KR20030015646A - 음이온 발생 물질을 포함하는 부직포 에어필터 및 그 제조방법 - Google Patents

음이온 발생 물질을 포함하는 부직포 에어필터 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 음이온 발생 물질이 포함된 것을 특징으로 하는 2 이상의 밀도 구배를 갖는 열가소성 수지로 구성된 부직포 에어필터를 제공하며, 이에 향료를 추가로 포함할 수도 있다. 또한 본 발명은 열가소성 섬유 뭉치를 카딩(carding)하여 밀도 구배를 갖는 웨브(web)를 형성한 후, 상기 웨브를 니들링(needling) 결합시켜 부직포 에어필터를 제조하는 방법에 있어서, 상기 부직포에 음이온 발생 물질을 도포하는 단계와, 상기 음이온 발생 물질이 도포된 부직포를 고온 순간 표면 가공기를 이용하여 순간 건조시키는 단계와, 상기 건조된 부직포에 음이온 발생 물질을 고온 압착시키는 단계와, 상기 음이온 발생 물질이 압착된 부직포를 고온 롤에 통과시켜 표면을 가공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음이온 발생 부직포 에어필터의 제조 방법을 제공한다. 따라서 본 발명을 통해 별도의 음이온 발생 장치 및 방향제 없이 두 기능을 동시에 발휘하는 유용한 부직포 에어필터를 제조할 수 있다.

Description

음이온 발생 물질을 포함하는 부직포 에어필터 및 그 제조 방법{Non-woven air filter comprising of anion-generating materials and the method of thereof}
본 발명은 음이온 발생 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 2 이상의 밀도 구배를 갖는 열가소성 수지로 구성된 부직포 에어필터 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 음이온 발생 부직포 에어필터는 본 발명자들이 이미 출원하여 특허받은 자동차용 건식공기청정기의 제조 방법(국내특허출원 제98-29222호)을 바탕으로 하여, 이에 음이온 발생 물질 및 향료를 부여하는 특수한 방법을 부가한 것이다.
본 명세서에 참고로 인용된 국내특허출원 제98-29222호에는 통기성이 높고, 먼지 포집력 및 보유력이 높으며, 필터 성분(element)의 제조시 필요한 절곡 성능을 갖고, 인체에 유해한 악취(포름알데히드 등)를 제거할 수 있는 것을 특징으로 하는 먼지포집 기능과 항균 기능을 갖는 공기정화기용 필터를 제조하는 방법이 기재되어 있으며, 이는 자동차내 및 일반 실내에 필요한 여러 난연규격을 만족하도록 발명되었다.
공기정화기용 에어필터는 일반적으로 자동차용 캐빈필터라 불리워지는 자동차 HVAC(heating ventilating air conditioning system)내에 장착되는 필터 또는 인도어필터(Indoor filter)라 불리워지는 가정 또는 사무실 실내의 공기정화기용 필터를 말한다.
이들 필터는 현재 전량 수입에 의존하고 있으며, 가격이 높다. 현재 시판되는 이들 필터는 일반적으로 먼지 제거 기능 및 항균 기능만을 가지며, 일부 개량된 것도 입자상 활성탄을 포함하여 냄새를 일부 제거하는 기능이 추가된 정도이다. 따라서, 예를 들어, 비가 온 다음 맑은 날과 같은 상쾌한 기분을 줄 수 있는 인체에 쾌적한 환경을 조성하기 위해서는, 음이온 발생기를 별도로 장착하는 경우가 많이 있었다. 이는 소비자들에게 비용을 추가로 부담하게 할 뿐만 아니라, 내부 필터를 주기적으로 교환해주어야 하기 때문에 부담을 더욱 가중시키는 결과를 나타내게 되었다.
일반적인 음이발생기는 자동차용을 예로 들면, 인위적으로 전기를 이용하여 음이온을 발생시키는 장치로서 음이온 뿐만 아니라 인체에 유해한 양이온이 일부 발생되어 밀페된 공간내에서는 오히려 두통이 발생시키는 등의 문제점을 가지고 있으며, 전력케이블을 이용하므로 자동차의 경우 배터리의 전력 소비가 증가되고, 가정에서도 전기를 사용해야만 하는 불편함이 있다.
또한, 은은한 향을 발생시켜 생활에 활력을 주는 방향제의 경우도, 이를 적절히 발생하기 위해서는 별도의 장치가 필요하며, 특히 자동차 실내의 경우에는 방향제 조절에 어려움이 있기 때문에, 온도가 높은 밀폐 공간에서는 다량의 방향제가 발생하여 오히려 좋지 못한 냄새를 발생시키는 등의 문제점이 있었다.
더욱이, 현재 소비자는 음이온 발생기 및 방향제를 각각 별도로 구입해야 하기 때문에 비용에 있어 상당한 부담이 되고 있다.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 기본적으로 먼지 포집 기능과 항균 작용을 갖는 부직포에, 음이온 발생 물질 및 향료를 부착시켜 필터 하나로 복합적인 기능을 수행할 수 있는 유용한 부직포 에어필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 밀도 구배를 갖는 기본 부직포 에어필터에 음이온 발생 물질을 고온 순간 표면 가공기를 이용하여 효과적으로 부착시키는 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 하며, 특히 본 음이온 발생 물질 부착 방법은 부직포 에어필터 제조 방법에서 일괄 공정으로 처리되어 제조 원가를 절감시키고, 제조 효율을 상승시킬 수 있도록 한다.
또한 본 발명은 음이온 발생 물질 및 향료가 동시에 발현되는 부직포 에어필터를 제공함으로써, 음이온 발생 장치 및 방향제를 별도로 구입해야 하는 소비자의 비용 부담을 절감시키는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한 본 발명은 자동차 HVAC에 장착된 실내 공기 정화기용 에어필터 및 실내 에어컨디셔너용 필터, 공조용 인도어 필터 등 다양한 용도에 적용할 수 있는 음이온 발생 물질이 포함된 부직포 에어필터를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기 발명의 구체적인 설명 및 실시예에서 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명 음이온 발생 부직포 에어 필터의 제조 공정 중 카딩 공정을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명 음이온 발생 부직포 에어 필터의 제조 공정 중 니들링 공정을 나타내는 도면이다.
도 3은 시스코어형 섬유의 구조를 나타낸 구성도이다.
도 4는 본 발명 음이온 발생 부직포 에어 필터의 제조 공정 중 발수가공제 및 향료의 스프레이 공정을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명 음이온 발생 부직포 에어 필터의 제조 공정 중 음이온 발생 물질의 고압 스프레이 공정을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명 부직포 에어 필터의 제조 공정 중 고온순간표면가공기를 이용한 건조, 고온 압착, 표면 가공 공정을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명 음이온 발생 부직포 에어필터의 향료 입자와 음이온 입자가 부착된 상태 및 부직포 특수섬유의 시스 결합 상태를 나타낸 현미경 사진이다.
도 8은 본 발명 음이온 발생 부직포 에어필터의 밀도 구배를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명 부직포 에어필터가 진동의 강약에 따라 음이온을 발생시키는 정도를 측정한 그래프이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 2 이상의 밀도 구배를 갖는 열가소성 수지로 구성되어 있는, 음이온 발생 물질이 포함된 부직포 에어필터를 제공한다.
또한 본 발명은 음이온 발생 물질 외에 향료를 추가로 포함할 수 있다.
또한 본 발명은 이러한 음이온 발생 부직포 에어필터를 제조하는 방법을 제공하며, 상기 방법은
열가소성 섬유 뭉치를 카딩(carding)하여 밀도 구배를 갖는 웨브(web)를 형성한 후, 상기 웨브를 니들링(needling) 결합시켜 부직포 에어필터를 제조하는 방법에 있어서,
상기 부직포에 음이온 발생 물질을 도포하는 단계와, 상기 음이온 발생 물질이 도포된 부직포를 순간 건조시키는 단계와, 상기 건조된 부직포에 음이온 발생 물질을 고온 압착시키는 단계와, 상기 음이온 발생 물질이 압착된 부직포를 고온 롤에 통과시켜 표면을 가공하는 단계를 포함한다.
본 발명에 사용되는 각 구성 성분을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 본 발명의 기본 부직포 필터의 재질과 성능은 다음과 같으며, 이는 본 발명의 특징이 되는 성분인 음이온 발생 물질과 향료 등이 첨가된 후에도 기본 성능을 그대로 유지한다.
열가소성 수지로서 100% PET(폴리에틸렌테레프탈레이트)를 사용하며, 중량은70 내지 150g/m2이고, 후도(두께)는 0.5 내지 1.2mm이며, 통기도(air permeability)는 150 내지 300cc/cm2/sec이고, 강도는 5kgf/5cm이상이며, 발수도 85%이상이다.
온도와 습도의 영향을 최소화시키기 위하여, 100% 합성 고분자 수지를 사용한다. 그 밖에 화학 첨가물은 사용하지 않는다.
기본적인 필터로서의 성능을 만족하도록 부가적으로 2층 이상의 밀도 구배를 갖는 부직포를 제공하는데, 이는 큰 먼지는 밀도가 낮은 층에서 걸러주고 작은 먼지는 밀도가 높은 층에서 포집하게 함으로써 필터내부의 공극 부피(pore volume)를 계속 유지시켜 낮은 통기 저항을 지속시키는 작용으로 교환주기를 늘릴 수 있게 하기 위해서이다.
본 발명은 여과재의 효율을 높이기 위하여 2층 이상의 밀도 구배를 형성한다. 밀도 구배를 부여하기 위하여, 직경이 서로 다른 섬유를 사용하는데, 밀도가 다른 조밀층 중간층 벌키층(BULKY)으로 구성하는 것이 바람직하다. 상기 층 중 적어도 한층 이상에 항균 처리된 섬유(Fiber)를 투입함으로써, 조밀층, 중간층과 벌키층에 포집되는 세균 및 곰팡이의 번식을 억제하고 항균도를 99.99%로 유지하고, 냄새 발생 요인을 100% 제거할 수 있다.
또한 본 발명의 필터는 난연규격(난연속도 수평법 10cm/min 이하)을 만족하는 자소성능을 가진다.
본 발명에 사용되는 향료는 일반적인 향료가 모두 가능하지만, 본 실시예에서는 인따르시아(주)에서 개발 및 시판되고 있는 상품명 인스바이오를 이용하였다.상기 인스바이오는 일반적으로 의류에 사용되고 있는 제품으로서, 향의 종류는 꽃향기류(장미향, 백합향등), 과일류(오렌지향, 살구향, 레몬향 등), 나무류(소나무, 침엽수등 ), 향수류(푸른물향등)등, 기타 향신료 혼합향 등이 있으며, 이들 각종 향료를 내포한 마이크로 캡슐은 원형 타입으로 캡슐의 규격은 2㎛∼20㎛이며, 캡슐 안에 사용하려는 천연향을 집어 넣고 외부에 우레아수지 피막을 입혀 내부의 내용물을 보호한다. 이들 캡슐은 섬유 및 의류에 흡착된 후 마찰을 통하여 각각의 향을 발산하여 쾌적한 향기와 상쾌함을 주며, 주위의 각종 냄새를 완화시켜 주는 효과가 있다.
본 발명에서는 이 물질이 일반적으로 의류용으로 사용되기 때문에, 공기에 의한 약진동에 의해서만은 캡슐이 깨지지 않는 문제점을 해결하기 위하여 우레아 수지의 분자량을 조절하여 수지 피막 방법으로 약진동시 5 내지 6개월 이상을 서서히 향이 지속적으로 발산되도록 개발하였다. 이를 위한 본 발명과 기존의 폴리우레아 피막 수지의 수평균 분자량은 다음과 같다.
기존 폴리우레아 피막 수지의 수평균 분자량 : Mn 30,000 이상
본 발명 폴리우레아 피막 수지의 수평균 분자량 : Mn 10,000 내지 30,000
한편, 본 발명의 가장 중요한 특징이 되는 성분인 음이온 발생 물질은 귀양석(貴陽石)이라고 불리우는 계통의 천연광물질을 이용하였는데, 이는 신발견석 또는 천연이온석이라고도 칭하며, 화강암의 일종으로 인체에는 전혀 유해하지 않은 물질로 알려져 있다.
또한 상기 물질은 원적외선 방출 물질로 최근에 관심이 고조되어온 물질로서, 미세한 진동에 의해, 공기와 직접접촉한 면에서 음이온을 다량 방출하는 것을 특징으로 하는데, 구체적으로 약진동에 의해 음이온이 6,000 내지 9,000ea/cc가 방출되는 것으로 밝혀졌다. 또한 분석 결과 인체에 유해한 양이온은 전혀 발생되지 않으며, 인체가 가장 쾌적함을 느끼는 적정 농도의 음이온이 방출되는 것으로 밝혀져있다.(도 10 참조).
현재까지 상기 광물이 왜 음이온을 발생시키는 지는 명백히 알려져 있지 않으나 결정구조에 원인이 있는 것으로 추정되고 있다. 귀양석의 구성성분은 화강암의 구성성분과 거의 유사하며, 구체적으로 성분비를 분석해 보면 SiO271 내지 80 중량%, Al2O312 내지 16 중량%, FeO31 내지 5 중량%, K2O 1 내지 4 중량%, Na2O 1 내지 3중량%로 상기 성분들이 98 중량% 이상을 차지하며, 기타 물질들이 1 내지 3 중량%로 미량 포함되어 있다.
본 발명에서는 상기와 같은 성분비를 갖는 음이온을 발생시키는 귀양석을 가공하기 용이하도록, 고온 건조한 후 분쇄하여 적정한 입도(입경: 0.1 내지 5㎛)를 가지는 분말 상태로 만들어 놓은 것을 사용한다.
상기 음이온 발생 물질은 가공시 유제 처리 및 코팅 처리에 의해서는 음이온이 전혀 발생이 되지 않기 때문에, 본 발명에서는 부직포 제조시 특별한 부착 방법을 이용하여 음이온이 발생되도록 하였으며, 부직포 섬유상에 고르게 분산되도록 하였다. 본 발명에 사용되는 음이온 물질은 일반적으로 부직포 중량의 약 0.1 내지 1.0 중량%이다.
그 밖에 부가적 기능으로는 일반적으로 공기청정기용 필터의 경우 습도에 의해서 부직포의 섬유상에 수분이 존재하여, 장마철 또는 겨울철에 수분을 함유한 상태에서 동결되어 통기 성능이 급격히 떨어지는 문제점이 발생되는데 이를 발수 처리하여 습도에 의한 섬유층의 수분 흡수를 사전에 방지함으로써 습도에 의한 영향을 최소화하였다.
본 발명에서 가장 어려운 부분은 적당량의 음이온 및 향을 적절히 발생하기 위한 부직포의 가공 방법에 관한 부분이며, 이들 물질의 가공방법 및 부여 방법이 본 발명의 특징이 된다.
필터에는 외부공기 및 실내공기 유입에 따르는 바람의 외력 이외에는 어떠한 외력도 작용하지 않으며, 공기유입량은 HVAC의 종류에 따라서 다르나 일반적으로 100m3/HRS 내지 340m3/HRS이다. 이로 인해 공기와 필터매체(MEDIA)의 섬유층에 약한 마찰 진동을 나타내는데, 이를 약진동이라고 한다. 본 발명은 이러한 섬유층의 약진동에 의해 음이온 발생 물질 및 향료가 발현되도록 하였다.
본 발명에서 향료는 부직포 중량의 약 0.1 내지 1 중량%를 부직포 필터제조시 발수 가공 공정(스프레이 공정)에서 부직포에 고착시키는 방법으로, 이 때 서로 다른 원료들과의 pH를 맞추어 응고를 방지함으로써 연속 작업을 가능하게 하였다.
본 발명에서는 여과재의 제조시 플라스틱 고분자 섬유인 폴리에스터, 이를 응용한 항균섬유, 특수섬유(시스코어형 저융점 섬유)를 혼합하여 적정 비율로 혼합하여 부직포의 일반적인 공법으로 제조하는데, 이 때, 몇 가지 제조 조건(온도, 비율, 가압 etc)을 갖는 특수한 공정을 포함하여, 이를 통해 음이온 발생 물질을 부착시킨다.
특히, 부직포 에어필터의 기본적인 기능을 유지하면서, 음이온 발생 물질 등을 추가로 포함하도록 제조하기 위해서는 여러 공정이 필요하고, 이에 따른 비용 상승을 수반할 수 밖에 없으나, 본 발명에서는 일괄 생산 공정에서 1 스텝으로 복합적인 기능을 갖는 부직포 에어필터를 제조하여 생산성을 향상시키고, 비용 상승을 억제하는 효과도 가진다.
이하 실시예를 통해 보다 상세히 기술하기로 한다. 단 실시예는 단지 발명을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.
실시예 1. 카딩 작업 공정
먼저 웨브(WEB)를 형성하기 위하여 섬유 뭉치를 카딩(Carding)하는 공정은 일반적인 수지를 웨브화하는 방법으로서 다음과 같다(도 1 참조). 컨베이어에 의해 이송된 섬유 뭉치는 중심 롤러 주위에서 대형 롤러와 소형 롤러의 회전에 의해, 마치 머리를 빗질하는 것과 같이 연속적으로 일정량 만큼 빗질되어 고르게 웨브로 형성된다.
실시예 2. 웨브 형성 공정
본 발명의 필터는 섬도가 다른 PET 또는 PP 섬유를 사용하여 밀도 구배로서 구별되는 조밀층, 중간층, 벌키층으로 구성된다.
조밀층은 평균 0.5 내지 4 데니어(denier)의 섬유로 구성되며, 시스코어형(sheath core) PET와 일반 PET 섬유를 혼합하여 사용한다.
시스코어형 섬유란 도 3에 도시된 바와 같이, 재질이 동일한 고분자 재질이고, 시스(sheath)(21)와 코어(core)(22)로 구분되는 2중 구조 섬유(bicomponent fiber, 20)로서, 시스(21)는 저융점(low melting fiber)로 구성되어 있고, 코어(22)는 일반 섬유로 구성되어 있는 것을 의미한다. 여기서 시스는 용융되어 주변의 일반 섬유와 결속을 강화시키고 비교적 작은 입자를 포집하는 필터 고유의 기능을 한다.
본 발명의 필터의 조밀층에는 항균 PET 섬유와 시스코어형 PET섬유, 바람직하게는 1 내지 7 데니어의 PET섬유를 70%이상 혼합하여 사용하는데 이는 후술될 음이온 발생 물질을 부착시키는데 결정적인 요인으로 작용한다.
중간층의 경우에는 평균 1.0 내지 6 데니어 정도의 PET를 사용하고 필요에 따라 소정량의 시스코어형 섬유를 일부 사용할 수 있다.
또한 벌키층은 평균 2 내지 10 데니어 정도의 일반 PET 또는 PP 등의 고분자섬유를 사용할 수 있다. 이때 부직포의 결속 및 경도를 향상 시키기 위하여 약 15% 내지 65%의 시스코어형 섬유를 사용할 수 있다.
상기 조밀층, 중간층 벌키층 중 적어도 1층 이상에 항균 섬유(1 내지 10 데니어)를 10% 이상 함유하는 것이 바람직하며, 이에 따라 항균도를 99.99%로 유지한다. 한편, 본 발명의 실시예에서 사용되는 섬유의 섬유장은 데니어에 따라 차이가 나지만 35m/m 내지 90m/m 정도의 길이를 갖는 섬유를 사용한다.
실시예 3. 니들링(Needling) 공정
전술한 바와 같은 적정한 비율의 밀도 구배를 가지는 웨브(web)는 중량이 약 70g/m2내지 150g/m2을 가지며, 이렇게 형성된 웨브의 표면 또는 후면을 각각 니들링하여 섬유를 일차적으로 결합시킨다. 이 때의 침밀도는 30 내지 300본/cm2침심은 2 내지 8mm가 적당하다.
실시예 4. 발수가공 및 향료처리 공정
우레아 수지 피막의 분자량을 조절하여, 약진동시 5 내지6개월 이상을 서서히 지속적으로 향기가 발생할 수 있도록 개발하였다.
기존 폴리우레아 피막 수지의 수평균 분자량 : Mn 30,000 이상
본 발명 폴리우레아 피막 수지의 수평균 분자량 : Mn 10,000 내지 30,000
본 발명에서 향료는 부직포 중량의 약 0.1 내지 1 중량%를 부직포 필터 제조시 발수 가공 공정인 스프레이(SPRAY) 공정에서 부직포에 접착시키는 방법으로 처리하며, 이 때 서로 다른 원료들과의 pH를 맞추어 응고를 방지하면서 연속적인 작업이 가능하게 한다.
사용되는 원료의 조성은 발수가공약제 약 1 내지 3 중량%, 향료 약 0.5 내지 3 중량% 및 적당량의 pH조절제를 물과 혼합하여, 전체 부직포 중량의 0.1 내지 2 중량%의 상기 혼합물을 분사(spray) 방식으로 부착 처리한다. 먼저 부직포의 전면을 분사하고 65℃ 내지 75℃의 강풍을 30초 내지 2분정도 적용하여 수분과 pH조절제인 암모니아만을 기화시킨다.
또한 후면도 전면과 동일한 방법으로 가공하는데, 이 때 온도는 90℃를 넘지않아야 고유한 성질이 보존된다.
본 발명은 아직까지 국내에서는 소개된 적이 없다. 예를 들면 발수 가공은 일반적으로 함침 가공이라든지 폼코팅 가공 등이 널리 이용되는데, 이러한 가공 방법으로는 발수 가공의 효과가 거의 나타나지 않는다. 따라서, 마지막 공정에서 발수도를 제어하는 것도 본 발명의 특징이라고도 할 수 있이며, 전면과 후면 발수 가공후 발수도는 25이다.
실시예 5 음이온 발생 물질 도포 공정
음이온 발생 물질의 일반적인 입자 크기는 2 내지 5 ㎛이며, 이러한 물질은 공기와의 직접 접촉 부위가 있어야만 음이온이 발생하는 문제가 있고, 또한 음이온 발생 물질을 부착하기 위해 필요한 접착제(binder) 등이 존재하면 음이온 검출되지 않기 때문에, 음이온 처리시 여러 물질을 혼합(binder, 향기입자, 발수제)하여 사용하면 음이온 물질에 미세한 피막을 입혀 공기와의 접촉을 차단하기 때문에 음이온 검출이 전혀 되지 않는 문제점이 있다. 따라서 반드시 여러 기능을 복합적으로 부여하기 위해서는 반드이 마지막 공정에 음이온 물질을 투입해야 하며 접착제 등을 사용하면 안되기 때문에 특별히 고안된 장치를 필요로 한다.
본 발명은 음이온 발생 물질인 귀양석의 일종인 신발견석을 0.5 내지 3 중량%를 고속교반기(회전수 3000회 이상/분)를 통과시켜 물과 혼합하며 고압 펌프 (5kg/cm2이상)을 사용하며, 별도로 제작한 3차 스프레이 가공기를 표면 가공기 바로 전에 설치하여 부직포 전체 중량의 0.1 내지 2 중량%를 고르게 도포할 수 있다.
일반적인 부직포 가공 라인에는 3차 스프레이를 설치 할 수 없으며, 본 발명을 위하여 3차 스프레이와 고온 순간 표면 가공기를 발명하였다.
귀양석의 일종인 음이온 발생 물질은 물과 혼합 건조 후에도 음이온의 발생이 계속되므로, 이에 착안하여 고른 도포를 위하여 고압 스프레이를 통해 도포하였다.
실시예 6. 고온 순간 표면 가공 공정(가공기 속도 : 6 ∼ 12m/분)
고온 순간 표면 건조 및 표면 가공기를 이용하여 음이온 발생 물질을 물과 함께 도포한 후 수분을 빠른 시간내에 건조(120℃∼180℃)시키고 음이온 발생 물질을 부직포 섬유상에서 부착시킨다. 이를 위해 부직포 제조시 사용되는 특수 섬유(시스코어형 저융점 섬유)를 200℃ 내지 280℃로 고온 압착하여 특수섬유의 시스부분을 순간적으로 녹임으로써, 도포된 음이온 발생 물질의 70% 이상을 공기와 접촉할 수 있게 하여 음이온을 발생시키게 되며, 최종적으로는 표면을 고온(250℃이상)에서 다림질하는 효과를 나타내기 때문에 1차·2차 발수 가공 단계시 발수도를 85 이상으로 끌어올릴 수 있다. 하기에서 세부 단계를 통해 구체적으로 살펴본다.
1) 건조 단계
음이온 발생 물질을 고속 교반 및 고압 스프레이 방식으로 부직포에 고르게 도포시킬 수 있으나, 물과 함께 도포되었으므로 수분이 그대로 남아 있게 된다. 이 수분을 일반적인 방법으로 건조시키면 음이온 입자들이 서서히 모이려는 성질이 있어서 고르게 도포시킨 후 공기 접촉을 최대한 유지할 수 없으며, 수분 제거 과정에서 입자들이 부직포 섬유상에서 대부분이 이탈하게 된다.
본 발명에서는 음이온 입자의 이탈을 90% 이상 방지하면서 고르게 도포되어 있는 입자를 보존하기 위하여 부직포 필터를 가열된 롤 표면에 순간적으로 직접 닿게하는 방식으로 수분을 건조시킴과 동시에 일반 건조시 입자들이 응집되지 않도록 하고, 음이온 입자의 부직포 섬유상 이탈을 방지하였다. 본 발명의 순간 건조 공정의 조건은 다음과 같다: 제1롤의 온도 및 제1롤의 온도 : 120℃∼180℃, 롤 속도 : 6 ∼ 12 M / 분.
2) 고온 압착 단계
상기 건조 공정을 거쳐 음이온 입자로 처리된 부직포는 단지 음이온 입자가 부직포 섬유상에 존재하고 있는 상태로 이를 섬유에 고착시켜야 한다. 이 때, 일반적인 접착제 등을 사용하면 음이온 물질에 미세한 막을 입히기 때문에 음이온이 검출이 되지 않는다. 따라서, 본 발명에서는 건조 공정을 거쳐서 나온 제품을 곧바로 2초 이내에 연속 공정인 고온 압착 공정으로 투입시켜 부직포 제조에 사용되는 특수 섬유(시스코어형 저융점 섬유)를 200℃ 내지 280℃로 고온 압착하여 특수 섬유의 시스부분을 순간적으로 녹여서 음이온발생물질의 70% 이상을 부직포 섬유상에 부착시킨다.
본 발명의 고온 압착 공정의 가공 조건은 다음과 같다: 제3롤과 제4롤의 온도 : 200℃ 내지 280℃, 롤 속도 : 6∼12M/분, 롤 압착 게이지: 0.1∼1mm
본 단계 후 향료 입자 및 음이온 입자와 부직포의 특수섬유의 시스결합을 도 9에 나타난 현미경 사진을 통하여 확인할 수 있다.
3) 표면 가공 단계
본 공정은 1차·2차 스프레이시 발수 가공후의 발수 성능을 보완하기 위해 일종의 다림질 효과로 통해 표면을 매끄럽게 하는 공정으로서 공정 조건은 다음과 같다: 제5롤의 온도 : 250℃이상. 롤 속도: 6∼12M/min
가공 전·후의 발수 성능을 비교하면 표 2에 나타난 바와 같다.
가공 전 가공 후
발수도 25-34 85-97
전술한 단계에 따라 제조된 본 발명의 음이온 발생 부직포 에어필터의 최종 물성은 표 3에 나타난 바와 같다.
재질 100% PET
중량 70-150g/m2
후도(두께) 0.5-1.2mm
통기도(air permeability) 150-300c/cm2/sec
강도 5kgf/5cm 이상
발수도 85% 이상
항균도 99% 이상
음이온 발생 실험 결과
본 발명 음이온 발생 부직포 에어필터의 음이온 발생 정도를 측정하기 위하여 일본 원적외선협회에 실험을 의뢰하였다. 상기 협외에서 음이온측정기를 이용하여 측정한 본 발명의 음이온 발생 결과는 다음과 같다.
구분 측정치(개/cc)
약진동 8,940
강진동 24,140
상기 표 3 및 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명 음이온 발생 부직포 에어필터가 약진동에 의해 인체에 가장 적합한 농도의 음이온을 발생시키는 것을 확인할 수 있다.
본 발명은 특히 열가소성 섬유만을 사용하고 기능성 부여시 비가교결합이 이루어지는 소정량의 바인더만을 사용함으로써, 자체에서 발생되는 유해한 냄새를 제거하고, 약진동에 의해 부직포 섬유상에서 향을 발산시켜 쾌적한 향기와 상쾌함을 주는 효과를 주며, 특히 일반 방향제와 달리 지속적이며 정량화된 향기가 발산되는 장점이 있다.
본 발명에 이용된 음이온 발생 물질은 향 입자와 마찬가지로 공기의 유입 (100∼340m3/HRS)에 의해 부직포 섬유상에 공기와의 마찰 및 섬유를 진동하게 하여 음이온을 발생시키는데, 기존의 음이온 발생기의 단점인 인체에 유해한 양이온이 발생하지 않으며, 인체가 가장 쾌적함을 느끼게 하는 농도인 6,000 내지 9,000EA/CC의 음이온을 발생시킨다.
본 발명에 발생되는 음이온의 농도는 비가 온 다음날 화창하게 개인 아침의 맑은 공기에 포함된 음이온의 농도와 비슷하기 때문에, 인체가 쾌적함을 느끼게하는 최적의 농도가 된다.
본 발명 부직포의 다층구조는 각 층마다 선택적으로 먼지등을 포집하는 것이가능하게 하고 여재내에 포함되어 있는 공극의 감소가 최소화되고, 효율적인 포집을 유도하므로 높은 포집 효율과 높은 포집량을 나타낼 수 있다.
기존의 공기정화기용 필터 예를 들어 자동차 실내 공기정화기 필터의 경우 약간의 세균억제를 보이나 반영구적인 항균이 되지 않으며, 필터 권장 교환주기(먼지포집량에 의한 수명)보다 앞서서 필터를 교환하여야 세균 및 곰팡이가 필터 표면에 자라나 냄새가 나는 것을 방지하는 등 여러 단점을 가지고 있다. 본 발명의 필터는 항균섬유 및 곰팡이가 자라지 못하게 발수 성능을 85%이상 유지시켜 부직포 섬유상에 수분이 존재하는 것을 방지하여 곰팡이의 발생을 억제한다.
본 발명은 공기정화기의 필터를 주기적으로 교환해야 하는 특성을 이용하여, 이러한 필터 교환만으로 향기 발생 및 음이온 발생이라는 복합적인 기능이 가능하도록 하였다. 공기정화기에서 필터만 교환하면 되므로, 음이온 발생 등을 위한 별도의 유지 관리가 필요없으며, 또한, 부직포 필터 제조시 일괄 공정으로 제조되어 가격 경쟁력이 우수하다는 것도 특징으로 들 수 있다.

Claims (20)

  1. 열가소성 섬유 뭉치를 카딩(carding)하여 밀도 구배를 갖는 웨브(web)를 형성한 후, 상기 웨브를 니들링(needling) 결합시켜 부직포 에어필터를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 부직포에 음이온 발생 물질을 도포하는 단계와,
    상기 음이온 발생 물질이 도포된 부직포를 순간 건조시켜 수분을 제거하는 단계와,
    상기 건조된 부직포에 음이온 발생 물질을 고온 압착시키는 단계와,
    상기 음이온 발생 물질이 압착된 부직포를 고온 롤에 통과시켜 표면을 가공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음이온 발생 물질이 포함된 부직포 에어필터를 제조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 부직포에 음이온 발생 물질을 도포하는 단계 전에 발수가공 및 향료처리 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 음이온 발생 물질이 포함된 부직포 에어필터를 제조하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 발수가공 및 향료처리 단계는 발수가공제와 향료를 혼합하여 부직포의전면과 후면에 각각 스프레이하는 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 음이온 발생 물질이 포함된 부직포 에어필터를 제조하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 발수가공제 및 향료에 pH조절제를 추가로 혼합하는 것을 특징으로 하는 음이온 발생 물질이 포함된 부직포 에어필터를 제조하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 발수가공제의 함량은 부직포 중량을 기준으로 1 내지 3 중량%이고, 향료는 0.5 내지 3 중량%인 것을 특징으로 하는 향료 및 음이온 발생 물질이 포함된 부직포 에어필터를 제조하는 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 부직포의 전면과 후면의 각 스프레이 단계 후에, 수분과 pH 조절제를 기화시키는 단계가 추가로 포함되는 것을 특징으로 하는 음이온 발생 물질이 포함된 부직포 에어필터를 제조하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 음이온 발생 물질을 도포하는 단계는 고속 교반 및 고압 스프레이 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 음이온 발생 물질이 포함된 부직포 에어필터를 제조하는 방법.
  8. 제1항 또는 제7항에 있어서,
    상기 음이온 발생 물질의 함량은 0.5 내지 3.0 중량%인 것을 특징으로 하는 음이온 발생 물질이 포함된 부직포 에어필터를 제조하는 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 음이온 발생 물질이 도포된 부직포를 순간 건조시키는 단계는 고온 순간 표면 가공기를 이용하여 부직포 필터를 가열된 롤 표면에 순간적으로 직접 접촉시킴으로써 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 음이온 발생 물질이 포함된 부직포 에어필터를 제조하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 롤의 온도는 120℃ 내지 180℃이며, 롤의 속도는 8 내지 12m/분인 것을 특징으로 하는 음이온 발생 물질이 포함된 부직포 에어필터를 제조하는 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 건조된 부직포에 음이온 발생 물질을 고온 압착시키는 단계는 고온 순간 표면 가공기를 이용하여, 롤의 온도 온도가 200℃ 내지 280℃이고, 롤 속도가 6 내지 12m/분이며, 롤 압착 게이지가 0.1 내지 1mm인 조건에서 이루어지도록 하는것을 특징으로 하는 음이온 발생 물질이 포함된 부직포 에어필터를 제조하는 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 표면을 가공하는 단계는 고온 순간 표면 가공기를 이용하여, 롤의 온도가 250℃ 이상이고, 롤 속도가 6 내지 12m/분인 조건에서 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 음이온 발생 물질이 포함된 부직포 에어필터를 제조하는 방법.
  13. 음이온 발생 물질 0.5 내지 3.0 중량%을 포함하는 것을 특징으로 하는 2 이상의 밀도 구배를 갖는 열가소성 수지로 구성된 부직포 에어필터.
  14. 제13항에 있어서,
    향료가 추가로 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 부직포 에어필터.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 음이온 발생 물질이 귀양석인 것을 특징으로 하는 부직포 에어필터.
  16. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 열가소성 수지가 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)인 것을 특징으로 하는 부직포 에어필터.
  17. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 2이상의 밀도 구배를 갖는 열가소성 수지는 조밀층, 중간층, 벌키층의 3개층으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 부직포 에어필터.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 각 층 중 적어도 1 이상의 층이 시스코어(sheathcore)형 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 부직포 에어필터.
  19. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 부직포 에어필터의 중량이 70 내지 150g/m2이고, 후도(두께)가 0.5 내지 1.2mm이며, 통기도(air permeability)가 150 내지 300c/cm2/sec이고, 강도가 5kgf/5cm 이상이며, 발수도가 85% 이상이며, 항균도가 99% 이상인 것을 특징으로 하는 부직포 에어필터.
  20. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    자동차용 공기청정기 또는 사무실 및 가정용 에어컨디셔너 또는 공조용 인도어 필터에 적용되는 것을 특징으로 하는 부직포 에어필터.
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