HEPA 필터의 여과재 재질은 무엇인가요?

HEPA 필터 매체의 제조 공정

성능HEPA 필터 매체소재 구성뿐만 아니라 섬유 구조를 형성하는 데 사용되는 제조 공정에도 영향을 받습니다. 주요 공정은 다음과 같습니다.

1. 멜트블로잉(고분자 매체)

멜트블로운 공법은 고분자 HEPA 필터 매체를 생산하는 주요 방법입니다. 이 공정에서는 고분자 펠릿(예: 폴리프로필렌)을 녹여 미세한 노즐을 통해 압출합니다. 그런 다음 고속의 고온 공기를 용융된 고분자 흐름 위로 불어넣어 초미세 섬유(일반적으로 직경 1~5마이크로미터)로 늘린 후, 움직이는 컨베이어 벨트에 적재합니다. 섬유가 냉각되면서 무작위로 결합되어 다공성 3차원 구조의 부직포를 형성합니다. 기공 크기와 섬유 밀도는 공기 속도, 고분자 온도 및 압출 속도를 조절하여 조정할 수 있으므로 제조업체는 특정 효율 및 공기 흐름 요구 사항에 맞춰 필터 매체를 맞춤 제작할 수 있습니다. 멜트블로운 필터 매체는 비용 효율적이고 대량 생산이 용이하여 대량 생산 HEPA 필터에 가장 널리 사용됩니다.

2. 전기방사(나노섬유 매체)

전기방사는 초미세 고분자 섬유(나노섬유, 직경 10~100나노미터)를 제조하는 데 사용되는 더욱 발전된 공정입니다. 이 기술에서는 고분자 용액을 작은 바늘이 달린 주사기에 넣고 고전압 전원에 연결합니다. 전압이 가해지면 바늘과 접지된 집전체 사이에 전기장이 생성됩니다. 고분자 용액은 바늘에서 미세한 제트 형태로 분사되어 공기 중에서 늘어나고 건조되면서 나노섬유를 형성하고, 이 나노섬유는 집전체에 얇고 다공성인 매트 형태로 쌓입니다. 나노섬유 HEPA 필터는 미세한 섬유들이 촘촘한 기공 네트워크를 형성하여 초미세 입자까지 포집할 수 있기 때문에 탁월한 여과 효율을 제공합니다. 또한, 섬유 직경이 작기 때문에 공기 저항이 감소하여 압력 강하가 줄어들고 에너지 효율이 향상됩니다. 그러나 전기방사는 용융방사법보다 시간이 더 오래 걸리고 비용이 더 많이 들기 때문에 주로 의료기기나 항공우주 필터와 같은 고성능 응용 분야에 사용됩니다.

3. 습식 제조 공정(유리 섬유 매체)

유리섬유 HEPA 필터는 일반적으로 제지 공정과 유사한 습식 제직법으로 제조됩니다. 먼저 유리섬유를 1~5mm 길이로 절단한 후 물과 화학 첨가제(예: 결합제 및 분산제)를 혼합하여 슬러리를 만듭니다. 이 슬러리를 이동식 스크린(철망) 위로 펌핑하면 물이 빠져나가고 유리섬유가 불규칙적으로 배열된 매트가 남게 됩니다. 이 매트를 건조하고 가열하여 결합제를 활성화시키면 섬유들이 서로 결합되어 단단하고 다공성인 구조가 형성됩니다. 습식 제직법은 섬유 분포와 두께를 정밀하게 제어할 수 있어 필터 전체에 걸쳐 일관된 여과 성능을 보장합니다. 그러나 이 공정은 용융 취입법보다 에너지 소비가 많아 유리섬유 HEPA 필터의 가격이 높은 원인이 됩니다.

HEPA 필터 매체의 주요 성능 지표

HEPA 필터 매체의 효과를 평가하기 위해 몇 가지 핵심 성과 지표(KPI)가 사용됩니다.

1. 여과 효율

여과 효율은 필터 매체에 의해 포집된 입자의 비율을 측정하는 가장 중요한 핵심성과지표(KPI)입니다. 국제 표준에 따르면, 진정한 HEPA 필터 매체는 0.3µm 입자(흔히 "가장 침투력이 강한 입자 크기" 또는 MPPS라고 함)에 대해 최소 99.97%의 효율을 달성해야 합니다. 고급 HEPA 필터 매체(예: EN 1822에 따른 HEPA H13, H14)는 0.1µm 크기의 입자에 대해 99.95% 이상의 효율을 달성할 수 있습니다. 효율은 디옥틸프탈레이트(DOP) 테스트 또는 폴리스티렌 라텍스(PSL) 비드 테스트와 같은 방법을 사용하여 측정하며, 이러한 테스트는 필터 매체를 통과하기 전후의 입자 농도를 측정합니다.

2. 압력 강하

압력 강하는 필터 매체로 인해 발생하는 공기 흐름 저항을 의미합니다. 압력 강하가 낮을수록 에너지 소비(냉난방 시스템 또는 공기 청정기의 경우)를 줄이고 통기성(호흡기 보호구의 경우)을 개선할 수 있으므로 바람직합니다. HEPA 필터 매체의 압력 강하는 섬유 밀도, 두께 및 기공 크기에 따라 달라집니다. 일반적으로 기공이 ​​작고 섬유 밀도가 높은 매체는 효율은 높지만 압력 강하도 높습니다. 제조업체는 높은 효율과 낮은 압력 강하를 모두 제공하는 매체를 만들기 위해 이러한 요소들의 균형을 맞춥니다. 예를 들어, 섬유 밀도를 높이지 않고도 효율을 향상시키기 위해 정전기적으로 대전된 섬유를 사용하는 방식이 있습니다.

3. 분진 포집 용량(DHC)

먼지 포집 용량(DHC)은 필터 매체의 압력 강하가 특정 한계(일반적으로 250~500 Pa)를 초과하거나 효율이 요구 수준 이하로 떨어지기 전에 포집할 수 있는 최대 입자상 물질의 양을 나타냅니다. DHC가 높을수록 필터의 수명이 길어져 교체 비용과 유지 보수 빈도가 줄어듭니다. 유리 섬유 매체는 일반적으로 폴리머 매체보다 구조가 더 단단하고 기공 부피가 커서 DHC가 높기 때문에 산업 시설과 같이 먼지가 많은 환경에 적합합니다.

4. 내화학성 및 내열성

특수 용도의 경우 내화학성 및 내열성은 중요한 핵심성과지표(KPI)입니다. 유리섬유 필터는 최대 250°C의 온도를 견딜 수 있으며 대부분의 산과 염기에 대한 내성이 있어 소각장이나 화학 처리 시설에 사용하기에 이상적입니다. PTFE 기반 고분자 필터는 내화학성이 매우 뛰어나고 최대 200°C의 온도에서 작동할 수 있는 반면, 폴리프로필렌 필터는 내열성은 다소 떨어지지만(최대 작동 온도 약 80°C) 오일 및 유기 용제에 대한 내성이 우수합니다.

HEPA 필터 매체의 응용 분야

HEPA 필터는 깨끗한 공기와 미세먼지 없는 환경에 대한 필요성 때문에 다양한 산업 분야에서 폭넓게 사용됩니다.

1. 의료 및 보건

병원, 진료소, 제약 제조 시설에서 HEPA 필터는 공기 중 병원균(예: 박테리아, 바이러스, 곰팡이 포자)의 확산을 방지하는 데 매우 중요합니다. 수술실, 중환자실(ICU), 의약품 생산을 위한 클린룸, 인공호흡기 및 마스크와 같은 의료 기기에 사용됩니다. 유리 섬유 및 PTFE 기반 HEPA 필터는 높은 효율, 내화학성, 멸균 공정(예: 고압멸균)을 견딜 수 있는 능력 때문에 선호됩니다.

2. 냉난방 공조(HVAC) 및 건물 내 공기질

상업용 건물, 데이터 센터 및 주택의 냉난방 및 환기(HVAC) 시스템은 실내 공기질(IAQ) 개선을 위해 HEPA 필터 매체를 사용합니다. 폴리머 HEPA 필터 매체는 저렴한 가격과 에너지 효율성 때문에 가정용 공기청정기 및 HVAC 필터에 일반적으로 사용되는 반면, 유리 섬유 필터 매체는 먼지가 많은 환경의 대규모 상업용 HVAC 시스템에 사용됩니다.

3. 산업 및 제조업

반도체 제조, 전자제품 생산, 자동차 조립과 같은 산업 현장에서는 HEPA 필터 매체를 사용하여 극히 낮은 입자 수(입방 피트당 입자 수로 측정)를 유지하는 클린룸을 관리합니다. 이러한 환경에서는 민감한 부품의 오염을 방지하기 위해 고성능 HEPA 필터 매체(예: H14)가 필수적입니다. 유리 섬유 및 복합 소재 필터 매체는 높은 효율성과 내구성으로 인해 선호됩니다.

4. 소비자 제품

HEPA 필터는 진공청소기, 공기청정기, 마스크 등 다양한 소비자 제품에 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 폴리머 멜트블로운 필터는 N95/KN95 마스크의 주요 소재로, 코로나19 팬데믹 기간 동안 공기 중 바이러스 차단에 필수적인 제품이 되었습니다. 진공청소기에서 HEPA 필터는 미세먼지와 알레르기 유발 물질이 공기 중으로 다시 배출되는 것을 막아 실내 공기질을 개선합니다.

HEPA 필터 여과재의 미래 동향

깨끗한 공기에 대한 수요가 증가하고 기술이 발전함에 따라, 몇 가지 추세가 HEPA 필터 소재의 미래를 형성하고 있습니다.

1. 나노섬유 기술

나노섬유 기반 HEPA 필터 매체의 개발은 핵심적인 추세입니다. 이러한 초미세 섬유는 기존 매체보다 높은 효율과 낮은 압력 손실을 제공하기 때문입니다. 전기방사 및 멜트블로잉 기술의 발전으로 나노섬유 필터 매체의 생산 비용이 절감되어 소비자 및 산업 분야에서의 활용도가 확대되고 있습니다. 또한 연구자들은 플라스틱 폐기물로 인한 환경 문제를 해결하기 위해 생분해성 고분자(예: 폴리락트산, PLA)를 나노섬유 필터 매체에 사용하는 방안을 연구하고 있습니다.

2. 정전기 증강

정전기를 이용하여 입자를 포집하는 일렉트릿 필터 매체가 점점 더 발전하고 있습니다. 제조업체들은 코로나 방전, 마찰대전 등 새로운 충전 기술을 개발하여 정전기 충전 지속 시간을 향상시키고 필터 수명 동안 일관된 성능을 보장하고 있습니다. 이는 필터 교체 빈도를 줄이고 에너지 소비를 절감하는 효과를 가져옵니다.

3. 다기능 미디어

미래의 HEPA 필터 소재는 입자 포집, 악취 제거, 가스 중화 등 다양한 기능을 수행하도록 설계될 것입니다. 이는 활성탄, 광촉매 물질(예: 이산화티타늄), 항균제 등을 필터 소재에 통합함으로써 가능해집니다. 예를 들어, 항균 HEPA 필터 소재는 필터 표면에서 박테리아와 곰팡이의 증식을 억제하여 2차 오염 위험을 줄일 수 있습니다.

4. 지속 가능한 소재

환경에 대한 인식이 높아짐에 따라 더욱 지속 가능한 HEPA 필터 소재에 대한 요구가 증가하고 있습니다. 제조업체들은 일회용 필터의 환경적 영향을 줄이기 위해 재생 가능한 자원(예: 식물 기반 고분자)과 재활용 가능한 소재를 모색하고 있습니다. 또한, 기존 고분자 소재의 재활용성 및 생분해성을 개선하여 매립되는 필터 폐기물 문제를 해결하기 위한 노력도 진행되고 있습니다.

HEPA 필터 소재는 공기 중의 미세 입자를 탁월한 효율로 포집하도록 설계된 특수 소재로, 다양한 산업 분야에서 인간의 건강을 보호하고 깨끗한 환경을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 전통적인 유리 섬유부터 첨단 고분자 나노섬유 및 복합 구조에 이르기까지, HEPA 필터 소재의 구성은 각기 다른 용도의 고유한 요구 사항을 충족하도록 맞춤 제작됩니다. 용융 분사, 전기 방사, 습식 적층과 같은 제조 공정은 필터 소재의 구조를 결정하며, 이는 여과 효율, 압력 강하, 먼지 포집 용량과 같은 주요 성능 지표에 영향을 미칩니다. 나노섬유 기술, 정전기 강화, 다기능 설계, 지속 가능성과 같은 기술 발전은 HEPA 필터 소재의 혁신을 주도하여 더욱 효율적이고 경제적이며 친환경적인 제품을 만들고 있습니다. 의료, 산업 제조, 소비재 등 어떤 분야에서든 HEPA 필터는 깨끗한 공기와 더 건강한 미래를 보장하는 데 필수적인 도구로 자리매김할 것입니다.