KR20230067222A - 공기정화용 정전 나노 복합 부직포 및 그의 제조방법 - Google Patents

공기정화용 정전 나노 복합 부직포 및 그의 제조방법 Download PDF

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윤정애
황선호
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Abstract

본 발명은 공기정화용 정전 나노 부직포에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 정전부직포와 나노섬유층 결합되어 담배연기, 오일 및 알코류의 먼지 입자에 대하여 내구성이 향상되어 기존의 마이크로 유리섬유, 이축연신 테프론에 저 압력손실로 초미세먼지를 여과할 수 있는 효과가 있다. 정전부직포에 나노섬유 혼합하여 초미세입자에 대한 여과능력이 우수하고, 압력손실이 낮고 여과효율이 높게 장기간 유지할 수 있는 효과가 있다.

Description

공기정화용 정전 나노 복합 부직포 및 그의 제조방법{Electrostatic nanocomposite nonwoven fabric for air purification and a manufacturing method thereof}
본 발명은 공기정화용 정전 나노 복합 부직포 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 부직포 형태의 여재를 여과효율이 높은 정전섬유와 나노섬유를 포함하고 지지체를 포함하는 다층의 복합 형태로 구성함으로써, 정전 성능이 우수하고, 장기간 사용 시에도 여과효율이 저하되지 않는 공기정화용 정전 나노 복합 부직포에 관한 것이다.
기존에 부직포로 적용되는 재질이나 필터는 주로 기계적인 방법 또는 정전력으로서 강유전체 물질을 작용에 의한 여과 효과를 발휘하고 있으나, 최근 미세먼지가 사회문제로 크게 대두되면서 기계적 및 정전기적 여과만으로는 미세먼지를 여과할 수 없는 문제에 봉착하였다.
그러므로 미세먼지 입자나 미세 분진 등을 여과하기 위하여 정전 효과를 가지는 필터와 연신된 폴리테트라플루오로에틸렌(이하, 「다공상 테프론 필름」이라 함) 다공성 테프론 필름, 나노섬유에 대한 연구가 진행되고 있다. 그러나 이러한 정전 여과를 위한 필터는 전하를 띠는 정전기 보유기간이 매우 짧아 실용적이지 못하고 제대로 여과 효과를 발휘하지 못하는 문제점이 있었다.
최근 산업화와 자동차의 급격한 증가에 따라 대기오염이 심각해지면서 공기 중에는 인체에 해로운 먼지, 박테리아, 중금속 등과 같은 많은 유해물질이 포함되어 있다. 이러한 유해물질과 먼지 등은 인체에 장기간 흡입되는 경우, 호흡기 질환과 각종 환경 관련 질병을 유발하기 때문에 상기와 같은 질병을 예방하고 쾌적한 환경을 조성하기 위하여 공조용, 공기정화용 및 크린룸 필터 보급이 보편화되고 있으며, 또한 핵심부품이라 할 수 있는 공기정화 필터의 연구가 활발히 진행되고 있다.
일반적으로 필터의 종류는 분진을 포집하는 능력에 따라 순차적으로 프리 필터(Pre-filter), 미디움 필터(Medium filter), 헤파(High Efficiency Particulate Air Filter)필터, 울파(Ultra Low Penetration Air)필터등으로 구분된다.
헤파(HEPA) 필터는 강한 흡착력으로 공기내의 집먼지, 진드기, 바이러스 및 곰팡이와 같은 유해물질과 인체에 가장 해로운 미립자 먼지를 0.3㎛입자 99.97% 이상의 효율로 여과할 수 있어, 반도체 생산을 위한 공업용 크린룸, 생물학적 크린룸 등에 널리 사용되고 있다. 그러나, 헤파(HEPA)필터는 0.3~0.5㎛ 굵기 및 2~3mm 길이의 아주 가는 나노 유리섬유를 수중에 분산시킨 후 헤드박스에서 탈수하고 건조하여 종이형태로 제조하는 등의 공정을 거침으로써 제조되며, 이때 나노유리섬유의 배합 및 일정한 공극을 유지하기 위한 분산공정에 많은 기술적 어려움과 높은 비용이 들어 헤파(HEPA)필터 가격이 매우 고가인 단점이 있다.
울파(ULPA)필터는 바이러스, 박테리아, 비듬, 미세먼지, 곰팡이, 꽃가루, 라돈(Radon) 및 각종 매연 등을 완전히 제거할 수 있어 헤파(HEPA)필터보다 정화력이 우수하다. 그러나, 울파(ULPA)필터 또한 제조공정에 있어서 헤파(HEPA)필터 보다 고난이도의 기술이 요구됨으로 그 비용이 매우 고가며, 압력손실이 높아 필터 교체주기가 1~3년으로 짧은 단점이 있다
최근에 공개된 이축연신에 의한 다공성 테프론 필름에도 헤파 또는 울파 필터가 적용되고 있다
기존에 미세먼지 등을 여과하기 위한 필터로서, 한국등록특허 제10-0985515호에서는 다층의 공기정화용 기체 여과막를 제조하는 단계, 상기 다층의 공기정화용 기체 여과막은 지지체 상에 부직포 형태의 여재가 여과효율이 낮은 순으로 적층되는 구조로 형성됨으로써, 운전시간에 따른 여과막의 압력손실이 개선되어 사용수명이 연장시키는 것이 개시되어 있다.
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.
또, 한국등록특허 제10-1563595호에서는 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노섬유와 멜트블로운 부직포를 포함하는 필터를 제공하기 위한 것으로서, 그 기술적 특징은, 이성분 기재 상에 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노섬유 부직포 층을 형성하고, 상기 이성분 기재의 다른 일면에 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재를, 상기 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노섬유 부직포 층의 일면에 멜트블로운 부직포를 형성하는 것이 개시되어 있다
미국특허 제5,507,847호와 WO 96/04063에는 PTFE 멤브레인을 갖는 ULPA 필터를 개시하고 있다. 상기 멤브레인은 하나 이상의 지지 물질에 의해 업스트림과 다운스트림으로 모두 지지된다.
또한, 미국특허 제6,409,785호는 이중 필터층을 갖는 HEPA 필터를 개시하는데, 필터층의 둘 중 적어도 하나는 PTFE이고 제 2필터 층은 주름가공 공정시 PTFE 멤브레인에 크랙을 가게 하거나 찢어지는 경향이 있는 PTFE의 단점을 줄이는 의도이다.
그러나 이러한 기존의 필터 구성은 부분적인 정전 효과의 개선이 고려되고 있으나, 우수한 공기정화 효율을 장기간 유지하는 데는 한계가 있어서 장기간 사용되는 필터소재로 개선의 여지가 많았다.
한국등록특허 제10-0985515호 한국등록특허 제10-1126310호 한국등록특허 제10-1563595호 미국등록특허 제5,507,847호 미국등록특허 제6,409,785호
본 발명자들은 공기정화에 사용되는 필터가 고가이며 그 교체주기가 짧은 문제점을 해소하고자 노력한 결과, 지지체 상에 여과효율이 상이한 다수의 여재를 특정한 방향으로 적층하여 하나의 원단으로 형성된 다층의 공기정화용 기체 여과층을 제공함으로써, 상기 다층의 공기정화용 기체 여과층이 운전시간에 따른 압력손실이 개선될 수 있다는 놀라운 사실을 알게 되어 본 발명을 완성하였다.
이와 같이, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점들을 개선하기 위하여, 정전섬유와 최소한의 나노섬유를 사용하여 간단하고 경제적인 방법으로 고효율의 필터 성능을 가진 정전 나노 부직포로 제조하는 것을 해결과제로 한다.
따라서 본 발명의 목적은 정전섬유와 나노섬유를 함유하여 반도체 시설의 공기정화용이나 실내 공기정화용으로 유용한 정전 나노 복합 부직포를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 담배연기, 오일 및 알코올류의 입자에 대하여 장기간 사용하여도 나노 섬유층이 미세먼지를 비롯하여 각종 오염성분 등의 필터링 효과가 우수하게 유지되도록 개선된 정전 나노 복합 부직포를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기와 같은 정전 나노 복합 부직포를 포함하는 공기정화용 필터를 제공하는데 있다.
위와 같은 과제 해결을 위하여, 본 발명은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리카보네이트 중에서 선택된 하나 이상의 성분으로 이루어진 정전섬유 제조시에 정전물질이 0.01-5중량%로 함유된 정전섬유층과, 나노섬유층 및 지지체층이 포함된 공기정화용 정전 나노 복합 부직포를 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 정전섬유에는 정전물질이 하이드로 차징 또는 코로나 차징된 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 정전물질은 힌더드아민 광안정화제(HALS), 트리아진 광안정제, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA)중에서 선택된 하나 이상이 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 나노섬유는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA)중에서 선택된 하나 이상이 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 나노섬유는 평균직경이 50~150㎚인 것이 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 나노섬유는 상기 정전 나노복합 부직포 전체 중량에 대해 이 0.1~15g/m2로 함유될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 나노섬유는 상기 지지체층과 상기 정전섬유층 사이에 층상으로 위치할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 정전 나노 복합 부직포는 중량 60~120g/m2, 두께 0.4 ~ 1.5mm, 통기도 1~70cm3/cm2/sec, 0.3㎛ 입자 효율 95~99.999%, 압력손실 1.0~6.0mmAq 중에 하나 이상의 조건을 만족하는 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 정전섬유층은 중량 15~80g/m2 정전효율 95~99.99%로 함유할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 정전섬유층을 이루는 부직포는 단위중량이 15 ~ 60g/m2, 두께는 0.1 ~ 0.5mm 이며, 통기도는 1 ~ 70cm3/cm2/sec의 물성을 가질 수 있다. 일 예로서, 0.3㎛ 입자 효율 95~99.97%, 압력손실 0.5~6.0mmAq의 물성을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 지지체층은 절곡이 가능하고 중량이 45~70g/m2이며, 두께는 0.3~1.0mm이고, 유속 5.3cm/sec에서 통기도 100~700cc/cm2/sec인 섬유가 사용될 수 있다. 이러한 지지체는 저융점 섬유의 부직포 형태로 제조될 수 있으며, 그 위에 나노섬유가 뿌려진 형태로 나노섬유층을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기와 같은 공기정화용 정전 나노 복합 부직포는 이를 필터로 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 정전섬유의 원단은 그 섬유의 단면이 원형, 이형, 심초사, 해도사, 분할사된 섬유 중에서 선택된 하나이상의 구조인 섬유를 포함하고, 단층 또는 그 이상의 적층 구조를 가질 수 있으며 건식, 습식부직포로 구성할 수 있다..
또한, 본 발명은 저융점 섬유로 지지체층을 제조하는 단계; 상기 지지체층 위에 50~150㎚ 섬유경과 1~150cc/cm2/sec의 통기도 유지하면서 압력손실 증가하지 않도록 나노섬유를 방사하여 나노섬유층을 형성하는 단계; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리카보네이트 중에서 선택된 하나 이상의 성분으로 이루어진 섬유 원료에 정전물질이 0.01-5중량%를 포함시켜 부직포를 제조하되 건식(Dry-laid) 방사 또는 습식(wet-laid) 부직포의 정전섬유층을 제조하는 단계;를 포함하는 공기정화용 정전 나노 복합 부직포의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 공기정화용 정전 나노 복합 부직포는 정전물질을 함유하는 정전섬유에 대한 정전력을 효율적이고도 장기간 유지하기 위하여 나노섬유를 적용한 것이다. 그러므로 담배연기, 오일 및 알코성류의 입자가 필터에 유입되어도 정전력 저하를 최소화하여 정전능력을 극대화할 수 있다.
따라서 기존의 정전 물질을 섬유화하여 적용하는 공기정화용 정정 부직포 필터에 비해 고효율로 초미세 물질, 이온성 유해물질 등을 여과할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 하이드로 차징과 코로나 차징으로 이루어진 부직포형태의 정전섬유를 나노섬유와 함께 적용할 수 있어서, 간단한 제조공정과 경제적인 방법으로 정전 나노 부직포를 제조할 수 있는 효과가 있다.
그 외에도, 본 발명은 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF) 나노섬유 적용함에 있어서도 정전물질의 발수성이 효과를 나타내기 때문에 기존에 비해 우수한 정전 효과를 장기간 유지할 수 있어서, 이런 점에서도 경제적인 방법으로 공기정화용 정전 나노 부직포를 제조할 수 있다.
또한, 이러한 본 발명의 정전 나노 복합 부직포를 이용하는 경우 고요율, 고품질의 필터로 제품화가 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 정전섬유와 나노섬유를 이용한 정전 나노 복합 부직포의 원단 구성도 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 정전 나노 복합 부직포의 담배연기 통과시험 예시도이다.
이하, 본 발명을 하나의 구현예로서 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 이하에서 개시되는 구현예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변현되거나 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 정전 부직포에 적용하되 지지체에 결합된 나노섬유 형태로 적용한 정전 나노 부직포에 관한 것이다.
본 발명은 다층의 공기정화용 기체 여과 필터로 사용될 수 있는 정전 나노 복합 부직포에 관한 것으로서, 특히 부직포 형태의 여재가 공기 유입측이 여과효율이 높은 정전섬유층을 여재층으로 구성하고 나노섬유층을 구비하여 공기 유입측이 나노섬유로 이루어져 정전 섬유의 효율 저하를 방지하고 절곡 가능한 지지체로 적층된 다층의 여과층으로 이루어질 수 있다. 그러므로 운전시간에 따른 여과층의 압력손실이 개선됨에 따라 대기중의 먼지 뿐만 아니라 담배연기, 오일(Parafin) 및 알콜성(DEHS) 입자에 강하고 사용수명이 연장되는 다층의 공기정화용 기체 여과용 필터로 적용 가능하다.
본 발명에서는 건식 또는 습식 부직포에 의한 정전섬유 원단에 핫멜트 스프레이로 나노섬유가 결합된 지지체를 결합하여 복합 부직포로 제조함으로써, 기존에 비해 간단하고 경제적인 제조공정으로 제조가 가능하며, 특히 정전 성능이 우수하고, 장기간 사용 시에도 여과효율이 저하되지 않는 우수한 물성을 나타낸다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 부직포 형태의 정전섬유를 구성하는 섬유 원단으로 사용되는 합성섬유로서는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트 등 체적저항이 높고 공정수분율이 ‘0’인 섬유 원단 또는 이들 중에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 더욱 바람직하게는 정전섬유로서 체적저항이 1010Ω 이상이고, 바람직하게는 1×1013Ω 내지 1×1015Ω이며, 공정수분율이 ‘0’인 섬유가 사용될 수 있다. 만일 체적 저항이 너무 적으면 전하량이 부족하여 정전효율이 저하되고 공정수분율이 제로가 아니면 수분이 유입되어 정전효율이 급격히 저하된다. 이러한 섬유는 감량 가공에 의해 이루어질 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 정전섬유 원단은 섬유의 단면이 원형, 이형, 심초사, 해도사, 분할사 섬유 중에서 선택된 하나 이상의 구조를 가질 수 있다. 이런 경우 부직포의 표면적을 넓히거나 압력손실을 낮게 개선할 수 있다. 또한, 이러한 부직포 형태의 정전섬유 원단은 단층 또는 복층으로 이루어질 수 있다.
본 발명에서는 정전섬유를 방사하여 사용될 수 있는 데, 정전섬유가 건식 부직포인 멜트브로운 섬유로는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 수지는 바람직하게는 용융지수가 250 ~ 1500g/10min인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 정전섬유는 건식부직포 단섬유, 스펀본드와 습식부직포에 의한 정전섬유가 사용될 수 있는 데, 이 경우 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 수지는 바람직하게는 용융지수가 15 ~ 40 g/10min인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 방사에 의해 제조되는 정전섬유에 포함되는 정전물질은 정전섬유에 대해 0.01-5중량%, 더 좋기로는 0.03-3중량%로 함유될 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 정전물질로서는 힌더드아민 광안정화제(HALS), 트리아진 광안정제, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA)중에서 선택된 하나 이상의 유전체 정전물질이 사용될 수 있다. 그러나 그 이외의 정전물질도 사용 가능하므로 이에 한정되는 것이다. 특히, 본 발명에서 사용 가능한 HALS는 UV에 의한 광화학반응을 감소시키거나 중단시킴으로써 폴리머의 변형을 방지하는 광안정제로 사용되는 것으로서, 대부분의 HALS는 유전체로서의 특성을 갖는 것으로 알려져 있다.
본 발명에 따르면, 이러한 정전물질은 그 함량이 너무 적으면 정전 효과가 미미하여 목적 달성이 불가하고, 너무 과량이면 정전력이 높아 섬유를 제조시에 엉켜 섬유를 방사할 수 없게 된다.
본 발명에서 나노섬유는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA)중에서 선택된 하나 이상이 사용될 수 있다. 나노섬유을 적용하는 것은 전체 정전 부직포의 구성과 미세먼지의 필터링 효과에 매우 효율적이고 경제적이며, 내구성 등에서도 우수한 새로운 변화를 가져올 수 있다.
본 발명에 따라 적용된 정전부직포 외부층에서 나노섬유의 표면적이 큰 형태로 존재하기 때문에 초미세 입자에 대한 접촉면이 넓어지는 효과 및 발수성을 향상시켜 담배연기, 오일 및 알코류 입자에 특히 더 필터 효과가 매우 우수한 것이다.
본 발명에 따른 공기정화용 정전 나노 부직포의 제조방법을 좀 더 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따르면, 바람직한 제조방법의 일 실시예로서는, 예컨대 합성섬유로서 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트 등 중에서 하나이상의 원료물질로 이루어진 섬유 원단 물질 준비 단계와, 정전물질로서 힌더드아민 광안정화제(HALS), 트리아진 광안정제, 벤조트리아졸계 광안정제, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA)중에서 선택된 하나 이상의 정전물질을 준비하는 단계와, 상기 정전섬유에 정전물질을 혼합하여 건식 또는 습식 방법으로 정전섬유를 제조하는 단계와, 지지체 원단에 나노섬유를 방사한 단계와. 상기 제조된 정전섬유 원단에 지제체 원단에 방사된 나노섬유측의 부분을 핫멜트로 결합하는 단계를 통해 정전 나노 복합 부직포를 제조할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 이러한 정전섬유는 평균입경이 500㎚~5㎛ 이고, 나노섬유는 평균입경이 50-100nm인 구조로 유지하면서 제조될 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 정전 부직포 제조공정에 의해 제조된 정전 부직포는 단위중량이 20~60g/m2, 두께는 0.1 ~ 0.5mm 이며, 통기도는 여과 효율과 통기 압력, 경제성 등을 고려할 때 1~70, 더 바람직하게는 15~ 50cm3/cm2/sec 인 것으로 바람직하게 제조될 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 정전 부직포의 단위중량이 20g/㎡ 미만에서는, 부직포가 지나치게 얇기 때문에, 강도가 지나치게 약해질 우려가 있고, 60g/㎡를 초과하면, 부직포의 압력손실이 지나치게 높아질 우려가 있다.
본 발명의 일 예에 의하면, 나노섬유의 중량은 0.5~5g/m2 이고, 평균직경 50㎚~150㎚인 나노섬유가 적당하다.
또한, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 건식 정전 부직포의 두께는 0.1 ~ 0.5mm의 범위에서 압력손실 및 여과 효율 면에서 가장 우수하다.
또한, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면 습식 정전부직포는 그 섬유의 단면이 원형, 이형, 심초사, 해도사, 분할사 섬유 중에서 선택된 하나이상의 구조인 섬유를 포함하고, 단층 또는 그 이상의 적층 구조를 가질 수 있으며 구성할 수 있다. 단사섬도가 0.1㎛~ 40㎛로 구성되는 섬유로 이루어지는 습식 정전 부직포 필터로 제조될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기와 같이 본 발명에 따라 제조된 정전 부직포는 통상의 방법으로 하이드로 차징 또는 와이어상, 판상의 전극을 이용하여 코로나 방전 처리공정을 통해 상기 부직포의 정전처리를 할 수 있다.
상기와 같이 하이드로차징 또는 코로나방전 처리를 하게 되면 정전처리에 의하여 정전 처리전 0.3㎛ 입자 효율 30% 내지 99%가 정전기력이 99.5% 내지 99.97% 상승될 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 첨부도면 도 1에 제시된 정전 나노 부직포를 제조하기 전이나 이후에 정전처리를 할 수 있다. 이러한 공정은 예컨대 도면 1과 같은 방향 또는 그 역 방향으로도 사용할 수 있다. 바람직하게는 도면 1 방향이 담배연기, 오일 및 알코류의 입자에서 더 유리하다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 지지체는 저 융점 섬유가 바람직하며 절곡이 이용하고 나노 방사 균일성이 좋은 지지체가 유리하다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 정전 부직포 원단과 지지체가 포함된 나노섬유 결합체는 열융착보다는 핫멜트 스프레이 결합이 나노섬유가 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따르면 이러한 일련의 공정을 거쳐 제조된 정전 부직포는 정전기 보유력이 매우 우수하며, 장기간 사용에서도 정전기의 소실이 적어 집진 효율이 감소되지 않으므로 필터링 효과가 우수한 정전 나노 부직포로 제조가 가능하다.
본 발명에 따라 제조된 정전 나노 부직포를 이용한 필터는 정전부직포와 나노섬유층 존재하여 정전기 보유력이 매우 우수하며, 특히 표면적이 매우 커서 초미세 입자에 대한 여과 효율이 종래의 필터에 비하여 현저히 우수한 특징을 갖는다.
본 발명의 정전섬유 부직포는 건식 부직포인 멜트브로운, 스펀본드, 에어레이드, 써멀본드, 정전섬유의 제조 공법을 이용하여 간단한 제조공정으로 인해 매우 경제적으로 제조가 가능하기 때문에, 정전 부직포에 대한 가격 경쟁력을 높일 수 있다.
또한, 습식 부직포로도 정전섬유 부직포의 생산이 가능하기 때문에 이형섬유, 섬유 굵기가 다른 혼합, 단층 이상의 섬유층 혼합 등 다양한 방법으로 제조 및 대량 생산이 가능하며, 저압력손실, 고효율로 미세먼지, 초미세먼지등 유해성분을 제지할 수 있으며, 특히 담배연기, 오일 및 알코류의 입자에 비해 크게 성능을 대가 시킬 수 있다.
본 발명에 따른 정전 나노 부직포는 상기와 같이 경제적으로 제조가 가능할 뿐만 아니라, 정전 부직포에 나노섬유가 존재하여 표면적이 넓고, 공기정화 유속이 빠른 곳이나, 유속의 변화가 심한 곳에서도 집진 효율이 떨어지지 않고 매우 높은 집진 효율을 발휘하는 효과가 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
용융지수가 900g/10min 인 폴리프로필렌 수지 100%를 멜트브로운 방식으로 평균 섬유경 3㎛를 방사하여 단위중량이 25g/m2이고, 두께가 0.25mm이며, 압력손실 1.5mmAq(통기도 50cc/cm2/sec), 효율 99.5%인 멜트브로운 부직포를 제조하였다. 휴비스 단섬유 LM 2D 100%로 써멀본드 지지체 (통기도 450cm/cm2/sec, 70g/m2)에 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)이고 평균 섬유경 100㎚ 인 나노섬유를 통기도가 80cc/cm2/sec 되로록 나노섬유 방사하여 핫멜트 스프레이로 멜트브로운 부직포를 제조하여 단위중량이 97g/m2이고, 두께가 0.6mm이며, 압력손실 2.2mmAq(통기도 35cc/cm2/sec), 효율 99.92% 정전 나노 복합 부직포를 제조하였다
실시예 2
용융지수가 1,200g/10min 인 폴리프로필렌 수지 100%를 멜트브로운 방식으로 평균 섬유경 1.5㎛를 방사하여 단위중량이 25g/m2이고, 두께가 0.25mm이며, 압력손실 2.5mmAq(통기도 30cc/cm2/sec), 효율 99.97%인 멜트브로운 부직포를 제조하였다. 휴비스 단섬유 RM 4D 100%로 써멀본드 지지체 통기도(550cm/cm2/sec, 70g/m2)에 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)의 평균 섬유경 50㎚인 나노섬유를 통기도가 80cc/cm2/sec 되도록 나노섬유 방사하여 핫멜트 스프레이로 멜트브로운 부직포를 제조하여, 단위중량이 99g/m2이고, 두께가 0.61mm이며, 압력손실 3.1mmAq(통기도 28cc/cm2/sec), 효율 99.99% 정전 나노 복합 부직포를 제조하였다
실시예 3
용융지수가 1,200g/10min 인 폴리프로필렌 수지 100%를 멜트브로운 방식으로 평균 섬유경 1.5㎛를 방사하여 단위중량이 25g/m2이고, 두께가 0.25mm이며, 압력손실 2.5mmAq(통기도 30cc/cm2/sec), 효율 99.97%인 멜트브로운 부직포를 제조하였다. 휴비스 단섬유 RM 4D 100%로 써멀본드 지지체 통기도 (550cm/cm2/sec, 70g/m2)에 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)의 평균 섬유경 50㎚인 나노섬유를 통기도가 10cc/cm2/sec 되도록 나노섬유 방사하여 핫멜트 스프레이로 멜트브로운 부직포를 제조하여 단위중량이 102g/m2이고, 두께가 0.63mm이며, 압력손실 6.0mmAq(통기도 5cc/cm2/sec), 효율 99.995% 정전 나노 복합 부직포를 제조하였다
실시예 4
용융지수가 32g/10min인 폴리프로필렌(PP 50%) IV1.4인 폴리에스테르(PET 50%)를 섬유 1.4denier/3mm를 36도 해도사를 감량가공 평균 섬유경 2.5㎛ 50%와 용융지수가 32g/10min 인 폴리프로필렌(PP 100%) Y형 단면 섬유경 2denier/6mm 20%와 폴리에틸렌/폴리프로필렌(PE/PP 40% : 60%) 30% 혼합하여 단위중량이 60g/m2이고, 두께가 0.25mm이며, 압력손실 2.5mmAq(통기도가 30cm3/cm2/sec)이고 효율 99.5%인 습식부직포를 제조하였다. 휴비스 단섬유 RM 4D 100%로 써멀본드 지지체(통기도 550cm/cm2/sec, 50g/m2)에 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)의 평균 섬유경 50㎚인 나노섬유를 통기도가 10cc/cm2/sec 되도록 나노섬유 방사하여 핫멜트 스프레이로 제조하여 단위중량이 115g/m2이고, 두께가 0.65mm이며, 압력손실 5.8mmAq(통기도 6cc/cm2/sec), 효율 99.97% 부직포 원단을 제조하였다
실시예 5
실시예 3에서 시험 방향만 정전섬유층(멜트브로운)측에서 나노섬유층
방향으로 담배연기 시험을 하였다
비교예 1
마이크로 유리섬유 평균 섬유경 500㎚로 제조된 헤파(HEPA) 원단 압력손실 25mmAq, 99.97% 단위중량이 68g/m2이고, 두께가 0.4 mm이며, 부직포를 사용하였다.
비교예 2
마이크로 섬유로 이축 연신된 평균 섬유경 200㎚로 PTFE 멤브레인 HEPA 원단 압력손실 15mmAq, 99.97% 단위중량이 70g/m2이고, 두께가 0.35mm이며, 부직포를 사용하였다.
실험예 1
상기 실시예와 비교예에 의하여 제조된 정전 나노 부직포, 마이크로 유리섬유 헤파 및 PTFE 멤브레인 HEPA 원단의 초미세먼지의 여과능력을 실험하기 위하여 NaCl, Parafin Oil alc DEHS, 에어로졸(aerosol) 시험법에 따라 여과시험을 하였다.
NaCl, Parafin Oil 및 DEHS 입자 0.3㎛ 으로 5.3cm/초의 면속도로 시험하였다. 시험장비는 모델 TSI 8130A 필터시험기를 사용하여 측정하였다. 이를 시험할 필터를 통과하도록 하여 통과 후의 공기중에 잔존하는 NaCl, Parafin Oil 및 DEHS의 양을 측정하는 방법으로 상기 방법으로 실시하여 여과율을 백분율(%)로 나타내었다.
본 실험은 상기 실시예와 비교예의 부직포 시험편를 대상으로 시험편의 여과율인 여과효율을 측정하였다. 상기와 같은 방법으로 시험편의 여과효율을 측정한 후 이를 하기 표 1에 나타내었다.
실험예 2
상기 실시예와 비교예에 의하여 제조된 정전 나노 부직포, 마이크로 유리섬유 헤파 및 PTFE 멤브레인 HEPA 원단의 초미세먼지의 여과능력을 실험하기 위하여 담배연기 시험을 직경 Φ82mm, 높이 180mm된 도면2와 같이 제작하여 담배 타르+니코틴 108㎎(담배 20개) 1m3 챔버 안에 연소한 다음에 풍량 6V로 30분간 순환하였다.
본 실험은 상기 실시예와 비교예의 부직포 시험편를 대상으로 시험편의 여과율인 여과효율을 측정하였다. 상기와 같은 방법으로 시험편의 여과효율을 측정한 후 이를 하기 표 2에 나타내었다
구분 공법 중량
(g/m 2 ) 		두께
(mm) 		효율(%), 0.3㎛, 5.3cm/sec 압력손실
(%)
NaCl Parafin DEHS
실시예 1 나노섬유
/멜트브로운		 97(2) 0.60 99.92 99.7 99.8 2.2
실시예 2 나노섬유
/멜트브로운		 99(4) 0.61 99.99 99.95 99.92 3.1
실시예 3 나노섬유
/멜트브로운		 102(7) 0.63 99.995 99.98 99.99 6.0
실시예 4 나노섬유/습식부직포 115(5) 0.65 99.97 99.91 99.8 5.8
실시예 5 멜트브로운
/ 나노섬유		 102(7) 0.63 99.995 99.98 99.99 5.9
비교예 1 마이크로
유리섬유		 68 0.4 99.98 99.97 99.98 25
비교예 2 이축연신
/테프론		 70 0.35 99.98 99.97 99.98 15
상기 실험의 결과 본 발명에 따른 실시예 1-4의 건식, 습식 정전 부직포의 경우에는 여과효율이 모두 비교예의 경우보다 압력손실이 낮게 측정되었다. 실시예 5의 방향을 달리한 실험도 우수한 결과를 보인다.
상기 표 1의 결과로부터 본 발명에 따른 정전 나노 부직포를 정전 필터로 사용할 경우 종래의 필터에 비하여 여과 성능이 현저하게 우수하면서도 압력손실이 낮아, 종래의 필터에 비하여 장기간 유지할 수 있는 것을 알 수 있었다.
구분 공법 중량
(g/m 2 ) 		두께
(mm) 		효율(%), 0.3㎛, 5.3cm/sec 압력손실
(%)
NaCl
담배연기
전 		담배연기
후 		담배연기
전 		담배연기 후
실시예 1 나노섬유
/멜트브로운		 97(2) 0.60 99.92 85.4 2.2 2.5
실시예 2 나노섬유
/멜트브로운		 99(4) 0.61 99.99 99.2 3.1 3.4
실시예 3 나노섬유
/멜트브로운		 102(7) 0.63 99.995 99.97 6.0 6.5
실시예 4 나노섬유/습식부직포 115(5) 0.65 99.97 99.0 5.8 6.4
실시예 5
(방향) 		멜트브로운
/ 나노섬유		 102(7) 0.63 99.995 99.9 6.0 6.3
비교예 1 마이크로
유리섬유		 68 0.4 99.98 99.97 25 28.0
비교예 2 이축연신
/테프론		 70 0.35 99.98 99.97 15 18.5
상기 표 2의 결과로부터 본 발명에 따른 정전 나노 부직포를 정전 필터로 사용할 경우 마이크로 유리섬유, 이축연신 종래의 필터에 비하여 압력손실이 낮으면서도 효율이 저하되지 않아, 종래의 필터에 비하여 장기간 유지할 수 있는 것을 알 수 있었다.
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.
상기와 같은 본 발명에 따른 정전 나노 부직포는 다양한 필터 소재로 적용 가능하다. 특히 반도체 공정에서의 필터나 미세먼지, 초미세먼지 등의 유해물질 제거용 필터 등에 적용 가능하고 각종 산업용 공기정화용 필터에 적용 가능하다.

Claims (7)

  1. 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리카보네이트 중에서 선택된 하나 이상의 성분으로 이루어진 정전섬유에 정전물질이 0.01-5중량%로 함유된 정전섬유층과, 나노섬유층 및 지지체층이 포함된 공기정화용 정전 나노 복합 부직포.
  2. 청구항 1에 있어서, 나노섬유는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA)중에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 공기정화용 정전 나노 복합 부직포.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 나노섬유는 평균직경이 50~150㎚인 공기정화용 정전 나노 복합 부직포.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 나노섬유는 상기 정전 나노복합 부직포 전체 중량에 대해 이 0.1~15g/m2로 함유된 공기정화용 정전 나노 복합 부직포.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 나노섬유는 상기 지지체층과 상기 정전섬유층 사이에 층상으로 위치하는 공기정화용 정전 나노 복합 부직포.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 정전 나노 복합 부직포는 중량 60~120g/m2, 두께 0.4 ~ 1.5mm, 통기도 1~70cm3/cm2/sec, 0.3㎛ 입자 효율 95~99.999%, 압력손실 1.0~6.0mmAq 중에 하나 이상의 조건을 만족하는 공기정화용 정전 나노 복합 부직포.
  7. 저융점 섬유로 지지체층을 제조하는 단계;
    상기 지지체층 위에 50~150㎚ 섬유경과 1~150cc/cm2/sec의 통기도 로 나노섬유를 방사하여 나노섬유층을 형성하는 단계;
    폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리카보네이트 중에서 선택된 하나 이상의 성분으로 이루어진 섬유 원료에 정전물질 0.01-5중량%를 포함시켜 부직포를 제조하되 건식(Dry-laid) 방사 또는 습식(wet-laid) 부직포의 정전섬유층을 제조하는 단계;
    를 포함하는 공기정화용 정전 나노 복합 부직포의 제조방법.
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