KR102162025B1 - 정전분말 및 정전섬유로 이루어진 습식 정전 부직포 - Google Patents

정전분말 및 정전섬유로 이루어진 습식 정전 부직포 Download PDF

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Abstract

본 발명은 정전분말 및 정전섬유로 이루어진 습식 정전 부직포에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 정전물질이 0.05-3중량%로 함유된 평균입경 20㎚~200㎛의 정전분말과 정전물질이 0.05-10중량%로 함유된 평균직경이 0.5~10㎛인 초극세 정전섬유로 이루어진 습식 정전 부직포로서, 미세입자, 초미세먼지 등에 대한 여과능력이 매우 우수한 습식 정전 부직포에 관한 것이다.

Description

정전분말 및 정전섬유로 이루어진 습식 정전 부직포{Wetlaid electret nonwoven fabric made of electret powders and fibers}
본 발명은 정전분말 및 정전섬유로 이루어진 습식 정전 부직포에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 정전분말과 초극세 섬유에 유전체 물질이 혼합된 정전섬유를 이용하여 제조된 습식 정전 부직포로서 미세입자, 초미세먼지 등에 대한 여과능력이 매우 우수한 습식 정전 부직포에 관한 것이다.
일반적으로 습식 부직포는 필터(Filter) 역할을 위해 제조되는 것으로서, 필터는 여과 능력이 우수하여야 목적 달성이 가능하다.
기존에 습식 부직포로 적용되는 재질이나 필터 주로 기계적인 작용에 의한 여과 효과를 발휘하고 있으나, 최근 미세먼지가 사회문제로 크게 대두되면서 기계적 여과만으로는 미세먼지를 여과할 수 없는 문제에 봉착하였다.
그러므로 최근에는 미세먼지 입자나 미세 분진 등을 여과하기 위하여 정전 효과를 가지는 필터에 대한 연구가 진행되고 있다. 그러나 이러한 정전 여과를 위한 필터는 필름 컷팅 & 카딩(Film) 단섬유, 방사 단섬유(건식부직포), 멜트브로운(Meltblown), 스펀본드(Spunbond), 스펀레이스(Spunlace), 용매 나노방사, 용융 나노 방사등의 여러 가지 형태의 정전 섬유가 개발되고 진행되고 있다. 그러나 이러한 정전 여과를 위한 필터는 전하를 띠는 정전기 보유기간이 매우 짧아 실용적이지 못하고 제대로 여과 효과를 발휘하지 못하는 문제점이 있었다. 또한 최근에는 습식부직포로 정전부직포를 개발하는데 유제 세척에 대한 문제점이 있었다
기존에 미세먼지 등을 여과하기 위한 필터로서, 한국공개특허 제10-2002-0081152호에서는 (a) 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF : poly vinylidene fluoride)와 폴리프로필렌 (PP : polypropylene)을 혼합 방사하여 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 이로부터 제조되는 정전필터가 개시되어 있으며, 한국공개특허 제10-2017-0074334호에서는 폴리프로필렌 폴리머와 유전체 무기물을 혼합 방사하여 제조된 섬유를 이용하여 제조된 정전필터로서, 미세입자 크기의 분진 등에 대한 여과성능이 우수하여 여과효율이 높고, 정전기력을 장기간 유지하여 장시간 동안 여과성을 유지할 수 있는 고효율의 정전필터가 개시되어 있다.
그 외에도, 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.
그리고 한국등록특허 제10-1919253호에서는 용융지수가 20 ~ 36 g/10min인 폴리프로필렌 95 내지 99.8 중량%에 BaTiO3 또는 PMMA 로부터 선택되는 하나 이상의 유전체 분말 0.2 ~ 5 중량%를 포함하는 초부;와, 고유점도 0.6 ~ 1.2의 폴리에스테르로 이루어진 심부;로 구성되는 유전체 분말을 포함하는 정전필터 제조용 심초사로서, 상기 초부와 심부가 20 ~ 50 : 80 ~ 50 중량%로 구성되고, 단사섬도가 0.5 ~ 20 데니어인 심초사형 모노필라멘트로 구성되는 유전체 분말을 포함하는 정전필터 제조용 심초사와 이를 함유하는 정전필터에 관하여 제안하고 있다. 이 경우는 심초사 제조 등에 어려움이 있고 공정이 복잡하여 비용이 많이 드는 비경제적인 문제가 있다.
이와 같이 종래의 발명들은 유전체 물질을 포함하는 섬유의 혼합방사, 심초사 등으로 제조하여 사용함으로 인해 정전효과가 제대로 발휘되지 못하는 문제가 있어서 충분한 목적 달성이 어렵다.
한국공개특허 제10-2002-0081152호 한국공개특허 제10-2017-0074334호 한국공개특허 제10-2017-0074334호 한국등록특허 제10-1919253호
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점들을 개선하기 위하여, 기존에 사용되어왔던 습식 정전 부직포보다 흡착성이 우수한 초극세 섬유를 사용하면서도 간단하고 경제적인 방법으로 고효율의 필터 성능을 가진 습식 정전 부직포로 제조하는 것을 해결과제로 한다.
따라서 본 발명의 목적은 정전분말 물질과, 초극세 섬유 제조시에 유전체 물질이 혼합된 정전섬유를 이용하여 제조된 습식 정전 부직포를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 유전체 성분을 최소로 사용하면서 최대의 정전 효과를 나타내고, 간단하면서도 경제적인 방법으로 제조 가능한 고효율의 습식 정전 부직포를 제공하는데 있다.
위와 같은 과제 해결을 위하여, 본 발명은 상기 합성수지분말 99.95-90중량%와 유전체 분말 0.05-10중량%를 함유하는 정전분말과, 평균직경이 0.5-10㎛인 섬유에 유전체 성분이 0.05-3중량%로 함유된 초극세 정전섬유를 포함하는, 정전분말 및 정전섬유로 이루어진 습식 정전 부직포를 제공한다.
또한, 본 발명은 합성수지분말 99.95-90중량%와 유전체 분말 0.05-10중량%를 혼합하여 정전분말을 준비하는 단계; 유전체 성분을 0.05-3중량%로 함유하는 평균직경이 0.5-10㎛인 초극세 정전섬유를 제조하는 단계; 및 상기 정전분말과 초극세 정전섬유를 이용하여 습식 부직포를 제조하는 단계를 포함하는 정전분말 및 정전섬유로 이루어진 습식 정전 부직포의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 습식 정전 부직포는 정전성분으로 유전체 성분을 혼합하여 사용하여 초극세 정전섬유를 제조하고, 이러한 정전섬유와 정전분말을 이용하여 부직포로 제조함으로써 간단하게 습식 정전 부직포를 제조할 수 있으므로, 정전분말을 사용하여 초극세 정전섬유 부직포에 정착시켜서 제조하는 필터를 경제적으로 제조가 가능하고 고효율로 미세물질을 여과할 수 있는 효과가 있다.
또한, 유전체 분말성분을 정전물질로 적용함에 있어서, 합성수지에 혼합하여 초극세 섬유로 함께 제조하여 사용하기 때문에 그 사용량을 최소화하여 장기간 사용에도 최대의 정전 효과를 얻을 수 있어서 이런 점에서도 경제적인 방법으로 제품화가 가능한 장점이 있다.
이하, 본 발명을 하나의 구현예로서 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 이하에서 개시되는 구현예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형되거나 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 정전분말 및 정전섬유로 이루어진 습식 정전 부직포에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 정전분말로서, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 이들의 혼합물 중에서 선택된 합성수지분말에 유전체분말이 0.05-10중량%로 함유된 정전분말이 사용되며, 이러한 정전분말이 초극세 섬유로 이루어진 정전섬유에 0.05-3중량%로 함유되어 있다.
여기서 정전섬유는 유전체 성분이 전체 중량의 0.05-3중량%로 함유된 초극세 정전섬유가 바람직하게 사용된다.
그러므로 본 발명에 따른 습식 정전 부직포는 정전분말이 부직포로 이루어진 초극세 정전섬유의 사이사이에 분산되어 존재하는 형태로 함유될 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 초극세 섬유에 사용되는 섬유는 합성수지로서 열가소성 수지로 이루어지고, 바람직하게는 용융 열가소성 수지로 이루어질 수 있다. 용융 열가소성 수지의 예로서는 용융 올레핀계 열가소성 수지, 더 바람직하게는 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP) 수지로 이루어질 수 있다.
본 발명의 초극세 섬유에 사용되는 합성수지로서 열가소성 수지는 여러 가지 공지의 열가소성 수지일 수 있다. 이러한 열가소성 수지의 구체예로서는, 에틸렌, 프로필렌, 4-메틸-1-펜텐 및 α-올레핀의 단독 또는 공중합체가 포함된다. 보다 구체적으로는, 저밀도 폴리에틸렌, 선상 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌(프로필렌 단독중합체), 폴리프로필렌 랜덤 공중합체, 폴리4-메틸-1-펜텐, 에틸렌·프로필렌 랜덤 공중합체등의 폴리올레핀을 들 수 있다. 또한, 열가소성 수지의 다른 예로, 이소불화비닐(PVDF), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리테트라플루로에틸린(PTFE) 등의 폴리카보네이트 또는 이들의 혼합물 등을 예시할 수 있다.
본 발명에 따르면, 초극세 섬유는 상기 합성수지 성분의 혼합 구성으로 제조되는 복합 혼섬유 형태를 가질 수 있다.
이러한 초극세 섬유를 제조하기 위한 합성수지 성분은 섬유 제조에 주성분이 되는 것으로서, 바람직하게는 용융지수가 15 ~ 40 g/10min인 것을 사용하는 것이 정전물질인 유전체 성분과의 혼합과정에서 용이하게 혼합할 수 있으며, 초극세 섬유로 제조된 후에 유전 효과를 바람직하게 발휘할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 합성수지 성분과 유전체 성분을 혼합하여 초극세 섬유를 제조하는 데, 이때 합성수지에 혼합되는 유전체 성분은 합성수지에 대해 0.05-3중량%로 혼합하여 초극세 정전섬유를 제조할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 유전체 성분으로서는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 힌더드아민 광안정화제(HALS), 트리아진, BaTiO3 중에서 선택된 하나 이상의 유전체 성분이 사용될 수 있다. 그러나 그 이외의 유전체 성분도 사용 가능하므로 이에 한정되는 것이다. 특히, 본 발명에서 사용가능한 HALS는 UV에 의한 광화학반응을 감소시키거나 중단시킴으로써 폴리머의 변형을 방지하는 광안정제로 사용되는 것으로서, 대부분의 HALS는 유전체로서의 특성을 갖는 것으로 알려져 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 이렇게 합성수지와 유전체 성분이 혼합되어 평균직경이 0.5-10㎛인 초극세 섬유로 제조하여 사용한다. 이러한 정전 특성을 가지는 초극세 정전섬유는 기존에 유전체 분말을 섬유로 제조하여 사용되어 왔던 정전섬유와는 달리 그 섬유의 평균직경이 작은 초극세 섬유이므로 일번적인 평균직경이 큰 섬유에 비해 정전 면적이 월등하게 넓어지고, 매우 가는 초극세 정전섬유의 부직포 구성으로 인해 매우 우수한 흡착 효과를 가지게 되는 것이다.
본 발명에서 ‘초극세 섬유’라 함은 극세사, 초극세사, 분해사, 해도사 등으로 제조된 섬유를 통칭한다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 초극세 섬유는 단일의 초극세 섬유, 분할사 또는 해도사; 또는 PP/PE, PET/PE, PET/PP 또는 PC 중에서 선택된 Sheath/Core 또는 Side by Side 형의 복합 융점섬유 중에서 선택된 하나 이상의 합성섬유를 포함한다. 초극세 섬유는 바람직하게는 융점 110-270℃이고 평균직경이 0.5-10㎛인 것이 사용될 수 있다.
본, 발명에서 분할사 또는 해도사는 알칼리 감량을 하고 친수화 물질을 수% 넣어 세척하여 사용할 수 있으며, 습식 부직포에서 분산이 용이하도록 초음파 분산을 할 수 있다.
본 발명에서 사용 가능한 합성섬유는 이에 한정되는 것이 아니라 이와 유사한 다른 형태나 다른 유사한 성분으로 이루어진 복합 극세섬유도 사용이 가능하다.
만일, 초극세 섬유의 평균직경이 너무 크게 되면 미세먼지 제거효과와 흡착효과가 크게 저하되며, 평균직경이 너무 작게 되면 초극세 섬유 제조와 부직포 제조에 어려움이 있는 등 비경제적인 문제가 있을 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 초극세 섬유는 물에서는 친수화 상태이고 건조가 되면 소수화로 되는 특성을 가지는 섬유이므로, 발수제 없이도 소수화가 가능하고 물에서 섬유화하여 사용하기 때문에 유제가 없어 유전체 물질을 혼합하여 정전섬유로 제조하더라도 정전섬유로의 특성을 방해하지 않는다.
또한, 본 발명에 따른 초극세 섬유는 제조되어 건조된 후 소수화 특성을 가지므로 발수성이 강하기 때문에, 필터 등으로 적용하는 경우 계속적으로 반복 사용을 위해 세정이 가능한 필터미디어(필터원단)으로 제조가 가능한 장점이 있다.
따라서 이러한 정전물질이 함유된 초극세 섬유를 이용하여 부직포로 구성한 구성을 통해 미세먼지와 초미세먼지의 필터링 효과에 매우 효율적이고 경제적이며, 별도의 정전분말을 정착시켜서 사용하지 않음으로 인해 장기간 사용에도 변함없는 내구성 등에서도 우수한 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 정전효과를 나타내는 습식 부직포 제조시에 초극세 섬유 제조과정에서 정전물질을 혼합하여 극세 섬유로 섬유화하되 일반 섬유가 아니라 특정 직경 이하의 초극세 섬유로 제조되기 때문에, 기존의 섬유화된 일반 섬유에 유전체를 적용하는 경우나 정전분말을 일반 섬유의 부직포에 혼합하여 적용하는 경우에 비해 정전효과가 월등하게 우수한 효과를 나타내는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 습식 정전 부직포는 표면적이 큰 초극세 섬유 형태로 존재하기 때문에 초미세 입자에 대한 접촉면이 넓어지는 효과를 발휘하여 필터 효과가 매우 우수한 것이다.
본 발명에 따른 정전섬유로 이루어진 습식 정전 부직포의 제조방법을 좀 더 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따르면 합성수지 분말과 유전체 분말을 혼합하여 정전분말을 제조하는 단계를 거친다.
이 과정에서 합성수지분말 99.95-90중량%와 유전체 분말 0.05-10중량%를 혼합하여 정전분말을 제조할 수 있다. 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 이때 제조되는 정전분말은 그 평균입경이 20㎚~200㎛의 크기를 가진 정전분말로 제조될 수 있다. 그래야만 초극세 정전섬유로 이루어진 부직포에 적용하기에 바람직한 특성을 가진다.
이와 별도로, 초극세 섬유 제조과정에 유전체 성분을 혼합하여 초극세 정전섬유를 제조하는 단계를 거친다.
여기서는 합성수지 99.95-97중량%에 유전체 성분을 0.05-3중량%를 혼합하여 평균직경이 0.5-10㎛인 초극세 정전섬유로 제조한다.
상기 합성수지에 유전체 성분을 혼합하여 정전섬유인 초극세 섬유로 제조하는 단계에서는 통상의 방법으로 초극세 섬유로 제조할 수 있다.
본 발명에 따르면 이렇게 제조된 초극세 정전섬유는 섬유 제조과정에서 유전체 성분을 혼합하여 초극세 섬유로 제조하기 때문에 그 자체로서 정전 특성을 발휘한다. 특히, 본 발명의 초극세 정전섬유는 그 섬유 평균직경이 기존에 비해 매우 작은 초극세 섬유이기 때문에 혼합된 유전체 물질의 외부 노출이 많아서 정전특성이 더욱 우수하고, 또 초극세 정전섬유 자체의 넓은 표면적과 흡착특성으로 우수한 미세먼지 흡착능력을 가진다. 따라서 이러한 초극세 섬유에 정전물질인 혼합된 초극세 정전섬유를 이용하여 부직포로 제조하고 이를 정전 습식 부직포로 사용하는 경우 초미세먼지 등 초미세 입자의 흡착특성이 매우 우수하다.
본 발명에 따르면 이러한 습식 정전 부직포에는 정전분말을 함유할 수 있다. 이때 함유되는 정전분말은 전체 습식 정전 부직포 중에 0.05-3중량%로 함유할 수 있다.
이 경우 사용 가능한 정전분말은 통상의 유전체 분말이 그대로 사용될 수도 있으며, 합성수지 분말과 유전체 분말이 습식(wet-laid) 혼합에 의하여 하나의 분말로 결합에서 정전분말을 구성하여 사용할 수도 있다. 혼합형 정전분말의 경우는 합성수지분말이 습식 혼합과정에서 점착력을 발휘하여 유전체 분말이 합성수지분말에 들러붙어서 하나의 분말 단위체를 구성하거나 유전체 분말 또는 합성수지분말에 코팅된 형태의 정전분말로 구성될 수 있다, 그러므로 정전분말이 제조된 후에도 유전체 분말은 외형상 분말 형태를 거의 유지하게 되지 않고 섬유에 부착되어 유전체 분말의 표면적이 확대되어 섬유상에 고착되어 있는 섬유 형태로 구성할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 초극세 정전섬유로 이루어진 습식 정전 부직포는 정전섬유에 정전분말로서, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 이들의 혼합물 중에서 선택된 합성수지분말에 유전체 분말이 0.05-10중량%로 함유된 정전분말이 습식 부직포에 함유되어 있되 정전분말이 전체 중량의 0.05-3중량%로 습식 부직포의 초극세 정전섬유에 분산되어 존재하는 형태로 함유될 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기와 같은 습식 부직포 제조공정에 의해 제조된 습식 정전 부직포는 단위중량이 30 ~ 150 g/m2 이며, 두께는 0.1 ~ 1.0 mm 이며, 통기도는 여과 효율과 통기 압력, 경제성 등을 고려할 때 20 ~ 250 cm3/cm2/sec 인 것으로 바람직하게 제조될 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 습식 부직포의 단위중량이 30 g/㎡ 미만에서는, 부직포가 지나치게 얇기 때문에, 강도가 지나치게 약해질 우려가 있고, 100g/㎡를 초과하면, 부직포의 압력손실이 지나치게 높아질 우려가 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 습식 정전 부직포의 두께는 0.1~1mm의 범위에서 강도 및 여과 효율 면에서 가장 우수하다.
본 발명에 따르면, 상기와 같이 제조된 습식 정전 부직포는 와이어상 또는 판상의 전극을 이용하여 코로나 방전 처리공정을 통해 상기 부직포의 표면을 하전처리를 실시하여 다량의 양이온 또는 음이온을 형성하게 된다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 부직포의 표면을 하전시키기 위하여 코로나방전 처리를 실시하는 정전처리 단계를 추가로 수행할 수 있다. 이러한 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.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 습식 정전 부직포에 부여하는 코로나방전은 10 내지 100 kV의 인가전압으로 수행하는 것이 바람직하다. 또한, 코로나방전의 전압 인가시간은 1 ~ 7분이 바람직하다. 상기와 같이 상기 코로나 방전에 의하여 부직포 표면 전체적으로 전하 부여량이 증가되게 된다.
상기와 같이 코로나방전 처리를 하게 되면 정전처리에 의하여 섬유의 동일 중량 대비 정전기력이 20 내지 70 % 상승될 수 있다. 따라서 필터의 제조 후 사용 중 장기간 흡착된 미세먼지가 쌓이면서 전하가 소실되어 집진효율이 저하되는 문제를 개선할 수 있다.
본 발명에 따르면 이러한 일련의 공정을 거쳐 제조된 습식 정전 부직포는 정전기 보유력이 매우 우수하며, 장기간 사용에서도 정전기의 소실이 적어 집진효율이 감소되지 않으므로 필터링 효과가 우수한 습식 정전 부직포로 제조가 가능하다.
본 발명에 따라 제조된 습식 정전 부직포는 상기와 같은 코로나방전 처리 후에 적절한 공정을 거쳐 정전필터로 제조하여 사용할 수 있다.
본 발명에 따라 제조된 정전섬유로 이루어진 습식 정전 부직포를 이용한 필터는 국세섬유 내에 정전 특성이 부여되어 있으므로 정전기 보유력이 매우 우수하며, 특히 표면적이 매우 커서 미세먼지는 물론 초미세먼지 등 미세 입자에 대한 여과 효율이 종래의 필터에 비하여 현저히 우수한 특징을 갖는다.
또한, 기존의 정전필터는 유전체를 섬유상으로 사용함으로 인해 사용시 포집효율이 급격하게 감소하거나 정전분말이 탈리되는 등의 문제가 있는 것과 달리, 본 발명의 습식 정전 부직포 기재를 이용하여 제조된 필터는 정전물질이 매우 가는 극세 섬유 내에 존재하기 때문에 정전기의 소실이 없고 표면적이 매우 넓어서 포집효율이 우수하면서도 포집효율이 감소되지 않고 장시간 유지되는 효과를 기대할 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면 정전분말과 정전섬유를 제조함에 있어서 정전섬유로 매우 가는 초극세 정전섬유로 제조하여 이를 습식 부직포로 제조하는 것이므로 간편하게 제조가 가능하기 때문에, 습식 정전 부직포에 대한 가격 경쟁력을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 습식 정전 부직포는 상기와 같이 경제적으로 제조가 가능할뿐만 아니라, 미세 정전분말 및 초극세 정전섬유로 이루어진 미세구조로 인해 더욱 우수한 집진 효율을 발휘하는 효과가 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 미세 정전분말 및 초극세 정전섬유로 이루어진 습식 정전 부직포를 이용하여 다양한 에어필터 등 필터를 제조할 수 있다.
이러한 습식 정전 부직포는 단층 또는 다른 유사한 적층체와 조합하여 복합층 형태의 적층체를 구성할 수 있다.
본 발명에 따른 정전섬유로 이루어진 습식 정전 부직포를 이용한 필터는 다양한 형태로 대기 정화를 위한 산업용, 자동차용, 가정용 필터 등으로 사용이 가능하다.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
용융지수가 32g/10min 인 PE/PET 수지 98.5 중량%와 유전체 성분로서 BaTiO3 1.5 중량%를 컴파운딩하여 정전섬유로 평균직경이 2.0㎛이고, 섬유장이 6mm인 PE/PET 복합형 초극세 정전섬유를 제조하였다.
이렇게 제조된 초극세 섬유형태의 정전섬유를 이용하여 통상적인 방법에 의거하여 단위중량이 100g/m2이고, 두께가 0.5mm이며, 통기도가 70cm3/cm2/sec 인 습식(wet-laid) 부직포를 제조하였다. 여기에 미세 정전분말(PE 분말에 유전체로서 BaTiO3 이 1.5 중량% 혼합된 분말) 90㎛ LDPE Powder 1.5%를 투입하여 상기와 같이 제조된 부직포를 20 cm X 20 cm 크기로 절단하고 연속식 코로나방전 가공 처리기기를 이용하여 상온분위기하에서 최대 처리속도 20 m/min, 30 kV의 출력으로 3분간 처리하여 습식 정전 부직포를 제조하였다.
실시예 2
용융지수가 32g/10min 인 PE/PET 수지 98.5 중량%와 유전체 성분로서 BaTiO3 1.5 중량%를 컴파운딩하여 정전섬유로 평균직경이 10.0㎛이고, 섬유장이 6mm인 PE/PET 복합형 초극세 정전섬유를 제조하였다.
이렇게 제조된 초극세 섬유형태의 정전섬유를 이용하여 통상적인 방법에 의거하여 단위중량이 100g/m2이고, 두께가 0.5 mm이며, 통기도가 100cm3/cm2/sec 인 습식(wet-laid) 부직포를 제조하였다. 여기에, 미세 정전분말 90㎛ LDPE Powder 1.5%를 투입하여 상기와 같이 제조된 부직포를 20 cm X 20 cm 크기로 절단하고 연속식 코로나방전 가공 처리기기를 이용하여 상온 분위기하에서 최대 처리속도 20 m/min, 30 kV의 출력으로 3분간 처리하여 습식 정전 부직포를 제조하였다.
실시예 3
용융지수가 32g/10min 인 PP/PET 수지 98.5 중량%와 유전체 성분로서 힌더드아민 1.5 중량%를 컴파운딩하여 정전섬유로 평균직경이 2.0㎛이고, 섬유장이 6mm인 PP/PET 복합형 초극세 정전섬유를 제조하였다.
이렇게 제조된 초극세 섬유형태의 정전섬유를 이용하여 통상적인 방법에 의거하여 단위중량이 100 g/m2이고, 두께가 0.5 mm이며, 통기도가 70cm3/cm2/sec 인 습식(wet-laid) 부직포를 제조하였다. 여기에 미세 정전분말 40㎛ LDPE Powder 1.0%를 투입하여 상기와 같이 제조된 부직포를 20 cm X 20 cm 크기로 절단하고 연속식 코로나방전 가공 처리기기를 이용하여 상온분위기하에서 최대 처리속도 20 m/min, 30 kV의 출력으로 3분간 처리하여 습식 정전 부직포를 제조하였다.
실시예 4
용융지수가 32g/10min 인 PP/PET 수지 98.5 중량%와 유전체 성분로서 힌더드아민 1.5 중량%를 컴파운딩하여 정전섬유로 평균직경이 10.0㎛이고, 섬유장이 6mm인 PP/PET 복합형 초극세 정전섬유를 제조하였다.
이렇게 제조된 초극세 섬유형태의 정전섬유를 이용하여 통상적인 방법에 의거하여 단위중량이 100g/m2이고, 두께가 0.5mm이며, 통기도 120cm3/cm2/sec 인 습식(wet-laid) 부직포를 제조하였다. 여기서 미세 정전분말 200㎛ LDPE Powder 1.5%를 투입하여 상기와 같이 제조된 부직포를 20 cm X 20 cm 크기로 절단하고 연속식 코로나방전 가공 처리기기를 이용하여 상온분위기하에서 최대 처리속도 20 m/min, 30 kV의 출력으로 3분간 처리하여 습식 정전 부직포를 제조하였다.
상기 실시에 1과 동일하게 실시하되 하기 표와 같이 유전체 분말을 사용하고 조건을 달리하여 초극세 정전섬유를 제조한 후 이를 부직포로 구성하여 습식 정전 부직포를 제조하였다.
비교예 1
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되 정전분말을 제조하지 아니하고, PE/PET 섬유 제조시 섬유의 평균직경이 10㎛이고 섬유장 6mm 단섬유를 제조하고, 통상적인 방법에 의거하여 단위중량이 100g/m2이고, 두께가 0.5 mm이며, 통기도가 100cm3/cm2/sec 인 습식(wet-laid) 부직포를 제조하였다. 이를 습식 부직포 제조에 이용하여 습식 정전 부직포를 제조하였다.
비교에 2
용융지수가 30 g/10min 인 PP/PET 97 중량%와 유전체 분말로서 크기가 힌더드아민 3 중량%를 컴파운딩하여 폴리프로필렌 마스터배치를 제조하였다. 그리고 상기 마스터배치를 초부로 하고, 고유점도가 1.0인 폴리에스테르를 심부로 하여 75/36 데이어인 심초사를 방사 및 연신하여 제조하였다. 이때 초부와 심부는 중량비로 30:70으로 구성되며, 이후에 상기 심초사를 섬유경 10㎛이고 섬유장이 6 mm인 단섬유를 제조하고, 이를 통상적인 방법에 의거하여 단위중량이 120g/m2이고, 두께가 0.6mm이며, 통기도 70cm3/cm2/sec 인 습식(wet-laid) 부직포를 제조하였다. 상기와 같이 제조된 부직포를 20 cm X 20 cm 크기로 절단하고 연속식 코로나방전 가공 처리기기를 이용하여 산소분위기하에서 최대 처리속도 20 m/min, 30 kV의 출력으로 3분간 처리하여 본 발명의 정전필터 제조용 부직포 기재를 제조하여 시험편으로 사용하였다.
실험예
상기 실시예와 비교예에 의하여 제조된 정전필터 제조용 유전체 분말을 함유한 습식 정전 부직포의 초미세먼지의 여과능력을 실험하기 위하여 NaCl 에어로졸(aerosol) 시험법에 따라 여과시험을 하였다.
NaCl 입자 0.3㎛ 으로 5.3cm/초의 면속도로 시험하였다. 시험장비는 모델 TSI 8130 필터시험기를 사용하여 측정하였다. 이를 시험할 필터를 통과하도록 하여 통과 후의 공기 중에 잔존하는 염화나트륨의 양을 측정하는 방법으로 상기 방법으로 실시하여 여과율을 백분율(%)로 나타내었다.
본 실험은 상기 실시예와 비교예의 부직포 시험편를 대상으로 초기여과율 및 120일 이후의 시험편의 여과율인 장기여과율을 측정하였다. 상기와 같은 방법으로 시험편의 여과율을 측정한 후 이를 하기 표 1에 나타내었다.
여기서, 내환경 효율은 -40℃, 8시간, +80℃ 8시간 등 2회 반복 사용 후 측정하였다.
구분 정전분말 초극세
섬유		 섬유경
(㎛)		 중량
(g/m2)		 두께
(mm)		 통기도
(cc/cm2/sec)		 초기
여과
효율
(%)		 내환경
여과
효율
(%)
정전
물질		 분말
크기
(㎛)		 함량
(%)
실시예 1 BaTiO3 200 1.5 PE/PET 10 100 0.5 120 95.34 93.27
실시예 2 BaTiO3 90 1.5 PE/PET 10 100 0.5 100 99.92 98.31
실시예 3 힌더드아민 40 1.0 PP/PET 2.0 100 0.5 70 99.95 99.91
실시예 4 200 1.5 PP/PET 10 100 0.5 120 94.01 93.43
비교예 1 x x x PE/PET
비정전		 10 100 0.5 100 40.45 39.05
비교예 2 X X X PP/PET 10 120 0.6 70 86.49 79.63
상기 실험의 결과 본 발명에 따른 실시예 1-4의 습식 정전 부직포의 경우에는 초기여과율이 모두 94 % 이상으로 측정되었으나, 비교예의 경우에는 초기여과율이 낮게 측정되었다. 또한, 내환경성 시험편의 여과율인 경우에도 실시예의 경우에는 약 2.0% 정도의 여과율이 하락하는 것으로 측정되었으나, 비교예의 시험편의 경우에는 측정 시험편이 비정전물질인 경우에는 여과 효율이 아주 낮게 나오고, 정전분말이 투입되지 않는 습식 부직포 역시 여과 효율이 크게 하락하는 것으로 측정되었다.
상기 표 1의 결과로부터 본 발명에 따른 부직포 기재를 정전필터로 사용할 경우 종래의 필터에 비하여 여과성능이 우수하며, 내환경시에도 성능이 거의 초기 수준으로 유지됨으로써 수명이 종래의 필터에 비하여 현저히 향상되는 것을 알 수 있다.
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.

Claims (9)

  1. 합성수지 분말 99.95-90중량%에 유전체 성분의 분말이 0.05~10중량%로 함유된 평균입경 20㎚~200㎛의 정전분말과,
    평균직경이 0.5~10㎛이고, 유전체 성분이 0.05~3중량%로 함유되어 있으며, 단일의 초극세사, 분할사 또는 해도사; 또는 PP/PE, PET/PE, PET/PP 또는 PC 중에서 선택된 Sheath/Core 또는 Side by Side 형의 복합 융점섬유 중에서 선택된 하나이상의 합성섬유로 이루어진 초극세 정전섬유
    를 포함하며, 상기 정전분말이 상기 초극세 정전섬유에 고착되어 있는 것을 특징으로 하는 정전분말 및 정전섬유로 이루어진 습식 정전 부직포.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 초극세 정전섬유를 구성하는 합성수지 성분은 저밀도 폴리에틸렌, 선상 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌(프로필렌 단독중합체), 폴리프로필렌 랜덤 공중합체, 폴리4-메틸-1-펜텐, 에틸렌·프로필렌 랜덤 공중합체, 폴리카보네이트 중에서 선택된 어느 하나 또는 2 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 정전분말 및 정전섬유로 이루어진 습식 정전 부직포.
  4. 청구항 1에 있어서, 유전체 성분은 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 힌더드아민 광안정화제(HALS), BaTiO3 중에서 선택된 하나 이상의 유전체 성분인 것을 특징으로 하는 정전분말 및 정전섬유로 이루어진 습식 정전 부직포.
  5. 청구항 1에 있어서, 정전분말이 초극세 정전섬유에 0.05-3중량%로 함유된 정전분말 및 정전섬유로 이루어진 습식 정전 부직포.
  6. 청구항 1에 있어서, 코로나방전 처리된 것을 특징으로 하는 정전분말 및 정전섬유로 이루어진 습식 정전 부직포.
  7. 합성수지 분말 99.95-90중량%와 유전체 성분의 분말 0.05-10중량%를 혼합하여 정전분말을 준비하는 단계;
    유전체 성분을 0.05-3중량%로 함유하고 평균직경이 0.5-10㎛이며, 단일의 초극세사, 분할사 또는 해도사; 또는 PP/PE, PET/PE, PET/PP 또는 PC 중에서 선택된 Sheath/Core 또는 Side by Side 형의 복합 융점섬유 중에서 선택된 하나이상의 합성섬유로 이루어진 초극세 정전섬유를 제조하는 단계; 및
    상기 정전분말이 초극세 정전섬유에 고착되어 있는 상태로 습식 부직포를 제조하는 단계
    를 포함하는 정전분말 및 정전섬유로 이루어진 습식 정전 부직포의 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서, 습식 부직포를 제조 후 코로나방전 처리를 시행하되 코로나방전은 10 내지 100 kV의 인가전압으로 1 ~ 7분간 수행하는 단계를 추가로 포함하는 정전섬유로 이루어진 정전분말 및 정전섬유로 이루어진 습식 정전 부직포의 제조방법.
  9. 청구항 1과 청구항 3 내지 청구항 6 중에서 선택된 하나의 항에 따른 정전분말 및 정전섬유로 이루어진 습식 정전 부직포를 포함하는 필터.
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