KR20220068720A - 정전기 필터의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 정전기 필터의 제조 방법은 폴리머 메쉬를 포함하는 제1 필터층을 형성하는 단계, 상기 제1 필터층 위에 나노 섬유를 포함하는 제2 필터층을 형성하여 서브 정전기 필터를 형성하는 단계, 복수개의 상기 서브 정전기 필터를 적층하여 정전기 필터를 제조하는 단계, 그리고 상기 정전기 필터를 벤딩 및 릴리싱하는 단계를 포함한다.

Description

정전기 필터의 제조 방법{MANUFACTURING METHOD OF ELECTROSTATIC FILTER}

본 발명은 정전기 필터의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다층 구조의 정전기 필터의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 멜트 블로운(melt blown) 방법을 이용하여 제조된 부직포 형상의 집진 필터는 평균 직경이 수 um 크기로서, 물리적인 방식으로 입자가 포집된다. 이러한 집진 필터에서 1 um 보다 작은 입자는 집진 필터의 공극 사이로 빠져나가게 되어 집진 성능이 떨어진다. 따라서, 마이크로미터 이하 직경의 입자에 대해서는 정전기적 방식에 의한 집진이 유효하며, 미세 입자의 집진 성능을 향상시키기 위해, 부직포 층의 표면에 플라즈마 처리를 수행하거나, 멜트 블로운(melt blown) 공정상 섬유 토출부에 고전압을 인가하여, 부직포 층의 표면에 전기적 전위를 발생시킨다. 이와 같이 물리적 방식 및 정전기적 방식이 결합하여 제조된 정전기 필터는 높은 집진 효율을 가지게 된다. 그러나, 이러한 정전기 부여 방식은, 정전기 필터가 대기 중에 노출되는 경우, 극성 입자와의 결합에 의해 방전되며 정전기적 특성을 점차적으로 잃게 되므로, 시간이 지남에 따라 정전기 필터의 집진 성능은 감소하게 된다.

본 발명은 전술한 배경 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 집진 성능이 향상되고 집진 성능이 오래 유지될 수 있는 정전기 필터의 제조 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 정전기 필터의 제조 방법은 폴리머 메쉬를 포함하는 제1 필터층을 형성하는 단계, 상기 제1 필터층 위에 나노 섬유를 포함하는 제2 필터층을 형성하여 서브 정전기 필터를 형성하는 단계, 복수개의 상기 서브 정전기 필터를 적층하여 정전기 필터를 제조하는 단계, 그리고 상기 정전기 필터를 벤딩 및 릴리싱하는 단계를 포함한다.

상기 제2 필터층을 형성하는 단계는 상기 제1 필터층 위에 상기 제1 필터층을 노출하는 개구부를 가지는 덮개막을 위치시키는 단계, 그리고 상기 개구부에 의해 노출된 상기 제1 필터층에 상기 나노 섬유를 전기 방사하는 단계를 포함한다.

상기 정전기 필터를 벤딩 및 릴리싱하는 단계는 클램퍼를 이용하여 상기 정전기 필터의 양단부를 클램핑하는 단계, 상기 클램퍼에 연결된 이동부를 이용하여 상기 정전기 필터를 벤딩하는 단계, 그리고 상기 이동부를 이용하여 상기 정전기 필터를 릴리싱하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 정전기 필터를 벤딩 및 릴리싱하는 단계를 분당 90회 내지 110회 반복할 수 있다.

상기 제1 필터층은 롤투롤 방식으로 공급될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 정전기 필터의 제조 방법은 복수개의 서브 정전기 필터를 적층하여 형성된 정전기 필터를 벤딩 및 릴리싱함으로써, 복수개의 서브 정전기 필터를 서로 마찰시켜 대전시킬 수 있다. 따라서, 복수개의 서브 정전기 필터 사이에도 높은 표면 전위가 형성되어 정전기 필터의 집진 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 정전 특성이 재생 가능하므로, 정전기 필터의 교체 빈도를 줄여 교체 비용을 절감시키고, 무분별한 폐기를 막아 환경 보호에 유리하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전기 필터의 제조 방법의 개략적인 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전기 필터의 제조 방법의 일 단계로서, 지지판 위에 제1 필터층을 위치시키고, 제1 필터층 위에 개구부를 가지는 덮개막을 위치시키는 단계를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 다음 단계로서, 제1 필터층 위에 제2 필터층을 형성하는 단계를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 다음 단계로서, 제1 필터층 및 제2 필터층으로 이루어진 서브 정전기 필터를 적층하여 정전기 필터를 제조하는 단계를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6은 도 4의 다음 단계로서, 정전기 필터를 벤딩 및 릴리싱하는 단계를 개략적으로 도시한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

그러면 본 발명의 일 실시예에 따른 정전기 필터에 대하여 도 1 및 도 2를 참고로 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전기 필터의 제조 방법의 개략적인 순서도이고, 도 2 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전기 필터의 제조 방법의 단계들을 순서대로 개략적으로 도시한 도면들이다.

우선, 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전기 필터의 제조 방법은 폴리머 메쉬(polymer mesh)를 포함하는 제1 필터층(100)을 형성한다(S100). 제1 필터층(100)을 이루는 폴리머 메쉬는 나일론을 포함할 수 있으며, 투과성이 우수하고 지지층으로 사용 가능하다.

다음으로, 제1 필터층(100) 위에 나노 섬유(nanofiber)를 포함하는 제2 필터층(200)을 형성하여 서브 정전기 필터(300)를 형성한다(S200).

이에 대해 이하에서 도면을 참고로 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전기 필터의 제조 방법의 일 단계로서, 지지판 위에 제1 필터층을 위치시키고, 제1 필터층 위에 개구부를 가지는 덮개막을 위치시키는 단계를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 다음 단계로서, 제1 필터층 위에 제2 필터층을 형성하는 단계를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 알루미늄 등으로 이루어진 지지판(10) 위에 제1 필터층(100)을 위치시킨다. 이러한 제1 필터층(100)은 롤투롤(roll-to-roll) 방식으로 연속적으로 공급될 수 있다. 따라서, 대량 생산이 가능하다. 그리고, 제1 필터층(100) 위에 제1 필터층(100)의 일부를 노출하는 개구부(20a)를 가지는 덮개막(20)을 위치시킨다.

그리고, 도 3에 도시된 바와 같이, 개구부(20a)에 의해 노출된 제1 필터층(100)의 일부에 전기 방사기(30)를 이용하여 나노 섬유(1)를 전기 방사시킨다. 따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 필터층(100)의 표면에 나노 섬유를 포함하는 제2 필터층(200)이 형성되어 서브 정전기 필터(300)이 제조된다. 이러한 전기 방사를 이용하여 서브 정전기 필터(300)를 대량으로 제조할 수 있다.

도 4는 도 3의 다음 단계로서, 제1 필터층 및 제2 필터층으로 이루어진 서브 정전기 필터를 적층하여 정전기 필터를 제조하는 단계를 개략적으로 도시한 도면이다.

다음으로, 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 복수개의 서브 정전기 필터(300)를 적층하여 정전기 필터(400)를 제조한다(S300).

도 5 및 도 6은 도 4의 다음 단계로서, 정전기 필터를 벤딩 및 릴리싱하는 단계를 개략적으로 도시한 도면이다

다음으로, 도 1, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 복수개의 서브 정전기 필터(300)를 벤딩 및 릴리싱한다(S400).

도 5에 도시된 바와 같이, 클램퍼(41)를 이용하여 정전기 필터(400)의 양단부를 클램핑한다. 그리고, 클램퍼(41)에 연결된 이동부(42)를 이용하여 정전기 필터(400)의 양단부가 서로 인접하도록 하여 정전기 필터(400)를 벤딩(bending)함으로써, 복수개의 서브 정전기 필터(300)를 서로 마찰시킬 수 있다. 이 경우 복수개의 서브 정전기 필터(300) 사이에도 마찰 전기가 발생하여 높은 표면 전위가 형성될 수 있다.

그리고, 도 6에 도시된 바와 같이, 이동부(42)를 이용하여 정전기 필터(400)의 양단부가 서로 멀어지게 하여 정전기 필터(400)를 릴리싱(releasing)한다. 그리고, 이러한 정전기 필터(400)의 벤딩 및 릴리싱 동작을 1분당 90회 내지 110회의 속도로 반복할 수 있다. 정전기 필터(400)의 벤딩 및 릴리싱 동작을 1분당 90회보다 적게 하는 경우에는 복수개의 서브 정전기 필터(300)를 충분히 마찰시키지 않아 대전량이 적게 되어 정전기 필터(400)의 집진 성능을 향상시키기 어렵다. 또한, 정전기 필터(400)의 벤딩 및 릴리싱 동작을 1분당 110회보다 크게 하는 경우에는 릴리싱 동작에서 빠른 속도로 인해 정전기 필터(400)에 과도한 힘이 가해져서 제2 필터층(200)이 손상될 수 있다. 탄성을 가지는 폴리머 메쉬를 포함하는 제1 필터층(100)과 달리 나노 섬유를 포함하는 제2 필터층(200)은 ‘정전기력으로만 부착되어있는 상태’이므로 제1 필터층(100)에서 쉽게 분리될 수 있는 상태이다. 즉, ‘정전기력으로만 부착되어있는 상태’는 제2 필터층(200)의 형성 과정에서 고전위의 정전기력 및 기계적 연신에 의한 나노 섬유 폴리머 체인이 정렬된 상태(poling)로서, 이로 인해 유발 쌍극자(Induced dipole)가 제1 필터층(100)의 표면에서 정전기 유도(반데르발스 힘)를 일으켜서 제1 필터층(100)에 제2 필터층(200)에 부착된 상태를 의미한다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전기 필터의 제조 방법에서는 정전기 필터(400)의 벤딩 및 릴리싱 동작을 1분당 90회 내지 110회의 속도로 반복함으로써, 제2 필터층(200)의 구조를 유지하는 동시에 집전 능력을 향상시킬 수 있다.

이와 같이, 정전기 필터(400)의 벤딩 및 릴리싱 동작을 반복함으로써, 복수개의 서브 정전기 필터(300)를 서로 마찰시켜 대전시킬 수 있다. 따라서, 정전기 필터(400)의 집진 성능을 향상시킬 수 있다. 즉, 복수개의 서브 정전기 필터(300)를 서로 마찰시킴으로써, 마찰 대전되는 면적이 증가하여 정전기 필터(400)의 집진 성능을 향상시킬 수 있다.

하나의 서브 정전기 필터로 이루어진 정전기 필터의 두께가 증가하는 경우, 정전기 필터(400)의 벤딩 및 릴리싱에 의해 집진 효율은 증가하나, 압력 강하 특성도 증가하게 된다. 따라서, 여과 효율(filtration efficiency)을 η, 서브 정전기 필터(300)의 압력 강하를 ΔP라 할 때, 양호도(Quality factor)(QF = -(ln(1-η)/ΔP))는 감소하게 된다.

그러나, 본 발명의 일 실시예에서는 복수개의 서브 정전기 필터(300)를 적층하여 정전기 필터를 제조함으로써, 마찰 대전이 발생되는 면적을 증가시키고, 집진 효율을 증가시키면서 압력 강하를 유지시킬 수 있어 양호도(QF)도 향상시킬 수 있다.

또한, 나노 섬유로 이루어진 제2 필터층(200)은 소수성을 가지므로 물, 에탄올 등의 유기 용제를 이용하여 세정이 가능하므로, 정전기 필터의 재사용이 가능하다.

본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.

100: 제1 필터층 200: 제2 필터층
300: 서브 정전기 필터 400: 정전기 필터

Claims (5)

1. 폴리머 메쉬를 포함하는 제1 필터층을 형성하는 단계,
   상기 제1 필터층 위에 나노 섬유를 포함하는 제2 필터층을 형성하여 서브 정전기 필터를 형성하는 단계,
   복수개의 상기 서브 정전기 필터를 적층하여 정전기 필터를 제조하는 단계, 그리고
   상기 정전기 필터를 벤딩 및 릴리싱하는 단계
   를 포함하는 정전기 필터의 제조 방법.
2. 제1항에서,
   상기 제2 필터층을 형성하는 단계는
   상기 제1 필터층 위에 상기 제1 필터층을 노출하는 개구부를 가지는 덮개막을 위치시키는 단계, 그리고
   상기 개구부에 의해 노출된 상기 제1 필터층에 상기 나노 섬유를 전기 방사하는 단계
   를 포함하는 정전기 필터의 제조 방법.
3. 제1항에서,
   상기 정전기 필터를 벤딩 및 릴리싱하는 단계는
   클램퍼를 이용하여 상기 정전기 필터의 양단부를 클램핑하는 단계,
   상기 클램퍼에 연결된 이동부를 이용하여 상기 정전기 필터를 벤딩하는 단계, 그리고
   상기 이동부를 이용하여 상기 정전기 필터를 릴리싱하는 단계
   를 포함하는 정전기 필터의 제조 방법.
4. 제3항에서,
   상기 정전기 필터를 벤딩 및 릴리싱하는 단계를 분당 90회 내지 110회 반복하는 정전기 필터의 제조 방법.
5. 제1항에서,
   상기 제1 필터층은 롤투롤 방식으로 공급되는 정전기 필터의 제조 방법.

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