KR20150079137A - 멜트블로운 부직포의 제조방법 및 이를 포함하는 에어필터 - Google Patents

멜트블로운 부직포의 제조방법 및 이를 포함하는 에어필터 Download PDF

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Abstract

본 발명의 멜트블로운 부직포를 포함하는 에어필터는 구조안정성이 높아져 합지나 절곡 등의 후가공 공정에서의 물성변화를 감소시켜주며, 내부 표면적 증가로 인하여 차압증가 및 제거율이 현저하게 향상된다.

Description

멜트블로운 부직포의 제조방법 및 이를 포함하는 에어필터{Manufacturing method of Melt Blown Non-woven Fabric and Air Filter Using Thereof}
본 발명은 멜트블로운 부직포의 제조방법 및 이를 포함하는 에어필터에 관한 것으로 보다 상세하게는 구조안정성이 높아지고, 내부 표면적 증가로 인하여 차압증가 및 제거율이 현저하게 향상되는 멜트블로운 부직포의 제조방법 및 이를 포함하는 에어필터에 관한 것이다.
내연기관, 가스터빈, 공기청정기, 에어컨 등의 다양한 기기에서 공기 중에 함유된 각종 이물질을 여과하여 제거할 목적으로 공기정화기가 설치되어 있으며, 이러한 공기정화기에는 여과매체로서 다양한 종류의 필터 여재가 장착된다. 상기와 같이 공기정화기에 장착되는 필터 여재는, 기기 작동을 위하여 공급되는 공기 중에 함유된 각종 이물질을 여과함으로써, 상기 기기의 정상적인 작동을 보장하고 기기 수명을 연장시키는 역할을 수행한다. 따라서, 이러한 필터 여재는 이물질을 효과적으로 포집하는 높은 여과효율 및 장기간의 여과수명을 동시에 지녀야 하는 것이 필수적이다. 그런데, 실제로 공기 중의 각종 이물질을 효율적으로 포집하기 위해서는 필터 여재의 통기공을 미세하게 형성해야 하는데, 그렇게 되면 통기공이 조기에 폐쇄되어 필터 여재의 여과수명이 단축된다. 이와 반대로, 필터 여재의 통기공을 크게 형성하게 되면 여과수명이 연장되는 대신, 상기 통기공을 통하여 미세한 이물질이 빠져나가게 되므로 필터 여재의 여과효율이 대폭 저하된다. 그러므로, 이물질을 효과적으로 포집하는 여과효율과 장기간의 여과수명을 동시에 지닌 공기정화용 필터 여재의 개발이 절실하게 요구되고 있다.
현재, 내연기관은 휘발유, 경유 등의 액체연료, 또는 LPG 등의 기체연료를 사용하여 구동되며, 연료는 공기와 혼합된 혼합가스 형태로 연소실 내로 공급되어 연소폭발을 발생하게 된다. 혼합가스를 형성하기 위하여 내연기관에 유입되는 공기에는 먼지 등의 이물질이 혼합되어 있으며, 이러한 이물질이 혼합가스의 불완전연소를 유발하여 내연기관의 작동을 곤란하게 하는 것과 동시에, 실린더의 내벽 등에 축적되어 상기 내연기관의 내구성 저하를 유발하게 된다.
따라서, 내연기관은 공기 중의 이물질이 유입되는 것을 방지하는 공기정화기가 형성되며, 상기 에어필터 여재로서 여과지 또는 부직포가 주로 사용되고 있다. 에어필터용 여과지로서 멜트블로운 부직포가 주로사용되는데 멜트블로운(meltblown) 부직포란 열가소성 섬유를 형성할 수 있는 고분자를 수백개의 작은 오리피스로 형성된 방사구금을 통해 방사(분사)하고, 방사노즐로부터 압출된 고분자는 용융상태에서 방사구금의 양옆에서 고속으로 분사되는 열풍에 의해 초미세화된 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 필터효율이 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.
그러나, 종래의 에어필터용 멜트블로운 부직포는 인장강도가 약할 뿐 아니라 차압증가로 인한 초기 제거율 한계 및 사용 중 구조변형에 의한 차압 증가와 이로 인한 제품 사용주기의 감소 등의 문제가 발생하였다. 또한 특정조건에서는 너무나 가벼워서 방사공정이 불가능한 문제가 있었다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 해결하려는 과제는 구조안정성이 높아지고, 내부 표면적 증가로 인하여 차압증가 및 제거율이 현저하게 향상되는 멜트블로운 부직포의 제조방법 및 이를 포함하는 에어필터에 관한 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 멜트블로운 부직포의 제조방법은 (1) 동일한 성분이나 용융흐름지수(Melting flow index)가 상이한 2종 이상의 열가소성 고분자 수지를 혼합하여 혼합 방사조성물을 제조하는 단계; (2) 상기 혼합 방사조성물을 방사구금으로부터 방사하는 단계; 및 (3) 상기 방사된 멜트블로운사를 적층하여 멜트블로운 부직포를 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 2종 이상의 열가소성 고분자 수지 중 최저 용융흐름지수를 갖는 열가소성 고분자 수지와 최고 용융흐름지수를 갖는 열가소성 고분자 수지의 용융흐름지수의 편차가 400 g/10분 이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 2종 이상의 열가소성 고분자 수지는 10 ~ 400 g/10분의 용융흐름지수를 갖는 열가소성 고분자 수지 및 800 ~ 2000 g/10분의 용융흐름지수를 갖는 열가소성 고분자 수지를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 10 ~ 400 g/10분의 용융흐름지수를 갖는 열가소성 고분자 수지와 800 ~ 2000 g/10분의 용융흐름지수를 갖는 열가소성 고분자 수지는 4 : 1 ~ 1 : 3의 중량비로 혼합된 것일 수 있으며 4 : 1 ~ 1.5 : 1의 중량비로 혼합될 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 열가소성 고분자 수지는 폴리프로필렌, 폴리프로필렌 공중합체, 나일론, 폴리에스터, 폴리우레탄, 폴리아크릴로니트릴, 폴리올레핀 및 셀룰로오즈로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 동일한 성분이나 용융흐름지수(Melting flow index)가 상이한 2종 이상의 열가소성 고분자를 포함하는 단일 멜트블로운사를 포함하는 멜트블로운 부직포를 제공한다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 2종 이상의 열가소성 고분자 중 최저 용융흐름지수를 갖는 열가소성 고분자 와 최고 용융흐름지수를 갖는 열가소성 고분자의 용융흐름지수의 편차가 400 g/10분 이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 2종 이상의 열가소성 고분자는 10 ~ 400 g/10분의 용융흐름지수를 갖는 열가소성 고분자 및 800 ~ 2000 g/10분의 용융흐름지수를 갖는 열가소성 고분자를 포함하는 것을 특징으로 멜트블로운 부직포를 제공한다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 10 ~ 400 g/10분의 용융흐름지수를 갖는 열가소성 고분자와 800 ~ 2000 g/10분의 용융흐름지수를 갖는 열가소성 고분자는 4 : 1 ~ 1 : 2의 중량비로 혼합될 수 있으며, 보다 바람직하게는 4 : 1 ~ 1.5 : 1의 중량비로 혼합될 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 열가소성 고분자는 나일론, 폴리에스터, 폴리우레탄, 폴리아크릴로니트릴, 폴리올레핀 및 셀룰로오즈로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 멜트블로운 부직포의 섬유두께는 0.2 ~ 15㎛일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 멜트블로운 부직포의 두께는 0.05 ~ 1㎜일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 멜트블로운 부직포는 정전처리된 것일 수 있으며, 이 경우 상기 멜트블로운 부직포는 대전제(charging agent)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상술한 본 발명의 멜트블로운 부직포; 및 상기 부직포의 적어도 일면에 형성된 여재를 포함하는 에어필터를 제공한다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 한쌍의 본 발명의 멜트블로운 부직포; 및 상기 한쌍의 부직포 사이에 형성된 여재를 포함하는 에어필터를 제공한다.
이하, 본 발명에 사용된 용어를 설명한다.
용어 "멜트블로운" 이란 부직포 웹(web) 형태를 형성하기 위해 다수의 오리피스를 통해 압출시켜 필라멘트를 섬유형태로 극세화 하기 위해 필라멘트를 공기를 통해 접촉시킨 후 가늘어진 섬유의 층을 연속된　벨트상에　적층함으로써 형성된 부직포 웹을 의미한다.
용어 “폴리올레핀”은 탄소 및 수소 원자로만 이루어진 포화된 개방 사슬의 중합체 탄화수소 계열 중 임의의 것을 의미한다. 일반적인 폴리올레핀은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리메틸펜텐 및 에틸렌, 프로필렌 및 메틸펜텐 단량체의 다양한 배합물을 포함한다.
용어 "폴리프로필렌”(PP)은 프로필렌의 단독 중합체 뿐만 아니라, 반복단위 40% 이상의 프로필렌 단위인 공중합체도 포함한다.
용어 “폴리에스테르”는 에스테르 단위의 형성에 의해 연결되고 반복 단위 85% 이상인 디카르복실산과 디히드록시 알코올과의 축합 생성물인 중합체를 포함하는 개념이다. 이는 방향족, 지방족, 포화 및 불포화 이산 및 이알콜을 포함한다.
나아가 공중합체 및 블렌드 및 이들 변형물을 포함한다. 폴리에스테르의 일반적인 예는 에틸렌 글리콜과 테레프탈산과의 축합 생성물인 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)이다.
용어 “멜트블로운사”는 용융된 가공성 중합체를 다수의 미세한 모세관을 통해 고온 고속의 압축기체와 압출함으로써 형성된 섬유 또는 필라멘트를 의미한다. 여기서, 상기 모세관은 원형, 삼각형 및 사각형을 포함하는 다각형, 별표모양 등 다양하게 변경될 수 있다. 또한, 일례로서, 고온 고속의 압축기체는 용융 열가소성 중합체 재료의 필라멘트를 가늘게 하여 직경을 약 0.5 내지 10㎛으로 감소시킬 수 있다. 멜트블로운 섬유는 불연속 섬유일수도 있고 연속 섬유일 수도 있다. 멜트블로운사는 통상적인 멜트블로운 부직포이 제조장치에 포함된 수집장치의 표면에 불규칙하게 퇴적됨으로써 임의로 분산된 섬유의 웹(부직포)를 형성할 수 있다.
용어 본 명세서에서 사용되는 용어 "혼합방사(mixing and spinning)"는 '복합방사(composite spinning)' 및 '혼섬방사(spinning and mixing)' 와 구별되는 개념으로서, '혼합방사'는 2 이상의 물질들을 단순 혼합한 후 상기 혼합물을 방사하여 필라멘트를 형성하는 방사법으로서, 생성된 필라멘트 내에서 각 물질의 배치를 제어하지 않는 방사법인데 반해, '혼섬방사'는 서로 다른 물질들을 각각 방사함으로써 서로 다른 물질들로 형성된 복수의 필라멘트들을 각각 제조함과 동시에 이들을 혼합하는 방사법이고 ,'복합방사'는 함께 방사되는 2 이상의 물질들이 섞이지 않고 하나의 필라멘트를 형성하도록 하는 방사법으로서 시스코어, 사이드바이사이드 섬유 등이 여기에 해당한다.
본 발명의 멜트블로운 부직포를 포함하는 에어필터는 구조안정성이 높아져 합지나 절곡 등의 후가공 공정에서의 물성변화를 감소시켜주며, 내부 표면적 증가로 인하여 차압증가 및 제거율이 현저하게 향상된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 멜트블로운 부직포의 제조장치의 개략 측면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 멜트블로운 부직포를 포함하는 에어필터 여재의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 바람직한 일실시예에 따른 멜트블로운 부직포를 포함하는 에어필터 여재의 단면도이다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
상술한 바와 같이, 종래의 에어필터용 멜트블로운 부직포는 인장강도가 약할 뿐 아니라 차압증가로 인한 제거율 한계 및 초세섬도나 태섬도를 가진 부직포 제작을 위한 특정조건에서는 용융된 고분자가 방사되면서 샷(shot)이나 플라이(fly) 발생으로 정상적인 방사공정이 불가능한 문제가 있었다.
이에 본 발명에서는 (1) 동일한 성분이나 용융흐름지수(Melting flow index)가 상이한 2종 이상의 열가소성 고분자 수지를 혼합하여 혼합 방사조성물을 제조하는 단계; (2) 상기 혼합 방사조성물을 방사구금으로부터 방사하는 단계; 및 (3) 상기 방사된 멜트블로운사를 적층하여 멜트블로운 부직포를 형성하는 단계를 포함하는 멜트블로운 부직포의 제조방법을 제공하여 상술한 문제의 해결을 모색하였다. 이를 통해 제조된 에어필터용 멜트블로운 부직포는 구조안정성이 높아지고, 내부 표면적 증가로 인하여 차압증가 및 제거율이 현저하게 향상된다.
먼저, (1) 단계로서 동일한 성분이나 용융흐름지(Melting flow index)가 상이한 2종 이상의 열가소성 고분자 수지를 혼합하여 혼합 방사조성물을 제조한다. 구체적으로 종래의 에어필터용 멜트블로운 부직포는 동일한 성분을 갖는 멜트블로운사로 제조하거나 이종의 성분을 갖는 멜트블로운사를 각각 방사하고 이를 혼입하여 멜트블로운 부직포를 제조하였다. 나아가 이종의 성분을 복합방사 형태(예를 들어 시스코어섬유, 사이드바이사이드 섬유 등 복합사, 혼섬사)로 방사하여 멜트블로운 부직포를 제작하였다. 이 경우 여전히 상술한 문제점을 해결하기 어려웠다.
그러나 본 발명에서는 동일한 성분인 2종류 이상의 열가소성 고분자 수지를 혼합하고 이를 단일방사하였다. 이 경우 반드시 용융흐름지수(Melting flow index)가 상이하면서도 동일성분인 열가소성 고분자 수지를 혼입하였다. 그 결과 본 발명의 멜트블로운 부직포를 구성하는 멜트블로운사의 섬도가 세섬도에서 태섬도까지 다양하게 형성될 수 있다. 기존 멜트블로운사 대비 섬도편차가 커지게 되어 구조안전성이 높아질 뿐 아니라 이를 에어필터로 제조하게 되면 차압이 저하되면서도 제거율이 현저하게 향상되는 것을 확인하였다. 한편, 동일한 성분인 2종류 이상의 열가소성 고분자 수지란 예를 들어 동일한 폴리프로필렌이나 용융흐름지수가 하나는 300g/10분이고, 다른 하나는 1000g/10분인 경우를 의미한다. 따라서, 이종의 고분자 수지(예를 들어 하나는 폴리프로필렌으로서 용융흐름지수가 하나는 300g/10분이고, 다른 하나는 폴리에틸렌으로서 1000g/10분인 경우는 본 발명의 범위에 해당하지 않으며, 본 발명은 이보다 상용성 및 여러가지 기계적 물성이 우수하다.
한편, 본 발명에서 용융흐름지수(Melting flow index)란 ASTM-D-1238의 방법에 따라서 분석한 값을 의미하는 것으로서 바람직하게는, 상기 2종 이상의 열가소성 고분자 중 최저 용융흐름지수를 갖는 열가소성 고분자와 최고 용융흐름지수를 갖는 열가소성 고분자의 용융흐름지수의 편차가 400 g/10분 이상일 때 전체적인 기계적 물성이 향상되며, 보다 바람직하게는 상기 2종 이상의 열가소성 고분자는 10 ~ 400 g/10분의 용융흐름지수를 갖는 열가소성 고분자 및 800 ~ 2000 g/10분의 용융흐름지수를 가질 때 전체적인 기계적 물성이 현저하게 향상된다(표 1 참조).
한편 바람직하게는, 상기 10 ~ 400 g/10분의 용융흐름지수를 갖는 열가소성 고분자와 800 ~ 2000 g/10분의 용융흐름지수를 갖는 열가소성 고분자는 4 : 1 ~ 1 : 3의 중량비로 혼합될 수 있으며, 보다 바람직하게는 4 : 1 ~ 1.5 : 1의 중량비로 혼합될 수 있다. 이를 통해 압력손실 및 연신율을 최소화하면서도 제거율 및 QF 팩터를 극대화할 수 있다.
본 발명에 사용될 수 있는 열가소성 고분자는 통상적으로 멜트블로운 부직포에 사용될 수 있는 것이면 제한없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 상기 열가소성 고분자는 멜트블로운사는 에틸렌, 프로필렌, 1-부텐, 1-헥센, 4-메틸-1-펜텐 및 1-옥텐 등의 알파-올레핀의 단독 혹은 공중합체인 고압법 저밀도 폴리에틸렌, 선상 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리프로필렌(프로필렌 단독 중합체), 폴리프로필렌 랜덤 공중합체, 폴리1-부텐, 폴리4-메틸-1-펜텐, 에틸렌프로필렌 랜덤 공중합체, 에틸렌1-부텐 랜덤 공중합체, 프로필렌1-부텐 랜덤 공중합체 등의 폴리올레핀, 폴리에스터(폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트 등), 폴리아미드(나일론-6, 나일론-66, 폴리메타크실렌아디프아미드 등), 폴리염화비닐, 에틸렌아세트산비닐 공중합체, 에틸렌아세트산비닐비닐알코올 공중합체, 에틸렌(메트)아크릴산 공중합체, 에틸렌-아크릴산에스테르-일산화탄소 공중합체, 폴리아크로니트릴, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 아이오노머(ionomer ; 에틸렌과 메틸아크릴산의 공중합체로 카르복실기에 아연(Zn), 나트륨(Na), 칼슘(Ca) 암모늄(NH4) 등이 부분치환된 고분자) 또는 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어 지는 그룹으로부터 선택되는 것이 될 수 있으며, 보다 바람직하게는 나일론, 폴리에스터, 폴리우레탄, 폴리아크릴로니트릴, 폴리올레핀 및 셀룰로오즈로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 폴리프로필렌 또는 폴리프로필렌 공중합체일 수 있다.
상기 멜트블로운 부직포의 섬유두께는 0.2 ~ 15 ㎛일 수 있다. 또한 멜트블로운 부직포의 두께는 0.05 ~ 1㎜일 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 멜트블로운 부직포는 정전처리된 것일 수 있으며, 이 경우 상기 멜트블로운 부직포는 대전제(charging agent)를 더 포함할 수 있다.
정전처리는 통상적으로 수행되는 부직포에 정전을 부여하여 포집능력을 향상시키는 방법으로서 이와 같이 멜트블로운 부직포에 정전 처리될 경우 이를 구성하는 필라멘트는 내부에 강제적으로 분극된 전하를 가지게 되고, 이에 따라 분극된 전하를 갖는 필라멘트로 이루어진 부직포는 전하를 띠는 미세 입자를 용이하게 포
집하게 된다.
이러한 정전 처리 공정은 코로나 방전, 플라즈마 대전, 마찰대전, 고압의 물방울을 통한 수 대전 방식을 이용하여 수행될 수 있다. 이러한 방식들 중 코로나 방전 방식은 용융된 중합체의 필라멘트가 완전하게 경화된 이후에 방전처리하는 콜드(cold) 코로나 방전과 필라멘트가 완전하게 경화되지 않아서 필라멘트 섬유 내부의 자유전하가 상대적으로 자유로운 상태에서 실시하는 열(hot) 코로나 방전 방식이 있다. 상기 코로나 방전 방식은 30 ~ 60 ㎸의 전압에서 수행될 수 있다. 만일, 상기 전압이 30 ㎸ 미만일 경우 전기분극률이 너무 낮기 때문에 목적하는 포집 효율을 얻을 수 없고, 반면 상기 전압이 60 ㎸를 초과할 경우 부직포에 구멍(hole) 등의 결점이 발생되기 쉽고 작업자에게 치명적일 수 있다. 상기 코로나 방전 방식은 0.1 ~ 6.0 ㎃의 전류에서 수행될 수 있다. 만일, 상기 전류가 0.1 ㎃ 미만일 경우 전하의 이동량이 적기 때문에 충분한 정전 성능을 부여할 수 없고, 반면 상기 전류가 6.0 ㎃를 초과할 경우 작업 자에게 치명적일 수 있다.
본 발명에서는 정전효과를 극대화시키기 위해서 대전제를 더 포함할 수 있으며, 이 경우 통상적으로 사용되는 대전제를 더 포함할 수 있다. 이 경우 바람직하게는 힌더드 아민계 대전제를 사용할 수 있으며 이 경우 바람직하게는 N,N'-비스-3-(3',5'-디-터트-부틸-4'-하이드록시페닐)프로피오닐헥사메틸렌디아민, N,N'-테트라메틸렌-비스[3-(3'-메틸-5'-터트-부틸-4'-하이드록시페닐)프로피오닐]디아민, N,N'-비스[3-(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시페닐)-프로피오닐]하이드라진, N-살리실로일-N'-살리실리덴하이드라진, 3-(N-살리실로일)아미노-1,2,4-트리아졸, N,N'-비스[2-{3-(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오닐옥시}에틸]옥시아미드 등을 들 수있다. 가장 바람직하게는 폴리[[6-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)아미노]-s-트리아진-2,4-디일]- [[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노]헥사메틸렌[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노]])을 사용하는 것이 물성향상에 가장 효과적이다(표 1 참조). 상기 힌더드 아민계 대전제는 전체 고분자의 약 0.05 내지 약 5 중량％의 양으로 존재하며, 더욱 바람직하게는 첨가제(들)은 고분자의 약 0.2 내지 약 2 중량％의 양으로 존재하며, 더더욱 바람직하게는 고분자의 약 0.2 내지 약 1 중량％의 양으로 존재할 수 있다.
또한 산화방지제를 포함할 수 있는데 이 경우 가장 바람직하게는 힌더드 페놀계열의 산화방지제를 사용할 수 있다. 바람직한 힌더드 페놀계 산화방지제로는 n-옥타데실-3-(3',5'-디-터트-부틸-4'-하이드록시페닐)-프로피오네이트, n-옥타데
실-3-(3'-메틸-5'-터트-부틸-4'-하이드록시페닐)-프로피오네이트, n-테트라데실-3-(3',5'-디-터트-부틸-4'-하이드록시페닐)-프로피오네이트, 1,6-헥산디올-비스[3-(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시페닐)-프로피오네이트],1,4-부탄디올-비스[3-(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시페닐)-프로피오네이트], 2,2'-메틸렌-비스(4-메틸-터트-부틸페놀), 트리에틸렌글리콜-비스[3-(3-터트-부틸-5-메틸-4-하이드록시페닐)-프로피오네이트], 펜타에리쓰리톨 테트라키스[메틸렌-3-(3',5'-디-터트-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트]메탄, 3,9-비스[2-{3-(3-터트-부틸-4-하이드록시-5-메틸페닐)프로피오닐옥시}-1,1-디메틸에틸]2,4,8,10-테트라옥사스피로(5,5)운데칸 등을 들 수 있으며, 가장 바람직하게는 2,6-디-터트-부틸-4-메틸페놀을 사용하는 것이 물성향상에 가장 효과적이다. 상기 힌더드 페놀계 산화방지제는 전체 고분자의 약 0.01 내지 약 2 중량％의 양으로 존재할 수 있다.
이후 (2) 단계에서 상기 혼합 방사조성물을 방사구금으로부터 방사하게 된다. 이 경우 상기 2종류 이상의 열가소성 고분자를 복합방사가 아닌 혼합하고 이를 단일방사하여 발명의 목적을 달성한다. 이후 (3) 단계로서 통상적으로 상기 방사된 멜트블로운사를 적층하여 멜트블로운 부직포를 형성하게 된다.
이러한 멜트블로운 부직포를 제조하기 위한 제조 장치의 개략적 구성은 Wilhelm Albrecht 등이 저술한 문헌(Chapter 4.2.4.1.Meltblowing process, Nonwoven Fabrics: Raw Materials, Manufacture, Applications, Characteristics,Testing Processes, edited by, Wilhelm Albrecht, Hilmar Fuchs, and Walter Kittelmann, pp. 222-224,Wiley-VCH (2003))에 상세히 기재되어 있며, 상기 문헌은 본 명세서 기재의 일부를 구성하며, 본 발명의 참고자료로서 포함된다.
보다 구체적으로 본 발명의 적용될 수 있는 멜트블로운 부직포 제조장치(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상술한 본 발명의 열가소성 고분자 수지(1)를 가열하여 용융된 열가소성 고분자 수지를 압출하는 가열압출부(2); 상기 용융된 열가소성 고분자 수지를 필라멘트(6) 형태로 자중방향(A)을 따라 기체와 함께 분사하는 필라멘트 방사부(3)와; 상기 필라멘트(6)를 꼬도록 상기 분사되는 필라멘트(6)를 향해 상기 자중방향(A)에 대해 교차하는 방향으로 기체를 분사하는 교차방향 기체분사부(5A, 5B)와; 상기 교차방향 기체분사부(5A, 5B)를 경유한 상기 필라멘트(6)를 포집하여 섬유웹(11)을 형성하는 포집부(7)를 포함한다. 여기서, 상기 필라멘트 방사부(3)는 자중방향(A)이 아닌 임의의 제1방향을 따라 필라멘트와 기체를 분사할 수도 있다.
투입된 열가소성 고분자 수지(1)는 상기 가열압출부(2)에 의해 가열되어 용융상태로 변환되어 압출된다. 아 외에 무기 및/또는 유기 첨가제가 첨가될 수 있다. 이러한 무기 및/또는 유기 첨가제가 첨가됨으로써 용융된 상태의 열가소성 고분자 수지의 방사 점도를 조절하거나 필라멘트의 물성 즉, 비중 및 경도를 조절할 수 있다. 또한, 상기 무기 및/또는 유기 첨가제가 첨가됨으로써 필터의 여과효율 및 내구성을 향상시킬 수도 있다. 이러한 첨가제의 종류 및 비율은 당업자에게 널리 알려져 있으므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 필라멘트 방사부(3)는 상기 가열압출부(2)로부터 공급되는 용융된 열가소성 고분자수지(1)가 유입되는 유입부(3B)와, 상기 유입부(3B)로부터 유입된 상기 용융된 열가소성 고분자수지(1)가 임시 저장되는 챔버(3C)와, 상기 챔버(3C)로부터 상기 포집부(7)를 향해 형성된 복수의 필라멘트 방사관(3A)를 포함한다.
상기 복수의 필라멘트 방사관(3A)는 원통형, 삼각형 및 사각형을 포함하는 다각형, 별모양 등 다양한 형태로 마련될 수 있다.
또한, 상기 필라멘트 방사관(3A)는 도 1에서는 1개인 것처럼 도시되어 있으나, 실제로는 도 1의 지면(紙面)에 대해 수직인 방향을 따라 복수개 배치된다.
상기 챔버(3C)에 임시 저장된 용융된 열가소성 고분자수지(1)는 상기 필라멘트 방사부(3)를 통과하면서 필라멘트 형태로 변환되어 자중방향(A)으로 배출된다. 여기서, 상기 챔버(3C)는 미도시된 기어펌프에 의해 그 내부에 압력이 가해지며 상기 압력에 의해 상기 필라멘트가 분사된다. 물론, 상기 챔버(3C) 내부를 가압하기 위해 상술한 기어펌프 외에도, 유압펌프, 로터리펌프 등 다양한 가압수단이 채용될 수 있다.
여기서, 상기 필라멘트 방사부(3)는 상기 필라멘트 방사관(3A)를 통해 유출되는 상기 필라멘트를 길이방향(자중방향(A))으로 신장시킬 수 있도록 상기 필라멘트를 향해 기체를 분사하는 하방 기체분사부(4A, 4B)를 포함한다.
상기 하방 기체분사부(4A, 4B)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 필라멘트 방사관(3A)를 기준으로 좌우에 각각 대칭적으로 배치될 수도 있다. 또한, 상기 하방기체분사부(4A, 4B)의 기체분사노즐(12, 13)은 자중방향(A)에 대해 경사지게 배치될 수 있다. 상기 기체분사노즐(12, 13)로부터 분사되는 기체의 분사방향의 합력이 상기 자중방향(A)에 대해 대체로 평행하도록, 상기 기체분사노즐(12, 13)이 마련될 수 있다. 여기서, 상기 기체분사노즐(12, 13)이 상기 필라멘트 방사관(3A)의 길이방향을 기준으로 좌우 대칭으로 마련되는 경우, 상기 기체분사노즐(12, 13)로부터 분사되는 기체의 분사방향의 합력이 상기 자중방향(A)에 대체로 평행하게 될 것이다.
상기 하방 기체분사부(4A, 4B)는 상기 기체분사노즐(12, 13)을 통해 기체를 분사한다. 이에 따라, 상기 기체와의 충돌로 인해 상기 필라멘트 방사관(3A)를 통해 배출되는 필라멘트(멜트블로운사, 6)가 그 길이방향으로 신장되게 되며 그 직경이 감소하게 된다. 여기서, 상기 기체는 고온 및/또는 고속의 기체일 수 있다. 이에 의해, 고온 및/또는 고속의 기체인 경우, 필라멘트(6)의 직경을 더욱 더 감소시킬 수 있다. 여기서, 상기 기체는 대기 중의 공기일 수 있다. 물론, 상기 기체는 기체 상태의 질소, 산소, 수증기의 다양한 배합비로 구성된 기체일 수도 있고, 단일성분의 불활성기체만으로 이루어 질수도 있다. 상기 기체의 종류는 다양하게 변경될 수 있다. 여기서, 고온이란 상온과 같거나 상온보다 높은 온도로서 상기 필라멘트(6)를 길이방향으로 신장시킬수 있는 온도이면 충분하다. 이에, 상기 필라멘트 분사부(3)에 의해 분사되는 기체의 온도는 설계자의 선택에 의해 다양한 온도로 변경될 수 있다. 또한, 상기 고속이란 분사되는 기체가 소정 방향성을 가지고 분사될 수 있을 정도의 속력을 의미한다. 분사되는 기체의 속력도 상기 온도와 마찬가지로 설계자의 선택에 의해 다양한 값으로 변경될 수 있다. 한편, 상기 교차방향 기체분사부(5A, 5B)는 상기 필라멘트 방사부(3)를 통해 분사된 필라멘트(6)를 향해 상기
자중방향(A)에 대해 교차하는 방향으로 기체를 분사한다.
상기 교차방향 기체분사부(5A, 5B)도 상기 필라멘트 방사부(3)처럼 도 1의 지면(紙面)에 수직한 방향으로 연장되어 지면에 수직한 방향으로의 소정폭 만큼 기체를 분사하도록 마련될 수 있다.
여기서, 상기 교차방향 기체분사부(5A, 5B)의 지면(紙面)에 수직한 방향으로의 기체분사폭이 상기 필라멘트 방사부(3)에 의해 분사되는 필라멘트(6)의 지면방향으로의 폭보다 같거나 넓은 것이 바람직하다. 여기서, 도 1에서는 상기 교차방향 기체분사부(5A, 5B)로 한 쌍(2개)를 도시하고 있으나, 경우에 따라서는 1개로 마련될 수도 있다.
여기서, 상기 기체는 고온 및/또는 고속의 공기일 수 있다. 이에 따라, 고온 고속의 공기와 상기 분사되는 필라멘트(6)가 서로 충돌함에 따라 상기 필라멘트(6)의 직경은 1~60% 감소하고 그 길이는 1~60% 증가하며, 상기 필라멘트(6)의 표면적이 1~60%증가한다. 또한, 상기 필라멘트(6)는 상기 자중방향(A)을 중심으로 마치 코일 스프링 모양처럼 꼬이는 형태를 가지게 된다. 여기서, 상기 기체의 성분 및 상기 기체에 포함된 기체의 종류는 다양하게 변경될 수 있음은 물론이다.
또한, 상기 교차방향 기체분사부(5A, 5B)와 상기 하방 기체분사부(4A, 4B)는 동일한 성분 및 종류의 기체를 분사할 수도 있다. 다만, 그 분사되는 기체의 압력과 온도는 달라질 수 있다.
여기서, 상기 교차방향 기체분사부(5A, 5B)는 각각 상기 기체를 분사하기 위한 분사관(14, 15)를 갖는다. 상기 분사관(14, 15)는 노즐로서 마련될 수도 있다.
[0065] 상기 교차방향 기체분사부(5A, 5B)는 상기 필라멘트 방사관(3A)의 단부에서 상기 각 교차방향 기체분사부(5A,5B)의 분사관(14, 15)까지의 수직방향(자중방향, A)으로의 거리(H1, H2)가 서로 다른 것이 바람직하다. 왜냐하면, 각 분사관(14, 15)까지의 수직방향 거리(H1, H2)가 같은 경우, 분사된 기체가 서로 상쇄될 수 있기 때문이다. 물론, 경우에 따라서, 가령 서로 수직방향 거리(H1, H2)가 같더라도 어느 한 기체분사부(5A, 5B)의 분사속도를 다른 한 기체분사부(5A, 5B)의 분사속도보다 크게 하는 경우에는 수직방향 거리(H1, H2)를 같게 하더라도 상기 필라멘트(6)의 꼬임정도, 길이 및 표면적을 증가시키고 직경을 감소시킬 수 있다.
여기서, 도 1에 도시된 좌측의 상기 교차방향 기체분사부(5A)는 상기 필라멘트 방사관(3A)의 길이방향의 연장선(B)을 기준으로 반시계방향으로 제1각도(θ1)만큼 기울어진 방향으로 상기 기체를 상기 필라멘트(6)를 향해 분사할 수 있다.
` 또한, 우측의 상기 교차방향 기체분사부(5B)는 상기 필라멘트 방사관(3A)의 길이방향의 연장선(B)을 기준으로 시계방향으로 제2각도(θ2)만큼 기울어진 방향으로 상기 기체를 상기 필라멘트(6)를 향해 분사할 수 있다. 여기서, 상기 제1각도(θ1) 및 제2각도(θ2)는 90도 일 수 있다. 물론, 상기 제1각도(θ1) 및 제2각도(θ2)는 1도 이상 179도 이하 범위에서 임의의 각도 일 수 있다. 경우에 따라서, 상기 제1각도(θ1) 및 제2각도(θ2)는 서로 다를 수도 있다.
상기 교차방향 기체분사부(5A, 5B)는 그 분사관(14, 15)의 단부로부터 상기 필라멘트 방사관(3A)의 길이방향 연장선(B)까지의 수평거리가 0.5~50cm, 바람직하게는 0.5~10cm 범위내로 배치될 수 있다. 물론, 이러한 배치는 일례에 불과하다.
또한, 상기 교차방향 기체분사부(5A, 5B)는 그 분사관(14, 15)로부터 상기 필라멘트 방사관(3A)의 단부까지의 수직거리는 1~50cm, 바람직하게는 1~30cm로 배치될 수 있다. 물론, 이외에도 다양하게 수직거리가 변경될 수도 있다.
상기 교차방향 기체분사부(5A, 5B)는 상기 분사부(3)의 하방 기체분사부(4A, 4B)에 의해서도 어느 정도 상기 필라멘트(6)가 꼬일수 있으나 상기 교차방향 기체분사부(5A, 5B)가 상기 필라멘트(6)의 꼬임을 더욱 더 극대화 시킨다. 이에 따라, 상기 필라멘트(6)의 직경을 더욱 감소시킬 수 있으며 그 길이도 신장시킬 수 있다. 상기 필라멘트(6)가 더욱 꼬아진 형태로 만들어짐에 따라 이러한 필라멘트(6)의 적층물인 부직포는 그 벌키(bulky)성이 크게 개선될 수 있다.
여기서, 벌키(bulky)성은 무게에 비하여 부피가 큰 것을 의미하며, 그로인해 보다 가벼운 부직포를 제조할 수 있다.
상기 교차방향 기체분사부(5A, 5B)의 기능에 대해서 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 상기 필라멘트 방사부(3)에서 상기 포집부(7)로 분사되는 필라멘트(6)는 상기 필라멘트 방사부(3)와 상기 포집부(7) 사이의 상온의 공기와 접촉하면 급속히 표면이 냉각된다. 이로 인해 상기 필라멘트(6)가 경화되어 직경,
길이, 표면적과 같은 그 외형이 변형이 거의 불가능하게 된다.
따라서, 상기 필라멘트 방사부(3)로부터 분사된 필라멘트가 변형 가능한 온도 이하로 떨어지기 전에 상기 필라멘트(6)에 고온 및/또는 고속의 기체를 상기 교차방향으로 분사하여 상기 필라멘트(6)와 충돌시키면 열에너지와 충돌에너지가 필라멘트에 전달되어 상기 필라멘트(6)의 직경이 보다 가늘어 질 뿐만 아니라 더욱 꼬아진 형태를 띄게 된다.
여기서, 상기 교차방향 기체분사부(5A, 5B)에서 분사되는 기체속도는 상기 필라멘트 방사부(3)의 상기 하방향 기체분사부(4A, 4B)에서 분사되는 기체속도의 5~90% 범위에 있는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 상기 교차방향 기체분사부(5A, 5B)에 의해 분사되는 횡방향 기체속도가 상기 하방향 기체분사부(4A, 4B)에 의해 분사되는 종방향 기체속도와 비슷하거나 그 보다 클 경우(90%초과), 상기 필라멘트 방사부(3)에서 상기 포집부(7)까지의 기체유동이 유지되기가 곤란하기 때문이다. 또한, 교차방향 기체분사부(5A, 5B)에 의해 분사되는 횡방향 기체속도가 상기 하방향 기체분사부(4A, 4B)에 의해 분사되는 종방향 기체속도 대비 너무 작을 경우(5%미만) 상기 필라멘트(6)의 표면을 개질할 만한 충분한 충격에너지를 전달할 수 없기 때문이다.
상기 교차방향 기체분사부(5A, 5B)에서 분사하는 기체 온도는, 동일한 속도 조건 하에서 상기 필라멘트 방사부(3)로부터의 거리(길이방향의 연장선(B) 방향으로의 거리)가 멀수록 높은 것이 바람직하다. 왜냐하면, 상술한바와 같이, 상기 필라멘트 방사부(3)로부터 멀리 떨어진 위치의 필라멘트는 외부공기와 접촉되어 더 많이 냉각되므로 필라멘트(6)의 외형을 변형시키기 위해서는 보다 큰 열에너지가 필요하기 때문이다.
여기서, 상기 교차방향 기체분사부(5A, 5B)에 의해 분사된 기체 스트림을 맞은 필라멘트(6)는 상기 포집부(7)에 일정한 중량으로 수집된다. 이때, 상기 포집부(7)의 하부에는 후술할 기체흡입부(8)가 배치될 수 있다. 이에 의해, 상기 교차방향 기체분사부(5A, 5B)에 의해 교차방향으로 기체가 분사되더라도 상기 필라멘트 방사부(3)로부터 상기 기체흡입부(8)까지로 이어지는 일정한 공기유동이 형성되게 된다. 이로 인해, 필라멘트(6)의 이송경로 가 대체로 일정하게 된다.
한편, 상기 포집부(7)는 상기 교차방향 기체분사부(5A, 5B)를 경유한 상기 필라멘트(6)가 적층되는 벨트(7c) 및 상기 벨트(7c)를 구동하는 한 쌍의 롤러(7a, 7b)를 포함한다. 경우에 따라서, 상기 포집부(7)는 회전하는 원통형 드럼으로 마련될 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 멜트블로운 부직포 제조장치(100)는, 상기 분사부(3)에서 분출되는 필라멘트의 이송방향 이 일정하도록 상기 필라멘트 방사부(3)의 하부에 배치된 기체흡입부(8)를 더 포함할 수 있다. 기체흡입부(8)는 상기 분사부(3)의 상기 하방향 기체분사유닛(4A, 4B)으로부터 분사된 기체를 흡입한다. 이에따라, 상기 분사되는 고속기체의 흐름으로 인해 이송되는 상기 필라멘트의 이송방향, 즉 분사방향도 대체로 일정하게 유지될 수 있다. 여기서, 상기 필라멘트의 분사방향은 대체로 필라멘트 방사부(3)의 상기 필라멘트 방사관(3A)의 길이방향 연장선(B)과 대체로 나란하다.
여기서, 상기 필라멘트 방사관(3A)은 그 길이방향이 대체로 자중방향(A)이 되도록 배치될 수 있다. 또한, 상기 필라멘트 방사부(3)에 의해서 분사되는 필라멘트(6)의 분사방향은 자중방향(A)일 수 있다. 하지만, 상기 필라멘트 방사관(3A)의 길이방향을 자중방향으로 하지 않는 경우와 같이, 필요에 따라서, 상기 필라멘트(6)의 분사방향이 자중방향(A)이 아닐 수도 있다. 여기서, 상기 필라멘트 방사부(3)에 의해서 분사되는 필라멘트(6)의 분사방향은 제1방향으로 호칭될 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 멜트블로운 부직포 제조장치(100)는, 상기 포집부(7)에 의해 수집된 섬유웹(부직포)을 권취하는 권취부(9)를 더 포함할 수 있다. 상기 권취부(9)는 서로 대향하여 회전하는 한 쌍의 롤러(9a, 9b)로 마련될 수 있다. 상기 한 쌍의 롤러(9a, 9b) 중 어느 하나가 상기 포집부(7)의 벨트(7c)에 포집된 섬유웹(11)을 이송받아 그 외면에 상기 섬유웹(11)을 권취할 수 있다. 상기 권취부(9)는 일례에 불과하고 다양하게 변경될 수 있으며, 경우에 따라서는 생략될 수도 있다.
본 발명의 에어필터는 통상적으로 사용되는 에어필터용 지지체의 적어도 일면에 상술한 본발명의 멜트블로운 부직포가 여재로서 구비될 수 있다. 구체적으로 도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 에어필터 여재의 단면도로서, 에어필터 지지체(300)의 일면에 본 발명의 멜트블로운 부직포(310)가 여재로서 구비된다. 또한 멜트블로운 부직포가 지지체의 양면에 구비되는 것 또한 가능하다. 본 발명의 에어필터 지지체로서 사용될 수 있는 것은 스펀본드(SB) 부직포, 멜트블로운 (MB) 부직포, 나노 방사 부직포, 니들펀치 (NP) 부직포, 써멀본드(TB) 부직포, 에어레이드(AL) 부직포, 습식 부직포 등이 사용될 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 두께는 0.1 ~ 10mm일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 한편 상기와 같은 멜트블로운 부직포와 지지체로서 여과지 또는 부직포의 접합은 핫멜트 접착, 초음파 접착, 케미컬접착, 니들펀칭 후 열처리 공정 등과 같은 기 공지된 접합 방법에 의하여 실시하며, 필요시에는 상기 접합 방법을 혼용하여 멜트블로운 부직포와 여과지 또는 부직포를 접합하여 필터 여재층을 구성할 수 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따른 에어필터 여재의 단면도로서, 본 발명의 한쌍의 지지체(300. 320)의 사이에 본 발명의 멜트블로운 부직포(310)을 포함한다. 그 결과 벌키성을 가진 멜트블러운 부직포의 구조적 안정성을 부여하여 절곡된 형태를 갖는 에어필터 모듈의 성형 안정성과 기계적 안정성을 동시에 부여할 수 있다.
한편 상기 에어필터는 활성 탄소 섬유, 탄소 나노 튜브(CNT), 제올라이트, 실리카겔, 활성 알루미나, 이온교환 수지, 이온교환 섬유로 이루어진 군으로부터 선택되는 흡착/탈취층을 추가로 포함할 수 있으며 이에 따라 지지체와 본 발명의 멜트블로운 부직포 사이에 이러한 흡착/탈취층이 추가되는 것은 본 발명의 범위에 포함되는 것이다.
이하, 실시 예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
<실시예 1>
용융지수가 38g/10분인 폴리프로필렌(폴리미래, HP563S)과 용융지수가 1300g/10분인 폴리프로필렌 (폴리미래, HP461Y) 고분자 수지를 2:1의 중량비로 혼합하였다. 상기 전체 고분자 수지에 대하여 대전제로서 폴리[[6-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)아미노]-s-트리아진-2,4-디일]- [[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노]헥사메틸렌[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노]])(치마소브911, 시바가이거) 0.5중량% 및 산화방지제로서 바람직하게는 2,6-디-터트-부틸-4-메틸페놀 (BHT, ㈜대정화금) 0.1중량%를 마스터배치 가공하여 혼합 제조하였다. 상기 방사조성물을 단일방사하여 멜트블로운사를 분사하고 이를 멜트블로운 부직포로 가공하였다. 상기 부직포의 두께는 250㎛이다. 이후 정전처리는 고압노즐을 이용한 물분사 방법으로 마찰접촉 대전 시켜 정전 부직포를 제조하였다.
<실시예 2 >
수지는 ㈜폴리미래에서 판매되는 용융지수가 38g/10분 (HP563S) 폴리프로필렌과 용융지수가 1300g/10분 (HP461Y)인 폴리프로필렌 고분자 수지를 1:1의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 정전 멜트블로운 부직포를 제조하였다.
<실시예 3>
수지는 ㈜폴리미래에서 판매되는 용융지수가 38g/10분 (HP563S) 폴리프로필렌과 용융지수가 1300g/10분 (HP461Y)인 폴리프로필렌 고분자 수지를 1:2의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 정전 멜트블로운 부직포를 제조하였다.
<실시예 4>
수지는 ㈜폴리미래에서 판매되는 용융지수가 38g/10분 (HP563S) 폴리프로필렌과 용융지수가 1300g/10분 (HP461Y)인 폴리프로필렌 고분자 수지를 1:5의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 정전 멜트블로운 부직포를 제조하였다.
<실시예 5>
용융흐름지수가 180g/10분인 폴리프로필렌 수지(엘지화학, H7900)와 용융흐름지수가 180인 폴리프로필렌 수지에 용융흐름지수 상승제인 퍼록사이드를 3중량% 첨가하여 용융흐름지수가 400g/10분인 폴리프로필렌 고분자 수지를 2:1의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 정전 멜트블로운 부직포를 제조하였다.
<실시예 6>
수지는 ㈜폴리미래에서 판매되는 용융지수가 38g/10분 (HP563S), 800g/10분 (HP561X), 1300g/10분 (HP461Y)인 폴리프로필렌 고분자 수지를 2:1:1의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 정전 멜트블로운 부직포를 제조하였다.
<비교예 1>
용융흐름지수가 38g/10분인 고분자 수지만을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 정전 멜트블로운 부직포를 제조하였다.
<비교예 2>
용융흐름지수가 1300g/10분인 고분자 수지만을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 정전 멜트블로운 부직포를 제조하였다.
<비교예 3>
수지는 ㈜폴리미래에서 판매되는 용융지수가 38g/10분 (HP563S) 폴리프로필렌과 용융지수가 1300g/10분 (HP461Y)인 폴리프로필렌 수지를 사이드바이사이드의 형태로서 복합방사한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 실시하여 멜트블로운 부직포를 제조하였다.
<실험예>
상기 실시예 및 비교예를 통해 제조된 정전 멜트블로운에 대하여 하기와 같은 평가를 실시하고 그 결과를 표 1에 나타내었다.
1. 포집 효율(%) 및 압력 손실(mmAq) 측정
일반적으로 에어필터에서 측정하는 방식으로 측정하였다. 구체적으로는, 적용 풍량 32 LPM(면풍속 5.33㎝/sec)의 기류 속도에서 염화나트륨이 함유된 에어로졸을 부직포 샘플에 통과시켜 통과 전후의 염화나트륨 농도를 측정하여 부직포에 의해 집진된 염화나트륨의 양을 계산하고 이를 통과 전의 염화나트륨 양으로 나눈 후 백분율하여 포집 효율을 측정하였다. 이때, 상기 에어로졸은 염화나트륨을 증류수에 용해시켜 20 중량%의 염화나트륨 수용액을 만든 후, 염화나트륨이 0.3 ㎛ 정도의 크기를 갖도록 히터 장치에 의해 수분을 기화시켜 제조하였다. 이러한 방법으로 입자에 대한 포집 효율(%)은 자동화된 효율 시험기(TSI사, Model 8130, 미네소타주 세이트폴)에 의해 측정하였다.
압력 손실(mmAq)은 포집 효율 측정방법과 유사하게 적용 풍량 32 LPM의 기류 속도에서 부직포 샘플의 통과 전후 의 압력 손실 값으로부터 측정하였다.
2. QF 팩터 측정(1/mmH20)
퀄리티팩터(QF )는 여과효율과 차압을 조합한 필터 성능을 표현하는 수단의 일종으로서 일반적으로 하기의 관계식에 따라 계산하며 수치가 높을수록 우수한 에어필터 성능을 나타낸다.
다.
[관계식]
QF 지수(1/mmAq) = [- ln((100 - R) / 100)] / ΔP
단, R은 포집효율이고, ΔP는 차압이다.
3. 연신율(%)
연신율 측정 방법은 KS K ISO 9073-3에 준하여 정속 신장식 (constant rate of extension type) 인장 시험기를 이용하여 측정하였다. 시험편은 길이 방향 및 폭방향으로 각각 5개씩 채취하였으며 양변에서 적어도 100mm이상 떨어진 곳에서 채취하고, 동일한 폭 및 길이 방향이 포함되지 않도록 하였다. 연신율은 수치가 낮은 것이 유리하다.
4. 용융흐름지수(g/10분)
ASTM-D-1238의 방법에 따라서 230℃에서 2.16Kg의 하중조건으로 분석하였다.
압력손실 제거율(%) QF 두께(㎛) 연신율(%)
실시예 1 1.2 95.5 2.28 250 36
실시예 2 1.5 96.2 2.18 262 45
실시예 3 1.8 97.2 1.99 276 48
실시예 4 2.1 97 1.67 283 56
실시예 5 2.6 94.8 1.14 260 59
실시예 6 1.19 35.8 0.37 254 37
비교예 1 0.8 86 2.46 245 21
비교예 2 2.9 98.2 1.39 250 62
비교예 3 2.8 95.3 1.09 262 54
표 1에서 알 수 있듯이 용융흐름지수가 상이한 고분자 수지를 혼합한 실시예 1 ~ 6이 이를 사용하지 않은 비교예 1 ~ 2에 비하여 우수한 물성을 나타내었다. 또한 복합방사를 수행한 비교예 3에 비하여 동일한 조성이나 혼합하여 단일방사를 실시한 실시예 2의 물성이 우수하였다. 또한 용융흐름지수 300이하와 800이상의 수지를 4 : 1 ~ 1 : 3의 범위로 혼합한 실시예 1 ~ 3이 이를 벗어난 실시예 4에 비하여 우수한 효과를 나타내었다. 또한 4 : 1 ~ 1.5 : 1의 범위를 만족하는 실시예 1이 가장 우수하였다.
본 발명의 멜트블로운 부직포는 에어필터, 마스크 등에 널리 활용될 수 있다.

Claims (19)

  1. (1) 동일한 성분이나 용융흐름지수(Melting flow index)가 상이한 2종 이상의 열가소성 고분자 수지를 혼합하여 혼합 방사조성물을 제조하는 단계;
    (2) 상기 혼합 방사조성물을 방사구금으로부터 혼합방사하는 단계; 및
    (3) 상기 방사된 멜트블로운사를 적층하여 멜트블로운 부직포를 형성하는 단계를 포함하는 멜트블로운 부직포의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 2종 이상의 열가소성 고분자 수지 중 최저 용융흐름지수를 갖는 열가소성 고분자 수지와 최고 용융흐름지수를 갖는 열가소성 고분자 수지의 용융흐름지수의 편차가 400 g/10분 이상인 것을 특징으로 멜트블로운 부직포의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 2종 이상의 열가소성 고분자 수지는 10 ~ 400 g/10분의 용융흐름지수를 갖는 열가소성 고분자 수지 및 800 ~ 2000 g/10분의 용융흐름지수를 갖는 열가소성 고분자 수지를 포함하는 것을 특징으로 멜트블로운 부직포의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 10 ~ 400 g/10분의 용융흐름지수를 갖는 열가소성 고분자 수지와 800 ~ 2000 g/10분의 용융흐름지수를 갖는 열가소성 고분자 수지는 4 : 1 ~ 1 : 3의 중량비로 혼합된 것을 특징으로 하는 멜트블로운 부직포의 제조방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 10 ~ 400 g/10분의 용융흐름지수를 갖는 열가소성 고분자 수지와 800 ~ 2000 g/10분의 용융흐름지수를 갖는 열가소성 고분자 수지는 4 : 1 ~ 1.5 : 1의 중량비로 혼합된 것을 특징으로 하는 멜트블로운 부직포의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 열가소성 고분자 수지는 나일론, 폴리에스터, 폴리프로필렌, 폴리프로필렌 공중합체, 폴리우레탄, 폴리아크릴로니트릴, 폴리올레핀 및 셀룰로오즈로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 멜트블로운 부직포의 제조방법.
  7. 동일한 성분이나 용융흐름지수(Melting flow index)가 상이한 2종 이상의 열가소성 고분자를 혼합하여 포함하는 단일 멜트블로운사를 포함하는 멜트블로운 부직포.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 2종 이상의 열가소성 고분자 중 최저 용융흐름지수를 갖는 열가소성 고분자 와 최고 용융흐름지수를 갖는 열가소성 고분자의 용융흐름지수의 편차가 400 g/10분 이상인 것을 특징으로 멜트블로운 부직포.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 2종 이상의 열가소성 고분자는 10 ~ 400 g/10분의 용융흐름지수를 갖는 열가소성 고분자 및 800 ~ 2000 g/10분의 용융흐름지수를 갖는 열가소성 고분자를 포함하는 것을 특징으로 멜트블로운 부직포.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 10 ~ 400 g/10분의 용융흐름지수를 갖는 열가소성 고분자와 800 ~ 2000 g/10분의 용융흐름지수를 갖는 열가소성 고분자는 4 : 1 ~ 1 : 2의 중량비로 혼합된 것을 특징으로 하는 멜트블로운 부직포.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 10 ~ 400 g/10분의 용융흐름지수를 갖는 열가소성 고분자와 800 ~ 2000 g/10분의 용융흐름지수를 갖는 열가소성 고분자는 4 : 1 ~ 1.5 : 1의 중량비로 혼합된 것을 특징으로 하는 멜트블로운 부직포.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 열가소성 고분자는 나일론, 폴리에스터, 폴리우레탄, 폴리아크릴로니트릴, 폴리올레핀 및 셀룰로오즈로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 멜트블로운 부직포.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 멜트블로운 부직포의 섬유굵기는 0.2 ~ 15㎛인 것을 특징으로 하는 멜트블로운 부직포.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 멜트블로운 부직포의 두께는 0.05 ~ 10㎜인 것을 특징으로 하는 멜트블로운 부직포.
  15. 제7항에 있어서,
    상기 멜트블로운 부직포는 정전처리된 것을 특징으로 하는 멜트블로운 부직포.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 멜트블로운 부직포는 대전제(charging agent) 및 산화방지제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멜트블로운 부직포.
  17. 지지체; 및
    상기 지지체의 적어도 일면에 구비된 제7항 내지 제16항 중 어느 한항의 멜트블로운 부직포를 포함하는 에어필터.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 지지체의 양면에 멜트블로운 부직포가 구비된 것을 특징으로 하는 에어필터.
  19. 한쌍의 제7항 내지 제16항 중 어느 한항의 멜트블로운 부직포; 및
    상기 한쌍의 부직포 사이에 구비된 지지체를 포함하는 에어필터.
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