JP6649437B2 - 繊維媒体並びにその形成方法及び装置 - Google Patents
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- D21F11/04—Processes for making continuous lengths of paper, or of cardboard, or of wet web for fibre board production, on paper-making machines of the Fourdrinier type paper or board consisting on two or more layers
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
- D21F11/00—Processes for making continuous lengths of paper, or of cardboard, or of wet web for fibre board production, on paper-making machines
- D21F11/14—Making cellulose wadding, filter or blotting paper
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- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
- D21F9/00—Complete machines for making continuous webs of paper
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- D21F9/006—Complete machines for making continuous webs of paper of the twin-wire type paper or board consisting of two or more layers
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
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Description
特定の組成又は特徴に変化又は勾配を有する繊維媒体は、多くの状況で有用である。本開示の技術の実質的な利点の一つは、単一のファーニッシュ組成又は少数からなる一組のファーニッシュからウェットレイド媒体に広範囲の特性及び性能を作り出す能力である。第2の、しかし重要な利点は、単一のウェットレイド媒体形成プロセスを用いてこの広い範囲にわたる製品を生産する能力である。媒体は、形成されると、さらなる処理も追加の層もなしに優れた性能特徴を有する。以下のデータで確認することができるとおり、単一のファーニッシュを使用して、製品寿命が長い広範囲の効率を作り出すことができる。これらの特性は、本発明のウェットレイド法で形成された勾配材料に生じる。効率の変化とは、利点を提供する細孔径の変化を含意する。例えば、細孔径勾配を有する媒体は、いくつかある用途のなかでも特に、粒子状物質のろ過に有利である。フィルタの上流部分における細孔径勾配は、汚染物質を最上流層又は界面に詰まらせるのではなく、媒体の深さを通じて堆積させることにより、フィルタの寿命を延ばすことができる。加えて、制御可能且つ予測可能な勾配特徴、例えば、繊維の化学的性質、繊維径、架橋又は融合又は結合機能性、バインダー又はサイズ剤の存在、微粒子の存在などを有する繊維媒体が、多くの各種用途において有利である。かかる勾配は、ろ過用途で用いられる場合、汚染物質の除去及び貯留における性能の亢進をもたらす。材料の勾配及びその関連属性は、繊維媒体の厚さを通じて、或いは繊維媒体シートのクロスウェブ幅又は長さなどの別の寸法にわたって提供される場合に有利である。
本明細書に記載される技術を用いて、不織布における操作され制御されたウェブ構造を、ウェットレイド法を用いて作製することができ、ここで不織ウェブは、繊維、特性、又は他のろ過に関する一面が、ウェブの第1の表面からウェブの第2の表面に至る方向、又はウェブの第1の縁端からウェブの第2の縁端に至る方向、又はその双方の方向に制御されて変化する領域を有する。操作されたウェブは、従来の1つ又は複数の不織布又は織布ウェブ領域の1つ又は複数を、フィルタ特性の操作された変化を有する本明細書に記載される実施形態に係る1つ又は複数の不織ウェブの1つ又は複数の領域と組み合わせて、ウェットレイド技法を用いて作製することができる。
混合隔壁を使用したかかる方法によって得られる繊維ウェブは、繊維特徴の勾配があって、且つ特定の繊維の濃度に変化があるが、しかし2つ以上の別個の層は有しない領域を有することができる。この領域は、媒体の厚さ又は幅の全体であっても、又は媒体の厚さ又は幅の一部分であってもよい。ウェブは、記載されるとおりの勾配領域と、繊維又はフィルタ特徴の変化を最小限しか有しない不変領域とを有することができる。繊維ウェブは、2つ以上の別個の層間に確かに界面を有する他の構造に存在するフロー上の欠点がない勾配を有することができる。互いに接合された2つ以上の別個の層を有する他の構造では、ラミネートされた層、ラミネート用接着剤又は任意の2つ以上の層間を分断する界面であり得る界面境界が存在する。例えば、ウェットレイド法において勾配形成用孔あき混合隔壁装置を使用することにより、ウェットレイド媒体の製造においてウェブ形成を制御し、こうしたタイプの別個の界面を回避することが可能である。得られる媒体は、比較的薄く、同時にプリーツ又は他のろ過構造に形成するのに十分な機械的強度を維持するものであり得る。
本特許出願の目的上、用語「ウェブ」は、約0.05mmから、それより大きい不確定の又は任意の厚さまでの厚さを有するシート状又は平面状の構造を指す。この厚さ寸法は、0.5mm〜2cm、0.8mm〜1cm又は1mm〜5mmであってよい。さらに、本特許出願の目的上、用語「ウェブ」は、約2.00cmから不確定の又は任意の幅までの範囲をとることのできる幅を有するシート状又は平面状の構造を指す。長さは不確定の又は任意の長さであってよい。かかるウェブは、柔軟性を有し、機械加工可能で、プリーツ加工可能で、及びその他の方法でフィルタエレメント又はフィルタ構造に形成することが可能である。ウェブは勾配領域を有することができ、また不変領域も有することができる。
a.媒体における種々の勾配タイプ
勾配は、ウェブのx方向、y方向又はz方向のいずれかに生成され得る。ここでは、そうした異なる勾配タイプを生成するために使用される特定の混合隔壁構造についてさらに考察する。勾配はまた、これらの平面の組み合わせで生成されてもよい。勾配は、少なくとも2つの繊維の相対的な分布を調整することにより完成される。少なくとも2つの繊維は、組成、長さ、直径、アスペクト比、形態又はそれらの組み合わせなどの異なる物理的特性を有することによって互いに異なり得る。例えば2つの繊維は、第1のガラス繊維が0.8ミクロンの平均直径を有し、且つ第2のガラス繊維が5ミクロンの平均直径を有するなど、直径が異なってもよい。
本明細書に記載される実施形態の媒体は、勾配特徴を有することができる。本発明の一態様において、媒体は2つ以上の領域を有することができる。第1の領域は、上記に定義及び考察されるとおりの確定された勾配を備える媒体の厚さの一部分を含むことができる。他の領域は、勾配か、又はいかなる重要な勾配特徴も実質的に存在しない不変媒体特徴かのいずれかを有する媒体の厚さの別の部分を含むことができる。かかる媒体は、本発明の方法及び機械を用いて、機械によって放出される繊維から形成される層が、不変媒体を含む第1の領域と勾配媒体を含む第2の領域とを備えるかかる媒体を形成するような機械設定により形成することができる。媒体は、ラミネート構造及び接着剤又は領域間に一切の顕著な界面が実質的に存在しないように作製することができる。媒体には、少なくとも約30wt%且つ多くとも約70wt%の二成分繊維と、ポリエステル繊維又はガラス繊維を含む少なくとも約30wt%且つ多くとも約70wt%の第2の繊維とがあり、ここで第2の繊維の濃度は、第1の表面から第2の表面にかけて増加する連続勾配となるよう形成される。大部分、領域の繊維は特徴が同様であってもよく、又は実質的に異なってもよい。例えば、不変領域が、セルロース系繊維、ポリエステル繊維、又は混合セルロース系合成繊維の領域を含み、一方、勾配領域が二成分繊維若しくはガラス繊維、又は本開示の他の場所に開示される他の繊維若しくは繊維の混合を含んでもよい。
繊維は、様々な組成、直径及びアスペクト比であってよい。不織ウェブに勾配を形成するための本明細書に記載される概念は、ウェブを作るために使用される特定の繊維ストックとは無関係である。繊維の組成上のアイデンティティについて、当業者はあらゆる繊維を有用と判断し得る。かかる繊維は、通常は有機製品又は無機製品のいずれかから処理される。特定の用途の勾配要件により、繊維、又は繊維の組み合わせの選択をより好適なものとし得る。勾配媒体の繊維は、二成分、ガラス、セルロース、麻、アバカス、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ハロゲン化ポリマー、ポリウレタン、アクリル又はそれらの組み合わせを含んでもよい。
バインダー樹脂を使用することで、足場繊維及び他の繊維、典型的には二成分繊維が存在しない場合におけるセルロース系繊維、ポリエステル繊維又はガラス繊維などを結合して機械的に安定した媒体とすることを補助することができる。かかるバインダー樹脂材料は乾燥粉末又は溶媒系として使用することができるが、しかし典型的にはビニル熱可塑性樹脂の水性分散体(ラテックス又は数多くのラチスのうちの一つ)である。バインダーとして使用される樹脂は、媒体に直接添加されて分散体を作製する水溶性又は分散性ポリマーの形態であってもよく、又は媒体の形成後に加えられる熱によりバインダーとして活性化されるアラミド及びガラス繊維と混ぜ合わされた樹脂材料の熱可塑性バインダー繊維の形態であってもよい。樹脂としては、セルロース系材料、酢酸ビニル材料、塩化ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアセチル樹脂、アクリル樹脂、メタクリル酸樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエチレン酢酸ビニル共重合体樹脂、熱硬化性樹脂、例えば、尿素フェノール、尿素ホルムアルデヒド、メラミン、エポキシ、ポリウレタン、硬化性不飽和ポリエステル樹脂、多環芳香族樹脂、レソルシノール樹脂及び同様のエラストマー樹脂が挙げられる。水溶性又は分散性バインダーポリマーに好ましい材料は、概して、アクリル樹脂、メタクリル酸樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリ尿素、ポリウレタン、メラミンホルムアルデヒド樹脂、ポリエステル及びアルキド樹脂などの水溶性又は水分散性熱硬化性樹脂であり、具体的には、媒体作製業界で一般的に使用されている水溶性アクリル樹脂、メタクリル酸樹脂、ポリアミド樹脂である。かかるバインダー樹脂は、典型的には繊維を被覆し、最終的な不織マトリックスにおいて繊維同士を接着する。十分な樹脂をファーニッシュに添加することで、シート、媒体、又はフィルタ材料に形成された細孔のフィルムオーバー(film over)を発生させることなく繊維を完全に被覆することができる。樹脂は、エラストマー、熱硬化性樹脂、ゲル、ビーズ、ペレット、フレーク、粒子、又はナノ構造であってよく、及び媒体作製中にファーニッシュに添加しても、又は形成後に媒体に加えられてもよい。
選択的結合用コーティング又は元素とは、相手材料を選択的に結合する部分を指す。かかるコーティング又は元素は、標的相手材料を繊維に選択的に付着又は捕捉させるのに有用である。
本明細書に記載される実施形態の媒体中には、化学反応性粒子状物質を分散させることができる。
サイズ剤、充填剤、着色剤、歩留り向上剤、代替資源由来の再生繊維、バインダー、接着剤、架橋剤、粒子、又は抗菌剤の添加剤は、水性分散体に添加されてもよい。
先行技術では、第1の層を第2の層と別に形成し、次に層を組み合わせることによって特定の構造が作製されるため、得られる媒体の厚さにわたり媒体特徴が段階的に変化する結果となっていた。かかる組み合わせは、典型的には層間の界面の形成を伴う。かかる界面は、時に、個別にラミネートされたシートとしては繊維がラミネーション前のシートともはや同じ物理的状態にない押し潰された繊維によって特徴付けられる層間の領域を含む。他の界面は、層を結合する接着剤を含む。本明細書に記載される不織ウェブの実施形態の多くでは、押し潰された層界面及び接着剤層界面を含むかかる界面の影響は不織ウェブに存在しない。
本発明の技術の実質的な利点は、1つの、又は限られた一組のファーニッシュと、一段階ウェットレイド法とを用いて広範囲の有用な特性を有する一連の媒体が得られることである。
ある実施形態では、本発明はシングルパスウェットレイド法を利用して繊維マットの寸法の範囲内に勾配を生成する。シングルパスとは、勾配媒体を作成する一プロダクションランの間に、領域における繊維の混合及び1つ又は複数の混合ファーニッシュの堆積が1回のみ行われることを意味する。勾配を増進させるためにそれ以上の処理が行われることはない。混合隔壁装置を使用するシングルパス法は、媒体内に識別し得る又は検知し得る界面のない勾配媒体を提供する。媒体内の勾配は、上部から下部にかけて、又は媒体の厚さにわたり規定することができる。それに代えて又は加えて、媒体内の勾配は、媒体の長さ又は幅寸法にわたり規定されてもよい。
一実施形態において、混合隔壁は、傾斜型製紙機械又は本明細書でさらに考察する他の機械などの改良された紙漉機に関連して使用される。混合隔壁は水平面上に位置決めすることも、又は下向き若しくは上向きの傾斜面上に位置決めすることもできる。ファーニッシュは、機械において供給源を出ると、形成ゾーン又は受入領域に進む。ファーニッシュは、少なくとも最初は混合隔壁によって分離される。本発明の混合隔壁は、その表面にスロット又は開口を有する。
先に考察したとおり、図1は、2つの供給源102、106と混合隔壁110とを備える改良された傾斜型製紙装置又は機械100に沿った概略断面図を示す。異なる装置の実施形態を図2に関連して考察し、図2は、1つの供給源を備える改良された傾斜型製紙機械200の概略図である。
図2は、連続勾配媒体を形成するための装置200の別の実施形態を示し、ここではワンステップウェットレイド法においてファーニッシュの単一供給源が混合隔壁と組み合わせて使用される。供給源又はヘッドボックス202は、少なくとも2つの異なる繊維、例えば異なる繊維サイズ又は異なる化学組成の繊維を含むファーニッシュの第1のフローストリーム204を提供する。第1のフローストリームは送液管211を介して混合隔壁210に提供される。混合隔壁は開口212を含む。一実施形態において、混合隔壁は開口を含まない開始部分216と、開口212を備える第2の部分220とを有する。混合隔壁は、供給源に最も近い近位端222と、供給源から最も遠い遠位端224とを有する。混合隔壁210における開口212のサイズは、ファーニッシュ中の異なる繊維サイズを選択、すなわち篩別するように構成される。第1のフローストリームの一部は混合隔壁の開口を通過し、ワイヤガイド214上に堆積する。排水ボックス230が重力又は他の抽出手段により水及び他の溶媒を捕集し、又は抽出する。第1のフローストリーム204の篩別されなかった部分232は、プロセスの終わり234に、しかし後処理の前に、勾配媒体上に堆積する。
混合隔壁及びその開口は、いかなる幾何形状を有してもよい。一例はスロット付き混合隔壁である。一実施形態において、混合隔壁は、クロスウェブ方向又はクロスフロー方向のスロットである矩形開口を画定する。これらの矩形スロットは、一実施形態においてクロスウェブ幅全体にわたり延在することができる。別の実施形態において、混合隔壁は、下流方向又はマシン方向のスロットを画定する。孔又はスロットは幅が変化するものであってもよい。例えば、スロットはダウンウェブ方向に幅が増加してもよく、又はスロットはクロスウェブ方向に幅が増加してもよい。スロットは、ダウンウェブ方向に間隔を変化させてもよい。他の実施形態において、スロットはクロスウェブ方向にウェブの片側から他方の側まで続く。他の実施形態において、スロットは、ウェブの一部のみにわたり片側から他方の側まで続く。他の実施形態において、スロットはダウンウェブ方向に、混合隔壁の近位端から遠位端まで続く。例えば、スロットは、ファーニッシュが供給源を離れるに従いたどるフローの経路と平行であってもよい。混合隔壁にはスロット設計又は配列の組み合わせが使用されてもよい。
混合隔壁の開口の様々な構成が図3−図8に示され、図3−図8は混合隔壁の上面図である。図3−図8の各混合隔壁は異なる構成の開口を有する。各混合隔壁は、側縁端と第1の終縁端と第2の終縁端とを有する。混合隔壁の側縁端は、機械の左側壁及び右側壁(図示せず)に取り付け可能である。図3−図8において、矢印305はダウンウェブ方向を示し、一方、矢印307はクロスウェブ方向を示す。図3は、クロスウェブ方向に離間された実質的に等しい矩形範囲の7個のクロスウェブスロット型開口302を有する混合隔壁300を示す。3個のスロット302が互いに均等に離間され、及び混合隔壁の異なる部分において、4個のスロット302が互いに均等に離間されている。混合隔壁300は、第1の縁端に隣接するオフセット部分304を含み、ここには開口は存在しない。
図9は、媒体にX方向の勾配を完成する混合隔壁2100の等角図であり、一方、図10は混合隔壁2100の上面図であり、図11は側面図である。混合隔壁2100は、媒体の厚さにおいても、及び媒体のX方向すなわちクロスマシン方向にわたっても勾配を作り出す。厚さにおける勾配は、クロスウェブ寸法の中心領域に現れる。開放された範囲2102が混合隔壁2100により画定される。矩形の開放された範囲2102は、クロスウェブ方向における混合隔壁の中心部に存在し、混合隔壁のマシン方向に沿ってずらして配置されている。
ウェットレイド加工の一実施形態において、勾配媒体は、繊維材料と水性媒体中における必要に応じた他の成分との分散体を含む水性ファーニッシュから作製される。分散体の水性液体は概して水であるが、pH調整材料、界面活性剤、脱泡剤、難燃剤、粘度調整剤、媒体処理剤、着色剤などの様々な他の材料を含んでもよい。水性液体は、通常、スクリーン又はその他の分散した固体を保持して液体を通過させる有孔支持体上に分散体を誘導することによって分散体から排水され、湿潤媒体組成物がもたらされる。湿潤組成物は、支持体上に形成されると、通常、真空又は他の圧力による力によってさらに脱水され、残りの液体を蒸発させることによってさらに乾燥される。液体を取り除く選択肢としては、重力排水機器、1つ又は複数の真空機器、1つ又は複数のテーブルロール、真空フォイル、真空ロール、又はそれらの組み合わせが挙げられる。装置は、受入領域の近位及び下流に乾燥部を含むことができる。乾燥部の選択肢としては、乾燥缶部、1つ又は複数の赤外線ヒータ、1つ又は複数の紫外線ヒータ、スルーエアドライヤ、搬送ワイヤ、コンベヤ、又はそれらの組み合わせが挙げられる。
本明細書に記載される媒体は、界面又は接着剤層を含むことなく、ある領域にわたり特性の勾配を有するように作製することができ、完全に作製された後の媒体は、他の従来のフィルタ構造と共に組み立ててフィルタ複合材層又はフィルタユニットを作製することができる。媒体は、膜、セルロース系媒体、ガラス媒体、合成媒体、スクリム又はエキスパンドメタル支持体であり得る基層と共に組み立てることができる。勾配を有する媒体は、従来の媒体などの他の多くのタイプの媒体と併せて使用して、フィルタ性能又は寿命を向上させることができる。
本発明に記載される方法により生産された媒体における勾配度を評価する一つの方法では、媒体が異なる切片に分けられ、それらの切片が走査型電子顕微鏡写真(SEM)を使用して比較される。基本的な概念は、勾配構造を有する単一層シートを取り、その厚さを、元の勾配構造の見かけを反映する異なる特性を有し得る複数のシートに分けることである。得られる媒体は、勾配媒体内の界面又は境界の存在又は不在について調べることができる。調査対象となる別の特徴は、例えば粗い多孔性から微細な多孔性に至る、媒体特徴の変化の平滑度である。必須ではないが、ファーニッシュ供給源の一方に着色したトレース繊維を加えることが可能であり、次に得られた媒体においてそれらの着色繊維の分布を調べることができる。例えば、着色繊維は、上部ヘッドボックスから吐出されるファーニッシュに加えられてもよい。
ファーニッシュを調合し、少なくとも1つの勾配特性を有する不織ウェブを生成した。表1は、ファーニッシュ調合物の組成に関する情報を示す。表1に掲載したファーニッシュの例には以下の種々の繊維を使用した。ここでは各繊維の略称を括弧書きで提供する。
1.271Pとして知られるポリエステル二成分繊維、繊維長6mm及び2.2デニール、E.I.DuPont Nemours(Wilmington DE)から入手可能(271P)。271Pの平均繊維径は約13ミクロンである。
2.Lauscha Fiber Intl.(Summerville、SC)からのガラス繊維、様々な長さ及び繊維径5ミクロン(B50R)、繊維径1ミクロン(B10F)、繊維径0.8ミクロン(B08F)、及び繊維径0.6ミクロン(B06F)。
3.青色ポリエステル繊維、長さ6mm及び1.5デニール、Minifibers,Inc.(Johnson City、TE)から入手可能(青色PET)。
4.ポリエステル繊維(P145)、Barnet USA(Arcadia、South Carolina)から入手可能。
5.49.5%のポリエチレンテレフタレート、47%のコポリエステル及び2.5%のポリエチレン共重合体からなるポリエステル/コポリエステル混合物で作製された二成分ショートカット繊維(BI−CO)。かかる繊維の一例は、日本国大阪府の帝人ファイバー株式会社から入手可能なTJ04BN SD2.2X5である。
勾配媒体の形成中に調整される機械に関する他の変数としては、パルパーのコンシステンシー、開始混合隔壁の傾斜角度、機械の傾斜角度、混合隔壁延長部の傾斜角度、坪量、機械の速度、ヒール部高さ、ファーニッシュ流量、ヘッドボックス流量、ヘッドボックスのコンシステンシー、及び排水ボックス捕集量が挙げられる。表2は、混合隔壁装置からの勾配媒体の生産に使用される設定についての指針を提供する。得られる勾配媒体は、例えば、カレンダリング、熱又はその他の当該技術分野において周知の方法及び機器により後処理することにより、完成品の勾配繊維マットを提供してもよい。
実施例1〜4の作製に使用した傾斜型製紙機械は、図13−図15に示されるとおりのスロット設計を備える混合隔壁を有した。混合隔壁の寸法が表3、表4及び表5に示される。各実施例における機械の運転設定は、上記に考察されるとおり表2に示される。
液体ろ過において、ベータ試験(β試験)は、フィルタの品質及びフィルタ性能を評価する一般的な業界標準である。ベータ試験評価は、標準方法である「精密フィルタエレメントのろ過性能のマルチパス評価方法(Multipass Method for Evaluating Filtration Performance of a Fine Filter Element)」(ISO 16899:1999年)から導かれる。ベータ試験は、下流の流体清浄度を上流の流体清浄度と比較するベータ比を提供する。フィルタを試験するため、粒子カウンタにより、既知の容積の流体についての上流粒子のサイズ及び量、並びに既知の容積の流体についてのフィルタの下流にある粒子のサイズ及び量が正確に計測される。規定の粒径における上流の粒子カウントを下流の粒子カウントで除した比が、ベータ比である。このときの捕捉効率は((β−1)/β×100であるため、フィルタの効率はベータ比から直接計算することができる。この式を用いると、ベータ比が2であれば、それは50%の%効率を意味することが分かる。
坪量40lb/3000ft2(65.16g/m2)の実施例1用の勾配媒体を、勾配媒体を作製するための表1に記載されるとおりの手順を使用して作成した。実施例1の勾配媒体試料は、同じファーニッシュ配合を使用して、しかし図13の9種の異なる混合隔壁構成を使用して作成した。混合隔壁の違いがなければ、同じ配合で作られた全ての媒体試料が同じ、又は極めて類似した性能を有するものと予想される。しかしながら、図16に見られるβ200試験の結果は、所与の圧力損失に対して効率及び容量の双方を制御できることを示している。図16では、β200を制御された形で5ミクロンから15ミクロンまで変化させた。試料の勾配構造の違いにより、負荷容量は100g/m2から180g/m2まで変化した。図16は、17個の異なる勾配媒体試料に関する17個のデータ点を含む。実施例1の17個の勾配媒体試料にいくつか対があるのは、混合隔壁構成が同じであることに起因している。
実施例2用の勾配媒体を実施例1と同じファーニッシュ調合により、ただし60lb/3000ft2(97.74g/m2)の坪量で、勾配媒体を作製するための表1に記載されるとおりの手順を使用して、及び図13の9種の異なる混合隔壁構成を使用して作成した。図17に見られる60lb/3000ft2(97.74g/m2)勾配媒体に対するβ200試験の結果は、所与の効率に対して容量を制御できることを示している。図17のデータ点により表される試料の各々は、同じ媒体配合及び坪量で作成した。従って、これらの媒体試料は同じ性能を有するものと予想され得る。しかしながら、混合隔壁構造の違い、従って試験した媒体の勾配構造の違いに起因して、異なる性能が観察された。この例では、β200は約5ミクロンに制御された。試料の勾配構造の違いにより、負荷容量は110g/m2から150g/m2まで変化した。ここでもまた、実施例2の勾配媒体試料にいくつか対があるのは、混合隔壁構成が同じであることに起因している。
図18は、5ミクロン粒子のβ200による媒体についての追加的なデータを示し、ここでは細孔径の制御性が向上したとともに試料の負荷容量が110g/m2から150g/m2まで変化し、効率を維持しながら負荷量を変化させることができることが示された。60lb/3000ft2(97.74g/m2)の坪量で、勾配媒体を作製するための表1に記載されるとおりの手順を使用して、及び図14の混合隔壁構成を使用して、実施例3用の勾配媒体を作成した。60lb/3000ft2(97.74g/m2)の勾配媒体についてのβ200試験の結果は、所与の効率に対して容量を制御できることを示している。
図19では、より粗いフィルタ媒体試料を作製し、ここではβ200を制御された形で8から13まで変化させ、その結果負荷容量は120g/m2から200g/m2まで変化した。勾配媒体を作製するための表1に記載されるとおりの手順を使用して、50lb/3000ft2(81.45g/m2)の実施例4用の勾配媒体も作成した。図13に見られるもののうちの一つなどの混合隔壁設計が用いられる。図19に見られる50lb/3000ft2(81.45g/m2)の勾配媒体についてのβ200試験の結果は、所与の容量に対して効率を制御できることを示している。この例では、10ミクロン粒子のβ200値による媒体試料において勾配の利点を認めることができる。試験結果は、同じβ200効率を維持しながら汚染物質の負荷量を50%も増加させることができる(120g/m2から180g/m2に増加)ことを示している。
表1の実施例5に記載されるファーニッシュを使用して、しかし隔壁については、媒体において異なる勾配程度を達成するため異なる構成を使用して、図20−図23のSEM像(断面)を作成した。混合隔壁における開口がないもの、又は異なるスロット配列及び面積を使用して、繊維タイプの種々のグレード又はブレンドを生じさせた。各SEM像は、実施例5により作成したあるグレードの勾配媒体を示す。媒体の深さ又は厚さに沿った異なる位置における繊維分布の違いを、異なるグレードにおいて明確に見ることができる。
図24及び図25は、上部ヘッドボックスからの大径ガラス繊維が媒体領域を通じた勾配を形成することを示す実験及び結果の説明図である。図24は、作成した媒体の1つの断面のSEMを示し、勾配を計測するために使用した、媒体の厚さ全体にわたる領域1〜10の選択を示す。図25は勾配分析の結果を示す。
上部ヘッドボックスから送り込まれる2つの異なるサイズのガラス繊維、すなわち二成分繊維と青色繊維とを含む以下の表7に示す成分を使用して、水性ファーニッシュ組成を作製する。セルロースファーニッシュ組成を下部ヘッドボックスから送り込む。勾配媒体は、別個のヘッドボックスからの2つのファーニッシュのフローを混合することにより形成される。
前述の実施例の手順及び装置を使用して、カエデセルロース繊維とカバセルロース繊維とを含むセルロース系媒体を作製し、ここでは上部ヘッドボックスファーニッシュが乾燥率100%のカエデパルプを含み、下部ヘッドボックスファーニッシュが乾燥率(dray percentage)100%のカバパルプを含んだ。シートの総重量は80lb/3000ft2(130.32g/m2)であり、2つの所与のパルプは均等に分けられた。
図27及び図28は異なる媒体構造のSEMであり、各々は、媒体をエチレングリコールに浸漬して冷却した後、クライオミクロトーム(cyro−microtome)を使用して媒体厚さにわたり13個の切片に分けたものである。図27及び図28に示される双方の媒体とも、一つの媒体配合のみを使用して調製した。媒体配合及び隔壁構成に関する情報は表9〜表10に示される。
表11に示されるファーニッシュ及び表3の混合隔壁構成を使用して媒体を調製した。2つの異なる坪量:40及び60lb/3000ft2(65.16g/m2)及び(97.74g/m2)を有する媒体を調製した。
図30及び図31は、二成分媒体のフーリエ変換赤外(FTIR)スペクトルである。図30は、ファーニッシュの単一層をワイヤガイド上に載せるために使用される単一のヘッドボックスを有する機器を使用して形成された媒体のスペクトルである。図30の媒体を形成するためのファーニッシュは、二成分繊維と、1ミクロンより細いガラス繊維と、ポリエステル繊維とを含んだ。図31は、図1に示されるものと同様の機器及びスロット付き混合隔壁により形成した勾配媒体のスペクトルである。ここで表14は、図31に示される媒体を形成するための上部及び下部ヘッドボックスのファーニッシュ内容を示す。
X方向に特定の繊維濃度の勾配を有し、またZ方向にも特定の繊維濃度の勾配を有する媒体を調製した。これらのX方向勾配媒体は、表16に示されるファーニッシュ配合を使用して、及び図9−図11の混合隔壁2100及び図12の混合隔壁2400を使用して調製した。
Claims (10)
- z方向勾配を含む領域を含むウェットレイド不織フィルタの媒体であって、前記媒体が
第1の融点を有する第1の熱可塑性部分と、より低い融点を有する第2の熱可塑性部分を含む二成分繊維であって、前記二成分繊維が少なくとも1ミクロンかつ大きくとも40ミクロンの直径を有する、二成分繊維と;
ガラスを含みそして少なくとも0.5ミクロンかつ大きくとも6ミクロンの繊維の直径を有する効率繊維であって、ここで、前記二成分繊維が直径において前記効率繊維よりも大きい、効率繊維と;
少なくとも0.3ミクロンの直径を有し、前記効率繊維より大径のスペーサー繊維と;
厚さを画定する第1の表面と第2の表面と
を含み、
前記領域が、二成分繊維、効率繊維およびスペーサー繊維のブレンドを含み、ここで、前記効率繊維は、前記効率繊維の濃度が前記領域にわたり前記第1の表面から前記第2の表面に至る方向に連続勾配で増加するように、前記領域において濃度が変化し、前記媒体は、30〜85wt%の二成分繊維と、10〜70wt%の効率繊維と、2〜45wt%のスペーサー繊維とを含み、
ここで、前記媒体は、5〜15ミクロンサイズ粒子についてのβ 200 の捕捉効率により特徴付けられる、
フィルタ媒体。 - 前記効率繊維が大きくとも5ミクロンの直径を有する、請求項1に記載のフィルタ媒体。
- 前記領域が前記媒体の前記厚さの一部分に及ぶ、請求項1に記載のフィルタ媒体。
- 前記二成分繊維が、前記フィルタ媒体の少なくとも30wt%且つ多くとも80wt%の量である、請求項1に記載のフィルタ媒体。
- 前記効率繊維が、前記フィルタ媒体の最小30wt%且つ多くとも70wt%の量である、請求項1に記載のフィルタ媒体。
- 前記第1の表面と前記第2の表面とが0.5〜20mmの範囲の前記媒体の前記厚さを画定し、前記領域の前記一部分が0.1mmより大きい、請求項1に記載のフィルタ媒体。
- 前記媒体が、膜、セルロース系媒体、合成媒体、スクリム又はエキスパンドメタル支持体を含む基層と組み合わされる、請求項1に記載のフィルタ媒体。
- 前記効率繊維の濃度が前記第1の表面から前記第2の表面にかけて非線形的に増加する、請求項1に記載のフィルタ媒体。
- 前記媒体が、透過率、細孔径、繊維径、繊維長、効率、固体度、湿潤性、耐化学性、及び耐温度性からなる群の少なくとも1つの勾配を有する、請求項1に記載のフィルタ媒体。
- 前記フィルタ媒体が空気、水性流体、又は潤滑剤若しくは油圧油をろ過するように適合された、請求項1に記載のフィルタ媒体であって、少なくとも約30wt%且つ多くとも約70wt%の二成分繊維と、少なくとも約30wt%且つ多くとも約70wt%の効率繊維とがあり、効率繊維の前記濃度が、前記第1の表面から前記第2の表面にかけて増加する連続勾配で形成される、フィルタ媒体。
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