KR20090067311A - 부직포 필터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 공기 중의 유해가스를 여과하는 부직포 필터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 표면층; 활성탄; 및 이면층을 포함하고, 상기 활성탄은 표면층 및 이면층의 부직포 사이에 위치하여 열가소성 수지에 의하여 접착되어 일체화된 부직포 필터로서, 상기 표면층은 녹는점(Tm)이 190 ℃ 이하인 적어도 하나 이상의 저융점 부직포를 포함하고, 상기 이면층은 녹는점(Tm)이 210 ℃ 이상이고 두께가 1.0 mm이하인 적어도 하나 이상의 부직포를 포함하는 부직포 필터를 제공한다.
본 발명에 따르면 흡착층과 부직포층간의 접착력이 향상되어 압력손실이 낮고 탈취효율이 우수한 콤비필터를 제공할 수 있다.
부직포 필터, 부직포, 활성탄
Description
본 발명은 자동차, 공기청정기, 산업 공조용 필터 등으로 사용할 수 있는 부직포 필터에 관한 것이다.
일반적으로 대기 중에 존재하는 자동차 배기가스나 각종 산업계에서 발생하는 각종 가스를 제거하는 부직포 필터는 가스를 제거해 주는 흡착층과 이 흡착층을 고정시켜 주고 형태를 유지시켜 주는 부직포층으로 구성되어 있다.
흡착층은 일반적으로 탈취 성능이 우수한 활성탄 소재로 구성되어 있으며, 유해가스의 탈취 성능을 향상시키기 위하여 활성탄의 표면에 화학적인 점착 처리를 하는 경우도 있다. 이 흡착층은 열가소성 수지가 활성탄의 입자들을 서로 접착하여 시트상의 형태를 가지고 있다. 이때, 흡착층이 단독으로 있을 경우에는 약한 물리적인 힘에 의하여 활성탄이 흡착층에서 탈락이 쉽게 일어난다. 상기 부직포층은 형태안정성이 불안정한 흡착층의 형태를 잡아주는 역할과 대기중의 먼지 입자를 여과해주는 기능을 가지고 있으며, 단섬유 부직포, 장섬유 부직포, 직물 형태의 소재를 사용할 수 있다.
또한, 부직포층 사이에 있는 흡착층에서 활성탄 입자간의 결합력이 약하거나 부직포층과 흡착층 간의 결합력이 약할 경우 흡착층의 활성탄이 부직포 필터 여지에서 탈락되는 현상이 발생할 수 있다.
이러한 활성탄의 탈락 발생을 방지하기 위하여, 열가소성 수지의 함량을 올리게 되면 열가소성 수지가 활성탄의 기공을 막아 탈취 성능을 저하시키거나, 필터의 압력손실이 높아지는 현상이 발생할 수 있다. 따라서, 열가소성 수지를 최소화 하면서 활성탄의 입자 탈락을 방지할 수 있는 방법에 대한 방법이 제시되고 있다.
이에, 대한민국 특허공개 제 10-2007-0035344호는 부직포층의 하면에 벌키한 부직포를 사용하여 벌키한 부직포 내부에 활성탄을 침투시켜 활성탄에 부직포의 입체적 보유력을 가지도록 하는 부직포 필터의 제조 방법을 제시하였다.
그러나, 상기와 같이 부직포 필터의 여지를 제조 했을 경우, 활성탄의 일부가 탈락하는 현상이 발생하거나, 부직포 필터의 여지가 부피감이 있어 필터의 주어진 공간에서 여지가 들어갈 수 있는 공간에 한계가 있게 되고, 이에 따라 필터의 여지 면적이 줄어드는 단점을 가지고 있다.
본 발명은 압력손실이 낮고 탈취성능 또한 우수한 부직포 필터를 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
표면층; 활성탄; 및 이면층을 포함하고,
상기 활성탄은 표면층 및 이면층의 부직포 사이에 위치하여 열가소성 수지에 의하여 접착되어 일체화된 부직포 필터로서,
상기 표면층은 녹는점(Tm)이 190 ℃ 이하인 적어도 하나 이상의 저융점 부직포를 포함하고,
상기 이면층은 녹는점(Tm)이 210 ℃ 이상이고 두께가 1.0 mm이하인 적어도 하나 이상의 부직포를 포함하는 것을 특징으로 하는 부직포 필터를 제공한다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명은 활성탄으로 구성된 흡착층에서 접착제로 사용되는 열가소성 수지의 함량을 줄이면서 활성탄의 탈락 현상이 발생하지 않는 부직포 필터 개발에 대한 연구를 거듭한 결과, 흡착층과 접촉하는 부직포가 녹는점(Tm)이 190℃ 이하일 경우 활성탄과 부직포의 합지 공정에서 흡착층과 부직포층이 부분적으로 접착되면서 활성탄의 탈락이 발생하지 않고 압력손실이 낮은 부직포 필터를 제조할 수 있음을 확인하여, 이를 토대로 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명은 부직포 필터 여지의 두께를 최소화하여 부직포 필터의 주어진 면적에서 여지 면적을 최대화하여 탈취 효율이 양호하고, 열가소성 수지의 사용량을 최소화하여 압력손실은 낮고 탈취성능이 우수한 부직포 필터를 제공하는 특징이 있다. 이때, 본 발명에서 부직포 필터는 "콤비필터"를 포함한다.
이러한 본 발명의 부직포 필터는 표면층; 활성탄; 및 이면층을 포함하고, 상기 활성탄은 표면층 및 이면층의 부직포 사이에 위치하여 열가소성 수지에 의하여 접착되어 일체화되어 있다.
이때, 상기 이면층은 녹는점(Tm)이 210℃ 이상이고 두께가 1.0mm이하인 부직포를 적어도 하나 이상 포함한다. 바람직하게, 상기 이면층의 녹는점은 210 내지 300℃이고, 두께는 0.1mm 내지 1mm인 것이 좋다. 또한, 상기 표면층은 녹는점(Tm)이 190℃ 이하이고 두께가 1.0mm이하인 부직포를 적어도 하나 이상 포함한다. 바람직하게, 상기 표면층의 녹는점은 100 내지 190이고, 두께는 0.2mm 내지 1mm인 것이 좋다. 즉, 본 발명은 표면층과 이면층의 녹는점 차이를 통해 물성을 향상시키면서 접착제로 사용되는 열가소성 수지의 양을 줄일 수 있다.
특히, 본 발명에서 이면층으로 사용하는 녹는점(Tm)이 210℃ 이상이고 두께가 1.0mm이하인 부직포는 부직포 필터 제조시 열가소성 수지를 활성탄과 접착하는 공정에서 부직포 필터 여지가 받는 열에 대하여 부직포의 형태안정성을 유지하므로 제조 공정을 안정화할 수 있다. 또한, 본 발명은 부직포의 두께가 1.0mm 이하인 것을 사용함으로써 부직포 필터 여지의 두께를 최소화하여 부직포 필터의 절곡 산과 산 사이의 피치 간격을 최소화할 수 있어 부직포 필터의 주어진 면적에서 여지 면적을 높일 수 있으므로 높은 탈취 효과를 발휘할 수 있다.
또한, 흡착층과 접촉하고 있는 표면층의 저융점 부직포의 녹는점(Tm)이 190℃ 이하인 경우, 흡착층과 저융점 부직포의 일부가 녹아 흡착층과 접착함으로써 흡착층과 부직포층과의 접착력을 향상시키는 역할을 하여 열가소성 수지의 함량을 낮추면서도 활성탄의 탈락 현상을 방지할 수 있는 장점이 있다.
이하, 본 발명의 부직포 필터의 제조방법의 바람직한 일례에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
먼저, 본 발명은 a) 이면층으로 사용하기 위한 부직포로서, 녹는점(Tm)이 210℃ 이상인 고분자를 포함하고, 두께가 1.0mm이하이고, 단위중량이 30~150 g/㎡인 부직포를 준비한다. 상기 부직포는 폴리에스테르 또는 폴리에스테르와 공중합 폴리에스테르가 혼합된 고분자로부터 제조된 부직포를 사용할 수 있다. 상기 부직포 제조에 사용되는 폴리에스테르 수지는 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 것을 사용할 수 있다. 이때, 상기 혼합 고분자의 경우 그 비율은 특별히 한정되지 않으나, 예를 들면 폴리에스테르 및 공중합 폴리에스테르는 9:1 내지 7:3의 중량비율로 혼합될 수 있다. 또한, 부직포는 섬유 평균 직경이 10∼50㎛인 단섬유 부직포 또는 스펀본드 부직포를 사용할 수 있다. 상기 부직포는 통기성이 양호한 구조로 되어 있는 부직포 형태가 유리하다. 상기 부직포층은 상기의 폴리에스테르 부직포를 단독으로 사용하거나 상기의 부직포와 멜트블로운 웹 또는 폴리에스테르계 부직포에 단위중량이 60g/㎡ 이하인 저중량 폴리올레핀계 부직포 웹이 적층된 복합 형태의 부직포를 사용할 수 도 있다. 상기 폴리올레핀계 부직포는 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌 부직포를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 녹는점(Tm)이 210℃ 이상인 부직포는 하기 c)단계의 흡착층에 있는 열가소성 수지에 열을 가하는 단계에서 열에 인한 부직포의 형태 변형을 방지하는 역할을 한다.
이어서, b) 상기 a) 단계의 부직포층 위에 열가소성 수지가 혼합된 활성탄 입자를 스케터링하여 흡착층을 형성한다. 상기 b) 단계에서 흡착층을 구성하는 활성탄은 입상 타입으로 흡착 성능 향상을 위하여 화학적 점착하여 사용할 수 있다. 또한, 활성탄은 평균 직경이 200∼1400㎛, 활성탄 충진량 100∼600g/㎡이다. 본 발명에서 열가소성 수지와 활성탄의 혼합비는 1:9∼3:7 중량비인 것이 바람직하다. 상기 열가소성 수지는 폴리에틸렌계, 폴리프로필렌계, 폴리우레탄계, 폴리에틸렌비닐아세테이드계, 폴리에스테르계, 폴리나이론계 수지 등을 사용할 수 있다.
이어서, 본 발명은 c) 상기 열가소성 수지를 포함하는 흡착층에 열을 가하는 단계를 수행한다. 이때, 상기 흡착층에 있는 열가소성 수지의 녹는점(Tm) 보다 높은 온도의 열을 가함으로써, 흡착층의 활성탄 입자간의 접착이 되고, a)단계에서 준비한 부직포층과 흡착층의 접착이 이루어지면서 활성탄 입자가 부직포층이나 흡착층에서 탈락하는 현상을 방지할 수 있다.
이어서, 본 발명은 d) 녹는점(Tm)이 190℃ 이하, 단위중량이 20~150 g/㎡인 부직포를 하나 이상 포함하는 부직포층을 준비한다. 상기 부직포는 흡착층과 직접 접촉되어 있는 표면층으로서, 녹는점(Tm)이 190℃ 이하인 고분자를 포함하고, 단위중량이 20~150 g/㎡인 부직포를 사용한다. 바람직하게, 상기 부직포층은 단위중량 이 60g/㎡ 이하인 저중량 폴리올레핀계 부직포를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 폴리올레핀계 부직포는 상기 이면층에 사용되는 것과 동일한 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌 부직포를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 부직포는 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 폴리에스테르계 부직포를 더 포함할 수 있다. 또한, 혼합고분자 경우 폴리올레핀과 폴리에스테르 수지가 멜트블로운 웹 또는 두 고분자의 웹이 적층된 복합 형태의 부직포를 사용할 수 있다. 이때, 상기 혼합 고분자의 경우 그 비율은 특별히 한정되지 않으나, 바람직하게 폴리에스테르 부직포와 저중량 폴리올레핀계의 부직포는 5:5 내지 2:8의 중량비로 혼합될 수 있다. 상기 부직포는 섬유직경이 1∼30㎛인 단섬유 부직포 또는 스펀본드 부직포로서, 통기성이 양호한 구조로 되어 있는 부직포 형태가 될 수 있다. 상기 부직포는 대기중의 먼지 입자의 포집 효율을 높이기 위하여, 정전 성능이 부여된 소재를 사용할 수도 있다. 상기 부직포층은 상기의 부직포를 단독으로 사용하거나 상기의 부직포에 일반적인 단섬유 부직포 또는 스펀본드 부직포가 적층된 형태의 복합 부직포를 사용할 수도 있다.
이어서, 본 발명은 e) 상기 열이 가해진 흡착층 위에 상기 d)단계의 부직포층을 적층하는 단계를 수행한다. 이러한 과정을 통해, 녹는점(Tm)이 190℃ 이하인 고분자를 포함하고 있는 부직포가 흡착층 표면에서 일부 녹으면서 d)단계의 부직포층과 흡착층을 일체화시키는 역할을 하며, 활성탄 간의 입자 탈락을 방지해 주는 역할을 한다. 이렇게, 흡착층의 커버 역할을 하는 d)단계의 부직포층의 부직포가 활성탄의 입자간의 탈락을 방지해 주는 역할을 함으로써, 활성탄 입자를 접착해주 는 열가소성 수지의 함량을 상대적으로 감소할 수 있으며, 일반적인 부직포 필터 대비하여 통기성능이 우수하고 탈취 효과가 우수한 부직포 필터를 제조할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 부직포 필터는 활성탄으로 구성된 흡착층에 하나 이상의 부직포로 구성된 부직포층으로 흡착층과 일체화되어 있는 구조에서 녹는점(Tm)이 210℃ 이상이고 두께가 1.0mm이하인 부직포를 적어도 하나 이상 사용하고, 녹는점(Tm)이 190℃ 이하인 저융점 부직포 하나 이상이 흡착층과 직접 접촉되어 있는 구조를 가질 경우 필터의 압력손실이 낮을 뿐만 아니라 탈취율에 대한 성능이 우수한 장점을 가지고 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예 및 비교예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예들은 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명을 이들만으로 한정하는 것은 아니다.
실시예 1
녹는점(Tm)이 255℃인 폴리에틸렌테레프탈레이트와 녹는점(Tm)이 232℃인 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체가 8:2의 중량비로 혼합되어 있는 섬유로 구성되고, 섬유 평균직경 30 ㎛, 단위중량 70 g/㎡이며 후도가 0.35mm 인 장섬유 스펀본드 부직포를 준비하였다. 평균직경이 300∼900㎛인 활성탄에 폴리에틸렌비닐아세테 이드계 열가소성 수지를 85:15의 비율이 되도록 균일하게 혼합하였다. 이후, 이를 상기의 스펀본드 부직포 위에 활성탄의 충진량이 300g/㎡가 되도록 스케터링(scattering)하여 흡착층을 형성하였다. 이후, 이 흡착층에 140℃의 열을 가하였다. 이어서, 녹는점(Tm)이 190 ℃ 이하이고 단위중량이 40 g/㎡인 폴리올레핀계인 폴리프로필렌 단섬유 부직포를 상기의 흡착층 위에 적층 압착하여 최종적인 부직포 필터를 제조하였다.
실시예 2
흡착층 위에 적층한 부직포 종류를 변경한 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 수행하였다. 흡착층위에 적층한 부직포는
녹는점(Tm)이 255℃인 폴리에틸렌테레프탈레이트와 녹는점(Tm)이 232℃인 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체가 8:2의 중량비로 혼합되어 있고 섬유 평균직경이 30 ㎛, 단위중량이 30 g/㎡인 장섬유 스펀본드 부직포와, 녹는점(Tm)이 190 ℃ 이하인 정전처리가 되어 있고 단위중량이 40 g/㎡인 폴리올레핀계인 폴리프로필렌 단섬유 부직포를 적층한 복합 형태의 부직포를 사용하였다. 또한, 흡착층 표면에 40 g/㎡ 폴리올레핀계 단섬유 부직포가 접촉되도록 흡착층과 합지 및 압착하였다.
비교예 1
흡착층위에 적층한 부직포 종류 및 활성탄과 열가소성 수지 비율을 변경한 것을 제외하고는, 실시예1과 동일한 방법으로 수행하였다.
흡착층위에 적층한 부직포는 녹는점(Tm)이 255℃인 폴리에틸렌테레프탈레이트와 녹는점(Tm)이 232℃인 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체가 8:2의 중량비로 혼합되어 있는 섬유로 구성되어 있고, 섬유 평균직경이 30 ㎛, 단위중량이 30 g/㎡인 장섬유 스펀본드 부직포를 사용하여 적층 압착하였다. 또한, 흡착층의 활성탄과 열가소성 수지의 비율은 75:25로 조정하였다.
실험예 (물성 측정)
상기 실시예 및 비교예에서 준비한 스펀본드 부직포에 대하여 하기와 같이 방법으로 압력손실 및 탈취율을 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다. 샘플은 필터 상태로 절곡되었으며 필터 면적은 0.04㎡ (산높이 28mm, Slit폭 30mm) 이다.
1) 압력손실(mmAq)
압력손실은 규정된 에어유량(풍량 50CMH)에서 에어필터의 입구 쪽과 출구 쪽의 정압차(mmAq)를 측정하였다. 압력손실의 측정 장비는 "Test system for Cabin Air Filter Unit"(제조사: Topas Gmbh)를 사용하였다.
2) 탈취효율(%)
탈취효율은 1㎡의 밀폐된 공간에 30ppm의 암모니아 가스를 주입 후, 내부 공기를 1시간 동안 풍량 50CMH으로 순환하여 내부의 가스 농도 변화를 측정하여 하기 계산식 1에 의해 탈취율을 평가하였다.
[계산식 1]
탈취효율(%) = {(C1-C2)/C1}ㅧ 100
상기 식에서, C1은 초기 암모니아 농도, C2는 1시간 후의 암모니아 농도를 나타낸다.
| 구분 | 실시예 1 | 실시예 2 | 비교예 1 | |
| 부직포층(표면층) | 폴리올레핀계 부직포(40g/㎡) | 폴리에스테르계 부직포 (30g/㎡) + 폴리올레핀계 부직포(40g/㎡) | 폴리에스테르계 부직포 (30g/㎡) | |
| 흡착층 | 활성탄 함량(g/㎡) | 300 | 300 | 300 |
| 열가소성 수지 함량(g/㎡) | 53 | 53 | 100 | |
| 부직포층(이면층) | 폴리에스테르계 부직포 (70g/㎡) | 폴리에스테르계 부직포 (70g/㎡) | 폴리에스테르계 부직포 (70g/㎡) | |
| 최종 두께(mm) | 1.4 | 1.6 | 1.2 | |
| 압력손실(mmAq) | 14 | 18 | 28 | |
| 탈취율 (%) | 85 | 86 | 72 | |
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 및 2는 녹는점(Tm)이 190℃ 이하인 폴리올레핀계 부직포가 흡착층과 직접 접촉되어 있는 구조로 되어 있어 가소성 수지의 함량이 비교예1 대비 적게 함유되어 있는 구조로 되어 있어 비교예1 대비 압력손실 및 탈취율이 양호한 것으로 나타났다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
본 발명에 따른 부직포 필터는 압력손실은 낮고 탈취성능이 우수하여 자동차, 공기청정기 또는 산업 공조용 필터 등으로 사용할 수 있다.
Claims (12)
- 표면층; 활성탄; 및 이면층을 포함하고,상기 활성탄은 표면층 및 이면층의 부직포 사이에 위치하여 열가소성 수지에 의하여 접착되어 일체화된 부직포 필터로서,상기 표면층은 녹는점(Tm)이 190 ℃ 이하인 적어도 하나 이상의 저융점 부직포를 포함하고,상기 이면층은 녹는점(Tm)이 210 ℃ 이상이고 두께가 1.0 mm이하인 적어도 하나 이상의 부직포를 포함하는 것을 특징으로 하는 부직포 필터.
- 제 1항에 있어서, 상기 녹는점이 190℃ 이하인 부직포는 단위중량이 20~150 g/㎡인 부직포 필터.
- 제 2항에 있어서, 상기 녹는점이 190℃ 이하인 부직포는 정전처리된 섬유를 사용하는 것인 부직포 필터.
- 제 2항에 있어서, 상기 부직포는 폴리올레핀계 부직포를 포함하는 것인 부직포 필터.
- 제 4항에 있어서, 상기 폴리올레핀계 부직포는 폴리프로필렌 또는 폴리에틸 렌 부직포인 부직포 필터.
- 제 4항에 있어서, 상기 부직포는 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 폴리에스테르계 부직포를 더 포함하는 것인 부직포 필터의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 녹는점이 210℃ 이상인 부직포는 단위중량이 30∼150g/㎡인 부직포 필터.
- 제 7항에 있어서, 상기 부직포는 폴리에스테르계 부직포, 또는 폴리에스테르계 부직포에 단위중량이 60g/㎡ 이하인 폴리올레핀계 부직포 웹이 적층된 복합 형태의 부직포를 포함하는 것인 부직포 필터.
- 제 8항에 있어서, 상기 폴리올레핀계 부직포는 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌 부직포인 부직포 필터.
- 제 1항에 있어서, 상기 활성탄은 평균 직경이 200∼1400㎛이고, 충진량이 100∼600g/㎡인 부직포 필터.
- 제 1항에 있어서, 상기 흡착층에서 열가소성 수지와 활성탄의 혼합비는 1:9 ∼3:7 중량비인 것인, 부직포 필터.
- 제 11항에 있어서, 상기 열가소성 수지는 폴리에틸렌계, 폴리프로필렌계, 폴리우레탄계, 폴리에틸렌비닐아세테이드계, 폴리에스테르계 및 폴리나일론계 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 것인 부직포 필터.
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