유력이 매우 향상되어 정전필터 또는 정전걸레에 적용할 경우 미세입자 및 이온성 물질에 대한 여과능력이 우수하고, 수명이 긴 정전필터를 제조할 수 있으며, 정전기 보유력이 높고 수명이 긴 정전걸레를 제조할 수 있는 고유전율 부직포 및 그 제조방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은 상기 부직포를 이용하여 제조한 정전필터 및 정전걸레에 관한 것이기도 한다.
[종래기술]
부직포는 실의 매체를 거치지 않고 섬유로부터 직접 만들어지는 천이다. 부직포는 다양한 분야에 걸쳐 사용되고 있으며, 부직포의 특성은 사용 섬유의 종류, 밀도, 본딩 재료 등의 요소에 의하여 결정된다.
부직포는 분진 즉 먼지의 여과를 위해서 필터로 적용될 수 있다. 필터는 합성섬유나 천연섬유 등의 섬유를 부직포로 가공하여 부직포 중의 섬유사이의 미세한 기공들에 의하여 공기는 투과되면서 먼지 등의 분진은 투과되지 못하도록 하여 공기로부터 먼지를 제거하는 역할을 한다.
필터는 여과능이 우선적으로 고려되어야 한다. 특히 종래의 필터 및 방진마스크들은 주로 기계적 여과(Mechanical filtering)에 주로 의존하였다. 근래에 들어 미세한 입자의 분진 및 이온성 물질 등을 여과할 목적으로 정전필터에 대한 연구가 많이 연구되고 있으나 필터가 전하를 띠는 정전기 보유기간이 매우 짧아 실용적이지 못한 문제점이 있었다.
정전기 보유력을 향상시킬 목적으로 미국특허 제 5,645,627호에서는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리비닐 클로라이드 및 폴리메틸 메타아크릴레이트를 포함하는 중합체로 제조한 섬유에 전하를 집어넣는 방법을 사용하였으나 만족할만한 정전기 보유력의 향상은 이루지 못하였다.
따라서 필터의 여과능이 우수하면서도 정전기 보유력이 우수한 정전필터에 적용될 수 있는 부직포에 대한 개발은 여전히 요구되고 있는 실정이다.
또한 부직포는 청소도구인 정전걸레(sweeper)를 제조하는 것에도 적용될 수 있다. 특히 컴퓨터나 TV 브라운관의 분진 등 미세물질의 청소를 위해서는 정전걸레가 정전기를 띠는 것이 좋다. 그러나 현재 시판되고 있는 정전걸레는 유전율이 낮거나 또는 정전기 보유기간이 짧은 문제점이 있으며, 정전걸레를 한번 세척한 후에 재사용시 분진의 포집률이 현저히 감소하는 문제점이 있었다. 그에 따라 고유전율을 가지며, 정전기 보유력이 좋으며, 세탁 후 재사용시에도 분진포집 성능의 감소가 적은 정전걸레의 필요성은 여전히 존재하고 있다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 고유전율을 가지며, 정전기 보유기간이 긴 부직포를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 상기 부직포를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 상기 부직포를 이용하여 여과능, 특히 미세입자 크기의 분진 및 이온성 물질 등에 대한 여과능이 우수하면서도 정전기 보유력이 높아서 필터로서의 기능을 오랫동안 지속시킬 수 있는 고유전율 정전필터 및 정전기 보유력이 높은 정전걸레를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 (a) 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF : poly vinylidene fluoride)와 폴리프로필렌(PP : polypropylene)을 혼합방사하여 섬유를 제조하는 섬유제조단계, (b) 상기 섬유제조단계에서 제조된 섬유를 분극처리하여 유전율을 향상시키는 분극처리단계 및 (c) 상기 분극처리단계에서 유전율이 향상된 섬유로 부직포를 제조하는 부직포제조단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고유전율 부직포 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 고유전율 부직포 제조방법에 의하여 제조된 부직포를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 고유전율 부직포로 제조한 정전필터를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 고유전율 부직포로 제조한 정전걸레(sweeper)를 제공한다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명자는 정전기 보유력이 우수한 부직포를 제조하기 위하여 연구하던 중 섬유재료로서 압전성이 우수한 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF; Polyvinylidene fluoride)와 폴리프로필렌(PP; Polypropylene)을 원료로 섬유를 제조하고, 상기 섬유에 정전기를 부여한 후 부직포로 제조할 경우 종래 부직포에 비하여 현저히 향상된 정전기 보유력을 갖게 됨을 발견하고 본 발명은 완성하게 되었다.
본 발명의 고유전율 부직포 제조방법은 (a) 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF : poly vinylidene fluoride)와 폴리프로필렌(PP : polypropylene)을 혼합방사하여 섬유를 제조하는 섬유제조단계, (b) 상기 섬유제조단계에서 제조된 섬유를 분극처리하여 유전율을 향상시키는 분극처리단계 및 (c) 상기 분극처리단계에서 유전율이 향상된 섬유로 부직포를 제조하는 부직포제조단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 섬유제조단계에서는 통상의 섬유방법에 따라 부직포에 사용되는 섬유를 제조하되, 폴리비닐리덴플루오라이드와 폴리프로필렌을 혼합방사하는 것을 특징으로 한다.
여기에서 폴리비닐리덴플루오라이드의 함량은 1 내지 20 중량%, 폴리프로필렌의 함량은 99 내지 80 중량%인 것이 좋다. 바람직하게는 상기 폴리비닐리덴플루오라이드의 함량이 8 내지 12 중량%, 가장 바람직하게는 10 중량% 폴리비닐리덴플루오라이드인 것이 좋다. 폴리비닐리덴플루오라이드의 함량 1 내지 20 중량% 범위에서 폴리비닐리덴플루오라이드 함량의 증가에 따라 정전필터의 여과효율이 점차로 증가되며, 그 함량이 10 중량%에 이르면 정전필터의 여과효율은 거의 100 %에 이르게 된다.
제조되는 섬유의 두께는 5 내지 20 ㎛, 바람직하게는 10 내지 14 ㎛인 것이 좋다. 섬유의 두께가 증가함에 따라 정전필터의 여과 효율은 감소하며, 상기 범위내의 두께에서 정전필터의 여과 효율이 높다.
상기 분극처리단계에서는 상기 제조된 섬유를 분극처리하여 유전율을 향상시킨다. 폴리비닐리덴플루오라이드는 α형태와 β형태가 있으며, 전하성이 높은 것은 β형태이다. 본 단계에서 섬유에 포함되어 있는 폴리비닐리덴플루오라이드의 α형태는 β형태로 바뀌어 높은 전하성을 띠게 된다.
상기 분극처리는 섬유를 감기/풀기/되감기 등을 반복하면서 전자빔이 차례로 적용되도록 주사(scanning)하여 주사된 부위에서 고하전의 전자빔의 충격으로 부직포를 구성하는 고유전율 섬유의 분자내 전자분포를 분극(Polarization)시킨다. 이는 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 용이하게 이해될 수 있는 것이다.
상기 부직포 제조단계에서는 상기 분극처리단계에서 제조된 유전율이 향상된 섬유로 부직포를 제조한다. 상기 유전율이 향상된 섬유를 단독으로 또는 다른 일반섬유들과 함께 통상의 부직포 제조방법에 따라 부직포로 제조할 수 있으며, 특히 필터용으로 사용하기에 적절한 구조를 갖는 부직포를 수득할 수 있다. 부직포 제조에는 통상적으로 부직포의 제조에 사용되는 방법들이 모두 적용될 수 있으나 니들펀칭의 방법이 바람직하다. 또한 본 발명에서 유전율이 향상된 섬유에 다른 일반섬유들을 혼합할 경우 다른 일반섬유들의 혼합비는 분극처리하여 유전율이 향상된 섬유 100 중량부에 대하여 일반섬유 200 중량부 이하를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 일반섬유들의 양이 200 중량부를 초과할 경우에는 제조되는 부직포의 정전기 보유력이 떨어져 바람직하지 않다.
상기 부직포 제조단계에서 섬유의 밀도는 특별히 제한을 받지 않으나, 바람직하게는 정전필터의 여과능력과 경제성을 고려하여 볼 때 30 내지 600 g/m2인 것이 좋으며, 더욱 바람직하게는 100 내지 300 g/m2이며, 더더욱 바람직하게는 250 내지 300 g/m2인 것이 좋다.
또한 본 발명의 고유전율 부직포 제조방법은 상기 부직포 제조단계 이후에 부직포 제조단계에서 제조된 부직포를 플라즈마 처리, 코로나(corona)방전, 및 이온빔 처리로 이루어진 군으로부터 선택한 처리단계를 더욱 포함할 수 있다. 상기 플라스마 처리는 산소 분위기하에서 100 KW, 0.1 토르(Torr)로 통상적인 방법을 실시하는 것이 바람직하다. 또한 상기 부직포 제조단계 이후에 부직포 제조단계에서 제조된 부직포에 더욱 실시 할 수 있는 코로나 방전 또는 이온빔 처리는 통상의 방법으로 실시한다. 이러한 플라스마 처리, 코로나 방전 또는 이온빔 처리에 의하여 섬유의 동일 중량 대비 정전기력이 20 내지 50 % 상승시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 고유전율 부직포 제조방법은 항균처리단계를 더욱 포함할 수 있다. 상기 항균처리에는 통상적인 항균처리방법이 적용될 수 있으며, 그 예로는 폴리비닐리덴플루오라이드와 폴리프로필렌을 혼합방사하여 섬유를 제조할 때에 적정량의 무기항균제를 혼합하여 방사하는 방법을 적용할 수 있다.
또한 본 발명은 상기 방법에 의하여 제조된 고유전율 부직포를 제공하는 바, 본 발명에 의하여 제조된 고유전율 부직포는 정전기력이 높고, 정전기 보유기간이 장기간 유지되는 특징이 있다. 본 발명에 의하여 제조된 부직포(하기 실시예 1)의 유전상수를 측정하여 본 결과 3.59라는 우수한 값을 나타내었다. 상기 유전상수의 측정은 일정한 거리의 평행판 사이에 측정대상인 부직포를 넣고 전압을 변화시켜 가면서 힘의 변화를 측정하였다. 상기 측정은 고려대학교 전자재료 연구실에서 측정하였으며, 유전상수의 계산은 하기 계산식 1을 이용하여 계산한 것이다.
[계산식 1]
E = E0/K
상기 계산식 1에서 E는 유전체가 있을 때의 전기장을 나타낸 것이며, E0는 유전체가 없을 때의 전기장을 나타낸 것이며, K는 유전상수를 나타낸 것이다.
또한 본 발명은 상기 부직포로 제조한 정전필터를 제공한다. 상기 부직포 정전필터를 제조하는 방법은 통상적으로 부직포로 필터를 제조하는 필터제조방법들이 적용되며, 본 발명의 정전필터는 특히 방진마스크, 공기필터 또는 진공청소기 등에 정전필터로 적용되는 것이 바람직하다. 본 발명의 정전필터는 정전기력이 우수하여 이온성 물질 및 미세분진의 여과에 대하여 종래의 필터에 비하여 현저하게 향상된 여과효율을 나타내며, 정전기 보유기간이 길어 종래의 정전필터가 몇 번 사용하면 정전기력이 초기에 비하여 현격히 떨어지는 문제점이 있었으나 본 발명의 정전필터는 수십 회 사용하여도 정전기력이 초기 수준과 비슷한 수준으로 유지된다.
또한 본 발명은 상기 고유전율 부직포로 제조한 정전걸레를 제공한다. 상기 정전걸레는 상기 부직포를 적당한 크기로 재단하는 등의 통상의 방법을 통하여 제조된다. 본 발명의 정전걸레는 높은 정전기력을 갖기 때문에 청소효율이 우수하며, 정전기 보유기간이 길어 수명이 종래의 정전걸레에 비하여 현저하게 향상되는 특징이 있으며, 세탁 후에도 정전기 보유력이 우수하여 재사용 하더라도 분진포집 성능이 거의 초기와 같은 장점이 있다.
이하 본 발명의 실시예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
폴리비닐리덴플루오라이드 10 중량%와 폴리프로필렌 90 중량%를 혼합방사하여 10 ㎛ 굵기의 섬유를 수득하고, 상기 섬유에 감기/풀기/되감기 등을 반복하면서 전자빔을 주사하는 분극처리를 통하여 유전율이 향상된 섬유를 제조하였다. 상기 유전율이 향상된 섬유를 250 g/m2되도록 밀도를 조절하면서 니들펀칭에 의한 방법으로 고유전율 부직포로 제조하였다.
[실시예 2]
폴리비닐리덴플루오라이드 5 중량%와 폴리프로필렌 95 중량%를 혼합방사하여 고유전율 섬유를 수득하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 본 발명에 따른 고유전율 부직포를 제조하였다.
[실시예 3]
폴리비닐리덴플루오라이드 15 중량%와 폴리프로필렌 85 중량%를 혼합방사하여 고유전율 섬유를 수득하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 본 발명에 따른 고유전율 부직포를 제조하였다.
[실시예 4]
폴리비닐리덴플루오라이드 10 중량%와 폴리프로필렌 90 중량%를 혼합방사하여 5 ㎛ 굵기의 섬유를 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 부직포를 제조하였다.
[실시예 5]
폴리비닐리덴플루오라이드 10 중량%와 폴리프로필렌 90 중량%를 혼합방사하여 15 ㎛ 굵기의 섬유를 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 부직포를 제조하였다.
[실시예 6]
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되 부직포의 섬유 밀도가 100 g/m2가 되도록 하여 고유전율 부직포를 제조하였다.
[실시예 7]
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되 부직포의 섬유 밀도가 300 g/m2가 되도록 하여 고유전율 부직포를 제조하였다.
[실시예 8]
폴리비닐리덴플루오라이드 10 중량%와 폴리프로필렌 90 중량%를 혼합방사하여 10 ㎛ 굵기의 섬유를 수득하고, 상기 섬유에 감기/풀기/되감기 등을 반복하면서 전자빔을 주사하는 분극처리를 통하여 유전율이 향상된 섬유를 제조하였다. 상기 유전율이 향상된 섬유 100 중량부에 대하여 일반 나이론 섬유 100 중량부 혼합하여 250 g/m2되도록 밀도를 조절하면서 니들펀칭에 의한 방법으로 고유전율 부직포로 제조하였다.
[실시예 9]
상기 실시예 6의 부직포를 산소분위기에서 100 KW, 0.1 토르(torr)상으로 플라즈마 처리하는 단계를 실시하여 고유전율 부직포를 제조하였다.
[비교예 1]
폴리프로필렌만으로 섬유를 제조하고, 상기 섬유로 부직포를 제조하였으며, 분극처리 및 부직포 제조방법을 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하였다.
[실험 1]
본 발명에 의하여 제조된 고유전율 부직포의 이온성물질의 여과능력을 테스트하기 위하여 NaCl 에어로졸(aerosol)시험법에 따라 여과시험을 하였다.
NaCl 에어로졸 시험법은 1 %의 염화나트륨(NaCl)용액을 가압, 승온하여 0.3 ㎛ 정도의 입경을 갖는 에어로졸(aerosol)형태로 공기 중에 분산시킨 후, 이를 시험할 필터를 유동 속력 34 L/min으로 통과하도록 하여 통과 후의 공기 중에 잔존하는 염화나트륨의 양을 측정하는 방법으로 상기 방법으로 실시하여 여과율을 백분율(%)로 나타내었다. 본 실험은 상기 실시예 1, 실시예 6, 실시예 9와 비교예 1의 부직포를 대상으로 여과율을 측정하였다. 상기 실험의 결과 본 발명에 따른 실시예 1의 부직포의 경우에는 여과율이 99.7 %이었으며, 실시예 6의 부직포는 여과율이 70 %, 실시예 9의 부직포는 여과율이 99.0%, 비교예 1의 부직포의 경우에는 거의 0 %에 육박할 정도로 여과성능을 보이지 못하였다. 상기 실험의 결과는 본 발명에 따른 부직포가 이온성물질에 대하여 매우 우수한 여과효율을 가지는 것을 보여주며, 또한 플라즈마처리를 할 경우 여과 성능이 더욱 우수해짐을 알 수 있다.
[실험 2]
본 발명에 따른 부직포의 정전걸레로서의 성능을 테스트하기 위하여 상기 실시예 1과 비교예 1로 컴퓨터 모니터의 먼지를 닦아 보았다. 본 발명에 따른 실시예 1의 부직포가 비교예 1의 부직포에 비하여 훨씬 잘 닦였다. 또한 1회 사용 후 상기 실시예 1과 비교예 1의 부직포들을 물로 세척한 후 건조시켜 정전걸레로서 재사용할 수 있는지를 알아보았다. 본 발명에 따른 실시예 1의 부직포는 처음 사용할 때와 유사한 정도로 컴퓨터 모니터의 먼지가 잘 닦였으나, 비교예 1의 부직포는 먼지가 거의 닦이지 않아 재사용시 분진포집 성능이 현저히 떨어짐을 나타냈다. 본 실험의 결과는 본 발명에 따른 부직포를 정전걸레로 사용할 경우 종래의 정전걸레에 비하여 분진포집 성능이 우수하며, 세탁 후 재사용시에도 성능이 거의 초기 수준으로 유지됨으로써 수명이 종래의 정전걸레에 비하여 현저히 향상되었음을 나타낸다.
상기에서 살펴보는 바와 같이 본 발명에 의하여 제조된 고유전율 부직포는 종래의 부직포에 비하여 정전기 보유력이 우수하여 부직포를 정전필터에 적용할 경우 이온성 물질에 대한 여과 효율이 종래의 필터에 비하여 현저히 우수하며, 필터로서의 기능도 오랫동안 지속됨을 알 수 있다. 또한 본 발명에 의한 부직포를 정전걸레로 적용할 경우에도 정전기 보유력이 우수하여 청소기능이 우수하며, 수명이 현저히 연장되는 장점이 있다.

Claims (9)

  1. (a) 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF : poly vinylidene fluoride)와 폴리프로필렌(PP : polypropylene)을 혼합방사하여 섬유를 제조하는 섬유제조단계;
    (b) 상기 섬유제조단계에서 제조된 섬유를 분극처리하여 유전율을 향상시키는 분극처리단계; 및
    (c) 상기 분극처리단계에서 유전율이 향상된 섬유로 부직포를 제조하는 부직포제조단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 고유전율 부직포의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 섬유제조단계에서 상기 폴리비닐리덴플루오라이드의 함량이 1 내지 20 중량%이고, 상기 폴리프로필렌의 양이 99 내지 80 중량%인 것을 특징으로 하는 고유전율 부직포의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 섬유제조단계에서 제조되는 섬유의 두께가 5 내지 20 ㎛인 것을 특징으로 하는 고유전율 부직포의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 부직포 제조단계에서 제조되는 고유전율 부직포의 밀도는 30 내지 600 g/m2인 것을 특징으로 하는 고유전율 부직포의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 부직포 제조단계 이후에 부직포 제조단계에서 제조된 부직포를 플라즈마 처리, 코로나(corona)방전 및 이온빔 처리로 이루어진 군으로부터 선택한 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 고유전율 부직포의 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 섬유제조단계의 혼합방사시에 무기항균제를 첨가하여 방사하는 것을 특징으로 하는 고유전율 부직포의 제조방법.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 의하여 제조된 고유전율 부직포.
  8. 제 7항의 부직포를 이용하여 제조한 정전필터.
  9. 제 7항의 부직포를 이용하여 제조한 정전걸레.
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