KR20010086192A - Process for Preparing an Electret Filter - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 정전필터의 제조방법에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 본 발명은 장섬유로 이루어진 정전부직포를 신장시킨 다음, 초음파융착에 의하여 엠보스가공하여 정전필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing an electrostatic filter. More specifically, the present invention relates to a method for producing an electrostatic filter by stretching the electrostatic nonwoven fabric made of long fibers and then embossing by ultrasonic welding.
부직포를 이용한 정전필터는 공기청정기, 청소기, OM기기, 공조용 기기 등에사용되며, 그 수요가 계속적으로 증가하고 있는 바, 포집효율이 높으면서도 압력손실이 적은 정전필터에 개발이 계속되고 있다. 종래에 있어서, 정전필터를 제조하는 방법으로는 폴리프로필렌, 나일론, 폴리에스테르와 같은 섬유용 수지를 미세섬유로 용융방사하여 부직포 상으로 제조한 후 정전처리를 하여 정전필터를 제조하는 방법이 잘 알려져 있으나, 이러한 방법에 의하여 제조된 정전필터는 압력손실을 피할 수 없다는 문제점이 있다.Electrostatic filters using non-woven fabrics are used in air purifiers, vacuum cleaners, OM equipment, air conditioning equipment, etc., and the demand continues to increase, and the development of electrostatic filters with high collection efficiency and low pressure loss continues. In the related art, as a method of manufacturing an electrostatic filter, a method of manufacturing an electrostatic filter by melt spinning a resin for fibers such as polypropylene, nylon, and polyester with fine fibers to produce a nonwoven fabric and then performing an electrostatic treatment is well known. However, the electrostatic filter manufactured by this method has a problem in that pressure loss cannot be avoided.
한편, 일본특허공보 (소)56-47299에는 정전화 공정을 거쳐 대전된 필름을 작게 섬유상으로 분할(split)하여 니들펀칭의 방법으로 부직포 상으로 제조하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법은 종래의 방법에서 문제점으로 지적되었던 압력손실은 최소화 시킬 수 있다는 장점은 있으나, 이 방법에 의한 정전필터는 각 섬유가 연속된 것이 아니고 단섬유상으로 서로 2차적인 교락에 의해 단지 물리적으로 결합되어 있기 때문에 용착가공, 플리트(pleat)가공 등의 공정에서 작은 섬유가 부직포에서 탈락되거나 필터사용시 비산되는 등의 문제점이 있다.On the other hand, Japanese Patent Application Laid-open No. 56-47299 discloses a method of splitting a charged film through an electrostatic process into small fibers to produce a nonwoven fabric by needle punching. This method has the advantage of minimizing the pressure loss, which has been pointed out as a problem in the conventional method, but the electrostatic filter by this method is not physically contiguous, but only physically coupled by secondary entanglement with each other in the form of single fiber. Therefore, in the process of welding, pleat processing, etc., there is a problem that small fibers are dropped from the nonwoven fabric or scattered when the filter is used.
따라서, 이상의 선행기술에서 문제시되는 압력손실을 최소화 하면서도 부직포의 단락 및 비산을 최소화할 수 있는 정전필터의 제조방법을 개발할 필요성이 끊임없이 계속되었다.Therefore, the necessity of developing a method of manufacturing an electrostatic filter capable of minimizing short-circuit and scattering of the nonwoven fabric while minimizing pressure loss, which is a problem in the prior art, has been continuously.
이에, 본 발명자들은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하고자 예의 노력한 결과, 장섬유로 이루어진 정전부직포를 신장시킨 다음, 이를 초음파융착에 의하여엠보스가공을 하면 압력손실이 적고 섬유의 비산이 없는 정전필터를 제조할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.Accordingly, the present inventors have made an effort to solve the above-mentioned problems of the prior art, and as a result of stretching the electrostatic nonwoven fabric made of long fibers, and then embossing it by ultrasonic welding, the pressure loss is less and the electrostatic filter does not scatter the fiber It was confirmed that can be prepared, and came to complete the present invention.
결국, 본 발명의 목적은 압력손실이 적고 섬유의 비산이 없는 정전필터의 제조방법을 제공하는 것이다.After all, it is an object of the present invention to provide a method for producing an electrostatic filter with little pressure loss and no scattering of fibers.
도 1은 본 발명의 정전필터 제조과정을 개략적으로 나타낸 모식도이다.Figure 1 is a schematic diagram showing the manufacturing process of the electrostatic filter of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1, 2... 닙 롤러(nip roller)1, 2 ... nip roller
3... 정전부직포3. Electrostatic nonwoven fabric
4... 초음파 융착기4 ... ultrasonic welding machine
5... 정전필터5 ... electrostatic filter
본 발명의 정전필터의 제조방법은 장섬유로 이루어진 정전부직포를 신장비율이 10 내지 220%가 되도록 신장시키는 공정; 및, 전기 신장된 부직포를 초음파융착시켜 엠보스가공하는 공정을 포함한다.The manufacturing method of the electrostatic filter of the present invention comprises the steps of stretching the electrostatic nonwoven fabric made of long fibers so that the stretching ratio is 10 to 220%; And an embossing process by ultrasonically fusion of the electrically stretched nonwoven fabric.
이하에서는, 본 발명의 정전필터 제조방법을 공정별로 나누어 보다 구체적으로 설명하고자 한다.Hereinafter, the electrostatic filter manufacturing method of the present invention will be described in more detail by dividing the process.
제 1 공정: 장섬유의 신장 First step : elongation of long fibers
장섬유로 이루어진 정전부직포를 신장시킨다:Stretch the nonwoven fabric made of long fibers:
이때, 본 발명에서 정전부직포라고 하는 것은 용융방사, 멜트블로 방사, 플레쉬(flash)방사, 정전장 방사 등의 방법으로 얻어진 섬유상 시트를 정전 처리한 부직포를 의미하며, 그 중에서도 스펀본드(spunbond) 부직포가 가장 적합하다.또한, 본 발명에서의 정전부직포를 구성하는 섬유는 소위 필라멘트(filament)라고 불리우는 장섬유를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한, 장섬유의 원료로서는 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리-4-메틸-1-부텐(poly-4-methyl-1-butene), 폴리-3-메틸-1-부텐(poly-3-methyl-1-butene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리테트라플루오로에틸렌 (polytetrafluoroethylene), 폴리스티렌(polystyrene) 등의 고분자 재료가 사용된다. 한편, 정전부직포는 니들펀칭(needle punching) 가공, 엠보스(emboss) 가공, 열융착프레스 가공 등으로 형태안정성이 양호하게 가공된 것이 사용될 수도 있으며, 코로나(corona) 하전, 전계하전 또는 전자선 조사로 전처리된 부직포가 사용될 수도 있다.At this time, the electrostatic nonwoven fabric in the present invention means a nonwoven fabric electrostatically treated fibrous sheet obtained by melt spinning, melt blow spinning, flash spinning, electrostatic field spinning, among others, spunbond nonwoven fabric Also, the fibers constituting the electrostatic nonwoven fabric of the present invention are preferably long filaments called filaments. Examples of such long fibers include polyethylene, polypropylene, poly-4-methyl-1-butene, poly-3-methyl-1-butene Polymeric materials such as -3-methyl-1-butene), polyethyleneterephthalate, polytetrafluoroethylene and polystyrene are used. Meanwhile, the electrostatic nonwoven fabric may be one that has a good shape stability by needle punching, embossing, heat fusion press processing, or the like, by corona charge, electric field charge, or electron beam irradiation. Pretreated nonwovens may be used.
본 발명에서의 정전부직포의 섬유충진밀도는 특별히 한정되지는 않지만, 바람직하게는 0.07 내지 0.25 cc/cc이다. 섬유 충진밀도는 압축탄성시험기로 시료에 부하되는 하중을 1.25g/cm2 로 한 시료의 두께를 T로 하여, 다음 식에서 얻어진 값이다.Although the fiber filling density of the electrostatic nonwoven fabric in this invention is not specifically limited, Preferably it is 0.07-0.25 cc / cc. The fiber filling density is a value obtained by the following formula, with the thickness of the sample having a load of 1.25 g / cm < 2 >
섬유충진밀도 (cc/cc) = W ÷ (ρ x T x 104)Fiber Fill Density (cc / cc) = W ÷ (ρ x T x 104)
상기 식에서,Where
W = 시료의 무게W = weight of sample
ρ= 시료를 구성하는 재료의 밀도 (g/cc)ρ = density of material constituting the sample (g / cc)
T = 시료의 두께 (cm)T = thickness of the sample (cm)
한편, 정전부직포의 신장은 사용되는 부직포의 종류에 따라서 약간씩 다를 수 있으나, 신장비가 10 내지 220%, 바람직하게는 12 내지 100%가 되도록 신장시킨다. 이 신장에 의하여 섬유밀도가 높은 접합부분이 서로 떨어지고, 밀한 섬유조직이 해방되어 벌키성이 발현된다.On the other hand, although the elongation of the electrostatic nonwoven fabric may vary slightly depending on the type of nonwoven fabric used, the elongation ratio is elongated to 10 to 220%, preferably 12 to 100%. By this elongation, the junction portions with high fiber density are separated from each other, the dense fiber structure is released, and bulkyness is expressed.
제 2 공정: 초음파 융착기에 의한 엠보스 가공 2nd process : Embossing by ultrasonic welding machine
전기 신장된 부직포를 초음파융착시켜 엠보스가공하여 정전필터를 제조한다:Electrostatically stretched nonwoven fabric is ultrasonically fused and embossed to produce an electrostatic filter:
신장된 정전부직포는 그 상태로 정전필터로 사용할 수 있지만, 신장된 섬유의 단락 및 비산을 방지하고, 필터의 형태안정성을 위하여 초음파융착에 의해 엠보스가공되어져야 한다. 이때, 엠보스가공시 융착부의 모양은 점상, 선상 등이 있으며 엠보스 가공율(필름화된 융착부의 면적/전체면적)은 1 내지 15%, 바람직하게는 1 내지 10%, 더욱 바람직하게는 1 내지 5%가 되도록 한다. 한편, 엠보스 가공시 정전필터의 섬유충진율은 0.01 내지 0.05cc/cc가 바람직하다. 이 범위 이하에서는 필터로서의 강력이 부족하게 되고, 이 범위 이상에서는 압력손실의 큰 필터가 될 가능성이 있다. 일반적으로 섬유충진밀도를 적게 하면 압력손실, 분진제거효율이 함께 감소되는 것이 잘 알려져 있지만, 본 발명에서의 섬유충진밀도 범위에서는 압력손실은 현저하게 낮아지는 반면 분진제거효율은 크게 낮아지지 않는 현상을 나타내었다. 이 현상은 정전필터를 구성하는 섬유간 거리가 커져도 정전여재의 정전기 작용력이 훨씬 멀리까지 작용하기 때문이다.The stretched electrostatic nonwoven fabric can be used as an electrostatic filter as it is, but it must be embossed by ultrasonic welding to prevent shorting and scattering of the stretched fibers and form stability of the filter. At this time, the shape of the welded portion during embossing may be dotted, linear, etc., the embossing rate (area / total area of the filmed welded portion) is 1 to 15%, preferably 1 to 10%, more preferably 1 to 5%. On the other hand, the fiber filling rate of the electrostatic filter during embossing is preferably 0.01 to 0.05cc / cc. Below this range, the strength as a filter is insufficient, and above this range, there is a possibility that it becomes a large filter of pressure loss. In general, when the fiber filling density is reduced, it is well known that the pressure loss and dust removal efficiency are both reduced. However, in the fiber filling density range of the present invention, the pressure loss is significantly lowered while the dust removal efficiency is not significantly lowered. Indicated. This phenomenon is because even if the distance between the fibers constituting the electrostatic filter increases, the electrostatic force of the electrostatic medium works far.
도 1은 본 발명의 정전필터 제조방법을 개략적으로 나타낸 모식도이다. 먼저, 장섬유로 이루어진 정전부직포(3)는 상하 한 쌍의 닙롤러(nip roller)(1, 2) 2조를 부직포(3)의 장방향으로 직렬배치시키고, 전기 두 쌍의 닙 롤러의 회전의 표면속도차를 이용하여 부직포를 신장시킨다. 이때, 닙 롤러는 필요에 따라 여러 조가 사용될 수 있으며, 이 경우에는 부직포가 다단으로 신장되게 된다. 한편, 폭이 다른 두개 이상의 닙 롤러를 사용하여 부직포를 횡방향으로 확폭하는 것도 가능하다. 다음으로, 신장된 정전 부직포는 통상의 초음파융착기(4)에 의하여 부분적으로 융착되어, 원하는 기공율을 가진 정전필터(5)가 제조된다.1 is a schematic diagram schematically showing a method of manufacturing an electrostatic filter of the present invention. First, the electrostatic nonwoven fabric 3 made of long fibers is arranged in series of two pairs of top and bottom nip rollers 1 and 2 in the longitudinal direction of the nonwoven fabric 3, and the rotation of the two pairs of nip rollers. Stretch the nonwoven fabric by using the surface speed difference of. At this time, the nip roller may be used as necessary in the various pairs, in which case the nonwoven fabric is stretched in multiple stages. On the other hand, it is also possible to widen the nonwoven fabric laterally using two or more nip rollers of different widths. Next, the stretched electrostatic nonwoven fabric is partially fused by a conventional ultrasonic welding machine 4 to produce an electrostatic filter 5 having a desired porosity.
이하, 실시예에 의하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are only for illustrating the present invention in more detail, it will be apparent to those of ordinary skill in the art that the scope of the present invention is not limited by these examples in accordance with the gist of the present invention. .
실시예 1: 정전필터의 제조 Example 1 Preparation of Electrostatic Filter
밀도 50g/m2, 두께 0.46 mm의 정전화된 스펀본드(재료는 폴리프로필렌, 섬도 1 데니어, 섬유충진밀도=0.12cc/cc)를 도 1의 정전필터 제조장치를 이용하여 닙롤러의 신장비 30∼220%(닙 롤러의 속도비: 1.3∼3.2)의 범위에서 세 가지 수준으로 신장에 의한 벌키가공만을 실시하였다. 다음에 얻어진 시료를 필터여과시험기로 시험풍속 10cm/sec 로 시험하여 압력손실과 분진제거효율(입자는 대기진 0.3∼0.5 ㎛)을 측정하였다. 하기 표 1에 그 결과를 나타내었다.An electrostatic spunbond having a density of 50 g / m 2 and a thickness of 0.46 mm (material is polypropylene, fineness of 1 denier, fiber filling density = 0.12 cc / cc) using an electrostatic filter manufacturing apparatus of FIG. Only bulky processing by elongation was performed to three levels in the range of -220% (speed ratio of a nip roller: 1.3-3.2). Next, the obtained sample was tested at a test wind speed of 10 cm / sec with a filter filtration tester to measure pressure loss and dust removal efficiency (particles are 0.3 to 0.5 µm in atmospheric dust). The results are shown in Table 1 below.
*필터의 특성정수 = [-ln(1-E)]/ΔPFilter characteristic constant = [-ln (1-E)] / ΔP
이때, E ; 분진제거효율At this time, E; Dust removal efficiency
ΔP ; 압력손실ΔP; Pressure loss
표 1에서 보듯이, 신장비가 30, 160% 일 때는 필터특성상수가 3이상으로 우수한 값을 보일 뿐만 아니라, 정전부직포를 신장시키지 않은 경우에 비하여 필터의 압력손실이 현저히 낮아지고 분진제거효율은 높아졌음을 확인할 수 있었다. 반면,신장율이 220%에 이르면 커지면, 부직포의 장방향의 섬유배향이 너무 지나치게 되어 밀도가 높아지는 결과를 초래하게 된다.As shown in Table 1, when the elongation ratio is 30 and 160%, not only the filter characteristic constant is more than 3, but also the pressure loss of the filter is significantly lowered and the dust removal efficiency is higher than when the electrostatic nonwoven fabric is not elongated. Could confirm. On the other hand, when the elongation rate reaches 220%, the fiber orientation in the longitudinal direction of the nonwoven fabric becomes too excessive, resulting in higher density.
다음으로, 30% 신장된 정전부직포를 엠보스 가공율이 5%가 되도록 초음파융착기에 의해 엠보스가공을 실시하여 정전필터를 제조한 다음, 상기와 동일한 방법으로 분진제거율, 압력손실 및 필터의 특성상수를 측정하였다.Next, the electrostatic nonwoven fabric 30% elongated is embossed by an ultrasonic welding machine so that the embossing rate is 5%, and thus an electrostatic filter is manufactured. The dust removal rate, the pressure loss, and the characteristics of the filter are the same as described above. The number was measured.
표 2에서, 초음파융착에 의한 엠보스가공으로는 분진제거효율의 저하 또는 압력상승은 거의 나타내지 않음을 확인할 수 있다.In Table 2, it can be seen that the embossing by ultrasonic welding hardly exhibits a reduction in dust removal efficiency or a rise in pressure.
이상에서 상세하게 설명하고 입증하였듯이, 본 발명에서는 장섬유로 이루어진 정전부직포를 신장시킨 다음, 초음파융착으로 엠보스가공하여 정전필터를 제조하는 방법을 제공한다. 본 발명에 의하면, 종래의 부직포를 이용한 정전필터에 비하여 압력손실이 현저하게 낮을 뿐만 아니라, 분진제거율도 우수한 정전필터를 제조할 수 있다.As described and demonstrated in detail above, the present invention provides a method for producing an electrostatic filter by stretching the electrostatic nonwoven fabric made of long fibers and then embossing by ultrasonic welding. According to the present invention, it is possible to manufacture an electrostatic filter having not only a low pressure loss but also an excellent dust removal rate as compared with the conventional electrostatic filter using a nonwoven fabric.
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