KR20070035343A - 복합방사 멜트블로운 부직포를 이용한 필터의 제조방법 - Google Patents

복합방사 멜트블로운 부직포를 이용한 필터의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복합방사 멜트블로운 부직포를 이용한 필터의 제조방법 및 그로부터 형성된 필터에 관한 것으로서, 본 발명의 필터 제조방법은 (S1) 소정 융점을 갖는 제1 열가소성 고분자와 상기 제1 열가소성 고분자보다 저융점을 갖는 제2 열가소성 고분자의 2성분계 복합방사섬유로 이루어진 2성분계 복합방사 멜트블로운 부직포를 준비하는 단계; (S2) 상기 2성분계 복합방사 멜트블로운 부직포를 상기 제2 열가소성 고분자의 융점보다 고융점을 갖는 제3 열가소성 고분자로 된 1성분계 멜트블로운 부직포의 일면 또는 양면에 적층하는 단계; 및 (S3) 상기 적층된 부직포에 제2 열가소성 고분자만을 용융시킬 수 있는 온도로 열을 가하여 2성분계 복합방사 멜트블로운 부직포와 1성분계 멜트블로운 부직포를 상호 열접착시키는 단계를 포함한다. 본 발명의 제조방법에 따르면, 형태 안정성이 우수하면서도 중량 균제도와 여과 효율이 향상된 필터를 간단하고 경제적으로 제조할 수 있다.

Description

복합방사 멜트블로운 부직포를 이용한 필터의 제조방법{Manufacturing method of a filter using the conjugated meltblown nonwoven fabric and a filter formed therefrom}
명세서 내에 통합되어 있고 명세서의 일부를 구성하는 첨부도면은 발명의 현재의 바람직한 실시예를 예시하며, 다음의 바람직한 실시예의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따라 복합방사 멜트블로운 부직포를 이용한 필터를 제조하는 방법을 나타낸 플로우 차트이고,
도 2a 및 2b는 각각 본 발명의 제조방법에 이용되는 2성분계 복합방사 멜트블로운 부직포를 이루는 복합방사섬유의 개략적인 단면도이고,
도 3a 및 3b는 각각 본 발명에 따라 제조된 복합방사 멜트블로운 부직포를 이용한 필터의 개략적인 단면도이다.
<도면의 주요 부호에 대한 설명>
20 : 2성분계 복합방사섬유
21 : 제2 열가소성 고분자
22 : 제1 열가소성 고분자
30 : 필터
31a, 31b : 2성분계 복합방사 멜트블로운 부직포
32 : 1성분계 멜트블로운 부직포
본 발명은 복합방사 멜트블로운 부직포를 이용한 필터의 제조방법 및 그로부터 형성된 필터에 관한 것이다.
일반적으로, 멜트블로운(meltblown) 부직포란 열가소성 섬유를 형성할 수 있는 고분자를 수백개의 작은 오리피스로 형성된 방사구금을 통해 방사하고, 방사노즐로부터 압출된 고분자는 용융상태에서 방사구금의 양옆에서 고속으로 분사되는 열풍에 의해 초세화된 극세섬유가 수집체에 적층된 자기결합형 부직포를 의미한다.
이러한 멜트블로운 부직포는 중·고성능의 필터로서 우수한 특성을 발휘한다.
중·고성능 필터란 미국 공기필터규격 ANSI/ASHRAE 52.2(1999)의 MERV 7 내지 16 수준에 해당하는 필터들을 지칭한다. MERV 수치가 올라갈수록 필터효율이 우수하고 보다 높은 등급의 필터를 의미한다.
미디엄 필터는 사용상 필터의 효율을 최대화하기 위해 절곡(Pleating)하여 사용하는데, 멜트블로운 부직포는 유연한 특성으로 인하여 절곡 후의 형태안정성이 불량하게 된다. 즉, 절곡후 절곡가공 형태를 유지하지 못하고 원래 형태로 복귀해 버리는 경향이 강하다. 이에 따라 공기와 필터의 접촉능력이 떨어지면서 필터효율 이 떨어지고, 압력손실이 커지는 문제점이 발생한다. 따라서, 필터의 형태유지성능이 필수적으로 요구되며, 특히 작은 필터면적에 많은 공기유량이 인입되는 자동차용 캐빈필터나 고효율 미디엄 필터에서는 더욱 그러하다.
이와 같이 멜트블로운 부직포에 형태유지성능을 부여하기 위하여 스펀본드 부직포를 적층하는 방법이 제안되었다.
일본 특공소 63-51725호에는 공기청정기의 여재포로 사용하는 부직포로서 멜트블로운 부직포의 양면에 스펀본드형 부직포를 배치하고, 각 섬유층을 수지 접착제를 이용하여 접착시킨 부직포가 개시되어 있다.
또한, 일본 특공소 62-2060호에는 연신된 섬유로 된 스펀본드 부직포에 미고화 상태의 멜트블로운 부직포를 접합시킨 필터가 개시되어 있다.
전술한 문헌에 개시된 바와 같이 스펀본드 부직포는 연속사로 구성되어 있어 인장강도 등의 기계적 성질이 우수하므로, 멜트블로운 부직포와 스펀본드 부직포를 적층한 필터는 형태안정성이 부여되어 절곡사용이 가능하다. 그러나, 스펀본드 부직포는 특성상 여과효율이 좋지 않고 중량 균제도 또한 멜트블로운 부직포에 비해 불량하다. 따라서, 멜트블로운 부직포에 스펀본드 부직포를 접합한 필터는 형태안정성만 부여될 뿐, 멜트블로운 부직포의 여과성능에 도움을 주지 못하며 필터의 균제도가 저하되는 단점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하여, 형태 안정 성이 우수하면서도 중량 균제도와 여과 효율이 향상된 필터를 간단하고 경제적으로 제조할 수 있는 방법 및 그로부터 형성된 필터를 제공하는데 있다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 필터 제조방법은 (S1) 소정 융점을 갖는 제1 열가소성 고분자와 상기 제1 열가소성 고분자보다 저융점을 갖는 제2 열가소성 고분자의 2성분계 복합방사섬유로 이루어진 2성분계 복합방사 멜트블로운 부직포를 준비하는 단계; (S2) 상기 2성분계 복합방사 멜트블로운 부직포를 상기 제2 열가소성 고분자의 융점보다 고융점을 갖는 제3 열가소성 고분자로 된 1성분계 멜트블로운 부직포의 일면 또는 양면에 적층하는 단계; 및 (S3) 상기 적층된 부직포에 제2 열가소성 고분자만을 용융시킬 수 있는 온도로 열을 가하여 2성분계 복합방사 멜트블로운 부직포와 1성분계 멜트블로운 부직포를 상호 열접착시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 필터 제조방법에 있어서, 2성분계 복합방사섬유를 이루는 제1 열가소성 고분자 및 제2 열가소성 고분자는 각각 폴리프로필렌을 사용하는 것이 바람직하고, 1성분계 멜트블로운 부직포를 이루는 제3 열가소성 고분자는 폴리프로필렌을 사용하는 것이 바람직하다.
전술한 제조방법에 따라 형성된 필터는 (a) 1성분계 멜트블로운 부직포 및 (b) 상기 1성분계 멜트블로운 부직포의 일면 또는 양면에 열접착되어 있으며, 소정 융점을 갖는 제1 열가소성 고분자와 상기 제1 열가소성 고분자보다 저융점을 갖는 제2 열가소성 고분자의 2성분계 복합방사섬유로 이루어진 2성분계 복합방사 멜트블 로운 부직포를 포함하고, 상기 2성분계 복합방사 멜트블로운 부직포는 상기 제2 열가소성 고분자의 용융에 의해 상기 1성분계 멜트블로운 부직포와 열접착되어 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 첨부도면과 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어 져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어 지는 것이다.
도 1은 본 발명에 따라 복합방사 멜트블로운 부직포를 이용한 필터를 제조하는 방법을 나타낸 플로우 차트이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 필터 제조방법은 1성분으로 된 멜트블로운 부직포에 형태안정성을 부여하기 위하여, 종래의 스펀본드 부직포를 지지체로서 적층하는 대신 복합방사 멜트블로운 부직포를 지지체로서 적층하여 필터를 제조하는 방법이다.
이에 대하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 2성분계 복합방사 멜트블로운 부직포를 준비한다(S1 단계). 2성분계 복합방사 멜트블로운 부직포는 동일한 방사구를 통하여 제1 열가소성 고분자와 제2 열가소성 고분자를 멜트블로운하여 복합화된 2성분계 복합방사섬유로 이루어진 부직포를 의미한다. 여기서, 제2 열가소성 고분자는 제1 열가소성 고분자보다 저융점을 나타낸다. 이러한 융점차를 갖는 고분자들의 조합은 잘 알려져 있으며, 예를 들어 제1 열가소성 고분자로서 폴리프로필렌을, 제2 열가소성 고분자로서 폴리에틸렌 을 사용할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
도 2의 a 및 b에 2성분계 복합방사 멜트블로운 부직포를 이루는 2성분계 복합방사섬유의 단면을 예시하였으나 이에 한정되지 않는다. 도 2a는 사이드 바이 사이드형(side by side type) 2성분계 복합방사섬유(20)의 단면이고, 도 2b는 겉과 속형(sheath/core type) 2성분계 복합방사섬유(20)의 단면이다. 도 2에 나타난 바와 같이, 2성분계 복합방사섬유는 소정 융점을 갖는 제1 열가소성 고분자(22) 성분과, 제1 열가소성 고분자(22) 성분보다 저융점을 갖는 제2 열가소성 고분자(21) 성분으로 구성되어 있다.
2성분계 복합방사 멜트블로운 부직포의 제조방법은 1성분계 멜트블로운 부직포 제조시 통상적으로 사용되는 형상의 오리피스 대신, 2성분계 복합방사섬유 제조에 사용되는 형상의 오리피스를 사용하는 것을 제외하고는 동일하다. 따라서, 본 발명의 제조방법은 대한민국 공개특허공보 1993-13311호에 개시된 멜트블로운 부직포의 제조방법 등 공지의 멜트블로운 부직포의 제조방법과 복합방사섬유 제조방법에 따라 당업자가 용이하게 실시할 수 있음은 당연하다 할 것이다.
이어서, 통상적인 1성분계 멜트블로운 부직포, 즉 1종의 열가소성 고분자(제3 열가소성 고분자)로 된 멜트블로운 부직포의 일면 또는 양면에 전술한 방법으로 제조한 2성분계 복합방사 멜트블로운 부직포를 적층한다(S2 단계). 단, 1성분계 멜트블로운 부직포를 구성하는 제3 열가소성 고분자는 전술한 2성분계 복합방사 멜트블로운 부직포를 이루는 복합방사섬유의 저융점 성분인 제2 열가소성 고분자보다 고융점을 갖어야 한다. 예를 들어, 제2 열가소성 고분자가 폴리에틸렌일 경우 제3 열가소성 고분자는 폴리프로필렌을 사용할 수 있다.
그런 다음, 적층된 부직포를 가열하여 2성분계 복합방사 멜트블로운 부직포와 1성분계 멜트블로운 부직포를 상호 열접착시킨다(S3 단계).
열접착시 가열온도는 제1 내지 제3 열가소성 고분자 중 가장 낮은 융점을 갖는 제2 열가소성 고분자만이 용융되는 온도이다. 이에 따라, 2성분계 복합방사섬유의 저융점 성분인 제2 열가소성 고분자가 용융되어 2성분계 복합방사 멜트블로운 부직포를 이루는 복합방사섬유들을 서로 강하게 결속시킴으로서 2성분계 복합방사 멜트블로운 부직포의 견뢰도와 강도를 향상시킨다. 이는 종래의 스펀본드 부직포 지지체의 역할을 충분히 수행할 수 있음을 의미한다. 또한, 용융된 제2 열가소성 고분자는 2성분계 복합방사 멜트블로운 부직포와 1성분계 복합방사 멜트블로운 부직포를 별도의 접착제 사용 없이도 상호 견고하게 접착시킨다.
도 3a는 복합방사 멜트블로운 부직포를 이용하여 제조한 본 발명의 일실시예에 따른 필터의 개략적인 단면도이다.
도 3a를 참조하면, 본 발명의 제조방법에 따라 형성된 필터(30)는 1성분계 멜트블로운 부직포(32) 및 상기 1성분계 멜트블로운 부직포(32)의 일면에 열접착되어 있으며, 소정 융점을 갖는 제1 열가소성 고분자와 상기 제1 열가소성 고분자보다 저융점을 갖는 제2 열가소성 고분자의 2성분계 복합방사섬유로 이루어진 2성분계 복합방사 멜트블로운 부직포(31a)로 되어 있다. 도 3b에 도시한 바와 같이, 1성분계 멜트블로운 부직포(32)에는 양면에 2성분계 복합방사섬유로 이루어진 2성분계 복합방사 멜트블로운 부직포(31a, 31b)를 열접착할 수 있음은 물론이다. 1성분계 멜트블로운 부직포(32) 및 2성분계 복합방사 멜트블로운 부직포(31a, 31b)의 구성에 대해서는 앞에서 상술하였으므로 중복되는 기재는 생략한다.
상기 2성분계 복합방사 멜트블로운 부직포(31a)는 열처리에 의해 제2 열가소성 고분자가 용융되어 있고, 이에 따라 2성분계 복합방사 멜트블로운 부직포는 종래의 스펀본드 부직포 지지체의 역할을 충분히 수행할 수 있을 만큼의 강도와 견뢰도를 구비하므로 형태안정성이 부여된다. 또한 멜트블로운 부직포의 특성상 2성분계 복합방사 멜트블로운 부직포(31a)는 양호한 중량 균제도를 가지므로 필터성능의 균제성과 외관품위를 향상시키며, 스펀본드 부직포를 적층한 필터보다 여과효율이 향상된다.
실험예
복합방사 성분으로서 폴리프로필렌과 폴리에틸렌을 사이드 바이 사이드형 방사구를 통하여 2성분계 복합방사 멜트블로운 부직포(복합방사섬유의 평균 직경 7㎛, 부직포의 두께 0.4㎜, 부직포의 중량 60g/㎡임)를 준비하였다.
이어서, 폴리프로필렌으로 이루어진 1성분계 멜트블로운 부직포(섬유의 평균 직경 4㎛, 부직포의 두께 0.2㎜, 부직포의 중량 : 30g/㎡)의 양면에 전술한 2성분계 복합방사 멜트블로운 부직포를 적층하였다.
3층으로 적층된 부직포를 한쌍의 롤러 사이에 통과시키면서 170도의 열을 가하여 폴리에틸렌 성분을 용융시키고 적층된 부직포를 상호 열접착시켜 필터를 완성하였다.
제조된 필터는 중량 균제도가 우수하였으며 외관도 매우 깨끗하였다. 필터를 여러번 절곡하여도 절곡된 형태를 유지하였으며 열접착된 부직포들이 분리되거나 들뜨는 현상도 없었다.
이상에서 설명된 본 발명의 최적 실시예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 당업자에게 본 발명을 상세히 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위해 사용된 것이 아니다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 제조방법에 따르면 절곡시 충분한 형태안정성을 가지면서도 다음과 같은 장점을 갖는 필터를 제조할 수 있다.
첫째, 스펀본드 부직포 대신 사용된 2성분계 복합방사 멜트블로운 부직포는 양호한 중량 균제도를 가지므로 필터성능의 균제성과 외관품위를 향상시킨다.
둘째, 스펀본드 부직포 대신 멜트블로운 부직포를 사용하므로 여과효율이 향상된다.
셋째, 별도의 접착제 사용 없이도 적층된 부직포를 상호 견고하게 접착시키므로 공정이 간단하고 경제적이다.

Claims (6)

  1. (S1) 소정 융점을 갖는 제1 열가소성 고분자와 상기 제1 열가소성 고분자보다 저융점을 갖는 제2 열가소성 고분자의 2성분계 복합방사섬유로 이루어진 2성분계 복합방사 멜트블로운 부직포를 준비하는 단계;
    (S2) 상기 2성분계 복합방사 멜트블로운 부직포를 상기 제2 열가소성 고분자의 융점보다 고융점을 갖는 제3 열가소성 고분자로 된 1성분계 멜트블로운 부직포의 일면 또는 양면에 적층하는 단계; 및
    (S3) 상기 적층된 부직포에 제2 열가소성 고분자만을 용융시킬 수 있는 온도로 열을 가하여 2성분계 복합방사 멜트블로운 부직포와 1성분계 멜트블로운 부직포를 상호 열접착시키는 단계를 포함하는 복합방사 멜트블로운 부직포를 이용한 필터 의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 열가소성 고분자는 폴리에틸렌이고, 상기 제2 열가소성 고분자 및 제3 열가소성 고분자는 각각 폴리프로필렌인 것을 특징으로 하는 복합방사 멜트블로운 부직포를 이용한 필터의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 2성분계 복합방사섬유는 사이드 바이 사이드형 또는 겉과 속형 복합방 사섬유인 것을 특징으로 하는 복합방사 멜트블로운 부직포를 이용한 필터의 제조방법.
  4. (a) 1성분계 멜트블로운 부직포 및
    (b) 상기 1성분계 멜트블로운 부직포의 일면 또는 양면에 열접착되어 있으며, 소정 융점을 갖는 제1 열가소성 고분자와 상기 제1 열가소성 고분자보다 저융점을 갖는 제2 열가소성 고분자의 2성분계 복합방사섬유로 이루어진 2성분계 복합방사 멜트블로운 부직포를 포함하고,
    상기 2성분계 복합방사 멜트블로운 부직포는 상기 제2 열가소성 고분자의 용융에 의해 상기 1성분계 멜트블로운 부직포와 열접착된 것을 특징으로 하는 복합방사 멜트블로운 부직포를 이용한 필터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 열가소성 고분자는 폴리에틸렌이고, 상기 제2 열가소성 고분자는 각각 폴리프로필렌인 것을 특징으로 하는 복합방사 멜트블로운 부직포를 이용한 필터 지지체.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 2성분계 복합방사섬유는 사이드 바이 사이드형 또는 겉과 속형 복합방사섬유인 것을 특징으로 하는 복합방사 멜트블로운 부직포를 이용한 필터.
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