WO2021177690A1 - 폴리카보네이트 나노섬유를 포함하는 에어 필터 및 이의 제조방법 - Google Patents

폴리카보네이트 나노섬유를 포함하는 에어 필터 및 이의 제조방법 Download PDF

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WO2021177690A1
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nonwoven fabric
polyethylene terephthalate
air filter
polycarbonate
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PCT/KR2021/002544
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노은실
백명숙
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남양부직포 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to an air filter comprising polycarbonate nanofibers and a method for manufacturing the same, and more particularly, to an air filter suitable for use as a cabin filter for automobiles by exhibiting high filtration efficiency and low differential pressure (pressure loss) performance and It relates to a manufacturing method thereof.
  • filter efficiency and differential pressure may vary depending on the layer, porosity, and material constituting it.
  • fibers having a diameter of tens to hundreds of microns can be manufactured, and when electrospinning is used, fibers having a diameter of tens to hundreds of nanometers can be manufactured.
  • a nonwoven fabric made of a fiber having a large diameter is used as an air filter, the efficiency is lowered, but the problem of pressure loss can be prevented due to the high air permeability.
  • a nonwoven fabric made of fibers having a small diameter is used as an air filter, a problem of differential pressure may occur, but it has the advantage of exhibiting high efficiency.
  • an electrostatic filter in which an electrostatic charge is applied to a nonwoven filter has been developed and is being used.
  • Electrostatic filters are mainly manufactured by adding an electrostatic charge when manufacturing a melt blown nonwoven fabric, or by forming a polymer film to which an electrostatic charge is applied into fibers and then forming a nonwoven fabric again.
  • Such an electrostatic filter has the advantage of greatly improving the filtration efficiency because the electrostatic force is added to the performance of the existing air filter.
  • the cabin filter is an air filter that is located in the front of the vehicle and is installed to remove dust or harmful gases in the air flowing into the interior of the vehicle.
  • the cabin filter can be classified into a filter for removing dust, a filter for removing harmful gas, a complex filter having both functions, and the like.
  • the cabin filter for automobiles as described above mainly uses an electrostatic filter.
  • an electrostatic filter as time gradually elapses and static electricity is gradually removed due to factors such as moisture, the filtration efficiency is deteriorated.
  • the present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to develop an air filter that increases filtration efficiency and minimizes pressure differential by using nanofibers and melt blown nonwoven fabric together.
  • an object of the present invention is to provide an air filter in which the decrease in efficiency due to moisture, temperature and humidity changes, adsorption of volatile organic compounds, and long-term storage, which are limitations of the conventional electrostatic filter, is minimized.
  • Another object of the present invention is to provide an air filter suitable for use as a cabin filter for a vehicle.
  • a polyethylene terephthalate substrate; Polycarbonate nanofiber nonwoven fabric formed by electrospinning; and polypropylene melt blown nonwoven fabrics are sequentially stacked, wherein the polypropylene melt blown nonwoven fabric is electrostatically treated.
  • the fiber diameter of the nanofiber nonwoven fabric is 100 to 700 nm.
  • the polyethylene terephthalate substrate is characterized in that it contains activated carbon.
  • the air filter of the present invention is suitable for use as a cabin filter for an automobile, a filter for an air purifier, a filter for a vacuum cleaner, a mask, or a window filter.
  • preparing a polyethylene terephthalate substrate preparing a spinning solution in which 25 to 35 wt% of polycarbonate (PC) is dissolved in an organic solvent; forming a laminated nanofiber nonwoven fabric on the polyethylene terephthalate substrate by electrospinning the spinning solution in a top-down manner at a voltage of 40 to 60 kV, a room temperature condition, and a relative humidity condition of 30 to 50%; and laminating a polypropylene melt blown nonwoven fabric on the nanofiber nonwoven fabric to prepare a laminate.
  • PC polycarbonate
  • the polypropylene melt blown nonwoven fabric is characterized in that the nonwoven fabric is electrostatically treated.
  • a laminating step of heating and pressurizing the laminate at a temperature of 120 to 140° C. and a pressure of 0.5 to 1.5 MPa is additionally included after the step of manufacturing the laminate.
  • the air filter according to the present invention exhibits an effect of solving the differential pressure problem while having high filtration efficiency.
  • FIG. 1 is a view showing the structure of an air filter according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing the structure of a polyethylene terephthalate substrate according to an embodiment of the present invention.
  • the inventors of the present invention devised an air filter to solve the pressure loss problem while increasing the filtration efficiency.
  • the present invention is characterized in that nanofiber nonwoven fabric is used to solve the problem of filtration efficiency, and melt blown nonwoven fabric is used to solve the problem of differential pressure.
  • the present invention relates to an air filter and a manufacturing method thereof, and more particularly, to an air filter having high filtration efficiency and low pressure loss and a manufacturing method thereof.
  • the air filter 100 may include a polyethylene terephthalate substrate 110 ; Polycarbonate nanofiber nonwoven fabric 120 formed by electrospinning; and polypropylene melt blown nonwoven fabric 130 are sequentially stacked.
  • the polypropylene melt blown nonwoven fabric 130 is characterized in that electrostatic treatment is used.
  • the polyethylene terephthalate substrate 110 preferably has a basis weight of 60 to 150 g/m 2
  • the polycarbonate nanofiber nonwoven fabric 120 has a basis weight of 0.1 to 3 g/m 2
  • a polypropylene melt blown nonwoven fabric 130 preferably has a basis weight of 10 to 30 g/m 2 .
  • a polyethylene terephthalate substrate used as a support for a filter is to maintain the shape stability of the filter.
  • the polyethylene terephthalate substrate In order to serve as a support, the polyethylene terephthalate substrate usually has a basis weight of 60 to 150 g/m 2 , and when the basis weight is less than 60 g/m 2 , it is difficult to perform the role as a support and it is impossible to bend There is, and when it exceeds 150g/m 2 , there is a problem in that the filtration efficiency is lowered, and the processability is lowered in manufacturing the filter.
  • the polyethylene terephthalate substrate of the present invention as described above may use a low melting point polyethylene terephthalate (Low Melt Polyethylene terephthalate, LM PET) substrate.
  • the low-melting-point polyethylene terephthalate substrate may be of a sheath-core, side by side, or C-type type.
  • the sheath portion is low-melting polyethylene terephthalate, and the core portion is composed of general polyethylene terephthalate.
  • the sheath portion is composed of about 10 to 90 wt%, and the core is composed of about 90 to 10 wt%.
  • the sheath portion acts as a thermal binder forming the outer surface of the binder fiber and has a melting point of about 80 to 150° C. and the core having a melting point of about 160 to 250° C.
  • the sheath-core low-melting-point polyethylene terephthalate substrate used as an embodiment in the present invention includes an amorphous polyester copolymer whose melting point does not appear in the sheath portion by a conventional melting-point analyzer, and is preferably relatively relative as a core component. It is a heat-adhesive composite fiber using high melting point components.
  • the polyester copolymer contained in the sheath portion is a co-polyester in which 50 to 70 mol% are polyethylene terephthalate units. 30 to 50 mol% is preferably isophthalic acid as the copolymerized acid component, but other common dicarboxylic acids are all possible.
  • a polymer having a melting point of 160° C. or higher is suitable, and examples thereof include polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyamide, polyethylene terephthalate copolymer, and polypropylene.
  • the low melting point polyethylene terephthalate substrate is 50 to 100 g/m 2 , preferably 60 to 80 g/m 2 .
  • adhesion with the nanofiber nonwoven fabric positioned on the substrate may be imparted. This has the effect of preventing the filtration efficiency from being lowered while preventing the separation between the filter layers without using a separate adhesive.
  • polyethylene terephthalate substrate of the present invention may further include activated carbon.
  • activated carbon has long been used as an adsorbent used to separate and remove low-concentration substances. It has been widely used in both gaseous and liquid phases, and its basic forms are powder, granular and granular activated carbon. Activated carbon can be manufactured in a form in which powder or granular form is sprayed on a non-woven fabric and mixed, and the outer surface is wrapped with a fabric. On the other hand, it is possible to manufacture an activated carbon filter with high adsorption force per unit area and low pressure loss by attaching powdered activated carbon to a sponge or cotton with an adhesive.
  • the activated carbon filter as described above is very effective in adsorbing low-concentration pollutants in the air, and is effective in adsorbing various types of organic and inorganic compounds.
  • Activated carbon has a high adsorption affinity for low-concentration gas and its surface is hydrophobic, so it is effective in effectively removing harmful gases or odors mixed in the air, especially organic compounds.
  • the polyethylene terephthalate substrate including activated carbon has the following three-layer configuration, specifically referring to FIG. 2 .
  • polyethylene terephthalate layer 111 having a melting point of at least 165° C. and a basis weight of 20 to 35 g/m 2 ;
  • polyethylene terephthalate layer 113 in the form of cotton containing 100 to 300 g of activated carbon 114 and having a basis weight of 15 to 70 g/m 2 ;
  • a low melting point polyethylene terephthalate layer 112 having a melting point at 110° C. to 130° C. and a basis weight of 15 to 30 g/m 2 ;
  • the three layers are sequentially stacked, and the nanofiber nonwoven fabric is electrospun on a low-melting-point polyethylene terephthalate layer.
  • the polyethylene terephthalate layer 111 serves to support the substrate
  • the low-melting-point polyethylene terephthalate layer 112 also serves to prevent the activated carbon from being separated, and at the same time facilitates adhesion between the three-layered polyethylene terephthalate substrate and the nanofiber nonwoven fabric.
  • the present invention prepares a polyethylene terephthalate substrate having a three-layer structure by sequentially stacking the three layers as described above, and then passing a roll under a constant pressure while applying heat at 160 to 190°C.
  • the polyethylene terephthalate layer on which the activated carbon is seated may be specifically prepared by mixing polyethylene terephthalate fibers and activated carbon powder to form a sheet.
  • Activated carbon used in the present invention is a black porous carbon activated by carbonizing wood, sawdust, palm shells, coal, etc., and may be used in any form such as powder, granular, or fibrous form as a physical form.
  • a raw material for activated carbon plant-based raw materials such as wood, sawdust, and coconut shells, coal-based raw materials such as lignite, bituminous coal, and anthracite, petroleum-based raw materials such as petroleum coke and oil carbon, and waste materials such as synthetic resins and pulp can be used.
  • the effect on adsorption of organic and inorganic compounds may be enhanced by including activated carbon.
  • the nanofiber nonwoven fabric is used to be positioned on the polyethylene terephthalate layer having a melting point at 110°C to 130°C.
  • the present invention is characterized in that the polycarbonate nanofiber nonwoven fabric is formed by electrospinning on the polyethylene terephthalate substrate as described above.
  • polycarbonate is demonstrated.
  • polyurethane (PU), polyvinylidene fluoride (PVDF), etc. are used as a polymer material manufactured through electrospinning.
  • PU polyurethane
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • polycarbonate is used as a polymer material manufactured through electrospinning.
  • polycarbonate is a representative engineering plastic, and is a resin having excellent mechanical properties such as insulation, impact resistance, and workability.
  • the nanofiber nonwoven fabric is manufactured and used by electrospinning the polycarbonate as described above.
  • Polycarbonate resin is a material that conducts electricity well, and a filter using PC has an advantage in increasing a certain part of electrostatic force.
  • the polycarbonate nanofiber nonwoven fabric has a fiber diameter of 100 to 700 nm.
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • the diameter of the polycarbonate nanofibers is spun up to 700 nm.
  • the diameter of the nanofiber is preferably 100 to 500 nm, more preferably 300 to 500 nm.
  • the present invention it is possible to solve the problem of differential pressure, which is a problem when the nanofiber nonwoven fabric is applied as a filter because the nanofiber diameter of the nanofiber nonwoven fabric is manufactured to be 500 nm to 1000 nm.
  • the basis weight of the nanofiber nonwoven fabric is preferably 0.1 to 3 g/m 2 , and when the basis weight is less than 0.1 g/m 2 , the filtration efficiency is lowered, and when it exceeds 3 g/m 2 , a problem of increasing the differential pressure occurs. It is preferably 0.1 to 1 g/m 2 .
  • the preparation of the nanofiber nonwoven fabric as described above can be achieved by using electrospinning.
  • electrospinning uses a high voltage applied to a polymer spinning solution to eject fine fibers. That is, it is a method of obtaining nanofibers in the form of non-woven fabrics by instantaneously spinning into fibers using a low-viscosity polymer by electrostatic force. Electrospinning has the characteristic of making fibers having a diameter of nanometers beyond micrometers. In the case of nanofibers, since they have a larger surface area than conventional fibers, there is an advantage in that filtration efficiency can be increased when using them as filters.
  • Electrospinning is classified into bottom-up electrospinning and top-down electrospinning.
  • bottom-up electrospinning uses a bottom-up electrospinning device.
  • the spinning nozzle is located at the bottom, and the collector is located at the top spaced apart from the nozzle.
  • the polymer spinning solution is electrospun from the spinning nozzle at the bottom to form nanofibers on the collector at the top.
  • the bottom-up electrospinning apparatus there is an advantage in that it is possible to produce high-quality nanofibers by effectively preventing the droplet phenomenon.
  • all of the polymer spinning solution is not nanofiberized, and there are problems such as the remaining spinning solution flowing down the nozzle wall.
  • the top-down electrospinning uses a top-down electrospinning device, and the top-down electrospinning device has a spinning nozzle located at an upper end, and a collector is located at a lower end spaced apart from the nozzle.
  • the polymer spinning solution is electrospun from the spinning nozzle at the top to form nanofibers on the collector at the bottom.
  • all of the polymer spinning solution to be spun into nanofibers has the advantage of high productivity.
  • the present invention is characterized in that electrospinning is used in a top-down manner.
  • the top-down electrospinning device consists of a spinning solution main tank filled with spinning solution, a metering pump that quantitatively supplies a polymer spinning solution from the spinning solution main tank to a nozzle, a nozzle that discharges spinning solution but is composed of a pin shape, and a plurality of nozzles are arranged It includes a nozzle block to be used, a collector spaced apart from the nozzle at a predetermined interval to collect the polymer spinning solution that is positioned at the lower end of the nozzle, and a voltage generator for generating a high voltage at the collector.
  • a separate nozzle block configuration may be omitted.
  • the polyethylene terephthalate substrate on the collector of the top-down electrospinning apparatus, and to laminate the nanofiber nonwoven fabric by electrospinning a polymer spinning solution on the substrate.
  • the polycarbonate nanofiber nonwoven fabric is prepared by electrospinning on the polyethylene terephthalate substrate , the polypropylene melt blown nonwoven fabric having a basis weight of 10 to 30 g/m 2 is laminated on the nanofiber nonwoven fabric to prepare the air filter of the present invention. manufacture
  • melt-blown non-woven fabrics can be manufactured by melting the chips using heat and applying pressure to form fine fibers.
  • melt blown spinning makes the fibers ultra-fine through high-speed hot air at the same time as spinning, and integrating them to make a web.
  • the diameter of the nonwoven fabric produced by melt blown is microfine fibers of 10 ⁇ m or less, which is advantageous compared to other methods in which the microfine fibers are used.
  • Such a polypropylene melt blown nonwoven fabric suitably has a basis weight of 10 to 30 g/m 2 .
  • the basis weight is less than 10 g/m 2 , it is difficult to effectively remove particulate matter , and when it exceeds 30 g/m 2 , the pressure of the filter There is a problem of increasing losses.
  • it is 15 to 25 g/m 2 .
  • the polypropylene melt blown nonwoven fabric be subjected to electrostatic treatment, and for the electrostatic treatment, a method used in the manufacture of a conventional electrostatic filter may be used.
  • the filter is manufactured by attaching particles having a strong static charge around the filter fiber.
  • the second is to manufacture a filter by using a charged fiber, and the third is to create a strong electric field around the filter to make the filter fiber polar.
  • a corona discharge device can be used to impart static electricity to the melt blown nonwoven fabric.
  • a corona discharge device is installed between the melt blown spinning device and a winder that collects the spun fine fibers, so that static electricity is applied to the microfibers.
  • the air filter of the present invention has a structure in which a polycarbonate nanofiber nonwoven fabric and an electrostatically treated polypropylene melt blown nonwoven fabric are sequentially stacked on the polyethylene terephthalate substrate.
  • a polyethylene terephthalate substrate to one surface of the nanofiber nonwoven fabric.
  • a final air filter may be manufactured through heat treatment or laminating treatment by providing a low-melting-point polyethylene terephthalate layer in the substrate.
  • the air filter of the present invention can be used as a cabin filter for an automobile, a filter for an air purifier, a filter for a cleaner, a mask or a window filter.
  • the cabin filter for a vehicle serves to remove fine particles or gas entering the interior from the outside of the vehicle.
  • the fine particles may enter the vehicle and cause allergies or an unpleasant odor in the vehicle.
  • Cabin filters for automobiles can be largely divided into particle cabin air filters and combination cabin air filters depending on the object to be collected.
  • Particle Cabin Air Filters are made of non-woven fiber materials whose main function is to introduce these substances into the vehicle interior with a focus on collecting first and particle phases.
  • the combination cabin air filter is a filter that collects exhaust gases from vehicles other than particulate matter, including fine dust, while the vehicle is running.
  • the cabin filter for automobiles as described above has the ability to collect finer-sized dust or particles while maintaining ventilation performance by providing additional electrical performance to the filter in addition to the mechanical trapping structure. Specifically, by applying an electric charge of hundreds of thousands of volts or more to the fibers constituting the filter, the filter itself has a fine electric charge, thereby imparting static electricity. This is the principle of preventing the filter fibers to which static electricity is applied from entering the interior of the vehicle by attracting the fine particles, since the fine particles have a very weak electric charge.
  • the air filter of the present invention can be used as a filter for an air purifier.
  • interest in indoor air pollution is growing due to the effects of yellow dust and fine dust along with sick house syndrome. This is increasing the demand for air purifiers to solve indoor air pollution.
  • the air filter of the present invention can be used as a filter for a cleaner.
  • a filter for a vacuum cleaner there is a problem that fine dust is generated through an outlet when the cleaner is used, so the demand for a filter for a vacuum cleaner is also increasing in preparation for indoor fine dust.
  • the air filter of the present invention can be used as a mask filter.
  • the demand for a mask filter is increasing due to yellow sand and fine dust.
  • fine dust it is an artificial particle generated by heating and cooking at home, driving of automobiles, use of fossil fuels in factories, wildfires and fires, etc., and has a size of 2 to 10 ⁇ m.
  • the particles are smaller than yellow dust and harmful substances such as sulfate, nitrate and heavy metal. Since it contains a lot of it, a mask filter is required.
  • a mask filter generally includes a filter structure of three to five layers, and a filter layer that substantially filters fine dust particles is present inside except for the outermost surface. In general, there is an electrostatic filter. When the air filter of the present invention is applied to a mask filter, it is effective to effectively filter particles such as fine dust or yellow sand through the nanofiber nonwoven fabric and the melt blown layer.
  • the air filter of the present invention can be used as a window filter.
  • the filter of the present invention is applied as a window filter, it is possible to ventilate even on a day of severe fine dust or yellow dust, while exhibiting the advantage of preventing the inflow of particles.
  • the nanofiber non-woven fabric is included in the composition of the air filter, it is possible to collect even ultra-fine dust when used as a cabin filter for an automobile, a filter for an air purifier, a filter for a vacuum cleaner, a mask or a window filter. .
  • the present invention provides a method for manufacturing the air filter described above.
  • the method of manufacturing an air filter of the present invention comprises the steps of preparing a polyethylene terephthalate substrate; preparing a spinning solution in which 25 to 35 wt% of polycarbonate (PC) is dissolved in an organic solvent; On the polyethylene terephthalate substrate, a voltage of 40 to 60 kV, preferably 45 to 55 kV, under conditions of room temperature and relative humidity of 30 to 50%, electrospinning the spinning solution in the top down to form a nanofiber nonwoven fabric laminated; and laminating a polypropylene melt blown nonwoven fabric on the nanofiber nonwoven fabric to prepare a laminate.
  • the polypropylene melt blown nonwoven fabric is characterized in that it is an electrostatically treated nonwoven fabric.
  • the polyethylene terephthalate substrate may use a low-melting-point polyethylene terephthalate substrate, or a polyethylene terephthalate layer comprising activated carbon between a heat-resistant polyethylene terephthalate layer and a low-melting-point polyethylene terephthalate layer having a melting point at 110 to 130° C. It is also possible to use a polyethylene terephthalate substrate having a three-layer structure in this position.
  • a polycarbonate resin satisfying the above specifications is prepared and dissolved in an organic solvent to prepare a polymer spinning solution.
  • the organic solvent that can be used in the present invention is not particularly limited as long as it can sufficiently dissolve the polymer and is applicable to the charge-induced spinning method. Since they are removed, they can also be used that affect the properties of the cell.
  • DMF dimethylformamide
  • DMAc dimethyl
  • dimethylacetamide is used as the organic solvent.
  • the relative viscosity range of the polycarbonate in the present invention is preferably 1000 to 2000cps.
  • Polycarbonate in the polymer spinning solution is dissolved in 25 to 35% by weight, more specifically 26 to 34% by weight is preferred, more preferably 26 to 32% by weight. At this time, when the polycarbonate is dissolved in less than 25% by weight, a large amount of beads in the nanofiber nonwoven fabric produced are present and the quality is deteriorated, and when it is dissolved in more than 35% by weight, the polymer spinning solution is supplied as the viscosity increases This deficiency causes a problem in which the electrospinning fairness is deteriorated.
  • the polycarbonate nanofiber nonwoven fabric of the present invention is prepared by electrospinning the polymer spinning solution prepared as described above. In this case, it is also possible to laminate by direct electrospinning on the polyethylene terephthalate substrate, and after preparing the nanofiber nonwoven fabric on the current collector, it is also possible to laminate the nonwoven fabric and the polyethylene terephthalate substrate.
  • the present invention is characterized in that the electrospinning is used in a top-down manner as described above.
  • the electrospinning device can be configured with one hole or multiple holes. For productivity, it is advantageous to use an electrospinning device equipped with multiple holes.
  • Electrospinning has different spinning conditions depending on the polymer used, and the inventors of the present invention were able to derive the optimal spinning conditions for polycarbonate as follows as a result of studying the conditions optimized for spinning of polycarbonate.
  • the nanofiber nonwoven fabric swells in bulk due to the properties of the non-stretchable polymer.
  • polyurethane or polyvinylidene fluoride which are stretchable polymers, there is no bulkiness of the nanofiber nonwoven fabric during electrospinning.
  • the step of laminating the laminate additionally after the step of manufacturing the laminate is included.
  • the laminating step heats and pressurizes the laminate at a temperature of 120 to 140° C. and a pressure of 0.5 to 1.5 MPa.
  • the temperature is less than 120 °C in the laminating step, there is a problem that the bulkiness of the polycarbonate nanofiber nonwoven fabric is not solved, and when the temperature is more than 140 °C, the nanofiber melts due to a heat resistance problem occurs.
  • maintaining the pressure range of 0.5 to 1.5 MPa is the most appropriate range.
  • the reason why the laminating step is necessary as described above is to press the polycarbonate because, when the nanofiber nonwoven fabric is produced by electrospinning, the nanofiber has bulkiness and thus becomes bulky and swells.
  • a polymer spinning solution was prepared by dissolving 30 wt% of polycarbonate (PC) having a relative viscosity of 1500 cps in dimethylacetamide (DMAc).
  • PC polycarbonate
  • DMAc dimethylacetamide
  • a polyethylene terephthalate substrate having a basis weight of 70 g/m 2 is prepared, placed on the collector of a top-down electrospinning device, and the prepared polymer spinning solution is placed on a polyethylene terephthalate substrate using a top-down electrospinning device on a polycarbonate nanofiber
  • a nonwoven fabric was prepared. Specifically, a top-down electrospinning device having 100 spinning holes was used, and a voltage of 40 kV was applied and electrospinning was performed so that the basis weight of the nanofiber nonwoven fabric was 1 g/m 2 at room temperature and a relative humidity of 30%. .
  • an electrostatically treated polypropylene melt blown nonwoven fabric having a basis weight of 17 g/m 2 is laminated on the upper surface of the polycarbonate nanofiber nonwoven fabric.
  • a laminate in which a polyethylene terephthalate substrate, a polycarbonate nanofiber nonwoven fabric and an electrostatically treated polypropylene melt blown nonwoven fabric were laminated in this order was laminated using a lamination equipment. At this time, the heating temperature was 120° C. and pressurized under the condition of 0.5 MPa.
  • An air filter was prepared in the same manner as in Example 1, except that a polyethylene terephthalate substrate in which the three layers were sequentially stacked was prepared, and a polycarbonate nanofiber nonwoven fabric was electrospun on the low melting point polyethylene terephthalate layer.
  • a filter 'Clean Air' of Clean Sung One Plus Co., Ltd. was prepared.
  • a filter 'Premium Combination Filter' manufactured by CARPOS was prepared.
  • the physical properties of the air filter were evaluated in the following way.
  • the filter's efficiency is measured in which the electrostatic effect is excluded by exposing (passing) IPA (isopropyl alcohol) to the electrostatic filter to neutralize the filter and dissipating the electric charge.
  • IPA isopropyl alcohol
  • the pressure loss was measured at flow rates of 180, 300, 420 and 600 CMH (m 3 /h) based on ISO 5011.
  • Examples 1 and 2 of the present invention have an advantage in that the filter efficiency is higher while the differential pressure is similar to or lower than that of the conventional filter.

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Abstract

본 발명은 폴리카보네이트 나노섬유를 포함하는 에어 필터 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상기 에어 필터는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재, 폴리카보네이트 나노섬유 부직포 및 폴리프로필렌 멜트 블로운 부직포를 포함함으로 높은 여과효율 및 낮은 차압을 구현한다.

Description

폴리카보네이트 나노섬유를 포함하는 에어 필터 및 이의 제조방법
본 출원은 2020.03.03. 자 한국 특허 출원 제10-2020-0026296호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 폴리카보네이트 나노섬유를 포함하는 에어 필터 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 높은 여과 효율과 낮은 차압(압력 손실) 성능을 발휘함으로 자동차용 캐빈 필터로 사용하기에 적합한 에어 필터 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 미세먼지 등의 환경오염에 따른 관심이 커지면서, 공기 정화 시장도 점차 커지고 있다. 이를 위해서는 일반적으로 여과재인 필터를 이용하여 먼지나 미세 부유 물질 등을 효과적으로 걸러내는 것이 중요하다. 이러한 필터의 경우 이를 이루고 있는 층, 기공도 및 재료 등 에 따라 필터 효율과 차압이 달라질 수 있다.
현재 이용되는 에어 필터는 멜트 블로운, 스펀본딩, 니들 펀칭, 전기 방사 등에 의해 제조된 부직포를 주로 이용한다. 단순 부직포로 이루어진 에어 필터는 제조공정이 단순하고 원가가 저렴한 장점으로 여러가지 응용분야에 널리 사용된다.
구체적으로, 멜트 블로운 등을 이용하는 경우 직경이 수십 내지 수백 미크론(micron)으로 구성된 섬유를 제조할 수 있으며, 전기 방사를 이용하는 경우 직경이 수십 내지 수백 나노미터(nanometer)로 구성되는 섬유를 제조할 수 있다. 직경이 큰 섬유로 제조된 부직포를 에어 필터로 이용하는 경우에는 효율은 떨어지나, 통기도가 높아 압력 손실의 문제를 방지할 수 있다. 한편, 직경이 작은 섬유로 제조된 부직포를 에어 필터로 이용하는 경우, 차압의 문제는 발생하겠으나, 높은 효율을 발휘하는 장점을 지닌다.
이에, 여과 효율도 좋으면서 압력손실이 최소화 된 필터를 제조하기 위해 부직포 필터 상에 정전하를 부여한 정전기 필터가 개발되어 이용 중에 있다.
정전기 필터는 주로 멜트 블로운 방식의 부직포 제조 시 정전하를 부가하거나, 또는 정전하가 부가된 고분자 필름을 섬유화한 후 다시 부직포화하여 제조된다. 이러한 정전기 필터는 기존 에어필터의 성능에 더해 정전기력에 의한 포집력이 추가되므로 여과 효율을 크게 향상시킬 수 있는 장점이 존재하였다.
위와 같은 정전기 필터는 다양한 용도에 적용되고 있으나, 주로 이용되는 용도로는 자동차용 캐빈 필터(cabin filter)가 있다. 캐빈 필터란, 자동차 전면에 위치하고 자동차 실내로 유입되는 공기 중의 분진이나 유해가스를 제거하기 위해 장착되는 에어 필터이다. 구체적으로 캐빈 필터는 분진 제거용 필터, 유해가스 제거용 필터, 두가지 기능을 모두 갖춘 복합 필터 등으로 분류할 수 있다.
상기와 같은 자동차용 캐빈 필터는 정전기 필터를 주로 이용하고 있다. 그러나, 정전기 필터의 경우 점차 시간이 경과하고 수분 등의 요인으로 정전기가 점차 제거되면서 여과 효율이 떨어지는 문제가 발생하였다.
구체적으로, 고성능 멜트블로운 부직포 복합필터 개발 논문(Journal of the Korean Society of Dyers and Finishers, Vol.17, No.2 pp40-45 (2005.04), 이재달 외 2인)에 따르면, 일반적으로 정전기 필터의 정전효과는 온습도 증가, 휘발성 유기화합물의 흡착, 섬유 표면의 물리적 변화, 장기간 보관 등에 의하여 자연스럽게 필터 효율이 저하된다고 알려져 있다.
더불어, 필터 효율에 대한 테스트 기준인 EN 779:2012에 따르면, 필터의 성능을 정전기 성능을 배제한 채 기계적인 여과 성능을 측정하는 것이 제정되었다. 또한, 독일 규격협회(DIN; Deutsches Institute fuer Nomung) 71460-1, 2, 3에서는 자동차용 캐빈 필터의 초기압력손실, 초기 분진 제거 효율, 유해가스 제거 효율 등을 평가하는데, 이 중 DIN 71460-3에서는 테스트 시료로 분진이나, 가스가 아닌 액체 DEHS시료를 이용하여 입경별 포집율을 평가한다. 최근 DIN 71460-3 에서는 규정을 강화함에 따라, 기존 정전기 필터의 효율이 급격히 감소하는 문제가 발생하고 있다.
이에, 여과 효율이 높으면서도 차압의 문제를 최소화 하며, 강화된 자동차용 캐빈 필터 규격인 DIN 71460-3에 의해 측정된 여과 효율도 우수한 필터의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 나노섬유와 멜트블로운 부직포를 함께 이용함으로 여과효율도 높이고 차압도 최소화한 에어 필터를 개발하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명에서는 종래 정전기 필터가 가지는 한계인 수분, 온습도 변화, 휘발성 유기화합물의 흡착, 장기간 보관 등에 따른 효율 저하가 최소화된 에어 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은 자동차용 캐빈 필터로 이용되기에 적합한 에어 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재; 전기방사에 의해 형성되는 폴리카보네이트 나노섬유 부직포; 및 폴리프로필렌 멜트 블로운 부직포가 순차적으로 적층되는 구조이며, 상기 폴리프로필렌 멜트 블로운 부직포는 정전기 처리가 된 것인 에어 필터를 제공한다.
바람직하게, 상기 나노섬유 부직포의 섬유 직경은 100 내지 700nm이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재는 활성탄을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 에어필터는 자동차용 캐빈 필터(Cabin filter), 공기 청정기용 필터, 청소기용 필터, 마스크, 또는 창문형 필터로 이용되기에 적합하다.
또한 DIN-71460-3에 따른 측정 시, PM 0.3~0.5의 DEHS 입자에 대한 여과 효율이 50% 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재를 준비하는 단계; 유기 용매에 폴리카보네이트(PC) 25 내지 35중량%을 용해시킨 방사 용액을 제조하는 단계; 상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재 상에 전압 40 내지 60kV, 상온 조건 및 30 내지 50%의 상대 습도 조건에서 상기 방사 용액을 하향식으로 전기방사하여 나노섬유 부직포를 적층 형성하는 단계; 및 상기 나노섬유 부직포 상에 폴리프로필렌 멜트 블로운 부직포를 적층하여 적층체를 제조하는 단계;를 포함하는 에어 필터의 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 폴리프로필렌 멜트 블로운 부직포는 정전기 처리가 된 부직포인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 적층체를 제조하는 단계 이후에 추가적으로 120 내지 140℃ 온도, 0.5 내지 1.5MPa의 압력에서 적층체를 가열 및 가압하는 라미네이팅 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 에어 필터는 여과효율이 높으면서도, 차압 문제를 해결할 수 있는 효과를 발휘한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 에어 필터의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재의 구조를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
기존 정전기 필터의 경우, 자동차용 캐빈 필터로 주로 이용되어 왔으나, 최근 유럽 및 독일에서의 필터 효율 및 차압 규정 강화로 인하여 실제 효율이 낮아지는 문제가 있었다.
이에, 본 발명의 발명자들은 여과 효율을 높이면서도 압력 손실 문제를 해결하기 위해 에어 필터를 고안하였다. 구체적으로, 본 발명은 여과 효율의 문제를 해결하기 위하여 나노섬유 부직포를 이용하고, 차압의 문제를 해결하기 위하여 멜트 블로운 부직포를 이용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 에어 필터 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 여과효율이 높으면서도 압력 손실이 낮은 에어 필터 및 이의 제조방법을 제공한다.
도 1을 참고하여 하나의 실시예에서, 상기 에어 필터(100)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재(110); 전기방사에 의해 형성되는 폴리카보네이트 나노섬유 부직포(120); 및 폴리프로필렌 멜트 블로운 부직포(130)가 순차적으로 적층되는 구조이다. 또한, 여기서 상기 폴리프로필렌 멜트 블로운 부직포(130)는 정전기 처리한 것을 이용하는 것이 특징이다.
폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재(110)는 60 내지 150g/m 2의 평량을 갖는 것이 좋으며, 폴리카보네이트 나노섬유 부직포(120)는 0.1 내지 3 g/m 2의 평량을, 폴리프로필렌 멜트 블로운 부직포(130)는 10 내지 30g/m 2의 평량을 갖는 것이 바람직하다.
먼저, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재에 대해 설명한다.
일반적으로 필터에 지지체로 이용되는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재는 필터의 형태 안정성을 유지하기 위한 것이다.
지지체로의 역할을 수행하기 위해서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재는 60 내지 150g/m 2의 평량을 갖는 것이 보통이며, 여기서 평량이 60g/m 2 미만인 경우, 지지체로서의 역할을 수행하기 어렵고 절곡이 불가한 문제가 있으며, 150g/m 2 초과인 경우, 여과효율이 낮아지고, 필터를 제작함에 있어서 가공성이 낮아지는 문제가 있다. 바람직하게 70 내지 130g/m 2 또는 80 내지 140g/m 2이다.
한편, 상기와 같은 본 발명의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재는 저융점 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Low Melt Polyethylene terephthalate, LM PET) 기재를 이용할 수 있다. 저융점 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재는 구체적으로, 시스-코어형(sheath-core), 사이드 바이 사이드(side by side) 또는 씨 타입(C-type) 일 수 있다.
이 중 시스-코어형 저융점 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재의 경우에는 시스 부분이 저융점 폴리에틸렌 테레프탈레이트이며, 코어부분은 일반적인 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 구성되어 있다. 여기서 시스부분은 약 10 내지 90 중량%이고, 코어는 약 90 내지 10 중량%로 이루어져있다. 시스 부분은 바인더 섬유의 바깥 표면을 형성하는 열적 결합제로서 작용하며, 약 80 내지 150℃의 융점을 갖고, 코어는 약 160 내지 250℃의 융점을 갖는다.
본 발명에서 일 실시예로 사용되는 시스-코어형 저융점 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재는 시스부분에 통상의 융점 분석기기로 융점이 나타나지 않는 비결정성 폴리에스테르 공중합체를 포함하며, 코어성분으로는 바람직하게 상대적으로 고융점 성분을 사용하는 열접착성 복합섬유이다.
시스부분에 포함되는 폴리에스테르 공중합체는 50 내지 70몰%가 폴리에틸렌 테레프탈레이트 단위로 되어 있는 공중합 폴리에스테르이다. 30 내지 50몰%는 공중합 산성분으로는 이소프탈산이 바람직하나, 그 외에도 통상의 디카르복실산은 모두 가능하다.
코어 성분으로 사용하는 고융점 성분으로는 융점이 160℃이상인 폴리머가 적합하며, 그 사용가능한 예로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리아마이드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 공중합체 및 폴리프로필렌 등이 있다.
상기와 같이 저융점 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재는 50 내지 100g/m 2, 바람직하게는 60 내지 80g/m 2인 것이 좋다.
상기와 같이 저융점 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재를 이용하는 경우, 지지체의 역할을 수행하면서도 동시에, 기재 상에 위치하는 나노섬유 부직포와의 부착력이 부여될 수 있다. 이는, 별도의 접착제를 이용하지 않고서도, 필터 층 간의 탈리를 방지하면서도, 여과 효율이 낮아지는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재는 활성탄을 더 포함할 수 있다.
먼저, 활성탄은 오래전부터 저농도의 물질을 분리 제거하는데 이용되는 흡착제로 이용되어 왔다. 이는, 기상 및 액상 모두에서 광범위하게 사용되어 왔으며, 기본적인 형태는 분말, 입상 그리고 조립 활성탄이다. 활성탄은 분말 또는 입상 형태를 부직포 직물에 뿌려 섞고, 겉은 직물로 싸는 형태로 활성탄 필터를 제조할 수 있다. 다른 한편으로는, 스펀지 또는 솜 등에 분말 활성탄을 접착제로 부착시켜서 단위 면적당 흡착력이 높고 압력손실도 낮은 활성탄 필터 등을 제조할 수 있다.
상기와 같은 활성탄 필터는 공기중의 저농도 오염 성분을 흡착하는 것에 매우 효과적이며, 다종의 유기 및 무기 화합물 흡착에 효과적이다. 활성탄은 저농도 가스에 대한 흡착 친화성이 크며, 표면은 소수성을 띠므로 공기중에 혼합된 유해 가스나 악취 특히 유기 화합물을 효율적으로 제거하는데 효과적이다.
활성탄을 포함하는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재는 구체적으로 도 2를 참고하면 하기와 같은 3개의 층 구성을 갖는다.
- 165℃ 이상의 융점을 가지며, 평량이 20 내지 35g/m 2인 폴리에틸렌 테레프탈레이트 층 (111);
- 100 내지 300g의 활성탄(114)을 포함하고, 평량이 15 내지 70g/m 2인 솜 형태의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 층(113);
- 110℃ 내지 130℃에서의 융점을 가지며, 평량이 15 내지 30g/m 2인 저융점 폴리에틸렌 테레프탈레이트 층(112);
상기 3개의 층이 순차적으로 적층된 것을 특징으로 하며, 나노섬유 부직포는 저융점 폴리에틸렌 테레프탈레이트 층 상에 전기방사되는 것을 특징으로 한다.
먼저, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 층 (111)은 기재를 지지하는 역할을 하고,
활성탄을 포함하는 솜 형태의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 층(113)으로부터 활성탄이 분리되는 것을 막는 역할을 한다.
저융점 폴리에틸렌 테레프탈레이트 층(112)도 마찬가지로, 활성탄이 분리되는 것을 막는 역할을 하면서 동시에, 3층 구조의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재와 나노섬유 부직포의 접착이 용이하도록 한다.
본 발명은 상기와 같은 3개의 층을 순차적으로 적층 한 후, 160 내지 190℃의 열을 가하면서 일정 압력의 롤을 통과시킴으로 3층 구조의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재를 제조한다.
여기서, 상기 활성탄을 안착시킨 폴리에틸렌 테레프탈레이트 층은 구체적으로, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유와 활성탄 파우더를 혼합하여 시트 상으로 성형함으로 제조할 수 있다.
본 발명에서 이용되는 활성탄은 나무, 톱밥, 야자껍질, 석탄 등을 탄화하여 활성화시킨 흑색의 다공성 탄소로서, 물리적 형상으로는 분말상, 입상상, 섬유상 등 어떠한 형태도 이용이 가능하다. 활성탄의 원료로 목재, 톱밥, 야자각과 같은 식물계 원료, 갈탄, 유연탄, 무연탄과 같은 석탄계 원료, 석유 코크스, 오일 카ㅏ본 등의 석유계 원료, 합성수지나 펄프 등의 폐기 물질을 이용할 수 있다.
상기와 같은 층 구성을 갖는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재를 이용하는 경우, 활성탄을 포함함으로 유기 및 무기 화합물 흡착에 대한 효과를 높일 수 있다.
또한, 상기 구조로 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재를 구성하는 경우, 110℃ 내지 130℃에서의 융점을 갖는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 층 상에 나노섬유 부직포가 위치하도록 이용한다.
본 발명은 상기와 같은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재 상에 전기방사에 의해 폴리카보네이트 나노섬유 부직포가 형성되는 것이 특징이다.
먼저, 폴리카보네이트를 설명한다. 일반적으로, 전기방사를 통해 제조하는 고분자 소재로는 폴리우레탄(PU), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 등이 이용된다. 그러나, 본 발명에서는 폴리카보네이트를 이용하는 것이 특징이다. 일반적으로, 폴리카보네이트는 대표적인 엔지니어링 플라스틱으로, 절연성, 내충격성, 가공성 등의 기계적 성질이 우수한 수지이다.
본 발명에서는 상기와 같은 폴리카보네이트를 전기방사 함으로 나노섬유 부직포를 제조하여 이용한다.
폴리카보네이트 수지는 전기가 잘 통하는 소재로서, PC를 이용한 필터는 정전기력 일정 부분 증가에 유리한 이점이 있다.
이때 폴리카보네이트 나노섬유 부직포의 섬유 직경은 100 내지 700nm인 것을 특징으로 한다. 종래에 주로 이용되는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)의 경우 100 내지 200nm의 직경을 가지는 나노섬유가 제조되는 반면, 본 발명에서는 폴리카보네이트 나노섬유의 직경을 700nm 까지도 방사되는 것이 특징인데, 나노섬유의 직경을 100nm 미만으로 제조하는 경우에는 차압이 높아지고, 직경이 700nm를 초과하면 필터 효율을 저하시키는 문제가 발생한다. 본 발명에서 상기 나노섬유의 직경은 바람직하게 100 내지 500nm, 더욱 바람직하게는 300 내지 500nm이다.
즉, 본 발명에서는 나노섬유 부직포의 나노섬유 직경을 500nm 내지 1000nm으로 제조함으로 인해 나노섬유 부직포를 필터로 적용한 경우 문제가 되는 차압의 문제를 해결하는 것이 가능하다.
또한 나노섬유 부직포의 평량은 0.1 내지 3g/m 2이 바람직한데, 평량이 0.1g/m2 미만인 경우 여과 효율이 낮아지며, 3g/m 2 초과인 경우 차압이 높아지는 문제가 발생한다. 바람직하게 0.1 내지 1g/m 2 이다.
본 발명에서는 상기와 같은 나노섬유 부직포의 제조를 전기방사를 이용함으로 달성할 수 있다.
일반적으로, 전기 방사는 고분자 방사 용액에 고전압을 인가하여 미세 섬유가 분출되어 나오는 것을 이용한다. 즉, electrostatic force에 의해 낮은 점도 상태의 고분자를 이용하여 순간적으로 섬유 형태로 방사하여 부직포 형태의 나노섬유를 얻는 방법이다. 전기 방사는 마이크로 미터 단위를 넘어서 나노미터 단위의 직경을 가지는 섬유를 만들 수 있는 특징을 가진다. 나노섬유의 경우 기존 섬유에 비하여 큰 표면적을 가지므로 이를 필터로 이용하는 경우 여과 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
전기방사는 상향식 전기방사와 하향식 전기방사 등으로 분류된다.
먼저 상향식 전기방사는 상향식 전기방사장치를 이용하는데, 상향식 전기방사장치는 방사 노즐이 하단에 위치하고, 노즐과 이격된 상단에는 컬렉터가 위치한다. 하단의 방사 노즐로부터 고분자 방사 용액이 전기 방사되어 상단의 컬렉터에 나노섬유가 형성된다. 상향식 전기방사장치를 이용하는 경우, 드롭렛 현상을 효과적으로 방지하여 고품질의 나노섬유를 생산할 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 고분자 방사 용액이 전부 나노섬유화 되지 않으며, 남은 방사용액이 노즐벽을 따라 흘러내리는 등의 문제가 존재한다.
한편, 하향식 전기방사는 하향식 전기방사장치를 이용하며, 하향식 전기방사장치는 방사 노즐이 상단에 위치하고, 노즐과 이격된 하단에는 컬렉터가 위치한다. 상단의 방사 노즐로부터 고분자 방사 용액이 전기방사되어 하단의 컬렉터에 나노섬유가 형성된다. 하향식 전기방사장치를 이용하는 경우 방사되는 고분자 방사 용액이 모두 나노섬유화 되어 생산성이 높은 이점이 있다.
본 발명에서는 전기방사를 하향식으로 이용하는 것을 특징으로 한다.
하향식 전기방사장치는 방사 용액이 충진되는 방사용액 주탱크, 방사용액 주탱크로부터 고분자 방사용액을 노즐에 정량 공급하는 계량 펌프, 방사 용액을 토출하되 핀 형태로 구성되는 노즐, 노즐이 다수개 배열설치되는 노즐 블록, 노즐의 하단에 위치하여 분사되는 고분자 방사 용액을 집적하기 위해 노즐에서 일정 간격 이격되는 컬렉터 및 컬렉터에 고전압을 발생시키는 전압 발생장치 등을 포함한다.
여기서, 노즐이 1홀인 경우, 별도의 노즐 블록 구성은 생략될 수 있다.
본 발명에서는 하향식 전기방사장치의 컬렉터에 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재를 위치시키고, 기재 상에 고분자 방사 용액을 전기방사함으로 나노섬유 부직포를 적층 형성시키는 것이 바람직하다.
폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재 상에 폴리카보네이트 나노섬유 부직포를 전기방사에 의해 제조한 이후에는, 나노섬유 부직포 상에 평량이 10 내지 30g/m 2인 폴리프로필렌 멜트 블로운 부직포를 적층하여 본 발명의 에어 필터를 제조한다.
폴리프로필렌 칩을 준비한 후, 열을 이용하여 칩을 녹이고, 압력을 부여하여 미세 섬유로 제조함으로 멜트 블로운 부직포를 제조할 수 있다. 일반적으로, 멜트 블로운 방사는 방사와 동시에 고속의 열풍을 통해 섬유를 극세화 시키며, 이를 집적하여 웹을 만든다. 일반적으로 멜트 블로운에 의해 제조된 부직포 섬유의 직경은 10㎛ 이하의 극세 섬유로서, 다른 방식 대비 섬유의 극세화가 유리하며, 이로 인해 여과재 뿐 만 아니라, 마스크, 전지 분리막 등에 이용되기도 한다.
이와 같은 폴리프로필렌 멜트 블로운 부직포는 10 내지 30g/m 2의 평량을 갖는 것이 적절한데, 평량이 10g/m 2 미만인 경우, 입자상 물질의 효과적인 제거가 어려우며, 30g/m 2 초과인 경우 필터의 압력손실이 높아지는 문제가 발생한다. 바람직하게는 15 내지 25g/m 2이다.
본 발명의 일 실시예에서 폴리프로필렌 멜트 블로운 부직포는 정전기 처리를 하는 것이 바람직한데, 정전기 처리는 종래 정전기 필터 제조에 이용되는 방법이 이용될 수 있다.
구체적으로, 필터에 정전기를 부여하는 방법은 크게 세가지가 있는데, 첫째는 필터 섬유 주위에 강한 정전하를 띠는 입자를 부착시켜 필터를 제조하는 것이다. 둘째는 전하를 띤 섬유를 이용함으로 필터를 제조하는 것이며, 세번째는 필터 주위에 강한 전기장을 만들어 필터 섬유에 극성을 띠게 하는 것이다.
본 발명에서는 멜트 블로운 부직포에 정전기를 부여하기 위하여 코로나 방전 장치를 이용할 수 있는데, 일반적으로 멜트블로운 방사 장치와 방사된 미세 섬유를 포집하는 와인더 사이에 코로나 방전 장치를 설치함으로 미세섬유에 정전기를 부여할 수 있다.
본 발명의 에어필터는 상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재 상에 폴리카보네이트 나노섬유 부직포 및 정전 처리된 폴리프로필렌 멜트 블로운 부직포가 순차 적층된 구조를 취한다.
바람직하게, 폴리카보네이트 나노섬유 부직포와 멜트 블로운 부직포를 먼저 초음파 본딩에 의해 결합한 이후, 나노섬유 부직포의 일면에 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재를 부착하는 것이 바람직하다. 이때 부착 방법은 기재 내의 저융점 폴리에틸렌 테레프탈레이트층을 구비하여 열처리 또는 라미네이팅 처리를 통하여 최종 에어필터를 제조할 수 있다.
한편, 본 발명의 에어 필터는 자동차용 캐빈 필터, 공기 청정기용 필터, 청소기용 필터, 마스크 또는 창문형 필터로 이용되는 것이 가능하다.
먼저, 자동차용 캐빈 필터는 차량 외부에서 내부로 들어오는 미세입자 또는 가스 등을 제거하는 역할을 한다. 미세입자는 차량 내부로 유입되어 알러지를 유발하거나, 차량 내 불쾌한 냄새를 유발할 수 있다. 자동차용 캐빈 필터는 포집하고자 하는 대상에 따라 크게 파티클 캐빈 에어 필터(Particle Cabin Air Filter)와 콤비네이션 캐빈 에어 필터(Combination Cabin Air Filter)로 구분할 수 있다. 파티클 캐빈 에어 필터는 주로 먼저 및 입자 상의 포집에 초점을 맞추어 이러한 물질들이 차량 내부로 유입되는 것을 주 기능으로 하는 것으로 부직포 형태의 섬유 소재로 제조된다. 콤비네이션 캐빈 에어 필터는 차량이 주행 중인 상황에서 미세 먼지를 비롯한 입자상 물질 이외의 차량의 배기가스 등을 포집하는 필터이다.
상기와 같은 자동차용 캐빈 필터는 기계적인 포집 구조 이외에 추가적으로 전기적인 성능을 필터에 부여하므로써 통기 성능을 유지하면서도 더욱 미세한 크기의 먼지 또는 입자를 포집할 수 있는 성능을 지니게 된다. 구체적으로, 필터를 이루는 섬유에 수십만 볼트 이상의 전하를 걸어주어 필터 자체의 미세한 전하를 띄게 함으로써 정전기를 부여한다. 이는, 미세입자들은 아주 약한 전하를 갖고 있으므로, 정전기가 부여된 필터 섬유가 이러한 미세입자들을 끌어들여 차량 내부로 유입되지 않게 하는 원리이다.
한편, 본 발명의 에어 필터는 공기 청정기용 필터로 이용이 가능하다. 최근에는 새집 증후군과 더불어 황사, 미세 먼지 등의 영향으로 실내 공기 오염에 관심이 커지고 있다. 이는 실내 공기 오염을 해결하기 위한 공기 청정기에 대한 요구를 증대시키고 있다.
또한, 본 발명의 에어 필터는 청소기용 필터로 이용이 가능하다. 종래 진공 청소기용 필터의 경우, 청소기 이용 시 배출구를 통해 미세먼지가 발생되는 문제가 있었으므로, 실내 미세먼지에 대한 대비로 청소기용 필터에 대한 요구도 높아지고 있는 실정이다.
한편, 본 발명의 에어 필터는 마스크 필터로 이용이 가능한데, 최근 마스크 필터는 황사와 미세먼지 등으로 인해 그 수요가 증가하는 추세이다. 미세먼지의 경우 가정의 난방과 취사, 자동차 운행, 공장에서의 화석연료 사용, 산불 및 화전 등에 따라 발생한 인위적 입자로 2 내지 10㎛ 크기이며, 황사보다 입자가 작고 황산염, 질산염, 중금속 등의 유해물질이 많이 포함되어 있으므로 마스크 필터가 요구된다. 마스크 필터는 일반적으로 3중 내지 5중의 필터 구조를 포함하며, 가장 외부 면을 제외한 내부에는 실질적으로 미세먼지 입자를 여과하는 필터층이 존재한다. 일반적으로 정전기 필터가 존재하는데, 본원 발명의 에어 필터를 마스크 필터에 적용하는 경우, 나노섬유 부직포와 멜트 블로운 층을 통해 효과적으로 미세먼지 또는 황사 등의 입자를 여과하는 것이 효과적이다.
또한, 본 발명의 에어 필터는 창문형 필터로도 이용이 가능하다. 창문형 필터로 본원 발명의 필터를 적용하는 경우에는 미세먼지나 황사가 심한 날에도 환기는 가능하면서도, 입자의 내부 유입을 막는 이점을 발휘할 수 있다.
즉, 본 발명에서는 에어 필터의 구성 중 나노섬유 부직포를 포함함에 따라, 자동차용 캐빈 필터, 공기 청정기용 필터, 청소기용 필터, 마스크 또는 창문형 필터로 이용 시에 초 미세먼지까지도 포집이 가능한 이점이 생긴다.
또한, 본 발명은 앞서 설명한 에어 필터의 제조 방법을 제공한다. 하나의 실시예에서, 본 발명의 에어 필터 제조방법은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재를 준비하는 단계; 유기 용매에 폴리카보네이트(PC) 25 내지 35중량%을 용해시킨 방사 용액을 제조하는 단계; 상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재 상에 전압 40 내지 60kV, 바람직하게는 45 내지 55kV, 상온 조건 및 30 내지 50%의 상대 습도 조건에서 상기 방사 용액을 하향식으로 전기방사하여 나노섬유 부직포를 적층 형성하는 단계; 및 상기 나노섬유 부직포 상에 폴리프로필렌 멜트 블로운 부직포를 적층하여 적층체를 제조하는 단계를 포함한다. 이때 폴리프로필렌 멜트 블로운 부직포는 정전기 처리가 된 부직포인 것을 특징으로 한다.
상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재는 저융점 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재를 이용하는 것이 가능하며, 또는 내열성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 층과 110 내지 130℃에서의 융점을 갖는 저융점 폴리에틸렌 테레프탈레이트 층 사이에 활성탄을 포함하는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 층이 위치하는, 3층 구조의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재를 이용하는 것도 가능하다.
폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재 상에 폴리카보네이트 나노섬유 부직포를 전기방사에 의해 제조하기 위해서는 먼저 폴리카보네이트 고분자 방사용액을 제조하는 것에서부터 시작된다.
상기와 같은 스펙을 만족하는 폴리카보네이트(polycarbonate) 수지를 준비하고 이를 유기 용매에 용해시켜 고분자 방사용액을 제조한다.
본 발명에 이용될 수 있는 유기 용매 는 고분자를 충분히 용해할 수 있고, 전하유도 방사법에 적용 가능한 용매이면 특별히 제한되지 아니할 뿐만 아니라, 전하유도 방사법에 의해 고분자 나노섬유를 제조할 때, 유기용매는 거의 제거되기 때문에 전지의 특성에 영향을 미치는 것도 사용될 수 있다. 예를 들어, 프로필렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 1,4-부티로락톤, 디에틸카보네이트, 디메틸카보네이트, 1,2-디메톡시에탄, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 디메틸설폭사이드, 에틸렌카보네이트, 에틸메틸카보네이트, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, N-메틸-2-피롤리돈, 폴리에틸렌설포란, 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르, 아세톤, 알코올 또는 이들의 혼합물 중 어느 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있으며, 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸아세트아미드(DMAc) 등을 사용하는 것이 바람직하다.
바람직하게는 유기 용매로 디메틸아세트 아미드를 이용한다.
본 발명에서 폴리카보네이트의 상대 점도 범위는 1000 내지 2000cps인 것이 바람직하다.
고분자 방사 용액 내 폴리카보네이트는 25 내지 35중량% 용해되어 있으며, 더욱 구체적으로는 26 내지 34중량%이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 26 내지 32중량%이다. 이때 폴리카보네이트가 25중량% 미만으로 용해되는 경우 제조되는 나노섬유 부직포 내의 다량의 비드(bead)가 존재하게 되어 품질이 저하되며, 35중량% 초과로 용해되는 경우 점도가 상승에 따른 고분자 방사 용액 공급이 부족하게 되어 전기방사 공정성이 떨어지는 문제가 발생한다.
상기와 같이 제조된 고분자 방사 용액을 전기방사하여 본 발명의 폴리카보네이트 나노섬유 부직포를 제조한다. 이때, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재 상에 직접 전기방사하여 적층하는 것도 가능하며, 집전체 상에 나노섬유 부직포를 제조한 후, 부직포와 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재를 합지하는 것도 가능하다.
본 발명에서는 앞서 상술한 바와 같이 전기방사를 하향식으로 이용하는 것을 특징으로 한다.
전기방사장치는 1홀 또는 다홀로 구성할 수 있다. 생산성을 위해서는 다홀이 구비된 전기방사장치를 이용하는 것이 유리하다.
전기방사는 이용되는 고분자에 따라 방사 조건이 다르며, 본 발명의 발명자들은 폴리카보네이트의 방사에 최적화된 조건을 연구한 결과 하기와 같이 폴리카보네이트의 최적의 방사 조건을 도출할 수 있었다.
(1홀 이용 시)
방사 전압: 8 내지 10kV
방사노즐 단부에서 집전체까지의 거리(TCD): 10 내지 12cm
방사 시 온습도 조건: 20 내지 30℃에서 30 내지 50%
(다홀 이용 시/ 생산 조건)
방사 전압: 40 내지 60kV
방사노즐 단부에서 집전체까지의 거리(TCD): 20 내지 25cm
방사 시 온습도 조건: 20 내지 30℃에서 30 내지 50%
본 발명에서 각 구성에 대한 설명은 앞서 설명한 바와 중복되며, 중복된 부분에 대한 설명은 생략한다.
한편, 폴리카보네이트를 전기방사할 경우, 신축성이 없는 고분자의 특성으로 인해 나노섬유 부직포가 벌키하게 부푼다. 반면, 신축성이 있는 고분자인 폴리우레탄이나 폴리비닐리덴 플루오라이드의 경우에는 전기방사 시 나노섬유 부직포의 벌키성이 없다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 적층체를 제조하는 단계 이후에 추가적으로 적층체를 라미네이팅 하는 단계를 포함한다. 구체적으로 라미네이팅 단계는 120 내지 140℃ 온도, 0.5 내지 1.5MPa의 압력에서 적층체를 가열 및 가압한다. 상기 라미네이팅 단계에서 온도가 120℃ 이하인 경우 폴리카보네이트 나노섬유 부직포의 벌키성이 해결되지 않는 문제가 있으며, 온도가 140℃ 초과인 경우에는 내열성 문제로 인해 나노섬유가 녹아버리는 문제가 발생한다. 또한, 압력 범위는 0.5 내지 1.5MPa를 유지하는 것이 가장 적절한 범위이다.
이에, 본 발명에서 상기와 같이 라미네이팅 단계가 필요한 이유는 폴리카보네이트를 전기방사하여 나노섬유 부직포를 제조하는 경우, 나노섬유가 벌키성을 가지므로 부피가 커져 부풀어 오르므로, 이를 눌러주기 위함이다.
이하, 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 본 명세서에 기재된 실시예에 기재된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
실시예 및 비교예
실시예 1
상대 점도가 1500 cps인 폴리카보네이트(PC)를 디메틸아세트아마이드(DMAc)에 30 중량% 용해시켜 고분자 방사 용액을 준비하였다.
이후, 평량이 70g/m 2인 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재를 준비하여, 하향식 전기방사장치의 컬렉터 상에 위치시키고, 준비된 고분자 방사 용액을 하향식 전기방사장치를 이용하여 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재 상에 폴리카보네이트 나노섬유 부직포를 제조하였다. 구체적으로, 방사 홀이 100개가 배열된 하향식 전기방사 장치를 이용하였으며, 40kV의 전압을 인가하고 상온 및 30% 의 상대 습도 조건에서 나노섬유 부직포의 평량이 1g/m 2가 되도록 전기방사를 수행하였다.
이후, 폴리카보네이트 나노섬유 부직포 상면에 평량이 17g/m 2인 정전기 처리된 폴리프로필렌 멜트 블로운 부직포를 적층한다.
폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재, 폴리카보네이트 나노섬유 부직포 및 정전기 처리된 폴리프로필렌 멜트 블로운 부직포의 순서로 적층된 적층체를 라미네이션 장비를 이용하여 라미네이팅 하였다. 이 때, 가열 온도는 120℃였으며, 0.5MPa의 조건으로 가압하였다.
라미네이팅 단계를 마친 이후 최종적으로 에어 필터가 제조되었다.
실시예 2
- 165℃에서의 융점을 가지며, 평량이 30g/m 2인 내열성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 층
- 200g의 야자 코코넛 유래의 활성탄을 포함하고, 평량이 30g/m 2인 솜 형태의 일반 폴리에틸렌 테레프탈레이트 층 및
- 110℃에서의 융점을 가지며, 평량이 20g/m 2인 저융점 폴리에틸렌 테레프탈레이트 층
상기 3층이 순서대로 적층된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재를 준비하고, 저융점 폴리에틸렌 테레프탈레이트 층 상에 폴리카보네이트 나노섬유 부직포가 전기방사되는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 에어 필터를 제조하였다.
비교예1
한온시스템 사의 순정품 필터를 준비하였다.
비교예2
㈜맑은성원플러스의 필터 '맑은 공기'를 준비하였다.
비교예3
카포스(CARPOS) 사의 필터 '프리미엄 콤비네이션 필터'를 준비하였다.
비교예4
*BULLSONE 사의 필터 '베이킹소다 에어컨 필터'를 준비하였다.
비교예 5
BULLSONE 사의 필터 '프리미엄 5중 에어컨 필터'를 준비하였다.
본 발명에 있어서 에어 필터의 물성은 아래와 같은 방법으로 평가 하였다.
1. 여과효율 [Filtration Efficiency, %]
1) ISO 5011 기준으로 A2 Fine test로 필터의 여과효율로 나타내었다.
2) DIN-71460-3의 규정에 근거하여, 입자(DEHS) 사이즈가 0.3 내지 0.5㎛ 인 경우의 여과효율을 측정하였다.
구체적으로, DIN-71460-3 규정에 따르면 정전기 필터에 IPA(이소 프로필 알코올)을 노출(통과)시켜 필터가 중화되어 전하가 소실됨으로 정전기 효과가 배제된 필터의 효율을 측정한다.
상기 여과효율 측정값을 표 1에 표기하였다.
구분 여과효율 1) (%) 여과효율 2) (%)
실시예1 85.3 50.6
실시예2 85.1 50.5
비교예1 83.4 49.5
비교예2 67.2 29.6
비교예3 76.8 43.3
비교예4 62.8 29.9
비교예5 67.5 40.0
표 1에 따르면, 실시예 1 및 실시예 2에 의해 제조된 에어 필터의 경우, 일반적인 필터의 여과효율을 측정하는 1) 측정에 있어서도, 효율이 매우 높으면서도 동시에, 정전기 효과를 배제하는 2) 측정에 있어서도 여과효율이 50% 이상인 것을 알 수 있다.본 발명에 의해 제조된 에어 필터는 정전기 처리에 의한 효율을 배제하고도, 에어 필터의 구성으로 나노섬유 부직포 층을 포함하는 점으로 인해 여과효율이 우수한 것으로 나타났다.
2. 압력손실 [Pressure Drop Test, mmH 2O]
ISO 5011를 기준으로 유량 180, 300, 420 및 600 CMH(m 3/h)일 때의 압력 손실을 측정하였다.
구분 180CMH 300CMH 420CMH 600CMH
실시예1 3.9 6.9 11.4 18.3
실시예2 3.8 6.8 11.2 18
비교예1 3.8 6.8 10.2 16.6
비교예2 4.9 9.5 15.2 26.3
비교예3 4.2 7.5 11.5 19
비교예4 2.6 4.8 7.4 12.3
비교예5 3.7 7.3 11.8 20.8
상기 표 2에 따르면 실시예 1 및 2은 비교예 2,3에 비하여 차압이 낮은 효과가 발휘됨을 알 수 있다. 한편, 비교예 4의 경우 실시예보다 차압이 낮은 특징이 있지만, 표 1에서의 필터 효율값이 매우 낮은 문제가 존재한다.한편, 비교예 1 또는 5의 경우 차압은 실시예 1, 2와 유사한 수준이지만, 표 1에 의하면 여과효율이 다소 떨어지는 것을 알 수 있다.
다시 말하면, 본원 발명의 실시예 1 및 2는 종래 필터 대비 차압은 유사 내지 더욱 낮으면서도 필터 효율은 더 높은 이점이 있음이 나타났다.
이로 인해, 본 발명에 의해 제조된 실시예 1 및 2의 필터를 이용하는 것은 동등 차압 대비 여과효율이 높은 것을 알 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
(부호의 설명)
100: 에어 필터, 110: PET 기재,
111: 내열성 PET 층 112: 저융점 PET 층
113: 일반 PET 층 114: 활성탄 파우더 입자
120: 나노섬유 부직포, 130: PP 멜트 블로운.

Claims (7)

  1. 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재;
    전기방사에 의해 형성되는 폴리카보네이트 나노섬유 부직포; 및
    폴리프로필렌 멜트 블로운 부직포가 순차적으로 적층되는 구조이며,
    상기 폴리프로필렌 멜트 블로운 부직포는 정전기 처리가 된 것인 에어 필터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 나노섬유 부직포의 섬유 직경은 100 내지 700nm인 것을 특징으로 하는 에어 필터.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재는 활성탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 필터.
  4. 제 1항에 있어서,
    자동차용 캐빈 필터(Cabin filter), 공기 청정기용 필터, 청소기용 필터, 마스크 또는 창문형 필터인 것을 특징으로 하는 에어 필터.
  5. 제 1항에 있어서,
    DIN-71460-3에 따른 측정 시, PM 0.3~0.5의 DEHS 입자에 대한 여과 효율이 50% 이상인 것을 특징으로 하는 에어 필터.
  6. 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재를 준비하는 단계;
    유기 용매에 폴리카보네이트(PC) 25 내지 35중량%을 용해시킨 방사 용액을 제조하는 단계;
    상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재 상에 전압 40 내지 60kV, 상온 조건 및 30 내지 50%의 상대 습도 조건에서 상기 방사 용액을 하향식으로 전기방사하여 나노섬유 부직포를 적층 형성하는 단계; 및
    상기 나노섬유 부직포 상에 폴리프로필렌 멜트 블로운 부직포를 적층하여 적층체를 제조하는 단계;를 포함하고,
    상기 폴리프로필렌 멜트 블로운 부직포는 정전기 처리가 된 부직포인 것을 특징으로 하는 에어 필터의 제조 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 적층체를 제조하는 단계 이후에 추가적으로 120 내지 140℃ 온도, 0.5 내지 1.5MPa의 압력에서 적층체를 가열 및 가압하는 라미네이팅 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 필터의 제조 방법.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100139224A1 (en) * 2008-12-05 2010-06-10 E. I. Du Pont De Nemours And Company Filter media with nanoweb layer
JP2017101346A (ja) * 2015-11-30 2017-06-08 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 積層不織布および積層不織布の製造方法
JP2018001063A (ja) * 2016-06-28 2018-01-11 Jnc株式会社 フィルター濾材及びその製造方法
KR20180055551A (ko) * 2016-11-17 2018-05-25 현대자동차주식회사 부직포 적층체, 그의 제조 방법 및 이를 포함하는 캐빈 에어 필터
JP2019155244A (ja) * 2018-03-09 2019-09-19 日本バイリーン株式会社 積層帯電濾材

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180007821A (ko) * 2016-07-14 2018-01-24 (주)에프티이앤이 나노섬유 웹을 포함하는 다층 미세먼지 차단용 필터 및 이의 제조방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100139224A1 (en) * 2008-12-05 2010-06-10 E. I. Du Pont De Nemours And Company Filter media with nanoweb layer
JP2017101346A (ja) * 2015-11-30 2017-06-08 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 積層不織布および積層不織布の製造方法
JP2018001063A (ja) * 2016-06-28 2018-01-11 Jnc株式会社 フィルター濾材及びその製造方法
KR20180055551A (ko) * 2016-11-17 2018-05-25 현대자동차주식회사 부직포 적층체, 그의 제조 방법 및 이를 포함하는 캐빈 에어 필터
JP2019155244A (ja) * 2018-03-09 2019-09-19 日本バイリーン株式会社 積層帯電濾材

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