KR20010089865A

KR20010089865A - 다기능 에어필터 메디아

Info

Publication number: KR20010089865A
Application number: KR1020000015173A
Authority: KR
Inventors: 황범수; 장혜봉
Original assignee: 황범수; 장혜봉
Priority date: 2000-03-24
Filing date: 2000-03-24
Publication date: 2001-10-12
Also published as: KR100358194B1

Abstract

본 발명은 에어필터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 밀도구배를 가지는 필터에 소취 및 항균기능을 부가한 소취 및 항균기능을 가지는 에어필터 메디아에 관한 것으로서; 섬유뭉치를 카딩(Carding)하는 공정, 2이상의 밀도구배를 가지는 여과층으로 포밍(Forming)하는 공정, 상기 여과층을 펠트(Felt)화하기 위한 니들링(Needling)공정을 포함하는 공정에 의해 제작되는 에어필터메디아에 있어서, 상기 여과층은 전체 필터 메디아에 대하여 1wt이상의 탈취광촉매제, 정전섬유 또는 항균섬유를 선택적으로 함유하는 것을 특징으로 함에 의하여; 기존 에어필터의 포집효율을 유지시키는 상태에서 높은 항균성과 소취기능이 더욱 확보되게 된다.

Description

다기능 에어필터 메디아{Air filter media}

본 발명은 에어필터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 밀도구배를 가지는 필터에 소취 및 항균기능을 부가한 소취 및 항균기능을 가지는 에어필터 메디아에 관한 것이다.

자동차, 공조기 또는 에어컨 등에는 대기중에 포함되어 있는 유해한 각종의 미세입자를 물리적 또는 화학적으로 포집 또는 제거하기 위한 필터메디아가 사용되고 있다.

근래에 제공되고 있는 공기정화용 필터 메디아는 합성고분자로 이루어져 있으며, 기계적인 포집방법에 의한 것 보다 더욱 미세한 입자를 포집하기 위하여 초극세 섬유층에 정전기력을 부여하는 방법이 사용되고 있다.

이러한 필터메디아는 섬유층의 보호 및 지지를 위하여 지지층 내지는 겉층이 스펀접착, 초음파접착 등의 접착방법에 의해 별도로 합지되는 형식을 취한다.

그러나 위와 같은 방식은 겉층과 초극세 섬유층이 전면에 걸쳐 접착되어 있기 때문에 통기저항이 크고 포집량이 작다는 문제를 가진다.

이에 대하여, 본 발명자는 기출원된 특허출원 제 98-29222호 "자동차용 건식 공기 청정기의 제조방법"을 통해 위와 같은 문제의 해결방안을 제안한 바 있다.

본 발명은 위 출원에 대한 계속적 연구결과에 따른 것으로서, 다양한 기능성을 부여하고 있다. 본 발명이 부여코자 하는 기능으로는 기본적으로 소취 및 항균 기능으로서, 단지 위의 출원 내용에만 한정될 것은 아니며, 또한, 그의 용도면에 있어서 자동차용으로만 한정되는 것은 아니다.

종래의 필터메디아는 장기간 사용시에, 포집효율의 저하문제는 논외로 하더라도 그의 표면에 곰팡이 및 세균이 생장하게 되어 악취발생 등의 문제를 가지고 있다.

종래에 이와 같은 문제의 해결을 위한 방안으로 다공질(Micro pore) 활성탄분말, 활성탄소섬유 또는 제올라이트 등의 탈취제를 소정의 바인더 혼합물을 사용하여 필터메디아에 고착시키는 방식이 제안되어 왔다. 여기서, 필터메디아는 상기 바인더가 섬유층에 부분적으로 매립됨에 의해 그의 탈취효과가 저하되는 문제를 가지며, 또한 탈취제가 통기구멍을 폐색시킴에 의해 통기효율이 저하되는 문제를 가진다.

또한, 기계적 흡착방식을 이용하는 위와 같은 방식은 악취요소가 다공질 내에 포화상태에 이르게 되면, 탈취기능이 저하되는 등 그의 사용 한계를 가지고 있다.

위와 같은 문제에 대한 본 발명의 목적은, 자동차, 에어컨 또는 공조기용으로서, 항균 및 소취기능을 구비하는 필터메디아를 제공하는 데 있다. 본 발명은 특히, 소취 및 항균기능이 필터의 수명을 다할 때까지 저하되지 않으며, 전체 제조공정이 필터제조공정과 일체를 이루어 연속적으로 행해질 수 있도록 함으로써, 제조비용을 절감하는 데 다른 목적을 가진다.

본 발명은 특히, 본 발명자에 의해 기출원된 상기 "자동차용 건식 공기 청정기의 제조방법"에 있어서, 포집효율 및 난연성을 유지시키는 중에 위와 같은 기능성을 부여시키는 데 또 다른 목적을 가진다.

위와 같은 목적은, 섬유뭉치를 카딩(Carding)하는 공정, 2이상의 밀도구배를 가지는 여과층으로 포밍(Forming)하는 공정, 상기 여과층을 펠트(Felt)화하기 위한 니들링(Needling)공정을 포함하는 공정에 의해 제작되는 에어필터메디아에 있어서,

상기 여과층은 전체 필터 메디아에 대하여 1wt이상의 탈취광촉매를 함유하는 것을 특징으로 하는 소취 및 항균기능을 가지는 다기능 에어필터 메디아에 의해 달성된다.

본 발명의 다른 특징은, 상기 여과층은 항균섬유를 20이상 포함한다는 것이다. 또한 정전섬유를 더욱 포함하는 것을 다른 특징으로 한다.

이하, 필터메디아의 제조공정과 더불어 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명에 의한 필터메디아는 소취기능을 위한 광촉매를 함유한다. 탈취광촉매로는 금속산화물의 하나인 이산화티탄(TiO₂)이 사용된다. 이산화티탄과 같은 탈취광촉매는 상온에서 산화능력을 갖고 있고, 이 산화작용에 의해 악취물질을 제거한다. 또한, 외적인 요소로 자외선의 조사와 온도의 증가로 소취속도가 증가하는 특성을 가지고 있으며, 활성탄소와 같은 흡착소취제의 특징인 포화가 없는 장점을 가진다. 금속산화물인 이산화티탄은 이산화아연(ZnO₂)로 대치 또는 혼용되어 사용될 수 있다.

탈취광촉매를 담체인 필터의 섬유표면에 접착시키는 일반적인 기술로는 수지 바인더(binder)를 사용하는 것이다. 일반적인 방법에 의하면, 바인더는 탈취광촉매의 표면을 코팅하여 그의 기능을 저하시킬 수 있으며, 바인더에 포함되어 있는 유해한 물질에 의해 본래의 기능을 상실하기도 한다.

그러나 본 발명에서는 비가교 결합형 바인더를 적당한 조건으로 사용함으로써, 인체에 무해하며 소취기능의 저하를 최소화시킨다.

본 발명에 의한 필터메디아는 기본적으로 섬도가 각각 상이한 PET (Poly- ester) 또는 PP(Polypropylene)섬유가 선택적으로 혼합되는 구성이며, 밀도에 따라 조밀층, 중간층 및 벌키(bulky)층으로 연속적인 구배를 이루고 있다. 밀도변화의 변화율은 선형적으로 부여할 수 있으나, 단지 층과 층사이의 불연속적 경계가 있지 않다는 표현이 더욱 적합하다. 여기서, 내열성의 제고를 위하여 PET가 우세적으로혼합되어 사용될 수 있다.

조밀층은 평균 0.5 - 4데니어(denier)의 섬도를 가지는 섬유로 구성되며, 보다 구체적으로는 시스코아(sheath core)형 PP 또는 PET와 일반 PP 또는 PET 섬유가 혼합되어 사용된다. 시스의 역할은 열에 의해 용융되어 일반섬유와의 결속을 강화하는 한편, 1㎛ 이상의 입경을 가지는 입자를 50이상 포집하게 한다. 또한, 필터메디아의 경도를 높여 삼각파형으로 절곡 성형하기에 적당하게 하는 작용을 하게 된다.

중간층은 평균 1.0 - 6 데니어의 섬도를 가지는 PET 또는 PP를 사용하고 필요에 따라 소정량의 시스코아형 섬유를 포함할 수 있다.

벌키층은 평균 2 - 10 데니어의 섬도를 가지는 일반 PET 또는 PP 등의 섬유가 사용된다. 필터메디아의 결속 및 경도의 강화를 위하여 역시 시스코아형 섬유가 15- 65정도 함유될 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 각각의 연속적인 층 내부에 항균섬유(섬도 1 - 10 데니어)가 포함된다. 항균섬유는 각 층마다 일정량씩 또는 1개의 층에 편중되어 첨가될 수 있다. 항균섬유는 항균성 금속이온(예를 들면, Ag⁺, Cu²⁺, Zn²⁺)의 무기항균제가 0.5 - 1.5wt함유되는 형식일 수 있다. 알려진 바에 의하면, Ag⁺는 인체에 가장 뮤해하며, 또한 세균에 가장 해로운 금속이온으로서, 이와 같은 원소의 선택은 유사한 기술분야의 경험에서 비롯된 것이다.

필터의 사용용도에 따라 각각의 층에는 정전섬유(섬도 1 - 10 데니어)를 20이상 함유될 수 있다. 정전섬유는 특정층에 전량(약 20)이 함유되도록 할 수 있으며, 정전기력을 부여하기 위한 방법은 종래의 방법(예; 멜트 블라운(Melt Blown) 등)이 사용된다. 정전섬유는 입경 0.01 - 0.5㎛를 가지는 대전된 입자를 20이상 포지할 수 있는 능력을 가진다. 본 실시예에서 사용되는 섬유의 섬유장은 데니어에 따른 차이를 가지겠지만 35m/m - 90m/m 정도의 것이 사용됨이 바람직하다.

위와 같은 연속적 밀도구배를 가지는 필터메디아의 각 층은 니들링(needing)에 의해 일차적인 결합을 하게 된다. 니들링공정에 있어서의 침밀도는 30 -

300본/cm²,침심은 2- 8mm가 바람직하다.

본 실시예에 의하면, 니들링에 이어서 연속적으로 탈취제처리가 행해지는 데, 전술한 바와 같이 이산화 티탄과 같은 광촉매가 이용된다. 탈취제처리는 인체에 무해한 비가교형식의 바인더와 적당히 혼합되어 스프레이 코팅, 함침 또는 폼코팅(Foam coating)에 의해 필터메디아에 고착된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 비가교결합이 이루어지는 EVA(Ethyllene VinylAcetate)로 혼합하여 사용된다.

부직포의 제조에 있어서, 흔히 사용되는 바인더는 폴리머 에멀젼으로 되어 있어서 반응하기 위해서는 멜라민과 같은 가교제가 투입된다. 그러나 이는 반응후, 포름 알데히드를 생성시켜서 인체에 해를 끼치게 하며, 강한 어취(fish odor)를 유발한다. 이에 대하여 본 발명에서 사용되는 바인더는 인체에 무해하며 냄새를 유발시키지 아니한다.

탈취기능을 유지하기 위해서는 필터메디아의 전체중량(100g/m²- 350g/m²)에 대하여 1wt이상의 탈취광촉매가 제공되어야 하며, 균일한 혼합물을 제공하기 위해 적용시 지속적으로 저어주어야 한다.

이렇게 일차제품이 완성되게 되면, 100 - 180℃ 정도의 오븐에 통과시키는 방식의 열처리과정이 행해진다. 이 과정에서 상기한 바와 같은 저융점을 가지는 시스코아형 섬유는 일부가 용융되어 각 섬유층의 결합을 공고히 하게 되며, 미세한 통기소공을 이루도록 한다.

열처리된 펠트는 100 - 270℃의 온도를 유지하고 있는 프레스롤(press roll)의 간극(0.5 - 3mm)을 통과하며, 요구되는 두께로 가열 압착가공된다. 이러한 공정에서 조밀층을 포함한 각층은 더욱 미세한 통기소공을 보유하게 된다.

본 발명에 따르면, 항균섬유, 탈취광촉매 및 정전섬유의 부가량은 필터의 사용 용도 즉, 요구되는 기능에 따라 적절하게 변경될 수 있음을 알 수 있다.

위와 같은 구성 및 제조방식에 따른 다기능 에어필터메디아의 물적 특성은 다음과 같다. 즉, 중량은 약 100g/m²- 350g/m²이며, 후도는 1.0 - 4mm이고, 통기도는 초당 70cc/cm²이상이며, 통기소공의 평균폭은 80 - 150㎛를 가지게 된다. 또한 인장강도는 10Kgf/5cm 이상으로 측정되며, 이때의 포집효율은 2㎛의 입경을 가지는 입자를 40이상 포집하는 것으로 측정되었다. 또한, 탈취효율의 경우에도 평균제거효율이 60이상으로 나타났다. 또한, 필터 엘리먼트의 통기저항값은 150m³/hr일 때 10mmAq 이하, 340m³/hr일 때, 20mmAq인 것으로 측정결과가 나타났다.

이하는 본 발명에 의한 다기능 에어필터 메디아(개발품)와 기존제품의 성능을 비교한 실험데이터 및 물성 시험결과이다.

1. 항균도(KS K 0692 할로테스트), (KS K 0693)

사용공시균주 : 황색포도당 구균(STAPHYLOCOCCUS AUREUS) (ATCC 6538)

<결과>

기존제품 - 98이상

개발품 - 99.9이상

2 . 소취시험

1) 개요 ; 소취시험방법은 2L의 실험용기에 시료 2g(기존제품의 시료로는 활성탄을 탈취제로 사용한 제품임)을 넣고 100ppm의 농도로 기체 암모니아(NH₃)를 주입한후, 시간 경과에 따라 검지관으로 취기 농도를 측정하였으며, 시료를 바꾸지 않고 연속해서 이러한 조작을 5회 반복하고 각각의 횟수에서 취기농도를 측정하여 소취 내구성 시험을 실시하였다.

2) 결과

구분	1회	2회	3회	4회	5회
10분후	기존제품	55	80	80	90	95
10분후	개발품	25	35	40	40	50
20분후	기존제품	50	72	74	91	90
20분후	개발품	10	18	20	28	40
23분후	기존제품	45	65	74	91	96
23분후	개발품	5	12	16	22	30

3) 분석

활성탄을 탈취제로 사용한 기존제품의 경우에, 시간이 지남에 따라 활성탄 내의 마이크로 포아 부분이 포화되어 점차 그의 기능을 상실함을 알 수 있다. 이에 대하여 개발품의 경우에는, 시간이 지나도 탈취기능이 지속적으로 발휘됨을 알 수 있다.

3. 난연성

1) 개요 : 일반적으로 PP 및 PC의 경우는 그 자체가 난연성을 가지고 있어서 자동차 실내 난연규격인 FMVSS302(federal moter vehicle safty standard)를 만족하고 있으나, PET재질을 90이상 함유하게 되면 난연성을 결여하게 된다.

이에 대하여, 본 발명에 의한 다기능 필터메디아는 난연성을 유지하기 위한 저융점섬유(low melt fiber)를 20이상 함유함으로써, 상기 FMVSS302규격을 만족하게 된다.

2) 시험방법 : Flammability Test(수평법)

3) 측정결과 :

연소율(Burnning rate) - 120mm/min(자체소화 (self extingushing))

4. 내열성

내열성은 현재 PP 재질은 용융온도가 170℃이나, 본 발명에 따른 개발제품의 경우에는 90이상이 PET로 되어 있어 용융온도가 255℃ 이상으로 내열성이 기존제품보다 우수하게 된다.

상기한 조성을 가지는 에어필터에 의하면, 포집효율이 유지되는 상태에서 높은 항균성과 소취기능이 확보되게 된다.

이에 의해, 자동차의 캐빈필터, 공조기 또는 청소기 등 주변 환경과 밀접한 관계를 가지는 필터로 하여금 세균의 발생을 최대한 억제하며, 필터 자체에 의한 악취가 발생되지 아니하여 더욱 유익하다.

Claims

섬유뭉치를 카딩(Carding)하는 공정, 2이상의 밀도구배를 가지는 여과층으로 포밍(Forming)하는 공정, 상기 여과층을 펠트(Felt)화하기 위한 니들링(Needling)공정을 포함하는 공정에 의해 제작되는 에어필터메디아에 있어서,

상기 여과층은 전체 필터 메디아에 대하여 1중량이상의 탈취광촉매제를 함유하는 것을 특징으로 하는 다기능 에어필터 메디아.
제 1항에 있어서, 상기 여과층은 항균섬유를 20이상 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능 에어필터메디아.
제 1항에 있어서, 상기 여과층은 정전섬유를 20이상 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능 에어필터메디아.
제 1항에 있어서, 상기 탈취광촉매제는 이산화티탄(TiO₂)인 것을 특징으로 하는 다기능 에어필터메디아.