KR100307864B1 - 극미세섬유제품및이의제조방법 - Google Patents

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Abstract

용이하게 제조할 수 있으며, 내압 강도가 높고, 여과 정확도가 높으며 여과 수명이 긴 원통형 필터; 이러한 원통형 필터의 제조에 적합한 극미세 섬유 웹 및 부직포; 및 이러한 웹, 부직포 및 원통형 필터의 제조방법이 제공된다.
웹은 용융 취입법에 따라 방사된 극미세 혼방 섬유로 이루어지며, 혼방 섬유는 융점 차이가 10℃ 이상인 고융점 극미세 섬유와 저융점 극미세 섬유로 이루어지고, 저융점 극미세 섬유는 혼방 섬유의 10 내지 90중량%의 양으로 함유되며, 부직포는 웹의 열처리에 의해 수득되고, 원통형 필터는 웹 또는 부직포를 권취한 다음 열처리함으로써 수득된다.

Description

극미세 섬유 제품 및 이의 제조방법{Microfine fiber product and process for producing the same}
본 발명은 용융 취입법(melt-blown process)에 따라 방사된 극미세 혼합 섬유(microfine mixed fiber). 극미세 혼합 섬유로 이루어진 섬유 제품 및 이러한 섬유 및 섬유 제품의 제조방법에 관한 것이다. 더욱 특히. 고융점 극미세 섬유 및 저융점 극미세 섬유로 이루어지고, 양 섬유간의 융점 차이가 10℃ 이상이며, 혼합 섬유중의 저융점 극미세 섬유 함량이 10 내지 90중량%인 섬유 제품, 및 이러한 섬유 제품의 제조방법에 관한 것이다.
구체적으로는, 내압 강도 및 여과 정확도가 우수하고 여과 수명이 긴 원통형 필터에 관한 것이다.
극미세 섬유는 부직포 또는 성형 제품으로 가공되었으며, 1회용 기저귀, 방진성 의류, 마스크, 걸레(wiping cloth), 미세여과용 필터용 등의 표면 재료로서 널리 사용되어 왔다. 미세여과용 필터로서 공기 필터, 전기 장치를 제조하는 단계동안의 세척액용 필터 약제학적 제제용수를 위한 예비 필터, 식품 또는 음료수로부터 미생물을 제거하기 위한 필터 등이 공지되어 있다.
일본국 공개 특허 공보 제(소)54-134177호에는 열가소성 수지를 방사 장치에서 저점도를 갖도록 분해한 후, 용융 취입법에 따라 방사시키는 극미세 섬유 부직포의 제조방법이 기술되어 있다. 또한, 일본국 공개 특허 공보 제(소)60-99057호에는 2종의 열가소성 수지를 나란한 유형으로 결합(conjugating)시킨 후 용융 취입법에 따라 방사시키는 극미세 복합 섬유(microfine conjugate fiber)의 부직포의 제조방법이 기술되어 있다.
필터로서 일본국 공개 특허 공보 제(소)60-216818호에는 극미세 섬유를 축상에 적층(staking)시키고 구조물을 섬유의 기계적 상호 교략에 의해서만 지지시켜 수득하며 일정한 공극 비를 갖는 미세여과용 필터가 기술되어 있다. 일본국 공개 특허 공보 제(평)1-297113호에는 필터의 외부 표면에 근접할수록 섬유 직경 및 기공 직경이 커지는, 부직포를 권취시켜 수득한 원통형 필터가 기술되어 있다. 일본국 공개 특허 공보 제(평)4-126508호에는 용융 취입법에 따라 제조된 극미세 복합섬유로 이루어진 카트리지 필터가 기술되어 있다. 일본국 공개 특허 공보 제(평)5-96110호에는 섬유 직경이 연속적으로 변하는, 용융 취입법에 따라 수득된 극미세 섬유로 미루어진 카트리지 필터가 기술되어 있다.
단일 성분의 극미세 섬유로 이루어진 통상적인 부직포의 경우, 구조물은 섬유 상호간의 교락에 의해 주로 지지되므로, 부직포의 강도가 낮고 잔털(fluff)이 많으며 1회용 기저귀용 표면 재료로 적용하기에 부족합하다는 단점이 발생한다. 직물의 강도를 강화시키기 위해 가열 롤 등에 의해 직물을 열처리하는 경우, 섬유는 쉽게 용융되며 생성된 부직포는 필름형이 되고, 감촉이 불량해진다.
또한, 단일 성분의 극미세 섬유를 사용하는 통상적인 필터의 경우, 섬유간에 거의 접착되지 않는다. 따라서, 여과 정확도가 가열 멸균 처리, 고온 여과, 진동 등으로 인하여 변하고, 경도가 낮고 내압성이 불충분한 단점이 발생한다.
또한, 복합 용융 취입법은 방사구금이 복잡하고 고가인 단점이 있으며 각각의 방출 구멍으로 균일하게 공급되는 상이한 종류의 중합체에 대한 용융 점도를 조절하기 어렵다.
본 발명자들은 상기 문제점들을 해결하기 위해 집중적으로 연구했으며, 그 결과 융점 차이가 10℃ 이상인 고융점 수지와 저융점 수지를, 압출되는 수지의 총중량을 기준으로 하여 10 내지 90중량%를 제공하고, 고융점 극미세 섬유와 저융점 극미세 섬유를 제공하도록 압출되는 저융점 수지의 양을 조절하면서 각각의 압출기로부터 압출시킨 다음, 용융 취입법에 따라 방사시키고, 고융점 극미세 섬유와 저융점 극미세 섬유로 이루어진 생성된 극미세 혼합 섬유를 적합하게 용융 가공 및 열처리시켜 생성된 웹을 수득한 다음, 이를 각각 우수한 특성을 갖는 부직포 또는 원통형 필터로 가공하는 것을 밝혀내어 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 다음 양태를 갖는다:
(1) 용융 취입법에 따라 방사되고 융점 차이가 10℃ 이상인 고융점 극미세 섬유와 저융점 극미세 섬유로 이루어진 극미세 혼합 섬유로 구성되고, 저융점 극미세 섬유가 10 내지 90중량%의 비율로 극미세 혼합 섬유에 함유된 웹.
(2) 융용 취입법에 따라 방사되고 융점 차이가 10℃ 이상인 고융점 극미세 섬유와 저융점 극미세 섬유로 이루어진 극미세 혼합 섬유로 구성되고, 고융점 극미세 섬유가 10내지 90중량%의 비율로 극미세 섬유 혼합물에 함유된 저융점 극미세 섬유를 용융 접착시킴으로써 고정되는 부직포.
(3) 용융 취입법에 따라 방사되고 융점 차이가 10℃ 이상인 고융점 극미세 섬유와 저융점 극미세 섬유로 이루어진 극미세 혼합 섬유로 구성되고, 고융점 극미세 섬유가 10 내지 90중량%의 비율로 극미세 섬유 혼합물에 함유된 저융점 극미세 섬유를 용융 접착시킴으로써 고정되는 입체적 성형품.
(4) 용융 취입법에 따라 방사되고 융점 차이가 10℃ 이상인 고융점 극미세 섬유와 저융점 극미세 섬유로 이루어진 극미세 혼합 섬유로 구성되고, 고융점 극미세 섬유가 10 내지 90중량%의 비율로 극미세 섬유 혼합물에 함유된 저융점 극미세 섬유를 용융 접착시킴으로써 고정되는 원통형 필터.
(5) 고융점 극미세 섬유 또는 저융점 극미세 섬유가 복합 섬유인 (1) 내지 (4)항 중의 어느 하나에 따르는 섬유 제품.
(6) 고융점 극미세 섬유 및/또는 저융점 극미세 섬유의 섬유 직경이 20㎛ 이하인 (1) 내지 (5)항 중의 어느 하나에 따르는 섬유 제품.
(7) 고융점 극미세 섬유 및/또는 저융점 극미세 섬유의 섬유 직경이 0.1 내지 10㎛인 (1) 내지 (5)항 중의 어느 하나에 따르는 섬유 제품.
(8) 고융점 극미세 섬유 및/또는 저융점 극미세 섬유의 섬유 직경이 필터의 여과 방향에 따라 연속적으로 감소되고, 최소 섬유 직경에 대한 최대 섬유 직경의 비가 2배 이상인 (4)항에 따르는 원통형 필터.
(9) 필터의 여과 층의 기공 직경이 필터의 여과 방향에 따라 연속적으로 감소되고, 최소 기공 직경에 대한 최대 기공 직경의 비가 2배 이상인 (4)항에 따르는 원통형 필터.
(10) 필터의 여과 층의 기공 직경이 여과 방향에 따라 대, 소 및 대의 순서로 변하고, 최소 기공 직경에 대한 최대 기공 직경의 비가 2배 이상인 (4)항에 따르는 원통형 필터.
(11) 고융점 수지와 저융점 수지를, 압출되는 저융점 수지의 양을 수지의 총압출량을 기준으로 하여 10 내지 90중량% 제공하도록 조절하면서, 저융점 수지용 압출기와 고융점 수지용 압출기를 각각 사용하여, 용융 취입법에 따라 방사시킴을 포함하는 고융점 극미세 섬유와 저융점 극미세 섬유로 이루어진 극미세 혼합 섬유 웹의 제조방법.
(12) 융점 차이가 10℃ 이상인 고융점 수지와 저융점 수지를, 압출되는 저융점 수지의 양을 수지의 총 압출량을 기준으로 하여 10 내지 90중량% 제공하도록 조절하면서, 저융점 수지용 압출기와 고융점 수지용 압출기를 각각 사용하여, 용융 취입 방사법에 따라 방사시켜 극미세 혼합 섬유 웹을 수득하는 단계 및 극미세 혼합 섬유 웹을 저융점 극미세 섬유의 연화 온도 내지 고융점 극미세 섬유의 연화 온도의 온도 범위 내에서 열처리하는 단계를 포함하는 고융점 극미세 섬유와 저융점 극미세 섬유로 이루어지고 고융점 극미세 섬유가 저융점 극미세 섬유를 용융 접착시킴으로써 고정되는 부직포의 제조방법.
(13) 융점 차이가 10℃ 이상인 고융점 수지와 저융점 수지를, 압출되는 저융점 수지의 양을 수지의 총 압출량을 기준으로 하여 10 내지 90중량% 제공하도록 조절하면서, 저융점 수지용 압출기와 고융점 수지용 압출기를 각각 사용하여, 용융 취입 방사법에 따라 방사시켜 극미세 혼합 섬유 웹을 수득하는 단계 및 극미세 혼합 섬유 웹을 저융점 극미세 섬유의 연화 온도 내지 고융점 극미세 섬유의 연화 온도의 온도 범위 내에서 성형하는 단계를 포함하는, 고융점 극미세 섬유와 저융점 극미세 섬유로 이루어지고 고융점 극미세 섬유가 저융점 극미세 섬유를 용융 접착시킴으로써 고정되는 성형품의 제조방법.
(14) 융점 차이가 10℃ 이상인 고융점 수지 및 저융점 수지를, 압출되는 저융점 수지의 양을 수지의 총 압출량을 기준으로 하여 10 내지 90중량% 제공하도록 조절하면서, 저융점 수지용 압출기와 고융점 수지용 압출기를 각각 사용하여, 용융 취입 방사법에 따라 방사시켜 극미세 혼합 섬유 웹을 수득하는 단계, 극미세 혼합 섬유 웹을 저융점 극미세 섬유의 연화 온도 내지 고융점 극미세 섬유의 연화 온도의 온도 범위 내에서 열처리하는 단계 및 극미세 혼합 섬유를 원통형으로 권취하는 단계를 포함하는, 고융점 극미세 섬유와 저융점 극미세 섬유로 이루어지고 고융점 극미세 섬유가 저융점 극미세 섬유를 용융 접착시킴으로써 고정되는 원통형 필터의 제조방법.
(15) 용융 취입 방사법에 따라 극미세 혼합 섬유 웹을 수득할 때 수지 압출량 및 방사 속도를 연속적으로 변화시킴으로써, 극미세 혼합 섬유 웹의 섬유 직경이 연속적으로 또는 단계적으로 변하는 (14)항에 따르는 원통형 필터의 제조방법.
(16) 웹을 권취하는 동안 웹에 가해지는 압력이 연속적으로 변하는 (14)항에 따르는 원통형 필터와 제조방법.
용융 취입법이란 수집 컨베이어 네트 또는 회전 중공 축상의 발사 노즐로부터 압출된 용융 열가소성 수지를 방사 노즐 주변으로부터 취출되는 고온 고속 기체에 의해 취입하여 섬유 웹을 수득하는 방법을 말하며, 이 방법은 문헌[참조: Van A. Wente, Industrial and Engineering Chemistry, vol. 48. No. 8(1956). p. 1342 to 1346, "Super Fine Thermoplastics"] 또는 미합중국 특허 제3,532,800호에 기재되어 있다.
고온 고속 기체로서 0.5 내지 10kg/㎠·G, 200 내지 500℃ 및 1 내지 100³/min의 공기, 불활성 기체 등이 일반적으로 사용되며, 방사 노즐과 수집 컨베이어 네트 또는 중공 축 사이의 거리는 통상적으로 약 30 내지 80cm, 바람직하게는 15 내지 60cm, 더욱 바람직하게는 20 내지 50cm이다.
본 발명의 극미세 혼합 섬유 웹은 방사구금을 사용하여 용융 취입법에 따라 저융점 수지와 고융점 수지를 각각의 방사 노즐로부터 압출시키고, 저융점 수지와 고융점 수지를 각각의 압출기에 의해 방사구금으로 공급하여 제조한다. 이 방법에 따라서, 각각 섬유 직경이 20㎛ 이하인 2종의 극미세 섬유가 혼합된 웹이 용이하게 수득된다.
극미세 혼합 섬유 웹을 제조하기 위해서 각종 용융 취입용 방사구금을 사용할 수 있다. 예를 들어, 고융점 수지용 방사 노즐 및 저융점 수지용 방사 노즐이 하나의 방사구금에서 한 줄로 교대로 배열된, 미합중국 특허 제3,981,650호에 기술된 방사구금을 사용할 수 있다. 또한, 고융점 수지용 방사구금 및 저융점 수지용 방사구금을 동시에 사용하고 각각 별도의 방사구금에 의해 수득된 저융점 극미세섬유 웹 및 고융점 극미세 섬유 웹을 적층시키는 방법을 또한 이용할 수 있다. 또한, 극미세 혼합 섬유 웹을 더 균질하게 혼합된 상태로 수득하기 위해서 미합중국 특허 제3,981,650호에 기술된 방사구금을 사용하는 것이 바람직하다.
다수의 방사구금을 사용하는 경우, 일본국 공개 특허공보 제(소)60-99057호에 기술된 극미세 복합 섬유용 방사구금을 상기 다수의 방사구금중 하나에 사용하면, 극미세 혼합 섬유중의 저융점 극미세 섬유의 양을 조절할 수 있다.
저융점 수지와 고융점 수지에 할당되는 방사 노즐의 수 또는 압출되는 각 수지의 양을 변화시키는 경우, 극미세 혼합 섬유중의 저융점 수지 섬유의 함량을 변화시킬 수 있다.
또한, 방사를 각각의 수지에 대한 방사 노즐당 상이한 압출량으로 수행할 경우, 미세도가 상이한 극미세 섬유의 혼합물을 수득한다.
또한, 방사 조건(예: 수지의 압출량, 고온 고속 기체의 배출 속도 등)이 시간 경과에 따라 변하는 경우, 섬유 직경이 시간 경과에 따라 연속적으로 또는 단계적으로 변하는 극미세 혼합 섬유 웹을 수득할 수 있다. 섬유 직경이 상기한 바와 같이 변하는 극미세 혼합 섬유 웹을 하기와 같이 열처리하는 경우, 섬유 직경이 여과 방향에 따라 연속적으로 변하는 원통형 필터를 수득할 수 있다.
본 발명의 극미세 혼합 섬유 웹의 제조에 사용되는 저융점 수지 및 고융점 수지로서, 융점 차이가 10℃ 이상, 바람직하게는 15℃ 이상, 더욱 바람직하게는 39℃ 이상인 2종의 열가소성 수지를 사용한다. 융점 차이가 10℃ 미만인 경우, 극미세 혼합 섬유 웹을 열처리에 의해 부직포, 필터 등으로 가공하면, 저융점 극미세섬유 뿐만 아니라 고융점 극미세 섬유도 연화되거나 용융됨으로써 섬유 형상이 소실되며 극미세 혼합 섬유 웹 전체가 종종 필름으로 전환된다. 웹을 필름으로 전환시키는 경우, 생성된 부직포는 유연성, 가공성, 공기 투과성, 투습성 등 및 촉감이 불량한 한편, 생성된 필터의 여과성이 낮다.
또한, 본원에서 언급되는 융점이란 일반적으로 시차 주사 열량계(DSC)에 의해 측정된 흡열 피크의 온도를 의미한다. 무정형 열가소성 수지(예: 저융점 공중합된 폴리에스테르 등)의 경우, 융점이 항상 명확하게 나타나지는 않으므로, 이를 연화점으로 대체시킬 수 있다.
본 발명의 극미세 혼합 섬유 웹에 사용되는 열가소성 수지의 예는 폴리아미드, 폴리에스테르, 저융점 공중합된 폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리우레탄 탄성중합체, 폴리에스테르 탄성중합체, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 공중합된 폴리프로필렌(예: 주성분으로 프로필렌과 에틸렌, 부텐-1, 4-에틸펜텐-1 등과의 2원 공중합체 또는 3원 공중합체)이다. 열가소성 수지의 배합물의 예는 폴리에틸렌/폴리프로필렌, 공중합된 폴리프로필렌/폴리프로필렌, 저융점 공중합된 폴리에스테르/폴리에스테르 및 폴리에틸렌/폴리에스테르이나, 이들로 제한되지는 않는다. 이들중에서, 공중합된 폴리프로필렌/폴리프로필렌과 저융점 공중합된 폴리에스테르/폴리에스테르의 배합물이 바람직하며, 이는 열처리와 고강도에 의해 서로에 대한 섬유의 결합력이 큰 섬유 성형품이 수득되기 때문이다.
이들 열가소성 수지는 원 수지(virgin resin)로서 바람직하지만, 재생 수지인 경우에도 문제되지 않는다. 통상의 방사 공정에 따라 어느 정도 섬유 파괴된 원료의 경우에서도, 방사성은 용융 취입법의 경우 거의 영향받지 않으므로, 수지의 종류 및 융점이 명확하기만 하면 재생 수지까지도 사용할 수 있어 사용이 경제적이다.
본 발명의 극미세 혼합 섬유 웹에 관하여, 혼합 섬유는 저융점 극미세 섬유를 10 내지 90중량%, 바람직하게는 20 내지 70중량%, 보다 바람직하게는 30 내지 50중량%, 함유한다. 극미세 혼합 섬유 웹 중의 저융점 극미세 섬유의 함량이 10중량% 미만인 경우, 열처리에 의해 수득된 부직포 또는 원통형 필터는 섬유의 열 결합 관점에서 잔털이 많고 강도가 낮다. 다른 한편으로, 저융점 극미세 섬유의 함량이 90중량%를 초과하는 경우, 열처리에 의해 섬유 형상이 손실된 저융점 극미세 섬유가 섬유들 사이의 공극에 충전되므로, 부직포가 필름으로 전환되고 필터의 여과성이 저하 또는 감소되는 결과를 초래한다.
본 발명의 극미세 혼합 섬유 웹의 섬유 직경은 특별히 제한되지는 않지만 용융 취입법을 이용하는 경우, 섬유 직경이 20㎛ 미만인 극미세 섬유를 사용할 수 있으며 방사 조건을 선택함으로써 15 내지 0.1㎛ 또는 10 내지 0.5㎛의 제품이 수득된다. 섬유 직경이 20㎛ 이하인 극미세 혼합 섬유 웹이 하기에 기술된 바와 같이 열처리되는 경우, 미소여과에 적합한 필터를 형성시킬 수 있다.
고융점 극미세 섬유의 섬유 직경과 저융점 극미세 섬유의 섬유 직경은 항상 동일하게 요구되지는 않는다. 또한, 본 발명의 원통형 필터에 사용되는 극미세 혼합 섬유 웹에 대하여, 상기 극미세 혼합 섬유가 주로 사용되지만, 섬유 직경이 20㎛ 이상인 섬유도 여과도를 손상시키지 않는 범위내에서 이와 함께 혼합될 수 있다.
본 발명의 부직포는 위에서 언급한 극미세 혼합 섬유 웹은 열처리하여 수득한다. 열처리는 극미세 혼합 섬유 웹의 저융점 미세 섬유의 연화점과 고융점 미세 섬유의 연화점 사이의 온도 범위 내에서 수행한다. 열처리법으로서 공지된 방법은 예를 들면, 가열된 엠보싱 롤에 의한 열압착 결합법, 가열된 공기에 의한 통기법, 적외선 램프에 의한 방법 등을 사용할 수 있다. 열처리시킴으로써, 고융점 극미세 섬유를 이의 섬유 형태를 유지하면서, 저융점 극미세 섬유의 용융 접착에 의해 고정시켜 이로써 3차원의 망상 구조를 형성한다. 이렇게 수득된 부직포는 섬유 직경이 20㎛ 이하인 극미세 섬유에 의해 구성된 섬유 사이의 최소 공극을 갖고, 유연한 촉감, 잔털의 부재 및 고강도와 같은 보다 우수한 특성을 제공한다.
이러한 보다 우수한 특성에 근거하여, 본 발명의 부직포는 1회용 기저귀, 방진성 의류, 마스크, 걸레, 공기 필터 등의 표면 재료로서 사용될 수 있다.
융점 차이가 10℃ 이상인 고융점 극미세 섬유와 저융점 극미세 섬유로 이루어진 용융 취입법에 따라 방사된 혼합 극미세 섬유는 저융점 극미세 섬유를 10 내지 90중량%의 양으로 함유하고, 고융점 극미세 섬유는 저융점 극미세 섬유를 용융접착시킴으로써 고정되는 본 발명의 입체적 성형품은 상기의 극미세 혼합 섬유의 웹을 열처리하여 수득한 부직포를 열성형시켜 수득한다.
이렇게 수득한 입체적 성형품은 극미세 섬유로 구성된 섬유들 사이의 최소 공극과 유연한 촉감, 잔털의 부재 및 고강도, 및 입체적 형상이 고융점 극미세 섬유에 저융점 극미세 섬유를 용융 접착시켜 고정된 3차원 망상 구조로 인하여 거의붕괴되지 않는 특성과 같은 보다 우수한 특성이 제공되어, 의학 마스크, 방진 마스크, 견부 패드(shoulder pad) 등과 같은 용도로 사용될 수 있다.
본 발명의 부직포 및 입체적 성형품은 일렉트레트 필터(electret filter)로 제조할 수 있다. 일렉트레트의 제조방법으로서, 약 1 내지 30kV의 직류 전압의 코로나 방전(corona discharge)에 의하여 열처리하여 수득되는 극미세 혼합 섬유 웹, 부직포 또는 성형 처리방법 등이 사용되며, 표면 하전도가 약 10 내지 45coulomb/㎠인 제품이 바람직하다.
용융 취입 공정에 따라 방사되고 융점 온도 차이가 10℃ 이상인 고융점 극미세 섬유와 저융점 극미세 섬유로 이루어진 극미세 혼합 섬유가 저융점 극미세 섬유를 10 내지 90중량% 함유하고, 고융점 극미세 섬유가 저융점 극미세 섬유의 용융 접착에 의해 고정되는 본 발명의 원통형 필터는 미합중국 특허 제4,594,202호에 기술된 바와 같이 회전 공기 투과성 축 위에서 용융 취입법에 따라 방사된 상기 미세 혼합 섬유를 적층시키는 공정, 또는 미합중국 특허 제4,100,009호에 기술된 바와 같이 네트 컨베이어에 의해 수행하면서 회전 축 위에서 상기 극미세 혼합 섬유를 권취시키는 공청에 따라 수득할 수 있다.
사용할 수 있는 극미세 혼합 섬유 웹 또는 부직포의 기본 중량은 3 내지 1,000g/㎡, 바람직하게는 4 내지 700g/㎡이며, 이는 저융점 극미세 섬유의 용융 접착에 의해 고융점 극미세 섬유의 고정을 확실하고 균질하게 실현시킬 수 있기 때문이고, 가장 바람직하게는 기본 중량은 100g/㎡ 이하이다.
임의의 공정에서, 열처리는 권취시 극미세 혼합 섬유의 저융점 극미세 섬유의 연화점과 고융점 극미세 섬유의 연화점 사이의 온도 범위에서 수행한다. 열처리는 웹 또는 부직포를 가열하는 공정 및 축 위에 권취된 극미세 혼합 섬유를 가열하는 공정을 포함한다. 가열 공정으로서, 공지된 공정, 예를 들면, 가열된 엠보싱에 의한 열 가압 결합 공정, 가열된 공기에 의한 통기 가공, 적외선 램프에 의한 공정 등을 사용할 수 있다. 이들중에서, 가열된 공기에 의한 통기 공정에 따라 웹 또는 부직포를 가열하는 공정은 웹의 섬유 순서를 흐트리지 않기 때문에 두께가 균일한 웹을 권취시킬 수 있으며, 가열된 표면의 전체를 균일하게 가열할 수도 있으므로, 원통형 필터의 여과 정확도와 같은 특성을 안정화시킨다.
극미세 혼합 섬유가 섬유를 냉각하지 않으면서 회전 공기 투과성 축 위에서 적층되고 권취되는 경우, 포지티브 열처리가 수행되지 않는 경우에도, 섬유 자체에 보유된 열에 의해 고융점 미세 섬유를 열 결합시킬 수 있다.
이렇게 수득된 원통형 필터가 극미세 혼합 섬유로 구성되기 때문에, 이의 여과 정확도는 높고, 고융점 극미세 섬유가 저융점 극미세 섬유의 용융 접착에 의해 고정되어 3차원 망상 구조를 형성하기 때문에, 열안정화 처리, 고온 여과, 진동 등에 의해서도 여과 정밀성이 변하지 않으며 내압 강도성이 높은 원통형 필터가 수득된다.
극미세 혼합 섬유 웹 또는 부직포가 원통형 필터로 가공되는 경우, 사용되는 극미세 혼합 섬유의 섬유 직경이 연속적으로 변하면 추가로 보다 우수한 원통형 필터가 수득된다. 예를 들면. 권취를 시작할 때 극미세 혼합 섬유 웹의 섬유 직경이 작고 귄취가 진행됨에 따라 섬유 직경이 연속적으로 보다 커지는 경우, 필터 내부의 섬유 사이의 공극 크기(이하, 여과 층의 기공 직경이라고 함)는 필터의 여과 방향을 따라 연속적으로 보다 작아진다. 이러한 필터는, 거친 입자는 필터의 표면에 포획되고 미세한 입자는 필터 내에 포획되도록 입자를 분류하면서 입자 크기가 상이한 입자를 수집함으로써, 여과 수명이 긴 필터가 구성된다.
또한, 극미세 혼합 섬유 웹의 섬유 직경이 웹을 권취하기 시작할때 보다 크고: 권취가 진힝됨에 따라 직경이 일단 보다 작아지고; 직경이 다시 커지는 경우, 여과 수명이 긴 상기 특성 이외에 고내압성과 같은 특성을 갖는 필터를 수득한다.
어느 경우에서도, 섬유 직경의 변화가 클수록 효과는 보다 커지며, 최소 섬유 직경에 대한 최대 섬유 직경의 비가 2배 이상인 경우 효과는 현저하고, 비율은 바람직하게는 3 내지 20배, 보다 바람직하게는 4 내지 15배이다.
용융 취입법에 따르는 극미세 섬유의 제조에서, 섬유 직경을 변화시키는 수단으로서, 압출되는 열가소성 수지의 양이 증가하거나, 취입 기류의 유속이 감소하는 경우, 섬유 직경을 보다 크게 제조할 수 있으며; 반대로 압출되는 열가소성 수지의 양이 감소하거나 취입 기류의 유속이 증가하는 경우, 섬유 직경을 보다 작게 제조할 수 있고; 이들 방법을 조합할 수 있다.
여과 층의 기공 직경이 필터의 여과 방향을 따라 연속적으로 변하는 필터를 수득하기 위한 또 다른 방법으로서, 회전 축 위에 권취된 극미세 혼합 섬유 웹 또는 부직포 위에 적용되는 압력을 연속적으로 변화시키는 방법이 있다. 예를 들면, 극미세 혼합 섬유 웹을 권취하기 시작할 때 압력을 보다 크게 하는 경우, 권취가 진행됨에 따라, 압력은 연속적으로 감소되고, 여과 층의 기공 직경은 필터의 여과방향(필터 외부로부터 이의 내부로 향함)에 따라 연속적으로 감소한다. 이렇게 수득된 필터는 섬유 직경을 소에서 대로 변화시켜 수득된 필터와 같이 여과 수명이 긴 특성을 갖는다.
또한, 권취시 적용되는 압력이 저→고→저의 순서로 연속적으로 변하는 경우, 여과 층의 기공 직경이 필터의 여과 방향(필터의 외부로부터 이의 외부로 향함)에 따라 대→소→대로 연속적으로 변한다. 이렇게 수득된 필터는 섬유 직경을 대→소→대로 변화시켜 수득된 필터와 같이 여과 수명이 길고 내압 강도가 높다.
어느 경우에서도, 기공 직경의 변화가 큼에 따라, 효과는 보다 커지며 최소 기공 직경에 대한 최대 기공 직경의 비가 2배 이상인 경우 효과는 현저하며, 비율은 바람직하게는 3 내지 20배, 보다 바람직하게는 4 내지 15배이다.
섬유 직경 또는 기공 직경의 변화는 연속적 또는 단계적일 수 있다. 원통형 필터의 여과 방향에 대해서는 외부로부터 내부로 향하는 필터가 일반적이다. 이러한 경우에 있어서, 필터 내부의 섬유 직경이 작거나 기공 직경이 작다. 그러나, 상기와 대립되는 필터도 충분할 수 있으며, 이러한 경우에 있어서, 사용후 원통형 필터를 처리하기 용이하다.
본 발명의 원통형 필터는 일렉트레트 필터로 제조할 수 있다. 이를 일렉트레트 필터로 제조하기 위한 방법으로서, 귄취하여 제조한 극미세 혼합 섬유 웹, 부직포 또는 원통형 필터를 약 1 내지 30kV의 직류 전압의 코로나 방전으로 처리하는 방법 등을 사용하고, 표면 하전량이 약 10 내지 45coulomb/㎥인 제품이 바람직하다.
본 발명의 고융점 극미세 섬유는 고융점 성분의 섬유와 저융점 성분의 섬유를 결합시킬 수 있으며 이러한 복합 섬유는 내압성이 높고 여과 정확도가 안정화된 원통형 필터를 제공한다. 게다가, 저융점 극미세 섬유는 고융점 성분의 섬유와 저융점 성분의 섬유를 결합시킴으로써 내압성이 높고 여과 정확도가 안정화된 원통형 필터를 제공한다.
원통형 필터는 코어를 갖지 앉는 경우에도 내압 강도가 충분하지만, 코어를 갖는 경우에도 문제시되지 않는다. 코어의 횡단면의 형상은 원형일 수 있으며 그 밖에 타원형, 삼각형, 사각형 또는 다각형일 수 있다.
본 발명에서 언급되는 원통형 필터는 원형 또는 타원형 및 그 밖의 삼각형, 본 발명에서 언급된 원통형 필터는 원형 또는 타원형 및 그 밖의 삼각형, 사각형 또는 다각형과 횡단면 형상일 수 있다. 또한 코어의 형상이 다각형인 경우, 필터의 외부 형상은 섬유 웹의 적층이 진행됨에 따라, 원래의 다각형 형상으로부터 원형 형상에 가까와지기 쉬우며, 이는 필터의 특성에 영향을 미치지 않는다.
본 발명의 원통형 필터는 전기 장치용 액체를 세척하기 위한 필터, 분진 제거용 공기 필터, 약제, 식품, 음료수, 주류 용수 등에 대한 예비 필터 등으로서 널리 사용될 수 있다.
실시예
본 발명은 실시예에 의해 보다 상세하게 기술될 것이다. 또한, 실시예에 나타낸 물리적 특성 값은 다음 방법에 따라 측정한다.
여과 정확도
필터를 하우징(housing)에 고정시킨 다음, 펌프를 사용하여 30ℓ용량의 물탱크로부터 순환시켜 물을 통과시키고, 30ℓ/min으로 유량을 조절한 후, 케이크(carborundum #4000)(5g)를 가하고, 케이크를 가한지 1분 후 여과된 물 10ml을 수집하고, 이를 막 필터(입자 직경이 1㎛ 이상인 입자를 수집할 수 있는 필터)를 통해 여과하고, 막 필터에 수집된 케이크의 입자 크기를, 입자 수와 각각의 입자 직경을 측정하는 입자 크기 분포 분석기를 사용하여 측정한다. 유출된 입자의 최대 직경이 여과 정확도이다.
평균 섬유 직경
웹 또는 필터 내부에서 샘플을 각각 5부 취한 다음, 각각의 시트의 전자 현미경 사진을 찍어 하나의 사진으로부터 섬유의 임의의 20개 말단의 섬유 직경을 측정하고 전체 100개 말단으로부터 평균 섬유 직경을 계산한다.
기공 직경
최대 기공 직경(㎛)을 ASTM-F-316-86에 규정된 방법에 따라 버블점 시험기(bubble point tester)를 사용하여 측정한다. 또한, 기공 직경은 회전 축에 권취된 부직포를 샘플링하여 측정한다.
여과 수명 및 내압성
필터를 하우징에 고정시킨 다음, 펌프를 사용하여 30ℓ용량의 물탱크로부터 순환하에 물을 통과시키고 유랑을 30ℓ/min으로 조절한 후 케이크(JIS 28901의 #16: 평균 직경이 3.5㎛인 무거운 탄산칼슘)를 각각 0.4g씩 1분 간격으로 가하고 케이크를 연속적으로 가하면서 물을 통과시키는 순환을 계속한다. 필터의 유입구와배출구 사이의 압력차가 3kg/㎠에 도달하는 시점(min)을 여과 수명으로 택한다.
케이크를 첨가하고 물을 통과시키는 순환을 추가로 계속하고 압력차가 10kg/㎠에 이르거나 필터가 변형될 때 완료한다. 필터가 변형될 때의 압력(kg/㎠)을 내압 강도로 하고, 변형되지 않은 필터를 내압 강도가 10kg/㎠ 이상인 필터로서 간주한다.
실시예 1
용융 취입 공정용 방사구금을 사용하여, 각각 구멍 직경이 0.3mm인 고융점 섬유와 저융점 섬유용 방사 노즐을 한 줄로(전체 노즐수; 501) 다음 조건하에서 교대로 배열하여 방사를 수행하고, 취입 공기가 흡인 수단으로 제공되는 컨베이어 네트로 취입시켜 저융점 극미세 섬유에 대한 고융점 극미세 섬유의 혼합 비가 50/50(중량 기준)이고 기본 중량이 40.0g/㎡인 극미세 혼합 섬유 웹을 수득한다.
방사 온도: 280℃,
MFR이 80(g/10min. 230℃)이고 융점이 165℃인 폴리프로필렌 압출량: 60g/min.
MFR이 124(g/10min. 190℃)이고 융점이 122℃인 선형 저밀도 폴리에틸렌의 압출량: 60g/min.
총 압출량: 120g/min.
350℃에서의 취입 공기 압력; 초기 압력 3.1kg/㎠·G에서 지속적이고 점진적으로 최종 압력 0.5kg/㎠·G로 감소시킴.
이러한 극미세 혼합 섬유 웹에서, 섬유 자체에 의해 보유된 열로 인하여 섬유 사이에 약한 접착이 발생한다.
극미세 혼합 섬유 웹을 속도가 15m/min이고 대기 온도가 140℃인 조건하에서 통기 가공기(air-through processing machine)를 사용하여 가열한 직후 외부 직경이 30mm인 금속 축 위에서 웹을 권취하고 이를 실온에 방치하여 냉각하고 냉각 후 축을 꺼내고 잔류 섬유 성형품을 절단하여 외부 직경이 60mm이고 내부 직경이 30mm이며 길이가 250mm인 원통형 필터를 수득한다.
방사하는 동안 극미세 혼합 섬유 웹으로부터 취한 샘플을 측정한 결과, 이의 평균 섬유 직경은 다음과 같다:
필터의 내부 표면에서 1.1/㎛,
내부로부터 5mm 떨어진 지점에서 1.9㎛,
내부로부터 10mm 떨어진 지점에서 3.7㎛,
외부 표면에서 8.1㎛.
당해 원통형 필터는 저융점 극미세 섬유의 접착에 의해 접착된 고융점 극미세 섬유를 포함하여 3차원 망상 구조를 형성한다. 필터의 최대 기공 직경은 필터의 내부에서 12㎛이고 외부 표면에서 75㎛이다. 필터의 여과도를 측정한다. 그 결과, 필터는 내압 강도가 7.4kg/㎠이고, 여과 정확도가 2.5㎛이고, 여과 수명이 48분이며, 여과된 물 속에서 기포를 형성하지 않는 우수한 필터로 밝혀졌다.
실시예 2
실시예 1에서 사용된 방사구금을 사용하여 하기 조건하에서 방사를 수행한 다음, 흡인 수단이 제공된 컨베이어 네트로 취입시켜 저융점 극미세 섬유에 대한고융점 극미세 섬유의 혼합 비가 30/70(중량 기준)이고 기본 중량이 51.0g/㎡인 극미세 혼합 섬유 웹을 수득한다:
방사 온도: 280℃,
고유 점도가 0.61이고 융점이 252℃인 폴리에스테르의 압출량: 36g/min,
실시예 1에서 사용된 바와 동일한 선형 저밀도 폴리에틸렌의 압출량: 84g/min,
총 압출량: 120g/min 및
400℃에서의 취입 공기의 압력: 초기 2.8kg/㎠에서 최종 0.4kg/㎠로 지속적이고 점진적으로 감소시킴.
당해 극미세 섬유 웹에서, 섬유 자체에 보유된 열로 인하여 섬유들 사이에 약한 접착이 발생한다.
당해 극미세 혼합 섬유를 가열한 다음, 권취시킨 후, 실시예 1의 경우에서와 같이 원통형 필터를 수득한다.
극미세 혼합 섬유 웹으로부터 취한 샘플을 측정한 결과, 필터의 내부 표면에서의 평균 섬유 직경은 1.8㎛이고, 두께 방향으로 점차 증가되어, 필터의 외부 표면에서의 평균 섬유 직경은 9.2㎛이다. 원통형 필터는 저융점 극미세 섬유의 용융 접착으로 인하여 접착된 고융점 극미세 섬유를 포함하여 3차원 망상 구조를 형성한다. 최대 기공 직경은 필터 내부에서는 20㎛이고 필터 외부에서는 84㎛이다.
필터의 여과도를 측정한 결과, 필터는 내압 강도가 7.4kg/㎠이고, 여과 정확도가 4.5㎛이고, 여과 수명이 67분이며, 여과된 물 속에 기포가 형성되지 않는 우수한 필터로 밝혀졌다.
실시예 3
하기 조건을 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 2에서와 동일한 방법으로 방사를 수행하여 저융점 극미세 섬유에 대한 고융점 극미세 섬유의 혼합 비가 40/60(중량 기준)인 극미세 혼합 섬유 웹을 수득한다.
고유 점도가 0.61이고 융점이 253℃인 폴리에스테르의 압출량: 48g/min.
고유 점도가 0.55이고 융점이 205℃인 에틸렌 글리콜 ·테레프탈레이트 ·이소프탈레이트 공중합체의 압출량: 72g/min.
총 압출량: 120g/min.
방사 온도: 300℃.
극미세 섬유 웹은 섬유 자체에 보유된 열로 인하여 섬유들 사이에 약한 접착을 형성한다.
방사구금으로부터 압출된 상기 극미세 혼합 섬유 웹을 흡인 메카니즘이 제공된, 외부 직경이 30mm이고, 10m/min의 속도로 회전하는 공기 투과성 금속 축으로 직접 취입시킨 다음, 웹을 외부 직경이 62mm로 수득되도록 권취하고 실온으로 냉각시킨 후에 축을 꺼내고 권취된 웹을 길이 250mm로 절단하여 원통형 필터를 수득한다. 권취시, 권취하는 동안의 대기온도를 적외선 가열기를 사용하여 140℃로 가열하여 극미세 혼합 섬유 웹의 접착을 향상시킨다.
방사하는 동안 수득한 웹으로부터 취한 샘플을 측정한다. 그 결과, 방사 노즐당 상이한 2종의 폴리에스테르의 압출량이 상이하기 때문에, 필터는 내부 층 및외부 층 모두가 혼합된 가는 섬도의 섬유 및 두꺼운 섬도의 섬유를 갖는다. 수득한 원통형 필터의 평균 직경은 내부 표면에서 2.0㎛이고, 두께 방향으로 점차 증가하여 외부 표면에서는 9.5㎛이다.
당해 필터의 여과도를 측정한 결과, 필터는 내압 강도가 8.4kg/㎠이고, 여과 정확도가 3.3㎛고, 여과 수명은 43분이며, 여과된 물 속에서 기포가 형성되지 않는 우수한 필터로 밝혀겼다.
실시예 4
실시예 1과 동일한 방사구금을 사용하여, 각각 동일한 양으로, MFR이 80(g/10min, 230℃)이고 융점이 165℃인 폴리프로필렌 및 MFR이 65(g/10min, 230℃)이고 융점이 138℃인 프로필렌 ·에틸렌 ·부텐-1 랜덤 공중합체를 압출시키고 총 압출량을 처음 100g/min에서 최종 200g/min의 양으로 점차 증가시키면서, 방사온도가 290℃이고 취입 공기의 온도가 330℃이며 압력이 1.9kg/㎠ ·G인 조건하에서 방사를 수행한 다음, 압출물을 흡인 수단이 제공된 컨베이어 네트로 취입시켜 저융점 극미세 섬유에 대한 고융점 극미세 섬유의 혼합 비가 50/50(중량 기준)인 극미세 혼합 섬유 웹을 수득한다. 당해 극미세 혼합 섬유 웹에서, 섬유 자체에 보유된 열로 인하여 섬유들 사이에 약한 접착이 발생한다.
극미세 혼합 섬유 웹을 속도를 15m/min으로 하고 대기 온도를 145℃로 하는 조건하에서 통기 가공기로 가열한 직후 웹을 6각형(각각의 모서리: 15mm) 금속 축에 권취시키고 실온으로 냉각시켜 축을 꺼내고 수득한 물질을 길이 250mm로 절단하여 원통형 필터를 수득한다. 당해 필터의 최대 외부 직경은 60mm이고 최소 외부 직경은 52mm이며, 즉, 형태는 대략 원에 가깝다.
방사하는 동안 웹으로부터 취한 샘플을 측정한다. 그 결과, 평균 섬유 직경은 내부 표면에서 0.9㎛이고, 두께 방향으로 점차 증가되어 외부 표면에서는 7.7㎛이다.
필터의 여과도를 측정한다. 필터는 내압 강도가 7.2kg/㎠이고, 여과 정확도가 2.1㎛이고, 여과 수명이 40분이며, 여과된 물 속에서 기포가 형성되지 않는 우수한 필터로 밝혀졌다.
실시예 5
고융점 섬유 압출용의 351개의 방사 노즐 및 저융점 섬유 압출용의 150개의 방사 노즐이 균일하게 분배되고, 구멍 직경이 0.3mm이며 구멍의 총 수가 501개인 혼합 섬유 형태의 용융 취입된 방사구금을 사용하여, 방사 온도를 285℃로 하고; MFR이 122(g/10min, 230℃)이고 융점이 165℃인 폴리프로필렌의 압출량을 84g/min/351구멍으로 하고; MFR이 65(g/10min, 230℃)이고 융점이 138℃인 프로필렌 ·에틸렌 ·부텐-1 랜덤 공중합체의 압출량을 36g/min/150구멍으로 하고; 총 압출량을 120g/min으로 하며; 360℃에서의 취입 공기의 압력을 초기 압력 3.4kg/㎠ ·G에서 최종 압력 (0.7kg/㎠ ·G로 지속적으로 감소시키는 조건하에서 방사를 수행한 다음, 수득한 물질을 흡인 수단이 제공된 컨베이어 네트로 취입시켜 저융점 극미세 섬유에 대한 고융점 극미세 섬유의 혼합 비가 70/30(중량 기준)이고 기본 중량이 50g/㎡인 극미세 혼합 섬유 웹을 수득한다. 극미세 섬유 웹에서, 섬유 자체에 보유된 열로 인하여 섬유들 사이에 약한 접착이 발생한다.
극미세 혼합된 섬유 웹은 통기 가공기를 사용하여 속도가 15m/min이고 대기 온도가 140℃인 조건하에서 가열하며 프로필렌 ·에틸렌 ·부텐-1 랜덤 공중체를 용융 접착시켜 고정된 폴리프로필렌 섬유를 갖는 부직포를 수득한다. 당해 부직포를 실시예 1의 경우와 같이 통기 가공기를 사용하여 가열한 직후, 이를 외부 직경이 30mm인 금속 축에 권취시키고, 수득한 물질을 실온에 방치한 다음, 축을 꺼내고 잔류 섬유 성형품을 절단하여 외부 직경이 60mm이고 내부 직경이 30mm이며 길이가 250mm인 원통형 필터를 수득한다.
방사하는 동안 수득한 웹으로부터 취한 샘플을 측정한다. 그 결과, 방사 노즐당 2종의 수지의 압출량이 동일하기 때문에, 고융점 극미세 섬유와 저융점 극미세 섬유의 섬유 직경은 거의 동일하며, 평균 섬유 직경은 내부 측면에서 0.8㎛이고, 내부로부터 7mm 떨어진 곳에서 2.2㎛이고 외부 표면에서는 7.4㎛이다. 필터의 최대 기공 직경은 필터 내부에서 7㎛이고, 두께 방향으로 점차 증가하여 외부 표면에서는 62㎛이다.
필터의 여과도를 측정한다. 필터는 내압 강도가 6.5kg/㎠이고, 여과 정확도가 1.1㎛이고, 여과 수명이 48분이며, 여과된 물 속에서 기포가 형성되지 않는 우수한 필터이다.
실시예 6
실시예 5에서 사용된 바와 동일한 방사구금과 2종의 열가소성 수지를 사용하여 하기 조건하에서 방사를 수행한 다음, 수득된 물질을 흡인 수단이 제공된 컨베이어 네트로 취입시켜 저융점 극미세 섬유에 대한 고융점 극미세 섬유의 혼합 비가30/70(중량 기준)이고 기본 중량이 50g/㎡인 극미세 혼합 섬유 웹을 수득한다:
방사 온도: 285℃,
프로필렌 ·에틸렌 ·부텐-1 랜덤 공중합체의 압출량: 84g/min/351구멍,
폴리프로필렌 압출량: 36g/min/150구멍.
총 압출량: 120g/min.
취입 공기의 조건: 온도 340℃, 초기 압력 2.9kg/㎠ ·G에서 최종 압력 1.2kg/㎠ ·G로 연속적으로 감소시킴.
이 웹을 실시예 5에서와 동일한 방법으로 처리하여 외부 직경이 60mm이고 내부 직경이 30mm이며 길이가 250mm인 원통형 필터를 수득한다.
방사하는 동안 수득한 웹으로부터 취한 샘플을 측정한다. 그 결과, 고융점 극미세 섬유와 저융점 극미세 섬유의 섬유 직경은, 섬유 직경의 특정한 분산이 관찰되지만 거의 동일하며, 즉, 평균 섬유 직경은 내부 표면에서 1.4㎛이고, 내부로부터 7mm 떨어진 곳에서 7mm이며 외부 표면에서는 4.4㎛이다.
필터의 여과도를 측정한다. 그 결과, 필터는 내압 강도가 6.7kg/㎠이고, 여과 정확도가 2.0㎛이고, 여과 수명이 38분이며, 여과된 물 속에서 기포가 형성되지 않는 우수한 필터이다.
실시예 7
취입 공기의 압력을 1.7kg/㎠ ·G로 일정하게 유지하여, 외부 직경이 60mm이고, 내부 직경 30mm이며, 길이가 250mm인 원통형 필터를 수득하는 것을 제외하고는, 실시예 1의 공정을 반복한다.
방사하는 동안 직물로부터 수득한 샘플을 측정한다. 그 결과, 방사 노즐당 2종의 수지의 압출량이 동일하기 때문에, 고융점 극미세 섬유와 저융점 극미세 섬유의 섬유 직경은 거의 동일하며, 평균 섬유 직경은 전체 층에 대해 2.2㎛이다.
이러한 필터의 여과도를 측정한다. 필터는 내압 강도가 7.0kg/㎠이고, 여과 정확도가 4.1㎛이고, 여과 수명이 22분이며, 여과된 물 속에 기포가 형성되지 않는 우수한 필터이다.
실시예 8
취입 공기의 압력을 1.2kg/㎠ ·G로 일정하게 유지하여 외부 직경이 60mm이고, 내부 직경 30mm이며, 길이가 250mm인 원통형 필터를 수득하는 것을 제외하고는, 실시예 1을 반복한다.
방사하는 동안 수득한 웹으로부터 취한 샘플을 측정한다. 그 결과, 2종의 수지의 압출량이 동일하기 때문에, 고융점 극미세 섬유 및 저융점 극미세 섬유의 섬유 직경은 거의 동일하고, 평균 섬유 직경은 전체 층에 대해 6.0㎛이다.
이러한 필터의 여과도를 측정한다. 그 결과, 필터는 내압 강도가 7.6kg/㎠이고, 여과 정확도가 5.8㎛이고, 여과 수명이 35분이며, 여과된 물 속에 기포가 형성되지 않는 우수한 필터이다.
실시예 9
실시예 1에서 사용한 바와 같은 동일한 방사구금을 사용하여 다음과 같은 조건하에 방사를 수행한 다음, 흡인 수단이 제공된 컨베이어 네트로 공기를 취입시켜, 저융점 극미세 섬유에 대한 고융점 극미세 섬유의 혼합 비가 50/50(중량 기준)인 극미세 혼합 섬유 웹을 수득한다.
MFR이 80(g/10분, 230℃)이고, 융점이 160℃인 폴리프로필렌의 290℃의 방사 온도에서의 압출량: 60g/분:
MFR이 65(g/10분, 230℃)이고, 융점이 138℃인 프로필렌 ·에틸렌 ·부탄-1 랜덤 공중합체의 310℃의 방사 온도에서의 압출량: 60g/분;
340℃에서의 취입 공기 압력: 초기 0.4kg/㎠ ·G, 중기 3.0kg/㎠ ·G에서 최종적으로 다시 0.4kg/㎠ ·G로 연속적으로 변화시킴.
당해 극미세 혼합 섬유 웹에 있어서, 섬유 자체에 보유된 열로 인하여 섬유 사이에 약한 접착이 발생한다.
이러한 극미세 혼합 섬유 웹을 12m/min의 속도 및 145℃의 대기압의 조건하에서 통기 가공기를 사용하여 가열한 직후, 웹을 외부 직경이 30mm인 금속 축에 권취시킨 다음, 실온에 방치하여 냉각시킨 후, 축을 꺼내고 잔류 섬유 성형품을 절단하여, 외부 직경이 60mm이고, 내부 직경 30mm이며, 길이가 250m인 원통형 필터를 수득한다.
방사시키는 동안 극미세 혼합 섬유 웹으로부터 취한 샘플을 측정한다. 그 결과, 평균 섬유 직경은 내부 표면에서 8.2㎛이고, 내부로부터 8mm 떨어진 곳에서 0.8㎛이며, 외부 표면에서 8.3㎛이다. 이러한 원통형 필터는 저융점 극미세 섬유의 용융 접착에 의해 고융점 극미세 섬유가 고정되어 있는 3차원 망상 구조를 형성한다. 필터의 최대 기공 직경은 필터의 내부에서 81㎛이고, 내부로부터 8mm 떨어진 곳에서 15㎛이며, 외부 표면에서 79㎛이다. 필터의 여과도를 측정한다. 그 결과,필터는 내압 강도가 8.8kg/㎠이고, 여과 정확도가 1.6㎛이고, 여과 수명이 49분이며, 여과된 물 속에 기포가 형성되지 않는 우수한 필터로 밝혀졌다.
실시예 10
취입 공기의 압력을 1.7kg/㎠ ·G로 일정하게 유지시키는 것을 제외하고는, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 방사를 수행한 다음, 흡인 수단이 제공된 컨베이어 네트로 생성 물질을 취입시켜 각각 평균 섬유 직경이 2.2㎛로 동일하고, 기준 중량이 49.0g/㎡인, 저융점 극미세 섬유에 대한 고융점 극미세 섬유의 혼합 비가 50/50(중량 기준)인, 극미세 혼합 섬유 웹을 수득한다. 이러한 극미세 섬유 웹에 있어서, 섬유 자체에 보유된 열로 인하여 섬유 사이에 약한 접착이 발생한다.
웹의 2개의 시트(sheets)를 적층시킨 다음, 적층물을 140℃에서 열-공기 건조 방법으로 5분 동안 가열하고, 견부 패드용 성형법으로 냉간 압축시켜 입체 성형품을 형성시킨다. 이러한 입체적 성평품은 플러프 또는 주름(wrinkle)이 없고, 적합한 연성이며, 견부 패드용으로 바람직하게 사용될 수 있다.
실시예 11
고융점 섬유 압출용 220개 방사 노즐, 저융점 섬유 압출용 200개 방사 노즐 및 복합 섬유를 나란히 압출시키기 위한, 101개 방사 구멍이 불균일하게 분포되어 있고, 구멍 직경이 0.3mm이며, 전체 구멍 수가 501개인 혼합 섬유용 용융 취입 방사구금을 사용하여, 다음 조건하에서 방사를 수행한 다음, 흡인 수단이 제공된 컨베이어 네트로 생성 물질을 취입시켜 기본 중량이 50g/㎡인 극미세 혼합 섬유 웹을 수득한다.
방사 온도: 270℃,
MFR이 122(g/10분 230℃)이고 융점이 165℃인 폴리프로필렌의 압출량: 48g/min/200구멍,
MFR이 65(g/10분 230℃)이고 융점이 138℃인 프로필렌 ·에틸렌 ·부텐-1 랜덤 공중합체의 압출량: 48g/분/200구멍.
동량의 상기 중합체 2종의 복합 섬유의 압출량: 24g/min/101구멍,
총 압출량: 120g/min.
230℃에서의 취입 공기 압력: 초기에 0.6kg/㎠, 중기에 3.5kg/㎠ ·G, 말기에는 0.6kg/㎠ ·G희 연속적으로 감소시킴.
이러한 극미세 섬유 웹에서, 섬유 자체에 보유된 열로 인하여 섬유들 사이에 약한 접착이 발생한다.
이러한 극미세 혼합 섬유 웹을 속도가 15m/min이고 대기 온도가 146℃인 조건하에서 통기 가공기를 사용하여 가열하여, 프로필렌 ·에틸렌 ·부텐-1 공중합체의 가열-접착에 의해 고정된 폴리프로필렌 섬유를 갖는 부직포를 수득한다. 이러한 부직포는 실시예 1에서와 같은 통기 가공기를 사용하여 가열한 직후, 외부 직경이 30mm인 금속 축에 권취시킨 다음, 수득된 물질을 실온에서 방치하여 냉각시킨 후, 축을 꺼내고 잔류 섬유 성형품을 절단하여, 외부 직경이 60mm이고 내부 직경이 30mm이며 길이가 250mm인 원통형 필터를 수득한다.
방사하는 동반 웹으로부터 취한 샘플을 측정한다. 그 결과, 평균 섬유 직경은 필터의 내부 표면에서 10.2㎛이고, 내부로부터 7mm 떨어진 곳에서 0.8㎛이며,외부 표면에서 9.8㎛이다.
필터의 여과도를 측정한다. 필터는 내압 강도가 7.0kg/㎠이고, 여과 정확도가 1.1㎛이고, 여과 수명이 40분이며, 여과된 물속에 기포가 형성되지 않는 우수한 필터로 밝혀졌다.
비교 실시예 1
구멍 직경이 0.3mm이고 구멍이 501개인 용융 취입용 단일 성분형 방사구금을 사용하여, 다음 조건하에서 방사를 수행한 다음, 수득한 재료를 흡인 수단이 제공된 컨베이어 네트에 취입시켜 기본 중량이 52.0g/㎡인 극미세 섬유 웹을 수득하고, 종이 튜브에 웹을 권취시킨다:
MFR이 68(g/10분·230℃에서)이고 융점이 164℃인 폴리프로필렌의 총 압출량: 12Og/m,
방사 온도: 300℃,
380℃에서 취입 공기의 압력: 1.4kg/㎠ ·G.
극미세 섬유 웹에시는, 섬유 자체에 보유된 열로 인하여 섬유 사이에 약한 접착이 발생한다. 당해 극미세 혼합 섬유 웹을 속도가 15m/min이고 170℃인 대기압 조건 하에서 통기 가공기를 사용하여 가열하여 부직포를 수득한다. 이러한 부직포에서, 섬유는 서로 용융 접착되지만, 격렬한 가열-수축으로 인해 주름이 많이 발생하므로, 부직포는 필터 제조시 적합하지 않은 것으로 판단된다.
비교 실시예 2
위의 비교 실시예 1에서와 동일한 조건하에서 방사를 수행한다. 수득된 극미세 섬유 웹을 속도가 15m/min이고 165℃인 대기압의 조건하에서 통기 가공기를 사용하여 가열하는 동안, 웹을 외부 직경이 30mm인 금속 축에 권취한 다음, 수득한 물질을 실온으로 냉각시킨 후, 축을 꺼내고 수득한 물질를 절단하여 외부 직경이 60mm이고 내부 직경이 30mm이며 길이가 250mm인 원통형 필터를 수득한다.
극미세 섬유 웹의 가열 온도가 비교 실시예 1에서보다 낮기 때문에, 열 수축으로 인하여 발생된 주름은 비교 실시예 1에서보다 현저히 적지만, 섬유 상호간의 용융 접착이 거의 없고, 수득된 원통형 필터는 손으로 누르면 쉽게 변형될 정도로 유연하다.
방사하는 동안 웹으로부터 취한 샘플을 측정한다. 그 결과, 평균 섬유 직경은 내부 표면에서 3.5㎛이고, 내부로부터 10mm 떨어진 곳에서 3.7㎛이며, 외부 표면에서 3.7㎛이다. 즉, 섬유 직경은 거의 일정하다.
필터의 여과도를 측정한다. 그 결과, 필터는 내압 강도가 1.9kg/㎠이고, 여과 정확도가 18㎛이며, 여과 수명이 121분이다.
본 발명의 원통형 필터는 융점 차이가 10℃ 이상인 고융점 극미세 섬유와 저융점 극미세 섬유로 이루어진 극미세 혼합 섬유를 용융 취입법에 따라 방사하고,혼합 섬유내에 저융점 극미세 섬유를 10 내지 90중량% 함유하는 웹을 권취한 다음 열처리함으로써 저융점 극미세 섬유의 용융 접착에 의해 고정된 고융점 극미세 섬유를 갖는 3차원 망상 구조를 형성하여 수득하는 극미세 혼합 섬유로 이루어진다.
원통형 필터는 극미세 섬유로 이루어지기 때문에, 여과 정확도가 높고, 이의 구조가 섬유의 용융 접착에 의해 서로 고정되어 있기 때문에 강화재를 함유하지 않더라도 내압 강도가 높고, 멸균 처리, 고온 여과, 진동, 수압 진동 등에 의해서도 여과 정확도가 변하지 않는다.
또한, 여과 방향에서 섬유 직경 또는 기공 직경이 다양한 본 발명의 원통형 필터는 위에서 언급한 특성 외에도 여과 수명이 길다는 특성이 있다.
용융 취입법에 따라 방사된 극미세 혼합 섬유로 이루어진 원통형 필터는 방사 윤활제를 함유하지 않으며, 따라서 윤활제를 제거하기 위한 예비 세척 단계가 불필요하고 식품 분야에 위생적으로 사용할 수 있다.
본 발명의 필터 제조 방법에 따라, 구조적으로 복잡한 복합 방사구금 장치가 사용되지 않기 때문에, 용이한 방법에 따라 우수한 특성을 갖는 원통형 필터가 수득된다.

Claims (18)

  1. 용융 취입법에 따라 방사되고 융점 차이가 10℃ 이상인 고융점 극미세 섬유와 저융점 극미세 섬유로 이루어진 극미세 혼합 섬유로 구성되고, 저융점 극미세 섬유가 10 내지 90중량%의 비율로 극미세 혼합 섬유에 함유된 웹.
  2. 용융 취입법에 따라 방사되고 융점 차이가 10℃ 이상인 고융점 극미세 섬유와 저융점 극미세 섬유로 이루어진 극미세 혼합 섬유로 구성되고, 고융점 극미세 섬유가 10 내지 90중량%의 비율로 극미세 섬유 혼합물에 함유된 저융점 극미세 섬유를 용융 접착시킴으로씨 고정되는 부직포.
  3. 용융 취입법에 따라 방사되고 융점 차이가 10℃ 이상인 고융점 극미세 섬유와 저융점 극미세 섬유로 이루어진 극미세 혼합 섬유로 구성되고, 고융점 극미세 섬유가 10 내지 90중량%의 비율로 극미세 섬유 혼합물에 함유된 저융점 극미세 섬유를 용융 접착시킴으로써 고정되는 입체적 성형품.
  4. 용융 취입법에 따라 방사되고 융점 차이가 10℃ 이상인 고융점 극미세 섬유와 저융점 극미세 섬유로 이루어진 극미세 혼합 섬유로 구성되고, 고융점 극미세 섬유가 10 내지 90중량%의 비율로 극미세 섬유 혼합물에 함유된 저융점 극미세 섬유를 용융 접착시킴으로써 고정되는 원통형 필터.
  5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 고융점 극미세 섬유 및 저융점 극미세 섬유 중의 하나가 복합 섬유인 섬유 제품.
  6. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 고융점 극미세 섬유 및/또는 저융점 극미세 섬유의 섬유 직경이 20㎛ 이하인 섬유 제품.
  7. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 고융점 극미세 섬유 및/또는 저융점 극미세 섬유의 섬유 직경이 0.1 내지 10㎛인 섬유 제품.
  8. 제4항에 있어서, 고융점 극미세 섬유 및/또는 저융점 극미세 섬유의 섬유 직경이 필터의 여과 방향에 따라 연속적으로 감소되고, 최소 섬유 직경에 대한 최대 섬유 직경의 비가 2배 이상인 원통형 필터.
  9. 제4항에 있어서, 필터의 여과 층의 기공 직경이 필터의 여과 방향에 따라 연속적으로 감소되고. 최소 기공 직경에 대한 최대 기공 직경의 비가 2배 이상인 원통형 필터.
  10. 제4항에 있어서, 필터의 여과 층의 기공 직경이 여과 방향에 따라 대, 소 및 대의 순서로 변하고, 최고 기공 직경에 대한 최대 기공 직경의 비가 2배 이상인 원통형 필터.
  11. 고융점 수지와 저융점 수지를, 압출되는 저융점 수지의 양을 수지의 총 압출량을 기준으로 하여 10 내지 90중량% 제공하도록 조절하면서, 저융점 수지용 압출기와 고융점 수지용 압출기를 각각 사용하여, 용융 취입법에 따라 방사시킴을 포함하는 고융점 극미세 섬유와 저융점 극미세 섬유로 이루어진 극미세 혼합 섬유 웹의 제조방법.
  12. 융점 차이가 10℃ 이상인 고융점 수지와 저융점 수지를, 압출되는 저융점 수지의 양을 수지의 총 압출량을 기준으로 하여 10 내지 90중량% 제공하도록 조절하면서, 저융점 수지용 압출기와 고융점 수지용 압출기를 각각 사용하여, 용융 취입 방사법에 따라 방사시켜 극미세 혼합 섬유 웹을 수득하는 단계 및 극미세 혼합 섬유 웹을 저융점 극미세 섬유의 연화 온도 내지 고융점 극미세 섬유의 연화 온도의 온도 범위 내에서 열처리하는 단계를 포함하는, 고융점 극미세 섬유와 저융점 극미세 섬유로 이루어지고 고융점 극미세 섬유가 저융점 극미세 섬유를 용융 접착시킴으로써 고정되는 부직포의 제조방법.
  13. 융점 차이가 10℃ 이상인 고융점 수지와 저융점 수지를, 압출되는 저융점 수지의 양을 수지의 총 압출량을 기준으로 하여 10 내지 90중량% 제공하도록 조절하면서, 저융점 수지용 압출기와 고융점 수지용 압출기를 각각 사용하여, 용융 취입방사법에 따라 방사시켜 극미세 혼합 섬유 웹을 수득하는 단계 및 극미세 혼합 섬유 웹을 저융점 극미세 섬유의 연화 온도 내지 고융점 극미세 섬유의 연화 온도의 온도 범위 내에서 성형하는 단계를 포함하는, 고융점 극미세 섬유와 저융점 극미세 섬유로 이루어지고 고융점 극미세 섬유가 저융점 극미세 섬유를 용융 접착시킴으로써 고정되는 성형품의 제조방법.
  14. 융점 차이가 10℃ 이상인 고융점 수지와 저융점 수지를, 압축되는 저융점 수지의 양을 수지의 총 압출량을 기준으로 하여 10 내지 90중량% 제공하도록 조절하면서, 저융점 수지용 압출기와 고융점 수지용 압출기를 각각 사용하여, 용융 취입 방사법에 따라 방사시켜 극미세 혼합 섬유 웹을 수득하는 단계. 극미세 혼합 섬유 웹을 저융점 극미세 섬유의 연화 온도 내지 고융점 극미세 섬유의 연화 온도의 온도 범위 내에서 열처리하는 단계 및 극미세 혼합 섬유를 원통 형태로 권취하는 단계를 포함하는, 고융점 극미세 섬유와 저융점 극미세 섬유로 이루어지고 고융점 극미세 섬유가 저융점 극미세 섬유를 용융 접착시킴으로써 고정되는 원통형 필터의 제조방법.
  15. 제14항에 있어서, 용융 취입 방사법에 따라 극미세 혼합 섬유 웹을 수득할 때 수지 압출량과 방사 속도를 연속적으로 변화시킴으로써, 극미세 혼합 섬유 웹의 섬유 직경이 웹의 두께 방향으로 연속적으로 또는 단계적으로 변하는 원통형 필터의 제조방법.
  16. 제14항에 있어서, 웹을 권취하는 동안 웹에 가해지는 압력이 연속적으로 변하는 원통형 필터의 제조방법.
  17. 제5항에 있어서, 고융점 극미세 섬유 및/또는 저융점 극미세 섬유의 섬유 직경이 20㎛ 이하인 섬유 제품.
  18. 제5항에 있어서, 고융점 극미세 섬유 및/또는 저융점 극미세 섬유의 섬유 직경이 0.1 내지 10㎛인 섬유 제품.
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