KR20160085151A - 일렉트릿 여재 제조 장치 및 제조 방법 - Google Patents

일렉트릿 여재 제조 장치 및 제조 방법 Download PDF

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KR20160085151A
KR20160085151A KR1020150002186A KR20150002186A KR20160085151A KR 20160085151 A KR20160085151 A KR 20160085151A KR 1020150002186 A KR1020150002186 A KR 1020150002186A KR 20150002186 A KR20150002186 A KR 20150002186A KR 20160085151 A KR20160085151 A KR 20160085151A
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    • B01D2239/10—Filtering material manufacturing

Abstract

일렉트릿 여재 제조 장치가 제공된다. 일렉트릿 여재 제조 장치는 자유 섬유를 방사하는 방사부, 방사부에 대향 위치되어 방사되는 자유 섬유가 집적되는 포집면을 구비한 포집 부재, 자유 섬유가 면 형태로 집적되도록 포집 부재를 방사부에 대하여 상대적으로 이동시키는 이동부, 방사부와 포집부재 사이에 위치하여, 자유 섬유 측으로 극성 용매를 분사하여 자유 섬유를 차징시키는 극성 용매 분사부를 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, 분무 시 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.
또한, 본 발명의 일 실시예는 방사 공정 내 건조가 가능하기 때문에 경제적이며 후 공정 처리시 부직포 건조를 위한 별도의 건조 공정을 생략할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면 자유 섬유를 방사하는 방사부, 상기 방사부에 대향 위치되어 상기 방사되는 자유 섬유가 집적되는 포집면을 구비한 포집 부재, 상기 자유 섬유가 면 형태로 집적되도록 상기 포집 부재를 상기 방사부에 대하여 상대적으로 이동시키는 이동부, 상기 방사부와 상기 포집부재 사이에 위치하여, 상기 자유 섬유 측으로 극성 용매를 분사하여 상기 자유 섬유를 차징시키는 극성 용매 분사부를 포함하는 일렉트릿 여재 제조 장치가 제공된다.
이때, 상기 극성 용매 분사부는 상기 포집 부재의 이동방향과 반대 방향으로 상기 극성 용매를 분사할 수 있다.
이때, 상기 극성 용매 분사부의 극성 용매 분사 각도는 상기 방사되는 자유 섬유의 방사방향에 수직한 평면을 기준으로 볼 때 상기 포집면을 향하는 방향으로 60도 내지 그 반대 방향으로 60도 범위 내일 수 있다.
이때, 상기 극성 용매 분사부는 분사구가 형성된 분사 노즐, 상기 분사 노즐로 극성 용매를 공급하는 극성 용매 공급 장치 및 상기 분사구의 입경, 상기 극성 용매의 분사 압력, 상기 극성 용매의 유량, 극성 용매의 성분 중 용매와 공기의 비율 및 분사 노즐의 위치를 조절할 수 있는 제어기를 포함할 수 있다.
이때, 상기 분사구의 입경은 0.5 mm이하이고, 상기 극성 용매가 100 %일 때, 상기 극성 용매의 분사 압력은 10 bar 이하일 수 있다.
이때, 상기 극성 용매의 성분은 기체의 부피가 극성 용매의 부피보다 100배 이상일 때, 상기 극성 용매의 압력을 0.5 bar 내지 10 bar, 상기 기체의 압력은 0.25 bar 내지 5 bar로 조절될 수 있다.
이때, 상기 물과 상기 공기가 상기 분사 노즐 내부에서 혼합될 수 있다.
이때, 상기 자유 섬유의 단위 폭(W)당 상기 분사 노즐에서 분사되는 상기 극성 용매의 양은 18.46 (㎖/min)/㎜ 이하일 수 있다.
이때, 상기 방사부와 상기 분사 노즐 사이의 거리는 300 mm이하이며, 상기 방사부로부터 방사되는 상기 자유 섬유와 상기 분사 노즐 사이의 거리는 200 mm이하일 수 있다.
이때, 상기 포집면 상으로 집적되는 상기 자유 섬유에 포함된 가스를 흡입하도록 상기 포집면 하부에 배치되는 흡입부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 포집 부재는 벨트 형태로 이루어지며, 상기 이동부는 상기 벨트의 양 단부 측에 위치되어 상기 벨트 상의 상기 포집면을 이동시키는 한 쌍의 롤러를 포함할 수 있다.
이때, 상기 벨트는 무한궤도형 벨트일 수 있다.
이때, 상기 포집 부재는 드럼 형태로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 집적된 자유 섬유의 일단에 연결되어 상기 자유 섬유를 감아 보관하기 위한 보관롤을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면 전술한 일렉트릿 여재 제조 장치를 이용한 일렉트릿 여재 제조 방법으로서, (a) 비전도성 중합체로 자유 섬유를 형성하는 단계, (b) 상기 자유 섬유를 방사하는 단계, (c) 상기 자유 섬유에 극성 용매를 분사하여 상기 자유 섬유를 차징하는 단계 및 (d) 상기 자유 섬유를 집적하여 부직포를 생성하는 단계를 포함하는 일렉트릿 여재 제조 방법이 제공된다.
이때, 상기 (d)단계에서는 상기 자유 섬유를 면 형태로 집적되도록 포집면을 구비한 이동하는 벨트상에 포집하여 부직포를 생성할 수 있다.
이때, 상기 (c)단계에서는 상기 벨트가 이동하는 방향과 반대방향에서 상기 극성 용매를 분사할 수 있다.
이때, 상기 (c)단계에서는 상기 극성 용매를 방사되는 자유 섬유의 방사방향에 수직한 평면을 기준으로 볼 때 상기 포집면을 향하는 방향으로 60도 내지 그 반대 방향으로 60도 범위 내로 분사할 수 있다.
이때, 상기 극성 용매는 입경이 0.5 mm이하인 분사구를 통해 분사하되, 상기 극성 용매가 100 %일 때, 상기 극성 용매의 분사 압력은 10 bar 이하로 조절할 수 있다.
이때, 상기 극성 용매의 성분 중 기체의 부피가 극성 용매의 부피보다 100배 이상일 때, 상기 극성 용매의 압력을 0.5 bar 내지 10 bar, 기체의 압력은 0.25 bar 내지 5 bar로 조절할 수 있다.
이때, 상기 (d)단계는 (e) 상기 생성된 부직포를 보관하기 위해 보관롤에 감는 단계를 더 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 분사 각도, 위치 및 용량 등을 조절하여 여재 내부까지 차징이 잘 되고, 동일 물성 대비 용매 사용량을 저감시키고, 후속 공정인 부직포를 건조하는 별도의 건조 공정을 생략할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트릿 제조 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트릿 제조 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트릿 제조 장치를 이용한 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 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트릿 제조 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트릿 제조 장치(1)는 방사부(3), 포집 부재(30), 이동부(50), 극성 용매 분사부(10)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.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트릿 여재 제조 장치(1)는 방사 공정 내 건조가 가능하여 경제적이며 후속 공정 처리시 부직포를 건조하기 위한 별도의 건조 공정을 생략할 수 있다.
한편, 도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시예에서 방사부(3)는 압출 챔버(미도시)를 포함하여 압출 챔버 내부에 형성된 자유 섬유(5)를 방사할 수 있다.
이때 자유 섬유(5)란 방사부(3)와 포집면(30a) 사이에서 방사되는 비전도성 중합체로서 용융 상태 또는 반 용융 상태인 비전도성 중합체를 의미한다.
비전도성 중합체는 실온(22도)에서 1012 Ωㆍcm 이상의 체적 저항을 갖는 것으로 유용한 여재를 생산하는데 적합할 수 있는 재료이다. 바람직하게는 체적 저항은 1014 Ωㆍcm 이상일 수 있다. 비전도성 중합체의 저항은 표준화된 ASTM D257-93에 따라 측정될 수 있다.
또한, 중합체는 다수의 단량체로서 제조된 반족 장쇄 구조 단위를 본질적으로 포함하는 합성 유기 거대분자일 수 있다. 여재를 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, 압출 챔버는 내부에 중공부가 형성되어 하부로 갈수록 횡단면적이 작아지는 호퍼, 깔때기 등과 같은 형태일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 또한, 챔버(3)의 내부는 자유 섬유(5)가 채워져서 자유 섬유(5)를 포집면(30a) 위로 방사한다.
이때, 방사부(3)는 자유 섬유를 방사하는 구성으로 공지된 사항이므로 구체적인 설명은 이하 생략한다.
도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시예에서 포집 부재(30)는 방사부에 대향하게 위치되어 방사되는 자유 섬유가 집적되어 부직포 구조를 형성하는 포집면(30a)을 구비할 수 있다. 이때, 포집 부재(30)는 자유 섬유를 집적되어 부직포 구조가 형성되도록 포집면(30a)을 구비할 수 있는 부직포, 직물, 편물, 네트, 드럼, 벨트 및 평판일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 한편 본 발명의 일 실시예에 따른 포집 부재(30)는 벨트 형태로 이루어질 수 있으며 부직포(9)를 연속적으로 제조될 수 있도록 벨트는 무한궤도 형 벨트일 수 있다.
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.
한편 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서 이동부(50)는 한 쌍의 롤러(51) 및 구동모터(미도시)를 포함할 수 있다. 이를 통해 자유 섬유(5)가 면 형태로 집적되어 부직포(9)를 형성되도록 포집 부재(30)를 방사부(3)에 대하여 상대적으로 이동시킬 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시예에서는 포집 부재(30)를 이동부(50)를 통해 이동시켰으나 이에 한정되지는 않고 방사부(3)를 포집 부재에 대해 이동시켜 자유 섬유(5)가 면 형태로 집적되어 부직포(9)를 형성할 수 있다.
한편, 한 쌍의 롤러(51)는 포집 부재(30)의 양 단부측에 위치되어 포집 부재(30) 상의 포집면(30a)을 이동시킬 수 있다. 이때, 구동모터는 한 쌍의 롤러(51)를 회전시켜 포집 부재(30)를 이동시킬 수 있다. 이때 포집 부재(30)의 일 실시예인 벨트의 이동 속도는 10 m/min 일 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 극성 용매 분사부(10)는 방사부(3)와 포집 부재(30)사이에 위치하여 자유 섬유(5) 측으로 극성 용매(7)를 분사하여 자유 섬유를 차징시킬 수 있다. 이때, 극성 용매 분사부(10)는 포집 부재(30)의 이동 방향과 반대 방향으로 극성 용매(7)를 분사하면 자유 섬유의 건조율이 증가할 수 있다.
한편, 극성 용매 분사부(10)의 극성 용매 분사 각도(α1 + α2)는 방사되는 자유 섬유의 방사방향에 수직한 평면을 기준으로 볼 때 포집면을 향하는 방향으로 60도(α2) 내지 그 반대 방향으로 60도(α1) 범위 내일 수 있다. 이때 바람직하게는 포집면을 향하는 방향으로 45도(α2) 내지 그 반대 방향으로 25도(α1) 범위 내일 수 있다.
다만, 극성 용매 분사 각도(α1+α2)는 극성 용매 분사부(10)의 각도와 상이할 수 있으므로 본 발명의 일 실시예에서는 극성 용매 분사부(10)의 각도와 관계없이 극성 용매 분사 각도를 의미한다.
한편, 극성 용매 분사부(10)는 분사 노즐(11), 극성 용매 공급 장치(미도시) 및 제어기(미도시)를 포함할 수 있다. 이때, 극성 용매 공급 장치는 분사 노즐(11)로 극성 용매(7)를 공급할 수 있다.
한편, 극성 용매 공급 장치에서 자유 섬유(5)에 정전하를 부여하기 위해 분사 노즐(11)로 공급하는 극성 용매(7)는 물일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 물의 상태는 미스트 입자, 물방울(water droplets), 물줄기, 습기 등일 수 있다. 이때, 물은 저렴하고 다른 재료와 접촉될 때 위험하거나 유해한 증기가 발생되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에서 극성 용매(7)는 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 방법에서 극성 용매(7)가 100 % 및 극성 용매 성분 중 극성 용매와 기체가 혼합된 성분일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
한편 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서 분사 노즐(11)은 분사구(12)가 형성되어 극성 용매(7)를 분사구를 통해 자유 섬유(5)측에 분사하여 자유 섬유에 정전하를 부여할 수 있다.
한편, 제어기는 분사구(12)의 입경(D), 극성 용매(7)의 분사 압력(P), 극성 용매의 유량(Q), 극성 용매 성분 중 극성 용매와 기체의 비율 및 분사 노즐(11)의 위치를 조절하여 극성 용매가 분사된 자유 섬유(5)의 건조율, 입자 제거율 및 QF 값을 증가시킬 수 있다. 이때 QF 값에 대해서는 후술한다.
도 1을 참조하면, 제어기는 분사 노즐(11)의 입경(D), 극성 용매의 분사 압력(P)를 조절할 수 있다. 이때, 분사 노즐(11)의 분사구(12) 입경(D)은 0.5 mm이하이고, 극성 용매(7)는 100 %일 때, 극성 용매의 분사 압력(P)은 10 bar 이하일 수 있다. 다만 바람직하게는 극성 용매의 분사 압력(P)은 5 bar이하일 수 있다.
또한, 극성 용매(7)의 성분은 기체의 부피가 극성 용매의 부피보다 100배 이상일 때, 극성 용매의 압력은 0.5 bar 내지 10 bar, 기체의 압력은 0.25 bar 내지 5 bar로 조절할 수 있다. 이때 극성 용매와 기체는 분사 노즐(11) 내부에서 혼합될 수 있다.
한편 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트릿 여재 제조 장치(1)는 복수개의 분사 노즐(11)을 포함할 수 있다. 이때, 자유 섬유의 단위 폭(W)당 분사 노즐에서 분사되는 극성 용매의 양은 18.46 (㎖/min)/㎜ 이하일 수 있다.
이를 통해 자유 섬유는 내부까지 차징이 잘 되고, 동일 물성 대비 용매 사용량을 저감시키고, 후속 공정인 부직포를 건조하는 별도의 건조 공정을 생략할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서 제어기는 분사 노즐(11)의 위치를 조절할 수 있다. 이때, 방사부(3)와 분사 노즐(11) 사이의 거리(L1)는 300 mm이하이며, 바람직하게는 200 mm이하일 수 있다. 또한, 방사부(3)로부터 방사되는 자유 섬유(5)와 분사 노즐(11) 사이의 거리(L2)는 200 mm이하이며, 바람직하게는 150 mm이하일 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 1.0 mmH2O- 1이상일 수 있다. 만일 QF 값이 1.0 mmH2O- 1미만이면 여재의 압력 손실이나 제거효율 등의 성능이 떨어질 수 있다.
따라서, 본 발명의 에어필터는 제거효율 즉, 포집 효율 및 압력 손실은 QF 값이 1.0 mmH2O- 1이상을 만족하는 값을 나타낼 것이다. 이를 통해 압력손실 대비 포집 효율을 향상시킬 수 있으며 동일 포집 효율을 가지면서도 필터의 에너지 효율 증가를 달성할 수 있다.
한편, 여재를 만드는데 부직포(9)를 많이 사용한다. 따라서 부직포(9)에 정전하를 부여하여 포집 능력을 향상시키는 방법으로서 부직포에 극성 용매가 통과하면 내부에 강제적으로 분극된 전하를 가지게 되고 이에 따라 분극된 전하를 갖는 부직포는 전하를 띠는 미세 입자를 용이하게 포집한다.
본 발명에 적용될 수 있는 부직포는 한정되지 않으므로 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.
한편, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트릿 여재 제조 장치(1)는 흡입부(70) 및 보관롤(53)를 포함할 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2를 참조하면, 흡입부(70)는 한 쌍의 롤러(51)사이의 포집면(30a) 하부에 배치되어 포집면(30a) 상에서 집적되는 자유 섬유(5)에 포함된 가스를 흡입하도록 하여 가스의 작용에 의해 부직포가 흐트러지지 않도록 할 수 있다.
또한, 도 2를 참조하면, 보관롤(53)은 집적된 자유 섬유(5) 즉 부직포(9)의 일단에 연결되어 부직포를 감아서 보관하기 쉽도록 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트릿 제조 장치를 이용한 일렉트릿 제조 방법을 도시한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 일렉트릿 여재 제조 장치를 이용한 일렉트릿 제조 방법은 비전도성 중합체로 자유 섬유를 형성하는 단계(S10), 자유 섬유를 방사하는 단계(S20), 자유 섬유에 극성 용매를 분사하여 자유 섬유를 차징하는 단계(S30) 및 자유 섬유를 집적하여 부직포를 생성하는 단계(S40)를 포함할 수 있다.
이를 통해 극성 용매가 분사된 자유 섬유(5)의 건조율, 입자 제거율 및 QF 값을 증가시킬 수 있고 후 공정에서 건조 공정을 생략할 수 있는 일렉트릿 여재를 제조할 수 있다
한편 비전도성 중합체로 자유 섬유를 형성하는 단계(S10)에서는 자유 섬유(5)를 용융 상태 또는 반 용융 상태인 비전도성 중합체로 형성한다. 따라서 자유 섬유(5)가 방사될 수 있는 것이다.
또한, 자유 섬유를 방사하는 단계(S20)에서는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 방사부(3) 내부에 존재하는 자유 섬유(5)를 포집면(30a)에 방사한다. 이를 통해 포집면(30a)에 자유 섬유(5)를 집적하여 면 형태의 부직포를 생성한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 자유 섬유에 극성 용매를 분사하여 자유 섬유를 차징하는 단계(S30)에서는, 자유 섬유(5)가 포집면(30a)에 방사되는 동안 자유 섬유 측으로 극성 용매(7)를 분사하여 자유 섬유에 정전하를 발생시킨다.
한편, 자유 섬유를 집적하여 부직포를 생성하는 단계(S40)에서는 자유 섬유(5)를 포집면(30a)에 집적하여 면 형태인 부직포(9)를 생성시킨다. 이때, 자유 섬유를 면 형태로 집적되도록 포집면을 구비한 이동하는 포집 부재(30)인 벨트상에 포집하여 부직포를 생성할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 자유 섬유에 극성 용매를 분사하여 자유 섬유를 차징하는 단계(S30)에서는 포집 부재(30)인 벨트가 이동하는 방향과 반대방향으로 극성 용매를 분사할 수 있다.
이때, 극성 용매(7)를 방사되는 자유 섬유의 방사방향에 수직한 평면을 기준으로 볼 때 포집면을 향하는 방향으로 60도(α2) 내지 그 반대 방향으로 60도(α1) 범위 내로 분사할 수 있다.
한편, 극성 용매(7)는 입경(D)이 0.5 mm이하인 분사구(12)를 통해 분사하고, 극성 용매가 100 %일 때, 극성 용매의 분사 압력(P)은 10 bar 이하로 조절할 수 있다. 다만 바람직하게는 5 bar이하로 조절할 수 있다.
또한, 극성 용매(7)는 분사구(12)를 통해 분사하고, 극성 용매의 성분은 기체의 부피가 극성 용매의 부피보다 100배 이상일 때, 극성 용매의 압력을 0.5 bar 내지 10 bar, 기체의 압력은 0.25 bar 내지 5 bar로 조절할 수 있다.
이를 통해 극성 용매가 분사된 자유 섬유(5)의 건조율, 입자 제거율 및 QF 값을 증가시킬 수 있고 후 공정에서 건조 공정을 생략할 수 있는 일렉트릿 여재를 제조할 수 있다
한편 도 3을 참조하면, 자유 섬유를 집적하여 부직포를 생성하는 단계(S40)는 생성된 부직포(9)를 보관하기 위해 보관롤에 감는 단계(S50)를 더 포함하여 부직포의 보관을 용이하게 할 수 있다.
Figure pat00002
이때, 방사부(3)와 분사 노즐(L1) 사이의 거리(L1), 방사부(3)로부터 방사되는 자유 섬유(5)와 분사 노즐 사이의 거리(L2) 및 분사 노즐(11)과 포집면(30a) 사이의 거리(L3)를 조절하여 건조율과 QF값을 조절할 수 있다.
상기 표 1은 분사 위치의 효과로서 L1 및 L2는 100 mm이하일 때 건조율과 QF값이 증가됨을 나타낸다. 또한 차징을 하지 않은 것 보다는 차징을 하는 것이 제거율 및 QF 값이 증가함을 나타낸다.
Figure pat00003
상기 표 2는 극성 용매가 물과 공기일 때 분사 압력의 효과로서 극성 용매의 성분이 물과 공기의 분사 압력의 비가 1:1일 때 제거율 및 QF값이 다소 감소하나 건조율이 증가함을 나타낸다.
Figure pat00004
상기 표 3은 극성 용매가 물일 때 분사 압력의 효과로서 극성 용매의 성분이 물 100 %일 때 분사 압력이 증가함에 따라 건조율은 감소하고 제거율 및 QF값은 증가함을 나타낸다.
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 분사 각도, 위치 및 용량 등을 조절하여 여재 내부까지 차징이 잘 되고, 동일 물성 대비 용매 사용량을 저감시키고, 후속 공정인 부직포를 건조하는 별도의 건조 공정을 생략할 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 : 방사부
5 : 자유 섬유 7 : 극성 용매
9 : 부직포 10 : 극성 용매 분사부
11 : 분사 노즐 12 : 분사구
30 : 포집 부재 50 : 이동부
51 : 한 쌍의 롤러 53 : 보관롤
70 : 흡입부

Claims (21)

  1. 자유 섬유를 방사하는 방사부;
    상기 방사부에 대향 위치되어 상기 방사되는 자유 섬유가 집적되는 포집면을 구비한 포집 부재;
    상기 자유 섬유가 면 형태로 집적되도록 상기 포집 부재를 상기 방사부에 대하여 상대적으로 이동시키는 이동부;
    상기 방사부와 상기 포집부재 사이에 위치하여, 상기 자유 섬유 측으로 극성 용매를 분사하여 상기 자유 섬유를 차징시키는 극성 용매 분사부;를 포함하는 일렉트릿 여재 제조 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 극성 용매 분사부는 상기 포집 부재의 이동방향과 반대 방향으로 상기 극성 용매를 분사하는 일렉트릿 여재 제조 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 극성 용매 분사부의 극성 용매 분사 각도는 상기 방사되는 자유 섬유의 방사방향에 수직한 평면을 기준으로 볼 때 상기 포집면을 향하는 방향으로 60도 내지 그 반대 방향으로 60도 범위 내인 일렉트릿 여재 제조 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 극성 용매 분사부는
    분사구가 형성된 분사 노즐;
    상기 분사 노즐로 극성 용매를 공급하는 극성 용매 공급 장치 및
    상기 분사구의 입경, 상기 극성 용매의 분사 압력, 상기 극성 용매의 유량, 극성 용매의 성분 중 용매와 기체의 비율 및 상기 분사 노즐의 위치를 조절할 수 있는 제어기;를 포함하는 일렉트릿 여재 제조 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 분사구의 입경은 0.5 mm이하이고,
    상기 극성 용매가 100 %일 때, 상기 극성 용매의 분사 압력은 10 bar 이하인 일렉트릿 여재 제조 장치.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 극성 용매의 성분 중 상기 기체의 부피가 상기 극성 용매의 부피보다 100배 이상일 때, 상기 극성 용매의 압력을 0.5 bar 내지 10 bar, 상기 기체의 압력은 0.25 bar 내지 5 bar로 조절되는 일렉트릿 여재 제조 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 극성 용매와 상기 기체가 상기 분사 노즐 내부에서 혼합되는, 일렉트릿 여재 제조 장치.
  8. 제4 항에 있어서,
    상기 자유 섬유의 단위 폭(W)당 상기 분사 노즐에서 분사되는 상기 극성 용매의 양은 18.46 (㎖/min)/㎜ 이하인 일렉트릿 여재 제조 장치.
  9. 제4 항에 있어서,
    상기 방사부와 상기 분사 노즐 사이의 거리는 300 mm이하이며,
    상기 방사부로부터 방사되는 상기 자유 섬유와 상기 분사 노즐 사이의 거리는 200 mm이하인 일렉트릿 여재 제조 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 포집면 상으로 집적되는 상기 자유 섬유에 포함된 가스를 흡입하도록 상기 포집면 하부에 배치되는 흡입부를 포함하는 일렉트릿 여재 제조 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 포집 부재는 벨트 형태로 이루어지며,
    상기 이동부는 상기 벨트의 양 단부 측에 위치되어 상기 벨트 상의 상기 포집면을 이동시키는 한 쌍의 롤러를 포함하는, 일렉트릿 여재 제조 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 벨트는 무한궤도형 벨트인, 일렉트릿 여재 제조 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 포집 부재는 드럼 형태로 이루어지는, 일렉트릿 여재 제조 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 집적된 자유 섬유의 일단에 연결되어 상기 자유 섬유를 감아 보관하기 위한 보관롤을 더 포함하는 일렉트릿 여재 제조 장치.
  15. 제1 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 따른 일렉트릿 여재 제조 장치를 이용한 일렉트릿 여재 제조 방법으로서,
    (a) 비전도성 중합체로 자유 섬유를 형성하는 단계;
    (b) 상기 자유 섬유를 방사하는 단계;
    (c) 상기 자유 섬유에 극성 용매를 분사하여 상기 자유 섬유를 차징하는 단계; 및
    (d) 상기 자유 섬유를 집적하여 부직포를 생성하는 단계;를 포함하는 일렉트릿 여재 제조 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 (d)단계에서는 상기 자유 섬유를 면 형태로 집적되도록 포집면을 구비한 이동하는 벨트상에 포집하여 부직포를 생성하는 일렉트릿 여재 제조 방법.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 (c)단계에서는 상기 벨트가 이동하는 방향과 반대방향으로 상기 극성 용매를 분사하는 일렉트릿 여재 제조 방법.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 (c)단계에서는 상기 극성 용매를 상기 방사되는 자유 섬유의 방사방향에 수직한 평면을 기준으로 볼 때 상기 포집면을 향하는 방향으로 60 도 내지 그 반대 방향으로 60 도 범위 내로 분사하는 일렉트릿 여재 제조 방법.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 극성 용매는 입경이 0.5 mm이하인 분사구를 통해 분사하되, 상기 극성 용매가 100 %일 때, 상기 극성 용매의 분사 압력은 10 bar 이하인 일렉트릿 여재 제조 방법.
  20. 제17 항에 있어서,
    상기 극성 용매의 성분 중 기체의 부피가 상기 극성 용매의 부피보다 100배 이상일 때, 상기 극성 용매의 압력을 0.5 bar 내지 10 bar, 상기 기체의 압력은 0.25 bar 내지 5 bar로 조절하는 일렉트릿 여재 제조 방법.
  21. 제15 항에 있어서,
    상기 (d)단계는
    (e) 상기 생성된 부직포를 보관하기 위해 보관롤에 감는 단계를 더 포함하는 일렉트릿 여재 제조 방법.
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