KR20200029862A - 공조기용 다층 필터 부재 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR20200029862A KR1020180108415A KR20180108415A KR20200029862A KR 20200029862 A KR20200029862 A KR 20200029862A KR 1020180108415 A KR1020180108415 A KR 1020180108415A KR 20180108415 A KR20180108415 A KR 20180108415A KR 20200029862 A KR20200029862 A KR 20200029862A
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Abstract

본 발명은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 부직포층; 상기 부직포층의 적어도 일면 상의 일부 영역에 구비되며, 융점이 100 ~ 270 ℃인 저융점 고분자 물질을 포함하는 접착층; 및 상기 접착층이 구비된 부직포층 상에 구비되며, 평균직경이 10 ~ 60 ㎚ 인 나노 섬유로 이루어진 부직포 형태의 나노 섬유층;을 포함하는 다층 필터 부재 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, PM0.1 ~ PM0.3 수준의 미립자에 대한 포집효율이 99.9% 이상이면서 절곡형태로 성형 가능한 다층 필터 부재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

공조기용 다층 필터 부재 및 그 제조방법{MULTI-LAYERED FILTER ELEMENT FOR AIR CONDITIONER AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 다층 필터 부재 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 부직포층, 접착층 및 나노 섬유층을 포함함으로써 미립자에 대한 포집효율이 우수하면서 절곡형태로 성형 가능한 다층 필터 부재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
건강과 환경에 대한 관심이 점점 높아져 가는 사회적 분위기 속에서, 특히 인간의 건강에 직접적으로 영향을 미치는 실내 공기 청정에 관한 문제는 사회적으로 중요한 이슈가 되고 있다. 이는 현대 사회구조가 변화되면서 실내에서 생활하는 시간이 점점 길어지고 이에 따라 실내 환경이 인간에게 미치는 영향 또한 커지고 있기 때문이다.
따라서, 가정 및 산업 현장에서 사용되는 자동차, 에어컨, 공기청정기, 청소기, 공기조화기 등에는 에어 필터가 설치되어 있으며, 에어 필터를 통해 대기 중의 공기에 포함된 먼지 등의 이물질을 여과한 후 여과된 공기를 실내로 공급하도록 하고 있다.
이와 같은 에어필터에는 부직포가 많이 사용되어 왔는데, 초기의 단순한 구조에서부터 출발하여 그 층 구조, 결합방법, 소재 면에서 꾸준히 다양화되고 기술이 발전되고 있다. 멜트 브라운, 스펀 본딩, 니들 펀칭과 같이 전통적인 부직포 제조 공정을 통해 얻어진 수십 내지 수백 마이크로미터 크기의 섬유상으로 이루어진 부직포의 경우 높은 통기도를 지니고 있어 포집효율은 낮지만 공기 흐름에 대한 저항도가 낮기 때문에 차압에 의한 압력손실을 최소화할 수 있다.
이에, 포집효율을 높이기 위하여 상기 부직포에 다공성 물질을 포함시키는 방안이 고려되었다.
이러한 종래의 기술로서, 특허문헌 1(국내 공개특허공보 제10-2015-0021685호)에는 ⅰ) 다공성 물질과 저융점 섬유를 혼합하여 혼합물을 만드는 단계; ⅱ) 상기 혼합물을 제 1 기포지(부직포) 위로 스캐터링하는 단계; ⅲ) 상기 혼합물이 스캐터링된 제 1 기포지 위로 제 2 기포지(부직포)를 합지하는 단계; ⅳ) 합지된 제 1 기포지와 제 2 기포지를 열융착하는 단계;를 포함하는 에어 필터의 제조방법이 공지되어 있다.
상기 특허문헌 1에 따르면, 부직포(제 1 기포지)와 부직포(제 2 기포지) 사이에 다공성 물질과 함께 저융점 섬유가 포함된 후 열융착 과정이 수행됨으로써 상기 다공성 물질이 부직포들 사이에 견고하게 안착된 에어필터가 제공될 수 있다고 기재되어 있다.
그러나, 특허문헌 1에따라 제공되는 에어필터를 사용하여도 여전히 실내나 자동차로 유입되는 PM0.1(particle meter 0.1, 0.1㎛) ~ PM0.3(particle meter 0.3, 0.3㎛) 정도의 미립자는 여과해내지 못하는 실정이다. 상기 미립자들은 흡입시 체내에서 걸러지거나 배출되지 않아 인체에 악영향을 끼칠 수 있다.
또한, 상기한 바와 같은 에어필터를 자동차용 에어컨 등과 같은 좁은 공간 용도로 사용할 경우 여과면적이 부족해지는 문제가 있다. 이러한 문제를 해소하는 종래의 방법으로서, 특허문헌 2(국내 공개특허공보 제10-2018-0022510호)는 복수개의 지그재그한 골이 형성된 필터엘리먼트를 포함하는 자동차 에어컨 필터에 대해 기재하고 있다. 그러나, 이 경우에도 필터가 절곡형태로 성형됨에 따라 여과면적이 늘어난다는 효과가 있을 뿐, PM0.1 ~ PM0.3 정도의 미립자를 여과하지 못한다는 근본적인 문제는 여전히 해소되지 못하고 있다.
KR 1020150021685 A KR 1020180022510 A
본 발명은 PM0.1 ~ PM0.3 수준의 미립자에 대한 포집효율이 99.9% 이상이면서 큰 여과면적을 갖는 절곡형태로 성형 가능한 다층 필터 부재를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 상기 다층 필터 부재를 제조하는 경제적인 방법을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 부직포층; 상기 PET 부직포층의 적어도 일면 상의 일부 영역에 구비되며, 융점이 100 ~ 270 ℃인 저융점 고분자 물질을 포함하는 접착층; 및 상기 접착층이 구비된 PET 부직포층의 일면 상에 구비되며, 평균직경이 10 ~ 60 ㎚ 인 나노 섬유로 이루어진 부직포 형태의 나노 섬유층;을 포함하는 다층 필터 부재를 제공한다.
상기 PET 부직포층은 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리에스테르 및 폴리비닐리덴플루오라이드로 이루어진 군에서 선택된 일종 이상의 열가소성 수지를 더 포함할 수 있다.
상기 PET 부직포층의 압력손실은 0.1 ~ 10.0 Pa 인 것이 바람직하다.
상기 저융점 고분자 물질은 폴리우레탄계 고분자, 폴리에틸렌계 고분자, 폴리프로필렌계 고분자, 폴리에스테르계 고분자 및 폴리비닐리덴플루오라이드계 고분자로 이루어진 군에서 선택된 일종 이상으로부터 얻어질 수 있다.
상기 접착층은 섬유상의 상기 저융점 고분자 물질을 포함하는 부직포층으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 접착층은 상기 저융점 고분자 물질을 포함한 코팅층으로 형성될 수 있다.
상기 나노 섬유층은 3차원 망상구조를 가질 수 있으며, 상기 나노 섬유층의 두께는 0.1 ~ 300 nm 인 것이 바람직하다.
상기 나노 섬유층은 스펀본드 부직포일 수 있다.
상기 나노 섬유층은 자립막일 수 있다.
상기 나노 섬유층을 구성하는 상기 나노 섬유는 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리에테르설폰(polyethersulfone, PES), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리에틸렌(polyethylene) 및 나일론(nylon)으로 이루어진 군에서 선택된 일종 이상의 고분자로부터 얻어질 수 있다.
상기 나노 섬유층 상에 보호층이 더 구비될 수 있고, 상기 보호층는 부직포 또는 직물 형태를 가질 수 있으며, 상기 보호층은 폴리에틸렌계 섬유, 폴리프로필렌계 섬유 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트계 섬유로 이루어진 군에서 선택된 일종 이상을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명은 상기한 다층 필터 부재의 제조방법을 제공하며, 상기 제조방법은 (1) PET 부직포층을 준비하는 단계; (2) 상기 PET 부직포층의 적어도 일면 상에 평균직경이 10 ~ 60 ㎚ 인 나노 섬유가 부직포 형태로 구비된 나노 섬유층을 형성하는 단계; 및 (3) 상기 (2) 단계에 얻어진 적층체를 가열 압착하는 단계;를 포함하되, 상기 PET 부직포층과 상기 나노섬유층 사이의 일부 영역에 융점이 100 ~ 270 ℃인 저융점 고분자 물질을 포함하는 접착층이 형성되는 단계(1a) 가 더 포함된다.
상기 (1a) 단계는, 상기 PET 부직포층의 적어도 일면 상의 일부 영역에 접착층을 형성하고, 상기 접착층이 형성된 PET 부직포층의 일면 상에 상기 나노 섬유층을 형성하는 것; 또는 상기 나노 섬유층의 일면 상의 일부 영역에 접착층을 형성하고, 이를 상기 PET 부직포층의 적어도 일면에 합지하는 것;으로부터 선택될 수 있다.
상기 (2) 단계는 고분자 용액을 방사하는 단계; 및 상기 방사 방향과 수직방향으로 압축공기를 분사하여 상기 고분자 용액을 부직포 형태의 나노 섬유층으로 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 (3) 단계에서 가열 압착 시의 온도는 70 ~ 350 ℃ 이고, 압력은 50 ~ 100 Pa인 것이 바람직하다.
상기 (3) 단계에서 가열 압착하기 전에 상기 적층체의 나노 섬유층 상에 보호층을 형성할 수 있다.
이 밖에, 본 발명은 상기한 다층 필터 부재를 포함하는 에어 필터를 제공하고, 상기 에어필터를 포함하는 차량용 에어컨 또는 공조기를 제공한다.
이때, 상기 다층 필터 부재는 복수회 절곡되어 주름진 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 다층 필터 부재에서 기재로 사용되는 PET 부직포층은 강성이 우수하여 절곡 형성 과정을 잘 견딜 수 있으며, 더욱이 절곡형성 이후 그 형태가 잘 유지된다. 따라서, 본 발명에 따른 다층 필터 부재는 복수회 절곡되어 주름진 형태를 갖도록 제작되면, 좁은 공간에서도 넓은 여과면적을 갖는 에어필터로 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다층 필터 부재는, 평균직경이 10 ~ 60 ㎚ 인 나노 섬유로 이루어진 부직포 형태의 나노 섬유층을 포함함으로써 PM0.1 ~ PM0.3 수준의 미립자에 대한 포집효율을 99.9% 이상으로 향상시킬 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따르면, 상기 PET 부직포층과 상기 나노 섬유층 사이에 접착층을 포함함으로써, 물 세척이 가능하며, 특히 반복적인 물 세척에도 우수한 내구성 및 포집효율을 나타내는 다층 필터 부재를 제공할 수 있다.
이 밖에도, 상기 PET 부직포층에는 단가가 매우 저렴한 PET 부직포가 사용되고, 상기 나노 섬유층을 제조하는 과정에서도 압축공기 분사를 이용하여 평균직경이 10 ~ 60 ㎚ 인 나노 섬유가 손쉽게 대량 생산되므로, 다층 필터 부재 제조 비용이 절감될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시상태에 따른 다층 필터 부재의 구조를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시상태에 따른 다층 필터 부재의 구조를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시상태에 따른 다층 필터 부재의 구조를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
본 명세서에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 의한 다층 필터 부재는 공기 중의 미세먼지 등을 걸러내기 위한 에어필터 부재로서, PM0.1 ~ PM0.3 크기의 미립자에 대한 포집효율이 높으면서도 절곡형태로 성형 가능한 정도의 강성을 갖도록 구성하되, 구조가 매우 간단하고 제조가 매우 용이하도록 구성된다는 점에 구성상의 가장 큰 특징이 있다.
구체적으로, 상기 다층 필터 부재는 PET 부직포층; 상기 PET 부직포층의 적어도 일면 상의 일부 영역에 구비되며, 융점이 100 ~ 270 ℃인 저융점 고분자 물질을 포함하는 접착층; 및 상기 접착층이 구비된 부직포층의 일면 상에 구비되며, 평균직경이 10 ~ 60 ㎚ 인 나노 섬유로 이루어진 부직포 형태의 나노 섬유층;을 포함한다. 도 1에는 본 발명의 일 실시상태에 따른 다층 필터 부재의 구조를 모식적으로 나타낸 단면도가 도시되어 있다.
먼저, 상기 PET 부직포층은 PET 부직포로 구성된다. 상기 PET 부직포는 고분자인 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET)가 부직포 형태로 제조된 것으로, 강성 및 내열성이 우수할 뿐만 아니라 가공성이 우수하다. 이러한 PET 부직포는 절곡 형성 과정을 잘 견딜 수 있으며, 더욱이 절곡형성 이후 그 형태가 잘 유지된다. 따라서, 본 발명에서와 같이 PET 부직포층을 기재층으로 사용하는 다층 필터 부재는 복수회 절곡되어 주름진 형태를 갖도록 제작되면, 형태안정성이 우수하여 좁은 공간에서도 넓은 여과면적을 갖는 에어필터로 장기간 사용될 수 있다. 여기서, "부직포(non-woven fabric)"는 기계적, 화학적, 열적 용융의 방법 또는 접착제를 이용하여 섬유를 서로 묶거나 엉겨 붙게 하여 생산한 직물을 말한다.
상기 PET 부직포는 용융방사법에 의한 스펀 본드 방식, 멜트 블로운 방식, 니들 펀칭 방식 등 통상의 방법에 따라 제한 없이 제조된 것일 수 있고, 바람직하게 스펀 본드 부직포일수 있다.
상기 PET 부직포층은 PET 이외에 부직포 형성이 가능한 열가소성 수지를 더 포함할 수 있으며, 바람직하게 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리에스테르 및 폴리비닐리덴플루오라이드로 이루어진 군에서 선택된 일종 이상의 열가소성 수지를 더 포함할 수 있다.
상기 PET 부직포층의 압력손실이 0.1 ~ 10.0 Pa 일 수 있다. 여기서, 압력손실 (Pressure Drop)이란, 필터에 공기가 통과할 때 상기 필터 전단과 후단 간에 발생하는 압력 차이를 의미하는 것으로, 상기 압력손실이 큰 필터 부재가 적층된 필터를 사용할 경우 여과과정에서 요구되는 에너지량이 증가할 수 있다.
상기 PET 부직포층은 수 내지 수백 ㎛ 직경의 섬유상으로 이루어져 있고, 층 내에 다양한 크기의 많은 기공을 포함하고 있어, 매우 높은 통기도를 지니고 있다. 이러한 PET 부직포층은 상대적으로 큰 미립자(오염물)의 통과를 막는 역할을 한다.
그리고, 상기 접착층은 상기 PET 부직포층의 적어도 일면상의 일부 영역에 구비되며, 융점이 100 ~ 270 ℃인 저융점 고분자 물질을 포함한다. 상기 고분자 물질은 폴리우레탄계 고분자, 폴리에틸렌계 고분자, 폴리프로필렌계 고분자, 폴리에스테르계 고분자 및 폴리비닐리덴플루오라이드계 고분자로 이루어진 군에서 선택된 일종 이상으로부터 얻어질 수 있고, 바람직하게 폴리에틸렌계 고분자로부터 얻어질 수 있다.
상기 접착층은 섬유상의 상기 저융점 고분자 물질을 포함하는 부직포층으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 접착층은 상기 저융점 고분자 물질을 포함한 코팅층으로 형성될 수 있다.
상기 접착층의 접착원리를 살펴보면, 상기 접착층 내의 저융점 고분자 물질, 구체적으로, 고분자 섬유 또는 고분자 코팅층이 가열 압착에 의하여 용융되어 인접하는 상기 PET 부직포층의 기공 표면 및 나노 섬유층의 나노 섬유 표면으로 확산되면서 코팅되고, 이러한 확산 및 코팅 과정을 통해 상기 PET 부직포층과 나노 섬유층이 상호 고정되는 것이다. 즉, 상기 접착층은 가열 압착 과정을 거쳐 형성되는 층을 의미할 수도 있으며, 상기 가열 압착에 의하여 접착층을 구성하는 물질이 확산 및 코팅된 영역을 의미할 수 있다.
상기와 같은 방식으로 접착층을 개재하여 PET 부직포층에 나노 섬유층이 고정된 다층 필터 부재는 물 세척이 가능해지고, 반복적이 세척에도 PET 부직포층으로부터 나노 섬유층이 분리되지 않는 견고한 필터를 제공할 수 있다.
그리고, 상기 나노 섬유층은 상기 접착층이 구비된 PET 부직포층의 일면 상에 구비되며, 평균직경이 10 ~ 60 ㎚ 인 나노 섬유로 이루어진 부직포 형태를 갖는다. 상기 나노 섬유는 방사과정에서 노즐을 통해 방사된 고분자 용액에 고속고온의 압축공기를 분사함으로써 얻어지는데, 상기 분사에 의해 방사된 고분자 용액의 연신이 이루어지고, 이러한 연신과정을 통해 60 ㎚ 이하의 평균직경을 갖는 나노 섬유를 얻을 수 있다. 그리고, 상기 방사과정 및 압축공기 분사과정을 거쳐 3차원 망상구조를 갖는 나노 섬유층이 형성될 수 있다.
상기와 같은 평균 직경범위를 갖는 나노 섬유로 이루어진 나노 섬유층의 경우 하나의 층으로 구성되더라도 우수한 포집효과를 나타낼 수 있는 반면, 압력손실이 상승할 우려가 있다. 이는, 나노 섬유층의 두께를 얇게함으로써 해소할 수 있으며, 상기 압력손실을 고려한 바람직한 나노 섬유층의 두께는 0.1 ~ 300 nm 일 수 있다.
상기 나노 섬유층은 스펀본드 부직포일 수 있다. 상기 스펀본드 부직포는 방사한 후 열을 가해 접착해서 만드는 부직포의 일종으로, 강도와 내구성이 우수하고 제조비용이 저렴한 장점이 있다.
상기 나노 섬유층은 자립막일 수 있다. 여기서, 자립막이란 다른 지지체가 존재하고 있지 않아도 그 자체로 막으로서의 형상을 유지할 수 있는 막을 말한다. 예컨대, 본 발명에 따른 상기 나노 섬유층은 그 자체만으로도 수 ㎛ 수준의 두께를 갖는 진공막으로 제조될 수 있고, 단음 및 단열 효과를 나타낼 수 있다.
상기 나노 섬유는 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리에테르설폰(polyethersulfone, PES), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리에틸렌(polyethylene) 및 나일론(nylon)으로 이루어진 군에서 선택된 일종 이상의 고분자로부터 얻어질 수 있고, 바람직하게 폴리에테르설폰으로부터 얻어질 수 있다.
본 발명에 따른 다층 필터 부재는 상기 나노 섬유층 상에 구비된 보호 층을 더 포함할 수 있다. 도 2에는 상기 보호층을 포함하는 본 발명의 일 실시상태에 따른 다층 필터 부재의 구조가 모식적으로 도시되어 있고, 도 3에는 접착층, 나노섬유층 및 보호층이 PET 부직포층의 상·하면에 모두 구비된 경우를 모식적으로 도시한 단면도가 도시되어 있다.
이때, 상기 보호층은 접착층을 개재하여 상기 나노 섬유층 상에 부착될 수 있으며, 상기 접착층은 전술한 바와 같은 저융점 고분자 물질로부터 얻어질 수 있다.
상기 보호층은 상기 다층 필터 부재가 차량용 에어컨이나 공조기 등 최종 용도에 적용되는 과정에서 상기 나노 섬유층이 손상되는 것을 방지하기 위하여 상기 나노 섬유층 상에 형성될 수 있다. 상기 보호층는 부직포 또는 직물 형태를 가질 수 있으며, 폴리에틸렌계 섬유, 폴리프로필렌계 섬유 및 폴리에틸렌테레프탈레이트계 섬유로 이루어진 군에서 선택된 일종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게 폴리프로필렌계 섬유로 형성될 수 있다.
한편, 본 발명은 상기 다층 필터 부재의 제조방법을 제공한다. 상기 제조방법은 (1) PET 부직포층을 준비하는 단계; 및 (2) 상기 PET 부직포층의 적어도 일면 상에 평균직경이 10 ~ 60 ㎚ 인 나노 섬유가 부직포 형태로 구비된 나노 섬유층을 형성하는 단계; 및 (3) 상기 (2) 단계에 얻어진 적층체를 가열 압착하는 단계;를 포함하되, 상기 PET 부직포층과 상기 나노섬유층 사이의 일부 영역에 융점이 100 ~ 270 ℃인 저융점 고분자 물질을 포함하는 접착층이 형성되는 단계(1a) 가 더 포함된다.
상기 접착층을 형성하는 단계(1a)는 두 가지 방법을 예로 들 수 있는데, 첫 번째 방법은 상기 PET 부직포층의 적어도 일면 상의 일부 영역에 접착층을 형성하고, 상기 접착층이 형성된 PET 부직포층 상에 상기 나노 섬유층을 형성하는 것일 수 있다. 그리고, 두 번째 방법은 나노 섬유층의 일면 상의 일부 영역에 접착층을 형성하고, 이를 상기 PET 부직포층의 적어도 일면에 합지하는 것일 수 있다. 상기한 두 가지 방법 이외에도 상기 저융점 고분자 물질을 이용하여 상기 PET 부직포층에 상기 나노 섬유층을 고정시킬 수 있는 방법이라면, 본 발명에 따른 접착층 형성 방법으로서 제한없이 사용될 수 있다.
구체적으로, 상기 다층 필터 부재의 제조방법은 (ⅰ) PET 부직포층을 준비하는 단계; (ⅱ) 상기 PET 부직포층의 적어도 일면 상의 일부 영역에 융점이 100 ~ 270 ℃ 인 저융점 고분자 물질을 포함하는 접착층을 형성하는 단계; (ⅲ) 상기 접착층이 형성된 PET 부직포층 상에 평균직경이 10 ~ 60 ㎚ 인 나노 섬유가 부직포 형태로 구비된 나노 섬유층을 형성하는 단계; 및 (ⅳ) 상기 (ⅲ) 단계에 얻어진 적층체를 가열 압착하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 다층 필터 부재의 제조방법은 (ⅰ) PET 부직포층을 준비하는 단계; (ⅱ) 평균직경이 10 ~ 60 ㎚ 인 나노 섬유로 이루어진 부직포 형태의 나노 섬유층을 형성하는 단계; (ⅲ) 상기 나노 섬유층의 일면 상의 일부 영역에 융점이 100 ~ 270 ℃인 저융점 고분자 물질을 포함하는 접착층을 형성하는 단계; (ⅳ) 상기 (ⅲ) 단계에 따라 접착층이 형성된 나노 섬유층을 상기 접착층을 개재하여 상기 PET 부직포층의 적어도 일면 상에 합지하는 단계; 및 (ⅴ) 상기 (ⅳ) 단계에 따라 얻어진 적층체를 가열 압착하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 나노 섬유층을 형성하는 단계(2)는 고분자 용액을 방사하는 단계; 및 상기 방사 방향과 수직방향으로 압축공기를 분사하여 상기 고분자 용액을 부직포 형태의 나노 섬유층으로 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 압축공기는 에어필터 노즐을 통해 분사되고 고속고온의 공기 흐름을 가질 수 있다. 이러한 고속고온의 공기는 방사되는 고분자 용액을 연신하는 역할을 하게 된다. 이러한 연신 과정을 거친 고분자 용액은 평균직경이 10 ~ 60 ㎚ 인 나노 섬유로 만들어질 수 있다. 본 발명에 따르면, 상기한 과정을 통해 원하는 평균직경을 갖는 나노섬유를 안정적으로 대량 생산할 수 있고, 그 과정이 매우 경제적이다.
이렇게 연신과정을 거친 나노 섬유는 컨베이어 등에 적층되어 부직포 형태의 나노 섬유층으로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 (3) 단계에 따른 가열 압착에 의하여, 전술한 바와 같이 접착층을 구성하는 물질이 상기 PET 부직포층, 및 상기 나노 섬유층에 확산되며, 상기 PET 부직포층 및 상기 나노 섬유층을 상호 고정할 수 있다
상기 (3) 단계의 가열 압착 시의 온도는 70 ~ 350 ℃ 일 수 있으며, 이 경우 상기 PET 부직포층과 상기 나노 섬유층을 손상시키지 않으면서 저융점 고분자 물질을 용융시킬 수 있으므로 고정효과를 극대화할 수 있어 바람직하다. 이러한 저융점 고분자 물질은 폴리우레탄계 고분자, 폴리에틸렌계 고분자, 폴리프로필렌계 고분자, 폴리에스테르계 고분자 및 폴리비닐리덴플루오라이드계 고분자로 이루어진 군에서 선택된 일종 이상으로부터 얻어질 수 있다.
상기 가열 압착 시의 압력은 50 ~ 100 Pa 일 수 있으며, 이 경우 상기 PET 부직포층 및 상기 나노 섬유층을 손상시키지 않으면서, 상기 저융점 고분자 물질이 용융되어 상기 PET 부직포층 및 상기 나노 섬유층으로 확산되며 이들을 서로 부착시킬 수 있다.
상기 (3) 단계에서 가열 압착하는 단계 전에 상기 적층체의 나노 섬유층 상에 보호층을 형성할 수 있다. 이때, 상기 보호층의 재질 등은 전술한 바와 같다. 그리고, 상기 보호층은 접착층을 개재하여 상기 나노 섬유층 상에 부착될 수 있으며, 상기 접착층은 전술한 바와 같은 저융점 고분자 물질로부터 얻어질 수 있다.
이 밖에, 본 발명은 상기한 다층 필터 부재를 포함하는 에어필터를 제공하며, 상기 에어필터를 포함하는 차량용 에어컨 또는 공조기를 제공한다.
상기 에어 필터는 PM0.1 ~ PM0.3 수준의 미립자에 대하여 99.9% 이상의 포집효율을 나타낼 수 있고, 제조단가가 저렴할 뿐만 아니라 반복적인 물 세척 후에도 변함없이 우수한 포집효율 및 높은 내구성을 갖는다는 장점이 있다.
상기 다층 필터 부재는 복수회 절곡되어 주름진 형태를 가질 수 있다. 이와 같이 절곡형태를 갖는 다층 필터부재의 경우, 차지하는 공간대비 여과면적이 증가하여 자동차 등과 같이 한정된 공간에도 효율적으로 장착될 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시상태에 대해 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시상태에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

Claims (21)

  1. 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 부직포층;
    상기 PET 부직포층의 적어도 일면 상의 일부 영역에 구비되며, 융점이 100 ~ 270 ℃인 저융점 고분자 물질을 포함하는 접착층; 및
    상기 접착층이 구비된 PET 부직포층의 일면 상에 구비되며, 평균직경이 10 ~ 60 ㎚ 인 나노 섬유로 이루어진 부직포 형태의 나노 섬유층;을 포함하는, 다층 필터 부재.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 PET 부직포층은 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리에스테르 및 폴리비닐리덴플루오라이드로 이루어진 군에서 선택된 일종 이상의 열가소성 수지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 다층 필터 부재.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 PET 부직포층의 압력손실이 0.1 ~ 10.0 Pa 인 것을 특징으로 하는, 다층 필터 부재.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 저융점 고분자 물질은 폴리우레탄계 고분자, 폴리에틸렌계 고분자, 폴리프로필렌계 고분자, 폴리에스테르계 고분자 및 폴리비닐리덴플루오라이드계 고분자로 이루어진 군에서 선택된 일종 이상으로부터 얻어지는 것을 특징으로 하는, 다층 필터 부재.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 나노 섬유층은 3차원 망상구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 다층 필터 부재.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 나노 섬유층의 두께는 0.1 ~ 300 nm 인 것을 특징으로 하는, 다층 필터 부재.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 나노 섬유층은 스펀본드 부직포인 것을 특징으로 하는, 다층 필터 부재.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 나노 섬유층은 자립막인 것을 특징으로 하는, 다층 필터 부재.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 나노 섬유는 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리에테르설폰(polyethersulfone, PES), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리에틸렌(polyethylene) 및 나일론(nylon)으로 이루어진 군에서 선택된 일종 이상의 고분자로부터 얻어지는 것을 특징으로 하는, 다층 필터 부재.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 나노 섬유층 상에 보호층이 더 구비되는 것을 특징으로 하는, 다층 필터 부재.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 보호층는 부직포 또는 직물 형태를 갖는 것을 특징으로 하는, 다층 필터 부재.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 보호층은 폴리에틸렌계 섬유, 폴리프로필렌계 섬유 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트계 섬유로 이루어진 군에서 선택된 일종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 다층 필터 부재.
  13. 청구항 1 내지 12 중 선택된 어느 한 항에 따른 다층 필터 부재의 제조방법으로서,
    (1) PET 부직포층을 준비하는 단계;
    (2) 상기 PET 부직포층의 적어도 일면 상에 평균직경이 10 ~ 60 ㎚ 인 나노 섬유가 부직포 형태로 구비된 나노 섬유층을 형성하는 단계; 및
    (3) 상기 (2) 단계에 얻어진 적층체를 가열 압착하는 단계;를 포함하되,
    상기 PET 부직포층과 상기 나노섬유층 사이의 일부 영역에 융점이 100 ~ 270 ℃인 저융점 고분자 물질을 포함하는 접착층이 형성되는 단계(1a) 가 더 포함되는 것을 특징으로 하는, 다층 필터 부재의 제조방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 (1a) 단계는, 상기 PET 부직포층의 적어도 일면 상의 일부 영역에 접착층을 형성하고, 상기 접착층이 형성된 PET 부직포층의 일면 상에 상기 나노 섬유층을 형성하는 것; 또는 상기 나노 섬유층의 일면 상의 일부 영역에 접착층을 형성하고, 이를 상기 PET 부직포층의 적어도 일면에 합지하는 것;으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 다층 필터 부재의 제조방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 (2) 단계는 고분자 용액을 방사하는 단계; 및 상기 방사 방향과 수직방향으로 압축공기를 분사하여 상기 고분자 용액을 부직포 형태의 나노 섬유층으로 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 다층 필터 부재의 제조방법.
  16. 청구항 13에 있어서,
    상기 (3) 단계에서 가열 압착 시의 온도는 70 ~ 350 ℃ 이고, 압력은 50 ~ 100 Pa인 것을 특징으로 하는, 다층 필터 부재의 제조방법.
  17. 청구항 13에 있어서,
    상기 (3) 단계에서 가열 압착하기 전에 상기 적층체의 나노 섬유층 상에 보호층을 형성하는 것을 특징으로 하는, 다층 필터 부재의 제조방법.
  18. 청구항 1 내지 12 중 선택된 어느 한 항에 따른 다층 필터 부재를 포함하는 에어 필터.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 다층 필터 부재는 복수회 절곡되어 주름진 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는, 에어필터.
  20. 청구항 18에 따른 에어 필터를 포함하는 차량용 에어컨.
  21. 청구항 18에 따른 에어 필터를 포함하는 공조기.
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