KR102281271B1 - 저차압 여재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 공장이나 디스플레이 장치 제조 공장 또는 클린룸에 설치되어 반도체 또는 LCD제조 공정에서 발생되거나 외부로부터 유입될 수 있는 오염 물질을 제거하는 여재로서, 섬유상 제1 여재층, 제1 여재층의 합성섬유 보다 평균 직경이 작은 제2 여재층이 합체된 저차압 여재에 대한 것이다.
또한, 본 발명은, 제1 여재층과 제2 여재층을 포함하는 여재에 있어서, 상기 제1 여재층에 포함되는 합성섬유의 평균 직경이 상기 제2 여재층에 포함되는 합성섬유의 평균 직경보다 크고, 상기 섬유상 제 1여재층과 제2 여재층 사이에 부직포 여재층이 추가로 합체된 반도체 크린룸용 저차압 여재에 관한 것으로서, 포집량 향상을 통하여 여재의 교체 주기를 연장시킨 다층상 구조의 저차압 여재에 관한 것이다.

Description

저차압 여재{Air Filter with low pressure drop}

본 발명은 반도체 공장이나 디스플레이 장치 제조 공장 또는 클린룸에 설치되어 반도체 또는 LCD제조 공정에서 발생되거나 외부로부터 유입될 수 있는 오염 물질을 제거하는 여재로서, 불소수지 멤브레인 필터 및/또는 제1 여재층, 제1 여재층의 섬유보다 평균 직경이 더 작은 제2 여재층을 하나로 합체시킨 여재에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 제1 여재층과 제2 여재층을 포함하는 여재에 있어서, 상기 제1 여재층에 포함되는 합성섬유의 평균 직경이 상기 제2 여재층에 포함되는 합성섬유의 평균 직경보다 크다는 점을 특징으로 하는, 여재에 관한 것이다.

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보다 구체적으로, 본 발명은 불소수지 멤브레인 필터 및/또는 섬유상 제1 여재층과 제2 여재층 사이에 여과물 포집용 여재층이 추가로 합체된 반도체 클린룸용 여재에 관한 것으로서, 여과물 포집량 향상을 통하여 여재의 교체 주기를 연장시킨, 다층상 구조의 여재에 관한 것이다.

고도화되는 산업 환경에 따라 인간이 오염된 공기를 흡입하거나 이에 노출되는 빈도가 매우 높아지고 있으며, 건강상의 이유뿐만 아니라, 산업현장에서 공기오염으로 인한 생산품의 불량률 등을 낮추기 위해 안전관리 등이 부각되고 있는 실정이다.

따라서, 산업현장에서는 생산품의 불량률을 낮추기 위한 고청정 공기 환경이 필요하게 되어, 막대한 비용을 투자하여 클린룸을 설치하고 있고, 이러한 클린룸에는 고기능성 여재가 다양한 방식으로 설치된다.

클린룸의 기류 흐름 방식은 일반적으로 수직층류 방식, 수평층류 방식 및 비층류 방식으로 3가지 방식으로 나뉘어져 있는데, 수직층류 방식은 천정면의 80% 이상을 고기능성 여재를 장착하여 기류를 아래로 취출시켜 바닥으로 순환하고, 천정으로 순환된 천정공기는 최단거리로 환기되기 때문에 청정도 클래스 10 내지 1,000 이 요구되는 시설에 적합한 방식이다.

수평층류 방식은 벽면의 한쪽에 고기능성 여재를 설치하여 층류를 형성하여 취출시키고, 반대측의 벽면으로 환기시켜 순화하는 방식으로 청정도 클래스 100 내지 10,000이 요구되는 시설에 적합한 방식이다.

비층류 방식은 천정의 일부에 고기능성 여재를 설치하고, 취출되는 공기를 가능한 한 바닥쪽의 벽면을 통하여 순환시키는 방식으로 공조 닥트의 취출구에 필터 유닛을 설치하는 것이 가능하여 청정도 클래스 100 내지 100,000이 요구되는 시설에 적합한 방식이다.

상기와 같이 다양한 방식으로 설치되는 클린룸은 현장에서의 클래스 기준이 엄격하여 외부에서 공급되는 공기 내의 잔류분진을 0.3㎛ 이하까지 차단하여 청정도를 유지하며, 생산품의 하자율을 낮추고, 양압을 유지하여 외부로부터 공기유입을 차단하는 클린룸의 특성상 많은 양의 공기공급을 필요로 하고 있다.

현재까지 여재 제조에 사용되고 있는 유리섬유의 경우, 초기 정압이 높고 단섬유로 구성되므로 수분을 흡수하여 풍압에 의해 파손될 수 있다. 또한 내화학성이 약하여 불산 등의 강산을 사용하는 환경에서 사용이 불가능하며, 인장 강도가 약하여 불량률이 높은데다 깨지기 쉽고 소각이 불가능하다는 단점이 있다.

그런데 유리섬유 대체 재료로 사용될 수 있는 용융 분사 공법으로 제조되는 멜트블로운 극세사 섬유 필터(Melt Blown섬유상 필터, MB필터)의 경우 역시 초기 정압이 높아 풍량을 유지하기 위하여 효율을 낮춰야 하는 어려움이 있으며, 이로 인한 유지비용과 관리비용이 크게 상승하는 문제점이 있다.

현재 널리 사용중인 멜트블로운(MB)필터는 인체에 무해하고 내열성이 우수한 한 폴리프로필렌 수지 또는 폴리에틸렌 또는 폴리에스테르 수지를 극세사로 용융 방사하여 제조하는 3차원 섬유 구조의 필터로서, 포집 공간이 크고 기계적 강도가 우수하여 불순물 포집량이 증가하여 여재의 사용 효율이 증가된다.

폴리프로필렌이나 폴리에스테르는 기계적 화학적으로 매우 안정한 소재이므로 필터 분해 물질에 의한 2차 오염도 발생하지 아니한다. 또한 멜트블로운 필터를 형성하는 섬유 굵기와 길이를 균일하게 조절할 수 있어서 여과 정밀도를 상승시킬 수도 있고 풍압의 변화에도 불구하고 여과 정밀도가 유지할 수 있다는 장점도 있다.

헤파(HEPA, High Efficiency Particulate Arrestor)필터는 공기에서 미세한 입자를 제거하는 고성능 필터로, 미국 원자력위원회에서 방사능 물질 제거용으로 개발됐다. 헤파필터는 0.3μm(마이크로미터)보다 크거나 같은 입자를 흡착시키는 역할로, H10에서 H14 단계로 구분한다.

이러한 등급들 중에서, H12등급은 99.5%를, H13등급(의료용)은 99.95%를 여과하여 불순물을 포집할 수 있어야 한다. 가장 높은 H14등급은 99.995%를 흡착하여 제거할 수 있어야 한다.

고성능 헤파H12필터와 4단계 이상의 밀폐 여과 시스템을 통하여 헤파 필터가 제거할 수 있는 0.3μm보다 더 작은 0.05μm의 유해 입자도 99.95%이상 흡착 가능하다. 알레르기, 천식 등을 유발하는 미세먼지, 세균, 집먼지 진드기부터 100나노 이하의 일부 바이러스까지도 비말 또는 응집 상태라면 여과할 수있다.

그러나 헤파 필터는 특성상 세척이 어려워서, 여과물이 헤파 필터에 누적되는 구조이므로 장기간 필터 사용시에는 여과 압력 증가에 의한 제품 성능의 저하 현상이 발생한다는 단점이 있다. 따라서 헤파 필터의 여과물 포집용량을 증가시켜 수명을 연장함으로써 헤파 필터의 교체 주기를 확대하려는 새로운 기술의 개발이 절실하게 필요한 상황이다.

멜트블로운(meltblown) 부직포는 열가소성 섬유를 형성할 수 있는 고분자를 수백개의 작은 방사구을 통해 방사하고, 방사노즐로부터 압출된 고분자는 용융상태에서 방사구의 양옆에서 고속으로 분사되는 열풍에 의해 초세화된 극세섬유가 수집체에 무질서하게 적층되는 자기결합형 부직포이다.

이러한 멜트블로운 부직포가 미국 공기필터규격 ANSI/ASHRAE 522(1999)의 MERV 7 내지 16 수준에 해당하는 성능을 나타내며 MERV 수치가 올라갈수록 필터효율이 우수하고 보다 높은 등급의 필터를 의미한다.

멜트블로운 부직포는 유연한 특성으로 인하여 절곡 후의 형태안정성이 낮아서 절곡후 절곡가공 형태를 유지하지 못하고 원래 형태로 복귀하기 때문에 공기와 필터의 접촉능력이 떨어지면서 필터효율이 떨어지고, 압력손실이 커지는 문제점이발생한다. 따라서, 필터의 형태유지 능력이 필수적으로 요구되며, 특히 작은 필터면적에 많은 공기유량이 인입되는 자동차용 캐빈필터나 고효율 미디엄 필터에서는 더욱 그러하다.

이러한 헤파 필터의 주요 소재로 사용되는 멜트블로운(MB) 필터는 1 내지 10마이크론 범위의 3차원 기공을 기류가 통과하면서 유해한 먼지 및 분진을 차단하는 필터링을 하는데, 장시간 필터링시 에어 플로우 인(air flow in) 부분의 필터 미디어(midia)가 막히는 현상이 나타나, 이로 인하여 필터 면에서 차압이 상승하는 문제점이 발생한다.

본 발명의 여재로 사용되는 것은 주로 멜트 블로운 부직포이다. 멜트 블로운 부직포는 압축 공기를 이용하여 용융 상태의 수지를 1마이크로미터 내외의 직경을 갖는 극세 섬유로 방사함으로써 무질서하게 포집시킨 부직포로서 복합 방사, 분할 방사, 전기 방사 방법이 동원되어 제작되기도 한다.

듀퐁사나 국내의 효성에서 단성분 방사로 제조되는 멜트블로운 여재는 0.3데니어 내지 0.2데니어의 극세사로 제조된다. 일본의 도레이가 다성분 방사법으로 제조하는 0.0001데니어 급의 초극세사로 제조되는 멜트 블로운 여재가 본 발명의 필터층으로 사용될 수 있다. 이러한 멜트 블로운 나노 섬유 부직포는 멤브레인 수준의 선택적 투과성을 나타내는 여재가 제조된다.

본 발명에서는 2개층의 여재층들을 형성하는 멜트 블로운 여재의 섬유 직경을 서로 달리하여 헤파13이상의 여과 능력을 유지하면서, 여재층 사이에 스펀 본드 여재층을 복합시켜서 여과물을 포집하면서도 여재 전체의 기계적 강도를 보강하여 상당한 풍압에도 여재의 물리적 왜곡을 방지하도록 하였다.

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대한민국 특허 제10-0731791호에서는 복합방사 멜트블로운 부직포를 이용한 필터의 제조방법 및 그로부터 형성된 필터를 공개하고 있다. 이 선행기술의 필터 제조방법은 (S1) 소정 융점을 갖는 제1 열가소성 고분자와 상기 제1 열가소성 고분자보다 저융점을 갖는 제2 열가소성 고분자의 2성분계 복합방사섬유로 이루어진 2성분계 복합방사 멜트블로운 부직포를 준비하는 단계; (S2) 상기 2성분계 복합방사 멜트블로운 부직포를 상기 제2 열가소성 고분자의 융점보다 고융점을 갖는 제3 열가소성 고분자로 된 1성분계 멜트블로운 부직포의 일면 또는 양면에 적층하는 단계; 및 (S3) 상기 적층된 부직포에 제2 열가소성 고분자만을 용융시킬 수 있는 온도로 열을 가하여 2성분계 복합방사 멜트블로운 부직포와 1성분계 멜트블로운 부직포를 상호 열접착시키는 단계를 포함한다. 미합중국 3M이 출원한 국제특허PCT/US2000/02458호에서는 본 발명은 신규한 플루오로케미컬 소중합체, 및 플루오로케미컬 소중합체 화합물과 열가소성 중합체 또는 열경화성 중합체를 포함하는 중합체 조성물을 제공한다. 중합체 조성물은 바람직한 발유성 및 발수성을 가진 섬유 및 필름과 같은 성형품을 제조하는 데 유용하다. 한편 미합중국의 도날드슨 컴퍼니는 국제특허출원 PCT/US2005/039971호를 통하여, 높은 강도와 우수한 여과 특성을 결합한 열융착 시트(thermally bonded sheet), 필터 매체 또는 성형된(shaped) 또는 형성된 매체를 포함하는 필터를 포함한다. 형성된 층 내에 상당한 비율의 유기 또는 무기 유리 섬유, 이성분 (bicomponent) 열가소성 바인더 섬유, 및 임의로 수지 바인더, 2차 섬유 또는 기타 여과 소재를 결합한 복합 필터를 개시하고 있다. 이성분 섬유의 사용은, 바인더 수지로부터 필름 형성을 상당히 감소시키거나 방지하고 또한 매체층의 특정 위치로의 수지의 이동에 기인한 매체 또는 요소 내의 균일성의 결여를, 별개의 수지 바인더 없이 또는 최소한의 양의 레지 바인더로 매체층 또는 필터 요소를 형성하는 것을 가능하게 한다. 이성분 섬유의 사용은 감소된 압축을 허용하고, 고형성(solidity)을 향상시키고, 인장 강도를 증가시키고, 매체층 또는 필터 요소에 첨가된 유리 섬유 및 기타 미세 섬유 물질과 같은 매체 섬유의 이용을 향상시킨다. 또한 이성분 섬유는 퍼니시(furnish) 형성, 시트 또는 층 형성 및 두께 조정, 건조, 절단, 및 필터 요소 형성과 같은 하류 공정 동안에 향상된 공정성을 제공한다. 이들 이성분은 다양한 비율로 결합하여 상당한 여과 능력, 투과성 및 여과 수명을 갖는 고강도 물질을 형성한다. 2019년 2월 7일에 대한민국특허출원 공개 제10-2019-0011838호를 통해서 미합중국 이엠디 밀리포어 코포레이션은, 제1 및 제2 고분자 섬유 함유 필터 매트들 사이에 위치된 거친 다공성 고분자 부직포 내부층을 갖는 복합 필터 매체를 포함하는 유체 여과 장치. 제1 및 제2 필터 매트들에 있어서의 섬유들의 직경은 서로 다르고, 각각의 필터 매트는 상이한 구멍 크기 정격을 가지며, 필터 매트들에 있어서의 제1 및 제2 고분자 섬유는 전기방사 나노섬유일 수 있고, 상기 내부층은, 제1 또는 제2 필터 매트에 비교했을 때 더 거친 구멍 크기를 가지며, 이에 따른 복합 매체는 그 사이의 거친 내부층의 존재 없이 서로 위에 직접 적층되는 필터층에 비해 증대된 먼지 포집 능력을 나타내는 기술을 공개한 바 있다. 한편 일본의 아사히 가세이 셍이 가부시키가이샤는 국제특허출원 PCT/JP2007/051091을 통하여, 열압착에 의해 일체화된 적층 부직포로서, (a)층: 열가소성 수지로 이루어지는 장섬유 부직포층을 1개 이상 가지고;(b)층: (a)층과 같은 계열의 열가소성 수지로 이루어지는 극세섬유 부직포층을 1개 이상 가지며;(c)층: 열가소성 수지로 이루어지는 복합 장섬유 부직포층을 1개 이상 가지고;(1) (a) 층의 부직포를 구성하는 섬유와 (b)층의 부직포를 구성하는 섬유의 융점차가 30℃ 이하이며; (2) (c)층의 부직포를 구성하는 열가소성 수지로 이루어지는 복합 장섬유가 저융점 성분을 함유하고, 상기 저융점 성분의 융점이, (a)층의 부직포를 구성하는 섬유의 융점보다 40∼150℃ 낮은 것을 것을 특징으로 하는 열접착성 적층 부직포를 공개한 바 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 선행기술들이 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 포집 용량이 확대되어 여재의 교체 주기가 길어지고 수분에 강하며, 기존의 HEPA필터의 기체 여과 효율을 유지하면서 사용 수명이 길어진 고성능 여재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

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또한 본 발명은, 여재를 형성하는 멜트 블로운 여재의 섬유의 직경을 서로 달리하는 제1 여재층 및 제1 여재층을 복합시키고, 스펀 본드 여재층을 상기 제1 및 제2 여재층 사이에 배치하여 여과물질 포집 용량을 증가시켜서 고가의 여재의 교체 주기를 연장할 수 있는 고성능 여재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 저차압 여재는 각각 합성섬유를 포함하는 제1 여재층과 제2 여재층을 포함하되, 상기 제1 여재층에 포함되는 합성섬유의 평균 직경이 상기 제2 여재층에 포함되는 합성섬유의 평균 직경보다 크며, 처리 용량이 32ℓ/min일 때, 차압이 5.5mmaq 미만이고, 여과 효율이 99.98% 이상일 수 있다.

상기 제1 및 제2 여재층 중 어느 하나에 포함되는 합성섬유는 용융 취입 방식으로 제조될 수 있다. 상기 제1 여재층과 상기 제2 여재층 사이에 스펀 본드 부직포 여재층이 더 포함될 수 있다.

상기 제1 여재층에 포함되는 멜트 블로운 섬유의 평균 섬유 직경은 1.0㎛ 내지 10㎛일 수 있다. 상기 제2 여재층에 포함되는 멜트 블로운 섬유의 평균 섬유 직경은 0.1㎛ 내지 1.0㎛일 수 있다.

상기 제1 및 제2 여재층 중에서 어느 하나의 섬유는 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드, 및 폴리페닐렌설파이드로 구성되는 군에서 선택되는 하나 이상의 소재로 제조될 수 있다. 바람직하게, 상기 합성 섬유는 각각 폴리프로필렌과 폴리에틸렌테레프탈레이트로부터 제조된 것일 수 있다.

그리고, 상기 제1 여재층과 상기 제2 여재층, 또는 상기 제1 여재층, 상기 부직포 여재층 및 상기 제2 여재층은 초음파 합지 방식으로 접합될 수 있다.

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본 발명에 따른 저차압 여재는 압력 손실이 적어 에너지를 절약할 수 있고, 여재의 파손 우려가 없어 시공이 간편하며, 수분에 강하여 가습과 냉각시 유리하다. 또, 소음이 적고 설치와 폐기가 용이하며, 기존의 HEPA 효율(H13, 99.97%)을 유지하면서 좁은 공간에서도 풍량을 유지할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 여재가 설치되는 클린룸의 내부 공기 순환도이다.
도 2는 본 발명에 따른 여재를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3과 도 4는 본 발명에 따른 여재의 시험 성적서이다.
도 5와 도 6은 본 발명에 따른 여재의 최종 제품 사진이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다.

또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 여재에 대하여 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 일 실시예에서, 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 여재는 각각 합성섬유를 포함하는 제1 여재층과 제2 여재층을 포함하되, 상기 제1 여재층의 평균 섬유 직경이 상기 제2 여재층의 평균 섬유 직경과 상이할 수 있다.

본 발명에 따른 여재의 제1 및 제2 여재층들은 서로 다른 평균 섬유 직경을 가지는 합성섬유를 각각 포함함으로써 압력 손실을 줄임과 동시에 집진 효율을 높이는 효과를 가지게 된다. 게다가, 서로 다른 평균 섬유 직경을 가지는 합성섬유를 포함하는 구조로 인하여, 상기 고기능성 여재가 코로나 대전 방식을 이용하는 필터 장치에 사용되는 경우, 여재 수명이 줄어드는 것을 방지할 수 있다.

상기 여재층들의 섬유 직경이 유사할 경우 코로나 대전 방식의 에너지가 일정 시간 흐르면 빠른 속도로 차압이 상승하고, 효율이 떨어지게 된다. 본 발명에서는 제1 및 제2 여재층들의 평균 섬유 직경을 상이하게 함으로써 제1 및 제2 여재층의 섬유간 공극 크기를 달리 하여 서로 다른 직경을 가지는 입자를 포집할 수 있으며, 따라서 각 여재의 사용 수명을 연장할 수 있다는 장점이 있다.

본 발명에 따른 여재는 처리 용량이 32ℓ/min일 때, 차압이 5.5mmaq 미만이고, 여과 효율이 99.98% 이상일 수 있다.

일반적으로 사용되는 여재의 차압은 32ℓ/min의 처리 용량에서 25~30mmaq정도 범위가 된다. 따라서 처리 용량을 더 늘리게 되면 차압이 너무 커져 사용이 어려워지고, 여재의 수명이 급격하게 단축되거나 파손되는 등 심각한 문제를 발생시킬 수 있다.

그러나 본 발명에 따른 여재는 32ℓ/min의 처리 용량에서 차압이 5.5mmaq에 불과하며, 처리 용량을 56ℓ/min까지 높여도 차압은 14.8mmaq정도로 기존 여재의 차압에 비해 현저하게 낮아, 사용시 전력 소모가 적고 공기 순환이 원활하게 이루어져 클린룸 내부의 청정도를 손쉽게 유지할 수 있다는 장점이 있다.

본 발명에 따른 여재의 하나의 실시예에서, 상기 제1 여재층 및 상기 제2 여재층 중 적어도 하나에 포함되는 합성섬유는 용융 취입(melt-blown) 방식으로 형성될 수 있다. 용융 취입 방식은 열가소성 고분자를 수백 개의 작은 오리피스로 형성된 방사구에서 고속으로 분사되는 열풍에 의해 극세화된 극세 섬유를 수집체에 적층시키는 방식으로 섬유 직경이 0.3-5㎛인 초극세 섬유를 제조할 수 있어 유연성, 비투과성, 절연성, 차단성이 뛰어나며, 정전성능을 부여하면 여과 성능이 우수하다는 장점이 있다.

또한, 선택할 수 있는 재료의 폭이 넓으므로 소각능, 분해능, 인장강도, 성형성, 발수능 등 원하는 물성을 구현하기가 용이하다.

본 발명에 따른 여재의 하나의 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1 여재층과 상기 제2 여재층 사이에 부직포 여재층을 더 포함할 수 있다. 상기 여재층들 사이에 부직포 여재층을 더 포함함으로써, 포집 용량을 강화하고 성형성과 내구성을 향상시키는 효과를 가질 수 있다. 또한 상기 부직포 여재층은 종래의 양전하 코팅 처리된 부직포 및/또는 폴리프로필렌 부직포로서 평균기공 1㎛~2㎛를, 바람직하게는 평균기공 1㎛~1.8㎛를 갖는 것을 사용할 수 있다.

이때, 평균기공이 1㎛ 미만이면 여과량이 줄어들어서 충분한 누적여과량을 확보하지 못할 수 있고, 평균기공이 2㎛를 초과하면 여과량은 증가하나, 여과 성능이 떨어질 수 있다. 그리고, 본 발명의 폴리프로필렌 멜트블로운-캘린더링 부직포는 평균두께 100㎛ ~ 250㎛, 바람직하게는 평균두께 120㎛ ~ 220㎛, 더욱 바람직하게는 150㎛ ~ 175㎛일 수 있다.

폴리프로필렌 멜트블로운-캘린더링 부직포의 평균두께가 100㎛ 미만이면 여과 성능이 떨어질 수 있고, 평균두께가 250㎛를 초과하면 여과량이 감소하고, 더 이상의 여과 성능 향상이 없으며, 누적여과량이 오히려 줄어들어서 사용주기가 짧아지는 문제가 있을 수 있다.

상기 양전하 코팅 처리된 부직포는 개질된 부직포; 및 상기 부직포의 내부 및 표면에 양전하 코팅층;을 포함하며, 상기 양전하 코팅처리된 부직포는 표면전하가 10 mV ~ 40 mV을, 바람직하게는 20 mV ~ 40 mV을 가질 수 있다.

양전하 코팅처리된 부직포의 상기 개질된 부직포는 부직포의 내부 및/또는 표면을 개질시킨 것으로서, 상기 부직포는 통상적으로 사용하는 것이면 적용가능하며, 바람직하게는 케미컬본딩부직포(Chemical Bonding), 써멀본딩부직포(Thermal Bonding), 에어레이부직포(Air Ray), 습식부직포(Wet Ray), 니들펀칭부직포(Needle Punching), 스판레스(수류결합법-Water zet), 스펀본드(Spun Bond), 용융 취입(Melt Blown), 스티치본드(Stitch Bond) 및 전기방사(electro spinning) 부직포 중에서 선택되는 어느 하나의 형태일 수 있다.

또한, 상기 부직포를 구성하는 섬유는 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리에스테르 섬유, 나일론 섬유 및 셀룰로오스 섬유 중에서 선택된 1종 이상을, 바람직하게는 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 및 폴리에스테르 섬유 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을, 더욱 바람직하게는 폴리프로필렌 섬유 및 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 중에서 선택된 1종 또는 2종을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 개질된 부직포는 평균두께 0.1㎜ ~ 2㎜ 인 것이, 바람직하게는 0.2㎜ ~ 1㎜ 인 것이 좋으며, 이때, 평균두께 0.1 만약 평균두께가 0.1㎜ 미만이면, 흡착 경로가 짧아서 제거효율이 감소한 문제가 있으며, 2㎜를 초과하면, 여과시 차압발생으로 여과량이 감소하는 문제가 있을 수 있다.

그리고, 상기 개질된 부직포를 구성하는 섬유의 평균 섬유 지름은 0.5㎛ ~ 10㎛ 및 평균기공 1㎛ ~ 30㎛일 수 있으며, 바람직하게는 평균 섬유 지름 0.5㎛ ~ 8㎛ 및 평균기공 1㎛ ~ 10㎛ 일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 평균 섬유 지름 0.5㎛ ~ 5㎛ 및 평균기공 1㎛ ~ 8㎛일 수 있다.

이때, 부직포를 구성하는 섬유의 평균 섬유 지름이 0.5㎛ 미만이면, 여과시 차압발생에 따른 여과량 감소하는 문제가 있을 수 있고, 10㎛를 초과하면, 다공도가 떨어져 여과 성능이 감소하는 문제가 있을 수 있다. 또한, 평균기공이 1㎛ 미만이면, 유량이 감소할 수 있으며, 30㎛를 초과하면, 여과 성능이 감소하는 문제가 있을 수 있다.

또한, 양전하 코팅처리된 부직포를 구성하는 상기 양전하 코팅층은 다관능성 아민 화합물을 포함하며, 상기 다관능성 아민 화합물은 개질된 부직포의 내부 및 외부에 양전하를 나타내는 정전기적 성질을 부여하는 역할을 하며, 폴리에틸렌이민, 디에틸렌트리아민, 피페라진, 디메틸렌피페라진 및 디페닐아민 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있으며, 바람직하게는 디에틸렌트리아민 및 디페닐아민 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

그리고, 상기 양전하 코팅층은 평균두께 0.01㎛ ~ 3㎛으로, 바람직하게는 0.05㎛ ~ 1㎛으로 형성되어 있는 것이 바람직하며, 이때 양전하 코팅층의 평균두께가 0.05㎛ 코팅층의 균일도 감소로 인한 물성편차 문제가 있을 수 있고, 평균두께가 3㎛을 초과하면 코팅층의 내구성이 떨어져 코팅물이 박리되는 문제가 발생할 수 있고, 더 이상의 여과 성능 상승이 없으므로 상기 범위 내의 평균두께를 갖도록 양전하 코팅층을 형성시키는 것이 좋다.

본 발명에 따른 여재는 여재 단면의 형상이 산과 골을 가지도록 다수회로 굴절된 형상을 가질 수 있으나, 여재의 형상은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 융통성 있게 결정될 수 있다.

또, 본 발명에 따른 여재의 일 실시예에서, 상기 제1 여재층에 포함되는 합성섬유의 평균 섬유 직경인 제1 평균 섬유 직경은 1.0㎛ 내지 10㎛일 수 있고, 상기 제2 여재층에 포함되는 합성섬유의 평균 섬유 직경인 제2 평균 섬유 직경은 0.1㎛ 내지 1.0㎛일 수 있다.

상기 제1 평균 섬유 직경이 1.0㎛미만인 경우 압력 손실이 커질 우려가 있고, 10㎛보다 크면 여재의 효율 및/또는 성형성이 떨어질 수 있다. 상기 제2 평균 섬유 직경은 압력 손실과 필터링 효율 면에서 0.1㎛ 내지 1.0㎛의 범위에 속하는 것이 가장 바람직하며, 상기한 범위에 속하더라도 상기 제1 평균 섬유 직경과 같지 않은 것이 바람직하다.

예컨대, 상기 제1 평균 섬유 직경과 제2 평균 섬유 직경이 모두 1.0㎛인 경우는 바람직하지 않다. 두 여재의 평균 섬유 직경이 유사할 경우 차압이 더욱 낮아질 수는 있으나 다양한 입경의 이물질을 제거할 수 없고, 따라서 여과 성능에 문제가 생길 수 있다. 또한, 코로나 대전 방식의 에너지가 일정 시간이 흐르면 차압이 상승하고 효율이 떨어진다.

본 발명에 따른 여재의 일 실시예에서, 상기 여재층들을 각각 구성하는 합성 섬유는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리이소부틸렌 등을 포함하는 폴리올레핀; 폴리글리콜리드, 폴리락트산, 폴리카프롤락톤, 폴리히드록시알카노에이트, 폴리히드록시부틸레이트, 폴리에틸렌 아디페이트, 폴리부틸렌 숙시네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트 등을 포함하는 폴리에스테르; 지방족 폴리아미드(예: 나일론), 폴리프탈아미드, 아라미드 등을 포함하는 폴리아미드; 및 선형, 가교형 등의 폴리페닐렌설파이드로 구성되는 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다.

바람직하게는, 상기 합성섬유는 폴리프로필렌과 폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함할 수 있다. 용융 취입 방식으로 형성된 합성 섬유는 압력 손실이 적고 효율이 높다는 장점이 있다. 특히 폴리 프로필렌과 폴리에틸렌테레프탈레이트를 원료로 하는 합성섬유는 고유의 정전기력을 가져 대전 및 여과 효율을 개선하고, 코로나 방식을 사용하는 여재 장치에 사용되었을 때 여재 수명을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제1 여재층과 상기 제2 여재층, 또는 상기 제1 여재층, 상기 부직포 여재층, 및 상기 제2 여재층은 초음파 합지 방식으로 접합될 수 있다.

초음파 합지 방식을 사용함으로써 상기 여재층들 사이 및/또는 상기 여재층들과 부직포 사이의 결합이 보다 견고하고 여재 성능에 미치는 바람직하지 않은 영향을 최소화하며, 접착제 등의 이물질 사용으로 인한 추가적인 압력 손실을 방지할 수 있다. 또한 이로 인한 소재 수명 증가와 에너지 절감 효과를 기대할 수 있다.

이하에서는, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명에 의한 저차압 고기능성 여재에 대하여 더욱 상세히 설명하나, 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

하기 실시예와 비교예들은 모두 동일한 조건(두께 0.3㎜, 610*610*292T, 60Pleate 등) 하에서 실험을 진행하였다.

실시예 1

용융 취입 방식으로 평균 섬유 직경이 5㎛가 되도록 제조된 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트 합성섬유층(제1 여재층)과 부직포 여재층, 및 용융 취입 방식으로 평균 섬유 직경이 0.5㎛가 되도록 제조된 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트 합성섬유층(제2 여재층)을 초음파 합지하여 610*610*292T 규격의 고기능성 여재를 제조(도 3 및 도 4)하고, 성능을 측정하여 하기 표 1 및 도면 5 내지 도면 6에 나타내었다.

비교예 1

유리 섬유를 이용하여 610*610*292T 규격의 고기능성 여재를 제조하고, 성능을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.

비교예 2

일반 폴리프로필렌 합성 섬유를 이용하여 610*610*292T 규격의 고기능성 여재를 제조하고, 성능을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.

비교예 3

실시예 1에서, 제1 여재층의 합성섬유의 평균 직경과 제2 여재층의 합성섬유의 평균 직경이 동일하게 5㎛인 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 610*610*292T 규격의 고기능성 여재를 제조하고, 성능을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.

	HEPA FILTER 610*610*292T (60Pleate)
	비교예 1	비교예 2	비교예 3	실시예 1
여 과 효 율	99.97%	99.97%	99.91%	99.98%
차 압	25.4 mmaq	27.0 mmaq	5.0 mmaq	5.1 mmaq
처 리 용 량	32ℓ/min	32ℓ/min	32ℓ/min	32ℓ/min

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1의 여재는 비교예들의 여재에 비해 압력 손실이 적고 초기 정압이 낮아 저차압 고기능성 여재가 요구하는 조건들을 고루 갖추고 있음을 확인할 수 있다. 즉, 여과 효율은 99.97%(H13 등급, True HEPA 효율)를 초과하고, 차압은 약 5mmaq로 매우 낮아 클린룸에서 소모되는 전력량이 낮음에도 높은 효율로 이물질을 걸러낼 수 있으므로, 실제 클린룸에 적용하였을 때 처리량을 높이더라도 이물질의 인입을 효과적으로 방지하면서 큰 차압에 의한 여재 파손 또는 막힘에 의한 여재 수명 단축의 문제를 일으키지 않는다. 실제로, 상기 실시예 1의 여재의 처리 용량을 56ℓ/min까지 높여도 차압은 14.8mmaq정도로 기존 여재의 차압에 비해 현저하게 낮은 값을 나타냈다.

구체적으로, 종래의 유리섬유를 이용하여 제조된 여재인 비교예 1의 경우, 유리섬유를 사용하여 여과 효율은 99.97%을 만족하나, 차압이 25.4mmaq로 높은 편이다. 이는 종래의 용융 취입 섬유를 이용하여 제조된 여재인 비교예 2의 경우도 마찬가지인데, 차압이 높아 여재 파손 또는 막힘에 의한 수명 단축의 가능성이 매우 클 것으로 예상할 수 있다.

비교예 3은 본 발명의 실시예와 같이 용융 취입 섬유를 2개의 층으로 합지하여 제조한 여재로, 두 층의 섬유 직경이 동일하다는 것을 제외하면 본 발명의 실시예 1과 같은 여재이다. 상기 비교예 3의 여재는 두 층의 섬유 직경이 동일하고 본 발명의 제1 여재층보다 섬유 직경이 큰 미디어를 사용하여 차압은 본 발명의 실시예보다 낮으나 여과 효율이 99.91%로, H13급 헤파 효율을 만족하지 못하는 것을 알 수 있다.

Claims (10)

1. 멜트블로운 헤파 필터층인 제1 여재층; 및
   멜트블로운 헤파 필터층인 제2 여재층을 포함하는 저차압 여재로서,
   상기 제1 여재층에 포함되는 합성 섬유의 평균 섬유 직경이
   상기 제2 여재층에 포함되는 합성 섬유의 평균 섬유 직경 보다 크고,
   상기 제1 여재층과 상기 제2 여재층 사이에 부직포 필터층을 더 포함하고,
   제1 여재층에 포함되는 합성 섬유의 평균 섬유 직경인 제1 평균 섬유 직경이 1.0㎛ 내지 5㎛이고, 상기 제2 여재층에 포함되는 합성 섬유의 평균 섬유 직경인 제2 평균 섬유 직경이 0.1㎛ 내지 1.0㎛이고,
   처리 용량이 32ℓ/min일 때, 차압이 5.5mmaq 미만이고, 여과 효율이 99.98% 이상이고,
   상기 제1 여재층, 상기 부직포 필터층, 및 상기 제2 여재층은 초음파 합지 방식으로 접합되는 것을 특징으로 하는 저차압 여재.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 여재층 및 제2 여재층에 포함되는 합성섬유는 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드, 및 폴리페닐렌설파이드로 구성되는 군에서 선택되는 하나 이상의 소재로 제조되는 것을 특징으로 하는 저차압 여재.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 여재층 및 제2 여재층에 포함되는 합성섬유는 각각 폴리프로필렌과 폴리에틸렌테레프탈레이트로부터 제조되는 것을 특징으로 하는 저차압 여재.
4. 제1항에 있어서, 불소수지 멤브레인 필터를 추가로 포함하는 저차압 여재.
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