KR20200107663A - 강유전체 나노분말을 함유하는 정전 초극세섬유 - Google Patents

강유전체 나노분말을 함유하는 정전 초극세섬유 Download PDF

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Abstract

본 발명은 정전 초극세 섬유와 이를 이용한 정전 초극세섬유에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 멜트브로운 또는 멜트 방사에 의해 제조된 초극세 섬유 내에 강유전체 성분이 0.1~10중량%로 함유되어 있으며, 그 초극세 방사 섬유 표면에는 평균입경 10~100㎚의 강유전체 나노분말이 부착되어 있는 정전 초극세섬유에 관한 것이다. 또한, 이를 이용하여 제조된 정전 부직포로서, 미세입자, 초미세먼지 등에 대한 여과능력이 매우 우수한 정전 초극세섬유 부직포에 관한 것이다.

Description

강유전체 나노분말을 함유하는 정전 초극세섬유{Micro fiber including ferroelectric nanopowder}
본 발명은 강유전체 나노분말을 함유하는 정전 초극세섬유에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 멜트브로운(meltblown) 또는 멜트(melt) 방식으로 초극세 섬유를 제조할 때 강유전체 물질을 혼합 투입하여 제조된 정전 초극세섬유로서, 이를 이용한 정전 부직포의 경우 미세입자, 초미세먼지 등에 대한 여과능력이 매우 우수한 정전 초극세섬유에 관한 것이다.
일반적으로 정전 부직포는 필터(Filter) 역할을 위해 제조되는 것으로서, 필터는 여과 능력이 우수하여야 목적 달성이 가능하다.
기존에 부직포로 적용되는 필터는 주로 기계적인 작용에 의한 여과 효과를 발휘하고 있으나, 최근 미세먼지가 사회문제로 크게 대두되면서 기계적 여과만으로는 미세먼지를 여과할 수 없는 문제에 봉착하였다.
그러므로 최근에는 미세먼지 입자나 미세 분진 등을 여과하기 위하여 정전 효과를 가지는 필터에 대한 연구가 진행되고 있다. 그러나 이러한 정전 여과를 위한 필터는 필름 컷팅 & 카딩(Film) 단섬유, 써멀본드(Thermalbond), 멜트브로운(Meltblown), 스펀본드(Spunbond), 스펀레이스(Spunlace), 용매 나노 방사(Sovent Nano Spinning) , 용융 나노 방사(Melt Nano Spinning) 등의 여러 가지 형태의 정전 섬유가 개발되고 진행되고 있다.
기존에 미세먼지 등을 여과하기 위한 필터로서, 한국등록특허 제10-1457821호에서 열가소성 수지 섬유로 이루어지는 섬유 부직포로서, 상기 섬유가 비극성 열가소성 수지로 이루어지고, 상기 섬유의 평균 섬유 직경이 0.01∼0.5μm의 범위이며, 상기 섬유 부직포의 평균 구멍 직경이 0.01∼10.0μm의 범위이고, 또한 용제 성분을 포함하지 않는 섬유 부직포에 대하여 제안하고 있다. 그러나 이러한 부직포는 그 섬유가 정전성을 충분하게 유지하지 못하고, 정전물질을 도입하기도 어려운 문제가 있다.
그리고 정전물질을 이용한 기술로서, 한국공개특허 제10-2002-0081152호에서는 (a) 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF : poly vinylidene fluoride)와 폴리프로필렌 (PP : polypropylene)을 혼합 방사하여 섬유를 제조하는 섬유제조단계, (b) 상기 섬유제조단계에서 제조된 섬유를 분극처리하여 유전율을 향상시키는 분극처리단계 및 (c) 상기 분극처리단계에서 유전율이 향상된 섬유로 부직포를 제조하는 부직포 제조단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고유전율 부직포 제조방법 및 이로부터 제조되는 정전필터가 개시되어 있으며, 한국공개특허 제10-2017-0074334호에서는 폴리프로필렌 폴리머와 유전체 무기물을 혼합 방사하여 제조된 섬유를 이용하여 제조된 정전필터로서, 미세입자 크기의 분진 등에 대한 여과성능이 우수하여 여과효율이 높고, 정전기력을 장기간 유지하여 장시간 동안 여과성을 유지할 수 있는 고효율의 정전필터가 개시되어 있다.
외에도, 한국등록특허 제10-1126310호에서는 비전도 열가소성 섬유로 이루어진 멜트블로운 부직포와 나노 웹이 적층된 부직포 적층체를 제조하는 단계, 상기 부직포 적층체에 고압의 물을 분사하여 하전시키는 단계, 상기 하전된 부직포 적층체를 건조시키는 단계 및, 상기 건조된 부직포 적층체에 코로나 방전하여 하전시키는 정전부직포의 제조방법이 개시되어 있다.
그리고 한국등록특허 제10-1919253호에서는 용융지수가 20 ~ 36 g/10min인 폴리프로필렌 95 내지 99.8 중량%에 BaTiO3 또는 PMMA 로부터 선택되는 하나 이상의 유전체 분말 0.2 ~ 5 중량%를 포함하는 초부;와, 고유점도 0.6 ~ 1.2의 폴리에스테르로 이루어진 심부;로 구성되는 유전체 분말을 포함하는 정전필터 제조용 심초사로서, 상기 초부와 심부가 20 ~ 50 : 80 ~ 50 중량%로 구성되고, 단사섬도가 0.5 ~ 20 데니어인 심초사형 모노필라멘트로 구성되는 유전체 분말을 포함하는 정전필터 제조용 심초사와 이를 함유하는 정전필터에 관하여 제안하고 있다. 이 경우는 심초사 제조 등에 어려움이 있고 공정이 복잡하여 비용이 많이 드는 비경제적인 문제가 있다.
이와 같이 종래의 발명들은 유전체 물질을 포함하는 섬유의 혼합방사, 심초사 등으로 제조하여 사용함으로 인해 정전효과가 제대로 발휘되지 못하는 문제가 있어서 충분한 목적 달성이 어렵다. 또한, 정전필터의 소재를 구성하는 섬유의 제조시 섬유 전체에 유전체 무기물을 포함함으로써, 고가의 유전체 무기물의 사용량이 많아 제조비용이 상승하는 단점이 있고, 제조공정이 복잡하여 경제적 부담이 가중되는 문제가 있다.
그 외에, 여과용 필터로서 나노섬유를 이용하는 기술로, 한국등록특허 제10-1579933호 등에서는 일렉트로블로운과 일렉트로스피닝을 이용한 다층 나노섬유 필터여재 및 이의 제조방법에 관하여 제안하고 있으며, 한국등록특허 제10-1519169호에서는 용융 방사에 의한 나노섬유의 제조기술이 제안되어 있다. 그러나 이러한 기술의 경우 정전 효과가 부여되지 않아서 초미세먼지 제거에는 한계가 있다.
한국공개특허 제10-2002-0081152호 한국공개특허 제10-2017-0074334호 한국공개특허 제10-2017-0074334호 한국등록특허 제10-1919253호 한국등록특허 제10-1579933호 한국등록특허 제10-1519169호
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점들을 개선하기 위하여, 기존에 사용되어왔던 정전 부직포보다 효율 및 압력손실이 우수한 초극세섬유를 제조하여 사용함으로써, 간단하고 경제적인 방법으로 고효율의 필터 성능을 가진 정전 부직포로 제조하는 것을 해결과제로 한다.
따라서 본 발명의 목적은 초극세섬유 제조 시에 정전물질을 혼합하여 섬유를 제조하고, 초극세섬유의 방사 시에 강유전체 나노분말을 분사 적용하여 강유전체 분말을 함유하는 정전 부직포를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 정전물질인 유전체 성분을 최소로 사용하면서 최대의 효과를 나타내고, 간단하면서도 경제적인 방법으로 제조 가능한 고성능 정전 초극세 부직포를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기와 같이 제조된 정전 초극세섬유를 이용하여 제조된 정전 초극세섬유 부직포를 제공하는데 있다.
위와 같은 과제 해결을 위하여, 본 발명은 멜트브로운 또는 멜트 방사에 의해 제조된 평균직경 0.5-15㎛ 크기의 초극세섬유 내에 강유전체 성분이 0.1~10중량%로 함유되어 있으며, 상기 초극세섬유 표면에는 평균입경 10~100㎚의 강유전체 나노분말이 0.05~5중량%로 부착되어 있는 정전 초극세섬유를 제공한다.
또한, 본 발명은 합성수지에 강유전체 물질을 0.1-10중량%의 함량으로 혼합하여 멜트브로운 또는 멜트 방사 방법으로 평균직경 0.5-15㎛ 크기의 초극세섬유를 제조하는 단계; 강유전체 0.01-5중량%와 물 95-99.99중량%를 혼합하고 2중 노즐(물+에어)을 이용하여 10-100㎚인 강유전체 나노분말을 형성하면서 분사하는 단계; 및 상기 초극세섬유의 표면에 상기 강유전체 나노물질을 분사하여 부착시키는 단계를 포함하는 정전 초극세섬유의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 정전 초극세섬유를 포함하는 정전 초극세섬유 부직포를 제공한다.
본 발명에 따른 정전 초극세섬유는 강유전체 성분을 혼합 사용하여 멜트브로운 또는 멜트 방사 방식으로 제조된 정전 초극세섬유로서, 이를 이용하면 간단하게 정전 부직포를 제조할 수 있으므로 기존의 정전 섬유로 이루어진 필터에 비해 간편하고 경제적인 제조가 가능하고 고효율로 초미세물질을 여과할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 강유전체 성분을 정전물질로 적용함에 있어서, 멜트브로운 또는 멜트 방사시 합성수지에 혼합하여 정전 초극세섬유로 제조하고, 그 방사과정에서 강유전체 나노분말을 정전물질로서 추가 투입하기 때문에, 정전 초극세섬유에 대한 정전물질의 한계 투입을 극복할 수 있어서 최대의 정전 효과를 얻을 수 있다.
그뿐만 아니라, 이러한 본 발명에 따른 정전 초극세섬유는 경제적인 방법으로 다양한 용도의 정전 부직포로의 제품화가 가능한 장점이 있다.
또한, 본 발명에서 강유전체 나노분말 성분을 다공성 물질로 투입했을 경우에는 더욱더 공기의 흐름을 방해하지 않고 기공을 막지 않아 통기성이 탁월하고 압력손실을 증가시키지 않는 장점이 있다
이하, 본 발명을 하나의 구현예로서 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 이하에서 개시되는 구현예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형되거나 구현될 수 있는 것으로, 이하의 구현예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
따라서 본 발명 사상의 구현예는 본 명세서에 개시된 영역의 특정 형상이나 성분에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
본 발명은 합성수지에 강유전체 물질을 혼합하여 멜트브로운 또는 멜트 방사한 초극세 섬유에 강유전체 나노분말이 추가로 도입되어 부착된 정전 초극세섬유에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 방사섬유인 초극세섬유는 합성수지에 강유전체 물질을 0.1~10중량%로 혼합하여 멜트브로운 또는 멜트 방식으로 방사하여 섬유 또는 부직포 상태로 제조할 수 있다. 이때, 강유전체 물질은 방사되는 초극세섬유 내에 혼합되어 포함되는 형태로 제조될 수 있다.
본 발명에서는 이렇게 제조되는 초극세섬유 방사 시에 분사방식으로 강유전체 나노분말을 추가로 적용하여 강유전체 나노분말이 초극세섬유 표면에 부착된 정전 초극세섬유를 제조할 수 있다.
본 발명에서 ‘강유전체 나노분말’이라 함은 BaTio3 등의 강유전체로 이루어진 10㎚~100㎚인 나노물질로서 비다공성 물질과 다공성 물질까지 포함하는 것을 의미한다.
본 발명의 바람직한 구현에 따르면, 본 발명의 초극세섬유에 분사하여 사용되는 강유전체 나노분말의 크기는 평균입경이 10㎚~100㎚인 것이 적당하다.
이러한 강유전체 나노분말은 강유전체 성분과 물의 혼합물을 2중 노즐(물+에어)로 분사하여, 상기 멜트브로운 또는 멜트 방사하여 제조되는 초극세섬유의 표면에 적용하여 강유전체 나노분말이 부착된 형태로 제조될 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 강유전체 나노분말은 물 95~99.99%에 강유전체 물질 0.01~5중량%를 함유하는 수용액 상태로 예컨대 노즐당 100ml~500ml/1ea 로 분사함으로써 얻어질 수 있다. 여기서, 만일 강유전체 수용액의 분사 시에 유전 효과를 강하게 하기 위해 강유전체 수용액을 과량 분사하면 물의 량이 많이 소요되어 열풍건조기 및 캔 건조기가 추가로 필요하다.
또한, 강유전체 나노분말은 초극세섬유의 방사 시에 투입되어 초극세섬유의 표면에 잘 부착되어야 하기 때문에, 초극세섬유의 합성수지 재질은 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌이 사용되며, 이들 성분의 단독보다는 폴리프로필렌/폴리에틸렌을 함께 사용하는 공합체의 Sheath-Core 또는 Side by Side 형태의 섬유구조로 방사하는 것이 바람직하다. 또한, 이러한 초극세섬유 방사 후 섬유표면에 정전물질인 강유전체 나노분말이 분사되어 부착되게 하기 위해서는 건조기를 이용하여 부착 결합할 수 있는 융점 섬유 형태로 방사되는 것이 유리하다. 이러한, 강유전체 나노분말 부착을 위해서는 추가적으로 열캘린더 또는 초음파 융착을 사용하면 더욱 효과적이다.
그러므로 본 발명에 따르면, 초극세섬유에 사용되는 합성수지는 바람직하게는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 초극세섬유에 방사 시 섬유 표면에 분사되어 적용되는 강유전체 나노분말은 초극세섬유에 대해 0.01-5중량%로 적용하여 섬유 내부와 섬유 외부에 정전특성을 가지는 정전 초극세섬유를 제조할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명에서 사용되는 정전물질로 사용되는 강유전체 성분으로서는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 힌더드아민 광안정화제(HALS), 트리아진, BaTiO3 중에서 선택된 하나 이상의 유전체가 사용될 수 있다. 그러나 그 이외의 유전체 성분도 사용 가능하므로 이에 한정되는 것이다. 특히, 본 발명에서 사용 가능한 HALS는 UV에 의한 광화학반응을 감소시키거나 중단시킴으로써 폴리머의 변형을 방지하는 광안정제로 사용되는 것으로서, 대부분의 HALS는 강유전체로서의 특성을 가지는 것으로 알려져 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 초극세섬유의 제조는 합성수지와 강유전체 성분이 혼합되어 섬유를 방사하는데, 이렇게 제조되는 초극세섬유는 평균직경이 0.5-15㎛이고 정전물질이 혼합된 상태의 초극세섬유로 제조될 수 있다.
이러한 초극세섬유는 기존에 유전체 분말을 섬유로 제조하여 사용되어 왔던 정전섬유와는 달리 그 섬유의 평균직경이 작은 초극세섬유이므로 일반적인 섬유에 비해 정전 면적이 월등하게 넓어지고, 매우 가는 초극세섬유로 구성되어 있어서, 이를 이용하여 정전 초극세섬유 부직포로 제조할 하는 경우 매우 우수한 입자 효율과 낮은 압력손실 효과를 가지게 되는 것이다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 초극세섬유를 제조하기 위해서는 예컨대 3M 하이드로 차장 정전 기술은 강유전체 물질과 함께 혼합하여 방사할 수 있다,
본 발명의 일예로서, 멜트브로운 방사 과정에서는 물과 공기를 함께 이용해 방사대(DIE)에서 약 2-200cm 사이에 하이드로 차장을 가하면서 방사할 수 있다.
본 발명에서 멜트블로운 방사는 2중 노즐을 사용할 수 있고, 2중 노즐의 내측에서는 물이 나오고 외측에서는 공기가 분출되어 방사되며, 이때 방사량은 노즐 1개당 합성섬유 90~99.9중량%와 강유전체 물질 0.1~10중량%가 혼합된 방사원료 혼합물이 예컨대 0.15Φ(0.471mm)~0.4Φ(1.256mm) 노즐에서 노즐당 100-500ml/min의 분사량으로 공기압력은 4-8Kg/㎠로 분사될 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 이러한 멜트블로운 방사 공정은 방사시의 공기압력과 원료 방출량에 따라 압력과 물의 량을 조절하여 초극세섬유를 제조할 수 있는 바, 물에 많을 때는 후 공정에서 건조수단을 도입하여 수분을 제거할 수도 있다.
본 발명에 따르면 이렇게 제조된 초극세섬유는 강유전체 물질을 혼합하여 정전 특성을 가지는 초극세섬유로 제조하기 때문에 그 자체로서 매우 우수한 정전 효과를 발휘한다.
특히, 본 발명의 초극세섬유는 그 섬유 평균직경이 기존에 비해 매우 작은 섬유이기 때문에 혼합된 유전체 물질의 외부 노출이 많아서 기존 정전섬유에 비해 정전특성이 더욱 우수하다. 또 초극세섬유 자체의 넓은 표면적과 입자 효율과 낮은 압력손실로 우수한 미세먼지 및 초미세먼지 포집능력을 가진다.
더구나, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 이러한 초극세섬유의 표면에 추가로 정전물질인 강유전체 나노물질이 부착되어 있는 형태의 정전 초극세섬유로 제조되므로, 이를 이용하여 부직포로 사용하는 경우 초미세먼지 등의 필터링 효과가 매우 우수하다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 초극세섬유의 방사시에 첨가되는 강유전체 나노분말은 초극세섬유 방사 후에 섬유표면에서 점착력을 발휘하여 초극세섬유의 표면에 들러붙어서 하나의 분말 단위체를 구성하거나 초극세섬유 표면에 코팅된 형태의 정전분말의 형태로 존재할 수 있다, 그러므로 분사에 의해 첨가되는 강유전체 나노분말은 섬유표면에서 외형상 분말 형태를 거의 유지하게 되지 않고 섬유에 부착된 상태로 표면적이 확대되어있는 형태로 구성할 수 있다. 즉, 강유전체 나노분말은 방사된 초극세섬유에 표면에 부착된 상태로 하나의 분말 단위체를 구성하거나 또는 초극세섬유에 표면에 코팅된 형태로 함유될 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 초극세섬유로 이루어지는 부직포에는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 이들의 혼합물 중에서 선택된 합성수지에 강유전체 분말이 0.05-3중량%로 함유된 정전분말이 추가로 함유될 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 정전 초극세섬유 제조공정에 의해 제조된 정전 부직포는 단위중량이 5~50 g/m2 이며, 두께는 0.05~0.5mm 이며, 통기도는 여과 효율과 통기 압력, 경제성 등을 고려할 때 20~120cm3/cm2/sec 인 것으로 바람직하게 제조될 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 정전 초극세섬유 부직포의 단위중량이 5g/㎡ 미만에서는, 부직포가 지나치게 얇기 때문에, 강도가 지나치게 약해질 우려가 있고, 50g/㎡를 초과하면, 부직포의 압력손실 지나치게 높아질 우려가 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 정전 초극세섬유로 제조되는 부직포의 두께는 0.1~0.3mm의 범위가 강도 및 여과 효율 면에서 가장 우수하다.
본 발명에 따르면, 상기와 같이 제조된 정전 초극세섬유 부직포는 와이어상 또는 판상의 전극을 이용하여 코로나 방전 처리공정을 통해 상기 부직포의 표면을 하전처리를 실시하여 다량의 양이온 또는 음이온을 형성하게 된다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 부직포의 표면을 하전시키기 위하여 코로나방전 처리를 실시하는 정전처리 단계를 추가로 수행할 수 있다. 이러한 코로나방전은 직류고전압 발생기에 전원을 공급하면서 전압을 상승시키면 침전극의 선단에서 코로나방전이 발생하여 평판상 전극과 침전극 사이에는 고전계가 형성되므로 평판상 전극과 침전극 사이를 통과하는 부직포는 표면에 고전하를 띄게 된다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 용융 정전 초극세섬유 부직포에 부여하는 코로나방전은 10 내지 100 kV의 인가전압으로 수행하는 것이 바람직하다. 또한, 코로나방전의 전압 인가시간은 1 ~ 7분이 바람직하다. 상기와 같이 상기 코로나 방전에 의하여 부직포 표면 전체적으로 전하 부여량이 증가되게 된다.
상기와 같이 코로나방전 처리를 하게 되면 정전처리에 의하여 섬유의 동일 중량 대비 정전기력이 20 내지 70 % 상승될 수 있다. 따라서 필터의 제조 후 사용 중 장기간 흡착된 미세먼지가 쌓이면서 전하가 소실되어 집진효율이 저하되는 문제를 개선할 수 있다.
본 발명에 따르면 이러한 일련의 공정을 거쳐 제조된 정전 초극세섬유 부직포는 정전기 보유력이 매우 우수하며, 장기간 사용에서도 정전기의 소실이 적어 집진효율이 감소되지 않으므로 필터링 효과가 우수한 정전 부직포로 제조가 가능하다.
본 발명에 따라 제조된 정전 초극세섬유 부직포는 상기와 같은 코로나방전 처리 후에 적절한 공정을 거쳐 정전필터로 제조하여 사용할 수 있다.
본 발명에 따라 제조된 정전섬유로 이루어진 정전 초극세섬유 부직포를 이용한 필터는 초극세섬유 내에 정전 특성이 부여되어 있으므로 정전기 보유력이 매우 우수하며, 특히 초극세섬유와 섬유표면에 부착된 강유전체 나노분말로 인해 표면적이 매우 커서 미세먼지는 물론 초미세먼지 등 미세 입자에 대한 여과 효율이 종래의 필터에 비하여 현저히 우수한 특징을 갖는다.
또한, 본 발명의 정전 초극세섬유 부직포 기재를 이용하여 제조된 필터는 정전물질이 매우 가는 초극세섬유 내에 존재하기 때문에 정전기의 소실이 없고 표면적이 매우 넓어서 포집효율이 우수하면서도 포집효율이 감소되지 않고 장시간 유지되는 효과를 기대할 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면 고가의 유전체 분말의 사용량을 크게 절감하고 간단한 제조공정으로 인해 매우 경제적이고 간편하게 제조가 가능하기 때문에, 정전 부직포에 대한 가격 경쟁력을 높일 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 정전 초극세섬유로 이루어진 정전 부직포를 이용하여 다양한 에어필터 필터를 제조할 수 있다. 그 외에도 본 발명에 따른 정전 초극세섬유는 다양한 분야에서 정전 효과를 위해 사용될 수 있다.
이러한 용융 정전 초극세섬유 부직포는 단층 또는 다른 유사한 적층체와 조합하여 복합층 형태의 적층체를 구성할 수 있다.
본 발명에 따른 용융 정전 초극세섬유로 이루어진 정전 부직포를 이용한 필터는 다양한 형태로 대기 정화를 위한 산업용, 자동차용, 가정용 필터로 사용이 가능하다.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
멜트브로운 방사 과정에서는 물과 공기를 함께 이용해 방사대(DIE)에서 약 15cm 사이에 하이드로 차장(3M XMRGJ 1996년)을 가하면서 방사하였다.
멜트브로운 방사에서 사용된 노즐은 2중 노즐(한미 노즐)을 사용하였고, 방사는 내측에서 강유전체 물질 0.1% 물 99.9%를 200ml/min의 속도로 방사하고, 공기압은 6.5kg/㎠ 분사하여 초극세섬유를 방사하였다. 방사시에는 강유전체 물질로 BaTio3 70nm 분말을 물에 혼합하여 수용액상태로 혼합하면서 강유전체 나노분말을 분사하어 방사 섬유 표면에 적용하였다. 이와 같이, 합성수지(PE/PP)에 강유전체 성분으로서 힌더드아민 1.0 중량%를 혼합 사용하여 멜트브로운 방사공정으로 정전특성을 가진 초극세섬유를 직경 2.5㎛로 제조하면서, 그 표면에 강유전체 나노분말이 부착된 정전 초극세섬유를 제조하였다.
이렇게 제조된 정전 초극세섬유를 이용하여 통상적인 방법에 의거하여 단위중량이 20g/m2이고, 두께가 0.2mm이며, 통기도가 30cm3/cm2/sec 인 멜트브론운 방식으로 방사하면서 부직포를 제조하였다.
상기와 같이 제조된 부직포를 20 cm X 20 cm 크기로 절단하고 연속식 코로나방전 가공 처리기기를 이용하여 상온분위기하에서 최대 처리속도 20 m/min, 30 kV의 출력으로 1분간 처리하여 정전 초극세섬유 부직포를 제조하였다.
실시예 2
멜트브로운 방사 과정에서는 물과 공기를 함께 이용해 방사대(DIE)에서 약 15cm 사이에 하이드로 차장(3M XMRGJ 1996년)을 가하면서 방사하였다.
멜트브로운 방사는 상기 실시예 1과 동일한 조건으로 시행하여 초극세섬유를 제조하고, 강유전체 물질로는 BaTio3 100nm 분말을 물에 혼합하여 수용액상태로 혼합하면서 정전 초극세섬유를 직경 1.0㎛로 제조하였다.
이렇게 제조된 정전 초극세섬유를 이용하여 통상적인 방법에 의거하여 단위중량이 15g/m2이고, 두께가 0.15m이며, 통기도가 20cm3/cm2/sec 인 용융 정전 초극세 섬유 부직포를 제조하였다.
상기와 같이 제조된 부직포를 20 cm X 20 cm 크기로 절단하고 연속식 코로나방전 가공 처리기기를 이용하여 상온분위기하에서 최대 처리속도 20 m/min, 30 kV의 출력으로 1분간 처리하여 정전 초극세섬유 부직포를 제조하였다.
실시예 3
용융 정전 초극세 방사 과정에서는 물과 공기를 함께 이용해 방사대(DIE)에서 약 15cm 사이에 하이드로 차장(3M XMRGJ 1996년)을 가하면서 방사하였다.
멜트브로운 방사는 강유전체 물질 0.2% 물 99.8%를 150ml/min의 속도로 방사하고, 공기압은 7.5kg/㎠ 분사하여 초극세섬유를 제조하였다. 강유전체 물질로는 BaTio3 40nm 분말을 물에 혼합하여 수용액 상태로 혼합하면서 강유전체 나노분말을 섬유표면에 적용하였다. 이와 같이, 합성수지(PE/PP)에 강유전체 성분으로서 힌더드아민 1.0 중량%를 혼합 사용하여 멜트브로운 방사공정으로 정전특성을 가진 초극세섬유를 0.5㎛로 제조하면서, 그 표면에 강유전체 나노분말이 부착된 정전 초극세섬유를 제조하였다.
이렇게 제조된 정전섬유를 이용하여 통상적인 방법에 의거하여 단위중량이 15g/m2이고, 두께가 0.15m이며, 통기도가 30cm3/cm2/sec 인 용융 정전 초극세섬유 부직포를 제조하였다.
상기와 같이 제조된 부직포를 20 cm X 20 cm 크기로 절단하고 연속식 코로나방전 가공 처리기기를 이용하여 상온분위기하에서 최대 처리속도 20 m/min, 30 kV의 출력으로 1분간 처리하여 정전 초극세섬유 부직포를 제조하였다.
비교예 1
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되 멜트브로운 방사 과정에서는 물과 공기를 함께 이용해 방사대(DIE)에서 약 15cm 사이에 하이드로 차장(3M XMRGJ 1996년)을 가하면서 방사하였다.
멜트브로운 방사에서 사용된 노즐은 2중 노즐(한미 노즐)을 사용하였고, 물 100%를 200ml/min의 속도로 방사하고, 공기압은 6.5kg/㎠ 분사하여 방사하였다. 강유전체 성분으로서 힌더드아민 1.0 중량%를 사용하여 멜트브로운 방사공정으로 정전 극세섬유를 직경 5㎛로 제조하였다.
이렇게 제조된 정전섬유를 이용하여 통상적인 방법에 의거하여 단위중량이 20g/m2이고, 두께가 0.2mm이며, 통기도가 30cm3/cm2/sec 인 멜트브로운 정전 부직포를 제조하였다.
상기와 같이 제조된 부직포를 20 cm X 20 cm 크기로 절단하고 연속식 코로나방전 가공 처리기기를 이용하여 상온분위기하에서 최대 처리속도 20 m/min, 30 kV의 출력으로 1분간 처리하여 정전 부직포를 제조하였다.
비교예 2
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되 멜트브로운 방사 과정에서는 물과 공기를 함께 이용해 방사대(DIE)에서 약 15cm 사이에 하이드로 차장(3M XMRGJ 1996년)을 가하면서 방사하였다.
멜트브로운 방사에서 사용된 노즐은 2중 노즐(한미 노즐)을 사용하였고, 물 100%를 200ml/min의 속도로 방사하고, 공기압은 6.5kg/㎠ 분사하여 방사하였다. 강유전체 성분으로서 힌더드아민 1.0 중량%를 사용하여 멜트브로운 방사공정으로 정전 초극세섬유를 0.85㎛로 제조하였다.
이렇게 제조된 정전섬유를 이용하여 통상적인 방법에 의거하여 단위중량이 20g/m2이고, 두께가 0.2mm이며, 통기도가 15cm3/cm2/sec 인 멜트브로운 정전 부직포를 제조하였다.
상기와 같이 제조된 부직포를 20 cm X 20 cm 크기로 절단하고 연속식 코로나방전 가공 처리기기를 이용하여 상온분위기하에서 최대 처리속도 20 m/min, 30 kV의 출력으로 1분간 처리하여 정전 부직포를 제조하였다.
실험예
상기 실시예와 비교예에 의하여 제조된 정전필터 제조용 유전체 분말을 함유한 멜트브로운 및 융용 정전 초극세방사 섬유 부직포의 초미세먼지의 여과능력을 실험하기 위하여 NaCl 에어로졸(aerosol) 시험법에 따라 여과시험을 하였다.
NaCl 입자 0.3㎛ 으로 5.3cm/초의 면속도로 시험하였다. 시험장비는 모델 TSI 8130 필터시험기를 사용하여 측정하였다. 이를 시험할 필터를 통과하도록 하여 통과 후의 공기중에 잔존하는 염화나트륨의 양을 측정하는 방법으로 상기와 같은 방법으로 시험편의 여과율을 측정한 후 이를 하기 표 1에 나타내었다.
구분 정전분말 초극세
섬유		 중량
(g/m2)		 두께
(mm)		 통기도
(cc/cm2/sec)		 초기
여과효율
(%)
강유전체
나노분말		 멜트
강유전체
함량
(%)		 강유전체 나노분말함량
(%)
실시예 1 70㎚ 1 0.1 2.5㎛ 20 0.2 30 99.95
실시예 2 100㎚ 1 0.1 1㎛ 15 0.15 35 99.971
실시예 3 40㎚ 1 0.2 0.5㎛ 15 0.15 30 99.995
비교예 1 X 1 X 5㎛ 20 0.2 30 89.92
비교예 2 X 1 X 0.85㎛ 20 0.2 15 92.971
상기 실험의 결과 본 발명에 따른 실시예 1 내지 실시예 3의 멜트브로운, 정전 초극세섬유 부직포의 경우에는 초기여과율이 모두 99.95 % 이상으로 측정되었으나, 비교예의 경우에는 초기여과율이 89.92%와 92.971%로 낮게 측정되었다.
상기 표 1의 결과로부터 본 발명에 따른 부직포 기재를 정전필터로 사용할 경우 종래의 필터에 비하여 여과성능이 우수하며, 종래의 필터에 비하여 성능이 현저히 향상되는 것을 알 수 있다.
본 발명은 하나의 구현예로서 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실험예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 멜트브로운 또는 멜트 방사에 의해 제조된 평균직경 0.5-15㎛ 크기의 초극세섬유 내에 강유전체 성분이 0.1~10중량%로 함유되어 있으며, 상기 초극세섬유의 표면에는 평균입경 10~100㎚의 강유전체 나노분말이 0.05~5중량%로 부착되어 있는 정전 초극세섬유.
  2. 청구항 1에 있어서, 강유전체 나노분말은 점착력을 가진 상태의 초극세섬유에 부착된 상태로 하나의 분말 단위체를 구성하거나 또는 초극세섬유에 코팅된 형태로 함유되어 있는 정전 초극세섬유.
  3. 청구항 1에 있어서, 강유전체 성분 또는 강유전체 나노분말은 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 힌더드아민 광안정화제(HALS), 트리아진, BaTiO3 중에서 선택된 하나 이상으로 이루어진 정전 초극세섬유.
  4. 청구항 1에 있어서, 초극세섬유는 합성수지 성분으로 폴리에틸렌, 폴리프필렌 또는 이들의 혼합물을 함유하는 정전 초극세섬유.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중에 선택된 어느 하나의 정전 초극세섬유를 포함하는 정전 초극세섬유 부직포.
  6. 합성수지에 강유전체 물질을 0.1~10중량%의 함량으로 혼합하여 멜트브로운 또는 멜트 방사 방법으로 평균직경 0.5~15㎛ 크기의 초극세섬유를 제조하는 단계;
    강유전체 0.01~5중량%와 물 95~99.99중량%를 혼합하고 2중 노즐을 이용하여 10~100㎚인 강유전체 나노분말을 형성하면서 분사하는 단계; 및
    상기 초극세섬유의 표면에 상기 강유전체 나노물질을 분사하여 부착시키는 단계
    를 포함하는 정전 초극세섬유의 제조방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 초극세섬유를 제조하는 단계에서는 폴리프로필렌과폴리에틸렌을 함께 사용하여 Sheath-Core 또는 Side by Side 형태의 섬유구조로 방사하는 단계를 포함하는 정전 초극세섬유의 제조방법.
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