KR101954414B1 - 공기필터 여재의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 (S1) 권취된 부직포 지지체를 권출하는 부직포 지지체의 권출단계; (S2) 하부에 배출구가 마련된 호퍼와, 각각 외면에 다수의 침들이 소정 간격으로 배치되며 서로 반대방향으로 회전하는 스캐터링 롤러 및 테이크-오프 롤러를 소정 간격으로 마주보도록 상기 배출구 아래에 배치한 산포장치를 상기 권출된 부직포 지지체의 상면에 위치시키고, 평균 섬도가 1 내지 20 denier이고 평균 길이 1 내지 10 mm이며 소정 융점을 갖는 개섬된 열융착성 단섬유들을 상기 호퍼에 공급하고 배출구를 통해 배출시켜 스캐터링 롤러에 구비된 침들 사이로 공급한 후 테이크-오프 롤러의 침들로 탈락, 낙하시켜 상기 부직포 지지체의 상면에 산포하는 열융착성 단섬유의 산포단계; (S3) 상기 산포된 열융착성 단섬유들의 상면에 탈취분말들을 산포하는 탈취분말의 산포단계; 및 (S4) 상기 산포된 탈취분말의 상면에 멜트블로운 부직포를 권출하여 적층하고 상기 열융착성 단섬유의 융점보다 높은 온도로 열처리하는 열처리단계를 포함하는, 공기필터 여재의 제조방법을 제공한다.

Description

공기필터 여재의 제조방법{Method of preparing an air filter}

본 발명은 자동차의 캐빈 에어필터, 공조용 또는 공기청정용 필터 등에 적용되어 공기를 정화할 수 있는 공기필터 여재의 제조방법에 관한 것이다.

실내 또는 실외 공기의 오염물질로는 미세먼지와 같은 입자상 오염물질과 암모니아(ammonia), 트리메틸아민(trimethyl amine), 메틸메르캅탄(Methanthiol), 황화수소(hydrogen sulfide), 산화질소(nitric oxide), 이산화질소(nitrous oxide), 스티렌(styrene) 등의 각종 악취 및 유해가스가 대표적이다.

이와 같은 입자상 및 가스상 오염물질을 공기 중으로부터 제거하여 공기를 정화시키기 위한 목적으로 자동차나 실내에서는 입자상 오염물질을 제거할 수 있는 미세화된 멜트블로운 부직포에 악취 및 유해가스를 흡착할 수 있는 탈취분말들 (섬유활성탄, 제올라이트, 이산화티탄 광촉매 등)을 적용한 복합필터가 사용되고 있다.

이러한 복합필터의 여재는 탈취분말들을 부직포 지지체와 멜트블로운 부직포 사이에 개재시킨 형태로 이루어지므로, 탈취분말들을 복합필터 여재 내에 고정시킬 필요가 있다.

한국 공개특허공보 제2016-0062946호에는 단섬유로 이루어진 부직포에 탈취분말들을 산포한 후 니들 펀칭하여 섬유들 사이를 교락시킴으로서 탈취분말들을 부직포 내부에 가두면서 일체화하는 기술을 개시하고 있다, 그러나, 이러한 방법으로는 탈취분말들을 충분히 부직포 내부에 결속시키기가 어려우므로 제조공정 중 또는 사용시 탈취분말들이 유출되는 문제점을 나타내며, 이를 방지하기 위해 니틀 펀칭 횟수를 크게 증가시키면 니들 펀칭 과정에서 탈취분말들이 깨지고 비산되는 문제점이 발생한다.

탈취분말들을 고정시키는 또 다른 방법으로서 핫-멜트 또는 바인더 수지를 도포하거나, 저융점의 파우더(EVA 파우더, PE 파우더, PVA파우더 등)를 탈취분말들과 함께 혼합하여 산포한 후 열을 가하여 용융시키는 방법이 사용되었다. 그러나, 핫-멜트나 바인더 수지를 이용하는 경우 이들 접착성 성분들이 탈취분말의 표면을 코팅하여 탈취성능이 저하되는 문제점이 발생한다. 또한, 탈취분말과 함께 혼합된 저융점 파우더 역시 용융시 탈취분말의 표면에 다량 코팅되어 탈취성능이 저하된다.

전술한 문제점을 저감하는 방법으로서, 저융점을 갖는 열융착성 단섬유의 웹을 부직포 지지체 위에 적층시킨 다음 그 위에 탈취분말들을 산포시킨 후 다른 부직포를 적층한 후 열처리하여 탈취분말들을 고정시키는 방법이 제안되었다(한국 공개특허공보 제2008-0096247호). 이러한 탈취분말들의 고정방법에 있어서, 복합필터의 성능을 증대시키기 위해서는 탈취분말들을 열융착성 단섬유 층의 내부에 잘 분산 및 고정시키는 기술의 개발이 요구되고 있다.

특허문헌 1: 한국 공개특허공보 제2016-0062946호 특허문헌 2: 한국 공개특허공보 제2008-0096247호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 부직포 지지체와 멜트블로운 부직포 사이에 열융착성 단섬유를 이용하여 탈취분말들을 고정시, 탈취분말들을 열융착성 단섬유 층의 내부에 잘 분산 및 고정시키는 공기필터 여재의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 공기필터 여재의 제조방법은,

(S1) 권취된 부직포 지지체를 권출하는 부직포 지지체의 권출단계;

(S2) 하부에 배출구가 마련된 호퍼와, 각각 외면에 다수의 침들이 소정 간격으로 배치되며 서로 반대방향으로 회전하는 스캐터링 롤러 및 테이크-오프 롤러를 소정 간격으로 마주보도록 상기 배출구 아래에 배치한 산포장치를 상기 권출된 부직포 지지체의 상면에 위치시키고, 평균 섬도가 1 내지 20 denier이고 평균 길이 1 내지 10 mm이며 소정 융점을 갖는 개섬된 열융착성 단섬유들을 상기 호퍼에 공급하고 배출구를 통해 배출시켜 스캐터링 롤러에 구비된 침들 사이로 공급한 후 테이크-오프 롤러의 침들로 탈락, 낙하시켜 상기 부직포 지지체의 상면에 산포하는 열융착성 단섬유의 산포단계;

(S3) 상기 산포된 열융착성 단섬유들의 상면에 탈취분말들을 산포하는 탈취분말의 산포단계; 및

(S4) 상기 산포된 탈취분말의 상면에 멜트블로운 부직포를 권출하여 적층하고 상기 열융착성 단섬유의 융점보다 높은 온도로 열처리하는 열처리단계를 포함한다.

본 발명의 공기필터 여재의 제조방법에 있어서, 열융착성 단섬유들의 평균 섬도는 2 내지 10 denier이고 평균 길이는 2 내지 8 mm인 것이 바람직하고, 열융착성 단섬유들은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리에스테르로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 고분자로 이루어질 수 있다.

본 발명의 공기필터 여재의 제조방법에 있어서, 열융착성 단섬유들과 탈취분말들의 중량비는 1:1 내지 1:20인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 공기필터 여재의 제조방법에 있어서, 스캐터링 롤러에 구비된 침들의 높이 및 간격은 예를 들어 각각 상기 열융착성 단섬유들의 평균 길이보다 10 내지 30배 및 1.5 내지 5배이고, 상기 테이크-오프 롤러에 구비된 침들의 높이 및 간격은 예를 들어 각각 상기 열융착성 단섬유들의 평균 길이보다 2 내지 10배 및 1 내지 5배인 것을 사용할 수 있다.

본 발명의 공기필터 여재의 제조방법에 있어서, 상기 (S3)의 탈취분말의 산포단계 후에 상기 부직포 지지체의 하면에서 석션을 수행하거나 또는 진동을 가하는 탈취분말의 재배치단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 탈취분말들을 접착제가 아닌 열융착성 단섬유들을 이용하여 필터여재 내에 고정시킴으로써 접착제 사용에 따른 탈취성능 저하의 문제를 일으키지 않는다.

특히, 부직포 지지체의 상부에 산포된 열융착성 단섬유들은 서로 뭉쳐지는 현상이 저감되어 벌키성을 갖게 되어 탈취분말들이 단섬유들 사이에 골고루 침투할 수 있다. 이에 따라 열융착성 단섬유들의 층 내부에 탈취분말들이 골고루 분산 및 고정되므로 탈취분말들의 탈리현상 및 고정성이 개선된 공기필터 여재를 제조할 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공기필터 여재의 제조방법에 관한 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 산포장치를 이용하여 열융착성 단섬유를 산포하는 방법을 도시한 개략도이다.
도 3는 에어-레이드 방법을 이용하여 열융착성 단섬유를 산포할 경우에 형성되는 공기필터 여재를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 공기필터의 제조방법에 따라 형성되는 공기필터 여재를 개략적으로 도시한 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 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.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공기필터 여재의 제조방법에 관한 공정도이고,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 산포장치를 이용하여 열융착성 단섬유를 산포하는 방법을 도시한 개략도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 공기필터 여재의 제조방법은, 권취된 부직포 지지체(1)를 권출한다(S1, 부직포 지지체의 권출단계).

부직포 지지체는 공기필터의 형태안정성을 부여하는 요소로서, 통상적으로 공기필터의 지지체로서 사용되는 부직포라면 모두 사용이 가능하며, 예를 들어 폴리에스테르 섬유, 폴리프로필렌 섬유 등의 합성섬유, 마, 면 등의 천연섬유 또는 레이온 등의 반합성섬유 등을 1종 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 단섬유로 된 부직포, 스펀본드 부직포 등 모든 형태의 부직포가 사용가능하며 이에 한정되지 않는다.

부직포 지지체는 권취기(2)에 권취되어 있고, 이를 권출함으로서 연속적으로 공정에 투입된다.

부직포 지지체에 열융착성 단섬유(3)를 산포하는 열융착성 단섬유의 산포 단계(S2)는 다음과 같이 이루어진다.

하부에 배출구가 마련된 호퍼(4)와, 각각 외면에 다수의 침들이 소정 간격으로 배치되며 서로 반대방향으로 회전하는 스캐터링 롤러(5) 및 테이크-오프 롤러(6)를 소정 간격으로 마주보도록 상기 배출구 아래에 배치한 산포장치(7)를 상기 권출된 부직포 지지체(1)의 상면에 위치시킨다. 스캐터링 롤러(5)에 구비된 침들의 높이 및 간격은 예를 들어 각각 상기 열융착성 단섬유들(3)의 평균 길이보다 10 내지 30배 및 1.5 내지 5배이고, 상기 테이크-오프 롤러(6)에 구비된 침들의 높이 및 간격은 예를 들어 각각 상기 열융착성 단섬유들(3)의 평균 길이보다 2 내지 10배 및 1 내지 5배인 것을 사용할 수 있다.

호퍼(4)에는 평균 섬도가 1 내지 20 denier이고 평균 길이 1 내지 10 mm이며 소정 융점을 갖는 개섬된 열융착성 단섬유들(3)을 공급하여 배출구를 통해 배출시킨다.

열융착성 단섬유들(3)은 방사구를 통해 용융방사한 필라멘트사를 필요에 따라 선택적으로 연신한 후 1 내지 10 mm의 길이, 바람직하게는 2 내지 8 mm의 길이로 커트한 섬유로서, 평균 섬도는 2 내지 10 denier인 것이 더욱 바람직하다. 이러한 열융착성 단섬유들(3)은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀 섬유, 폴리에스테르 섬유 등을 1종 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 단일 고분자로 된 단섬유를 이용하거나 코어-시스 구조, 사이드 바이 사이드 구조, 편심 구조 등을 갖는 이성분 복합사로 된 단섬유를 이용할 수 도 있다. 열융착성 단섬유들(3) 외에 필요에 따라 비용융성 단섬유 (마, 면 등의 천연섬유, 레이온 등의 반합성 섬유)를 30 % 이하로 더 혼합할 수도 있다.

이러한 열융착성 단섬유들(3)은 잘 알려진 개섬장치를 통해 개섬되어 호퍼에 공급되며, 호퍼(4)의 배출구를 통해 배출된 열융착성 단섬유들(3)은 스캐터링 롤러(5)에 구비된 침들 사이로 공급된다. 스캐터링 롤러(5)의 회전에 의해 열융착성 단섬유들(3)은 이동되고 반대방향으로 회전하는 테이크-오프 롤러(6)의 침들에 의해 탈락, 낙하됨으로서 부직포 지지체(1)의 상면에 산포된다.

이어서, 산포된 열융착성 단섬유들(3)의 상면에 탈취분말들(8)을 산포한다(S3, 탈취분말의 산포 단계).

탈취분말들(8)의 산포방법은 특별히 한정되지 않는데, 예를 들어 탈취분말을 충전시킨 호퍼의 배출구를 통해 한국 등록특허공보 제10-1156611호에 개시된 격자형 형상의 도포롤러를 통해 산포하는 방법 등을 이용할 수 있다.

탈취분말들(8)로는 목적하는 공기 중의 오염물질을 탈취할 수 있는 것이라면 모두 사용 가능한데, 예를 들어 활성탄 분말, 소취물질이 첨착된 활성탄 분말, 제올라이트 등을 이용할 수 있으며 이에 한정되지 않는다. 열융착성 단섬유들(3)과 탈취분말들(8)의 중량비는 1:1 내지 1:20인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1:5 내지 1:15이다.

전술한 산포장치(7)를 통해 개섬된 소정 길이의 단섬유들(3)을 부직포 지지체(1)에 산포시킨 후 탈취분말들(8)을 산포하는 이유는 다음과 같다.

앞서 설명한 바와 같이, 열융착성 단섬유들(3)은 탈취분말들(8)을 필터 여재에 고정시키는 역할을 수행한다. 즉, 본 발명은 탈취분말들(8)을 접착제가 아닌 열융착성 단섬유들(3)을 이용하여 필터여재 내에 고정시킴으로써 접착제 사용에 따른 탈취성능 저하의 문제를 일으키지 않는다.

개섬장치를 통해 빗질에 의해 개섬된 열융착성 단섬유들을 에어-레이드 방식 또는 카딩 방식과 같은 방법으로 부직포 위에 적층하는 경우 단섬유들은 길이방향으로 배열된 상태로 위치하게 되므로, 그 위에 산포된 탈취분말들(8)이 단섬유들 사이에 안착되지 않고 단섬유 웹층(11)을 통과하여 아래쪽 부직포 지지체(1) 표면으로 이동하는 현상이 발생한다(도 3 참조). 또한, 배열된 단섬유들은 부분적으로 불균일하게 뭉치는 현상이 발생하는데, 이로 인해 산포된 탈취분말들(8)이 섬유 사이로 침투하지 못하는 현상이 발행한다. 즉, 탈취분말들(8)이 열융착성 단섬유들 사이로 균일하게 침투하지 못하는 현상이 발생하게 된다.

본 발명은 단섬유를 전술한 산포장치(7)를 이용하여 산포하게 되면, 개섬되어 배열된 열융착성 단섬유들(3)이 스캐터링 롤러(5)를 거쳐 테이크-오프 롤러(6)의 침들에 의해 탈락, 낙하하는 과정에서 그 배열성이 분산되어 벌키성이 양호한 열융착성 단섬유 웹층(11)이 부직포 지지체(1) 위에 형성되게 된다. 이러한 단섬유 웹층(11)에 산포된 탈취분말들(3)은 열융착성 단섬유 웹층(11) 사이에 균일하게 침투하여 안착하게 될 수 있다(도 4 참조). 여기서, 섬유장이 1 내지 10 mm로 상당히 짧은 단섬유를 이용함으로서 전술한 단섬유 배열의 분산을 보다 용이하게 하여 벌키성을 보다 높여줄 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 탈취분말들(8)을 산포한 후, 그 위에 다시 산포장치(14)를 이용하여 열융착성 단섬유들(3)을 더 산포할 수도 있다.

그런 다음, 상기 산포된 탈취분말들 위에 멜트블로운 부직포(12)를 권출하여 적층하고 상기 열융착성 단섬유들(3)의 융점보다 높은 온도로 열처리한다(S4, 열처리 단계).

멜트블로운 부직포(12)는 공기 중의 미세먼지 등의 입자형 오염물질을 제거하는 역할을 수행하며, 한국 공개특허공보 1993-13311호 등에 그 제조방법이 잘 알려져 있다.

오븐이니 열풍장치 등의 가열장치(15)를 통해 열융착성 단섬유들(3)의 융점보다 높은 온도로 열처리하면, 열융착성 단섬유들(3)의 표면이 융해되어 산포된 탈취분말들(3)이 열융착성 단섬유의 표면에 접착, 고정된다. 또한, 열융착성 단섬유들(3)의 표면 융해에 의해 열융착성 단섬유들(3)끼리의 열융착 및 지지체 부직포(1)와 멜트블로운 부직포(12)와의 열융착이 수행되어 각 구성요소들이 일체화된다. 열처리 시간 및 온도는 전술한 목적에 따라 당업자가 용이하게 조절할 수 있음을 공지의 사실이다. 필요에 따라 소정 정도로 니들펀칭하여 공기필터 여제의 일체화 정도를 강화시킬 수 있다.

본 발명의 공기필터 여재의 제조방법에 있어서, 상기 (S3)의 탈취분말의 산포단계 후에 상기 부직포 지지체(1)의 하면에서 석션을 수행하거나 또는 진동을 가하는 탈취분말들(8)의 재배치단계를 더 수행할 수 있다. 이에 따라 열융착성 단섬유들(3) 위에 산포된 탈취분말들(8)이 열융착성 단섬유들(3) 사이사이로 더욱 잘 침수하게 된다.

이와 같이 제조한 공기필터 여재는 자동차의 캐빈 에어필터, 공조용 또는 공기청정용 필터 등에 적용되어 공기중의 입자형 오염물질은 물론 가스형 오염물질을 함께 정화할 수 있다.

1: 부직포 지지체, 2: 권취기
3: 열융착성 단섬유 4: 호퍼
5: 스캐터링 롤러 6: 테이크-오프 롤러
7: 산포장치 8: 탈취분말
11: 단섬유 웹층 12: 멜트블로운 부직포
14: 산포장치 15: 가열장치

Claims (6)

1. (S1) 권취된 부직포 지지체를 권출하는 부직포 지지체의 권출단계;
   (S2) 하부에 배출구가 마련된 호퍼와, 각각 외면에 다수의 침들이 소정 간격으로 배치되며 서로 반대방향으로 회전하는 스캐터링 롤러 및 테이크-오프 롤러를 소정 간격으로 마주보도록 상기 배출구 아래에 배치한 산포장치를 상기 권출된 부직포 지지체의 상면에 위치시키고, 평균 섬도가 1 내지 20 denier이고 평균 길이 1 내지 10 mm이며 소정 융점을 갖는 개섬된 열융착성 단섬유들을 상기 호퍼에 공급하고 배출구를 통해 배출시켜 스캐터링 롤러에 구비된 침들 사이로 공급한 후 테이크-오프 롤러의 침들로 탈락, 낙하시켜 상기 부직포 지지체의 상면에 산포하되,
   상기 스캐터링 롤러에 구비된 침들의 높이 및 간격은 각각 상기 열융착성 단섬유들의 평균 길이보다 10 내지 30배 및 1.5 내지 5배이고, 상기 테이크-오프 롤러에 구비된 침들의 높이 및 간격은 각각 상기 열융착성 단섬유들의 평균 길이보다 2 내지 10배 및 1 내지 5배로 조절된 열융착성 단섬유의 산포단계;
   (S3) 상기 산포된 열융착성 단섬유들의 상면에 탈취분말들을 산포하는 탈취분말의 산포단계; 및
   (S4) 상기 산포된 탈취분말의 상면에 멜트블로운 부직포를 권출하여 적층하고 상기 열융착성 단섬유의 융점보다 높은 온도로 열처리하는 열처리단계를 포함하는,
   공기필터 여재의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 열융착성 단섬유들의 평균 섬도는 2 내지 10 denier이고 평균 길이는 2 내지 8 mm인 것을 특징으로 하는 공기필터 여재의 제조방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 열융착성 단섬유들은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리에스테르로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 고분자로 된 열융착성 단섬유인 것을 특징으로 하는 공기필터 여재의 제조방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 열융착성 단섬유들과 탈취분말들의 중량비는 1:1 내지 1:20인 것을 특징으로 하는 공기필터 여재의 제조방법.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 (S3)의 탈취분말의 산포단계 후에 상기 부직포 지지체의 하면에서 석션을 수행하거나 또는 진동을 가하는 탈취분말의 재배치단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기필터 여재의 제조방법.

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