KR20180022258A

KR20180022258A - 필터여재용 다층구조습식부직포의 제조방법

Info

Publication number: KR20180022258A
Application number: KR1020160107442A
Authority: KR
Inventors: 최정락; 복진선; 이승환; 최유리
Original assignee: 한국섬유개발연구원
Priority date: 2016-08-24
Filing date: 2016-08-24
Publication date: 2018-03-06

Abstract

본 발명은 에어필터에 사용될 수 있는 필터여재용 다층구조습식부직포의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 의하면 결합제 없이는 부직포 제조가 불가능한 활성탄소섬유층을 보완하기 위하여 상기 활성탄소섬유층의 일면 또는 양면에 유리섬유층 또는 폴리에스터층을 부착시켜 결합제가 없이 다수의 다공층이 형성되는 웹을 설계함으로써, 다공성지지체의 평량 조절(얇게 형성함)에 따라 차압이 적게 걸리게 하고, 여과효율 및 가스제거효율이 우수하도록 필터여재용 다층구조습식부직포를 제조할 수 있으며, 자동차용 캐빈에어필터, Medium, HEPA, ULPA 급 에어필터에 적용 가능하다.

Description

필터여재용 다층구조습식부직포 및 그 제조방법{Multi―Layer Wet―Laid Non Woven Fabric For Air Filter Media And Process Of Producing Thereof}

본 발명은 에어필터에 사용될 수 있는 필터여재용 다층구조습식부직포의 제조방법에 관한 것으로, 유리섬유, 활성탄소섬유 및 폴리에스테르섬유를 적용하여 여과 효율 및 가스제거효율을 향상하기 위한 여재(media)로 적용이 가능하다.

실내 공기에는 박테리아, 곰팡이, 바이러스와 같은 다양한 미생물이 부유하고 있으며, 이러한 부유 미생물은 공기 감염 및 환경성 질병을 유발하여 건강에 나쁜 영향을 미친다. 이와 같은 실내 부유 미생물은 1차적으로 먼지를 제거하는 필터에 의해 여과될 수 있지만, 미생물이 지닌 생명성으로 인해 여재 표면에서 증식하여 다시 실내로 유입되는 문제가 상존한다.

이러한 문제에 대응하기 위해 최근에는 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), TiO2와 같은 무기계 항균제 또는 카데킨, 키토산, 피톤치드, 은행잎 추출물, 허브 추출물, 솔잎 추출물, 단풍잎 추출물과 같은 유기계 항균제를 필터 여재표면에 도포하여 미생물의 증식을 방지하는 기술이 제시되고 있다.

그러나, 이와 같은 기술들 대부분은 무기계 또는 유기계 항균제를 액상으로 만든 후 필터 여재를 그 속에 담갔다가 꺼내는 과정을 통해 필터 여재 표면에 항균 물질을 도포하는 방식을 택함에 따라, 많은 양의 항균제가 필요하며 항균 물질이 필터 여재 표면에 불균일하게 부착되는 문제점 및 건조 공정이 추가적으로 요구되는 단점을 가지고 있다.

최근에는 활성탄소섬유를 이용하여 필터여재로서 활용하는 시도가 활발하게 일어나고 있는데, 유해가스 제거 시 순간 흡착성능이 우수한 활성탄소섬유는 섬유간 결합력이 약하여 웹을 형성하는 경우에 쉽게 흩어지는 문제점을 가지고 있어 바인더를 사용하여 결합시키고 있다. 대한민국특허공개제10-2009-0015347호(2009년02월12일 공개)에서는 시스코아형 저융점 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유로 된 조밀층과, 시스코아형 저융점 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유와 일반 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유가 함유된 중간층과, 시스코아형 저융점 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유와 일반 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유가 함유된 벌키층이 차례로 배치되고 니들링 결합되며 마이크로 포어로 이루어지며 조밀층 위에 열융착되어 결합되는 활성탄소섬유를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 자동차용 에어클리너 필터를 제공하고 있다. 상기 선행기술에서는 니들펀칭한 웹을 히트프레스롤의 열에 의해 시스코아형 저융점 섬유와 활성탄소섬유를 결합시키는 단계를 통해 필터여재를 제공하고 있다. 기존의 흡착성 활성입자의 충진기술은 습식방법을 이용하는 함침법과 바인더 혹은 핫멜트 분말을 사용하는 건식 열처리법이 주로 사용되고 있다. 그러나 함침법은 수용성 바인더를 사용하기 때문에 높은 차압을 가지며, 유해가스 및 악취제거효율이 낮고 공정비용이 높은 문제점이 있으며, 건식 열처리법은 활성입자의 충진량이 높고, 공정비용이 저렴한 장점은 있으나, 함침법으로 제조된 에어필터보다 차압이 증가하나, 유해가스 및 가스 제거 효율은 감소하는 문제점이 있다.

대한민국특허공개제10-2009-0015347호(2009년02월12일 공개)

그러므로 본 발명에 의하면, 결합제 없이는 부직포 제조가 불가능한 활성탄소섬유층을 보완하기 위하여 층별로 합지공정(laminate)을 거쳐 복합화하는 방법이 아닌 습식부직포 제조공정에서 다층구조로 구현하여 일체형 복합부직포를 제조하는 방법으로서 활성탄소섬유층의 일면 또는 양면에 유리섬유층 또는 폴리에스터층을 형성시켜 결합제가 없이 다수의 다공층이 형성되는 웹을 설계함으로써, 다공성지지체의 평량 조절(얇게 형성함)에 따라 차압이 적게 걸리게 하고, 여과효율 및 가스제거효율이 우수하도록 필터여재용 다층구조습식부직포를 제조하는 것을 기술적과제로 한다.

그러므로 본 발명에 의하면, 활성탄소섬유층을 필수적으로 가지고,

유리섬유층 및 폴리에스터층 중 어느 하나 이상이 상기 활성탄소섬유층의 이면에 부착된 다층구조습식부직포로서 상기 다층구조습식부직포내에는 결합제가 없이 다수의 다공층이 형성된 것을 특징으로 하는 필터여재용 다층구조습식부직포가 제공된다.

또한, 2이상의 저장탱크(10)에서 각각의 섬유분산액을 공급한후,

분배기(20)를 통해 탈포, 공급한 후,

다층식섬유분산액조(30)를 통해 상기 섬유분산액을 균일하게 펴서 2층이상의 섬유분산액층을 형성하고,

다공성 지지체(40)상에서 상기 섬유분산액층을 탈수시켜 초지시킨 후,

건조부(50)를 통과시켜 건조시켜 다층의 복합습식부직포를 형성하는 것을 특징으로 하는 필터여재용 다층구조습식부직포의 제조방법이 제공된다.

이하 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 필터여재용 다층구조습식부직포는 활성탄소섬유층을 필수적으로 가지고, 유리섬유층 및 폴리에스터층 중 어느 하나 이상이 상기 활성탄소섬유층의 이면에 부착된 다층구조습식부직포로서 상기 다층구조습식부직포내에는 결합제가 없이 다수의 다공층이 형성된 것을 특징으로 한다. 즉, 활성탄소섬유층의 일면에 유리섬유층 및 폴리에스터층 중 어느 하나 이상이 부착된 것으로서 바인더나 저융착사등의 결합제가 없이 다층의 섬유층이 결합된 다층구조습식부직포인 것이다.

상기 활성탄소섬유층은 구성섬유 섬유장 100~3,500㎛, 비표면적 1000~1500 m²/g, 중량 100~200g/m²인 것으로서 유해가스 제거 시 순간 흡착성능이 뛰어나다.

상기 유리섬유층은 구성섬유 섬도 1.0~2.0 데니어, 섬유장 1~6㎜, 중량 50~100g/m²인 것으로서 섬유상의 구조가 미세하여 작은 입자의 여과가 가능하며, 내열성, 내화학성, 내수성의 특성이 우수하다.

상기 폴리에스터층은 PET(폴리에스터)로 이루어지고 구성섬유섬도 1.0~2.0데니어, 섬유장 1~6mm, 중량 50~100g/m²인 것으로서 다공성 구조를 유지하며 높은 결합강도에 의해 지지체로 적용이 가능하다.

특히 본 발명에서는 결합제 없이는 부직포 제조가 불가능한 활성탄소섬유층을 보완하기 위하여 상기 활성탄소섬유층의 일면 또는 양면에 유리섬유층 또는 폴리에스터층을 부착시킨 것이다.

특히, 상기 다층구조습식부직포내에는 결합제가 없이 다수의 다공층이 형성되는 웹을 설계함으로써, 다공성지지체의 평량 조절(얇게 형성함)에 따라 차압이 적게 걸리게 하고, 여과효율 및 가스제거효율이 우수하도록 제조가능한 것이 특징이다.

이렇듯 본 발명의 다층구조습식부직포는 구성섬유의 균일한 분산성과 결합성이 우수하여 필터 여재로 적용하기 적합하며, 평량 및 기공 제어를 통한 압력손실 및 여과효율, 가스제거효율 향상이 가능하다.

이하에서는 본 발명의 다층구조습식부직포의 바람직한 제조방법의 일실시예에 대하여 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 다층구조습식부직포의 제조장치의 모식도로서 이를 참조로 설명을 하기로 한다.

우선, 본 발명의 다층구조습식부직포를 구성하는 구성섬유인 활성탄소섬유, 유리섬유 및 폴리에스테르단섬유들을 각각 물에 분산시켜 슬러리상태의 섬유분산액을 각각 만드는데, 상기 각각의 섬유분산액은 섬도 1.0~2.0 데니어, 섬유장 1~6㎜인 유리섬유를 물에 분산시켜 1,000~1,500rpm으로 고해한 유리섬유분산액 또는 섬도 1.0~2.0데니어, 섬유장 1~6mm인 폴리에스터단섬유를 물에 분산시켜 1,500~2,000rpm으로 고해한 폴리에스터단섬유분산액을 제1섬유분산액으로 하고, 활성탄소섬유를 물에 분산시켜 1,000~1,500rpm으로 고해한 활성탄소섬유분산액을 제2섬유분산액으로 할 수 있다. 이 경우에는 제1섬유분산액과 제2섬유분산액의 구성섬유로 다층구조습식부직포를 형성하여 도 1에 도시된 제1섬유층(1)과 제2섬유층(2)을 가지는 2층구조의 습식부직포가 제조되는 것이다.

또한, 도 2에 도시된 3층구조의 습식부직포를 제조하기 위해서는 상기 각각의 섬유분산액은 섬도 1.0~2.0 데니어, 섬유장 1~6㎜인 유리섬유를 물에 분산시켜 1,000~1,500rpm으로 고해한 유리섬유분산액을 제1섬유분산액으로 하고, 활성탄소섬유를 물에 분산시켜 1,000~1,500rpm으로 고해한 활성탄소섬유분산액을 제2섬유분산액으로 하고, 섬도 1.0~2.0데니어, 섬유장 1~6mm인 폴리에스터단섬유를 물에 분산시켜 1,500~2,000rpm으로 고해한 폴리에스터단섬유분산액을 제3섬유분산액으로 하여 다층구조습식부직포를 형성하면 도 2에 도시된 제1섬유층(1), 제2섬유층(2) 및 제3섬유층(3)을 가지는 3층구조의 습식부직포가 제조되는 것이다.

상기 활성탄소 섬유를 물에 분산시켜 1,000~1,500rpm으로 고해하는데, 1,000rpm미만에서 고해하는 경우에는 섬유의 분산이 균일하지 못한 문제점이 발생하며, 1,500rpm을 초과하여 고해하는 경우 적용 섬유가 부서지는 현상이 발생한다. 또한, 유리섬유를 물에 분산시켜 1,000~1,500rpm으로 고해하는데, 1,000rpm미만에서 고해하는 경우에는 섬유의 분산이 균일하지 못한 문제점이 발생하며, 1,500rpm을 초과하여 고해하는 경우 적용 섬유가 부서지는 현상이 발생한다. 또한 폴리에스터 단섬유는 1,500~2,000rpm으로 고해하는데, 2,000rpm을 초과하여 고해하는 경우 섬유의 피브릴화에 의해 섬유들끼리 응집 현상이 발생하는 문제가 생긴다. 상기 고해과정이 완료된 후 섬유분산액을 분산시키며 분산 농도는 0.1%가 바람직하다.

이렇게 준비된 각각의 섬유분산액을 2이상의 저장탱크(10)로부터 공급한후,

분배기(20)를 통해 탈포, 공급한 후, 다층식섬유분산액조(30)를 통해 상기 섬유분산액을 균일하게 도포하여 2층이상의 섬유분산액층을 형성한다.

상기 다층식섬유분산액조(30)는 도 4에 도시된 바와 같이 다수의 섬유분산액공급파이프(21)와 연결된 경사형의 제1섬유분산액조(31), 제2섬유분산액조(33), 제3섬유분산액조(35)가 3층으로 적층되고, 상기 제1섬유분산액조(31), 제2섬유분산액조(33), 제3섬유분산액조(35)사이에 제1분리판(32), 제2분리판(34) 및 제3분리판(36)이 각각 형성되고 일단이 개방된 케이스(37)에 의해 수납되는 것을 사용하는 것이 바람직하다.

분배기를 통해 섬유분산액공급파이프(21)로부터 공급된 2가지 이상의 섬유분산액은 각각 경사형의 제1섬유분산액조(31), 제2섬유분산액조(33), 제3섬유분산액조(35)로 공급되며, 경사지게 이루어진 섬유분산액조의 내부를 채우면서 균일하게 펴지는데, 섬유분산액조의 일단의 한계수위를 넘칠 때 인접하게 위치한 다공성 지지체(40)상으로 섬유분산액이 떨어지게 된다. 제1섬유분산액조(31), 제2섬유분산액조(33), 제3섬유분산액조(35)의 순서대로 각각의 섬유분산액을 섬유분산액공급파이프(21)를 통해 공급하게 되면 아래로부터 제1섬유분산액, 제2섬유분산액, 제3섬유분산액의 순서대로 섬유분산액층이 형성되며, 다공성 지지체(40)에서 상기 섬유분산액층이 탈수되어 초지되는 것이다. 상기 섬유분산액내의 섬유가 다공성 지지체(40)의 와이어부(Wire Part)의 네트(Net)에 적층되어 웹을 형성하고 물은 네트하부에 설치된 감압 탈수부를 통해 배출된다.

제1섬유분산액, 제2섬유분산액, 제3섬유분산액으로 선택되는 섬유분산액의 종류는 원하는 배열의 다층구조습식부직포에 따라 변경할 수 있다. 즉, 유리섬유분산액을 제1섬유분산액으로 하고, 활성탄소섬유분산액을 제2섬유분산액으로 하고, 폴리에스터단섬유분산액을 제3섬유분산액으로 하더라도 제1섬유분산액조(31), 제2섬유분산액조(33), 제3섬유분산액조(35)에 공급하는 순서는 다층구조습식부직포의 층배열에 따라 변경할 수 있다.

상기 다공성 지지체(40)에서 상기 섬유분산액층이 탈수되어 초지된 후에는 아직 잔존하는 수분을 제거하기 위해 건조부(50)를 통과시켜 건조시켜 본 발명의 다층의 복합습식부직포를 형성하게 된다. 상기 건조부는 IR건조기, 열풍건조기, 롤러식건조기등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 본 발명의 제조방법에 의해 각각의 웹으로 제조한 후 합지하는 합지(laminated)공정을 거치지 않고 단일공정에서 다층구조의 복합습식부직포로 구현할 수 있는 장점을 가진다.

그러므로 본 발명에 의하면 결합제 없이는 부직포 제조가 불가능한 활성탄소섬유층을 보완하기 위하여 상기 활성탄소섬유층의 일면 또는 양면에 유리섬유층 또는 폴리에스터층을 부착시켜 결합제가 없이 다수의 다공층이 형성되는 웹을 설계함으로써, 다공성지지체의 평량 조절(얇게 형성함)에 따라 차압이 적게 걸리게 하고, 여과효율 및 가스제거효율이 우수하도록 필터여재용 다층구조습식부직포를 제조할 수 있으며, 자동차용 캐빈에어필터, Medium, HEPA, ULPA 급 에어필터에 적용 가능하다.

도 1은 본 발명의 일실시예인 2층구조습식부직포의 구성을 나타낸 모식도이며,
도 2는 본 발명의 일실시예인 3층구조습식부직포의 구성을 나타낸 모식도이며,
도 3은 본 발명의 다층구조습식부직포의 제조공정의 모식도이며,
도 4는 본 발명의 다층구조습식부직포의 제조공정에서 사용되는 다층식섬유분산액조 및 다공성 지지체의 구조를 나타낸 단면도이다.

다음의 실시예에서는 본 발명의 다층구조습식부직포를 제조하는 비한정적인 예시를 하고 있다.

[실시예 1]

섬도 1.0~2.0 데니어, 섬유장 1~6㎜인 유리섬유를 물에 분산시켜 1,500rpm으로 고해한 분산 농도 0.1%인 유리섬유분산액을 제1섬유분산액으로 하고, 활성탄소섬유를 물에 분산시켜 1,000rpm으로 고해한 분산 농도 0.1%인 활성탄소섬유분산액을 제2섬유분산액으로 하고, 섬도 1.0~2.0데니어, 섬유장 1~6mm인 폴리에스터단섬유를 물에 분산시켜 2,000rpm으로 고해한 분산 농도 0.1%인 폴리에스터단섬유분산액을 제3섬유분산액으로 준비하고, 이렇게 준비된 각각의 섬유분산액을 저장탱크(10)에 저장한 후 분배기(20)를 통해 탈포한 후, 다수의 섬유분산액공급파이프(21)로 공급하여 제1섬유분산액이 경사형의 제1섬유분산액조(31), 제2섬유분산액이 제2섬유분산액조(33), 제3섬유분산액이 제3섬유분산액조(35)로 각각 흘러가도록 하여각각의 섬유분산액조의 내부를 채우면서 균일하게 펴지게 한 후, 섬유분산액조의 일단의 한계수위를 넘치게 하여 다공성 지지체(40)상으로 제1섬유분산액조(31), 제2섬유분산액조(33), 제3섬유분산액조(35)의 순서대로 섬유분산액이 떨어지게 하여 아래로부터 제1섬유분산액, 제2섬유분산액, 제3섬유분산액의 순서대로 섬유분산액층이 형성되도록 한 후, 상기 섬유분산액내의 섬유가 다공성 지지체(40)의 와이어부(Wire Part)의 네트(Net)에 적층되어 웹을 형성하고 물은 네트하부에 설치된 감압 탈수부를 통해 배출되도록 하여 초지한 후에 아직 잔존하는 수분을 제거하기 위해 IR건조기, 열풍건조기의 순서로 건조부를 통과시켜 건조시켜 본 발명의 다층의 복합습식부직포를 형성하였다. 제조된 복합습식부직포의 물성은 아래 표 1과 같다.

구분	실시예 1	단위	비고
중량	150~250	g/㎡	KS K 0514
평균기공크기	5이하	㎛	ASTM F316
여과효율	99.5이상	%	modified 42 CFR 84
Resistance	3.6	㎜H₂O	modified 42 CFR 84

1 : 제1섬유층 2 : 제2섬유층
3 : 제3섬유층 10 : 저장탱크
20 : 분배기 21 : 섬유분산액공급파이프
30 : 다층식섬유분산액조 31 : 제1섬유분산액조
32 : 제1분리판 33 : 제2섬유분산액조
34 : 제2분리판 35 : 제3섬유분산액조
36 : 제3분리판 37 : 케이스
40 : 다공성 지지체 50 : 건조부

Claims

활성탄소섬유층을 필수적으로 가지고,
유리섬유층 및 폴리에스터층 중 어느 하나 이상이 상기 활성탄소섬유층의 이면에 부착된 다층구조습식부직포로서 상기 다층구조습식부직포내에는 결합제가 없이 다수의 다공층이 형성된 것을 특징으로 하는 필터여재용 다층구조습식부직포.
제 1항에 있어서,
상기 활성탄소섬유층은 비표면적 1000~1500 m²/g, 중량 100~200g/m²이며, 유리섬유층은 구성섬유섬도 1.0~2.0 데니어, 섬유장 1~6㎜, 중량 50~100g/m²이며, 상기 폴리에스터층은 PET(폴리에스터)로 이루어지고 구성섬유섬도 1.0~2.0데니어, 섬유장 1~6mm, 중량 50~100g/m²인 것을 특징으로 하는 필터여재용 다층구조습식부직포.
2이상의 저장탱크에서 각각의 섬유분산액을 공급한후,
분배기를 통해 탈포, 공급한 후,
다층식섬유분산액조를 통해 상기 섬유분산액을 균일하게 펴서 2층이상의 섬유분산액층을 형성하고,
다공성 지지체상에서 상기 섬유분산액층을 탈수시켜 초지시킨 후,
건조부를 통과시켜 건조시켜 다층의 복합습식부직포를 형성하는 것을 특징으로 하는 필터여재용 다층구조습식부직포의 제조방법.
제 3항에 있어서,
상기 다층식섬유분산액조는 다수의 섬유분산액공급파이프와 연결된 경사형의 제1섬유분산액조, 제2섬유분산액조, 제3섬유분산액조가 3층으로 적층되고, 상기 제1섬유분산액조, 제2섬유분산액조, 제3섬유분산액조사이에 제1분리판, 제2분리판 및 제3분리판이 각각 형성되고 일단이 개방된 케이스에 의해 수납되는 것을 특징으로 하는 필터여재용 다층구조습식부직포의 제조방법.
제 3항에 있어서,
상기 각각의 섬유분산액은 섬도 1.0~2.0 데니어, 섬유장 1~6㎜인 유리섬유를 물에 분산시켜 1,000~1,500rpm으로 고해한 유리섬유분산액 또는 섬도 1.0~2.0데니어, 섬유장 1~6mm인 폴리에스터단섬유를 물에 분산시켜 1,500~2,000rpm으로 고해한 폴리에스터단섬유분산액을 제1섬유분산액으로 하고, 활성탄소섬유를 물에 분산시켜 1,000~1,500rpm으로 고해한 활성탄소섬유분산액을 제2섬유분산액으로 한 것을 특징으로 하는 필터여재용 다층구조습식부직포의 제조방법.
제 3항에 있어서,
상기 각각의 섬유분산액은 섬도 1.0~2.0 데니어, 섬유장 1~6㎜인 유리섬유를 물에 분산시켜 1,000~1,500rpm으로 고해한 유리섬유분산액을 제1섬유분산액으로 하고, 활성탄소섬유를 물에 분산시켜 1,000~1,500rpm으로 고해한 활성탄소섬유분산액을 제2섬유분산액으로 하고, 섬도 1.0~2.0데니어, 섬유장 1~6mm인 폴리에스터단섬유를 물에 분산시켜 1,500~2,000rpm으로 고해한 폴리에스터단섬유분산액을 제3섬유분산액으로 한 것을 특징으로 하는 필터여재용 다층구조습식부직포의 제조방법.