KR20200072086A

KR20200072086A - 가솔린 엔진 에어클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포와 그 제조방법

Info

Publication number: KR20200072086A
Application number: KR1020180159848A
Authority: KR
Inventors: 주광진; 이재민; 이영섭; 박혜준
Original assignee: 주식회사 성창오토텍
Priority date: 2018-12-12
Filing date: 2018-12-12
Publication date: 2020-06-22
Anticipated expiration: 2038-12-12
Also published as: KR102207862B1

Abstract

본 발명은 가솔린 엔진 에어클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포와 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 특정 물성을 가지는 분말 활성탄, 펄프, 특정 물성의 합성섬유 및 카본결합제를 기본원료하여 구성하고 이를 웹 타입의 부직포로 제조하고 압축을 통해 일정두께의 습식 부직포 원단으로 형성함으로써, 이를 탄화수소 트랩으로 제작하여 가솔린 엔진 에어클리너에 내설하여 사용하는 경우 엔진의 연소실이나 연료 저장탱크의 연료로부터 발생하는 증발가스에 내포된 탄화수소 등 유증기를 흡착하였다가 엔진 가동시 다시 탈착할 수 있도록 하여, 대기오염의 주범인 탄화수소의 외부 유출을 방지하고, 차량에 탑승한 탑승객이 탄화수소 가스에 의한 피해를 최소화할 수 있도록 한 가솔린 엔진 에어클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포와 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

가솔린 엔진 에어클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포와 그 제조방법{A wet-laid non-woven fabric for hydrocarbon trap of air cleaner and its manufacturing method}

본 발명은 가솔린 엔진 에어클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포와 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 특정 범위의 메조구조를 가지는 분말 활성탄과 특정 물성을 가지는 합성섬유를 선택하고 카본결합제의 사용을 최소화하여 습식 부직포를 구성함으로써, 이를 이용하여 가솔린 엔진 에어클리너의 탄화수소 트랩을 제조하여 사용하는 경우 탄화수소 가스 등 유증기 흡탈착 과정에서 분말 활성탄의 이탈을 방지하는 등 물성이 우수하면서 흡탈착 능력이 현저하게 향상된 탄화수소 트랩용 습식 부직포에 관한 것이다.

일반적으로 자동차는 연료와 공기가 각각 혼합 연소하면서 동력을 발생하게 된다.

다시 말하면, 자동차의 연료탱크에 저장되어 있는 연료가 각종 연료 공급장치를 통과하고, 외부로부터 유입된 공기와 혼합되어 엔진의 실린더로 분사됨과 동시에 엔진이 흡입, 압축, 폭발, 배기행정을 반복하면서 작동하게 되고 이에 따라 자동차가 동력을 얻게 되는 것이다.

상기와 같이 엔진을 운전하는 데는 일정량의 공기를 필요로 하며, 상기한 공기의 공급은 차량의 외부로부터 유입된다.

즉, 차량 외부의 공기가 에어클리너 측으로 유입되며 상기 에어클리너에 연결된 에어 인테이크 호스를 통해 흡기 매니폴드로 이동하여 엔진으로 공급되는 것이다.

이때, 상기 에어클리너 내부에는 외부 공기 중에 포함된 먼지 및 이물질을 여과하는 에어클리너 필터가 설치되어 상기 외부 공기 중에 포함된 먼지 및 이물질 등을 여과하여 엔진의 연소 작동에 필요한 공기를 공급하게 된다.

이러한 에어클리너에는 상기 에어 인테이크 호스의 단부와 결합 가능하도록 유입구가 형성되며, 상기 에어클리너의 내부에 디퓨저가 연결 설치된다.

한편, 차량의 주행 또는 정지 시에 배출되는 유해가스 중 탄화수소 가스는 대기 중으로 방출되어 대기 중의 오존과 화학반응 함으로서 광화학 스모그를 유발하는 대기 오염 물질 중에 하나로서 공기 흡기 시스템(에어덕트, 에어클리너, 공기 흡기 호스, 트로틀 바디)근처로 유출되어 동, 식물 및 인간에게 유해한 문제를 일으키며 대기오염 문제를 일으키는 심각한 유해가스로서 이를 흡착할 수 있는 장치를 필요로 했다.

다시 말하면, 상기와 같은 공기 흡기 시스템으로서, 에어클리너(AIR CLEANER)에 장착되는 에어클리너 필터는 차량의 내부로 공급되는 공기 중에 포함된 먼지 등의 이물질을 여과하는 역할을 한다.

그러나 종래의 에어클리너에는 탄화수소 가스를 포집할 수 있는 별도의 필터가 존재하지 않으므로, 통상의 에어클리너 필터만으로는 엔진 등에서 발생하는 증발가스 중에 포함된 탄화수소 가스를 포집할 수 없는 문제가 있었다.

다시 말하면, 상기와 같은 통상의 에어클리너 필터만 내설된 종래의 에어클리너로는 엔진 등의 잔여 연료로부터 발생하는 증발가스 중에 포함된 탄화수소 가스를 포집하기 어려워 대기 중으로 탄화수소 가스가 그대로 배출되는 문제가 있었다.

아울러, 최근 미국 등의 선진국에서는 자동차 배기가스 배출에 관한 법률이 강화되면서 배기가스 규제치에 만족하는 차량을 공급해야 할 필요성이 커지고 있는 실정이다.

특히, 엔진의 시동 정지 시 잔여연료로부터 증발하여 엔진이나 흡기계에 머물러 있다가 흡기계를 통해 대기 중으로 방출되는 연료 증발 가스인 탄화수소(HC; hydrocarbon) 가스에 대한 규제가 강화되면서 탄화수소 가스 포집 장치를 장착한 차량의 의무 판매 대수가 점차 증가하고 있는 추세이다.

따라서 선진국으로의 차량 수출을 위해 흡기계에 효율이 좋은 탄화수소 가스 포집 장치를 장착해야 할 필요가 있다.

기존의 에어클리너용 탄화수소 트랩의 제조 기술로서, 한국특허등록 제10-749608호에서는 에어클리너 필터가 장착된 에어클리너 본체의 상부에 결합된 에어클리너 커버에 장착되되 다공성 폼의 형태를 갖는 제1필터층, 상기 제1필터층의 상부에 밀착 결합하되 활성탄이 흡착된 다공성 폼 형태로 제1필터층보다 두껍게 형성되어 탄화수소 가스가 탈착되는 제2필터층, 상기 제2필터층의 상부에 밀착 결합하되 다공성 폼 형태로 형성되는 제3 및 제4 필터층, 및 상기 제1 내지 제4 필터층을 내부에 수용하도록 위치하되 제1 내지 제4 필터층에 밀착 결합되는 와이어매쉬가 구비된 필터조립체를 포함하여 구성되며, 상기 제1 내지 제 4 필터층과 와이어매쉬의 외측 가장자리는 열 또는 초음파 압착에 의해 상호 밀착되도록 고정되는 것을 특징으로 하는 에어클리너의 탄화수소 트랩에 대하여 제안하고 있다.

그러나 이러한 탄화수소 트랩의 경우 어느 정도 유증기 흡탈착 효과를 기대할 수는 있지만 그 제조공정이 너무 복잡하고, 구조도 복잡할 뿐만 아니라 그 성능도 그다지 좋지 못한 문제가 있었다.

또한, 한국특허공개 제10-2017-0025376호에서는 분말 활성탄, 펄프, 합성섬유의 기본 원료 및 분산제, 발수제, 습광제, 사이징제, 카본고착제의 첨가제로 조성되어 압축 공정을 통해 일정 두께의 습식 부직포를 제조하는 기술이 제안되어 있다.

이러한 기술은 기존의 탄화수소 트랩용 부직포에 비해 상당히 개선된 기술로 평가될 수 있으나, 카본고착제 등을 사용하여도 여전히 활성탄의 이탈이 발생하여 품질 불량의 문제가 있고, 활성탄의 제한적인 흡착 능력과 합성섬유와의 상용성이 고려되지 않아서 유증기의 흡탈착 성능의 한계와 활성탄 이탈로 인한 불량 문제를 해결하는 것이 새로운 해결과제가 되었다.

이와 유사한 기술로서, 에어클리너에 장착되는 것과는 달리 공기의 정화 목적으로 사용되는 기술인 일본특허공개 제2000-024426호에서는 입상 활성탄 함유 시트를 가지는 흡착성 시트로서, 상기 입상 활성탄 함유 시트는 평균 입자 지름 100~600μm의 입상 활성탄과 그 입상 활성탄에 접촉해 고정하는 지지 섬유와 주로 형상 유지에 기여하는 접착성 섬유를 포함한 흡착성 시트를 제공하고 있다.

그러나 이러한 기술은 통기성이 양호하고 우수한 제진 성능이 장기간에 걸쳐 유지되는 공기정화용 필터를 제안한 것으로서, 공기 정화 및 제진이 목적인 단순한 필터 구성에 관한 기술이므로 유증기의 흡착과 탈착이 반복 이루어져야 하는 에어클리너용 탄화수소 트랩과는 전혀 다른 기능이기 때문에 탄화수소 트랩의 제품에는 적용할 수 없는 기술이다.

이와 같이 종래의 에어클리너에 장착되는 에어클리너의 탄화수소 트랩용 필터체의 경우 그 성능개선이나 불량률 개선에 대한 지속적인 연구 및 개발이 요구되는 실정이다.

한국특허등록 제10-749608호 한국특허공개 제10-2017-0025376호 일본특허공개 제2000-024426호

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 가솔린 엔진 에어클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 특성을 새롭게 구성하여 물성이 개선되고 내구성이 우수하면서도 엔진의 연소실이나 연료 저장탱크의 연료로부터 발생하는 증발가스에 내포된 탄화수소 등의 유증기에 대한 흡탈착 성능을 현저하게 개선하는 것을 해결과제로 한다.

따라서 본 발명의 목적은 특정 물성의 활성탄과 특정 물성의 합성섬유를 선택적으로 사용하고 카본결합제를 최소량으로 혼합하여 습식 부직포를 구성함으로서, 활성탄의 이탈을 방지하고 가솔린 엔진의 에어클리너에 장착되는 유증기의 흡탈착 성능이 개선된 탄화수소 트랩용 습식 부직포를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 가솔린의 유증기 흡착 및 탈착 능력을 현저하게 개선하여, 차량의 주행 또는 정지 시에 배출되는 증발가스 중 탄화수소를 포집하여 대기오염의 주범인 탄화수소의 외부 유출을 방지하고, 차량에 탑승한 탑승객이 탄화수소가스에 의한 피해를 최소화할 수 있도록 하는 새로운 구성으로 이루어진 가솔린 엔진 에어클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 특정 물성의 활성탄과 특정 물성의 합성섬유, 그리고 펄프와 카본결합제를 특정 비율로 혼합하고 가열 압착하여 습식 부직포를 제조하는 새로운 구성의 가솔린 엔진 에어클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 과제 해결을 위하여, 본 발명은 가솔린 엔진 에어클리너에 내설되어, 차량의 정지 또는 주행 시에 엔진의 연소실이나 연료 저장탱크의 연료로부터 발생하는 증발가스 중 탄화수소를 포집하거나 포집된 탄화수소를 엔진 측으로 회수되도록 하여 재연소되도록 하는 탄화수소 트랩용 습식 부직포에 있어서,

분말 활성탄, 펄프, 합성섬유 및 카본결합제를 포함하는 기본 원료를 함유하되, 상기 분말 활성탄은 평균입도가 20㎛ ~ 150㎛ 범위이고, 메조구조가 45~90% 범위를 가지며, 상기 합성섬유는 직경 30㎛ 이하이고 융점이 110℃~270℃인 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 가솔린 엔진 에어클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포를 제공한다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 합성섬유로서는 예컨대, 초극세 섬유, 극세섬유, 분할사 또는 해도사; 또는 PP/PE, PET/PE, PET/PP 또는 PET/NYLON 중에서 선택된 Sheath/Core 또는 Side by Side 형의 복합 융점섬유 중에서 선택된 하나이상의 합성섬유를 사용할 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 기본원료는 상기 분말 활성탄 45~80중량%, 펄프 3~13중량%, 합성섬유 10~30중량%, 카본결합제 3~12중량%의 조성으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 기본원료에는 추가적으로 분산제, 발수제, 카본정착제, 탈수촉진제 중에서 선택되는 하나 이상의 첨가제를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 추가적으로 첨가되는 상기 첨가제는 전체 부직포 구성에 대하여 분산제는 0.05~2.0중량%의 함량으로, 발수제는 0.2~1.0중량%의 함량으로, 카본정착제는 0.05~1.0중량%의 함량으로, 탈수촉진제는 0.05~1.0중량%의 함량으로 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 습식 부직포는 가열압축 공정(S150) 이전에 300 ~ 800g/㎡의 중량, 2.2 ~ 3.6mm의 두께인 것을, 가열압축 공정(S150)을 통해 300 ~ 800g/㎡의 중량, 0.6 ~ 1.8mm의 두께로 압착 성형한 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 가솔린 엔진 에어클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 제조방법은 가솔린 엔진 에어클리너에 내설되어, 차량의 정지 또는 주행 시에 엔진의 연소실이나 연료 저장탱크의 연료로부터 발생하는 증발가스 중 탄화수소를 포집하거나 포집된 탄화수소를 엔진 측으로 회수되도록 하여 재연소되도록 하는 가솔린 엔진 에어클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 제조방법에 있어서,

분말 활성탄, 펄프, 합성섬유 및 카본결합제를 포함하는 기본 원료를 준비하되, 상기 분말 활성탄은 평균입도가 20㎛ ~ 150㎛ 범위이고, 메조구조가 45~90% 범위를 가지는 활성탄을 사용하며, 상기 합성섬유로서는 직경 30㎛ 이하이고 융점이 110℃~270℃인 합성섬유를 사용하여 기본원료를 준비하는 단계;

상기 기본원료를 현탁액으로 만드는 서스펜션 공정(S110)을 거치는 단계;

서스펜션 공정(S110)을 거친 기본원료를 웹 포메이션 공정(S120)을 통해 웹 타입으로 형성하는 단계;

상기 웹 타입의 상태에서 수분배출공정(S130)을 거치는 단계;

상기 수분 배출 후에 건조공정(S140)을 통해 건조시키는 단계; 및

상기 건조공정(S140)을 거친 후 가열압축 성형시키는 가열압축 공정(S150)을 거쳐 시트 타입이나 롤 타입의 원단으로 성형하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 가솔린 엔진 에어클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기와 같이 제조된 습식 부직포를 이용하여 제조된 가솔린 엔진 에어클리너의 탄화수소 트랩을 포함한다.

본 발명에 따른 가솔린 엔진 에어클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포와 이를 적용한 탄화수소 트랩에 대한 효과를 설명하면 다음과 같다.

첫째, 본 발명에 따른 습식 부직포는 가솔린 엔진의 에어클리너 하우징 벽면 또는 디뷰져에 장착하여 사용하는 경우 제품의 내구성이 우수하고 유증기의 흡탈착 성능이 현저하게 개선되는 효과가 있다.

둘째, 본 발명에 따른 습식 부직포는 특정 물성의 분말 활성탄, 펄프, 특정 물성의 합성섬유, 카본결합제를 기본 원료로 사용하여 습식 부직포를 제조함으로써, 분말 활성탄의 이탈을 방지하고 카본결합제를 최소화하여 카본결합제가 활성탄의 메조(Meso)구조를 막지 않아 BWC(Butane Working Capacity)의 성능을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 이러한 효과는 본 발명에서 분말 활성탄을 특정 물성의 것으로 선택적으로 사용하고, 또한 특정 물성의 합성섬유를 선택적으로 사용함에 따른 상승효과로 달성된 것으로서 기존에는 예측할 수 없는 효과이다.

셋째, 본 발명에 따른 습식 부직포는 가솔린의 유증기 흡착 및 탈착 능력을 현저하게 개선하여, 차량의 주행 또는 정지 시에 배출되는 증발가스 중 탄화수소를 포집하여 대기오염의 주범인 탄화수소의 외부 유출을 방지하고, 차량에 탑승한 탑승객이 탄화수소 가스에 의한 피해를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

넷째, 본 발명에 따른 습식 부직포는 추가적으로 분산제, 발수제, 카본정착제, 탈수 촉진제를 첨가제로 사용하는 경우 그 기능이 더욱 향상될 수 있어서, 기존에 비해 품질이 우수한 습식 부직포와 이를 이용하는 탄화수소 트랩의 제조에 유용한 효과가 있다.

다섯째, 본 발명에 따른 습식 부직포는 기본 구조로 제조한 후에 이를 약 1/2의 부피로 압축하여 제조함으로서, 부피를 최소화하여 기존의 절곡형에 비하여 하우징 벽면 또는 디뷰져에 장착하여 압력 손실을 낮게 하여 연비를 절약하고 탄화수소 트랩에 적용시 매우 유리하고 일정두께의 습식 부직포 원단으로 형성기 때문에, 이를 탄화수소 트랩에 적용하여 엔진 에어클리너 하우징에 내설하여 사용하는 경우 최소 부피로도 유증기의 흡착 및 탈착량이 최대화되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 가솔린 엔진 에어클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 제조공정을 나타낸 블록도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 활성탄 구조의 기공크기별 분포상태를 예시하여 나타낸 사진이고,
도 2b는 본 발명에 따른 활성탄의 기공 구조에 대한 부분 확대 사진이며,
도 2c는 본 발명에 따른 활성탄의 메조구조와 마이크로구조 기공의 분포에 따른 기공부피 증감율을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 합성섬유로 적용하기에 바람직한 섬유의 단면 구조를 예시한 것으로서, Sheath/Core 또는 Side by Side 형의 복합 융점섬유의 다양한 형상들을 개념적으로 예시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 가솔린 엔진 에어클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 제조방법 및 그에 의해 제조된 탄화수소 트랩용 습식 부직포에 관하여 하나의 구현예로서 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 가솔린 엔진 에어클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 제조공정을 나타낸 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가솔린 엔진 에어클리너의 탄화수소 트랩용 부직포의 제조방법을 예시하고 있는바, 여기서는 에어클리너에 내설되어, 차량의 정지 또는 주행 시에 엔진의 연료 저장탱크의 연료로부터 발생하는 증발가스 중 탄화수소를 포집하거나 포집된 탄화수소를 엔진 측으로 회수되어 재연소되도록 하는 습식 부직포에 대한 제조방법을 단계별로 제시하고 있다.

도 2a는 본 발명에 따른 활성탄 구조의 메조구조 분포상태를 예시하여 나타낸 사진이고, 도 2b는 본 발명에 따른 활성탄의 기공 구조에 대한 부분 확대 사진이며, 도 2c는 본 발명에 따른 활성탄의 메조구조 기공의 크기의 분포에 따른 기공부피 증감율을 나타낸 그래프이다.

도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 활성탄 성분으로 메조(Meso) 구조의 분포가 많을수록 반복 사용이 유리하므로 흡착-탈착-흡착-탈착 반복과정에서 반영구적으로 사용할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 합성섬유로 적용하기에 바람직한 Sheath/core 또는 Side by Side 형의 복합 융점섬유의 다양한 형상들을 개념적으로 예시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 합성섬유로서 직경 30㎛이하의 합성섬유와 복합 융점섬유를 사용하면 섬유와 섬유간의 활성탄을 고립시키면서 융점 섬유에 분말활성탄에 부착 및 결합되어 활성탄 이탈 방지와 특정 합성섬유에 활성탄이 결합되어 카본결합제 함량을 낮출 수 있는 것으로 확인되었다.

또한, 본 발명에 따른 가솔린 엔진 에어클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 제조방법에 의해 제조된 가솔린 엔진 에어클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포는 에어클리너에 내설되되, 에어클리너의 하우징 상에 초음파 융착에 의해 고정 설치될 수 있는 것이다.

여기서, 본 발명에 따른 가솔린 엔진 에어클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포는 분말 활성탄, 펄프, 합성섬유 및 카본결합제로 구성되는 기본 원료를 포함할 수 있다. 또한, 여기에 추가적으로 분산제, 발수제, 카본정착제, 탈수 촉진제 중에서 선택된 하나이상의 첨가제를 포함할 수 있다.

한편, 습식 부직포를 제조하기 위해서는 상기와 같은 기본 원료와 필요시 첨가제를 혼합하여 현탁액으로 만드는 서스펜션 공정(S110)을 거친 후, 웹 포메이션 공정(S120)을 통해 웹 타입으로 형성되며, 웹 타입의 상태에서 수분배출공정(S130)을 거친 후에 건조공정(S140)을 통해 건조시키고, 상기 건조공정(S140)을 거친 후 가열압축 성형시키는 가열압축 공정(S150)을 거쳐 시트 타입이나 롤 타입의 원단으로 성형되는 과정으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 가장 바람직한 조성으로는 상기 기본원료는 분말 활성탄 45~80중량%, 펄프 3~13중량%, 합성섬유 10~30중량%를 함유하고 카본결합제가 3~12중량%로 사용되는 경우이다.

또한, 상기 기본원료에 추가적으로 첨가되는 상기 첨가제는 바람직하게는 전체 습식 부직포 조성에 대하여 분산제 0.05~0.2중량%, 발수제 0.2~1.0중량%, 카본정착제 0.05~1.0중량%, 탈수촉진제 0.05~1.0중량%의 조성으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 분말 활성탄은 평균입도 20㎛ ~ 150㎛ 범위인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 만일, 그 입도가 너무 작으면 흡착 효율이 적고 제조과정에서 분진이 심하여 바람직하게 않다. 또한, 그 입도가 너무 크게 되면 전체적인 흡착 효과가 저하될 수 있고, 제작과정이나 트랩으로 적용하여 사용시 활성탄 분말이 이탈될 가능성도 있다.

또한, 활성탄 입도가 20㎛보다 작으면 습식 부직포 현탁액에서 물을 제거하기 위한 와이어 석션 공정에서의 활성탄이 물과 함께 다량 빠져나가게 되며, 20㎛ 입도를 갖는 크기의 활성탄이 너무 많으면 석션 압력이 너무 높아지게 되므로 습식 부직포를 제조할 수 없는 경우가 발생할 수 있다.

그리고 150㎛보다 큰 평균입도의 활성탄이 하이드로 카본 트랩(HC TRAP)에 사용되면, 엔진 에어클리너 내에 장착 후에 진동 발생시 활성탄 입자가 엔진 속에 혼입될 경우에는 엔진에 악영향을 미칠 수 있는 것이다.

다시 말하면, 활성탄 중량이 적으면 부탄 흡착 용량이 낮으며, 여과면적이 증대되고 엔진 에어클리너 하우징이 공간이 적기 때문에 많은 량의 활성탄을 필요하며 너무 높을 경우 활성탄이 많아 엔진 에어클리너의 하우징에 대한 초음파 접착성이 떨어지고, 평판 또는 원형 형태의 엔진 에어클리너 하우징 구조로의 작업이 어려운 것이다.

본 발명에서는 펄프를 사용하는데, 펄프는 강한 수소 결합 때문에 여재 수분상태에서의 이송을 원활하게 하며, 평탄 형태의 펄프 구조로 미세 분말 활성탄을 많이 부착되게 하는 역할을 하는 것이다. 그러므로 만일, 그 펄프의 사용량이 너무 적으면 활성탄 부착 효율이 적고, 너무 과다하면 활성탄은 잘 부착되나 수분 배출공정에서의 진공 압력이 많이 발생되고 수분을 배출하지 못해서 인해 오히려 전체적인 흡탈착 효과를 저해할 염려가 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 펄프로서는 일반적으로NBK(CANFOR Pulp and Paper 회사)를 사용할 수 있는데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기와 같은 분말 활성탄은 입도 20㎛ ~ 150㎛ 범위를 사용하되, 좋기로는 비표면적이 1g 당 1,000 ~ 3,000㎡/g인 것이 바람직하다. 더욱 더 바람직한 것은 1g 당 2.000 ~ 3,000㎡/g 것이 바람직하다. 비표면적이 너무 적으면 활성탄 함량을 과량 사용해야 하고, 최대 2배까지 더 포함되어야 하기 때문에 습식 부직포를 제조하기가 어려운 문제가 있다. 또한, 비표면적이 1g 당 3,000㎡/g 보다 크면 겉보기 밀도가 증가하고 활성탄 부피가 커 습식 부직포를 제조하는 데 두께 높아져 융점 극세섬유의 혼합 비율이나 합성섬유의 함량을 30% 이상으로 지나치게 높여야 하고 습식 부직포의 가열 압축공정에서 온도 및 압력을 추가적으로 더 높여야 하므로 바람직하지 않다.

극세사는 보통 1데니어(5㎛)이하의 굵기를 갖는 실을 말하는데, 일반적으로 극세섬유란 매우 보들보들하고 부드러운 터치를 구사하게 개발된 섬유로서, 방사한 섬유를 분할하는 것에 따라 최고 0.001데니어의 가는 섬유로 제조될 수 있고, 보통은 부드러움을 요구하는 인공 스웨이드나, 안경 등의 렌즈를 닦는 천 등으로 사용된다.

본 발명에서 ‘융점 극세섬유’라 함은 융점 110-270℃이고 직경이 30㎛ 이하인 극세사, 초극세사, 분해사, 해도사 등으로 제조된 섬유를 통칭한다. 이러한 융점과 굵기를 만족하는 합성섬유이면 특별히 제한하지 않고 사용될 수 있다.

본 발명에서 사용되는 분말 활성탄은 상기와 같은 비표면적을 가져야 함에도 불구하고, 본 발명은 상기 분말 활성탄의 기공구조가 특정된 것이 바람직한 바, 본 발명에서는 활성탄의 기공구조에서 메조구조가 45~90% 범위, 더욱 바람직하게는 60-90%로 함유된 것을 사용하는 것을 특징으로 한다. 만일, 분말 활성탄의 메조구조가 이보다 적은 범위이면 유증기의 흡착량이 급격하게 저하되고, 너무 많으면 활성탄의 제조에도 어려움이 있어서 비경제적이기도 하지만 흡착량을 더 이상 증가시키지 않으면서 오히려 유증기의 흡착 후에 유증기가 탈착되지 아니하고 잔류할 염려가 있다.

여기서 메조구조라 함은 활성탄의 기공크기가 2㎚~50㎚범위인 것으로서, 본 발명에서 이러한 메조구조를 특정 범위로 가지는 분말 활성탄을 사용함으로 인해 유증기의 흡착-탈착-흡착-탈착 반복의 특징을 현저하게 개선할 수 있는 것이다.

이에 관해서는 도 2a에서 활성탄의 기공구조 중에서 메조구조의 분포를 예시하여 보여주고 있는데, 여기서 활성탄에 의해 유증기가 흡착-탈착-흡착-탈착을 반복하는 특성을 이용하는 점을 고려할 때 마이크로구조나 메조구조보다 메조구조의 분포가 본 발명에서 중요한 의미가 있는 것이다.

특히, 도 2c에서 보면, 활성탄 중에 메조구조의 분포가 중요한 의미가 있음을 확인할 수 있는 바, 이 그래프는 비표면적 측정법(BET) 방법으로 활성탄에 대한 마이크로(Micro), 메조(Meso) 기공 구조의 실험 결과를 나타낸 것이다. 도 2c의 그래프 중에서 점선은 마이크로 기공구조를 의미하고, 실선은 메조 기공구조를 의미한다. 그러므로 여기서 세로로 표시한 실선의 메조구조가 하이드로 카본 트랩(HC TRAP)에 해당하는 범위에 속하는 45-90%로 분포하는 활성탄이 우수한 흡탈착 효과가 있는 것으로 확인되었다.

본 발명에 따르면 분말 활성탄이 가지는 이러한 메조구조의 함량은 비표면적에 절대적으로 비례하는 것은 아니다. 비표면적이 적다고 하더라도 메조구조보다 큰 기공의 매크로(Macro)구조나 메조구조보다 작은 마이크로(Micro)구조의 형성 비율에 따라서 메조구조의 함량이 높을 수 있고, 반대로 비표면적이 커도 메조구조가 적게 포함될 수도 있다. 이러한 분말 활성탄의 메조구조 함량과 매크로 또는 마이크로 구조의 함량은 활성탄의 원료와 활성탄의 제조공정과 제조조건 등에 따라 그 분포가 매우 다양하게 변화될 수 있다.

그러므로 본 발명에서는 기본 원료로 사용되는 분말 활성탄 중에서 이러한 메조구조의 합량이 45-90%로 함유된 분말 활성탄을 사용하여야 다른 혼합 성분인 특정 합성섬유의 사용과 펄프 및 카본 결합제 등 기본원료의 전체적인 구성에 의해 유증기의 흡탈착 효과에 대한 상승효과를 기대할 수 있다.

또한, 활성탄 비표면적과 메조구조가 높을수록 부탄의 흡탈착 성능이 우수한 것이며, 비표면적이 좁고 메조구조가 발달된 경우에는 활성탄 중량이 더 많이 소요되므로 메조구조가 90%보다 많이 함유되는 활성탄의 제조방법은 본 발명의 목적 달성을 위해서는 비경제적이므로 유효성이 없는 것이다.

따라서 본 발명은 상기와 같이 분말 활성탄이 평균입도 20㎛ ~ 150㎛ 범위인 것을 사용하고, 비표면적이 1g 당 1,000 ~ 3,000㎡/g의 비표면적 범위로 제공됨과 동시에 활성탄의 구조가 45~90% 범위의 메조 구조인 것을 포함하는 습식 부직포를 구성함으로써, 이를 탄화수소 트랩에 사용하는 경우 차량의 정지시 엔진이 정지된 상태에서 엔진의 연소실이나 연료 저장탱크의 연료로부터 발생하는 증발가스에 내포된 탄화수소가 크기와 상관없이 전체적인 크기에 대하여 보다 효율적으로 포집되고 또 용이하게 탈착될 수 있는 것이다.

이와 같이, 엔진의 시동 정지 상태에서 발생하는 증발가스는 엔진의 시동 정지 후 연료 인젝터 주위에 남은 연료나 엔진의 연소실 및 연료 저장탱크 등의 연료로부터 생성되며, 이 증발가스에는 탄화수소 가스가 포함되는 것으로 이러한 탄화수소 가스를 포집하는 것이 필요한데, 본 발명에 따르면 상기 메조구조가 45-90% 함유된 분말 활성탄으로서 입도 20㎛ ~ 150㎛ 범위를 가진 것을 사용하여 제조된 탄화수소 트랩용 습식 부직포를 사용하게 되면 탄화수소의 크기와 상관없이 전체적인 크기에 대하여 보다 효율적으로 포집될 수 있는 것이다.

본 발명에 따르면, 이러한 분말 활성탄의 평균 입도와 메조구조의 분포 특성은 전체적인 습식 부직포의 유증기 흡착 성능과 탄화수소 트랩의 품질에 매우 중요한 인자가 된다. 특히, 후술하는 합성섬유의 선택적 특성과 함께 전체적인 품질과 유증기의 흡탈착 효과에 대한 상승효과를 기대하기 위한 조건이기도 하므로 중요한 의미가 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 합성섬유로서는 직경 30㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 10㎛ 이하이고, 융점이 110℃~270℃인 합성섬유가 바람직하게 사용된다. 만일, 그 직경이 너무 굵거나 융점이 상기 범위에 한정되지 않는 경우 습식 부직포를 제조하여 탄화수소 트랩에 적용하는 경우 활성탄 입자 이탈이 발생하거나 가열 압착하여 부직포 제조시 압착이 잘 이루어지지 않고 활성탄 입자의 이탈 방지 등 포섭효과를 기대하기 어려워서 원하는 품질을 기대할 수 없다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 이러한 합성섬유로서는 예컨대 초극세 섬유, 극세섬유, 분할사, 해도사 중에서 선택된 하나이상 또는 융점이 110℃~270℃이고 시스코어(Sheath/Core) 또는 사이드바이사이(Side by Side)형의 복합 융점섬유인 PP/PE, PET/PE, PET/PP, PET/NYLON 중에서 하나이상이 사용될 수 있다.

여기서 PP는 폴리프로필렌, PE는 폴리에틸렌, PET는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 각각 의미하는 것이다.

이와 관련하여 도 3에서는 여러 형태의 Sheath/Core 또는 Side by Side 형의 복합 융점섬유를 보여주고 있는데, 여기서는 섬유 직경이 10㎛ 인 경우를 예시하고 있는 것으로서, 복합 융점섬유의 단면구조를 개념적으로 표시하여 예시한 것이며, 본 발명에서 사용가능한 합성섬유는 이에 한정되는 것이 아니라 이와 유사한 다른 형태나 다른 유사한 성분으로 이루어진 복합 융점섬유도 사용이 가능하다.

또한, 본 발명에 의하면, 그 외에도 합성섬유로서 상기 조건인 직경과 융점이 상기 범위에 속하는 것이면 사용 가능하다.

본 발명에서 이러한 합성섬유를 사용하는 이유는 함께 사용되는 분말 활성탄의 이탈을 방지하고 카본결합제의 사용을 최소화할 수 있으므로 카본결합제가 활성탄의 Meso 구조를 막지 않아 BWC의 성능 향상 시키도록 하기 위한 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 분말 활성탄이 부착 내지 포섭된 상태로 부직포 내에 안정적으로 존재하도록 하기 위해서는 이러한 본 발명에 따른 합성섬유의 선택적 특징이 중요한 의미를 가지는 것이며, 이를 통해 흡착 및 탈착 효과를 현저하게 증가시킬 수가 있고, 안정적인 활성탄 포섭 효과를 발휘하기 때문에 분말 활성탄과의 상승효과를 기대할 수 있는 것이다.

이와 같이, 본 발명에서는 바람직하게도 상기와 같은 특정의 합성섬유를 사용함으로 인해 활성탄 이탈 방지, 가열 압축공정의 두께 조절과 엔진 에어클리너의 초음파 융착을 원활하게 하는 놀라운 효과를 발휘할 수 있게 된다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 특정의 합성섬유는 10~30중량%의 조성으로 사용할 수 있으며, 만일 그 사용량이 너무 적으면 활성탄을 충분하게 적용할 수 없는 문제가 있고, 너무 과량이면 역시 그만큼 단위 용적당 활성탄 함량이 적어서 흡탈착 효과의 개선을 기대하기 어렵다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 합성섬유 중에서 융점 극세섬유를 사용하는 경우에는 융점 극세 섬유의 분산성 향상과 분말활성탄의 수분 유입 방지를 위해를 위해 융점 극세섬유에 분산성이 양호한 발수제를 사용하는 것이 바람직한 바, 이때 사용되는 발수제는 활성탄의 기공 구조를 막지 않고 수분 흡수 억제를 최소화하는 발수제를 사용하는 것이 좋다.

또한, 본 발명에서는 카본결합제가 사용되는데, 이는 상기 합성섬유에 분말 활성탄이 부착되어 고착되고 이탈되지 않도록 하기 위하여 사용하는 바, 예컨대 카본결합제로는 아크릴수지(Acryl resin), 폴리비닐아세테이트(PVAC resin), 폴리비닐알코올(PVA, Polyvinyl alchol) 수지 또는 파우더, 전분(CMC), 페놀수지(Phenol resin), 비닐아세테이트(EVA) 수지 또는 파우더, 폴리에틸렌(PE) 파우더 중에서 선택된 하나 이상이 사용될 수 있다.

본 발명에서 카본결합제가 너무 적게 사용되면 활성탄 입자의 이탈이 발생할 수 있고, 너무 과량 사용되면 활성탄의 기공이 막혀서 흡착 효율이 크게 저하될 수 있다.

본 발명은 바람직하게도 이러한 카본결합제의 함량을 최소화할 수 있는데, 그 이유는 상기와 같이 분말 활성탄과 합성섬유를 특정의 물성을 가지는 것으로 선택하여 사용함으로서 카본결합제의 사용량을 최소화할 수 있는 조성으로 제조가 가능하게 된 것이다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 기본원료에 추가적으로 첨가제로서 전체 습식 부직포 조성에 대하여 분산제 0.05~0.2중량%로 사용할 수 있는데, 분산제로서는 예컨대 변성 전분(modified starch)이 사용될 수 있으며, 그 외에도 통상의 분산제가 사용될 수 있다. 또한 첨가제로서 사용되는 발수제로는 예컨대, 실란계, 실록산계, 실리코네이트계 등 통상의 발수제를 0.2~1.0중량%로 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 추가성분으로 활성탄 손실율 억제와 흡탈착 효과를 증진시키기 위하여 카본 정착제와 탈수 촉진제 사용할 수 있는데, 카본정착제로서는 1,2-에탄디아민 등과 같은 아민계 폴리머가 바람직하게 사용될 수 있다. 이러한 카본 정착제는 전체 습식 부직포 조성에 대하여 0.05-1.0중량%로 사용될 수 있다. 만일 그 사용량이 너무 적으며 첨가 효과가 없으며, 너무 과량 사용하여도 흡탈착 효과를 저해할 수 있다.

또한, 첨가제로 사용될 수 있는 탈수촉진제로서는 예컨대, 폴리아크릴아마이드와 같은 아마이드계가 사용될 수 있고, 그 함량은 0.05-1.0중량%로 사용될 수 있다. 이 경우 역시 너무 소량 사용되면 탈수 촉진 효과를 기대할 수 없고, 너무 과량 사용하면 오히려 흡탈착 효과를 저해할 우려가 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 가솔린 엔진 에어클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 제조방법은 압연 롤러를 통한 상기 가열압축 공정(S150)을 거쳐 시트 타입이나 롤 타입의 원단으로 성형하되, 상기 가열압축 공정(S150) 직전에 300 ~ 800g/㎡의 중량, 2.2 ~ 3.6mm의 두께이었던 것을, 상기 가열 압축공정(S150)을 통해 300 ~ 800g/㎡의 중량, 0.6 ~ 1.8mm의 두께로 압착 성형되도록 하는 것이 바람직하다. 이것은 중량 변화가 없으므로 가열 압착을 통해 약 1/2의 부피 감소가 되도록 압착하는 것을 의미한다. 만일, 그 압착을 지나치게 많이 하는 경우 오히려 흡착 탈착 효과가 감소할 수 있는 문제가 있다.

한편, 본 발명에 따른 가솔린 엔진 에어클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 제조방법은 어느 일면에 합성섬유로 제조된 건식 부직포 원단이 밀착되어 상기 가열압축공정(S150)을 통하여 시트 타입이나 롤 타입의 합성 부직포 원단으로 성형되도록 할 수도 있는 것이다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 전술한 바와 같은 가솔린 엔진 에어클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 어느 일면에 건식 부직포 원단이 밀착된 상태에서, 상기 가열 압축공정(S150)을 통하여 시트 타입이나 롤 타입의 합성 부직포 원단으로 성형될 수도 있으며, 이러한 경우에는 에어클리너에 내설되게 구성할 수 있고, 에어클리너의 하우징 상에 초음파 융착에 의해 더욱 안정적으로 융착 고정이 될 수 있게 된다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 서스펜션 공정(S110)에서 건조공정(S140)까지 완료된 탄화수소 트랩용 습식 부직포 원단의 활성탄 손실율과 부탄용량효율(BWC)을 고려하면, 상기와 같은 메조구조가 특정 범위로 함유된 특정 물성의 분말 활성탄을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 가솔린 엔진 에어클리너의 경우 200㎛ 입자가 엔진 속으로 유입될 때에는 엔진이 손상될 수 있으므로 분말 활성탄은 20~150㎛ 범위의 분말활성탄을 사용하는 것이며, 서스펜션공정(S110)에서의 메쉬(mesh) 망을 통해 물을 석션하는 공정에서 분말 활성탄이 물과 함께 빠져나와 분말 활성탄 손실율을 줄이기 위해서는 추가적으로 카본정착제를 사용하는 것이 바람직하게 고려될 수 있다. 이와 같이 본 발명에서 추가적으로 사용되는 첨가제는 습식 부직포의 물성을 부분적으로 더욱 개선시키는데 기여할 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 가열 압축공정(S150)은 활성탄, 펄프, 합성섬유, 카본결합제 또는 추가성분이 사용되는 경우 상기 열거한 첨가제 등이 혼합된 원료들은 원단이 건조된 이후에 이들 성분이 완전히 결합되지 않기 때문에 가솔린 엔진 에어클리너에 장착되어 사용되는 과정에서 습식 부직포 제조에 사용된 원료가 탈착되는 경우를 방지할 필요가 있다. 이를 위하여 바람직하게도 가열 압착공정을 시행하는 것이 좋다. 그러나 가열 압착 후 원단의 두께가 두꺼우면 유로의 압력손실 높여 연비 소비를 상승시키기 때문에 가열 압축 공정을 실시하여 두께를 최소화하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 하나의 예로서, 본 발명의 기본원료를 사용하여 서스펜션과 웹 형성과정을 거쳐서 원단으로 구성함에 있어서, 한지 방식에 의한 것이면 탈수 시간과는 관련이 적으며, 기계식 방식의 연속라인에서는 석션의 한계가 있기 때문에 석션 용량을 키우면 원단으로 제조가 가능한 것이다. 또한, 다른 바람직한 에로서 현실적으로 2겹을 각각 제조하여 결합하는 것이 현실적으로 바람직한 경우가 있다.

또한, 한지방식이나 기계식 방식이나 모두 두께는 다단프레스를 통하여 압착하는 것이 바람직하다.

이러한 경우, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면 가열 압착공정에서 보통 최초의 두께에서 최소 1/2은 줄여야하고 기본적인 것은 석션 공정을 하여도 두께 줄이는 데 한계가 있어 본 발명에 따른 특정 조건의 합성섬유를 사용하는 것이 바람직한 결과를 얻을 수 있다. 예컨대 융점 극세섬유 등이나 상기 예시한 본 발명에서 선택적으로 사용하는 합성섬유들이 바람직하게 사용될 수 있으며, 원단 제작과정에서 활성탄의 이탈을 방지하기 위해서 가열 압착공정은 150℃~260℃의 고온과 30N/㎠ ~300N/㎠ 고압 조건에서 압착하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 전술한 바와 같은 제조방법에 의해 제조되는 가솔린 엔진 에어클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포는 차량의 정지 또는 주행 시에 엔진의 연소실이나 연료 저장탱크의 연료로부터 발생하는 증발가스 중 탄화수소를 포집하거나 포집된 탄화수소를 엔진 측으로 회수되도록 하여 재연소되도록 하는 것으로, 이를 자동차 등과 같은 엔진 에어클리너에 유증기 흡탈착용으로 부착되는 탄화수소 트랩에 통상의 방법으로 적용될 수 있다.

그러므로 본 발명은 상기와 같은 본 발명에 따른 탄화수소 트랩용 습식 부직포를 포함하는 가솔린 엔진 에어클리너용 탄화수소 트랩을 포함한다.

이하 본 발명을 실시예에 의거 상세하게 설명하겠는 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

여기서는 실시예와 비교예로 제작된 습식 부직포 원단을 적용하는 에어클리너에 대해 분말 활성탄의 활성탄 성능시험(실험예 1), 서스펜션 공정(S110)에서 건조공정(S140)까지 완료된 탄화수소 트랩용 습식 부직포 원단의 활성탄 손실율을 검토한 시험(실험예 2) 및 서스펜션 공정(S110)에서 가열 압축공정(S150)까지 최종적으로 제조공정이 완료된 탄화수소 트랩용 습식 부직포 원단의 부탄용량효율(BWC; butane working capacity efficiency)을 검토한 BWC 성능시험(실험예 3), 초음파 융착(실험예 4) 등을 단계별로 설명하기로 한다.

제조예 1-6, 제조비교예 1-4

하기 표 1과 같은 구성으로 가솔린 엔진 에어클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포를 제작하는데 사용하는 분말 활성탄을 제작 준비하였다.

실험예 1 : 분말 활성탄의 활성탄 성능시험

상기 제조예 및 제조비교예에서 제조된 분말 활성탄에 대하여 흡탈착 성능시험을 하기 위하여, 시험전 3시간 110℃에서 베이킹(baking), 시험용 표준 지그 사용, 활성탄 500㎖ 충진 상온상압(25℃±2℃, 1atm), 50±5% RH, N₂ 가스 250cc/min와 부탄가스(Butane Gas) 250cc/min으로 로딩(Loading)후 포화시까지 측정하고 최저질량(mass)까지 25.5L/min으로 퍼징(Purging)하였으며, 그 결과 값은 하기 표 1에서 보는 바와 같다.

구분	메조구조(%)	비표면적(㎡/g)	BWC mass /Carbon mass	BWC 흡/탈착 efficiency(%)
제조예 1	88.1	2,500	0.23	95.81
제조예 2	80.0	2,393	0.22	93.79
제조예 3	75.3	2,100	0.19	89.00
제조예 4	54.0	1,800	0.18	84.80
제조예 5	45.3	1,500	0.17	83.10
제조예 6	80.0	1,800	0.19	85.12
제조비교예 1	92.1	2,500	0.23	93.90
제조비교예 2	30.2	1,500	0.09	45.21
제조비교예 3	25.5	1,100	0.05	36.60
제조비교예 4	50.5	800	0.11	57.36

상기와 같은 분말 활성탄의 활성탄 성능시험(실험예 1)을 참조하면, 활성탄 비표면적과 메조구조 함량이 높을수록 부탄(Butane) 가스의 흡착성능이 높으며, 메조구조의 함량이 낮을수록 부탄(Butane) 가스의 흡착 성능이 저하됨을 알 수 있었다. 또한, 습식 부직포 구성에서 흡탈착 성능을 고려한다면 분말 활성탄의 비표면적이 클수록 유리하지만 비표면적 보다는 메조구조의 함량이 흡탈착 성능을 크게 지배하는 것으로 확인되었다.

즉, 활성탄 1g당 부탄(Butane) 가스 포집 중량(g)이 높을수록 포집 성능이 우수한 것이다.

참고적으로, 가솔린 엔진 에어클리너에 장착되어 차량 정지시에 흡착하고 운전시에 탈착해서 반영구적으로 차량의 폐차시까지 사용됨으로써 흡착 효율과 탈착 효율의 합이 99%에 가까운 것이 이상적이다.

그리고 흡, 탈착 성능이 낮으면 활성탄 내부에서 부탄(Butane) 가스를 포집하고 있어 완전히 탈착되지 않아 반영구적으로 사용하기 위해서는 완전히 부탄(Butane) 가스가 탈착되고 다시 흡착하는 것이 반복되는 탄화수소 트랩(HC, Hydrocabon Trap)에는 한계가 있는 것이다.

더욱이, 메조구조 및 비표면적이 높을수록 부탄흡착 용량이 높아지며, 또한 흡,탈착 성능이 동시에 높아진다. 다만, 메조구조가 90% 보다 많은 경우 실질적으로 더 이상의 흡탈착 성능 향상을 기대하기 어려운 것으로 확인되었다. 상기 실험결과에서는 오히려 분말 활성탄에서 90%보다 많은 메조구조를 함유하는 활성탄의 제조에 다른 비경제적인 문제를 고려한다면 불리한 결과를 초래할 수 있다.

또한, 자동차 엔진 에어클리너 내에 부착하는 하이드로카본트랩(HC Trap) 자동차부품으로서 반영구적으로 사용해야 하기 때문에 흡착과 탈착을 지속적으로 하게 된다.

즉, 엔진이 정지하였을 때는 흡착을 하고 운전시에는 엔진 공기 유입으로 다시 엔진 속으로 부탄이 다시 빨려 들어가기 때문에 흡,탈착 효율이 100%인 것이 가장 이상적이다. 하지만, 활성탄 제조 및 구조상 100% 메조 구조를 가지고 있는 활성탄은 불가능한 실정이다.

특히, 여기서는 분말 활성탄에서 메조구조가 90%가 넘는 경우는 그 효과가 그다지 향상되지는 아니하고 오히려 제조가 매우 어렵고 제조비용만 비싸지기 때문에 비경제적이므로 메조구조가 90% 이하인 활성탄을 사용하는 것이 바람직한 것으로 확인되었다.

실시예 1-4

상기 제조예 2에서 제조된 분말 활성탄 90㎛입도 340g/㎡, 펄프 15g/㎡, 110℃ 융점 극세섬유 (10㎛) 80g/㎡, 발수제 1.3g/㎡, 카본결합제(Ashland사 Hercopuls^TM125) 45g/㎡, 부직포 지지체 20g/㎡으로 상기와 같은 기본 원료와 첨가제를 사용하되, 이를 현탁액으로 만드는 서스펜션 공정(S110)을 거친 후 웹 포메이션 공정(S120)을 통해 웹 타입으로 형성하였으며, 웹 타입의 상태에서 수분배출공정(S130)을 거친 후에 건조공정(S140)을 통해 건조하였고, 여기서 실시예 1-4는 각기 기본원료를 포함하며, 일부 첨가제 중 카본정착제 또는 탈수촉진제를 사용하되, 여기서 사용된 카본정착제는 에스와이켐(SY CHEM사 SB-50N)를 사용하고, 탈수촉진제로는 에스와이켐(SY CHEM사 C-100)를 사용하였다. 이러한 방법으로 하기 표 2와 같은 구성으로 에어클리너로서 가솔린 엔진 에어클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포를 제작하였다.

실험예 2 : 상기 서스펜션 공정(S110)에서 건조공정(S140)까지 완료된 탄화수소 트랩용 습식 부직포 원단의 활성탄 손실율 시험

상기 실시예 1-4에서 제작된 원단에 대하여 투입전 중량과 투입입후의 중량 편차의 방법으로 활성탄 손실량을 측정하여 다음 표 2에 나타내었다.

구분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4
구분	카본 정착제 0.6% + 탈수촉진제 0.5%	카본 정착제 0% + 탈수촉진제 0%	카본 정착제 0.8%	탈수 촉진제 0.5%
탈수 시간(sec)	4.5	6.8	5.40	5.2
원단 중량(g/㎡)	500.4	510.4	506.2	520.1
손실 중량(g/㎡)	14.96	68.68	45.9	29.92
활성탄 손실율(%)	4.4	20.2	13.5	8.8

실시예 5-8, 비교예 1-2

상기 실시예 2와 같은 방법에 의해 제조된 방법으로 원단을 제조한 후에, 제조된 원단을 150℃~230℃ 조건에서 30N/㎠ ~ 160N/㎠으로 가열 압축 성형시키는 가열 압축공정(S150)을 거쳐 원단으로 성형되는 과정을 거쳐서 습식 부직포 원단을 제조하되 하기 표 3과 같은 구성으로 에어클리너로서 가솔린 엔진 에어클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포를 제작하였다.

비교예로는 활성탄의 메조구조 함량을 달리한 경우와 활성탄의 함량 및 원단 두께를 달리하는 방법으로 습식 부직포를 제작하였다.

실험예 3 : 상기 서스펜션 공정(S110)에서 가열 압축공정(S150)까지 최종적으로 제조공정이 완료된 탄화수소 트랩용 습식 부직포 원단의 부탄용량효율(BWC; butane working capacity efficiency)을 검토한 BWC 성능시험

상기 실시예 5-8, 비교예 1-2에 의해 제조된 원단에 대하여, BWC(Butane Working Capacity) 성능 시험은, 시험전 강제순환 오븐에서 110±5℃에서 3시간 동안 시험용 표준 지그 사용, 원단 0.031㎡, 안정화 28.5±0.5 l/min으로 건조 청정 공기를 흡인하여, 질량변화일이 0.1g/10min미만일 때 종료, 로딩(loading)은 부탄 흡합기(부탄50%+질소50%) 시료를 176 ml/min으로 흡인하여, 질량 변화율이 0.01g/10min 미만일 때 종료/중량측정, 탈착(purging)은 42 l/min으로 건조 청정 공기를 흡인하여, 질량변화율이 0.01g/10min미만일 때 종류 및 중량 측정하고 3회 반복하여 평균값으로 하였으며, 그 결과 값은 표 3에서 보는 바와 같다.

구분	실시예 5	비교예 1	실시예 6	실시예 7	실시예 8	비교예 2
원단 중량(g/㎡)	500	500	550	550	550	330
원단 두께(mm)	1.4	1.4	1.6	1.6	2.6	0.7
활성탄 중량 (g/㎡)	340 (68%)	340 (68%)	340 (61.8%)	300 (54.5%)	300 (54.5%)	214.5 (65%)
비표면적(㎡/g)	2,390	1,501	2,389	2,395	2,393	2,396
메조 구조(%)	80	30	80	80	80	80
시험 여과면적(m²)	0.031
BWC(g)	3.45	1.52	3.33	3.01	3.04	1.78

위의 실험결과를 분석해 보면, 앞서 제조예로 제시한 상기 실험예 1의 실험결과를 함께 고려할 때 분말 활성탄의 메조구조가 특정 범위로 함유되는 것을 선택하여 소정 범위로 사용하는 경우 BWC 성능시험 결과 현저하게 우수한 특성을 나타내는 것으로 확인되었다.

또한, 가열 압축공정(S150)은 활성탄, 펄프, 합성섬유, 카본결합제 및 첨가제가 건조된 이후에 완전히 결합되지 않기 때문에 통상의 가솔린 엔진 유입 유량 2.8㎥/min이 사용 가능하도록 하고, 아울러 가솔린 엔진 에어클리너에 장착되어 원료가 탈착되지 않도록 하는 것이며, 두께가 두꺼우면 유로의 압력손실 높여 연비 소비를 상승시키기 때문에 가열 압축공정을 실시하여 두께를 최소화하는 것이 바람직한 것으로 확인되었다.

실시예 9, 비교예 3-6

상기 실시예 2와 같은 활성탄을 사용하고 또한, 합성섬유로서 직경이 30㎛ 이하이거나 융점 110℃ 인 것을 융점 극세섬유로 사용하고, 비교예로서는 이와 다른 합성섬유(또는 직경이 30㎛보다 크거나 융점이나 물성이 다른 섬유)를 사용하되, 하기 표 4의 조건으로 각각 습식 부직포 원단을 제조하였다.

실험예 4 ; 초음파 융착시험

상기 실시예 9와 비교예 3-6의 습식 부직포에 대한 초음파 융착시험을 통해 엔진에어클리너 하우징과 HC TRAP 원단의 이탈력 부착 시험으로 HC TRAP 원단이 반영구적으로 사용 가능한지 평가하기 위하여 물성을 확인하였다. 시험은 자동차 규격 ESIR 이탈력 시험 방법으로 시행하였으며, 원단 중량과 원단 두께를 변화하여 가면서 초음파 융착 강도를 측정하였다. 그 결과는 다음 표 4와 같다.

구분	실시예 9	비교예 3	비교예 4	비교예 5	비교예 6
합성섬유	융점 110℃ 극세섬유 10㎛ 80g/m²	융점 90℃ 극세섬유 10㎛ 45g/m²	융점 280℃ 극세 섬유 10㎛ 80g/m²	일반 섬유 35㎛ 80g/m²	무기섬유 30㎛ 80g/m²
원단중량(g/㎡)	500	465	500	500	500
원단두께(mm)	1.4	1.3	1.8	2.4	2.8
활성탄 중량 (g/㎡)	340(68%)
초음파융착강도 (kgf/Φ35mm)	8.0	5.2	4.3	2.0	0.5

상기 실험에서, 합성섬유로서 해당 범위의 융점 극세섬유를 사용한 경우(실시예 9)가 그렇지 않은 경우(비교예 3-6)에 비해 월등하게 우수한 융착 특성을 나타내는 것으로 확인되었다. 이러한 결과는 습식 부직포에서 분말 활성탄의 이탈을 방지하는 효과가 우수하고, 이로 인해 제품 시뢰도가 우수하여 탄화수소 트랩에 적용하는 경우 유증기 흡탈착 효과도 개선된 상태가 장기간 유지됨을 입증하는 것이다.

상기와 같이, 본 발명에 따른 가솔린 엔진 에어클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포에 의하면, 분말 활성탄, 펄프, 합성섬유, 카본결합제의 기본 원료를 사용하고, 필요시 추가적으로 분산제, 발수제, 카본정착제, 탈수 촉진제의 첨가제로 조성되어 압축 공정을 통해 일정두께의 습식 부직포 원단으로 제조함으로써 가솔린 엔진 에어클리너에 내설되어 차량의 정지시 엔진이 정지된 상태에서 엔진의 연소실이나 연료 저장탱크의 연료로부터 발생하는 증발가스에 내포된 탄화수소가 탄화수소 트랩용 습식 부직포 일면 상에 포집됨과 동시에, 차량의 주행시 엔진의 시동 상태에서 엔진 정지시 탄화수소 트랩용 습식 부직포 상에 포집된 탄화수소가 부압에 의해 엔진 측으로 회수되어 엔진 내에서 재연소되도록 할 수 있다.

아울러, 분말 활성탄, 펄프, 합성섬유, 카본결합제의 기본 원료 및 분산제, 발수제, 카본정착제, 탈수 촉진제의 첨가제로 조성되어 압축 공정을 통해 일정두께의 습식 부직포 원단으로 형성됨으로써 차량의 주행 또는 정지 시에 배출되는 증발가스 중 탄화수소를 포집하여 대기오염의 주범인 탄화수소의 외부 유출을 방지하고, 차량에 탑승한 탑승객이 탄화수소 가스에 의한 피해를 최소화할 수 있게 된다.

이상에서 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형의 실시가 가능하며, 이러한 변형은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims

가솔린 엔진 에어클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포는 가솔린 엔진 에어클리너에 내설되어, 차량의 정지 또는 주행 시에 엔진의 연소실이나 연료 저장탱크의 연료로부터 발생하는 증발가스 중 탄화수소를 포집하거나 포집된 탄화수소를 엔진 측으로 회수되도록 하여 재연소되도록 하는 탄화수소 트랩용 습식 부직포에 있어서,
분말 활성탄, 펄프, 합성섬유, 카본결합제를 포함하는 기본 원료를 함유하되, 상기 분말 활성탄은 평균입도가 20㎛ ~ 150㎛ 범위이고, 메조구조가 45~90% 범위로 함유된 것이며, 상기 합성섬유는 직경 30㎛ 이하이고 융점이 110℃~270℃인 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 가솔린 엔진 에어클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포.
청구항 1에 있어서, 상기 합성섬유는 초극세 섬유, 극세섬유, 분할사 또는 해도사; 또는 PP/PE, PET/PE, PET/PP 또는 PET/NYLON 중에서 선택된 Sheath/Core 또는 Side by Side 형의 복합 융점섬유 중에서 선택된 하나이상의 합성섬유로 이루어진 것을 특징으로 하는 가솔린 엔진 에어클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포.
청구항 1에 있어서, 상기 기본원료는 상기 분말 활성탄 45~80중량%, 상기 펄프 3~13중량%, 합성섬유 10~30중량%, 상기 카본결합제 3~12중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 가솔린 엔진 에어클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포.
청구항 3에 있어서, 기본원료 외에 추가적으로 전체 부직포 구성에 대하여 분산제는 0.05~2.0중량%의 함량으로, 발수제는 0.2~1.0중량%의 함량으로, 카본정착제는 0.05~1.0중량%의 함량으로, 탈수촉진제는 0.05~1.0중량%의 함량으로 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 가솔린 엔진 에어클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포.
청구항 1에 있어서, 상기 분말 활성탄은 비표면적이 1g 당 1,000 ~ 3,000㎡/g인 것을 특징으로 하는 가솔린 엔진 에어클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포.
가솔린 엔진 에어클리너에 내설되어, 차량의 정지 또는 주행 시에 엔진의 연소실이나 연료 저장탱크의 연료로부터 발생하는 증발가스 중 탄화수소를 포집하거나 포집된 탄화수소를 엔진 측으로 회수되도록 하여 재연소되도록 하는 가솔린 엔진 에어클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 제조방법에 있어서,
분말 활성탄, 펄프, 합성섬유, 카본결합제를 포함하는 기본원료를 준비하되, 상기 분말 활성탄은 평균입도가 20㎛ ~ 150㎛ 범위이고, 메조구조가 45~90% 범위를 가지는 활성탄을 사용하고, 상기 합성섬유로서는 직경 30㎛ 이하이고 융점이 110℃~270℃인 합성섬유를 사용하여 기본원료를 준비하는 단계;
상기 기본 원료를 현탁액으로 만드는 서스펜션 공정을 거치는 단계;
서스펜션 공정을 거친 기본원료를 웹 포메이션 공정을 통해 웹 타입으로 형성하는 단계;
상기 웹 타입의 상태에서 수분배출공정을 거치는 단계;
상기 수분 배출 후에 건조공정을 통해 건조시키는 단계; 및
상기 건조공정을 거친 후 가열 압축 성형시키는 가열 압축공정을 거쳐 시트 타입이나 롤 타입의 원단으로 성형하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 가솔린 엔진 에어클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 제조방법.
청구항 6에 있어서, 상기 합성섬유는 초극세 섬유, 극세섬유, 분할사 또는 해도사; 또는 PP/PE, PET/PE, PET/PP 또는 PET/NYLON 중에서 선택된 Sheath/Core 또는 Side by Side 형의 복합 융점섬유 중에서 선택된 하나이상의 합성섬유를 사용하는 것을 특징으로 하는 가솔린 엔진 에어클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 제조방법.
청구항 6에 있어서, 상기 기본원료는 상기 분말 활성탄 45~80중량%, 상기 펄프 3~13중량%, 합성섬유 10~30중량%, 상기 카본결합제 3~12중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 가솔린 엔진 에어클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 제조방법.
청구항 7에 있어서, 기본원료 외에 추가적으로 전체 부직포 구성에 대하여 분산제는 0.05~2.0중량%의 함량으로, 발수제는 0.2~1.0중량%의 함량으로, 카본정착제는 0.05~1.0중량%의 함량으로, 탈수촉진제는 0.05~1.0중량%의 함량으로 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 가솔린 엔진 에어클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 제조방법.
청구항 6에 있어서, 가열 압축공정은 300 ~ 800g/㎡의 중량, 2.2 ~ 3.6mm의 두께에 대하여 가열 압축공정을 통해 300 ~ 800g/㎡의 중량, 0.6 ~ 1.8mm의 두께로 압착 성형하는 것을 특징으로 하는 가솔린 엔진 에어클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 제조방법.