KR20200020361A

KR20200020361A - 탈취방진용 복합 에어필터재

Info

Publication number: KR20200020361A
Application number: KR1020180095986A
Authority: KR
Inventors: 함재영
Original assignee: 함재영
Priority date: 2018-08-17
Filing date: 2018-08-17
Publication date: 2020-02-26

Abstract

심초용 복합사 (sheath-core bicomponent fiber)로 카딩을 하여 카딩 웹을 형성한 다음 하부 면만 열을 가하여 열접착된 조밀한 하부층을 만들고, 위층은 활성탄을 담지할 수 있는 벌키층을 구성하고 (제1 열접착 카드웹), 벌키층 위에 탈취용 활성탄을 스캐터링 머신(scattering machine)으로 산포한 후, 사전에 심초용 복합사로 카딩을 하여 카딩 웹을 형성한 다음 한 면 만을 열처리한 웹 (제2 열접착 카드웹)을 열처리된 부분이 상부로 가도록 하여, 상기 활성탄이 산포된 웹 위를 덮은 후 다시 열처리하여 하나의 복합 필터재로 형성하는 것을 특징으로 하는 탈취용 에어필터재 및 제2 열접착 카드웹의 열처리되지 않은 면에 멜트블로운 층을 열접착한 후 상기 활성탄이 산포된 제1 열접착 카드웹 위에 멜트블로운 층이 중간층이 되게 덮은 후 다시 열처리하여 하나의 복합 필터재로 형성되는 것을 특징으로 하는 탈취 방진용 복합 에어필터재를 제공한다.

Description

탈취방진용 복합 에어필터재{Multi air filter material for deodorization and dustproof}

본 발명은 탈취를 위하여 활성탄을 사용하는 자동차 공조용 에어필터 및 기타 산업용 에어필터용 필터재에 관한 것이다. 탈취를 위해 사용되는 활성탄을 두 층의 열접착 카드웹의 벌키층 사이에 담지시켜, 필터재의 구성에 필요한 웹의 수를 최소화하여 공기투과량을 최대로 하고 적층에 필요한 접착제의 사용량을 최소로하는 것을 특징으로 하는 탈취 방진 복합 에어필터재에 관한 것이다.

일반적으로 자동차 공조용 에어필터 등에 사용되는 탈취용 필터재는 활성탄을 탈취재로 사용하며, 활성탄을 두 층 내지 여러 층의 부직포 사이에 집어 넣는 방법으로 만들어진다. 활성탄의 누출을 방지하기 위하여 핫멜트를 부직포에 분사하고 활성탄을 산포하고 다시 핫멜트를 분사하고 부직포를 접착하는 방법과 핫멜트 파우더와 함께 활성탄을 분산한 다음 열접착 하는 방법이 주로 사용된다. 그러나 대부분의 경우 접착제가 활성탄의 표면을 막아 활성탄의 기능이 떨어지고 필터재의 기공을 막아 필터재의 통기성이 감소되는 문제가 있다.

상기 문제를 해결하기 위하여 벌키층을 포함하여 다층으로 형성된 공조용 필터재에 관하여 다양한 선행 기술이 알려져 있다.

예를 들어 특허등록 제10-1659820호에는 카드 웹을 열접착하여 형성된 제1 열접착 카드 웹 상에 단섬유를 카딩한 다음 니들펀칭하여 형성된 벌키층에 활성탄 분말을 산포한 후 그 위에 제2 열접착 카드 웹을 적층한 탈취용 필터재가 개시되어 있다. 탈취 방진 복합 필터재를 만드는 경우에는 탈취용 필터재 일면에 스펀본드 층과 적층된 멜트블로운 층을 적층한다. 그러나 이 경우 제1 열접착 웹과 카딩한 벌키층을 니들펀칭하는 경우 제1열접착 웹과 벌키층이 전체적으로 하나가 되어 활성탄을 담지하는 벌키층을 구성하기 어려워 결국 활성탄의 탈락을 방지하기 위하여 더 많은 핫멜트 바인더를 사용하여야만 한다.

그리고 특허등록 제10-1296615호에서는 심초형 복합사로 이루어진 하면 웹 상에 탈취분말을 스프레이한 다음 심초형 복합사로 이루어진 상면 웹을 적층하여 형성된 탈취용 적층제, 상기 탈취용 적층제의 상면 웹에 적층된 핫멜트 접착용 웹 및 상기 핫멜트 접착용 웹 위에 적층된 방진용 멜트블로운 부직포를 포함하는 탈취 방진 복합필터의 제조방법이 개시되어 있다. 그러나 이 경우 탈취용 적층체에 사용되는 하면 웹의 경우 전체적으로 열접착되어 탈취용 활성탄을 담지하는 공간이 부족하게 되고, 결국 상면 웹과의 고정과 활성탄의 담지를 위하여 니들펀칭을 하는 경우 활성탄이 필터재로부터 탈락되어 생산 공정 라인에 트러블을 야기하고, 니들펀칭의 구멍으로 인하여 필터재의 여과효율이 급격히 떨어지게 된다.

따라서 상기 선행 기술들에 의한 경우에도 필터재의 구성이 활성탄 층을 제외하더라도 최소 4~5개의 층으로 이루어져 공기투과량의 감소를 막을 수 없고, 활성탄의 고정이 불충분하거나 그렇지 않으려면 더 많은 핫멜트 접착제를 사용하여야 한다고 하는 문제점이 있다.

이에 본 발명자는 열접착 카드 웹의 한 면만을 열접착하여 밀도가 높은 층과 벌키층을 하나의 열접착 카드 웹으로 구현하고 그 사이에 탈취용 활성탄을 담지시킴 으로써 필터재의 구성에 필요한 웹의 수를 최소화하고 핫멜트 접착제의 사용을 최소화할 수 있음을 확인하고 본 발명에 이르게 되었다.

상기한 문제점에 대하여 본 발명은 필터재의 구성에 필요한 웹의 수를 최소화하여 공기투과량을 최대로 하고, 적층에 필요한 접착제의 사용량을 최소화하여 활성탄의 탈취율을 높이고 접착제로 인한 부가적인 문제의 발생을 최소화한 탈취 방진용 복합 에어필터재를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 탈취용 필터재는 심초형 복합사로 이루어진 하면의 열접착 카드 웹 상에 탈취용 활성탄을 스캐터링머신으로 산포한 후 상면의 열접착 카드 웹으로 덮은 후 열처리하여 견고한 구조의 필터재를 구성한다. 탈취 방진용 복합 필터재는 상면의 열접착 카드 웹에 멜트블로운 부직포를 열접착한 후 멜트블로운 부직포가 중간층이 되도록 하여 상기 상면의 열접착 카드 웹으로 사용하는 것이다.

또한, 상기 심초형 복합사는 PET(심)/Co-PET(초) 복합사인 것이 바람직하다.

상기 상,하면의 열접착 카드 웹은 카딩과 크로스 랩핑을 거쳐 웹이 형성된 다음 드라이어로 한 면만 가열되어 열접착된 것이 바람직하다. 상면 열접착 카드 웹은 평량 10~100g/m², 하면 열접착 카드 웹은 평량 10~200g/m²인 것이 바람직하다.

상기 스캐터링머신은 1대 ~수대가 병렬되어 사용될 수 있으며, 각각 활성탄과 핫멜트 접착제를 산포시키며, 핫멜트 접착제를 산포하는 경우에는 활성탄의 산포 후 맨 마지막에 1~100g/m²의 양으로 산포되는 것이 바람직하다.

상기 상면의 열접착 카드 웹을 덮은 후 시행하는 열처리는 열 캘린더 (hot calender) 또는 벨트프레스(belt press)인 것이 바람직하다.

상기 멜트블로운 부직포는 섬도 0.5~20데니어, 평량 10~50g/m²인 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 탈취 방진용 복합 에어필터재는 열접착 카드 웹 자체가 탈취용 활성탄이필터재 외부로 누출되는 것을 막는 단단한 고정층과 활성탄을 담지할 수 있는 벌키층으로 구성되어 있어 복합 필터재에 소요되는 웹의 구조가 간단하고 활성탄을 고정시키기 위한 핫멜트 접착제의 사용량이 최소화될 수 있어 공기투과도가 높고 탈취효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 비교예 1의필터재 내부의 SEM 이미지
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 실시예 1의 필터재 내부의 SEM 이미지
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 스캐터링 머신의 개략도

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 탈취방진용 복합 에어필터재가 상세하게 설명된다. 볼 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략된다.

도 2는 본 발명의 탈취 방진 복합필터의 내면을 전자현미경 (SEM)으로 분석한 이미지 사진이다. 도 2를 참조하면 본 발명의 탈취 방진 복합필터의 경우 부직포 내부에 활성탄이 담지된 형태로 구성된다. 이하 본 발명의 탈취 방진 복합필터를 상세하게 설명한다.

본 발명의 열접착 카드 웹은 주로 심초형 복합사로 만들어진다. 바람직한 심초형 복합사는 PET (심)/ Co-PET (초)이나, 이에 국한되지 않고, PP (심)/ PE (초) 또는 PET (심)/ PP (초) PET (심) / PE (초) 등의이성분 섬유도 사용 가능하다.

심초형 복합사는 전체 섬유 대비 50 중량% 이상인 것이 바람직하다. 심초형 복합사의 비율이 50 중량% 이하인 경우에는 필터재의 강도와 스티프니스가 떨어져서 절곡성이 불량하게 된다.

초 (sheath) 부분의 융점은 심(core)부분보다 낮은 100~180℃인 것이 바람직하다. 섬유의 융점이 너무 낮으면 열접착 중에 기계의 가열 부위에 녹아 붙기 쉽고, 접착온도가 너무 높으면 충분한 접착력을 주기 위한 열처리에 어려움이 있다.

섬유의 굵기는 0.8 데니아 에서 15데니아 사이의 것이 사용될 수 있다. 섬유의 굵기가 너무 가늘면 섬유를 기공을 막아 통기성이 떨어지고, 섬유가 너무 굵으면 높은 여과효율을 얻기 어렵다.

본 발명의 열접착 카드 웹은 서로 다른 굵기의 섬유가 혼합된 후 카드기를 통하여 카딩되고 크로스 랩퍼를 이용하여 적층한 다음 드라이어를 거치면서 한 면만 가열 접착되는 것을 특징으로 한다. 가열 접착된 면은 활성탄이 필터재로 부터 빠져 나가는 것을 막고, 가열 접착되지 않은 면은 벌키층을 구성하여 활성탄을 담지하는 공간과 구조를 형성하는 역할을 한다.

탈취분말로는 공기 중의 휘발성 유기화합물을 탈취할 수 있는 것이라면 모두 사용 가능하다. 활성탄 원탄이나 활성탄 원탄에 산 용액, 염기성 용액, 구리(Cu), 요오드(I), 은(Ag), 및 백금(Pt) 등이 첨착된 첨착활성탄(impregnated activated carbon), 또는 4급 암모늄염이 담지된 제올라이트나 이들의 혼합물 등이 사용될 수 있다.

탈취분말을 열접착 카드 웹 위에 산포하는 스캐터링머신은 도3과 같은 구조의 것이면 된다. 깔대기 모양의 호퍼 (funnel-shaped hopper)(1)에 활성탄을 담고, 회전 계량 롤러(rotary metering roller) (2)는 호퍼 밑에 위치하여 스캐터링 공정 중에 항상 일정한 량의 활성탄이 열접착카딩 웹 위에 산포되도록 하는 역할을 한다. 상기 스캐터링머신은 독터블레이드 (doctor blade)(3)와 롤 브러쉬 장치 (rollting brushing device)(4)를 포함하여 구성된다. 탈취분말을 산포할 때 스프레이 방식을 쓰는 경우도 있지만, 이 경우에는 활성탄 분말이 스프레이 노즐에 쉽게 끼일 수 있어 균일한 양의 활성탄을 산포하는 데 어려움이 있다.

방진용 멜트블로운의 재질은 여과효율만 담보할 수 있으면 그다지 문제가 되지 않는다. 즉 폴리프로필렌(PP) 재질의 것이 공기 필터재에는 바람직하지만 폴리에스테르 계통의 PET나 PVT 소재도 사용될 수 있다. 상기 멜트블로운 부직포는 섬도 0.5~20데니어, 평량 10~50g/m²인 것이 바람직하다.

실시예 1

초성분이 Co-PET이고 심성분이 PET이며, 초성분의 융점이 110℃인 심초형 복합사 2데니어 (50 중량%)와 7데니어 (50 중량%)를 베일 오프너 (bale opener)와 블랜딩 피더(blending feeder)로 혼합하여 카드기 (carding machine)로 카딩한 후 크로스 래퍼 (cross lapper)로 적층한 후 드라이어로 하부 면만을 가열 접착하여 100g/m²의 하면용 열접착 카드 웹을 준비하였다.

이어서 하면용 열접착 카드 웹에 3대의 스캐터링머신을 사용하여 1번과 2번 스케터링머신에서는 총량 200g/m2의 첨착활성탄을 카드 웹에 산포하고, 3번 스캐터링머신에서는 EVA 핫멜트 접착제를 10g/m2의 양으로 카드웹에 산포하였다.

첨착활성탄과 EVA 핫멜트 접착제를 하면용 카드 웹에 산포한 후 미리 만들어 둔 60g/m²의 상면용 열접착 카드 웹으로 덮어 벨트 프레스를 사용하여 추가적으로 열처리를 하여 견고한 탈취용 에어필터재를 완성하였다. 에어필터재의 평량은 370g/m²이었으며, 구체적인 물성은 하기의 표에 나타낸다.

물 성	단 위	실시예 1
평량	g/m2	370
두께	mm	1.5
공기투기도 (@125Pa)	cfm	296
파열강도	Kg/cm2	6.9
최대 기공경	micron	390
평균 기공경	micron	210

실시예 2

상기 실시예 1에서와 같은 방법으로 하면 열접착 카드 웹에 첨착활성탄과 EVA 핫멜트를 산포한 후 미리 만들어 둔 멜트블로운 부직포와 열접착카드웹의접합물을 상면 부직포로 사용하여 덮은 후 벨트 프레스를 사용하여 다시 열접착하여 견고한 탈진 방진용 복합 에어필터재를 완성하였다. 복합 에어필터재의 평량은 380g/m² 이었으며, 구체적인 물성은 하기의 표에 나타낸다.

물 성	단 위	실시예 2
평량	g/m2	380
두께	mm	1.6
공기투기도 (@125Pa)	cfm	136
파열강도	Kg/cm2	6.1
최대 기공경	micron	174
평균 기공경	micron	109

비교예 1

본 발명의 비교예로 삼기 위하여 본 발명품과 동일한 용도로 사용되는 탈취 방진용 복합 필터재를 시중으로부터 구입하여 분석에 사용하였다.

물 성	단 위	비교예 1
평량	g/m2	416
두께	mm	1.5
공기투기도 (@125Pa)	cfm	97
파열강도	Kg/cm2	6.2
최대 기공경	micron	108
평균 기공경	micron	72

비교예 1의 경우 도1에서 보는 바와 같이 부직포를 만든 후에 접착제를 스프레이하고 카본을 산포한 후 접착제를 스프레이하고 그 위에 부직포를 덮어서 압착하여 합포를 시키는 형태의 공정을 거쳐서 탈취용 필터재를 생산하는 공정으로 접착제가 녹아 부직포와 활성탄의 표면을 덮고 있어 필터재의 기공을 막아 공기의 투과도가 현저히 떨어진다. 그러나 본 발명은 실시예 1 및 2에서와 같이 접착제의 사용보다는 열접착 카드웹을 이용하여 웹의 녹는 성질로 카본과 열접착 카드웹을 접착시키는 공법으로써 공정중에 사용하는 접착제의 양을 최소화시켜 부직포 표면의 기공과 활성탄 표면의 기공을 막는 접착제라는 이물질을 줄임으로써 필터재의 공기 투과도를 높이는데 초점을 주었다. 따라서 비교예의 공기 투과도는 본 발명에 비해 현저히 낮은 수준이다.

1 : 호퍼
2 : 회전 계량 롤러
3 : 독터블레이드
4 : 롤 브러쉬 장치

Claims

카드 웹의 한 쪽 면만을 열접착하여 만들어지는 평량 10~200g/m²인 하면용 제1 열접착 카드웹, 상기 제1 열접착 카드웹의 벌키층에 20~80 mesh 크기의 탈취용 활성탄 100~1000g/m² 를 스캐터링 머신으로 산포하고, 카드 웹의 한 쪽 면만을 열접착하여 만들어지는 평량 10~100g/m²인 상면용 제2 열접착 카드웹의 벌키층으로 활성탄이 산포된 하면용 웹을 덮고 다시 캘린더나 벨트프레스 등으로 열처리하여 형성되는 공기투기도 150cfm 이상의 탈취방진용 복합 에어필터재.
제1항에 있어서,
제1 열접착 카드웹 및 제2 열접착 카드웹은 50 중량% 이상의 심초형이성분 섬유(sheath-core type bicomponent fiber)인 것을 특징으로 하는 탈취방진용 복합 에어필터재.
제1항에 있어서,
탈취방진용 복합 에어필터재의 한 면에 멜트블로운 부직포가 합지되어 중간층을 구성하는 것을 특징으로 하는 공기투기도 100cfm 이상의 탈취 방진용 복합 에어필터재
제1항에 있어서,
탈취용 활성탄을 스캐터링머신으로 산포할 때 핫멜트 접착제를 1~100g/m2의 양으로 혼합하여 산포하는 것을 특징으로 하는 탈취 방진용 복합 에어필터재