KR20220049719A - 에어 필터 소재 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

이 발명의 일 실시예에 따른 에어 필터 소재는 중량 35~150gsm, 두께 0.1~0.85㎜, 통기도 250~1,200cfm(125pa)의 물리적 특성을 갖도록 써멀 본드 공정, 스폰 본드 공정 또는 케미칼 본드 공정으로 형성된 지지체 레이어; 중량 0.1~1.5gsm, 압력손실 0.3~2.5mmAq, 직경 50~800㎚, 여과효율 30~90%(5.33㎝/sec, 0.3 um NaCl)의 물리적 특성을 갖도록 지지체 레이어의 일측면 상에 전기방사 공정을 통해 형성되며 나노웹 레이어; 및 중량 5~50gsm, 압력손실 0.2~5mmAq, 여과효율 30~99.995%(5.33 ㎝/sec, 0.3 um NaCl)의 물리적 특성을 갖도록 나노웹 레이어의 일측 또는 지지체 레이어의 일측에 용융방사 공정을 통해 형성되는 멜트브로운 레이어; 를 포함하여 이루어진다.

Description

에어 필터 소재 및 그 제조방법{Material for air filter and the method for manufacturing thereof}
이 출원은 에어 필터 소재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 공기청정기 등에 적용되어 사용되는 중에 정전기력의 저하가 발생하더라도 오염입자의 제거효율이 유지될 수 있도록 한 에어 필터 소재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
공기청정기, 진공청소기, 클린 룸, 자동차, 비행기 등 실내의 공기를 청정하기 위한 장치나 시설에는 공기 중에 포함된 오염물질을 제거하기 위한 에어 필터가 장착되고 있다. 오염물질의 종류, 오염물질을 제거하는 방식 등에 따라서, 에어 필터는 다양한 종류와 방식으로 구분되고 있다.
일반적인 공기청정기에는 프리 필터(pre filter), 미디어 필터(medium filter), 헤파 필터(HEPA filter), 케미칼 필터(chemical filter) 등의 순으로 에어 필터가 설치된다. 여기서, 헤파 필터는 공기 중에 포함된 0.3㎛ 이상의 미세한 오염 입자를 제거할 수 있는 고효율 미립자 공기 필터(High Efficiency Particulate Air Filter)를 의미한다. 한편, 미디엄 필터 및 헤파 필터에는 정전기를 이용하여 미세한 먼지를 잡아주기 위한 정전 필터가 포함되기도 한다. 정전 필터는 열가소성 고분자 원료를 용융 방사(Melt blown)하는 공정을 통해 제조되는 부직포를 흔히 BM 필터 또는 멜트브로운 필터라 부르기도 한다.
그런데 전술한 멜트브로운 필터는 정전기에 의한 미세한 먼지 입자들을 제거할 수 있는 장점은 있으나, 정전기력이 유지될 수 있는 일정 시간이 지난 후에는 정전기력이 저하되어 오염 입자를 제거할 수 있는 효율이 급격이 저하되는 단점이 있었다.
대한민국특허청 등록특허공보 10-0928232 대한민국특허청 등록특허공보 10-1072183 대한민국특허청 공개특허공보 10-2013-0074945
이 출원은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해서 창안이 된 것으로, 공기청정기 등에 적용되어 사용되는 중에 정전기력의 저하가 발생하더라도 오염입자의 제거효율이 유지될 수 있도록 한 에어 필터 소재 및 그 제조방법을 제공하는 데 목적이 있다.
전술한 발명의 목적을 달성하기 위한 수단으로 이 출원에 따른 에어 필터 소재 및 그 제조방법은 다음과 같이 이루어질 수 있다.
이 발명의 일 실시예에 따른 에어 필터 소재는 중량 35~150gsm, 두께 0.1~0.85㎜, 통기도 250~1,200cfm(125pa)의 물리적 특성을 갖도록 써멀 본드 공정, 스폰 본드 공정 또는 케미칼 본드 공정으로 형성된 지지체 레이어; 중량 0.1~1.5gsm, 압력손실 0.3~2.5mmAq, 직경 50~800㎚, 여과효율 30~90%(5.33㎝/sec, 0.3 um NaCl)의 물리적 특성을 갖도록 지지체 레이어의 일측면 상에 전기방사 공정을 통해 형성되며 나노웹 레이어; 및 중량 5~50gsm, 압력손실 0.2~5mmAq, 여과효율 30~99.995%(5.33 ㎝/sec, 0.3 um NaCl)의 물리적 특성을 갖도록 나노웹 레이어의 일측 또는 지지체 레이어의 일측에 용융방사 공정을 통해 형성되는 멜트브로운 레이어; 를 포함하여 이루어진다.
이 발명의 일 실시예에 따른 에어 필터 소재에서 나노웹 레이어는 폴리아크릴나이트릴, 나이론, 폴리에테르술폰, 폴리비닐리덴 플로라이드, 폴리락틱계 고분자 및 폴리비닐알콜로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 단독 또는 2종 이상을 복합화한 것으로 이루어질 수 있다.
이 발명의 일 실시예에 따른 에어 필터 소재에서 지지체 레이어는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 나이론, 폴리에틸렌, 폴리프로필린 및 폴리카보네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 단독 또는 2종 이상을 복합화한 것으로 이루어질 수 있다.
이 발명의 일 실시예에 따른 에어 필터 소재에서 나노웹 레이어는 지지체 레이어 일측에 열카렌딩을 통해 결합되고, 멜트브로운 레이어는 나노웹 레이어의 일측 또는 지지체 레이어의 일측에 0.5~1.5gsm 수준으로 도포된 올레핀 핫멜트를 통해 결합이 될 수 있다.
이 발명의 일 실시예에 따른 에어 필터 소재 제조방법은 써멀 본드 공정, 스폰 본드 공정 또는 케미칼 본드 공정을 통해서 중량 35~150gsm, 두께 0.1~0.85㎜, 통기도 250~1,200cfm(125pa)의 물리적 특성을 갖는 지지체 레이어를 형성하는 단계; 전기방사 공정을 통해서 상기 지지체 레이어의 일측면 상에 중량 0.1~1.5gsm, 압력손실 0.3~2.5mmAq, 직경 50~800㎚, 여과효율 30~90%(5.33㎝/sec, 0.3 um NaCl)의 물리적 특성을 갖는 나노웹 레이어를 형성하는 단계: 나노웹 레이어가 지지체 레이어 상에 결합되도록 열 카렌딩(calending)하는 단계; 나노웹 레이어의 일측 또는 상기 지지체 레이어의 일측에 0.5~1.5gsm 수준으로 올레핀 핫멜트를 도포하는 단계; 및 용융방사 공정을 통해서 나노웹 레이어의 일측 또는 지지체 레이어의 일측면 상에 중량 5~50gsm, 압력손실 0.2~5mmAq, 여과효율 30~99.995%(5.33 ㎝/sec, 0.3 um NaCl)의 물리적 특성을 갖도록 멜트브로운 레이어를 형성하는 단계; 를 포함하여 이루어질 수 있다.
이 출원에 따른 에어 필터 소재 및 그 제조방법에 의하면, 공기청정기 등에 적용되어 사용되는 중에 정전기력의 저하가 발생하더라도 오염입자의 제거효율이 유지될 수 있는 효과가 있다.
또한, 이 발명에 따른 에어 필터 소재 및 그 제조방법에 의하면 에어 필터의 수명이 상대적으로 증가하는 장점이 있다.
도1은 이 출원에 따른 에어 필터 소재 제조방법을 설명하기 위한 도면.
도2는 이 출원에 따른 에어 필터 소재의 단면 구성도.
도3은 이 출원에 따른 에어 필터 소재 제조과정에서 형성된 지지체 레이어의 현미경 확대사진.
도4는 이 출원에 따른 에어 필터 소재 제조과정에서 형성된 나노웹 레이어의 현미경 확대사진.
도5는 이 출원에 따른 에어 필터 소재 제조과정에서 형성된 멜트브로운 레이어의 현미경 확대사진.
이하에서는 이 발명의 실시 예에 따른 에어 필터 소재 및 그 제조방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하면서 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.
도1은 이 출원에 따른 에어 필터 소재 제조방법을 설명하기 위한 도면이고, 도2는 이 출원에 따른 에어 필터 소재의 단면 구성도이며, 도3 내지 도5는 이 출원에 따른 에어 필터 소재 제조방법에 의해서 형성된 지지체 레이어, 나노웹 레이어 및 멜트브로운 레이어의 확대 사진들이다.
이 발명의 실시 예에 따른 에어 필터 소재(100)는 공기청정기용 에어 필터를 제조하는 과정에서 사용될 수 있는 것으로, 멜트브로운 필터가 가지는 단점(정전기력이 저하될 경우 오염입자 제거효율이 저하되는 단점)을 극복하기 위해 멜트브로운 레이어(130)와 함께 지지층 레이어(110) 및 나노웹 레이어(120)가 일체로 형성되도록 구성된 것이다. 즉, 이 발명의 실시 예에 따른 에어 필터 소재(100)는 적어도 하나의 층을 이루는 멜트브로운 레이어(130), 지지체 레이어(110) 및 나노웹 레이어(120)를 포함하여 구성된다.
이 발명의 실시 예에 따른 에어 필터 소재(100)는 도1 및 2에서 보이는 바와 같은 제조공정을 통해서 제조될 수 있다.
< 지지체 레이어 형성단계 >
우선, 지지체 레이어(110)는 중량 35~150gsm, 두께 0.1~0.85㎜, 통기도 250~1,200cfm(125pa)의 물리적 특성을 갖도록 형성된다. 도2는 이 출원에 따른 에어 필터 소재 제조과정에서 형성된 지지체 레이어의 현미경 확대사진이다.
지지체 레이어(110)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 나이론(Nylon), 폴리에틸렌(polyethlene, PE), 폴리프로필린(polypropylene, PP) 및 폴리카보네이트(polycarbonate, PC)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 단독 또는 2종 이상을 복합화하여, 써멀 본드 공정, 스폰 본드 공정 또는 케미칼 본드 공정을 통해 형성된다.
< 나노웹 레이어 형성단계 >
나노웹 레이어(120)는 전술한 단계에서 형성된 지지체 레이어(110)의 일측면 상에 전기방사 공정을 통해서 형성된다. 나노웹 레이어(120)는 중량 0.1~1.5gsm, 압력손실 0.3~2.5mmAq, 직경 50~800㎚, 여과효율 30~90%(5.33㎝/sec, 0.3 um NaCl)의 물리적 특성을 갖도록 지지체 레이어(110)의 일측면 상에 형성된다. 도3은 이 출원에 따른 나노웹 레이어(120)의 현미경 확대사진이다.
나노웹 레이어(120)는 폴리아크릴나이트릴(polyacrylnitrile, PAN), 나이론(Nylon), 폴리에테르술폰(polyethersulfone, PES), 폴리비닐리덴 플로라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리락틱계 고분자(polylaticacid, PLA) 및 폴리비닐알콜(polyvinylachol, PVA)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 단독 또는 2종 이상을 복합화하여, 전기방사 공정을 통해서 형성된다.
< 지지체 레이어와 나노웹 레이어의 열 카렌딩 단계 >
한편, 나노웹 레이어(120)가 지지체 레이어(110)에 부착된 상태가 유지될 수 있도록 하기 위해서 열 카렌딩을 하게 된다. 이와 같은 공정을 통해서 지지체 레이어(110)와 나노웹 레이어(120)는 일체화되고, 다음 공정으로 공급되기 위해서 별도 준비된 롤에 권취된다.
< 올레핀 핫멜트 도포단계 >
전술한 열 카렌딩 단계를 통해 지지체 레이어(110)와 나노웹 레이어(120)가 일체화된 소재의 일측면 상에는 멜트브로운 레이어(130)과의 접착을 위한 올레핀 핫멜트가 고르게 도포된다.
이때 올레핀 핫멜트는 나노웹 레이어(120)의 일측 또는 지지체 레이어의 110)일측에 0.5~1.5gsm 수준으로 도포되는 것이 바람직하다.
< 멜트브로운 레이어 형성단계 >
이후, 나노웹 레이어(120)의 일측 또는 지지체 레이어(110)의 일측에는 멜트브로운 레이어(130)가 형성된다. 멜트브로운 레이어(130)는 중량 5~50gsm, 압력손실 0.2~5mmAq, 여과효율 30~99.995%(5.33 ㎝/sec, 0.3 um NaCl)의 물리적 특성을 갖도록 형성된다. 도4는 이 출원에 따른 멜트브로운 레이어(130)의 현미경 확대사진이다.
멜트브로운 레이어(130)는 원료인 폴리프로필린(polypropylene, PP)을 Extruder의 온도 160~240℃, Die의 온도 270℃, 수지의 온도 260℃, 공기의 온도 280℃, 생산속도 13m/min의 조건에서 용융방사하는 공정을 통해 형성된다.
< 실시예 >
아래의 표1은 중량 70.0gsm이며 두께 0.26㎜인 지지체 레이어(110), 중량 0.2gsm이며 두께 0.01mm 이하인 나노웹 레이어(120), 중량 20gsm이며 두께 0.15mm인 멜트브로운 레이어(130)로 이루어진 에어 필터 소재(100)를 준비하여 효율을 테스트한 결과이다. 테스트는 공기청정기에 에어 필터 소재(100)를 장착하고, 1회차마다 담배 2개비를 연소하면서 차압과 효율을 측정한 것이다. 측정 기간은 2개월 이였으며, 회차 간 간격을 3~6일이었다.
초기 1회 2회 3회 4회 5회 6회 7회 8회 9회 10회 11회 12회 13회 14회 15회
차압 3.4 3.4 3.4 3.4 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.6 3.6 3.6 3.7 3.7 3.7 3.8
효율 99.9 99.9 99.8 99.5 99.2 97.7 95.1 90.3 88.5 85.7 82.3 80.9 79.9 76.4 74.1 73.5
< 비교실시예 >
아래의 는2표 위 실시예1과 동일한 테스트 조건에서 멜트브로운 레이어만으로 이루어진 에어 필터를 공기청정기에 장착한 후 테스트한 결과이다. 테스트 조건은 위 실시예에서와 동일하게 적용하였다.
초기 1회 2회 3회 4회 5회 6회
차압(mmAq) 3.2 3.3 3.4 3.4 3.5 3.4 3.5
효율(%, NaCl) 99.977 99.878 98.96 92.95 86.3 72.7 57.2
위 실시예의 비교에서 확인할 수 있듯이 에어 필터의 효율이 70% 수준으로 저하되는 시점을 기준으로, 멜트브로운 레이어만 형성된 에어 필터 소재를 적용하는 경우에 비하여 이 출원에 따라 형성된 에어 필터 소재를 적용할 경우에는 수명이 약3배 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
이상에서는 첨부된 도면들을 참조하면서 이 발명의 실시 예에 따른 에어 필터 소재 및 그 제조방법에 대하여 설명하였다. 이러한 실시 예들은 이 발명의 청구범위에 기재된 기술 사상에 포함되는 것이다. 또한, 전술한 실시 예들은 예시적인 것에 불과한 것으로 한정 해석해서는 안될 것이다.
100 : 에어 필터 소재
110 : 지지체 레이어
120 : 나노웹 레이어
130 : 멜트브로운 레이어

Claims (5)

  1. 중량 35~150gsm, 두께 0.1~0.85㎜, 통기도 250~1,200cfm(125pa)의 물리적 특성을 갖도록 써멀 본드 공정, 스폰 본드 공정 또는 케미칼 본드 공정으로 형성된 지지체 레이어;
    중량 0.1~1.5gsm, 압력손실 0.3~2.5mmAq, 직경 50~800㎚, 여과효율 30~90%(5.33㎝/sec, 0.3 um NaCl)의 물리적 특성을 갖도록 상기 지지체 레이어의 일측면 상에 전기방사 공정을 통해 형성되며 나노웹 레이어; 및
    중량 5~50gsm, 압력손실 0.2~5mmAq, 여과효율 30~99.995%(5.33 ㎝/sec, 0.3 um NaCl)의 물리적 특성을 갖도록 상기 나노웹 레이어의 일측 또는 상기 지지체 레이어의 일측에 용융방사 공정을 통해 형성되는 멜트브로운 레이어; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 에어 필터 소재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 나노웹 레이어는 폴리아크릴나이트릴(polyacrylnitrile, PAN), 나이론(Nylon), 폴리에테르술폰(polyethersulfone, PES), 폴리비닐리덴 플로라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리락틱계 고분자(polylaticacid, PLA) 및 폴리비닐알콜(polyvinylachol, PVA)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 단독 또는 2종 이상을 복합화한 것으로 이루어진 것을 특징으로 하는 에어 필터 소재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 지지체 레이어는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 나이론(Nylon), 폴리에틸렌(polyethlene, PE), 폴리프로필린(polypropylene, PP) 및 폴리카보네이트(polycarbonate, PC)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 단독 또는 2종 이상을 복합화한 것으로 이루어진 것을 특징으로 하는 에어 필터 소재.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 나노웹 레이어는 상기 지지체 레이어 일측에 열카렌딩을 통해 결합되고, 상기 멜트브로운 레이어는 상기 나노웹 레이어의 일측 또는 상기 지지체 레이어의 일측에 0.5~1.5gsm 수준으로 도포된 올레핀 핫멜트를 통해 결합이 되는 것을 특징으로 하는 에어 필터 소재.
  5. 써멀 본드 공정, 스폰 본드 공정 또는 케미칼 본드 공정을 통해서 중량 35~150gsm, 두께 0.1~0.85㎜, 통기도 250~1,200cfm(125pa)의 물리적 특성을 갖는 지지체 레이어를 형성하는 단계;
    전기방사 공정을 통해서 상기 지지체 레이어의 일측면 상에 중량 0.1~1.5gsm, 압력손실 0.3~2.5mmAq, 직경 50~800㎚, 여과효율 30~90%(5.33㎝/sec, 0.3 um NaCl)의 물리적 특성을 갖는 나노웹 레이어를 형성하는 단계:
    상기 나노웹 레이어가 상기 지지체 레이어 상에 결합되도록 열 카렌딩(calending)하는 단계;
    상기 나노웹 레이어의 일측 또는 상기 지지체 레이어의 일측에 0.5~1.5gsm 수준으로 올레핀 핫멜트를 도포하는 단계; 및
    용융방사 공정을 통해서 상기 나노웹 레이어의 일측 또는 상기 지지체 레이어의 일측면 상에 중량 5~50gsm, 압력손실 0.2~5mmAq, 여과효율 30~99.995%(5.33 ㎝/sec, 0.3 um NaCl)의 물리적 특성을 갖도록 멜트브로운 레이어를 형성하는 단계; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 에어 필터 소재의 제조방법.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100928232B1 (ko) 2007-05-04 2009-11-24 주식회사 에이엠오 나노섬유 웹을 포함하는 방진, 방취 및 항균용 필터
KR101072183B1 (ko) 2008-07-25 2011-10-10 주식회사 효성 나노웹 필터의 제조방법 및 그에 의해서 제조된 나노웹필터
KR20130074945A (ko) 2011-12-27 2013-07-05 코웨이 주식회사 분진 제거 필터 및 이를 구비하는 공기 청정기

Patent Citations (3)

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