KR20230081818A - 비표면적이 개선된 유전체를 포함하는 정전필터 제조용 습식 부직포 및 이를 이용한 정전필터 - Google Patents
비표면적이 개선된 유전체를 포함하는 정전필터 제조용 습식 부직포 및 이를 이용한 정전필터 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 유전체 분말을 포함하는 폴리프로필렌 극세사 단섬유와, 심초사 단섬유 및 이형단면사 단섬유를 혼합하여 제조되는, 유전체 분말을 포함하는 정전필터 제조용 습식 부직포 및 이를 이용한 정전필터에 관한 것으로, 미세입자 특히 이온성 물질에 대한 여과능력이 우수하고, 장기간 사용시 여과효율이 저하되지 않는 특성을 갖는 정전필터 제조용 습식 부직포 및 이를 이용한 정전필터에 관한 것이다.
Description
본 발명은 유전체 분말을 포함하는 폴리프로필렌 극세사 단섬유와, 심초사 단섬유; 및 이형단면사 단섬유를 혼합하여 제조되는 유전체 분말을 포함하는 정전필터 제조용 습식 부직포 및 이를 이용한 정전필터에 관한 것으로, 미세입자 특히 이온성 물질에 대한 여과능력이 우수하고, 장기간 사용시 여과효율이 저하되지 않는 특성을 갖는 정전필터 제조용 습식 부직포 및 이를 이용한 정전필터를 제공하기 위한 것이다.
필터(Filter)는 여과성능이 우선적으로 고려되어야 한다. 특히 종래의 필터 및 방진마스크들은 주로 기계적 여과(Mechanical filtering)에 주로 의존하였다. 근래에 들어 미세한 분진 및 이온성 입자 등을 여과할 목적으로 정전필터에 대한 연구가 많이 연구되고 있으나 필터가 전하를 띠는 정전기 보유기간이 매우 짧아 실용적이지 못한 문제점이 있었다.
종래기술로서, 대한민국 등록특허공보 제10-1126310호(2012. 03. 22.)에서는 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 있고, 대한민국 공개특허공보 제10-2002-0081152호(2002. 10. 26.)에는 (a) 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF : poly vinylidene fluoride)와 폴리프로필렌 (PP : polypropylene)을 혼합방사하여 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 일부터 제조되는 정전필터가 개시되어 있으며, 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0074334호(2017. 06. 30.)에는 폴리프로필렌 폴리머와 유전체 무기물을 혼합방사하여 제조된 섬유를 이용하여 제조된 정전필터로서, 미세입자 크기의 분진 및 이온성 물질 등에 대한 여과성능이 우수하여 여과효율이 높고, 정전기력을 장기간 유지하여 장시간 동안 여과성을 유지할 수 있는 고효율의 정전필터가 개시되어 있다. 또한 미국공개특허공보 2011/0275971호(2011. 11. 10.)에는 항균제, 항독소 등의 활성제 또는 알루미늄 등의 금속을 포함하는 니들펀칭 부직포를 코로나(corona) 처리에 의해 하전함으로써, 약 6개월 내지 2년 동안 전하를 보유할 수 있도록 정전기적으로 하전된 필터 매질이 개시되어 있고, 일본 공개특허공보 2000-504992호(2000. 04. 25.)에는 일렉트릿(electret) 섬유의 부직 웨브(web)를 개방 스크림 지지체에 니들 펀칭함으로써 형성된 섬유상 필터로서, 필터의 수명은 증가되며, 압력 강하는 낮아지고 여과 효율이 우수한 정전기 섬유상 필터 웨브 필터가 개시되어 있다
그런데 상기의 종래기술에 따른 정전필터는 필터여재에 양호한 정전기력을 갖지 못하여 사용중 여과성능이 급격하게 저하되는 문제점이 있다. 또한 정전필터의 소재를 구성하는 섬유의 제조시 섬유 전체에 유전체 무기물을 포함함으로써, 고가인 유전체의 사용량이 많아 제조비용이 상승하는 단점이 있다. 따라서 여과성능이 우수하고, 정전기 보유력이 우수하여 장기간 사용시 여과성능의 저하가 발생하지 않는 정전필터의 필요성이 여전히 존재하고 있다.
본 발명은 정전기력이 높아 미세한 분진 및 이온성 입자 등에 대한 여과효율이 높고, 또한 정전기력을 장기간 유지하여 사용중 오랜시간 동안 여과성능을 유지할 수 있는 정전필터 제조용 습식 부직포 및 이를 이용한 정전필터를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 유전체를 함유하는 정전필터 제조용 습식 부직포는 정전필터를 제조하기 위한 것으로서, 그 제조방법은, ⅰ) 유전체 분말을 포함하는 폴리프로필렌 마스터배치를 제조하는 제 1 단계; ⅱ) 상기 제 1 단계에서 제조되는 유전체 분말을 포함하는 폴리프로필렌 마스터배치를 도성분으로, 알칼리 이용성 코폴리에스테르를 해성분으로 복합방사하여 해도사를 제조하는 제 2 단계; ⅲ) 상기 제 2 단계에서 제조된 해도사를 섬유장이 2 ~ 20 mm 인 단섬유로 제조하는 제 3 단계; ⅳ) 상기 제 3 단계에서 제조된 단섬유로부터 해성분인 알칼리 이용성 코폴리에스테르를 용출하여 유전체 분말을 포함하는 폴리프로필렌 극세사 단섬유를 제조하는 제 4 단계; ⅴ) 유전체 분말을 포함하는 폴리에틸렌 마스터배치를 제조하는 제 5 단계; ⅵ) 상기 제 5 단계에서 제조된 폴리에틸렌 마스터배치를 초성분으로 하고, 폴리프로필렌을 심성분으로 복합방사하여 심초사를 제조하는 제 6 단계; ⅶ) 상기 제 6 단계에서 제조된 심초사를 섬유장이 2 ~ 20 mm 인 심초사 단섬유로 제조하는 제 7 단계; ⅷ) 상기 제 1 단계에서 제조된 유전체 분말을 포함하는 폴리프로필렌 마스터배치를 이용하여 이형단면사를 제조하는 제 8 단계; ⅸ) 상기 제 8 단계에서 제조된 이형단면사를 섬유장이 2 ~ 20 mm 인 이형단면사 단섬유로 제조하는 제 9 단계; ⅹ) 상기 제 4 단계에서 제조된 폴리프로필렌 극세사 단섬유와, 제 7 단계에서 제조된 심초사 단섬유 및 상기 제 9 단계에서 제조된 이형단면사 단섬유를 혼합하여 습식 부직포를 제조하는 제 10 단계; xi) 상기 제 10 단계에서 제조된 습식 부직포를 건조한 후, 열처리를 통해 상기 심초사의 초성분인 폴리에틸렌을 용융하여 접착함으로써, 접착된 습식 부직포를 제조하는 제 11 단계; 및 xii) 상기 제 11 단계에서 제조된 접착된 습식 부직포를 코로나방전 처리하는 제 12 단계;를 포함하며, 상기 제 1 단계와 제 6 단계 및 제 8 단계에서 유전체 분말은 각 단계의 마스터 배치 중량을 기준으로 0.2 내지 10 중량%로 포함되고, 상기 제 2 단계에서 제조되는 해도사에서 도성분은 24 ~ 800 개/필라멘트 이며, 상기 제 6 단계에서 제조되는 심초사와 상기 제 8 단계에서 제조되는 이형단면사는 각각 단사섬도가 0.5 ~ 2 데니어이며, 상기 제 8 단계에서 제조되는 이형단면사의 단면형상은 Y형, +자형 및 별형 중 어느 하나 이상이고, 상기 제 11 단계에서 열처리는 100 ℃ 이상의 온도에서 수행하고, 상기 알칼리 이용성 코폴리에스테르는 고유점도는 0.45 ~ 1.00 dl/g 인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 유전체를 함유하는 정전필터 제조용 습식 부직포는, 유전체 분말을 포함하는 폴리프로필렌 극세사 단섬유; 심성분은 폴리프로필렌이고, 초성분은 유전체 분말을 포함하는 폴리에틸렌으로 구성되는 심초사 단섬유; 및 유전체 분말을 포함하는 폴리프로필렌 이형단면사 단섬유를 혼합하여 제조되고, 상기 유전체 분말은 타이타늄산바륨(BaTiO3), 폴리메틸메타크릴레이트(Poly(methyl methacrylate) 및 힌더드 아민 광안정화제 중 어느 하나 이상이며, 상기 이형단면사의 단면형상은 Y형, +자형 및 별형 중 어느 하나 이상이며, 상기 심초사 단섬유와 이형단면사 단섬유 및 폴리프로필렌 극세사 단섬유는 15 ~ 75 중량% : 15 ~ 75 중량% : 5 ~ 30 중량% 로 혼합될 수 있고, 상기 폴리프로필렌 극세사 단섬유, 심초사의 초성분 및 이형단면사 단섬유는 각 성분의 중량을 기준으로 유전체 분말 0.2 ~ 10 중량%를 포함하며, 상기 폴리프로필렌 극세사 단섬유의 단사섬도는 0.001 ~ 0.05 데니어이고, 상기 이형단면사의 단사섬도는 0.5 ~ 2 데니어이며, 상기 폴리프로필렌과 폴리에틸렌의 용융지수는 20 ~ 40 g/10min이고, 상기 폴리프로필렌 극세사 단섬유, 심초사 단섬유 및 이형단면사 단섬유는 섬유장이 2 ~ 20 mm 인 것이 특히 바람직하다.
본 발명에 따른 유전체 분말을 포함하는 정전필터 제조용 습식 부직포는 종래의 정전필터 제조용 부직포 기재에 비하여 비표면적이 증대되어 미세한 분진 및 이온성 입자에 대한 여과효율이 우수하며, 특히 정전기 보유력이 우수하고, 여과성능이 장기간 지속됨으로써 필터의 수명이 현저히 연장되는 효과를 갖는다.
또한 상기 습식 부직포를 구성하는 섬유에 폴리프로필렌 극세사 단섬유와 이형단면사 단섬유를 포함함으로써 정전필터 공극의 크기가 미세하고, 비표면적이 증가되어 미세 분진 및 이온성 입자에 대한 포집율이 매우 우수한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 유전체를 함유하는 정전필터 제조용 습식 부직포의 제조방법에 대한 흐름도이고,
도 2는 본 발명에 따른 해도사(a)와 심초사(b) 및 이형단면사(c)의 단면모식도이고,
도 3은 본 발명에 따른 해도사(a)와 심초사(b) 및 이형단면사(c)의 단면 현미경 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 해도사(a)와 심초사(b) 및 이형단면사(c)의 단면모식도이고,
도 3은 본 발명에 따른 해도사(a)와 심초사(b) 및 이형단면사(c)의 단면 현미경 사진이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실험예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실험예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실험예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실험예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
이하, 본 발명에 따른 유전체를 포함하는 정전필터 제조용 습식 부직포 및 이를 이용한 정전필터에 대하여 첨부된 도면에 의거하여 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에 첨부된 도 1은 본 발명에 따른 유전체를 포함하는 정전필터 제조용 습식 부직포의 제조방법에 대한 흐름도이고, 도 2는 본 발명에 따른 해도사(a)와 심초사(b) 및 이형단면사(c)의 단면모식도이고, 도 3은 본 발명에 따른 해도사(a)와 심초사(b) 및 이형단면사(c)의 단면 현미경 사진이다.
본 발명의 일실시예에 따른 유전체를 포함하는 정전필터 제조용 습식 부직포의 제조방법은, 도 1에 도시된 바와 같이, ⅰ) 유전체 분말(10)을 포함하는 폴리프로필렌 마스터배치를 제조하는 제 1 단계; ⅱ) 상기 제 1 단계에서 제조되는 유전체 분말(10)을 포함하는 폴리프로필렌 마스터배치를 도성분(150)으로, 알칼리 이용성 코폴리에스테르를 해성분(120)으로 복합방사하여 해도사(100)를 제조하는 제 2 단계; ⅲ) 상기 제 2 단계에서 제조된 해도사(100)를 절단하여 섬유장이 2 ~ 20 mm 인 해도사(100) 단섬유로 제조하는 제 3 단계; ⅳ) 상기 제 3 단계에서 제조된 단섬유로부터 해성분(120)인 알칼리 이용성 코폴리에스테르를 용출하여 유전체 분말(10)을 포함하는 폴리프로필렌 극세사 단섬유를 제조하는 제 4 단계; ⅴ) 유전체 분말(10)을 포함하는 폴리에틸렌 마스터배치를 제조하는 제 5 단계; ⅵ) 상기 제 5 단계에서 제조된 폴리에틸렌 마스터배치를 초성분(250)으로 하고, 폴리프로필렌을 심성분(220)으로 복합방사하여 심초사(200)를 제조하는 제 6 단계; ⅶ) 상기 제 6 단계에서 제조된 심초사(200)를 절단하여 섬유장이 2 ~ 20 mm 인 심초사(200) 단섬유로 제조하는 제 7 단계; ⅷ) 상기 제 1 단계에서 제조된 유전체 분말(10)을 포함하는 폴리프로필렌 마스터배치를 이용하여 이형단면사(300)를 제조하는 제 8 단계; ⅸ) 상기 제 8 단계에서 제조된 이형단면사(300)를 섬유장이 2 ~ 20 mm 인 이형단면사 단섬유로 제조하는 제 9 단계; ⅹ) 상기 제 4 단계에서 제조된 폴리프로필렌 극세사 단섬유와, 제 7 단계에서 제조된 심초사(200) 단섬유 및 상기 제 9 단계에서 제조된 이형단면사(300) 단섬유를 혼합하여 습식(wet-laid) 부직포를 제조하는 제 10 단계; xi) 상기 제 10 단계에서 제조된 습식 부직포를 건조한 후, 열처리를 통해 상기 심초사의 초성분(250)인 폴리에틸렌을 용융하여 접착함으로써, 접착된 습식 부직포를 제조하는 제 11 단계; 및 xii) 상기 제 11 단계에서 제조된 접착된 습식 부직포를 코로나방전 처리하는 제 12 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제조방법에 있어서 폴리에스테르 극세사 단섬유를 제조하는 단계(제 1 단계 내지 제 4 단계), 심초사 단섬유를 제조하는 단계(제 5 단계 내지 제 7 단계), 및 이형단면사를 제조하는 단계(제 8 단계 내지 제 9 단계)는 각각 시간적 순서와 무관하게 독립적으로 진행될 수 있다.
제 1 단계
본 발명에 따른 유전체를 포함하는 정전필터 제조용 습식 부직포를 제조하기 위해서는 제 1 단계로서, 유전체 분말(10)을 포함하는 폴리프로필렌 마스터배치를 제조하는 단계를 거치게 된다.
상기 유전체 분말(10)을 포함하는 폴리프로필렌 마스터배치는 이후에 해도사(100) 형태로 복합방사하여 폴리프로필렌 극세사 단섬유를 제조하기 위한 것으로써, 본 발명에 따르면, 상기 해도사(100)는 상기 유전체 분말(10)을 포함하는 폴리프로필렌 마스터배치를 도성분(150)으로, 알칼리 이용성 코폴리에스테르를 해성분(120)으로 복합방사하여 제조하게 된다.
이때 상기 도성분(150)으로 사용되는 유전체 분말(10)을 포함하는 폴리프로필렌 마스터배치는 용융지수가 20 ~ 40 g/10min인 폴리프로필렌 90 ~ 99.8 중량%와, 유전체 분말(10) 0.2 ~ 10 중량%를 혼합하여 제조하는 것이 바람직하며, 상기 폴리프로필렌의 고유점도는 0.6 ~ 1.2 dl/g이며, 용융온도가 160 ℃ 인 것이 바람직하다.
상기와 같이 복합방사하여 해도사(100)를 제조한 후 이후에 알칼리 감량공정을 통해 상기 해성분(120)인 알칼리 이용성 코폴리에스테르를 용출하여 제거함으로써, 도성분(150)인 폴리프로필렌 극세사 단섬유만이 잔존하게 된다. 이때 상기 해도사(100)의 도성분(150)은 24 ~ 800 개/filament이고, 상기 해성분(120)이 용출되어 제거된 폴리프로필렌 극세사 단섬유의 단사섬도는 0.001 ~ 0.05 데니어인 것이 특히 바람직하다.
본 발명에서는 상기 유전체 분말(10)과 폴리프로필렌은 컴파운딩 공정을 거쳐 마스터배치를 제조한 후 방사공정에 투입되는 것이 바람직하다. 즉, 본 발명의 해도사의(100) 도성분(150)에 상기 유전체 분말(10)을 균일하게 분포시키기 위하여 마스터배치 형태로 방사공정에 투입하는 것이 바람직하다.
상기 마스터배치 제조단계에서 투입되는 상기 유전체 분말(10)의 크기는 해도사(100)의 방사성을 고려할 때, 1,000 nm 이하인 것이 바람직하며, 또한 상기 유전체 분말(10)과 폴리프로필렌의 컴파운딩 공정시 상기 유전체 분말(10)은 마스터 배치 중량을 기준으로 0.2 중량% 내지 10 중량% 로 혼입되어 제조되는 것이 바람직하다.
이때 상기 유전체 분말(10)은 타이타늄산바륨(Barium titanate, 이하 BaTiO3), 폴리메틸메타크릴레이트(Poly(methyl methacrylate), 이하 PMMA) 또는 힌더드 아민 광 안정화제(Hindered amine light stabilizers, 이하 HALS)로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다. 특히, 상기 HALS는 UV에 의한 광화학반응(photo-oxidative degradation)을 감소시키거나 중단시킴으로써 폴리머의 변형을 방지하는 광안정제(photostabilizer)로서, 대부분의 HALS는 유전체로서의 특성을 갖는 것으로 알려져 있다. 상기 HALS는 본 발명에서 해도사(100)의 도성분(150)과, 심초사(200)의 초성분(250) 및 이형단면사(300)에 혼입되는 유전체로 사용시 아래의 그림과 같은 구조를 갖는 독일의 BASF사에서 제조판매하는 chimassorb 944 ® 가 특히 바람직하다.
제 2 단계
제 2 단계는 상기 제 1 단계에서 제조되는 유전체 분말(10)을 포함하는 폴리프로필렌 마스터배치를 도성분(150)으로, 알칼리 이용성 코폴리에스테르를 해성분(120)으로 복합방사 및 연신하여 해도사(100)를 제조하는 단계를 가리킨다.
상기 해도사(100)는 도 2와 같이 서로 다른 용해성을 갖는 2 종류의 폴리머를 방사과정에서 도성분(150)과 해성분(120) 형태로 단면상에 균일하게 배열하고, 상기 도성분(150)과 해성분(120)의 복합물이 연속하여 섬유 축방향으로 배열되도록 제조한 섬유로서, 이후에 알칼리 감량가공에 의해 상기 해성분(120)을 제거함으로써 극세사의 제조가 가능하다.
상기 해도사(100)의 해성분(120)으로 사용되는 알칼리 이용성 코폴리에스테르는 테레프탈산(terephthalic acid), 에틸렌글리콜(ethylene glycol) 및 소디움 3,5-디카르보 메톡시벤젠 설포네이트(sodium-3,5-dicarbomethoxybenzene sulphonate)를 포함하여 반응된 에스테르화 반응물과 폴리에틸렌글리콜이 중·축합된 알칼리 이용성 코폴리에스테르일 수 있다. 상기와 같이 제조되는 알칼리 이용성 코폴리에스테르는 용출성이 우수하고 동시에 용출이 균일하여 제조된 섬유의 염색 불균일성 불량이 방지될 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 알칼리 이용성 코폴리에스테르의 고유점도는 0.45 ~ 1.00 dl/g인 것이 바람직하다. 만일 상기 알칼리 이용성 코폴리에스테르의 고유점도가 0.45 dl/g 미만일 경우 방사 공정에서 해도사(100)의 기계적 강도의 저하로 사절의 빈번한 발생에 따른 방사용 이성이 떨어지는 문제점이 있으며, 또한 알칼리 용출성이 과도하여 균일한 용출이 어렵게 되는 문제점이 있다. 또한, 상기 고유점도가 1.00 dl/g 초과할 경우에는 높은 기계적 강도로 인하여 방사 작업성은 좋으나 알칼리 용출성이 현저히 저하되어 감량공정의 소요시간 상승 및 불균일 용출 등의 문제점이 발생할 수 있다. 따라서 상기 알칼리 이용성 코폴리에스테르의 고유점도는 0.45 ~ 1.00 dl/g인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 상기 해도사(100)는 유전체 분말(10)을 포함하는 폴리프로필렌 마스터배치를 도성분(150)으로, 알칼리 이용성 코폴리에스테르를 해성분(120)으로 복합방사하여 제조하게 된다.
상기와 같이 복합방사를 통해 제조되는 해도사(100)는 도 2의 (b) 및 도 3의 (b)와 같이 제조될 수 있고, 이때 상기 해도사(100) 필라멘트 하나당 도성분(150)의 가닥수가 24 ~ 800 개/필라멘트 인 것이 특히 바람직하다.
상기와 같이 2종의 상이한 폴리머를 사용하여 복합방사를 통해 해도사(100)를 제조하는 공정은 본 기술 분야에서 공지된 기술이므로 이와 관련한 더 이상의 설명은 생략하기로 한다.
제 3 단계
본 발명에 따른 유전체를 포함하는 정전필터 제조용 습식 부직포를 제조하기 위한 제 3 단계는 상기 제 2 단계에서 제조된 해도사(100)를 섬유장이 2 ~ 20 mm 인 해도사(100) 단섬유로 제조하는 단계를 가리킨다.
상기와 같이 제 2 단계를 통해 제조된 해도사(100)는 습식 부직포를 제조하기 위하여 제 3 단계를 통해 절단하여 단섬유 형태로 제조하게 된다.
즉, 제 2 단계에서 제조된 해도사(100)는 초퍼(chopper)에 공급하여 초핑(chopping) 공정을 거처 단섬유로 제조하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 제조된 해도사(100)의 단섬유는 섬유장이 2 ~ 20 mm 인 것이 바람직하다. 즉, 상기 해도사(100) 단섬유의 섬유장이 2 mm 미만인 경우에는 가공이 어려울 뿐만 아니라, 부직포 제조시 교락이 불량하여 기계적 물성 및 성능 저하가 야기되며, 또한 20 mm를 초과하는 경우에는 습식부직포로 제조하기 어렵기 때문이다.
제 4 단계
본 발명에 따른 유전체를 포함하는 정전필터 제조용 습식 부직포를 제조하기 위한 제 4 단계는 상기 제 3 단계에서 제조된 해도사(100)의 단섬유로부터 해성분(120)인 알칼리 이용성 코폴리에스테르를 용출하여 제거함으로써 유전체 분말(10)을 포함하는 폴리프로필렌 극세사 단섬유를 제조하는 단계를 가리킨다.
본 발명에 따른 제 4 단계는 상기 해도사(100)를 알칼리 수용액 즉, NaOH 농도가 5 ~ 10 중량%인 알칼리 수용액에서 100～120 ℃ 조건으로 15 ~ 30분 동안 처리하여 상기 해성분(120)을 용출하여 제거하는 것이 바람직하다.
상기 용출시간이 15 분 미만이 경우에는 상기 해성분(120)이 완전히 제거되지 않을 수 있고, 30분을 초과하는 경우에는 정전효율 등이 저하될 수 있다. 따라서 상게 제 4 단계는 NaOH 농도가 5 ~ 10 중량%인 알칼리 수용액에서 상압조건으로 15 ~ 30분 동안 처리하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 복합방사하여 해도사(100)를 제조한 후, 제 4 단계로서 알칼리 감량공정을 통해 상기 해성분(120)을 용출하여 제거함으로써, 도성분(150)인 폴리프로필렌 극세사 단섬유만 잔존하게 된다.
이때 상기 폴리프로필렌 극세사 단섬유의 단사섬도는 0.001 ~ 0.05 데니어인 것이 특히 바람직하다.
제 5 단계
본 발명에 따른 제 5 단계는 상기 심초사(200)를 제조하기 위하여 상기 심초사(200)의 초성분(250)으로 사용되는 유전체 분말(10)을 포함하는 폴리에틸렌 마스터배치를 제조하는 단계를 가리킨다.
상기 심초사(200)의 초성분(250)으로 사용되기 위한 유전체 분말(10)을 포함하는 폴리에틸렌 마스터배치는 상기 제 1 단계와 유사한 형태로 제조될 수 있다.
즉, 예를 들면, 상기 제 5 단계에서 제조되는 유전체 분말(10)을 포함하는 폴리에틸렌 마스터배치는 용융지수가 20 ~ 40 g/10min인 폴리에틸렌과 BaTiO3, PMMA 또는 힌더드아민 광안정화제(HALS)로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 유전체 분말(10) 0.2 ~ 10 중량%를 컴파운딩 공정을 거쳐 제조되는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 상기 유전체 분말(10)과 폴리에틸렌은 컴파운딩 공정을 거쳐 마스터배치를 제조한 후 방사공정에 투입되는 것이 바람직하다. 즉, 본 발명의 심초사(200) 표면의 초성분(250)에 상기 유전체 분말(10)을 균일하게 분포시키기 위하여 마스터배치 형태로 방사공정에 투입하는 것이 바람직하다.
상기 제 5 단계에서 투입되는 상기 유전체 분말(10)의 크기는 심초사(200)의 방사성을 고려할 때, 1,000 nm 이하인 것이 바람직하며, 또한 상기 유전체 분말(10)과 폴리에틸렌의 컴파운딩 공정시 상기 유전체 분말(10)의 혼입양은 0.2 중량% 내지 10 중량%의 범위가 바람직하며, 폴리에틸렌은 90 내지 99.8 중량%로 구성되어 제조되는 것이 바람직하다.
제 6 단계
본 발명에 따른 제 6 단계는 상기 제 5 단계에서 제조된 폴리에틸렌 마스터배치를 초성분(250)으로 하고, 폴리프로필렌을 심성분(220)으로 복합방사 및 연신하여 도 2의 (a) 및 도 3의 (a)와 같이 심초사(200)를 제조하는 단계를 가리킨다.
상기 심초사(200)는 섬유 내부에 위치하는 심성분(220)과 상기 심성분(220)의 외부를 둘러싸는 초성분(250)으로 이루어지고, 상기 심성분(220)이 섬유 표면에 노출되지 않은 형상을 갖는 복합섬유를 가리킨다.
즉, 본 발명에 따른 정전필터 제조용 습식 부직포를 제조하기 위한 심초사(200)의 심성분(220)은 폴리프로필렌이고, 초성분(250)은 유전체 분말(10)을 포함하는 폴리에틸렌으로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 초성분(250)은 용융지수가 20 ~ 40 g/10min인 폴리에틸렌 90 내지 99.8 중량%에 BaTiO3, PMMA 또는 힌더드아민 광안정화제(HALS)로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 유전체 분말(10) 0.2 ~ 10 중량%로 구성될 수 있다.
또한 상기 심초사(200)를 구성하는 심성분(220)은 용융지수가 20 ~ 40 g/10min이고, 고유점도는 0.6 ~ 1.2 dl/g이며, 용융온도가 160 ℃ 인 폴리프로필렌으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
특히 본 발명의 일실시예에 따른 심초사(200)는 초성분(250)과 심성분(220)이 20 ~ 50 : 80 ~ 50 중량%로 구성되고, 단사섬도가 0.5 ~ 2 데니어로 제조되는 것이 바람직하며, 상기 초성분(250)과 심성분(220)의 중량비를 고려할 때에 상기 심초사(200)의 단사섬도는 0.5 내지 2.0 데니어로 제조되는 것이 바람직하다.
이때, 본 발명에 따르면, 심성분(220)을 구성하는 폴리프로필렌과 초성분(250)을 구성하는 폴리에틸렌의 용융지수는 각각 20 ~ 40 g/10min인 것이 특히 바람직하다. 즉, 상기 폴리프로필렌과 폴리에틸렌의 용융지수가 20 g/10min 미만인 경우에는 복합방사시 흐름성이 불량하며 섬유 형성이 어렵고, 상기 용융지수가 40 g/10min을 초과하는 경우에는 상기 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 용융장력이 떨어지게 되어 섬유 형성이 불량하게 될 수 있다. 따라서, 본 발명의 심초사(200)의 제조시 심성분(220)을 구성하는 폴리프로필렌과 초성분(250)을 구성하는 폴리에틸렌의 용융지수는 20 ~ 40 g/10min인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 상기 심초사(200)의 제조시 초성분(250)은 폴리에틸렌을 사용하되, BaTiO3, PMMA 또는 HALS로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 유전체 분말(10)을 상기 마스터 배치 중량 기준으로 0.2 ~ 10 중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
즉, 상기 유전체 분말(10)이 0.2 중량% 미만인 경우에는 부직포 기재의 표면에서 충분하게 하전현상이 발생되지 않으며, 10 중량%를 초과하면 상기 유전체 분말(10)의 함량이 과량이 되어 방사성이 불량하게 되며, 표면하전현상도 더 이상 크게 증가하지 않는다.
상기 유전체 분말(10)은 상기 심초사(200)의 초성분(250)에만 혼입되어, 그 표면을 하전시키는 역할을 하게 된다. 즉, 상기 이후에 제조되는 습식 부직포를 하전시키기 위하여 코로나방전 처리를 하면, 상기 습식 부직포의 표면에서 하전현상이 발생하게 된다. 따라서 심초사(200)의 표면 즉, 초성분(250)에 혼입되는 유전체 분말(10)이 하전에 관여하며, 상기 심초사(200)의 내부를 구성하는 심성분(220)은 직접적으로 하전되지 않는다.
따라서 코로나방전 처리에 의해 습식 부직포의 표면을 하전시킬 때 상기 습식 부직포를 구성하는 심초사(200)의 표면 즉, 초성분(250)에 유전체 분말(10)이 혼입되는 것이 정전필터의 여과능력과 경제성을 고려하여 볼 때 가장 바람직하다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 심초사(200)는 섬유 횡단면에 있어서의 심성분(220)과 초성분(250)의 면적 비율이 3:1 ∼ 1:5인 것이 바람직하다. 즉, 상기와 같은 심성분(220)과 초성분(250)의 면적 비율을 갖는 심초사(200)의 경우에 상기 심초사(200)의 제조시 유전체 분말(10)의 사용량을 절감하면서, 정전필터의 정전기 보유력의 장기간 지속이 가능하게 된다.
상기 제 6 단계에서 제조되는 심초사(200)의 심성분(220)은 폴리프로필렌으로 구성되고, 초성분(250)은 상기 유전체 분말(10)을 포함하는 폴리에틸렌으로 구성되는 것이 바람직하다. 상기와 같이 초성분(250)이 유전체 분말(10)을 포함하는 폴리에틸렌으로 구성됨으로써, 이후에 설명하게 되는 제 11 단계를 통해 열처리됨으로써, 상기 초성분(250)인 폴리에틸렌이 용융되면서, 상기 습식 부직포를 구성하는 섬유들이 접착됨으로써 상기 습식 부직포의 제조가 완료될 수 있다.
상기와 같이 제조된 심초사(200)는 도 3의 (a)와 같이 제조될 수 있고, 그 단사섬도가 0.5 ~ 2 데니어인 것이 바람직하다. 상기 심초사(200)의 단사섬도가 0.5 데니어 미만인 경우에는 여과효율은 좋으나, 섬유 및 부직포의 제조가 어려워 부직포 가공 불량을 초래할 수 있다. 또한, 단사섬도가 2 데니어를 초과하는 경우에는 통기도는 좋으나, 여과효율이 떨어지고 부직포 가공시 불량을 초래할 수 있다.
제 7 단계
본 발명에 따른 제 7 단계는 상기 제 6 단계에서 제조된 심초사(200)를 절단하여 섬유장이 2 ~ 20 mm 인 심초사(200) 단섬유로 제조하는 단계를 가리킨다.
상기와 같이 제 6 단계를 통해 제조된 심초사(200)는 습식 부직포를 제조하기 위하여 절단하여 단섬유 형태로 제조하게 된다.
본 발명에서 심초사(200)의 단섬유는 초퍼(chopper)에 상기 심초사(200)를 공급하여 초핑(chopping) 공정을 거처 단섬유를 제조하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 제조된 심초사(200)의 단섬유는 섬유장이 2 ~ 20 mm 인 것이 바람직하다. 즉, 상기 심초사(200) 단섬유의 섬유장이 2 mm 미만인 경우에는 가공이 어려울 뿐만 아니라, 부직포 제조시 교락이 불량하여 기계적 물성 및 성능 저하가 야기되며, 또한 20 mm를 초과하는 경우에는 습식부직포로 제조하기 어렵기 때문이다..
제 8 단계
본 발명에 따른 제 8 단계는 상기 제 1 단계에서 제조된 폴리프로필렌 마스터배치를 이용하여 이형단면사(300)를 제조하는 단계를 가리킨다.
상기 이형단면사(300)는 섬유의 단면이 통상적인 원형이 아닌 기하학적 형태를 가지는 섬유를 가리킨다. 본 발명에서는 도 2의 (c) 및 도 3의 (c)와 같이 Y형 단면을 갖는 이형단면사(300)를 이용하여 설명하였으나, 상기 이형단면사(300)의 단면은 특별히 제한되지 않는다. 또한 본 발명의 습식 부직포에 있어서는 상기 각각의 다른 단면을 갖는 이형단면사(300)가 단독으로 사용되거나 또는 상호 혼합된 형태로 사용될 수도 있다.
즉, 상기 제 8 단계에서는 노즐의 형상이 Y형, +형, 또는 별형인 방사 구금을 이용하여 상기 제조된 폴리프로필렌 마스터배치를 용융방사 및 연신함으로써 이형단면사(300)을 제조할 수 있다.
이때, 상기 이형단면사(300)는 사용된 방사 구금의 노즐 형상에 따라 Y형, +형, 또는 별형의 단면을 가지게 되며, 바람직하게는 섬유 단면의 외접원의 지름(b)/섬유 단면의 내접원의 지름(a)로 정의되는 이형단면사의 이형도(b/a) 값이 1.5 내지 10일 수 있다. 상기 이형도가 1.5 미만인 경우에는 이형단면사의 골의 깊이가 얕아져서 이형단면사 단섬유의 단면 형상에 의한 표면 하전 증가 효과를 기대하기 어렵고, 상기 이형도가 10을 초과하게 되면 이형단면 형성이 어려워질 수 있다.
상기와 같이 제조된 이형단면사(300)는 도 3의 (c)와 같은 단면을 가질 수 있고, 그 단사섬도가 0.5 ~ 2 데니어인 것이 바람직하다. 상기 이형단면사(300)의 단사섬도가 0.5 데니어 미만인 경우에는 여과효율은 좋으나, 섬유 및 부직포의 제조가 어려워 부직포 가공 불량을 초래할 수 있다. 또한, 단사섬도가 2 데니어를 초과하는 경우에는 통기도는 좋으나, 여과효율이 떨어지고 부직포 가공시 불량을 초래할 수 있다.
제 9 단계
본 발명에 따른 유전체를 포함하는 정전필터 제조용 습식 부직포를 제조하기 위한 제 9 단계는 상기 제 8 단계에서 제조된 이형단면사(300)를 섬유장이 2 ~ 20 mm 인 이형단면사(300) 단섬유로 제조하는 단계를 가리킨다.
상기와 같이 제 8 단계를 통해 제조된 이형단면사(300)는 습식 부직포를 제조하기 위하여 절단하여 단섬유 형태로 제조하게 된다.
즉, 제 8 단계에서 제조된 이형단면사(300)는 초퍼(chopper)에 공급하여 초핑(chopping) 공정을 거처 단섬유로 제조하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 제조된 이형단면사(300)의 단섬유는 섬유장이 2 ~ 20 mm 인 것이 바람직하다. 즉, 상기 이형단면사(300) 단섬유의 섬유장이 2 mm 미만인 경우에는 가공이 어려울 뿐만 아니라, 부직포 제조시 교락이 불량하여 기계적 물성 및 성능 저하가 야기되며, 또한 20 mm를 초과하는 경우에는 습식부직포로 제조하기 어렵기 때문이다.
제 10 단계
본 발명에 따른 제 10 단계는 상기 제 4 단계에서 제조된 폴리프로필렌 극세사 단섬유와, 제 7 단계에서 제조된 심초사 단섬유 및 상기 제 9 단계에서 제조된 이형단면사 단섬유를 혼합하여 습식(wet-laid) 부직포 제조공정을 통해 습식 부직포를 제조하는 단계를 가리킨다.
상기와 같은 습식 부직포 제조공정은 본 기술 분야에서 공지된 기술이므로 이와 관련한 더 이상의 설명은 생략하기로 한다.
다만, 상기 폴리프로필렌 극세사 단섬유와, 상기 심초사 단섬유 및 상기 이형단면사 단섬유를 혼합하는 과정에 있어서, 상기 심초사 단섬유와 이형단면사 단섬유 및 폴리프로필렌 극세사 단섬유는 15 ~ 75 중량% : 15 ~ 75 중량% : 5 ~ 30 중량% 로 혼합되는 것이 바람직하다.
또한 상기와 같이 습식(wet-laid) 부직포 제조공정에 의해 제조된 부직포는 단위중량이 20 ~ 60 g/m2 이며, 두께는 0.1 ~ 0.5 mm 이며, 통기도는 50 ~ 250 cm3/cm2/sec인 것이 바람직하다.
상기 단위중량이 20 g/㎡ 미만에서는, 부직포가 얇기 때문에, 강도가 지나치게 약해질 우려가 있고, 60 g/㎡를 초과하면, 부직포의 강성이 지나치게 높아질 우려가 있다.
또한 상기 부직포의 두께는 0.1 ~ 0.5 mm의 범위에서 강도 및 여과효율이 가장 우수하며, 정전필터의 제조시 50 ~ 250 cm3/cm2/sec 의 통기도를 나타낼 때 여과효율과 제조원가를 고려할 때 가장 바람직하다.
제 11 단계
본 발명에 따른 제 11 단계는 상기 제 10 단계에서 제조된 습식 부직포를 건조한 후, 열처리를 통해 상기 심초사(200)의 초성분(250)인 폴리에틸렌을 용융하여 상기 습식 부직포를 구성하는 섬유들을 접착하는 단계를 가리킨다.
즉, 상기 제 10 단계에서 제조된 습식 부직포는 압착롤을 지나면서 상기 습식 부직포를 구성하는섬유들이 서로 접착될 수 있다. 이때 상기 압착롤의 압력은 0.5 ∼ 5 bar 정도가 바람직하며, 상기 압착롤의 온도는 폴리에틸렌을 용융시키기에 충분한 온도로 설정될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 심초사(200)의 초성분(250)인 유전체 분말(10)이 혼입된 폴리에틸렌의 용융온도를 고려할 때에 100 ℃ 이상의 온도, 바람직하게는 120℃ 이상의 온도로 상기 습식 부직포를 가열함으로써, 상기 폴리에틸렌이 용융되면서 상기 습식 부직포를 구성하는 섬유들을 접착하여 기계적인 물성을 증대시키게 된다. 다만 상기 단계에서의 열처리 온도가 너무 높은 경우에는 상기 초성분(250)이 흘러내려 습식 부직포의 접착 불량이 발생할 수 있고 폴리프로필렌 단섬유 성분의 용융이 함께 일어나 부직포의 성형이 불가능해질 수 있으므로 상기 열처리 온도는 160℃를 초과하지 않는 것이 바람직하다.
또한 상기 제 11 단계에서는 습식 부직포의 표면에 주름발생을 방지하기 위하여 상기 습식 부직포를 장력이 걸리지 않은 상태로 압착롤에 투입되는 것이 바람직하다.
제 12 단계
본 발명에 따른 제 12 단계는 상기 제 11 단계에서 제조된 열접착된 습식 부직포를 코로나방전 처리하는 단계를 가리킨다.
상기와 같이 제 11 단계를 통해 제조된 접착된 습식 부직포는 와이어상 또는 판상의 전극을 이용하여 코로나방전 처리공정을 통해 상기 습식 부직포의 표면을 하전처리를 실시하여 다량의 양이온 또는 음이온을 형성하게 된다.
즉, 상기 습식 부직포의 표면을 하전시키기 위하여 코로나방전 처리를 실시하는 제 12 단계를 수행하며, 상기 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. 상기와 같이 수행되는 코로나방전은 10 내지 100 kV의 인가전압으로 수행되며, 인가시간은 1 ~ 5분이 바람직하다. 상기와 같이 상기 코로나 방전에 의하여 습식 부직포 표면 전체적으로 전하 부여량이 증가되게 된다.
특히 본 발명의 습식 부직포는 해도사(100)의 도성분(150)인 폴리프로필렌 극세사 단섬유, 심초사(200)의 초성분(250) 및 이형단면사(300) 단섬유에 유전체 분말(10)이 포함되어 있으므로, 상기와 같은 코로나방전 처리에 의하여 상기 섬유들의 표면에 전하 부여가 극대화된다. 따라서 정전필터로 제조하여 사용시 먼지 또는 이온성 물질이 쌓이면서 정전기가 소실되어 포집효율이 떨어지는 종래기술의 문제점을 해결할 수 있다.
이상과 같이 제 1 단계 내지 제 12 단계를 통해 제조되는 습식 부직포는 유전체 분말을 포함하는 폴리프로필렌 극세사 단섬유; 심성분(220)은 폴리프로필렌이고 초성분(250)은 유전체 분말을 포함하는 폴리에틸렌으로 구성되는 심초사의 단섬유; 및 유전체 분말을 포함하는 폴리프로필렌 이형단면사(300) 단섬유를 혼합하여 제조되며, 이후에 통상의 공정을 거쳐 정전필터로 제조될 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 습식 부직포를 이용하여 제조된 정전필터는 정전기 보유력이 우수하며, 이에 따라 이온성 물질에 대한 여과 효율이 종래의 필터에 비하여 현저히 우수한 특징을 갖는다. 또한 기존의 정전필터는 사용시 포집효율이 급격하게 감소하는 것과 달리, 본 발명의 정전필터 제조용 부직포 기재를 이용하여 제조된 정전필터는 상기 심초사(200)의 초성분(250)과 이형단면사(300) 단섬유에 분산되는 유전체 분말(10)에 의하여 정전기의 소실이 적어 포집효율이 감소되지 않고 장시간 유지되는 효과를 기대할 수 있다. 또한 상기 부직포 기재를 구성하는 섬유를 심초사(200) 형태로 제조하고, 상기 심초사(200)의 초성분(250)에만 유전체 분말(10)을 포함함으로써, 고가의 유전체 분말(10)의 사용량을 크게 절감함으로써, 정전필터 제조용 부직포 기재의 가격 경쟁력을 높일 수 있으며, 이형단면사(300)의 독특한 단면형상으로 인해 통기성이 높으면서도 표면 하전 효과의 향상 및 내구성의 증가 효과도 기재할 수 있다.
또한 유전체 분말을 포함하는 폴리프로필렌 극세사 단섬유와 이형단면사 단섬유를 사용함으로써, 제조되는 정전필터 공극의 크기가 미세하여 미세한 분진 및 이온성 입자의 포집율이 매우 우수한 효과가 있다.
즉, 폴리프로필렌 극세사 단섬유를 사용함으로써 비표면적이 상승하여 여과효율이 상승되고, 공극의 크기가 작고 균일해져서 미세먼지의 포집효율이 증대되는 효과를 갖는다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 살펴본다. 그러나 본 발명은 하기 실시예에만 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
용융지수가 30 g/10min 인 폴리프로필렌 99 중량%와 유전체 분말(10)로서 크기가 250 nm인 BaTiO3 1 중량%를 컴파운딩하여 폴리프로필렌 마스터배치를 제조하고, 이를 도성분(150)으로 하고 알칼리 이용성 코폴리에스테르를 해성분(120)으로 하여 방사 및 연신처리하여 해도사(100)를 제조하였다. 상기와 같이 제조된 해도사(100)를 절단하여 섬유장이 3mm인 해도사(100) 단섬유를 제조한 후, 상기 해성분(120)인 알칼리 이용성 코폴리에스테르를 알칼리 용액으로 용출하여 제거함으로써 유전체 분말(10)을 포함하는 단사섬도가 0.05 데니어인 폴리프로필렌 극세사 단섬유를 제조하였다.
이후에 용융지수가 30 g/10min 인 폴리에틸렌 99 중량%와 상기 BaTiO3 1 중량%를 컴파운딩하여 폴리에틸렌 마스터배치를 제조하고, 이를 초성분(250)으로 하고 상기 폴리프로필렌을 심성분(220)으로 하여 방사 및 연신처리하여 심초사(200)를 제조하였다. 상기 심초사(200)를 절단하여 섬유장이 6mm인 심초사(200) 단섬유로서 상기 초성분(250)과 심성분(220)은 중량비로 30:70이고, 단사섬도가 1 데니어인 심초사(200)를 제조하였다.
또한 용융지수가 30 g/10min 인 폴리프로필렌 99 중량%와 유전체 분말(10)로서 크기가 250 nm인 BaTiO3 1 중량%를 컴파운딩하여 폴리프로필렌 마스터배치를 제조하고, Y형 노즐을 가진 방사구금을 통해서 상기 폴리프로필렌 마스터배치를 방사 및 연신처리하여 이형도가 3.0인 Y형 이형단면사(300)를 제조하였다. 상기와 같이 제조된 이형단면사(300)를 절단하여 섬유장이 6mm이고 단사섬도가 1데니어인 폴리프로필렌 이형단면사 단섬유를 제조하였다.
상기와 같이 제조된 폴리프로필렌 극세사 단섬유 25 중량%, 심초사(200) 단섬유 50 중량%, 및 이형단면사(300) 단섬유 25 중량%를 혼합하여 통상적인 방법에 의거하여 습식 부직포를 제조하고, 이를 건조한 후 125 ℃로 가열된 압착롤에 투입하여 0.5bar로 가압함으로써, 상기 심초사(200)의 초성분(250)인 BaTiO3를 포함하는 폴리에틸렌을 용융하여 상기 단섬유들이 접착된 습식 부직포를 제조하였다.
이후에 상기와 같이 제조된 습식 부직포를 20 cm X 20 cm 크기로 절단하고, 연속식 코로나방전 가공 처리기기를 이용하여 산소분위기하에서 최대 처리속도 20 m/min, 30 kV의 출력으로 3분간 처리하여 정전필터 제조용 습식 부직포를 제조하여 시험편으로 사용하였다.
[실시예 2]
유전체 분말(10)로서 250 nm의 크기를 갖는 PMMA를 사용하고, 이형단면사의 단면 형상을 +형으로 제조한 것만을 제외하고, 상기 실시예 1와 동일한 방법을 사용하여 시험편을 제조하였다.
[실시예 3]
유전체 분말(10)로서 250 nm의 크기를 갖는 독일의 BASF사의 chimassorb 944 ®를 사용하고, 이형단면사의 단면 형상을 별형으로 제조한 것만을 제외하고, 상기 실시예 1와 동일한 방법을 사용하여 시험편을 제조하였다.
[비교예 1]
폴리프로필렌 극세사 단섬유와 폴리프로필렌 이형단면사 없이 심초사(200)만을 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 시험편을 제조하였다
[비교예 2]
상기 실시예 1로부터 유전체 분말(10)인 BaTiO3를 사용하지 않고, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 시험편을 제조하였다.
그리고 상기와 같이 제조된 실시예 1-3 및 비교예 1-2의 시험편의 물성 즉, 초기여과율과 장기여과율 및 비표면적에 대하여 아래와 같은 방법으로 평가하였다.
1) 초기여과율 및 장기여과율
상기 실시예 1-3 및 비교예 1-2의 시험편에 대하여 이온성 물질의 여과능력을 실험하기 위하여 NaCl 에어로졸(aerosol) 시험법에 따라 여과시험을 하였다. 즉, NaCl 입자 0.3㎛ 으로 5.3cm/초의 면속도로 시험하였다. 시험장비는 필터시험기(TSI 8130A)를 사용하여 측정하였다. 이를 시험할 필터를 통과하도록 하여 통과 후의 공기중에 잔존하는 염화나트륨의 양을 측정하는 방법으로 상기 방법으로 실시하여 여과율을 백분율(%)로 나타내었다. 본 실험은 상기 실시예 1-3과 비교예 1-2의 부직포 시험편를 대상으로 초기여과율 및 12일 이후의 시험편의 여과율인 장기여과율을 측정하였다. 상기와 같은 방법으로 시험편의 여과율을 측정 측정하였고, 그 결과는 아래의 표 1과 같다.
2) 비표면적
상기 실시예 1-3 및 비교예 1-2의 시험편의 비표면적은 BEL INC사의 BELSORP-max 비표면적 기공율 분석기를 사용하여 측정하였고, 그 결과는 아래의 표 1과 같다.
| 초기여과율 (%) |
장기여과율 (%) |
비표면적 (m2/g) |
|
| 실시예 1 | 99.83 | 98.12 | 154 |
| 실시예 2 | 99.57 | 97.67 | 163 |
| 실시예 3 | 99.87 | 97.54 | 172 |
| 비교예 1 | 67.34 | 56.33 | 67 |
| 비교예 2 | 63.22 | 52.01 | 152 |
상기 표 1을 살펴보면, 본 발명에 따른 실시예 1-3의 습식 부직포의 경우에는 초기여과율이 모두 99.0 % 이상으로 측정되었고, 12일 이후의 시험편의 여과율인 장기여과율의 경우에도 97% 이상의 여과율을 나타내는 것으로 측정되었다.
그런데, 비교예 1-2의 경우에는 초기여과율이 63 ~ 67% 로 측정되었고, 장기여과율은 52 ~ 56%로 측정되었다.
또한, 폴리프로필렌 극세사 단섬유와 이형단면사를 사용하지 않고 제조된 비교예 1의 시험편은 비표면적이 67 m2/g으로 적고, 이에 따라 초기여과율 및 장기여과율이 저하되는 것을 확인할 수 있다.
그리고 유전체 분말을 사용하지 않은 비교예 2의 경우에는 정전효과가 발휘되지 못함으로써, 초기여과율 및 장기여과율이 매우 낮은 것을 알 수 있다.
상기 표 1의 결과로부터 본 발명에 따른 정전필터 제조용 습식 부직포를 정전필터로 사용할 경우 종래의 필터에 비하여 여과성능이 우수하며, 특히 장시간 사용시에도 성능이 거의 초기 수준으로 유지됨으로써 수명이 종래의 필터에 비하여 현저히 향상되는 것을 알 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실험예를 참고로 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 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10 : 유전체 분말
100 : 심초사
120 ; 심성분
150 : 초성분
200 : 해도사
220 : 해성분
250 : 도성분
300 : 이형단면사
100 : 심초사
120 ; 심성분
150 : 초성분
200 : 해도사
220 : 해성분
250 : 도성분
300 : 이형단면사
Claims (5)
- ⅰ) 유전체 분말을 포함하는 폴리프로필렌 마스터배치를 제조하는 제 1 단계;
ⅱ) 상기 제 1 단계에서 제조되는 유전체 분말을 포함하는 폴리프로필렌 마스터배치를 도성분으로, 알칼리 이용성 코폴리에스테르를 해성분으로 복합방사하여 해도사를 제조하는 제 2 단계;
ⅲ) 상기 제 2 단계에서 제조된 해도사를 섬유장이 2 ~ 20 mm 인 단섬유로 제조하는 제 3 단계;
ⅳ) 상기 제 3 단계에서 제조된 단섬유로부터 해성분인 알칼리 이용성 코폴리에스테르를 용출하여 유전체 분말을 포함하는 폴리프로필렌 극세사 단섬유를 제조하는 제 4 단계;
ⅴ) 유전체 분말을 포함하는 폴리에틸렌 마스터배치를 제조하는 제 5 단계;
ⅵ) 상기 제 5 단계에서 제조된 폴리에틸렌 마스터배치를 초성분으로 하고, 폴리프로필렌을 심성분으로 복합방사하여 심초사를 제조하는 제 6 단계;
ⅶ) 상기 제 6 단계에서 제조된 심초사를 섬유장이 2 ~ 20 mm 인 심초사 단섬유로 제조하는 제 7 단계;
ⅷ) 상기 제 1 단계에서 제조된 유전체 분말을 포함하는 폴리프로필렌 마스터배치를 이용하여 이형단면사를 제조하는 제 8 단계;
ⅸ) 상기 제 8 단계에서 제조된 이형단면사를 섬유장이 2 ~ 20 mm 인 이형단면사 단섬유로 제조하는 제 9 단계;
ⅹ) 상기 제 4 단계에서 제조된 폴리프로필렌 극세사 단섬유와, 제 7 단계에서 제조된 심초사 단섬유 및 상기 제 9 단계에서 제조된 이형단면사 단섬유를 혼합하여 습식 부직포를 제조하는 제 10 단계;
xi) 상기 제 10 단계에서 제조된 습식 부직포를 건조한 후, 열처리를 통해 상기 심초사의 초성분인 폴리에틸렌을 용융하여 접착함으로써, 접착된 습식 부직포를 제조하는 제 11 단계; 및
xii) 상기 제 11 단계에서 제조된 접착된 습식 부직포를 코로나방전 처리하는 제 12 단계;를 포함하는, 유전체 분말을 함유한 정전필터 제조용 습식 부직포의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제 8 단계에서 제조되는 이형단면사의 단면형상은 Y형, +자형 및 별형 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 유전체 분말을 함유한 정전필터 제조용 습식 부직포의 제조방법.
- 유전체 분말을 포함하는 폴리프로필렌 극세사 단섬유;
심성분은 폴리프로필렌이고, 초성분은 유전체 분말을 포함하는 폴리에틸렌으로 구성되는 심초사 단섬유; 및
유전체 분말을 포함하는 폴리프로필렌 이형단면사 단섬유를 혼합하여 제조되는, 유전체 분말을 포함하는 정전필터 제조용 습식 부직포.
- 청구항 3에 있어서,
상기 유전체 분말은 타이타늄산바륨(BaTiO3), 폴리메틸메타크릴레이트(Poly(methyl methacrylate) 및 힌더드 아민 광안정화제 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 정전필터 제조용 습식 부직포.
- 청구항 3 또는 4 중 어느 한 항의 정전필터 제조용 습식 부직포를 이용하여 제조되는 정전필터.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210167760A KR20230081818A (ko) | 2021-11-29 | 2021-11-29 | 비표면적이 개선된 유전체를 포함하는 정전필터 제조용 습식 부직포 및 이를 이용한 정전필터 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210167760A KR20230081818A (ko) | 2021-11-29 | 2021-11-29 | 비표면적이 개선된 유전체를 포함하는 정전필터 제조용 습식 부직포 및 이를 이용한 정전필터 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230081818A true KR20230081818A (ko) | 2023-06-08 |
Family
ID=86766057
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210167760A KR20230081818A (ko) | 2021-11-29 | 2021-11-29 | 비표면적이 개선된 유전체를 포함하는 정전필터 제조용 습식 부직포 및 이를 이용한 정전필터 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230081818A (ko) |
-
2021
- 2021-11-29 KR KR1020210167760A patent/KR20230081818A/ko not_active Application Discontinuation
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