KR20160082175A - 일렉트릿 여재 제조 장치 및 제조 방법 - Google Patents

일렉트릿 여재 제조 장치 및 제조 방법 Download PDF

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KR20160082175A
KR20160082175A KR1020140195704A KR20140195704A KR20160082175A KR 20160082175 A KR20160082175 A KR 20160082175A KR 1020140195704 A KR1020140195704 A KR 1020140195704A KR 20140195704 A KR20140195704 A KR 20140195704A KR 20160082175 A KR20160082175 A KR 20160082175A
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mist
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윤도경
국지훈
정긍식
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도레이케미칼 주식회사
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/02—Loose filtering material, e.g. loose fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
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Abstract

일렉트릿 여재 제조 장치가 제공된다. 일렉트릿 여재 제조 장치는 내부에 중공부가 형성된 챔버, 챔버 내부 일측에 채워지는 극성인 미스트 입자, 챔버 내부 타측에 형성되어 미스트 입자를 흡입하는 흡입부 및 챔버 내부에 위치되어 미스트 입자가 챔버 내부 일측에서 타측으로 이동되는 경로상에 배치되어 미스트 입자가 통과되면 차징되는 여재를 포함한다.

Description

일렉트릿 여재 제조 장치 및 제조 방법{Apparatus and method for manufacturing electret media}
본 발명은 일렉트릿 여재 제조 장치 및 제조 방법에 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.
공기정화기에 장착되는 필터 여재는, 기기 작동을 위하여 공급되는 공기 중에 함유된 각종 이물질을 여과함으로써, 기기의 정상적인 작동을 보장하고 기기 수명을 연장시키는 역할을 수행한다.
이와 같이, 필터 여재는 이물질을 효과적으로 포집하기 위한 높은 여과효율 및 장기간의 여과수명을 동시에 지녀야 하는 것이 필수적이다.
따라서, 과학자 및 엔지니어들은 오랫동안 공기 필터의 여과 성능을 개선시키고자 하였다. 한편, 가장 효과적인 공기 필터의 일부는 일렉트릿 제품을 사용한 것이다. 이때, 일렉트릿 제품은 영구적이거나 또는 반 영구적인 전기적 전하를 갖는다.
한편 일렉트릿 제품은 안면 마스크와 같은 호흡기, 가정용 및 산업용 공기 조절장치, 노(furnace), 공기 청정기, 진공 청소기, 의학용 배선 필터, 공기 배선 필터, 컴퓨터 디스크 드라이브와 같은 전자 장치 및 차량에서의 공기 청정 시스템 등의 여러 여과 용도에 사용할 수 있다.
종래의 일렉트릿 여재 제조 장치는 주로 고전압을 이용하는 방법과 극성 용매와의 접촉을 통한 방법을 주로 이용하였다. 다만, 종래의 극성 용매를 이용한 일렉트릿 여재 제조 장치는 가압식 분무 기술로서 극성용매를 분무함에 따라 용매 사용량이 많고, 일정 이상 압력으로 분무할 경우 여재 표면 손상의 문제가 있었다.
본 발명의 일 실시예는 여재의 내부까지 정전기를 부여하여 포집능력을 향상시켜 미세 입자를 용이하게 포집할 수 있는 일렉트릿 여재의 제조 장치 및 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면 내부에 중공부가 형성된 챔버, 극성인 미스트 입자를 생성하여 상기 챔버 내부 일측으로 제공하는 입자 공급부, 상기 챔버 내부 타측에 형성되어 상기 미스트 입자를 흡입하는 흡입부 및 상기 챔버 내부의 상기 미스트 입자 이동 경로상에 배치되어 상기 미스트 입자가 통과되면 차징되는 여재를 포함하는 일렉트릿 여재 제조 장치가 제공된다.
이때, 상기 챔버는 상기 미스트 입자가 제공되는 제1 공간부 및 상기 미스트 입자가 흡입되는 흡입부가 위치되는 제2 공간부로 구획되며, 상기 미스트 입자는 상기 여재를 통과해서만 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 이동될 수 있다.
이때, 상기 챔버의 일측에 제1 개구부가 형성되며, 상기 챔버의 타측에 제 2 개구부가 형성되고, 상기 미스트 입자가 상기 여재를 통과하도록 하기 위하여 상기 여재를 상기 제1 공간부와 상기 제2 공간부 사이로 이동시키는 이동부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 이동부는 상기 제1 개구부를 통하여 상기 여재를 상기 챔버 내부로 유입시키는 유입부 및 상기 제2 개구부를 통하여 상기 여재를 상기 챔버 외부로 배출시키는 배출부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 유입부는 상기 여재의 일측과 연결되어 상기 여재를 상기 제1 개구부를 통해 공급되도록 하는 제1 롤러를 포함하고, 상기 배출부는 상기 여재의 타측과 연결되어 상기 여재를 상기 제2 개구부를 통해 배출되도록 하는 제2 롤러를 포함할 수 있다.
이때, 상기 이동부는 상기 여재의 하부면에 설치되어 상기 여재를 지지하는 벨트 및 상기 제1 롤러 또는 상기 제2 롤러를 회전시켜 상기 벨트를 이동시키는 구동모터를 포함할 수 있다.
이때, 상기 벨트는 다공성이고, 상기 벨트의 재질은 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 같은 폴리에스터(Polyester)계 고분자 수지, 폴리아미드(Polyamide)계, 전도성 얀(conductive yarns), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 스테인레스 스틸(stainless steel) 및 청동(bronze) 및 나일론(Nylon) 중 어느 하나일 수 있다.
이때, 상기 미스트 입자는 지름이 10-4 내지 10-1 mm일 수 있다.
이때, 미스트 입자는 극성 용매이고 상기 극성 용매는 물(water), 과산화수소(hydrogen peroxide), 알코올류(아이소프로판올(isopropanol), 에탄올(ethanol), 메탄올(methanol) 및 2-프로판올), 케톤류(메틸에틸케톤(methyl ethyl ketone), 아세톤(acetone)), 에틸렌(ethylene), 글리콜(glycol), 다이메틸설폭시화물 (dimethyl sulfoxide) 및 다이메틸폼아마이드(dimethylformamide) 중 어느 하나 또는 이들의 조합일 수 있다.
이때, 상기 입자 공급부는 상기 미스트 입자를 열을 이용하여 발생시키는 가열식, 초음파의 진동을 이용하여 발생시키는 초음파식, 압력을 이용하여 발생시키는 압력식, 자연적인 증발을 이용하여 발생시키는 자연식 중 적어도 어느 하나를 이용할 수 있다.
이때, 상기 흡입부는 상기 챔버 내부의 타측에 위치하여 상기 챔버 내부의 일측에 존재하는 상기 미스트 입자가 상기 챔버 외부로 배출되도록 하는 송풍기를 포함할 수 있다.
이때, 상기 흡입부와 연결되어 상기 흡입된 미스트 입자를 상기 입자 공급부로 보내는 회수부가 포함되되, 상기 회수부는 일단은 상기 송풍기와 연결되고 타단은 상기 미스트 입자를 저장할 수 있는 용매저장탱크와 연결된 용매회수기 및 상기 용매저장탱크와 일단이 연결되고 타단은 상기 입자 공급부와 연결되어 상기 용매저장탱크에 저장된 상기 미스트 입자를 상기 입자 공급부로 이동시키는 펌프를 포함할 수 있다.
이때, 상기 미스트 입자의 발생 압력, 면적당 발생 유량, 흡입 유량을 조절하여 상기 여재의 차징 정도를 조절할 수 있는 제어부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제어부는 상기 QF 값을 0.82 내지 7.0 mmH20-1로 조절할 수 있다.
이때, 상기 제어부는 상기 미스트 입자의 발생 압력을 15 내지 55 bar로 조절할 수 있다.
이때, 상기 제어부는 상기 미스트 입자의 면적당 발생 유량을 0.03 내지 0.09 ℓ/minㆍcm2로 조절할 수 있다.
이때, 상기 제어부는 상기 흡입부를 통해 흡입되는 상기 미스트 입자의 흡입 유량을 60 % 내지 100 %로 조절할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면 (a) 극성인 미스트 입자를 발생시키는 단계, (b) 챔버 내부의 제 1 공간부에 상기 미스트 입자를 공급하는 단계, (c)상기 제1 공간부로부터 상기 챔버 내부의 제2 공간부로 상기 미스트 입자를 이동시키는 단계 및 (d) 상기 미스트 입자가 이동하는 경로에 여재를 배치하여 상기 미스트 입자가 상기 여재를 통과하여 지남으로써 상기 여재상에 정전하를 발생시키는 단계를 포함하는 일렉트릿 여재 제조 방법이 제공된다.
이때, 상기 (a)단계에서는 열을 이용하여 입자를 발생시키는 가열식, 초음파의 진동을 이용하여 입자를 발생시키는 초음파식, 노즐 및 송풍기를 이용하여 입자를 발생시키는 압력식, 자연적인 증발을 이용하여 입자를 발생시키는 자연식 중 적어도 어느 하나를 이용할 수 있다.
이때, 상기 (c) 단계에서는 상기 제2 공간부에 배치되는 흡기구로 상기 미스트 입자를 흡입함으로써 상기 미스트 입자를 상기 제2 공간부 측으로 이동시킬 수 있다.
이때 상기 (d) 단계 이후에, (e) 상기 미스트 입자를 회수하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트릿 여재 제조 장치 및 제조 방법은 여재에 정전기를 부여하여 포집능력을 향상시켜 미세 입자를 용이하게 포집할 수 있는 일렉트릿 여재를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트릿 여재 제조 장치 및 제조 방법은 미세한 미스트 입자를 흡입부를 통해 흡입하여 여재 내부까지 차징이 잘 되도록 하며, 동일 물성 대비 용매 사용량이 저감되고, 후속 공정인 건조 공정의 효율을 증가시킬 수 있으며 여재 표면의 손상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트릿 제조 장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트릿 제조 장치가 작동하는 것을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트릿 제조 장치의 흡입부 및 회수부를 개략적으로 도시한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트릿 제조 방법을 도시한 순서도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트릿 여재 제조 장치 및 제조 방법을 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트릿 제조 장치를 도시한 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트릿 제조 장치가 작동하는 것을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트릿 제조 장치(1)는 챔버(3), 입자 공급부(10), 극성 용매(5), 흡입부(30) 및 여재(7)를 포함할 수 있다. 이를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트릿 여재 제조 장치(1)는 여재에 정전기를 부여하여 여재(7)의 포집 능력을 향상시켜 전하를 띠는 미세 입자를 용이하게 포집할 수 있다.
한편 도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시예에서 챔버(3)는 내부에 중공부가 형성되어 하부로 갈수록 횡단면적이 작아지는 호퍼, 깔때기 등과 같은 형태일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
또한, 챔버(3)의 내부는 제1 공간부(3a)와 제2 공간부(3b)로 구획될 수 있다. 챔버(3) 내부 일측 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이 챔버 내부의 상부측 제1 공간부(3a)에 극성 용매(5)로 채워지도록 한다.
이때, 여재(7)에 정전하를 부여하기 위한 극성 용매(5)는 물일 수 있으며 물의 크기는 낙하되기 시작하는 물의 크기인 이슬비(drizzle) 크기보다 작아서 공기 중에 떠 있는 작은 입자일 수 있다. 물은 저렴하고 다른 재료와 접촉될 때 위험하거나 유해한 증기가 발생되지 않는다.
또한, 물의 상태는 미스트 입자, 물방울(water droplets), 물줄기, 습기 등일 수 있으며 이때 미스트 입자는 기체 속에 함유된 미립자로서 지름이 10-4 내지 10-1 mm일 수 있다.
한편 본 발명의 일 실시예에서 극성 용매(7)는 물(water), 과산화수소(hydrogen peroxide), 알코올류(아이소프로판올(isopropanol), 에탄올(ethanol), 메탄올(methanol) 및 2-프로판올), 케톤류(메틸에틸케톤(methyl ethyl ketone), 아세톤(acetone)), 에틸렌(ethylene), 글리콜(glycol), 다이메틸설폭시화물 (dimethyl sulfoxide) 및 다이메틸폼아마이드(dimethylformamide) 중 어느 하나 또는 이들의 조합일 수 있다.
또한 극성 용매는 0.5 Debye 이상, 더욱 바람직하게는 0.75 Debye 이상, 더더욱 바람직하게는 약 1.0 Debye 이상의 이중 극자 능률을 갖는다. 유전 상수는 10 이상, 바람직하게는 20 이상, 더욱 바람직하게는 40 이상이다. 더 높은 유전 상수를 갖는 극성 용매는 더 큰 여과 성능 향상을 나타내는 웹을 생산하는 경향이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트릿 여재 제조 장치 및 제조 방법은 극성 용매를 물일 수 있으며 물의 상태는 미스트 입자 상태일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트릿 여재 제조 장치는 극성 용매 중 하나인 미스트 입자로 설명한다.
한편, 도 1 및 도 2를 참조하면, 미스트 입자는 입자 공급부(10)를 통해 제공될 수 있다. 이때 입자 공급부(10)는 미스트 입자를 열을 이용하여 발생시키는 가열식, 초음파의 진동을 이용하여 발생시키는 초음파식, 네뷸라이저(Nebulizer), 애토마이저(atomizer) 등과 같은 분사기, 노즐 및 송풍기 등으로 압력을 가하여 발생시키는 압력식, 자연적인 증발을 이용하여 발생시키는 자연식 중 적어도 어느 하나를 이용할 수 있다.
또한, 도 2를 참조하면, 챔버(3) 내부의 제1 공간부(3a)에 미스트 입자가 채워지도록 미스트 입자를 입자 공급부(10)에서 챔버 내부로 제공할 수 있다. 이때 입자 공급부(10)는 챔버(3) 외부에 설치되고 공급관(11)을 통해서 챔버 내부로 미스트 입자가 공급될 수 있다.
이때, 공급관(11)을 챔버(3) 상부방향으로 설치하여 챔버 내부를 미스트 입자로 채워지도록 할 수 있다. 이를 통해 미스트 입자가 여재를 통과할 때 여재 표면이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 챔버(3) 내부 타측 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 챔버 내부의 하부측 제2 공간부(3b)에 미스트 입자를 흡입하는 흡입부(30)가 형성될 수 있다. 이때, 미스트 입자는 여재(7)를 통과해서만 제1 공간부(3a)에서 제2 공간부(3b)로 이동될 수 있다.
따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트릿 여재 제조 장치(1)는 챔버(3) 내부의 미스트 입자 이동 경로상에 여재(7)를 배치하여 미스트 입자가 여재를 통과하면 여재는 차징된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트릿 제조 장치의 흡입부 및 회수부를 개략적으로 도시한 개략도이다.
도 3을 참조하면 본 발명의 일 실시예에서 흡입부(30)는 흡기구(31)를 통해 챔버(3) 내부의 제1 공간부(3a)에 채워져 있는 미스트 입자 및 공기를 빼내어 제2 공간부(3b)로 흡입시킬 수 있다. 이때 제2 공간부(3b) 내부의 압력은 대기압보다 작은 음압 상태가 되어 제2 공간부로 미스트 입자 및 공기가 유입된다. 이때, 흡기구(31)는 송풍기일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
이렇게 미스트 입자를 흡입부(30)를 통해 여재(7)와 접촉시켜 여재(7)를 차징하면 여재 내부까지 차징이 잘 되며, 미스트 입자로 인해 여재 표면이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 도 3을 참조하면 흡입부(30)로 흡입된 미스트 입자는 회수부(80)로 이동되고 공기는 대기 중으로 배출된다. 이때 회수부(80)는 용매회수기(81), 용매저장탱크(83), 펌프(85)를 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 회수부(80)는 흡입된 미스트 입자를 배출하지 않고 입자 공급부(10)로 이동시켜서 미스트 입자의 사용량을 감소시킬 수 있다.
한편, 용매회수기(81)는 일단은 흡기구(31)와 연결되고 타단은 용매저장탱크(83)와 연결되어 흡기구를 통해 흡입된 미스트 입자를 용매저장탱크로 이동시킨다.
또한, 펌프(85)는 일단은 용매저장탱크(83)와 연결되고 타단은 입자 공급부(10)와 연결되어 용매저장탱크에 저장된 미스트 입자를 입자 공급부로 이동시켜 미스트 입자를 순환되게 한다. 이를 통해 극성 용매(5)의 사용량을 감소시킬 수 있다.
이때 입자 공급부(10)로 이동되는 미스트 입자의 양은 펌프(85)의 압력을 조절하여 조절가능하고 많은 양의 미스트 입자가 펌프로 이동될 때에는 다시 용매저장탱크(83)로 우회시킨다.
한편, 도 1 및 도 2를 참조하면 본 발명의 일 실시예에서 챔버(3)의 일측 예를 들어, 챔버의 좌측에는 제1 개구부(52)가 형성되어 여재(7)가 챔버 내부로 유입되도록 하는 유입부(50)가 형성될 수 있고 챔버의 타측, 챔버의 우측에는 제2 개구부(62)가 형성되어 챔버 외부로 여재가 배출되도록 하는 배출부(60)가 형성될 수 있다.
이때, 유입부(50)는 여재(7)의 일측, 예를 들어 여재의 좌측부와 연결되어 여재가 제1 개구부(52)를 통해 챔버(3) 내부로 공급되도록 하는 제1 롤러(51)를 포함할 있다.
또한, 배출부(60)는 여재(7)의 타측, 여재의 우측부와 연결되어 여재가 제2 개구부(62)를 통해 챔버(3) 외부로 배출되도록 하는 제2 롤러(61)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 롤러(51) 및 제2 롤러(61) 및 여재의 이동은 이동부(50)를 통해 구동될 수 있다.
한편, 도 2를 참조하면 본 발명의 일 실시예에서 이동부(50)는 벨트(미도시) 및 구동 모터(미도시)를 포함하여 계속하여 여재(7)에 미스트 입자가 통과되도록 할 수 있다.
이때, 벨트는 여재(7)의 일측면 즉, 여재의 하측면에 설치되어 여재를 지지할 수 있다. 또한 구동모터는 제1 롤러(51) 또는 제2 롤러(61)를 회전시켜 벨트를 이동시킬 수 있다. 이때 벨트의 이동속도는 10 m/min일 수 있다.
또한, 벨트는 여재(7)가 연속적으로 제조될 수 있도록 무한 경로 주위를 연속적으로 이동할 수 있다. 이때, 벨트는 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 같은 폴리에스터(Polyester)계 고분자 수지, 폴리아미드(Polyamide)계, 전도성 얀(conductive yarns), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 스테인레스 스틸(stainless steel) 및 청동(bronze) 및 나일론(Nylon) 중 어느 하나일 수 있다.
한편 미스트 입자는 여재(7)를 지지하는 벨트를 통과하여 제2 공간부(3b)로 이동하는데 이를 위해서 벨트는 구멍이 미세하고 균일하게 분포되어 있는 다공성일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트릿 여재 제조 장치는 제어부(미도시)를 포함할 수 있다. 이때 제어부는 여재의 차징 정도를 조절하기 위해서 미스트 입자의 발생 압력, 면적당 발생 유량, 흡입 유량을 조절할 수 있다.
한편, QF 값은 퀄리티 팩터(Quality Factor)의 약자로서 에어필터의 성능을 표현하는 압력 손실과 제거율을 포함한 의미로써 QF값이 클수록 필터의 성능이 우수함을 의미한다.
Figure pat00001
단, R은 포집효율이고, ΔP는 차압이다.
만약, 동일한 제거효율을 가진 에어필터 중 QF 값이 높을수록 압력 손실 값이 더 낮음을 의미하고, 동일 압력 손실 값을 가진 에어필터 중 QF 값이 높을수록 제거효율이 더 높음을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에서 QF 값은 0.82 이상일 수 있다. 만일 QF 값이 0.82 미만이면 여재의 압력 손실이나 제거효율 등의 성능이 떨어짐을 의미한다.
따라서, 본 발명의 에어필터는 제거효율 즉, 포집 효율이 80% 이상을 만족하여야 한다. 또한 동시에 QF 값은 0.82 이상을 만족하여야 한다. 이를 통해 압력손실 대비 포집 효율을 향상시킬 수 있으며 동일 포집 효율을 가지면서도 필터의 에너지 효율 증가를 달성할 수 있다.
한편, 제어부는 QF 값을 0.82 내지 7.0 mmH20-1로 조절하기 위해서 미스트 입자의 발생 압력을 15 내지 55 bar로, 미스트 입자의 면적당 발생 유량을 0.03 내지 0.09 ℓ/minㆍcm2로, 흡입부(30)를 통해 흡입되는 상기 미스트 입자의 흡입 유량을 60 % 내지 100 %로 조절할 수 있다.
한편, 여재(7)는 부직포(nonwoven)를 많이 사용한다. 따라서 여재(7)에 정전하를 부여하여 포집 능력을 향상시키는 방법으로서 여재에 미스트 입자가 통과하면 내부에 강제적으로 분극된 전하를 가지게 되고 이에 따라 분극된 전하를 갖는 여재는 전하를 띠는 미세 입자를 용이하게 포집한다.
본 발명에 적용될 수 있는 여재(7)는 통상적으로 사용되는 부직포이면 한정되지 않고 사용될 수 있으며 건식부직포, 스펀레이스 부직포, 스펀 본드 부직포, 멜트 블로운 부직포, 니들펀치 부직포 또는 스테치 본드 부직포일 수 있으며 이는 통상적인 부직포 제조 방법에 의해 제조될 수 있다.
본 발명에 일 실시예에서 부직포의 재질은 통상적으로 열가소성 고분자 수지일 수 있으며 열가소성 고분자는 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 부분 치환된 고분자) 또는 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것이 될 수 있으며, 보다 바람직하게는 나일론, 폴리에스터, 폴리우레탄, 폴리아크릴로니트릴, 폴리올레핀 및 셀룰로오즈로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
수지는 용융지수가 1300 g/10분인 폴리프로필렌 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) 0.5 중량%를 마스터배치 가공하여 혼합 제조한다.
방사조성물을 단일방사하여 멜트블로운사를 분사하고 이를 멜트블로운 부직포로 가공한다.
1. 포집 효율 및 압력 손실 측정
일반적으로 사용하는 에어필터 측정방법에 따라 측정하였다. 구체적으로는, 기준 풍량 32 LPM(선속도 5.33 ㎝/sec)의 기류 속도에서 염화나트륨이 함유된 에어로졸을 부직포 샘플에 통과시켜 통과 전후의 염화나트륨 입자수를 측정하여 여재에 의해 포집된 염화나트륨의 입자수를 계산하고 이를 통과 전의 염화나트륨 입자수로 나눈 후 백분율하여 포집 효율을 측정하였다. 이때, 에어로졸은 염화나트륨을 증류수에 용해시켜 2 wt%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, Model8130)에 의해 측정하였다. 압력 손실(mmH2O)은 포집 효율 측정과 동시에 기준 풍량 32 LPM(선속도 5.33 cm/s)의 기류 속도에서 부직포의 통과 전후 의 압력 손실 값으로부터 측정하였다.
2. QF 값 측정(mmH20-1)
QF 값은 여과 효율과 압력 손실을 조합한 필터 성능을 표현하는 수단의 일종으로서 일반적으로 식 1에 따라 계산하며 수치가 높을수록 우수한 에어필터 성능을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트릿 제조 방법을 도시한 순서도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 일렉트릿 여재 제조 방법은 극성인 미스트 입자를 발생시키는 단계(S10), 챔버 내부의 제1 공간부에 미스트 입자를 공급하는 단계(S20), 제1 공간부로부터 챔버 내부의 제2 공간부로 미스트 입자를 이동시키는 단계(S30) 및 미스트 입자가 이동하는 경로상에 여재를 배치하여 미스트 입자가 여재를 통과하여 지남으로써 여재상에 정전하를 발생시키는 단계(S40)를 포함할 수 있다.
이를 통해 여재(7)에 정전기를 부여하여 포집 능력을 향상시켜 전하를 띠는 미세 입자를 용이하게 포집하고 미스트 입자가 여재를 통과할 때 여재 표면의 손상을 방지할 수 있는 일렉트릿 여재를 제조할 수 있다.
또한, 미스트 입자를 흡입시켜 여재(7)를 통과하도록 하여 여재 내부까지 차징이 잘 되고, 포집 능력이 향상된 여재를 제조할 수 있다.
한편, 도 4를 참조하면, 극성인 미스트 입자를 발생시키는 단계 (S10)에서는 여재(7)에 정전하를 부여하기 위한 극성인 미스트 입자를 발생시킨다. 이때 미스트 입자를 발생시키는 방법으로서는 열을 이용하여 입자를 발생시키는 가열식, 초음파의 진동을 이용하여 입자를 발생시키는 초음파식, 노즐 및 송풍기를 이용하여 입자를 발생시키는 압력식, 자연적인 증발을 이용하여 입자를 발생시키는 자연식 중 적어도 어느 하나를 이용할 수 있다.
챔버 내버의 제1 공간부에 미스트 입자를 공급하는 단계(S20)에서는 제1 공간부(3a)에 미스트 입자를 공급하여 채운다. 이때 입자 공급부(10)는 공급관(11)을 통해서 제1 공간부(3a) 내부로 미스트 입자를 공급할 수 있다.
제1 공간부로부터 챔버 내부의 제2 공간부로 미스트 입자를 이동시키는 단계(S30)에서는 제2 공간부(3b)에 위치하는 흡기구(31)를 통해서 제1 공간부(3a)에 존재하는 미스트 입자를 흡입함으로써 미스트 입자를 제2 공간부(3b)로 이동시킨다. 이때 흡기구(31)는 송풍기일 수 있다.
미스트 입자가 이동하는 경로상에 여재를 배치하여 미스트 입자가 여재를 통과하여 지남으로써 여재상에 정전하를 발생시키는 단계(S40)에서는 미스트 입자가 이동하는 경로상인 미스트가 제1 공간부(3a)에서 제2 공간부(3b)로 이동하는 경로상에 여재(7)를 배치한다. 또한 미스트 입자가 여재를 통과하여 여재상에 정전하를 발생시킨다.
이때 여재(7)는 비전도성 중합체로 필터에 사용될 수 있다. 이때 여재(7)는 부직포가 많이 사용된다.
이때, 비전도성이란 실온(22도)에서 약 1014 ohmㆍcm 를 넘는 체적 저항을 갖는 것으로 비전도성 중합체는 유용한 여재를 생산하는데 적합할 수 있는 재료이다.
또한, 중합체는 다수의 단량체로서 제조된 반족 장쇄 구조 단위를 본질적으로 포함하는 합성 유기 거대분자일 수 있다. 여재(7)를 생산하기 위해 사용되는 중합체는 다량의 포획된 전하를 유지할 수 있어야 한다.
한편 중합체는 폴리올레핀, 폴리프로필렌, 폴리-4-메틸-1-펜텐, 1종 이상의 중합체를 함유하는 블렌드 또는 공중합체 및 이들 중합체의 혼합물을 포함한다.
다른 중합체는 폴리에틸렌, 기타 폴리올레핀, 폴리비닐클로라이드, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 기타 폴리에스테르, 및 이들 중합체의 혼합물 및 기타 비전도성 중합체를 포함한다.
한편, 미스트 입자가 이동하는 경로상에 여재를 배치하여 미스트 입자가 여재를 통과하여 지남으로써 여재상에 정전하를 발생시키는 단계(S40) 이후에는 흡입된 미스트 입자를 회수하는 단계를 포함할 수 있다.
흡입된 미스트 입자를 회수하는 단계(S50)에서는 흡입된 미스트 입자를 용매회수기(81)를 통해 용매저장탱크(83)로 이동시키고 이동된 미스트 입자는 펌프(85)를 통해 입자 공급부(10)로 보내줘 순환된다. 이때 펌프(85)의 압력을 조절하여 입자 공급부(10)로 이동되는 미스트 입자의 양을 조절할 수 있다.
이를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트릿 여재 제조 방법은 동일 물성 대비 용매 사용량을 저감시킬 수 있다.
Figure pat00002
상기 표 1은 미스트 입자 발생 압력의 효과로서 미스트 입자 발생 압력(bar)이 35 bar일 때 제거율과 QF값이 증가됨을 나타낸다. 또한 미스트 입자를 발생시키는 것이 발생시키지 않은 것보다 제거율 및 QF 값이 증가함을 나타낸다.
Figure pat00003
상기 표 2는 미스트 입자 발생 유량의 효과로서 미스트 면적당 유량(ℓ/minㆍcm2)이 증가할 수록 QF 값이 증가하는 것을 나타낸다.
Figure pat00004
상기 표 3은 흡입 유량의 효과로서 흡입 유량(%)이 증가할수록 QF 값이 증가하는 것을 나타낸다.
Figure pat00005
상기 표 4는 여재 차압에 따른 QF값 변화로서 동일한 차징 조건에서 여재 차압이 감소할수록 QF 값이 증가하는 것을 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트릿 여재 제조 장치 및 제조 방법은 미세한 미스트 입자를 흡입시켜 여재(7)를 통과하게 하여 여재 내부까지 차징이 잘 되도록 하고, 회수부(80)를 포함하여 동일 물성 대비 용매 사용량을 저감시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
1 : 일렉트릿 여재 제조 장치 3 : 챔버
3a : 제1 공간부 3b : 제2 공간부
5 : 극성 용매 7 : 여재
10 : 입자 공급부 11 : 공급관
30 : 흡입부 31 : 흡기구
50 : 이동부 51 : 제1 롤러
52 : 제1 개구부 61 : 제2 롤러
62 : 제2 개구부 80 : 회수부
81 : 용매회수기 83 : 용매저장탱크
85 : 펌프

Claims (21)

  1. 내부에 중공부가 형성된 챔버;
    극성인 미스트 입자를 생성하여 상기 챔버 내부 일측으로 제공하는 입자 공급부;
    상기 챔버 내부 타측에 형성되어 상기 미스트 입자를 흡입하는 흡입부; 및
    상기 챔버 내부의 상기 미스트 입자 이동 경로상에 배치되어 상기 미스트 입자가 통과되면 차징되는 여재;를 포함하는 일렉트릿 여재 제조 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 챔버는 상기 미스트 입자가 제공되는 제1 공간부 및 상기 미스트 입자가 흡입되는 흡입부가 위치되는 제2 공간부로 구획되며,
    상기 미스트 입자는 상기 여재를 통과해서만 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 이동되는 일렉트릿 여재 제조 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 챔버의 일측에 제1 개구부가 형성되며, 상기 챔버의 타측에 제 2 개구부가 형성되고,
    상기 미스트 입자가 상기 여재를 통과하도록 하기 위하여 상기 여재를 상기 제1 공간부와 상기 제2 공간부 사이로 이동시키는 이동부를 포함하는, 일렉트릿 여재 제조 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 이동부는
    상기 제1 개구부를 통하여 상기 여재를 상기 챔버 내부로 유입시키는 유입부; 및
    상기 제2 개구부를 통하여 상기 여재를 상기 챔버 외부로 배출시키는 배출부를 포함하는 일렉트릿 여재 제조 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 유입부는 상기 여재의 일측과 연결되어 상기 여재를 상기 제1 개구부를 통해 공급되도록 하는 제1 롤러를 포함하고,
    상기 배출부는 상기 여재의 타측과 연결되어 상기 여재를 상기 제2 개구부를 통해 배출되도록 하는 제2 롤러를 포함하는 일렉트릿 여재 제조 장치.
  6. 제3 항에 있어서,
    상기 이동부는
    상기 여재의 하부면에 설치되어 상기 여재를 지지하는 벨트 및
    상기 제1 롤러 또는 상기 제2 롤러를 회전시켜 상기 벨트를 이동시키는 구동모터를 포함하는 일렉트릿 여재 제조 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 벨트는 다공성이고, 상기 벨트의 재질은 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 같은 폴리에스터(Polyester)계 고분자 수지, 폴리아미드(Polyamide)계, 전도성 얀(conductive yarns), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 스테인레스 스틸(stainless steel) 및 청동(bronze) 및 나일론(Nylon) 중 어느 하나인 일렉트릿 여재 제조 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 미스트 입자는 지름이 10-4 내지 10-1 mm인 일렉트릿 여재 제조 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 미스트 입자는 극성 용매이고, 상기 극성 용매는 물(water), 과산화수소(hydrogen peroxide), 알코올류(아이소프로판올(isopropanol), 에탄올(ethanol), 메탄올(methanol) 및 2-프로판올)), 케톤류(메틸에틸케톤(methyl ethyl ketone), 아세톤(acetone)), 에틸렌(ethylene), 글리콜(glycol), 다이메틸설폭시화물 (dimethyl sulfoxide) 및 다이메틸폼아마이드(dimethylformamide) 중 어느 하나 또는 이들의 조합인 일렉트릿 여재 제조 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 입자 공급부는 상기 미스트 입자를 열을 이용하여 발생시키는 가열식, 초음파의 진동을 이용하여 발생시키는 초음파식, 압력을 이용하여 발생시키는 압력식, 자연적인 증발을 이용하여 발생시키는 자연식 중 적어도 어느 하나를 이용하는 일렉트릿 여재 제조 장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 흡입부는 상기 챔버 내부의 타측에 위치하여 상기 챔버 내부의 일측에 존재하는 상기 미스트 입자가 상기 챔버 외부로 배출되도록 하는 흡기구를 포함하는 일렉트릿 여재 제조 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 흡입부와 연결되어 상기 흡입된 미스트 입자를 상기 입자 공급부로 보내는 회수부가 포함되되,
    상기 회수부는
    일단은 상기 송풍기와 연결되고 타단은 상기 미스트 입자를 저장할 수 있는 용매저장탱크와 연결된 용매회수기; 및
    상기 용매저장탱크와 일단이 연결되고 타단은 상기 입자 공급부와 연결되어 상기 용매저장탱크에 저장된 상기 미스트 입자를 상기 입자 공급부로 이동시키는 펌프를 포함하는 일렉트릿 여재 제조 장치.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 미스트 입자의 발생 압력, 면적당 발생 유량, 흡입 유량을 조절하여 상기 여재의 차징정도를 조절할 수 있는 제어부를 포함하는 일렉트릿 여재 제조 장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 QF 값을 0.82 내지 7.0 mmH20-1로 조절하는 일렉트릿 여재 제조 장치.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 미스트 입자의 발생 압력을 15 내지 55 bar로 조절하는 일렉트릿 여재 제조 장치.
  16. 제13 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 미스트 입자의 면적당 발생 유량을 0.03 내지 0.09 ℓ/minㆍcm2로 조절하는 일렉트릿 여재 제조 장치.
  17. 제13 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 흡입부를 통해 흡입되는 상기 미스트 입자의 흡입 유량을 60 % 내지 100 %로 조절하는 일렉트릿 여재 제조 장치.
  18. (a) 극성인 미스트 입자를 발생시키는 단계;
    (b) 챔버 내부의 제 1 공간부에 상기 미스트 입자를 공급하는 단계;
    (c) 상기 제 1 공간부로부터 상기 챔버 내부의 제 2 공간부로 상기 미스트 입자를 이동시키는 단계; 및
    (d) 상기 미스트 입자가 이동하는 경로에 여재를 배치하여 상기 미스트 입자가 상기 여재를 통과하여 지남으로써 상기 여재상에 정전하를 발생시키는 단계; 를 포함하는 일렉트릿 여재 제조 방법.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 (a)단계에서는 열을 이용하여 입자를 발생시키는 가열식, 초음파의 진동을 이용하여 입자를 발생시키는 초음파식, 노즐 및 송풍기를 이용하여 입자를 발생시키는 압력식, 자연적인 증발을 이용하여 입자를 발생시키는 자연식 중 적어도 어느 하나를 이용하는 일렉트릿 여재 제조 방법.
  20. 제18 항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서는 상기 제 2 공간부에 배치되는 흡기구로 상기 미스트 입자를 흡입함으로써 상기 미스트 입자를 상기 제 2 공간부 측으로 이동시키는 일렉트릿 여재 제조 방법.
  21. 제18 항에 있어서,
    상기 (d) 단계 이후에,
    (e) 상기 미스트 입자를 회수하는 단계를 포함하는 일렉트릿 여재 제조 방법.
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