KR100479285B1 - 정전필터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 동물의 울 섬유 및 열가소성 합성 섬유의 혼합물을 포함하는 섬유상 성분과, 퍼플루오로알킬 아크릴레이트 공중합체 수지 및 p-tert-부틸페놀포름알데히드 수지를 포함하며 상기 섬유상 성분에 부착되어 있는 수지상 성분을 포함하고, 상기 섬유상 기재 성분 및 수지상 성분은 모두 정전기적으로 하전된 상태인 것을 특징으로 하는 정전 필터에 관한 것이다.

Description

정전 필터
본 발명은 호흡장치 등에 적합한 정전 필터에 관한 것이다.
수지 울(resin wool)은 동물의 울 섬유로 만들어진 펠트 또는 부직포로 구성된 시이트형 섬유상 성분 및 페놀 수지와 같은 합성 수지로 이루어진 수지상 성분을 포함하는 공지된 필터 매체로서, 섬유상 성분에 수지상 성분이 함침되거나 또는 섬유상 성분에 수지상 성분이 피복된다. 이 수지 울 매체는 그 표면에 정전하가 발생되도록 마찰처리된다. 하전된 수지 울 매체는, 통기 저항성을 현저히 증가시키지 않으면서 미세한 먼지에 대한 포집 효율이 높다는 사실 때문에 방진 호흡장치와 같은 호흡장치용 고성능 정전 필터로서 종래부터 사용되어 왔다.
페놀 수지(이하, MK 수지로 언급함)로 함침시킨 동물 울 펠트를 포함하는 종래 기술의 공지된 정전 수지 울 필터는 첨부한 하기 도면 중 도 12에 의해 개략적으로 예시되어 있다. 이 필터는 동물 울 섬유는 양전하를 띤다는 것과, 페놀 수지는 상보적인 음전하를 띤다는 것과, 필터 전체적으로는 전기적으로 중성인 상태로 된다는 원리에 기초한다. 먼지 입자와 같은 입자는 대개 양전하 또는 음전하를 띠며, 상기 정전 필터를 통과할 때 정전 필터의 반대 전하를 띤 섬유 및 수지에 의해 끌려서 포집된다. 이러한 원리에 기초한 정전 필터의 예로는 "정전기 공기 필터"라는 표제하의 일본 특허 공고 제S59-32166호(등록 제1256142호) 및 "정전기 공기 필터"라는 표제하의 일본 특허 공고 제H03-31483호(등록 제1676882호)에 개시되어 있는 바, 이들 모두 본 명세서에서 참고로 인용한다. 일본 특허 제H03-31483호에 따른 정전 필터는 울 및 합성 폴리에스테르(PET) 섬유로 이루어진 섬유상 성분 및 그 섬유상 성분 위에 분포된 페놀 수지로 구성된 수지상 성분을 포함한다.
한편, 전술한 공지된 정전 필터들은 확실히 고체 입자에 대해 우수한 포집 효율을 갖기는 하나, 최근 몇 개의 논문(예, Mark W. Ackley: "높은 온도 및 높은 습도에서의 정전 필터의 기능 저하", 필트레이션 & 세퍼레이션, 1985. 7/8월, 239-242)에 의해 이러한 정전 필터가 에어로졸 포집에 있어서는 그 효율이 떨어진다는 보고가 있었다.
1995년, 10월자로 개정된 호흡장치에 대한 미국의 NIOSH 표준(42 CFR Part 84의 방진 마스크를 비롯한 호흡 보호 장치)은 오일 미스트와 같은 에어로졸을 사용하여 효율 테스트를 할 것을 요구한다. 상기 표준에 따르면, DOP 에어로졸의 입자 농도가 200 ㎎/㎥를 초과하지 않고, DOP의 평균 입자 직경이 약 0.2 ㎛(0.17 내지 0.22, 기하학적 표준 편차 δ g＜1.6)이며 에어로졸 유속이 85± 2 L/분인 조건하에서 시험을 수행하여야 한다. 상기 표준에 의하면, DOP가 연속하여 200± 5 ㎎으로 제공된 후에도 마스크의 포집 효율이 95％ 이상으로 유지되어야 하며, 시험하고자 하는 마스크는 38± 2.5℃의 온도 및 85± 5％의 상대습도에서 25± 1 시간 동안 예비처리되어야 한다.
NIOSH 표준의 시험 조건은 방진 마스크의 품질을 검사하는 현행 일본 국내 표준 및 방진 마스크를 시험하는 일본 공업 표준(이 두가지 표준에서는 모두 평균 입자 직경이 2 ㎛를 초과하지 않는 석영 입자 분진이 30 ℓ /분의 유속으로 마스크를 통과하도록 제공하고 분진의 축적양이 100 ㎎에 도달했을 때의 통기 저항의 상승치를 측정함)에 의해 부과된 시험 조건과 현저히 다르다. 아마도 이러한 개정된 NIOSH의 표준 요건을 충족하는 정전 필터가 장착된 호흡 마스크는 이제까지 일본에서 구입할 수 없었다. 본 출원인이 상기한 NIOSH의 표준에 따라 시험한 전술한 종래 기술의 정전 필터들은 NIOSH 표준에서 요구하는 기준값을 만족시키지 못하는 것으로 나타났는데, 이는 도 5를 참조하여 후술할 것이다.
일반적으로, 전기적으로 하전된 물질에서는, 만약 그 물질이 고온 및 고습도의 주위환경에 장시간 방치된 경우 점진적으로 중화되거나 또는 방전된다. 정전 필터에 있어서 점진적인 전하 감소는 필터의 먼지 포집능에 저하를 일으킨다는 것이 공지되어 있다. 또한 NIOSH 효율 테스트에서 사용된 DOP 에어로졸 입자는 비교적 낮은 점도를 갖는 오일상 액체인데, 이 DOP 입자는 필터상에 축적됨에 따라, 필터의 수지 뿐 아니라 섬유의 하전된 표면까지도 오일로 습윤시켜 덮어버리는 경향이 있다. 필터의 포집 효율은 표면에 축적된 DOP 에어로졸이 필터 내부로 침투하기 때문에 가속도적으로 저하될 것으로 생각된다. 그러므로 NIOSH 표준을 충족하는 호흡 필터를 얻기 위해서는, 고온 및 고습도에서의 예비 처리 및 NIOSH 테스트에 의해 적용되는 DOP 에어로졸에 의해 야기되는 전술한 기능 저하에 대한 효과적인 대책을 종래 기술의 정전 필터에 제공하여야 한다.
한편, 종래 기술의 정전 필터에 사용된 페놀 수지는 그것의 정전기 특성에 관한 한 만족할만하나, DOP와 같은 오일상 물질에 대한 친화도로 인해 심각한 문제가 야기된다. 더욱 구체적으로, DOP 에어로졸은 필터의 표면상에 축적된 다음 정전기적으로 하전된 수지 내로 침투한다. 그 결과, 상기 수지 내에 보유되어 있던 전하가 중화되거나 방전될 수 있으며, 이로 인해 필터의 포집능이 저하될 수 있다. 따라서, 만약 정전기 특성의 저하 없이 DOP 에어로졸에 대한 수지의 행태를 개선할 수 있다면 상기한 포집 효율의 저하 등을 최소화할 수 있을 것이다.
전술한 바와 같은 상황에서, 본 발명의 목적은 DOP 에어로졸에 의해 야기되는 영향을 견디고 상기 NIOSH 표준을 충족시키는 정전 필터를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 동물의 울 섬유 및 열가소성 합성 섬유의 혼합물을 포함하는 정전기적으로 하전된 섬유상 성분과, p-tert-부틸페놀포름알데히드 수지와 적어도 정전기적으로 하전된 퍼플루오로알킬 아크릴레이트 공중합체 수지를 포함하며 상기 섬유상 성분에 부착되어 있는 정전기적으로 하전된 수지상 성분을 포함하는 정전 필터에 의해 전술한 목적이 달성된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 수지상 성분은 폴리알킬 아크릴레이트 수지, 폴리알킬 메타크릴레이트수지 및 폴리알킬 스티렌 수지 중 1 종 이상을 더 포함하며, 이들 수지는 각각 정전기적으로 하전된 상태에 있다. 폴리알킬 메타크릴레이트 수지로서는 폴리메틸 메타크릴레이트 수지를 사용하며, 폴리알킬 스티렌 수지로서는 폴리스티렌 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 수지상 성분은 폴리메틸 메타크릴레이트 수지 및 폴리스티렌 수지를 포함하는 것이 더욱 바람직한데, 이들 수지 각각은 정전기적으로 하전된 상태이다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 섬유상 성분은 수지상 성분으로 함침된 후 고화된 것이다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는, 상기 섬유상 성분은 15 내지 33 ㎛의 직경을 갖는 울 섬유 및 1.5 데니어(d)를 초과하지 않는 섬도를 갖는 열가소성 합성 섬유를 포함한다.
섬유상 성분은 울 섬유 20~70 중량％ 및 폴리에스테르 섬유 80~30 중량％를 포함하는 것이 바람직하다. 섬유상 성분은 200~800 g/㎡ 범위의 중량을 가질 수 있으며 부직포 및 펠트 중 어느 하나일 수 있다.
바람직한 실시예의 설명
본 발명에 의하면, p-tert-부틸페놀 포름알데히드 수지(이하, MK 수지로도 언급함), 폴리스티렌 수지(PSt 수지) 또는 폴리메틸 메타크릴레이트 수지(PMMA 수지)와 같은 전기적으로 하전될 수 있는 수지로 함침시킨 종래의 정전 필터를 변성시킬 수 있다.
본 발명에 따른 정전 필터의 섬유상 성분으로서, 동물 울 섬유와 열가소성 합성 섬유의 혼합물을 포함하는 펠트 또는 부직포를 사용한다. 열가소성 합성 섬유는 섬도가 1.5 데니어를 초과하지 않는 것이 바람직하며, 다양한 종류의 열가소성 합성 섬유 및 이것과 폴리에스테르 섬유, 아크릴 섬유, 폴리프로필렌 섬유 및 나일론 섬유와의 혼합물을 사용할 수도 있다. 울 섬유와 열가소성 합성 섬유의 혼합비(중량비)는 1:9 내지 9:1이며, 1:9 내지 8:2가 더욱 바람직하다. 폴리에스테르 섬유를 열가소성 합성 섬유로 사용하는 경우, 그 혼합비는 2:8 내지 7:3의 범위에서 선택되는 것이 바람직하다. 섬유상 성분의 평량은 200 내지 800 g/㎡의 범위이면 된다.
울 섬유 및 열가소성 합성 섬유는 개면기(開綿機) 또는 공기 스트림을 사용하여 이들 섬유를 혼합 및 축적시킴으로써 얻어지는 에어-레이드 단층 웹의 형태로, 또는 직접적으로 소모기(梳毛機)를 사용하여 상기 섬유상 혼합물을 처리함으로써 얻어지는 단층 웹의 형태로, 또는 적합한 결합제를 사용하여 웹을 첨가하므로써 형성되는 부직포의 형태로 사용될 수 있다. 또한, 울 섬유 및 열가소성 합성 섬유의 혼합물은 다수개의 단층 웹을 적층시킴으로써 얻어지는 부직포의 형태로, 또는 단층 웹 또는 그것의 적층물을 고압 워터 제트로 처리하여 웹의 각 섬유를 교연시킴으로써 얻어지는 부직포의 형태로, 또는 단층 웹 또는 그것의 적층물을 임의로 압력하에서 가열하여 개개의 합성 섬유를 함께 용융시키고 결합시켜서 얻어지는 부직포의 형태로도 사용할 수 있다.
합성 섬유는 둘 또는 그 이상의 상이한 종류의 혼합물이거나 또는 동일한 종류이지만 상이한 섬도를 갖는 것의 혼합물일 수 있다. 또한 융점이 상이한 두 종류의 합성 수지를 포함하는 비권축 상태 또는 권축 상태의 복합체 섬유를 사용할 수도 있다. 또한, 예컨대 폴리프로필렌, 폴리에스테르 또는 폴리부틸렌 테레프탈레이트의 멜트-블로운(melt-blown) 섬유 또는 플러쉬 스펀(flush spun) 섬유와 같은 섬도가 1 데니어를 초과하지 않는 초미세 섬유 또는 이러한 초미세 섬유로 구성된 부직포를 사용할 수 있다.
이어서, 퍼플루오로알킬 아크릴레이트 공중합체 수지(이하, PFA 공중합체 수지로도 언급함) 및 MK 수지를 트리클렌(Trichlene; 트리클로로에틸렌)과 같은 유기 용매 중에 용해시킴으로써 얻어지는 액체 수지로 전술한 섬유상 성분을 함침시킨 후, 그 함침된 액체 수지를 예컨대 전술한 일본 특허 공고 제H03-31483호에 개시된 방법을 이용하여 고화시킨다. 표면에 수지상 성분이 고화된 섬유상 성분을 고도의 전하를 띄도록 기계적으로 처리한다. 이러한 방법으로, 본 발명의 정전 필터를 얻는다.
PFA 공중합체 수지는 하기 화학식 1을 갖는 랜덤 공중합체이다. 화학식 1에서, m은 8 이상의 정수이고, n은 18 이상의 정수이며, R1 및 R2은 수소원자 및 알킬기로 이루어진 군으로부터 선택되며, a:b의 몰비는 2:1 내지 1:2, 바람직하게는 1:1이다. PFA 공중합체 수지의 예는 퍼플루오로알킬 아크릴레이트로서 퍼플루오로옥틸에틸렌 아크릴레이트[n-C8F17(CH2)2COOCH=CH2] 및 스테아릴 아크릴레이트(이하, 옥타데실 아크릴레이트로도 언급함)[n-C18H37COOCH=CH2]를 1:1의 몰비로 공중합시킴으로써 얻어지는 랜덤 공중합체이며, 약 3,000 내지 50,000의 분자량을 갖는다(폴리스티렌을 기초한 GPC 분석에 의해 측정됨). 또한 이 랜덤 공중합체는 이하에서는 PFA/STA 수지로 언급하기도 한다. PFA/STA 수지는 공중합된 스테아릴 아크릴레이트의 존재로 인해 p-tert-부틸페놀 포름알데히드(즉, MK 수지)와의 상용성이 좋다. 또한, 퍼플루오로알킬기[CF3(CF2)n-]는 PFA/STA 수지 표면에 배향되기 쉬운 입체 구조를 가지며 우수한 발유성을 갖는다. 이러한 공중합체의 존재는 필터 외부의 자유전자에 대해 뿐만아니라 필터와 접촉하게 되는 물질에 대해 필터의 내부를 보호하는 작용을 하는 것으로 생각된다. 이로써 필터 내부에 저장된 정전기량이 빠르게 감쇠되는 것을 막는다.
본 발명의 정전 필터에서는 MK 수지와 PFA 공중합체 수지 모두 음전하를 띤다. 구체적으로, 상기 PFA 공중합체 수지는 플루오르 원자에 대한 고유한 음전기 특성 때문에 고도로 하전되는 경향이 있다. 그것이 MK 수지와 혼합되는 경우에도, 이들 두 수지 간에는 전기적 중화 및 상호작용도 일어나지 않는다. 또한, PFA 공중합체 수지는 우수한 발유성을 가지므로, 그것이 MK 수지와 혼합되는 경우에도 오일 입자가 MK수지를 투과하는 것을 막는다. 이런 방식으로, 본 발명은 종래의 정전 필터에 비해 쉽게 방전되거나 파괴되지 않을 수 있도록 전하를 갖는 필터 및 호흡장치에 필수적인 특성인 높은 포집 효율 및 낮은 저항성을 갖는 필터를 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
(i) m은 8 이상의 정수이다.
(ii) n은 18 이상의 정수이다.
(iii) R1 및 R2은 수소원자 및 알킬기로 이루어진 군으로부터 선택된다.
시이트 형 섬유상 성분과 그 위에 피복된 발수성 및 발유성 물질을 포함하는 필터 매체가 공지되어 있다. 이러한 공지된 유형의 필터 매체는 상기 성분의 섬유 표면이 반발제인 플루오로카본 화합물로 피복되어있다. 이러한 유형의 매체는 개정된 NIOSH 표준을 충족시킬 수 없다.
본 발명은 이하의 본 발명의 실시예 및 비교예를 참고하면 충분히 이해될 것이다.
실시예 1
동물 울 섬유(평균 섬유 직경 20 ㎛) 40 중량％ 및 폴리에스테르 섬유(섬도 0.75 d) 60 중량％의 혼합물을 포함하는 부직포를 필터의 섬유상 성분으로 사용하였다. 이 성분은 약 450 g/㎡의 건조 중량 및 약 3 ㎜의 두께를 갖는다.
퍼플루오로에틸 아크릴레이트(즉, [n-C8F17(CF2)2-]기를 갖는 에틸 아크릴레이트 단량체) 및 스테아릴 아크릴레이트(C18H37-기, 즉 스테아릴기를 갖는 아크릴레이트 단량체)를 종래의 중합화 방법에 따라 1.1의 몰비로 공중합하여 평균 분자량 Mn(폴리스티렌을 기초로 한 GPC 분석에 의해 측정) 약 3,000 내지 4,000인 퍼플루오로알킬 아크릴레이트 수지(PFA/STA 수지)를 얻었다. 트리클렌 1 ℓ 중에, PFA/STA 수지 24.8 g과, 정전기 섬유로 공지된 중합체인 p-tert-부틸페놀 포름알데히드 수지(즉, 평균 분자량 Mn이 약 3,500 내지 4,500인 MK 수지, 폴리스티렌을 기초로 한 GPC분석에 의해 측정) 16.5 g을 용해하여 가공 액체 A를 얻었다.
그 섬유상 성분을 3.3 ℓ /㎡의 속도로 상기 가공 액체 A로 함침시킨 후, 그 성분을 120℃의 온도에서 고온공기 건조기로 약 1 시간 동안 건조시킴으로써 PFA/STA 수지 및 MK 수지의 혼합물을 수지상 성분으로서 그 표면 위에 접착 고화시켰다. 그 후, 섬유상 성분 및 수지상 성분을 일본 특허 공고 제H03-31483호에 교시된 기계적 마찰 처리를 수행하여 상기 성분들을 하전시켜서 이로써 정전 필터(제1호 PFA/STA 필터)를 얻었다.
이 정전 필터에 대해, 개정된 NIOSH 표준에 기술되어 있는 DOP 에어로졸 포집 효율 시험을 실시하여 도 1에 도시된 결과를 얻었다. 그 시험 조건은 다음과 같았다: DOP 에어로졸 농도 100 ㎎/㎥; 필터 면적 100 ㎠; 및 시험 필터를 통과하는 유속 85 ℓ /분. 예비처리로서, 상기 시험 필터를 40℃의 온도 및 85％의 습도에 25 시간 동안 방치하였다. 도 1은 DOP 에어로졸 축적, 소위 DOP 하중(㎎)에 대한 시험 필터의 포집 효율(％)을 나타낸다.
도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 정전 필터는 DOP 에어로졸 200 ㎎이 표면에 축적된 후에도 높은 포집 효율을 유지하며 이 효율은 종래기술의 MK 필터에 의해서는 얻을 수 없다(도 5 참조).
실시예 2
실시예 1에서 수지상 성분으로 사용한 PFA/STA 수지 24.8 g 및 MK 수지 16.5 g외에, PMMA 수지(분자량 약 350,000) 3.3 g을 트리클렌 1 ℓ 중에 용해시켜 가공 액체 B를 얻었다. 그 섬유상 성분을 가공 액체 A 대신 가공 액체 B를 사용하여 실시예 1에서와 동일한 방법으로 처리하여 정전 필터(제2호 PFA/STA 필터)를 얻었다. 이 필터에 대해, 개정된 NIOSH 표준에 기술되어 있는 DOP 에어로졸 포집 효율 시험을 실시예 1과 동일한 조건 하에서 수행하여 도 2에 도시된 결과를 얻었다.
실시예 3
실시예 1에서 수지상 성분으로 사용한 PFA/STA 수지 24.8 g 및 MK 수지 16.5 g외에, PSt 수지(분자량 약 250,000) 1.8 g을 트리클렌 1 ℓ 중에 용해시켜 가공 액체 C를 얻었다. 그 섬유상 성분을 가공 액체 A 대신 가공 액체 C를 사용하여 실시예 1에서와 동일한 방법으로 처리하여 정전 필터(제3호 PFA/STA 필터)를 얻었다. 이 필터에 대해, 개정된 NIOSH 표준에 기술되어 있는 DOP 에어로졸 포집 효율 시험을 실시예 1과 동일한 조건 하에서 수행하여 도 3에 도시된 결과를 얻었다.
실시예 4
실시예 1에서 수지상 성분으로 사용한 PFA/STA 수지 24.8 g 및 MK 수지 16.5 g외에 실시예 2에서 사용한 PMMA 수지 3.3 g 및 실시예 3에서 사용한 PSt 수지 8 g을 트리클렌 1 ℓ 중에 용해시켜 가공 액체 D를 얻었다. 그 섬유상 성분을 가공 액체 A 대신 가공 액체 D를 사용하여 실시예 1에서와 동일한 방법으로 처리하여 정전 필터(제4호 PFA/STA 필터)를 얻었다. 이 필터상에 대해, 개정된 NIOSH 표준에 기술되어 있는 DOP 에어로졸 포집 효율 시험를 실시예 1과 동일한 조건 하에서 수행하여 도 4에 도시된 결과를 얻었다.
실시예 5
울 섬유 및 폴리에스테르 섬유를 상이한 중량비로 서로 혼합하여 제조한 다수개의 섬유상 성분을 실시예 4에서 사용한 가공 액체 D로 함침시켜서 얻은 다수개의 정전 필터에 대해, DOP 에어로졸 포집 효율 시험을 수행하여 표 1에 요약된 시험 결과를 얻었다.
표 1은 울 섬유(섬유 직경 20 ㎛)와 폴리에스테르 섬유(PET, 섬도 0.75 d)의 혼합비가 DOP 포집 효율에 영향을 미친다는 사실을 나타낸다. 그러나, 이 실시예에서 각각의 필터에 대해 예비처리는 하지 않았다.
Figure pat00002
비교예 1
실시예 1에서 사용한 MK 수지 16.5 g을 트리클렌 1 ℓ 중에 용해시켜 가공 액체 E를 얻었다. 그 섬유상 성분을 가공 액체 A 대신 가공 액체 E를 사용하여 실시예 1에서와 동일한 방법으로 처리하여 정전 필터(MK 필터)를 얻었다. 이 MK 필터에 대해, 개정된 NIOSH 표준에 기술되어 있는 DOP 에어로졸 포집 효율 시험을 실시예 1과 동일한 조건하에서 수행하여 도 5에 도시된 결과를 얻었다. 이 MK 필터는 전형적인 종래 기술의 정전 필터이다.
비교예 2
실시예 1에서 사용한 PFA/STA 수지 24.8 g을 트리클렌 1 ℓ 중에 용해시켜 가공 액체 F를 얻었다. 그 섬유상 성분을 가공 액체 A 대신 가공 액체 F를 사용하여 실시예 1에서와 동일한 방법으로 처리하여 정전 필터(PFA/STA 필터)를 얻었다. 이 PFA/STA 필터에 대해, 실시예 1에서와 동일한 시험을 수행하여 도 6에 도시된 결과를 얻었다
비교예 3
실시예 3에서 사용한 PMMA 수지 3.3 g을 트리클렌 1 ℓ 중에 용해시켜 가공 액체 G를 얻었다. 그 섬유상 성분을 가공 액체 A 대신 가공 액체 G를 사용하여 실시예 1에서와 동일한 방법으로 처리하여 정전 필터(PMMA 필터)를 얻었다. 이 PMMA 필터에 대해, 실시예 1에서와 동일한 시험을 수행하여 도 7에 도시된 결과를 얻었다.
비교예 4
실시예 3에서 사용한 PSt 수지 8 g을 트리클렌 1 ℓ 중에 용해시켜 가공 액체 H를 얻었다. 그 섬유상 성분을 가공 액체 A 대신 가공 액체 H를 사용하여 실시예 1에서와 동일한 방법으로 처리하여 정전 필터(PSt 필터)를 얻었다. 이 PSt 필터에 대해, 실시예 1에서와 동일한 시험을 수행하여 도 8에 도시된 결과를 얻었다.
실시예 1 내지 4의 시험 결과로부터, 엄격한 예비처리에도 불구하고, 본 발명에 따른 정전 필터는 DOP 에어로졸 200 ㎎이 필터 상에 축적된 후에도 95％ 이상의 포집 효율을 유지하며 개정된 NIOSH 표준을 만족하는 것임이 명백하다. 비교예 1 내지 4의 시험 결과는 MK수지와 PFA/STA 수지의 혼합물을 함유하지 않는 정전 필터는 개정된 NIOSH 표준을 만족시키지 못한다는 것을 명백히 보여준다.
실시예 5의 시험 결과는 섬유상 성분이 폴리에스테르 섬유 30~80 중량％를 함유하는 경우 특히 높은 포집 효과가 달성될 수 있음을 나타낸다. 폴리에스테르 섬유 60 중량％를 함유하는 필터의 DOP 포집 효율은 제4호 PFA/STA 필터의 포집 효율 보다 높다. 이러한 두 개의 필터간의 차이는 전자의 필터가 예비처리되지 않았기 때문에 야기된 것으로 보인다(참조 도 4 및 표 1).
전술한 바와 같이, 본 발명의 정전 필터는 종래의 정전 필터에 비해 통기 저항이 무시할 정도로 적게 증가한 반면, DOP 에어로졸 및/또는 먼지에 대한 포집 효율은 현저히 개선되었다는 것을 알 수 있다. 이러한 개선에 기여한 요인 중의 하나는 높은 발유성 및 높은 음전하를 갖는 PFA/STA 수지의 작용일 것이다. 많은 DOP 에어로졸이 본 발명 필터의 하전된 섬유 및 하전된 수지 상에 축적된 후에도, 상기 PFA/STA 수지는 DOP 에어로졸이 필터 표면 상에서 필름을 형성하는 것을 막으며, 하전된 섬유뿐 아니라 하전된 수지를 투과하는 것을 막는다. 결과적으로, 필터 내에 저장된 정전하가 잘 보호되며 장기간 동안 먼지를 포집할 수 있다.
도 13은 DOP 에어로졸 포집 효율을 시험하기 전, 제4호 PFA/STA 수지(실시예 4)의 현미경 사진으로서, 이것의 배율은 실제 크기의 400 배이다. 이에 따르면 상기 수지는 약 20 ㎛의 직경을 갖는 울 섬유 상에 접착 고화되어 있음을 알 수 있다.
도 14는 DOP 에어로졸 포집 효율을 시험한 후, 제4호 PFA/STA 수지의 도 13과 동일한 배율의 현미경 사진으로, 이에 따르면 DOP 입자는 성장하여 구형의 울 섬유의 표면에 축적됨을 알 수 있다. 이 사진은 DOP가 축적되는 동안 DOP에 의한 필름 형성이 PFA/STA 수지의 발유성에 의해 효과적으로 저해된다는 것을 알 수 있다.
도 15는 DOP 에어로졸 포집 효율 시험 전, 도 13과 동일한 배율을 갖는 MK 필터(비교예 1) 내의 울 섬유의 현미경 사진이다.
도 16은 도 15와 유사한 현미경 사진이나 포집 효율 시험 후의 MK 필터를 나타낸다. DOP 시험 전과 후에 찍은 현미경 사진을 비교하면, 필터의 섬유 표면은 시험 후에 DOP 오일 필터로 덮이는 경향이 있음을 알 수 있다. PFA/STA 수지 및 MK 수지의 혼합물로 인한 유리한 효과는 시험 후 찍은 본 발명의 필터의 사진(도 14)과 시험 후 찍은 종래 기술의 필터의 사진(도 15)을 비교함으로써 쉽게 이해할 수 있다.
본 발명 필터의 시험 결과에 따르면, 울 섬유 및 열가소성 합성 섬유의 혼합비는 필터의 포집 효율의 개선에 기여하는 요인 중의 하나이다. 직경이 15 내지 33 ㎛인 비교적 두꺼운 울 섬유와 섬도가 1.5d를 초과하지 않는 비교적 미세한 열가소성 합성 섬유를 혼합하는 것은 필터의 높은 기계적 수거 효율 및 높은 정전 수거 효율 모두를 얻는 데에 효과적이다. 열가소성 합성 섬유로서 폴리에스테르 섬유를 사용하는 경우, 울 섬유에 대한 그것의 혼합비는 80 내지 30 중량％인 것이 바람직하다.
본 발명 필터의 시험 결과에 따르면, 필터의 포집 효율을 개선하는 데 기여하는 또 다른 요인은 퍼플루오로알킬 아크릴레이트 공중합체 수지와 함께 기계적 처리에 의해 쉽게 하전될 수 있는 수지를 사용하는 것 및 부직포 또는 펠트와 같은 섬유상 성분을 이들 수지를 사용하여 그것의 두께 방향으로 균일하게 함침시키는 것에 있다.
이러한 유리한 요인들을 결합한 본 발명의 필터는 또한, 코로나 방전과 같은 전기적 수단에 의해 정전기적으로 하전되며, 한쪽에 양전하를 반대쪽에 동일한 크기의 음전하를 함유하는 종래 기술의 정전 필터 중의 하나인 일렉트렛(electret) 필터와는 다른 바, 본 발명의 필터는 그것의 표면으로부터 내부까지 균일하게 하전된다는 점, 그리고 많은 DOP 에어로졸이 표면에 축적된 후에도 높은 포집 효율을 유지할 수 있다는 점에서 상이하다.
MK 수지 및 PFA/STA 수지 외에 PMMA 수지 및 PSt 수지를 함유하는 실시예 4의 제4호 PFA/STA 수지는 에어로졸 축적양이 증가한 후에도 특히 높은 포집 효율을 유지한다. 이들 다양한 수지가 기계적 처리도중 미세하게 분쇄되며 상기 섬유와 상기 수지사이의 계면을 따라 적층을 일으키기 때문에 본 발명 필터의 유리한 특성이 달성되는 것으로 보인다. 특히, PMMA 수지가 양전하를 띄며 PSt 수지가 음전하를 띈다는 사실을 고려할 때, 실시예 4가 필터내에서 기계적 처리에 의해 발생하는 정전하의 양은 실시예 1 내지 3의 필터내에서의 정전하의 양보다 상당히 많을 것으로 추정된다.
도 9, 도 10 및 도 11 각각은, 표면에 고화된 수지상 성분을 갖는 울 섬유의 단면도, 상기 울 섬유의 확대된 부분 단면도 및 실시예 4에서 기계적 처리를 한 후의 울 섬유의 단면도이다. 본 발명 필터의 구조적 특징은 도 9, 도 10, 도 11 및 도 12를 비교함으로써 이해될 것이다. 이런 방법으로, 본 발명은 필터의 가장 중요한 특성 중의 하나인 "낮은 저항성"을 유지하면서 개정된 NIOSH 표준을 충족하는 높은 포집 효율을 갖는 호흡장치용 정전 필터를 제공한다.
전술한 본 발명은 또한 일본 특허 출원 제H8-357255호에도 개시되어 있다. 그 출원의 발명자는 본 발명의 발명자와 동일하다. 일본 특허 출원 제H8-357255호에 개시된 사항은 본 명세서에서 참고로 인용한다.
본 발명은 "낮은 저항성"을 유지하면서 개정된 NIOSH 표준을 충족하고 높은 포집 효율을 정전 호흡장치용 정전 필터를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예 1의 제1호 PFA/STA 필터에 대한 시험 결과를 도시하는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예 2의 제2호 PFA/STA 필터에 대한 시험 결과를 도시하는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예 3의 제3호 PFA/STA 필터에 대한 시험 결과를 도시하는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예 4의 제4호 PFA/STA 필터에 대한 시험 결과를 도시하는 그래프이다.
도 5는 제1 비교예인 MK 필터에 대한 시험 결과를 도시하는 그래프이다.
도 6은 제2 비교예인 PFA/STA 필터에 대한 시험 결과를 도시하는 그래프이다.
도 7은 제3 비교예인 PMMA 필터에 대한 시험 결과를 도시하는 그래프이다.
도 8은 제4 비교예인 PSt 필터에 대한 시험 결과를 도시하는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예 4에서 함침 및 고화된 수지가 부착되어 있는 울 섬유의 개략 단면도이다.
도 10은 울 섬유의 부분 확대 단면도이다.
도 11은 울 섬유 및 그 섬유에 부착된 수지를 하전시키기 위해 기계적 대전처리를 한 실시예 4의 PFA/STA 필터를 도시하는 개략도이다.
도 12는 선행 기술의 정전 필터를 도시하는 개략도이다.
도 13은 효율 시험 전, 원래 크기의 400 배로 확대한 제4호 PFA/STA 필터를 도시하는 현미경 사진이다.
도 14는 효율 시험 후, 제4호 PFA/STA 필터를 도시하는 도 13과 유사한 현미경 사진이다.
도 15는 효율 시험 전, 도 13과 동일한 배율로 MK 필터를 도시한 현미경 사진이다.
도 16은 효율 시험 후, MK 필터를 도시하는 도 15와 유사한 사진이다.

Claims (10)

  1. 동물의 울 섬유 및 열가소성 합성 섬유의 혼합물을 포함하는 정전기적으로 하전된 섬유상 성분과, p-tert-부틸페놀포름알데히드 수지와 적어도 정전기적으로 하전된 퍼플루오로알킬 아크릴레이트 공중합체 수지를 포함하며 상기 섬유상 성분에 부착되어 있는 정전기적으로 하전된 수지상 성분을 포함하는 정전 필터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수지상 성분이 폴리알킬 아크릴레이트 수지, 폴리알킬 메타크릴레이트 수지 및 폴리알킬 스티렌 수지 중 1 종 이상을 더 포함하며, 이들 수지는 각각 정전기적으로 하전된 상태인 것인 정전 필터.
  3. 제2항에 있어서, 상기 폴리알킬 메타크릴레이트 수지가 폴리메틸 메타크릴레이트 수지인 정전 필터.
  4. 제2항에 있어서, 상기 폴리알킬 스티렌 수지가 폴리스티렌 수지인 정전 필터.
  5. 제1항에 있어서, 상기 수지상 성분이 폴리메틸 메타크릴레이트 수지 및 폴리스티렌 수지를 더 포함하며, 이들 수지는 모두 정전기적으로 하전된 상태인 것인 정전 필터.
  6. 제1항에 있어서, 상기 섬유상 성분은 수지상 성분으로 함침된 후에 고화된 것인 정전 필터.
  7. 제1항에 있어서, 상기 섬유상 성분은 직경이 15 내지 33 ㎛인 울 섬유 및 섬도가 1.5 데니어를 초과하지 않는 열가소성 합성 섬유를 포함하는 것인 정전 필터.
  8. 제1항에 있어서, 상기 섬유상 성분은 울 섬유 20 내지 70 중량％ 및 폴리에스테르 섬유 80 내지 30 중량％를 포함하는 것인 정전 필터.
  9. 제1항에 있어서, 상기 섬유상 성분은 평량이 200 내지 800 g/㎡ 범위인 것인 정전 필터.
  10. 제1항에 있어서, 상기 섬유상 성분이 부직포 및 펠트 중 어느 하나인 정전 필터.
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