화학공학소재연구정보센터
Journal of the Korean Industrial and Engineering Chemistry, Vol.14, No.1, 82-88, February, 2003
폴리프로필렌-카본 블랙 혼합 수지로 제조한 부직포형 일렉트리트(Electret) 공기 여과 소재의 정전기 특성이 여과 효율에 미치는 영향
An Effect of Electrostatic Characteristics of Non-woven Electret Air Filter Media with Polypropylene-Carbon Black Mixture on Filtration Efficiency
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초록
폴리프로필렌(polypropylene, PP) 및 폴리프로필렌-카본 블랙(polypropylene-carbon black, PP-CB) 혼합 수지로 공압출 방사 시스템(spray-spinning extrusion system)과 코로나 대전 장치(corona charging unit)를 이용하여 일렉트리트 섬유상 여과 소재(electret fibrous filter media)를 제조하여 정전기 특성 및 여과 특성에 대하여 고찰하였다. 제조한 부직포형 공기 여과 소재에 잔존하는 표면 전하 밀도(effective surface charge density, ESCD)를 진동 전극 기술을 이용하여 비접촉 방식으로 측정하였는데, 코로나 대전 전류가 증가할수록 또한 카본 블랙 함량이 증가할수록 표면 전하 밀도는 증가하였으며 코로나 대전 전류 200 μA, 카본 블랙 함량 4 wt%의 조건에서 제조한 여과 소재의 표면 전하 밀도가 최대값을 나타내었다. 필터 성능 시험기를 사용하여 여과 효율을 측정한 결과, 대전된 여과 소재가 대전되지 않은 경우보다 또한 카본 블랙 함량이 증가할수록 더 높은 여과 효율을 나타냈으며, 여과 효율 역시 표면 전하 밀도와 비례하였다. 이는 섬유상 여과 소재 자체의 전기장(electric field)에 의한 입자 포집률의 증가에 기인하는 것이다. 실험 결과, 표면 전하 밀도와 여과 효율은 밀접한 관계가 있는 것을 확인할 수 있었고 정전기적 특성이 향상된 여과 소재는 공기 정화 시스템의 핵심 부품으로 사용이 가능할 것이다.
An electrostatically charged, electret fibrous filter mediun made from polypropylene (PP) and polypropylene-carbon black (PP-CB) was prepared by spray-spinning extrusion system, which was equipped with a corona charging unit. The effect of electrostatic characteristics on filtration characteristics was investigated and ESCD (effective surface charge density) of the non-woven filter media was also measured by the vibrating electrode and non-contact compensating techniques. The results showed that the ESCD increased with corona and CB content. And the highest ESCD was achieved at 200 μA of the corona current and 4 wt% of CB content. The results of filter test on filtration efficiency showed that the electrostatically carged filter media had an excellent filtrating ability compared to the uncharged filter media, and filtration efficiency was proportional to ESCD. The more CB in PP, the higher filtration efficiency was. It resulted from the increased particle-collection ability by electric field of fibrous filter media. Throughout the experimental results, filtration efficiency was closely dependent on the ESCD of filter media. In viewing the results so far achieved, the filter media which showed improvement in electrostatic characteristics in this study will be used as a key element of air purification system.
  1. Wadsworth LC, Tsai PP, Adv. Filtr. Sep. Technol., 12, 216 (1998)
  2. Khalaf K, Rubow KL, Adv. Filtr. Sep. Technol., 12, 264 (1998)
  3. Brown RC, Air Filtration, Pergamon Press, Oxford (1993)
  4. Dickenson C, Filter and Filtration Handbook 3rd ed., Elsevier Science Publishers Ltd., Oxford (1992)
  5. Kravtsov A, Brunig H, Zhandarov S, Beyreuther R, Adv. Polym. Technol., 19(4), 312 (2000) 
  6. Pinchuk LS, Kravtsov AG, Voronezhtsev YI, Gromyko YV, Int. Polym. Process., 13(1), 67 (1998)
  7. Pinchuk LS, Kravtsov AG, Gromyko YV, Polym. Sci. Ser. B, 39, 139 (1997)
  8. Ahn BG, Choi US, Kwon OK, Polym. J., 31, 851 (1999) 
  9. Albright LF, Maddox RN, McKetta JJ, Filtration Principles and Practices, Part I,ed. Clyde Orr, Marcel Dekker, Inc., New York (1977)
  10. Walkenhorst W, Zebel G, Staub, 24, 701 (1969)
  11. Tsai PP, Wadswarth LC, Particulate Sci. Technol. Int. J., 12, 323 (1994)
  12. Patockova I, Textil, 44, 250 (1989)
  13. Wadsworth LC, Tsai PP, Adv. Filtr. Sep. Technol., 9, 473 (1995)
  14. Tsai PP, Wadsworth LC, ANTEC'96, 3642 (1996)
  15. Nifuku M, Zhou Y, Kisiel A, Kobayashi T, Katoh H, J. Electrostat., 51-52, 200 (2001) 
  16. Biacometti JA, Oliviera ON, IEEE Trans. Electr. Insul., 27, 924 (1992) 
  17. Lowkis B, Motyl E, J. Electrostat., 51-52, 232 (2001) 
  18. Sessler GM, Electrical Properties of Polymers, ed. D.A. Seanor, 266, Academic Press, New York (1982)
  19. Danil IM, Ishai O, Engineering Mechanics of Composite Materials, Chap., 4, Oxford Univ. Press, New York (1994)
  20. Mallick PK, Fiber-Reinforced Composite: Materials Manufacturing and Design, 76, Marcel Dekker, Inc., New York (1998)
  21. Pagano NJ, Interlaminar Response of Composite Materials, 146, Elsevier, New York (1989)
  22. Han KC, Choi HD, Moon TJ, Kim WS, Kim KY, Polym.(Korea), 18(6), 1006 (1994)