KR100245912B1

KR100245912B1 - 형상불변적인 침투성 다공질의 플라스틱성형체를 갖는 필터요소

Info

Publication number: KR100245912B1
Application number: KR1019940703510A
Authority: KR
Inventors: 헤르딩 발터; 베트케 위르겐; 라벤스타인 클라우스
Original assignee: 헤르딩 발터; 헤르딩 게엠베하 엔트스타우붕스안라겐
Priority date: 1992-04-06
Filing date: 1993-04-01
Publication date: 2000-07-01
Also published as: DE59300571D1; HUT72510A; PL171818B1; EP0634952A1; JPH08503408A; NO943704L; RU94045995A; NO943704D0; AU3950593A; CA2133760C; CZ238194A3; RU2145253C1; KR950700780A; JP3266615B2; ES2077483T3; AU2558897A; TR27802A; US5547481A; CN1058418C; WO1993019832A1

Abstract

본 필터요소는 침투성 다공질의 거의 형상불변적인 플라스틱성형체(22)를 갖는다. 성형체는 주로 폴리에틸렌입자(26)로 구성되어 있다. 입자들은 적어도 일부가, 입자중 적어도 99중량%의 사이즈가 63 내지 250㎛의 범위내, 또는 입자중 적어도 60중량%의 사이즈가 63 내지 250㎛의 범위내, 또는 입자중 적어도 60중량%의 사이즈가 125 내지 250㎛의 범위내, 혹은 폴리에틸렌입자만이 존재할 경우, 입자중 적어도 70중량%의 사이즈가 63 내지 315㎛의 범위내에 있도록 입자사이즈분포를 갖는 초고분자 폴리에틸렌입자(24)를 갖는다. 필터요소의 표면공극(36)은 미립자재료(32)로 충전되어 있다.

Description

형상불변적인 침투성 다공질의 플라스틱성형체를 갖는 필터요소

본 발명은, 제1실시형태에 따르면, 필터요소, 특히 공기로부터 고형입자를 분리하기 위한 필터요소에 관한 것으로서, 더 구체적으로는,

(a) 상기 필터요소(6)는 침투성 다공질의 거의 형상불변적인 성형체(22)를 구비하며;

(b) 상기 성형체(22)는 폴리에틸렌을 주성분으로 하며;

(c) 상기 성형체(22)의 구조는 평균 분자량이 10⁶이상인 초고분자 미세입자 폴리에틸렌(24)과 평균 분자량이 10⁶이하이고 출발상태에서 미세입자인 추가의 폴리에틸렌성분(26, 30)으로 이루어지며;

(d) 상기 초고분자 폴리에틸렌(24)의 입자와 상기 추가의 폴리에틸렌성분 (26, 30)이 입자는 가열작용에 의해 상기 성형체(22)로 일체화되며;

(e) 상기 성형체(22)는 여과될 매체의 유입면(34)에 미세입자재료로 이루어진 미세공극 적층부(32)를 가지고, 상기 미세입자재료는 상기 성형체(22)보다 더 작은 평균입자사이즈를 가지고 상기 유입면(34)의 표면공극(36)을 그 깊이의 상당한 부분까지 충전시키는 필터요소에 있어서,

(f) 상기 초고분자 폴리에틸렌(24)은 출발상태에서 입자들중 95중량% 이상이 63 내지 250㎛의 범위내에 있게 되는 입자사이즈분포를 갖는 것을 특징으로 하는 필터요소에 관한 것이다.

EP-B-0 177 521로부터 공지된 필터요소는, 그의 거의 형상불변적인 침투성 다공질 플라스틱성형체가 고분자량의 미세입자 폴리에틸렌과 저분자량의 출발상태에서의 미세입자 폴리에틸렌으로 이루어져 있고, 이들 폴리에틸렌성분들은 가열작용에 의해 성형체로 일체화되며, 미세입자 폴리테트라플루오르에틸렌으로 된 표면공극 적층부가 마련되어 있다. 이 필터요소는 실제 제조시 고분자량 폴리에틸렌이 10⁶이상의 분자량을 가진다. 필터요소는 표면공극 적층부 때문에 표면여과의 원리에 따라 여과할 수 있다. 여과할 매체의 미세입자도 필터요소의 유입면에서 이미 포착되어 이에 의해 매우 용이하게, 예를 들어 역류원리에 의해 정제될 수 있다.

종래에는, 필터요소를 제조할 때 초고분자 폴리에틸렌-출발재료로 처리하였으며, 이때 입자들중 10% 미만이 250㎛ 이상이거나 63㎛ 이하이다. 이러한 필터요소는 실제에서 양호하게 사용되고 있다. 그러나 본 발명은 이러한 공지 필터요소를 더욱 개선하였다.

본 발명의 목적은, 주로 폴리에틸렌으로 이루어져 있고, 그 유입면이 미세공극으로 적층되어 있는 거의 형상불변적인 성형체를 갖는 침투성 다공질의 필터요소에 있어서, 그 통류저항을 감소시키고 적층부의 형성이 완전하게 되도록 개선하는 데 있다.

이 과제의 첫번째 해결책은, 본 발명에 따르면, 서두의 문단중 마지막부분에서 이미 언급한 바와 같이, 초고분자 폴리에틸렌이 출발상태에서 입자들중 95중량% 이상이 63 내지 250㎛의 범위내에 있는 입자사이즈분포를 갖는다는 데에 있다.

이와 같이 적층될 성형체의 초고분자 폴리에틸렌에 대한 본 발명에 따른 신규하고도 우수한 입자 사이즈범위의 특정에 의하여 미적층 성형체는 매우 균일한 공극분포를 갖게 되고, 특히 통류저항을 증대시키는 미소한 공극이 거의 완전히 없어지게 된다. 미적층 성형체의 표면도 매우 균일한 공극사이즈분포를 갖는다. 이에 의하여 적층부에서도 동일한 적층부재료에 관하여 더 미소한 평균공극사이즈를 갖는 매우 균일한 공극사이즈분포가 달성된다. 그리하여 필터요소의 전체 유입면에서 훨씬 균일한 필터부하가 걸리고 훨씬 완전한 표면여과가 이루어지게 된다.

본 발명의 제2실시형태에 따르면, 서두에 제시된 특징사항 (a) 내지 (e)를 포함하는 필터요소, 특히 공기로부터 고형입자를 제거하는 필터요소에 관한 것으로서, 상기 초고분자 폴리에틸렌(24)가 출발상태에서 입자들중 60중량% 이상이 125 내지 250㎛의 범위내에 있게 되는 입자사이즈분포를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 과제를 해결하기 위한 이 두번째 해결책에 의하면, 전술한 제1해결책과 관련하여 언급한 효과와 동일한 효과가 달성된다. 종래에는 입자사이즈범위 63 내지 250㎛의 초고분자 폴리에틸렌으로 된 입자들중 그 절반이상이 63 내지 125㎛의 입자사이즈범위에 있고 125 내지 250㎛의 입자사이즈범위에 있는 입자의 중량비가 50% 미만이었지만, 본 발명의 두번째 해결책에 의하여, 성형체의 통류저항의 감소와 전술한 것과 동등한 균일화효과가 달성된다는 것이 확인되었다.

본 발명의 세번째 실시형태에 따르면,

(a) 상기 필터요소는 침투성 다공질의 거의 형상불변적인 성형체를 구비하며;

(b) 상기 성형체는 폴리에틸렌을 주성분으로 하며;

(c) 상기 성형체의 구조는 평균 분자량이 10⁶이상인 초고분자 미세입자 폴리에틸렌으로 이루어지며;

(d) 상기 성형체는 여과될 매체의 유입면에 미세입자재료로 이루어진 미세공극 적층부를 가지고, 상기 미세입자재료는 상기 성형체보다 더 작은 평균입자사이즈를 가지고 상기 유입면의 표면공극을 그 깊이의 상당한 부분까지 충전시키는 필터요소, 특히 공기로부터 고형입자를 분리하기 위한 필터요소에 있어서,

(e) 상기 초고분자 폴리에틸렌은 출발상태에서 입자들중 70중량% 이상이 63 내지 315㎛의 범위내에 있게 되는 입자사이즈분포를 가지며,

(f) 상기 초고분자 폴리에틸렌의 입자들은 가열작용에 의해 직접 일체화되어 성형체를 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세번째 실시형태에 따른 필터요소에서는, 평균분자량이 10⁶이하인 추가의 폴리에틸렌성분을 갖지 않으며; 초고분자 폴리에틸렌의 입자들은 가열작용에 의해 직접 일체화되어 성형체를 형성한다. 이 세번째 해결책에 의하면, 전술한 본 발명의 제1해결책과 관련하여 언급한 효과와 동일한 효과가 달성되고, 이때 63㎛ 이하의 사이즈를 갖는 입자 및 250㎛ 이상의 사이즈를 갖는 입자를 크게 제거한 점(본 발명의 제1해결책 참조)이나 125 내지 250㎛의 입자사이즈범위에서의 비교적 심한 농도(본 발명의 제2해결책 참조)에 크게 영향을 받지 않으며, 하지만 그들 조치는 그 자체로서 혹은 공동으로 본 발명의 제3해결책에서도 바람직한 개선예가 될 수도 있다.

다른 실시예에서는, 본 발명의 제3해결책에서, 평균분자량이 10⁶이하인 추가의 폴리에틸렌성분으로 처리할 수도 있으며, 물론 이것은 종래 존재하였던 것보다는 훨씬 작은 분량이다. 이 추가의 폴리에틸렌 성분의 중량비가 초고분자 폴리에틸렌과 추가의 폴리에틸렌성분의 합에 대해 15% 이하, 바람직하게는 10% 이하가 적합하다.

여과될 매체가 필터요소벽을 통과할 때의 통류저항이 감소됨으로써, 여과될 매체를 필터요소에 통과추진시키기 위한, 예를들어 송풍기나 펌프의 추진용량을 작게 할 수 있다. 혹은 달리 말하면, 주어진 필터면과 주어진 추진용량을 갖는 주어진 필터장치에서 그 필터장치를 통과하는 여과될 매체의 양을 증대시킬 수 있다.

성형체는 전술한 폴리에틸렌성분만으로 구성될 수 있다. 하지만, 성형체는 가열작용에 의한 성분들의 지속적 일체화가 거의 영향을 받지 아니하는 한 추가의 성분을 구비할 수도 있다. 이것은 일반적으로 비교적 작은 백분율의 양으로 첨가되는 첨가물을 말한다. 예를 들면 대전방지첨가제인 그을음을 들 수 있다.

본 발명에 따른 필터요소는 여과될 유체상 혹은 기상의 매체로부터 입자를 분리하는 데 적합하다. 특히 바람직한 적용분야로서는, 공기로부터 고형입자를 분리하는 것과 물이나 오일등과 같은 액상물로부터 고형입자를 분리하는 것이다.

여기서 언급하여 두고 싶은 것은, 전술한 적층부는 성형체의 전체 유입면을 덮을 수도 있고, 또 성형체의 유입면에 존재하는 표면공극에 부분적으로, 혹은 전체적으로 충전되는 데 한정되어서는 안된다는 것이다. 그러나 기능적으로 가장 중요한 것은, 표면공극이 그 깊이의 상당한 부분까지 충전되는 것으로서, 이것은 표면에서 시작되는 깊이부분을 의미하지만 표면으로부터 후퇴한 깊이부분일 수도 있다.

본 발명의 제3해결책에서, 63 내지 315㎛의 범위내에 있는 입자 분량은, 80중량% 이상, 바람직하게는 90중량% 이상, 가장 바람직하게는 95중량% 이상이다.

제1 및 제3해결책의 바람직한 실시예에서는, 제2해결책에서와 마찬가지로 입자들중 60중량% 이상이 125 내지 250㎛의 범위내에 있다.

세가지 해결책 모두에 있어서, 입자들중 70중량% 이상이 125 내지 250㎛의 범위내에 있는 것이 바람직하다.

제2 및 제3해결책의 경우, 입자들중 80중량% 이상, 바람직하게는 90중량% 이상, 가장 바람직하게는 95중량% 이상이 63 내지 250㎛의 범위내에 있는 것이 바람직하다.

세가지 해결책 모두에 있어서, 입자들중 97중량% 이상이 63 내지 250㎛의 범위내에 있는 것이 바람직하다.

제1 및 제2해결책의 경우, 초고분자 폴리에틸렌과 추가의 폴리에틸렌성분의 합에 대한 추가의 폴리에틸렌성분의 중량비가 3 내지 70%, 바람직하게는 5 내지 60%, 가장 바람직하게는 20 내지 60%에 달한다.

추가의 폴리에틸렌성분이 존재할 경우, 그 성분은 10³내지 10⁶범위의 평균분자량을 갖는 것이 바람직하다. 실시예 1에 따르면, 추가의 폴리에틸렌성분의 평균분자량은 바람직하기로는 10⁴내지 10⁶의 범위내, 더욱 바람직하기로는 10⁵내지 10⁶의 범위내, 가장 바람직하기로는 2×10⁵내지 10⁶의 범위내이며, 후자의 것을 일반적으로 고분자량 폴리에틸렌이라 부르지만, 이하에서는 간략화하기 위하여 5×10⁴이상의 평균분자량을 갖는 폴리에틸렌성분을 고분자량으로 부르기로 한다. 실시예 2에 따르면, 추가의 폴리에틸렌성분이 평균분자량은 바람직하기로는 5×10⁴이하의 범위내, 더욱 바람직하기로는 10³내지 5×10⁴의 범위내, 가장 바람직하기로는 5×10³내지 5×10⁴의 범위내이다. 이들 범위는 모두 저분자량 폴리에틸렌의 범위에 속한다. 여기서 언급한 분자량범위내의 저분자량 폴리에틸렌은 폴리에틸렌왁스라고 불리는 경우가 많다. 본 절에서 실시예 1 및 실시예 2에서 설명한 두가지 재료의 혼합물로 처리하여, 추가의 폴리에틸렌성분이 고평균분자량을 갖는 제1하위성분과 저평균분자량을 갖는 제2하위성분으로 조합되도록 할 수도 있다. 이때 전체 추가의 폴리에틸렌성분에 대한 제2하위성분의 중량비는 바람직하게는 2 내지 50%, 더욱 바람직하게는 5 내지 20%이다.

고분자량 폴리에틸렌성분의 입자사이즈분포에 있어서는, 출발상태에서 입자들중 95중량% 이상이 1000㎛의 입자사이즈이하이고, 최대 15중량%의 입자가 63㎛의 입자사이즈이하로 되는 입자사이즈분포인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 입자사이즈분포가 입자들중 99중량% 이상이 1000㎛의 입자사이즈 이하이고 최대 5중량%의 입자가 63㎛의 입자사이즈이하인 경우이다.

저분자량 폴리에틸렌성분의 입자사이즈분포에 있어서는, 출발상태에서 입자들중 95중량% 이상이 500㎛의 입자사이즈이하이고, 최대 15중량%의 입자가 63㎛의 입자사이즈이하로 되는 입자사이즈분포인 것이 바람직하다. 혹은, 출발상태에서 95중량% 이상의 입자가 63㎛의 입자사이즈이하인 소위 마이크로왁스가 바람직하다.

본 출원에서 “출발상태에서”라고 하는 것은, 일체화시켜 침투성 다공질 성형체를 만들기 위한 가열작용을 가하기 전의 폴리에틸렌성분의 상태를 의미한다.

추가의 폴리에틸렌성분이 평균분자량이 5×10⁴이하인 하위성분을 포함할 경우, 성형체의 표면에 대한 적층부재료의 입자들의 접착력이 매우 큰 것으로 확인되었다. 적층부를 형성하기 전에 필터요소의 유입면을 주사전자식 현미경촬영을 하면, 저분자량 폴리에틸렌성분이 표면 공극의 벽들에서 만곡된 손잡이형상을 한 돌기들을 형성하고, 이 돌기들이 적층부재료의 입자들을 매우 확고하게 걸리게 한다는 데에 그 효과의 원인이 있다는 것을 알 수 있다.

초고분자 폴리에틸렌(24)는 출발상태에서, 미적층 성형체(22)에 대해 적어도 20 내지 75%의 범위내에서 거의 직선적인 경로를 갖는 “공극직경에 대한 누적공극백분율” 그래프를 나타내는 것이 바람직하다. 이에 대해서는 상세한 설명의 실시예부분에 더욱 상세히 기술되어 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 초고분자 폴리에틸렌으로 이루어진 입자들은 거의 구형의 입자형상상에 혹모양의 융기부를 갖는 형상이다. 이에 의해 적층부재료의 입자들이 성형체에 혹은 그 표면공극내에 매우 양호하게 부착되게 된다는 것이 입증되었다. 또한 성형체의 통류저항도 현저히 감소되었음이 관측되었다.

초고분자 폴리에틸렌의 평균분자량에 있어서는 6×10⁶의 상한이 바람직하고, 2×10⁶내지 6×10⁶의 범위가 더욱 바람직하다.

초고분자 폴리에틸렌으로 된 입자들은 쇄설중량이 바람직하게는 300 내지 550g/ℓ, 더욱 바람직하게는 350 내지 500g/ℓ이다. 고분자량 폴리에틸렌의 쇄설중량은 출발상태에서 200 내지 350g/ℓ이 바람직하다. 저분자량 폴리에틸렌성분의 용융온도는 100℃ 내지 150℃가 바람직하다.

표면공극 적층부용의 미세입자재료로서는 폴리테트라플루오르에틸렌이 바람직하다. 이 미세입자 적층부재료는 100㎛ 이하, 바람직하게는 50㎛ 이하의 평균 입자사이즈를 갖는 것이 바람직하다.

본 발명은 또한 전술한 필터요소 혹은 성형체의 제조방법에도 관련하며,

-초고분자 폴리에틸렌(24)으로 이루어진 입자를 경우에 따라서는 상기 추가의 폴리에틸렌성분(26, 30)과 혼합하여 성형틀내에 충전시키는 단계와;

-상기 성형틀의 내용물을 170℃ 내지 250℃의 온도로 상기 성형체로 일체화되기에 충분한 시간동안 가열하는 단계와;

-상기 성형틀내의 상기 성형체를 냉각하는 단계와;

-상기 성형체를 상기 성형틀로부터 제거하는 단계와;

-상기 성형틀로부터 제거된 상기 성형체의 유입면에 적층부를 시행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

적층부는 서스펜션의 형태로 도포되며, 도포된 다음, 상기 서스펜션이 건조되는 것이 바람직하고, 상기 건조는 열기의 송풍에 의하는 것이 바람직하다. 특히 서스펜션은 스프레이 및 브러싱방법에 의해 도포되는 것이 좋다.

성형틀내용물은 진동에 의해 성형틀내로 요동장입되는 것이 바람직하다. 성형틀내용물의 가열시에는 저분자량 폴리에틸렌성분이 존재할 경우 그 저분자량 폴리에틸렌성분이 먼저 용융된다. 성형틀내용물의 온도를 점차 높이면 고분자량 폴리에틸렌성분도 용융되고, 초고분자 폴리에틸렌입자는 그 표면에서 일정의 형상불변적 연화가 일어날 수 있게 된다. 고분자량 폴리에틸렌성분은 초고분자 폴리에틸렌입자들간이 결합구조물을 형성하고, 저분자량 폴리에틸렌성분은 그것이 존재할 경우, 고분자량 결합구조물 및 초고분자 폴리에틸렌입자에 퇴적된다. 추가의 폴리에틸렌성분이 존재하지 않을 경우에는, 초고분자 폴리에틸렌입자는 성형틀내용물의 가열시 그 표면에서의 일정의 형상불변적 연화에 의해 결합되게 된다.

전술한 폴리에틸렌성분은-본 발명의 제1해결책에 따른 입자사이즈분포와 제2해결책에 따른 입자사이즈분포는 제쳐놓고-훽스트 아게사 및 바스프 아게사로부터 구입할 수 있다.

특허청구의 범위 제4항 내지 제18항에 개시된 특징중 하나 혹은 다수개를 포함하는 필터요소는 청구항 제1항 내지 제3항의 특징을 가지지 아니하더라도 기술적으로 중요한 의미가 있고 발명적인 것임은 명백하다. 이것은 특히 청구항 제11항 내지 제14항에 개시된 특징들에 대해 적용된다.

이하에서 실시예에 기초하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

제1도는 필터장치의 단면도.

제2도는 제1도의 필터장치중 개별 필터요소를 제1도의 화살표 II방향에서 본 측면도.

제3도는 필터요소의 수평단면도(다만 벽프로파일의 수가 제2도에서보다 축소되었음).

제4도는 제2도 및 제3도 필터요소의 외표면의 확대단면도.

제5도는 다른 예의 필터요소의 외표면의 확대단면도.

제6도는 초고분자 폴리에틸렌입자의 독특한 입자형상도.

제7도 및 제9도 내지 제11도는 몇가지 미적층 성형체의 “공극 직경에 대한 누적공극백분율” 그래프.

제8도 및 제12도는 적층된 성형체 혹은 적층부에 대한 제7도 및 제9도 내지 제11도에 대응하는 그래프이다.

제1도에 도시된 필터장치(2)는, 간단히 “필터”라고도 불리우며, 하우징(4)을 가지고 있고, 그 하우징내에 본 실시예의 경우에 네개로 이루어진 필터요소(6)가 간격을 두고 상호 평행하게 배치되어 있다. 필터요소(6)는, 대체로 말하자면, 세로로 세워진 좁은 폭의 사다리꼴형상이지만 길이측에서는 벨로즈방식의 지그재그형상으로 연장된 벽을 갖는다(제3도 참조). 이러한 필터요소(6)를 라멜라-필터요소라 부르기도 한다. 필터주머니형상의 필터요소(6)는 중공체로서 그 상하면이 개방되어 있으며, 그 전둘레가 거의 일정한 벽두께를 갖는다. 물론 필터요소는 다른 형상, 예를 들어 관형상을 가질 수도 있다.

각 필터요소(6)는 외부가 적층된 성형체(22)로 이루어져 있고, 그 재료조성에 대해서는 이하에 상세히 기술되어 있다. 각 성형체(22)는, 그 상부측의 헤드영역에서 둘레방향으로 돌출한 연부영역(10)을 가지고, 거기에 고정 및 보강판(6)이 마련되어 있으며, 이에 의해 필터장치의 하우징(4)에 용이하게 고정될 수 있다. 네개의 필터요소(6)는 하우징(4)내에 가로로 배치된 강성의 천공판(12)에 하방으로부터 고정되어 있으며, 필터요소의 내부공간(14)은 각각 다수의 개구부를 통해 천공판(12)의 상부공간과 연통되어 있다. 각 필터요소(6)의 하부측 기부영역에는, 기부몰딩(15)이 성형체(22)에 고정되어 성형체(22)를 하방으로 차폐하고 양단부가 돌출한다. 기부몰딩(15)은 그 각 양단부로 하우징(4)의 돌출부(17)에 얹혀 있다. 도시된 성형체(22)는 기부몰딩(15)의 길이 방향에서 상호 연속되는 세개의 중공실로 분할되어 있다.

여과될 매체는 유입구(16)를 통해 하우징(4)의 내부로 유입된 다음, 필터요소(6)에 외부로부터 내측으로 흘러들어가서, 그곳으로부터 천공판(12)의 상부에 있는 공간(19)내로 들어가, 유출구(18)를 통해 필터장치(2)를 떠난다. 하우징(4)은 필터요소(6)의 하부에서 깔때기형상으로 형성되어 있으므로, 정제에 의해 여과될 매체로부터 분리되어 필터요소(6)에서 하방으로 떨어진 입자들을 인출구(20)를 통해 수시로 제거할 수 있다.

각 필터요소(6)의 성형체(22)는 예를 들어 초고분자 폴리에틸렌입자와 다른 한가지의 폴리에틸렌성분으로 구성되어 있다. 이 성분은 제조성형틀에 장입할 때 미세입자상이지만, 만들어진 성형체(22)에서는 초고분자 폴리에틸렌만이 입자상으로 존재한다. 전술한 성분은 이후에 상술하는 제조방법에 따라 가열작용에 의해 거의 형상불변적인 침투성 다공질 성형체로 일체화된다.

제4도는 미세공극의 표면공극 적층부(32)를 포함하는 완성된 성형체(22)의 구조를 개략적으로 도시한 것이다. 고분자량 폴리에틸렌성분(26)은 제조시의 가열작용에 의해 초고분자 폴리에틸렌으로 이루어진 입자들간의 결합구조물을 형성한다. 저분자량 성분은 고분자량 및 초고분자 폴리에틸렌재료에 부가적으로 부착된다. 초고분자 폴리에틸렌입자(24)는 제조과정에서 그 형상이 거의 변하지 않는다. 전체적으로 성형체(22)의 구조는 고다공질이다. 고분자량 및 저분자량 폴리에틸렌 성분없이 가공할 경우, 성형체구조는 제5도에서와 같이 만들어진다. 초고분자 입자(24)들은 그 접촉부위에서 서로 덩어리져 있다.

적층부(32)는 미세한 폴리테트라플루오르에틸렌입자로 이루어져 있다. 이 적층부(32)는 성형체(22)의 외표면(34)(여과될 매체의 유입면)에 존재하는 공극(36)을 그 깊이의 적어도 일부에까지 충전한다.

제6도에는 바람직한 초고분자 폴리에틸렌성분(24)의 입자형상이 도시되어 있다. 이 입자형상은 대체적으로 말하자면 혹형상 혹은 돌기 형상의 융기부(38)를 갖는 구형상에 가깝다고 설명할 수 있다. 이러한 입자형상을 갖는 초고분자 폴리에틸렌을 사용하는 바람직한 효과에 대해서는 이후에 설명한다.

이하에서는, 재료구조와 초고분자 폴리에틸렌입자의 입자사이즈분포에 관련한 본 발명에 따른 성형체의 세가지 실시예를 상세히 설명하고, 종래기술에 따른 비교예와 대비한다.

[실시예 1]

평균 분자량이 2×10⁶인 초고분자 폴리에틸렌 60중량%와 평균 분자량이 약 3×10⁵인 미세입자 고분자량 폴리에틸렌 40중량%로 전술한 방법에 따라 성형체를 제조하였다. 출발상태에서 초고분자 성분의 입자사이즈분포는 다음과 같다 :

63㎛ 이하 : 1%

63 내지 125㎛ : 58%

125 내지 250㎛ : 40%

250㎛ 이상 : 0%

이 성형체에서는, “공극직경에 대한 누적공극백분율” 그래프가 제7도와 같이 평가되었다. 공극직경 d₅₀즉 공극의 50%가 d₅₀보다 크고 공극의 50%가 d₅₀보다 작은 성형체의 공극직경은 약 20㎛이다. 제7도의 그래프는 약 10 내지 83%의 영역에서 거의 직선적이다. 40㎛ 이상의 크기를 갖는 공극은 실제적으로 존재하지 않는다.

미세 폴리테트라플루오르에틸렌입자로 이루어진 적층부를 형성한후, 측정한 제7도의 그래프와 유사한 공극분배의 그래프는 제8도와 같다. 여기서 d₅₀은 약 8.5㎛이다. 공극의 약 36%만이 d₅₀보다 크고 공극의 약 10%만이 d₅₀보다 작다. 30㎛ 이상의 크기를 갖는 공극은 실제적으로 존재하지 않는다.

제1도에 따른 필터장치에서 200작동시간을 거친 후, 본 필터요소에서는 225mmWS의 압력손실이 측정되었다.

실시예 1은 특허청구의 범위 제1항의 특정범위내에 있다.

[실시예 2]

평균 분자량 약 4×10⁶인 초고분자 폴리에틸렌 약 54중량%와 평균분자량이 약 3×10⁵인 미세입자 고분자량 폴리에틸렌 약 35중량% 및 평균 분자량이 약 2×10⁴인 미세입자 저분자량 폴리에틸렌 약 11중량%로 전술한 방법에 따라 성형체를 제조하였다. 출발상태에서 초고분자 성분의 입자사이즈분포는 다음과 같다 :

63㎛ 이하 : 1.5%

63 내지 125㎛ : 23%

125 내지 250㎛ : 73%

250 내지 315㎛ : 3%

250㎛ 이상 : 0%

이 성형체에서는, “공극직경에 대한 누적공극백분율” 그래프가 제9도와 같이 평가되었다. 공극직경 d₅₀은 약 23㎛이다. 제9도의 그래프는 약 8 내지 75%의 영역에서 거의 직선적이다. 45㎛ 이상의 크기를 갖는 공극은 실제적으로 존재하지 않는다.

제1도에 따른 필터장치에서 200작동시간을 거친 후, 미세 폴리테트라플루오르에틸렌입자로 적층된 본 필터요소에서는 240mmWS의 압력손실이 측정되었다.

실시예 2는 특허청구의 범위 제2항의 특정범위내에 속하는 동시에 제1항의 특정범위내에도 속한다.

[실시예 3]

평균 분자량이 약 4×10⁶인 초고분자 폴리에틸렌 100중량%로 전술한 방법에 따라 성형체를 제조하였다. 출발재료의 입자사이즈분포는 다음과 같다:

63㎛ 이하 : 1.5%

63 내지 125㎛ : 23%

125 내지 250㎛ : 73%

250 내지 315㎛ : 3%

250㎛ 이상 : 0%

이 성형체에서는, “공극직경에 대한 누적공극백분율” 그래프가 제10도와 같이 평가되었다. 공극직경 d₅₀은 약 17.5㎛이다. 제10도의 그래프는 약 4 내지 81%의 영역에서 거의 직선적이다. 35㎛ 이상의 크기를 갖는 공극은 실제적으로 존재하지 않는다.

제1도에 따른 필터장치에서 200작동시간을 거친 후 미세 폴리테트라플루오르에틸렌입자로 적층된 본 필터요소에서는 205mmWS의 압력손실이 측정되었다.

실시예 3은 특허청구의 범위 제3항의 특정범위내에 속하는 동시에 제1항 및 제2항의 특정범위내에도 속한다.

[비교예]

평균 분자량이 약 2×10⁶이 초고분자 폴리에틸렌 약 60중량%와 평균 분자량이 약 3×10⁵인 미세입자 고분자량 폴리에틸렌 약 40중량%로 전술한 방법에 따라 성형체를 제조하였다. 출발상태에서 초고분자 성분의 입자사이즈분포는 다음과 같다 :

63㎛ 이하 : 4%

63 내지 125㎛ : 48%

125 내지 250㎛ : 45%

250㎛ 이상 : 3%

이 성형체에서는, “공극직경에 대한 누적공극백분율” 그래프가 제11도와 같이 평가되었다. 공극직경 d₅₀은 약 24㎛이다. 55㎛ 이상의 크기를 갖는 공극은 실제적으로 존재하지 않는다.

미세 폴리테트라플루오르에틸렌입자로 이루어진 적층부를 형성한후, 측정한 제11도의 그래프와 유사한 공극분배의 그래프는 제12도와 같다. 여기서 d₅₀은 약 14.5㎛이다. 공극의 약 40%만이 d₅₀보다 크고 공극의 약 15%만이 d₅₀보다 작다.

제1도에 따른 필터장치에서 200작동시간을 거친 후, 본 필터요소에서는 270mmWS의 압력손실이 측정되었다.

이 비교예에 따른 성형체는 특허청구의 범위 제1항, 제2항 및 제3항의 특정범위내에 속하지 아니한다.

이상 실시예 모두에서 동일한 출발재료로 된 적층부가 형성되었고, 동일한 함량의 고형입자를 갖는 공기가 가해진 동일한 필터장치에서 압력손실측정이 행하여졌다.

폴리테트라플루오르에틸렌입자로 적층부를 형성할 경우, 적층부는 접착제를 부가적으로 함유하고 있는 서스펜션의 형태로 도포되는 것이 대체로 바람직하다. 특히 분산접착제로 알려져 있는 접착제가 적합하고, 비닐아세테이트, 에틸렌 및 비닐클로라이드의 코폴리머화분산액인 MOWILITH(훽스트 아게의 등록상표)와 같은 폴리비닐아세테이트계 접착제분산액이 더욱 바람직하다. 적층부의 형성을 위해 필터요소의 유입면에 도포되는 서스펜션은 일반적으로 다음 조성을 갖는다 :

폴리테트라플루오르에틸렌입자 20중량%

MOWILITH 6중량%

물 74중량%

Claims

필터요소(6), 특히 공기로부터 고형입자를 분리하기 위한 필터요소(6)로서, (a) 상기 필터요소(6)는 침투성 다공질의 거의 형상불변적인 성형체(22)를 구비하며; (b) 상기 성형체(22)는 폴리에틸렌을 주성분으로 하며; (c) 상기 성형체(22)의 구조는 평균 분자량이 10⁶이상인 초고분자 미세입자 폴리에틸렌(24)과 평균 분자량이 10⁶이하이고 출발상태에서 미세입자인 추가의 폴리에틸렌성분(26, 30)으로 이루어지며; (d) 상기 초고분자 폴리에틸렌(24)의 입자와 상기 추가의 폴리에틸렌성분(26, 30)의 입자는 가열작용에 의해 상기 성형체(22)로 일체화되며; (e) 상기 성형체(22)는 여과될 매체의 유입면(34)에 미세입자재료로 이루어진 미세공극 적층부(32)를 가지고, 상기 미세입자재료는 상기 성형체(22)보다 더 작은 평균입자사이즈를 가지고 상기 유입면(34)의 표면공극(36)을 그 깊이의 상당한 부분까지 충전시키는 필터요소에 있어서, (f) 상기 초고분자 폴리에틸렌(24)은 출발상태에서 입자들중 95중량% 이상이 63 내지 250㎛의 범위내에 있게 되는 입자사이즈분포를 갖는 것을 특징으로 하는 필터요소.
필터요소(6), 특히 공기로부터 고형입자를 분리하기 위한 필터요소(6)로서, (a) 상기 필터요소(6)는 침투성 다공질의 거의 형상불변적인 성형체(22)를 구비하며; (b) 상기 성형체(22)는 폴리에틸렌을 주성분으로 하며; (c) 상기 성형체(22)의 구조는 평균 분자량이 10⁶이상인 초고분자 미세입자 폴리에틸렌(24)과 평균 분자량이 10⁶이하이고 출발상태에서 미세입자인 추가의 폴리에틸렌성분(26, 30)으로 이루어지며; (d) 상기 초고분자 폴리에틸렌(24)의 입자와 상기 추가의 폴리에틸렌성분(26, 30)이 입자는 가열작용에 의해 상기 성형체(22)로 일체화되며; (e) 상기 성형체(22)는 여과될 매체의 유입면(34)에 미세입자재료로 이루어진 미세공극 적층부(32)를 가지고, 상기 미세입자재료는 상기 성형체(22)보다 더 작은 평균입자사이즈를 가지고 상기 유입면(34)의 표면공극(36)을 그 깊이의 상당한 부분까지 충전시키는 필터요소(6)에 있어서, (f) 상기 초고분자 폴리에틸렌(24)은 출발상태에서 입자들중 60중량% 이상이 125 내지 250㎛의 범위내에 있게 되는 입자사이즈분포를 갖는 것을 특징으로 하는 필터요소.
필터요소(6), 특히 공기로부터 고형입자를 분리하기 위한 필터요소(6)로서, (a) 상기 필터요소(6)는 침투성 다공질의 거의 형상불변적인 성형체(22)를 구비하며; (b) 상기 성형체(22)는 폴리에틸렌을 주성분으로 하며; (c) 상기 성형체(22)의 구조는 평균 분자량이 10⁶이상인 초고분자 미세입자 폴리에틸렌으로 이루어지며; (d) 상기 성형체(22)는 여과될 매체의 유입면(34)에 미세입자재료로 이루어진 미세공극 적층부(32)를 가지고, 상기 미세입자재료는 상기 성형체(22)보다 더 작은 평균입자사이즈를 가지고, 상기 유입면(34)의 표면공극(36)을 그 깊이의 상당한 부분까지 충전시키는 필터요소(6)에 있어서, (e) 상기 초고분자 폴리에틸렌(24)은 출발상태에서 입자들중 70중량% 이상이 63 내지 315㎛의 범위내에 있게 되는 입자사이즈분포를 가지며, (f) 상기 초고분자 폴리에틸렌(24)의 입자들은 가열작용에 의해 직접 일체화되어 성형체(22)를 형성하는 것을 특징으로 하는 필터요소.
제3항에 있어서, 상기 입자들중 80중량% 이상, 바람직하게는 90중량% 이상, 가장 바람직하게는 95중량% 이상이 63 내지 315㎛의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 필터요소.
제1항, 제3항 및 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 입자들중 60중량% 이상이 125 내지 250㎛의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 필터요소.
제1항 내지 제4항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 입자들중 70중량% 이상이 125 내지 250㎛의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 필터요소.
제2항 내지 제4항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 입자들중 80중량% 이상, 바람직하게는 90중량% 이상, 가장 바람직하게는 95중량% 이상이 63 내지 250㎛의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 필터요소.
제1항 내지 제4항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 입자들중 97중량% 이상이 63 내지 250㎛의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 필터요소.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 초고분자 폴리에틸렌(24)과 상기 추가의 폴리에틸렌성분(26, 30)의 합에 대한 상기 추가의 폴리에틸렌성분(26, 30)의 중량부는 3 내지 70%, 바람직하게는 5 내지 60%, 가장 바람직하게는 20 내지 60%인 것을 특징으로 하는 필터요소.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 추가의 폴리에틸렌성분(26, 30)은 평균분자량이 10³내지 10⁶범위인 것을 특징으로 하는 필터요소.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 추가의 폴리에틸렌성분(26, 30)은, 평균 분자량이 10⁴내지 10⁶범위, 바람직하게는 10⁵내지 10⁶범위인 제1하위성분(26)과, 평균 분자량이 5×10⁴이하, 바람직하게는 10³내지 5×10⁴범위, 가장 바람직하게는 5×10³내지 5×10⁴범위인 제2하위성분(30)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 필터요소.
제11항에 있어서, 상기 전체 추가의 폴리에틸렌성분에 대한 상기 제2하위성분(30)의 중량비는 2 내지 50%, 바람직하게는 5 내지 20%인 것을 특징으로 하는 필터요소.
제1항 내지 제4항 및 제12항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 초고분자 폴리에틸렌(24)는 출발상태에서, 적층되지 않은 성형체(22)에 대해 적어도 20 내지 75%의 범위내에서 거의 직선적인 경로를 갖는 “공극직경에 대한 누적공극백분율” 그래프를 나타내는 것을 특징으로 하는 필터요소.
제1항 내지 제4항 및 제12항중의 어느 한 항에 있어서, 초고분자 폴리에틸렌(24)으로 이루어진 입자들은 거의 구형의 입자형상에 혹모양의 융기부를 갖는 형상인 것을 특징으로 하는 필터요소.
제1항 내지 제4항 및 제12항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 초고분자 폴리에틸렌(24)는 평균 분자량이 6×10⁶이하인 것을 특징으로 하는 필터요소.
제15항에 있어서, 상기 초고분자 폴리에틸렌(24)는 평균 분자량이 2×10⁶내지 6×10⁶인 것을 특징으로 하는 필터요소.
제1항 내지 제4항, 제12항 및 제16항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 적층부(32)의 재료는 폴리테트라플루오르에틸렌인 것을 특징으로 하는 필터요소.
제1항 내지 제4항, 제12항 및 제16항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 적층부(32)의 재료는 100㎛ 이하, 바람직하게는 50㎛ 이하의 평균 입자사이즈를 갖는 것을 특징으로 하는 필터요소.
제1항 내지 제4항, 제12항 및 제16항중의 어느 한 항에 따른 필터요소(6)의 제조방법에 있어서, -초고분자 폴리에틸렌(24)으로 이루어진 입자를, 경우에 따라서는 상기 추가의 폴리에틸렌성분(26, 30)과 혼합하여 성형틀내에 충전시키는 단계와, -상기 성형틀의 내용물을 170℃ 내지 250℃의 온도로 상기 성형체(22)로 일체화되기에 충분한 시간동안 가열하는 단계와; -상기 성형틀내의 상기 성형체(22)를 냉각하는 단계와, -상기 성형체(22)를 상기 성형틀로부터 제거하는 단계와; -상기 성형틀로부터 제거된 상기 성형체(22)의 유입면(34)에 적층부(32)를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터요소의 제조방법.
제19항에 있어서, 상기 적층부(32)는 서스펜션의 형태로 도포되며, 그런 다음 상기 서스펜션이 건조되는 것을 특징으로 하는 필터요소의 제조방법.
제20항에 있어서, 상기 서스펜션은 스프레이 및 브러싱방법에 의해 도포되는 것을 특징으로 하는 필터요소의 제조방법.