KR101421317B1

KR101421317B1 - 습식 부직포 및 필터

Info

Publication number: KR101421317B1
Application number: KR1020097023858A
Authority: KR
Inventors: 켄지 이나가키
Original assignee: 데이진 화이바 가부시키가이샤
Priority date: 2007-04-17
Filing date: 2008-04-11
Publication date: 2014-07-18
Also published as: EP2138634A1; WO2008130019A1; CN101680185A; KR20100016585A; US20100133173A1; EP2138634A4; CN101680185B; JP4976487B2; EP2138634B1; JPWO2008130019A1; US9890478B2

Abstract

본 발명은, 2종 이상의 섬유를 포함하는 습식 부직포로서, 섬유 형성성 열가소성 폴리머로 이루어지고 섬유 직경(D)이 100∼1000㎚이고, 또한, 그 섬유 직경(D)에 대한 섬유 길이(L)의 비(L/D)가 100∼2500의 범위 내인 단섬유(A)를 부직포 전체 중량에 대하여 4∼50중량% 포함하고, 또한, 단섬유 섬도가 0.1dtex 이상인 바인더 섬유(B)를 부직포 전체 중량에 대하여 10∼50중량% 포함하는 습식 부직포이다.

습식 부직포, 섬유 형성성 열가소성 폴리머, 필터

Description

습식 부직포 및 필터{WET-LAID NON-WOVEN FABRIC AND FILTER}

본 발명은 2종 이상의 섬유를 포함하는 습식 부직포로서, 포집 효율이 우수한 필터를 얻는 것이 가능한 습식 부직포, 및 상기 습식 부직포를 이용하여 이루어지는 필터에 관한 것이다.

종래, 각종 필터 용도에 습식 부직포가 많이 사용되고 있다. 그리고, 습식 부직포용 소재로서는, 폴리에스테르 섬유, 마이크로 유리, 폴리에틸렌 합성 펄프, 파라아라미드 합성 펄프 등이 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1, 특허 문헌 2 참조).

그러나, 종래의 폴리에스테르 섬유를 포함하는 습식 부직포를 필터로서 사용하면, 습식 부직포 표면에 나타나는 구멍의 구멍 직경이 불균일해지기 때문에, 충분한 포집 효율이 얻어지지 않는다고 하는 문제가 있었다. 한편, 마이크로 유리나 합성 펄프를 포함하는 습식 부직포를 필터로서 사용하면, 마이크로 유리나 합성 펄프의 섬유 길이나 섬유 직경이 불균일하기 때문에, 필터의 품질이 충분하지 않다고 하는 문제가 있었다.

또한, 최근에는 섬도가 작은 섬유의 연구 개발이 활발하게 행해지고 있다(예를 들면, 특허 문헌 3, 특허 문헌 4, 특허 문헌 5 참조).

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 2006-241654호 공보

[특허 문헌 2] 일본 특허 제3678511호 공보

[특허 문헌 3] 일본 특허 공개 2004-162244호 공보

[특허 문헌 4] 국제 공개 제2005/095686호 공보

[특허 문헌 5] 국제 공개 제2005/080679호 공보

<발명의 개시>

본 발명의 목적은 2종 이상의 섬유를 포함하는 습식 부직포로서, 포집 효율이 우수한 필터를 얻는 것이 가능한 습식 부직포, 및 상기 습식 부직포를 이용하여 이루어지는 필터를 제공하는 것에 있다. 상기 목적은 본 발명의 습식 부직포 및 필터에 의해 달성할 수 있다.

본 발명의 습식 부직포는 2종 이상의 섬유를 포함하는 습식 부직포로서, 섬유 형성성 열가소성 폴리머로 이루어지고 섬유 직경(D)이 100∼1000㎚이고, 또한, 상기 섬유 직경(D)에 대한 섬유 길이(L)의 비(L/D)가 100∼2500의 범위 내인 단섬유(A)를 부직포 전체 중량에 대하여 4∼50중량% 포함하고, 또한, 단섬유 섬도가 0.1dtex 이상인 바인더 섬유(B)를 부직포 전체 중량에 대하여 10∼50중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 습식 부직포이다.

여기서, 상기 단섬유(A)가, 섬유 형성성 열가소성 폴리머로 이루어지고 또한 도 직경(island diameter)(D)이 100∼1000㎚인 도 성분(island component)과, 상기 섬유 형성성 열가소성 폴리머보다 알칼리 수용액에 대하여 용해되기 쉬운 폴리머로 이루어지는 해 성분(sea component)을 갖는 복합 섬유를 커트한 후, 상기 복합 섬유에 알칼리 감량 가공을 실시함으로써 상기 해 성분을 용해 제거한 것인 것이 바람직하다. 또한, 상기 복합 섬유에 있어서, 해 성분이 5-나트륨술폰산을 6∼12몰% 및 분자량 4000∼12000의 폴리에틸렌글리콜을 3∼10중량% 공중합한 폴리에틸렌테레프탈레이트로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 복합 섬유에 있어서, 도 성분이 폴리에스테르로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 복합 섬유에 있어서, 도의 개수(number of the island)가 100 이상인 것이 바람직하다. 또한, 상기 복합 섬유에 있어서, 해 성분과 도 성분의 복합 중량 비율(해:도)이 20:80∼80:20의 범위 내인 것이 바람직하다.

본 발명의 습식 부직포에 있어서, 상기 바인더 섬유(B)는 폴리에스테르 폴리머가 방사 속도 800∼1200m/분으로 방사된 미연신 폴리에스테르 섬유인 것이 바람직하다. 또한, 상기 바인더 섬유(B)는 심부(core portion)가 폴리에틸렌테레프탈레이트로 형성되고, 또한 초부(sheath portion)가 공중합 폴리에스테르로 형성되는 심초형 복합 섬유인 것이 바람직하다. 또한, 습식 부직포의 기본 중량(basis weight)이 20∼500g/㎡의 범위 내인 것이 바람직하다. 또한, 습식 부직포의 표면에 있어서, 최대 구멍 직경(Ma)과 평균 구멍 직경(Av)의 비(Ma/Av)가 2 이하인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 필터는 상기 습식 부직포를 이용하여 이루어지는 필터이다.

도 1은 실시예 1에서 얻어진 습식 부직포 단면의 전자 현미경 사진이다.

도 2는 비교예 3에서 얻어진 습식 부직포 단면의 전자 현미경 사진이다.

<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>

본 발명에 있어서, 단섬유(A)는 섬유 형성성 열가소성 폴리머로 이루어지고 섬유 직경(D)(단섬유의 직경)이 100∼1000㎚(바람직하게는 300∼800㎚, 특히 바람직하게는 550∼800㎚)이고, 또한, 상기 섬유 직경(D)(㎚)에 대한 섬유 길이(L)(㎚)의 비(L/D)가 100∼2500(바람직하게는 500∼2000)의 범위 내로 되도록 커트되어 있는 것이 중요하다. 상기 섬유 직경(D)이 1000㎚보다 크면, 습식 부직포 표면에 나타나는 구멍의 구멍 직경이 불균일(즉, 평균 구멍 직경과 최대 구멍 직경의 비가 큼)해지기 때문에 바람직하지 않다. 반대로, 상기 섬유 직경(D)이 100㎚보다 작으면 초지(papermaking)시에 망으로부터 탈락하기 쉬워져서 바람직하지 않다. 또한, 상기 비(L/D)가 2500보다 크면, 초지시에 섬유끼리 엉킴이 발생하여 분산 불량으로 되기 때문에, 습식 부직포 표면에 나타나는 구멍의 구멍 직경이 불균일(즉, 평균 구멍 직경과 최대 구멍 직경의 비가 큼)해지기 때문에 바람직하지 않다. 반대로, 상기 비(L/D)가 100보다 작으면, 섬유와 섬유의 연결이 매우 약해지고, 초지 공정시에 와이어 파트로부터 모포에의 이행이 어려워져서 공정 안정성이 저하되어 바람직하지 않다.

상기 섬유 직경(D)은, 투과형 전자 현미경 TEM으로 배율 30000배로 섬유 단면 사진을 촬영하여 측정할 수 있다. 이때, 측장 기능을 갖는 TEM에서는, 측장 기능을 활용하여 측정할 수 있다. 또한, 측장 기능이 없는 TEM에서는, 찍은 사진을 확대 카피하여 축척을 고려한 후에 자로 측정하면 된다.

이때, 단섬유의 횡단면 형상이 환단면 이외의 이형 단면인 경우에는, 섬유 직경(D)은 단섬유의 횡단면의 외접원의 직경을 이용하는 것으로 한다. 또한, 100∼1000㎚ 범위의 섬유 직경은, 섬도로 환산하면 0.0001∼0.01dtex가 된다.

상기한 바와 같은, 섬유 직경(D)이 100∼1000㎚인 섬유의 제조 방법으로서는 특별히 한정되지 않지만, 국제 공개 제2005/095686호 공보에 개시된 방법이 바람직하다. 즉, 섬유 직경 및 그 균일성의 점에서, 섬유 형성성 열가소성 폴리머로 이루어지고 또한 도 직경(D)이 100∼1000㎚인 도 성분과, 상기 섬유 형성성 열가소성 폴리머보다 알칼리 수용액에 대하여 용해되기 쉬운 폴리머(이하, 「용이용해성 폴리머」라고 하는 경우도 있음)로 이루어지는 해 성분을 갖는 복합 섬유를 커트한 후에 알칼리 감량 가공을 실시하고, 상기 해 성분을 용해 제거한 것인 것이 바람직하다. 또한, 상기 도 직경은 투과형 전자 현미경으로 복합 섬유의 단섬유 횡단면을 촬영함으로써 측정이 가능하다. 또한, 도의 형상이 환단면 이외의 이형 단면인 경우에는, 상기 도 직경(D)은 그 외접원의 직경을 이용한다.

여기서, 해 성분을 형성하는 알칼리 수용액 용이용해성 폴리머의, 도 성분을 형성하는 섬유 형성성 열가소성 폴리머에 대한 용해 속도비가 200 이상(바람직하게는 300∼3000)이면, 도 분해성이 양호해져서 바람직하다. 용해 속도가 200배 미만인 경우에는, 섬유 단면 중앙부의 해 성분을 용해시키는 동안에, 분리된 섬유 단면 표층부의 도 성분이 섬유 직경이 작아서 용해되기 때문에, 해 상당분이 감량되어 있음에도 불구하고, 섬유 단면 중앙부의 해 성분을 완전히 용해 제거할 수 없고, 도 성분의 굵기 불균일이나 도 성분 자체의 용제 침식으로 이어져서, 균일한 섬유 직경의 단섬유가 얻어지지 않을 우려가 있다.

해 성분을 형성하는 용이용해성 폴리머로서는, 특히 섬유 형성성이 좋은 폴리에스테르류, 지방족 폴리아미드류, 폴리에틸렌이나 폴리스티렌 등의 폴리올레핀류를 바람직한 예로서 들 수 있다. 더 구체예를 들면, 폴리젖산, 초고분자량 폴리알킬렌옥사이드 축합계 폴리머, 폴리알킬렌글리콜계 화합물과 5-나트륨술포이소프탈산의 공중합 폴리에스테르가 알칼리 수용액에 대하여 용해되기 쉬워 바람직하다. 여기서 알칼리 수용액이란 수산화칼륨, 수산화나트륨 수용액 등을 말한다. 이 이외에도, 해 성분과 상기 해 성분을 용해시키는 용액의 조합으로서는, 나일론 6이나 나일론 66 등의 지방족 폴리아미드에 대한 포름산, 폴리스티렌에 대한 트리클로로에틸렌 등이나 폴리에틸렌(특히 고압법 저밀도 폴리에틸렌이나 직쇄상 저밀도 폴리에틸렌)에 대한 열 톨루엔이나 자일렌 등의 탄화수소계 용제, 폴리비닐알코올이나 에틸렌 변성 비닐 알코올계 폴리머에 대한 열수를 예로서 들 수 있다.

폴리에스테르계 폴리머 중에서도, 5-나트륨술포이소프탈산 6∼12몰%와 분자량 4000∼12000의 폴리에틸렌글리콜을 3∼10중량% 공중합한 고유 점도가 0.4∼0.6인 폴리에틸렌테레프탈레이트계 공중합 폴리에스테르가 바람직하다. 여기서, 5-나트륨술포이소프탈산은 친수성과 용융 점도 향상에 기여하고, 폴리에틸렌글리콜(PEG)은 친수성을 향상시킨다. 또한, PEG는 분자량이 클수록, 그 고차 구조에 기인한다고 생각되는 친수성 증가 작용이 있는데, 반응성이 나빠져서 블렌드계로 되기 때문에 내열성이나 방사 안정성의 면에서 문제가 발생할 가능성이 있다. 또 한, 공중합량이 10중량% 이상으로 되면, 용융 점도 저하 작용이 있기 때문에, 바람직하지 않다.

한편, 도 성분을 형성하는 난용해성 폴리머로서는, 폴리아미드류, 폴리에스테르류, 폴리올레핀류 등을 바람직한 예로서 들 수 있다. 구체적으로는, 기계적 강도나 내열성이 요구되는 용도에서는, 폴리에스테르류로서, 폴리에틸렌테레프탈레이트(이하 「PET」라고 칭하는 경우도 있음), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 이들을 주요 반복 단위로 하는 이소프탈산이나 5-술포이소프탈산 금속염 등의 방향족 디카르복실산이나 아디프산, 세바신산 등의 지방족 디카르복실산이나 ε-카프로락톤 등의 히드록시카르복실산 축합물, 디에틸렌글리콜이나 트리메틸렌글리콜, 테트라메틸렌글리콜, 헥사메틸렌글리콜 등의 글리콜 성분 등과의 공중합체가 바람직하다. 또한, 폴리아미드류로서는, 나일론 6, 나일론 66 등의 지방족 폴리아미드류가 바람직하다. 한편, 폴리올레핀류는 산이나 알칼리 등에 부식되기 어려운 점이나, 비교적 낮은 융점 때문에 극세 섬유로서 취출한 후 바인더 섬유으로서 사용할 수 있는 등의 특징이 있고, 고밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 고압법 저밀도 폴리에틸렌, 직쇄상 저밀도 폴리에틸렌, 아이소택틱 폴리프로필렌, 에틸렌프로필렌 공중합체, 무수 말레산 등의 비닐 모노머의 에틸렌 공중합체 등을 바람직한 예로서 들 수 있다. 특히 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 이소프탈산 공중합률이 20몰% 이하인 폴리에틸렌테레프탈레이트이소프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트 등의 폴리에스테르류, 혹은, 나일론 6, 나일론 66 등의 지방 족 폴리아미드류가 높은 융점에 의한 내열성이나 역학적 특성을 구비하고 있기 때문에, 폴리비닐알코올/폴리아크릴로니트릴 혼합 방사 섬유로 이루어지는 극세 피브릴화 섬유에 비하여, 내열성이나 강도가 요구되는 용도에 적용할 수 있어서 바람직하다. 또한, 도 성분은 환단면에 한하지 않고, 삼각 단면이나 편평 단면 등의 이형 단면이어도 된다.

상기 해 성분을 형성하는 폴리머 및 도 성분을 형성하는 폴리머에 대하여, 섬유 제조성 및 추출 후의 극세 단섬유의 물성에 영향을 미치지 않는 범위에서, 필요에 따라 유기 충전제, 산화 방지제, 열 안정제, 광 안정제, 난연제, 활제, 대전 방지제, 방청제, 가교제, 발포제, 형광제, 표면 평활제, 표면 광택 개량제, 불소 수지 등의 이형 개량제 등의 각종 첨가제를 포함하고 있어도 지장 없다.

상기 해도형(sea-island type) 복합 섬유에 있어서, 용융 방사시에 있어서의 해 성분의 용융 점도가 도 성분 폴리머의 용해 점도보다 큰 것이 바람직하다. 이러한 관계에 있는 경우에는, 해 성분의 복합 중량 비율이 40% 미만으로 적어져도, 도끼리 접합하거나 도 성분의 대부분이 접합하여 해도형 복합 섬유와 상이한 것으로 되기 어렵다.

바람직한 용융 점도비(해/도)는, 1.1∼2.0, 특히 1.3∼1.5의 범위이다. 이 비가 1.1배 미만인 경우에는 용융 방사시에 도 성분이 접합하기 쉬워지고, 한편 2.0배를 초과하는 경우에는 점도 차가 지나치게 크기 때문에 방사 정도가 저하되기 쉽다.

다음에 도의 개수는, 100 이상(더 바람직하게는 300∼1000)인 것이 바람직하 다. 또한, 그 해도 복합 중량 비율(해:도)은 20:80∼80:20의 범위가 바람직하다. 이러한 범위이면, 도 사이의 해 성분의 두께를 얇게 할 수 있고, 해 성분의 용해 제거가 용이해지고, 도 성분의 극세 섬유로의 전환이 용이해지기 때문에 바람직하다. 여기서 해 성분의 비율이 80%를 초과하는 경우에는 해 성분의 두께가 지나치게 두꺼워지고, 한편 20% 미만인 경우에는 해 성분의 양이 지나치게 적어져서, 도 사이에 접합이 발생하기 쉬워진다.

용융 방사에 이용되는 구금(spinneret)으로서는, 도 성분을 형성하기 위한 중공 핀군이나 미세 구멍군을 갖는 것 등 임의의 것을 이용할 수 있다. 예를 들면, 중공 핀이나 미세 구멍으로부터 압출된 도 성분과, 그 사이를 메우는 형태로 유로가 설계되어 있는 해 성분류를 합류시키고, 이것을 압축함으로써 해도 단면이 형성되는 방사 구금이어도 된다. 토출된 해도형 복합 섬유는 냉각풍에 의해 고화되고, 소정의 인취 속도로 설정한 회전 롤러 혹은 이젝터에 의해 인취되어, 미연신사를 얻는다. 이 인취 속도는 특별히 한정되지 않지만, 200∼5000m/분인 것이 바람직하다. 200m/분 이하에서는 생산성이 나쁘다. 또한, 5000m/분 이상에서는 방사 안정성이 나쁘다.

얻어진 미연신사는 해 성분 추출 후에 얻어지는 극세 섬유의 용도·목적에 따라, 그대로 커트 공정 혹은 그 후의 추출 공정에 제공하여도 되고, 목적으로 하는 강도·신도·열 수축 특성에 맞추기 위해서, 연신 공정이나 열 처리 공정을 경유하여 커트 공정 혹은 그 후의 추출 공정에 제공할 수 있다. 연신 공정은 방사와 연신을 별도 단계로 행하는 별도 연신 방식이어도 되고, 일공정 내에서 방사 후 바 로 연신을 행하는 직접 연신 방식을 이용하여도 무방하다.

다음에, 이러한 복합 섬유를 도 직경(D)에 대한 섬유 길이(L)의 비(L/D)가 100∼2500의 범위 내로 되도록 커트한다. 이러한 커트는, 미연신사 또는 연신사를 그대로, 또는 수십개∼수백만개 단위로 묶은 토우(tow)로 하여 길로틴(guillotine) 커터나 로터리(rotary) 커터 등으로 커트하는 것이 바람직하다.

섬유 직경(D)을 갖는 단섬유(A)는, 커트된 상기 복합 섬유에 알칼리 감량 가공을 실시함으로써 얻어진다. 이때, 알칼리 감량 가공에 있어서, 섬유와 알칼리액의 비율(욕비)은 0.1∼5%인 것이 바람직하고, 나아가 0.4∼3%인 것이 바람직하다. 0.1% 미만에서는 섬유와 알칼리액의 접촉은 많지만, 배수 등의 공정성이 어려워질 우려가 있다. 한편, 5% 이상에서는 섬유량이 지나치게 많기 때문에, 알칼리 감량 가공시에 섬유끼리의 뒤엉킴이 발생할 우려가 있다. 또한, 욕비는 하기 식으로 정의된다.

욕비(%)=(섬유 질량(gr)/알칼리 수용액 질량(gr)×100)

또한, 알칼리 감량 가공의 처리 시간은 5∼60분인 것이 바람직하고, 나아가 10∼30분인 것이 바람직하다. 5분 미만에서는 알칼리 감량이 불충분해질 우려가 있다. 한편, 60분 이상에서는 도 성분까지도 감량될 우려가 았다.

또한, 알칼리 감량 가공에 있어서, 알칼리 농도는 2%∼10%인 것이 바람직하다. 2% 미만에서는 알칼리가 부족하게 되어 감량 속도가 매우 느려질 우려가 있다. 한편, 10%를 초과하면 알칼리 감량이 지나치게 진행되어 도 성분까지 감량될 우려가 있다.

알칼리 감량의 방법으로서는, 커트된 복합 섬유를 알칼리액에 투입하고, 소정의 조건, 시간에서 알칼리 감량 처리한 후에, 한 번 탈수 공정을 거치고 나서, 다시 수중에 투입하고, 아세트산, 옥살산 등의 유기산을 사용하여 중화, 희석을 진행하여 최종적으로 탈수하는 방법이나, 또는, 소정의 시간 동안 알칼리 감량 처리한 후에, 먼저 중화 처리를 실시하고, 물을 더 주입하여 희석을 진행하고 그 후 탈수를 하는 방법 등을 들 수 있다. 전자에서는 배치식으로 처리하기 때문에, 소량으로의 제조(가공)를 행할 수 있지만, 중화 처리에 시간을 요하기 때문에 생산성이 약간 나쁘다. 후자는 반연속 생산이 가능하지만, 중화 처리시에 많은 산계 수용액 및 희석을 위해서 많은 물을 필요로 한다고 하는 문제점이 있다. 처리 설비는 전혀 제한되는 것은 아니지만, 탈수시에 섬유 탈락을 방지하는 관점에서, 특허 제3678511호 공보에 개시되어 있는 바와 같이 개구율(단위 면적당 개구 부분의 면적 비율)이 10∼50%인 메시 형상물(예를 들면 비알칼리 가수분해성 주머니 등)을 사용하는 것이 바람직하다. 그 개구율이 10% 미만에서는 수분의 빠짐이 매우 나쁘고, 50%를 초과하면 섬유의 탈락이 발생할 우려가 있다.

나아가서는, 알칼리 감량 가공 후, 섬유의 분해성을 높이기 위해서 분산제(예를 들면, 다카마츠유시(주)제의 형식 YM-81)를 섬유 표면에, 섬유 중량에 대하여 0.1∼5.0중량% 부착시키는 것이 바람직하다.

다음에, 본 발명의 부직포에 이용되는 바인더 섬유(B)로서는, 단섬유 섬도가 0.1dtex(섬유 직경 3㎛) 이상인 미연신 섬유(복굴절률(Δn)이 0.05 이하) 또는 복합 섬유를 이용할 수 있다.

여기서, 미연신 섬유나 복합 섬유로 이루어지는 바인더 섬유(B)에 있어서, 단섬유 섬도는 0.2∼3.3dtex(더 바람직하게는 0.5∼1.7dtex)가 바람직하다. 또한, 바인더 섬유(B)의 섬유 길이는 1∼20㎜(더 바람직하게는 3∼10㎜)인 것이 바람직하다. 또한, 미연신 섬유로 이루어지는 바인더 섬유를 이용하는 경우, 초지 후의 건조 후, 열압착 공정이 필요하기 때문에, 초지 후 캘린더/엠보스 처리를 실시하는 것이 바람직하다.

상기 바인더 섬유(B) 중 미연신 섬유로서는, 방사 속도가 바람직하게는 800∼1200m/분, 더 바람직하게는 900∼1150m/분으로 방사된 미연신 폴리에스테르 섬유를 들 수 있다. 여기서, 미연신 섬유에 이용되는 폴리에스테르로서는, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트를 들 수 있고, 바람직하게는 생산성, 물에의 분산성 등의 이유로부터, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트가 바람직하다.

한편, 바인더 섬유(B) 중 복합 섬유로서는, 초지 후에 실시하는 80∼170℃의 열 처리에 의해 융착되어 접착 효과를 발현하는 폴리머 성분(예를 들면, 비결정성 공중합 폴리에스테르)이 초부에 배치되고, 이들 폴리머보다 융점이 20℃ 이상 높은 다른 폴리머(예를 들면, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등의 통상의 폴리에스테르)가 심부에 배치된 심초형 복합 섬유가 바람직하다. 또한, 바인더 섬유(B)는, 바인더 성분(저융점 성분)이 단섬유의 표면의 전부 또는 일부를 형성하고 있는, 심초형 복합 섬유, 편심 심초형 복합 섬유, 사이드 바이 사이드형 복합 섬유 등의 공지의 바인더 섬유이어도 된다.

여기서, 상기 비결정성 공중합 폴리에스테르는 테레프탈산, 이소프탈산, 2, 6-나프탈렌디카르복실산, 5-나트륨술포이소프탈산, 아디프산, 세바신산, 아젤라인산, 도데칸산, 1, 4-시클로헥산디카르복실산 등의 산 성분과, 에틸렌글리콜, 1, 3-프로판디올, 1, 4-부탄디올, 1, 5-펜탄디올, 1, 6-헥산디올, 디에틸렌글리콜, 1, 4-시클로헥산디올, 1, 4-시클로헥산디메탄올 등의 디올 성분의 랜덤 또는 블록 공중합체로서 얻어진다. 그 중에서도 종래부터 널리 이용되고 있는 테레프탈산, 이소프탈산, 에틸렌글리콜 및 디에틸렌글리콜을 주성분으로서 이용하는 것이 비용 면에서 바람직하다. 이와 같은 공중합 폴리에스테르는 유리 전이점이 50∼100℃의 범위로 되고, 명확한 결정 융점을 보이지 않는다.

본 발명의 습식 부직포에 있어서, 상기 단섬유(A)가 부직포 전체 중량의 4∼50중량%(바람직하게는 5∼50중량%, 특히 바람직하게는 10∼30중량%), 또한 상기 바인더 섬유(B)가 부직포 전체 중량의 10∼50중량%(바람직하게는 20∼40중량%) 포함되는 것이 중요하다.

상기 단섬유(A)의 함유량이 4중량% 미만인 경우, 습식 부직포 표면에 나타나는 구멍의 구멍 직경이 불균일해져서 바람직하지 않다. 반대로, 상기 단섬유(A)의 함유량이 50중량%를 초과하는 경우, 바탕이 균일한 부직포를 얻는 것이 가능하지만, 초지시의 여수도가 매우 나빠져 생산성이 나쁜 점이나, 포집 효율은 높아지지만 압력 손실도 함께 높아져서 제품으로서의 수명이 짧아지기 때문에 바람직하지 않다.

한편, 바인더 섬유(B)의 함유량이 10중량% 미만에서는, 부직포를 형성하기에 는 불충분한 양이 되기 때문에, 강도가 부족할 뿐만 아니라 섬유 탈락이나 보풀이 발생하기 쉬워져서 바람직하지 않다. 반대로, 상기 바인더 섬유(B)의 함유량이 50중량%를 초과하는 경우, 열 처리 공정 후 섬유끼리의 접착력이 크기 때문에, 단섬유(A)가 바인더 섬유(B)에 의해 피복된 상태가 되어 단섬유(A)의 성능을 발휘할 수 없게 되기 때문에 바람직하지 않다.

본 발명의 습식 부직포에 있어서, 습식 부직포의 전체 중량에 대하여 30중량% 이하이면, 상기 단섬유(A) 및 바인더 섬유(B) 이외의 섬유로서, 각종 합성 섬유(폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 나일론, 올레핀계, 아라미드계), 목재 펄프나 린터(linter) 펄프 등의 천연 펄프, 아라미드나 폴리에틸렌을 주성분으로 하는 합성 펄프 등을 이용할 수 있다. 특히, 단섬유 섬도 0.05∼0.6dtex, 섬유 길이 3∼10㎜의, 연신된 폴리에틸렌테레프탈레이트로 이루어지는 폴리에틸렌테레프탈레이트 단섬유가 치수 안정성 등의 관점에서 바람직하다.

본 발명의 습식 부직포를 제조하는 방법으로서는, 통상의 장망 초지기, 단망 초지기, 환망 초지기, 혹은 이들을 복수대 조합하여 다층 초지 등으로서 초지한 후, 열 처리하는 제조 방법이 바람직하다. 이때, 열 처리 공정으로서는, 초지 공정 후 양키(Yanlee) 건조기, 에어스루(air through) 건조기 중 어느 것이어도 가능하다. 또한, 열 처리 후, 금속/금속 롤러, 금속/페이퍼 롤러, 금속/탄성 롤러 등의 캘린더/엠보스를 실시하여도 된다. 특히, 본 발명의 부직포에 캘린더 가공 또는 엠보스 가공을 실시하면, 표면 평활성의 향상(두께의 균일화) 및 접착점을 형성하는 것에 의한 강도 증가의 효과를 갖는다. 또한, 미연신 섬유로 이루어지는 바 인더 섬유(B)를 이용하는 경우에는, 열 압착 공정이 필요하기 때문에, 이러한 캘린더 가공 또는 엠보스 가공이 필요하다.

이와 같이 하여 얻어진 습식 부직포에 있어서, 부직포의 기본 중량이 20∼500g/㎡(더 바람직하게는 35∼500g/㎡, 특히 바람직하게는 50∼300g/㎡)의 범위 내인 것이 바람직하다. 상기 기본 중량이 20g/㎡ 미만에서는, 부직포가 지나치게 얇기 때문에, 강도가 지나치게 약해질 우려가 있다. 또한, 500g/㎡를 초과하면, 부직포의 강성이 지나치게 높아질 우려가 있다.

본 발명의 습식 부직포는 상기한 바와 같이, 특정의 섬유 직경 및 섬유 길이를 갖는 단섬유(A)와 바인더 섬유(B)를 특정 중량으로 이용하여 습식 초지된 것이기 때문에, 습식 부직포 표면에 나타나는 구멍의 구멍 직경이 균일한 습식 부직포이다. 이때, 습식 부직포 표면에 나타나는 구멍의 구멍 직경의 최대 구멍 직경(Ma)과 평균 구멍 직경(Av)의 비(Ma/Av)가 2 이하인 것이 바람직하다. 단, 이러한 구멍 직경은 습식 부직포로부터 임의의 위치에서 크기 3㎝×3㎝(정방형)의 시료를 얻고, 그 시료에 있어서 표면에 나타나는 구멍을 랜덤하게 5개소 구멍 직경을 측정하여 그 최대 구멍 직경(Ma)과 평균 구멍 직경(Av)을 구하는 것으로 한다. 또한, 구멍 형상이 진원이 아닌 경우에는 장경을 구멍 직경으로 한다.

또한, 본 발명의 필터는 상기 습식 부직포를 이용하여 이루어지는 필터이다. 이러한 필터로서는 화학 필터, 공기 필터, 액체 필터 등이 바람직하게 예시된다. 또한, 상기 습식 부직포 상에 다른 포백을 적층하여 필터로 하여도 되지만, 습식 부직포를 단층으로서 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 필터는 상기 습식 부직포 를 이용하기 때문에, 우수한 포집 효율을 나타낸다. 또한, 상기 습식 부직포는 균질하고 구멍 직경이 매우 작기 때문에 필터로서 매우 바람직하게 사용할 수 있는데, 공판 인쇄용 원지, 와이퍼, 전지 세퍼레이터, 인공 피혁 등으로서도 사용할 수 있다.

<실시예>

다음에, 본 발명의 실시예 및 비교예를 상세하게 설명하는데, 본 발명은 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.

(1) 용융 점도

건조 처리 후의 폴리머를 방사시 압출기(extruder)의 용융 온도로 설정한 오리피스에 세팅하여 5분간 용융시켜 유지한 후, 수 수준의 하중을 가하여 압출하고, 그때의 전단 속도와 용융 점도를 플롯하였다. 그 플롯을 완만하게 이어서 전단 속도-용융 점도 곡선을 작성하고, 전단 속도가 1000초^-1일 때의 용융 점도를 보았다.

(2) 용해 속도 측정

해 성분 및 도 성분의 폴리머를 각각, 직경 0.3㎜, 길이 0.6㎜의 모세관을 24공 갖는 구금으로부터 토출하고, 1000∼2000m/분의 방사 속도로 인취하여 얻은 미연신사를 잔류 신도가 30∼60%의 범위가 되도록 연신하여, 83dtex/24필라멘트의 멀티필라멘트를 제작하였다. 이것을 소정의 용제 및 용해 온도에서 욕비 100으로 하여, 용해 시간과 용해량으로부터 감량 속도를 산출하였다.

(3) 섬유 직경(D)

투과형 전자 현미경 TEM(측장 기능 부여)을 사용하여 배율 30000배로 섬유 단면 사진을 촬영하여 측정하였다. 단, 섬유 직경(D)은, 단섬유 횡단면에 있어서의 그 외접원의 직경을 이용하였다(n수 5의 평균값).

(4) 섬유 길이(L)

주사형 전자 현미경(SEM)에 의해, 해 성분 용해 제거 전의 극세 단섬유(단섬유(A))를 기반 상에 눕힌 상태로 하여 20∼500배로 섬유 길이(L)를 측정하였다(n수 5의 평균값). 이때, SEM의 측장 기능을 활용하여 섬유 길이(L)를 측정하였다.

(5) 인장 강도(열단 길이)

JIS P8113(종이 및 판지의 인장 강도 시험 방법)에 기초하여 인장 강도(열단 길이)를 측정하였다.

(6) 구멍 직경

세이카산교(주)제 PMI 펌 포로미터(ASTM E1294-89 준거)를 이용하여, 최대 구멍 직경(Ma)(㎛)과 평균 구멍 직경(Av)(㎛)을 측정하였다. 최대 구멍 직경(Ma)과 평균 구멍 직경(Av)의 비(Ma/Av)가 2 이하인 것을 합격으로 한다.

(7) 신도

JIS P8132(종이 및 판지의 신장 시험 방법)에 기초하여 신도를 측정하였다.

(8) 기본 중량

JIS P8124(종이의 미터 평량 측정 방법)에 기초하여 기본 중량을 측정하였다.

(9) 두께

JIS P8118(종이 및 판지의 두께와 밀도의 시험 방법)에 기초하여 두께를 측정하였다.

(10) 밀도

JIS P8118(종이 및 판지의 두께와 밀도의 시험 방법)에 기초하여 밀도를 측정하였다.

(11) 융점

듀퐁(Du Pont)사제, 열 시차 분석계 990형을 사용하여 승온 20℃/분으로 측정하여 융해 피크를 구하였다. 융해 온도가 명확하게 관측되지 않는 경우에는, 미량 융점 측정 장치(야나기모토제작소제)를 이용하고, 폴리머가 연화되어 유동을 시작한 온도(연화점)를 융점으로 하였다. 또한, n수 5에서 그 평균값을 구하였다.

[실시예 1]

도 성분에 285℃에서의 용융 점도가 120㎩·초인 폴리에틸렌테레프탈레이트, 해 성분에 285℃에서의 용융 점도가 135㎩·초인 평균 분자량 4000의 폴리에틸렌글리콜을 4중량%, 5-나트륨술포이소프탈산을 9몰% 공중합한 개질 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하고, 해:도=10:90의 중량 비율로 도의 개수 400의 구금을 이용하여 방사하고, 방사 속도 1500m/분으로 인취하였다. 알칼리 감량 속도 차는 1000배였다. 이것을 3.9배로 연신한 후, 길로틴 커터로 1000㎛로 커트하여, 단섬유(A)용 복합 섬유를 얻었다. 이것을 4% NaOH 수용액으로 75℃에서 10% 감량한 결과, 섬유 직경과 섬유 길이가 비교적 균일한 극세 단섬유가 생성되고 있는 것을 확인하여 본 섬유를 단섬유(A)로 하였다(섬유 직경 750㎚, 섬유 길이 1㎜, L/D=1333, 환단면).

한편, 바인더 섬유(B)로서 심초 복합형 바인더 단섬유(섬도 1.1dtex(섬유 직경 10㎛), 섬유 길이 5㎜, 권축 없음, 심/초=50/50, 심:융점 256℃의 폴리에틸렌테레프탈레이트, 초:테레프탈산, 이소프탈산, 에틸렌글리콜 및 디에틸렌글리콜을 주성분으로 하는 연화점 110℃의 공중합 폴리에스테르), 이 이외에 폴리에틸렌테레프탈레이트 단섬유(섬도 1.7dtex(섬유 직경 12㎛), 섬유 길이 5㎜, 권축 없음)를 소정의 비율(단섬유(A)/바인더 섬유(B)/그 외 섬유=20/30/50)로 혼합 교반하고, TAPPI(쿠마가이리키공업제 각형 시트머신, 이하 동일)에 의해 초지한 후, 양키 건조기 건조(120℃×2분)를 실시하여, 기본 중량 50.3g/㎡의 습식 부직포를 얻었다. 얻어진 습식 부직포의 물성을 표 1에 나타낸다. 또한, 그 습식 부직포 단면의 전자 현미경 사진을 도 1에 나타낸다.

또한, 이러한 습식 부직포를 이용하여 공기 필터를 얻어 사용한 결과, 포집 효율이 우수하였다.

[실시예 2]

실시예 1에서 사용한 섬유의 비율을 변경(단섬유(A)/바인더 섬유(B)/그 외 섬유=50/30/20)한 것 이외에는 마찬가지의 조건으로 처리/가공하여 습식 부직포를 얻었다. 얻어진 습식 부직포의 물성을 표 1에 나타낸다.

[실시예 3]

실시예 1에서 사용한 섬유의 비율을 변경(단섬유(A)/바인더 섬유(B)/그 외 섬유=20/50/30)한 것 이외에는 마찬가지의 조건으로 처리/가공하여 습식 부직포를 얻었다. 얻어진 습식 부직포의 물성을 표 1에 나타낸다.

[실시예 4]

실시예 1과 마찬가지의 원면 구성에 있어서, 기본 중량을 156.3g/㎡로 한 것 이외에는 마찬가지의 조건으로 하여 습식 부직포를 얻었다. 얻어진 습식 부직포의 물성을 표 1에 나타낸다.

[실시예 5]

실시예 1에서 사용한 단섬유(A)와 바인더 섬유(B)를 각각 50중량%, 50중량%로 한 것 이외에는 마찬가지의 조건으로 습식 부직포를 얻었다. 얻어진 습식 부직포의 물성을 표 1에 나타낸다.

[비교예 1]

실시예 1에서 사용한 섬유의 비율을 변경(단섬유(A)/바인더 섬유(B)/그 외 섬유=3/50/47)한 것 이외에는 마찬가지의 조건으로 처리/가공하여 습식 부직포를 얻었다. 얻어진 습식 부직포의 물성을 표 1에 나타낸다.

[비교예 2]

실시예 1에서 사용한 섬유의 비율을 변경(단섬유(A)/바인더 섬유(B)/그 외 섬유=30/60/10)한 것 이외에는 마찬가지의 조건으로 처리/가공하여 습식 부직포를 얻었다. 얻어진 습식 부직포의 물성을 표 1에 나타낸다.

[비교예 3]

실시예 1에서 사용한 단섬유(A) 대신에, 연신된 폴리에틸렌테레프탈레이트 단섬유(섬도 0.1dtex(섬유 직경 3㎛), 섬유 길이 3㎜, L/D=1000)를 사용하는 것 이외에는 마찬가지의 조건으로 습식 부직포를 얻었다. 얻어진 습식 부직포의 물성을 표 1에 나타낸다. 또한, 그 습식 부직포 단면의 전자 현미경 사진을 도 2에 나타낸다. 또한, 이러한 습식 부직포를 이용하여 공기 필터를 얻어 사용한 결과, 실시예 1에서 얻어진 공기 필터에 비하여 포집 효율이 떨어지는 것이었다.

[비교예 4]

실시예 1에서 사용한 단섬유(A)의 섬유 길이를 2㎜로 변경(애스펙트(aspect)비(L/D)=2667)한 것 이외에는 마찬가지의 조건으로 습식 부직포를 얻었다. 애스펙트비가 커졌기 때문에, 분산성이 악화되어 불균일이 많은 샘플(불합격)이 되었다.

본 발명에 의하면, 2종 이상의 섬유를 포함하는 습식 부직포로서, 포집 효율이 우수한 필터를 얻는 것이 가능한 습식 부직포, 및 상기 습식 부직포를 이용하여 이루어지는 필터가 제공되고, 그 공업적 가치는 매우 크다.

Claims

2종 이상의 섬유를 포함하는 습식 부직포로서,

섬유 형성성 열가소성 폴리머로 이루어지고 섬유 직경(D)이 550∼800㎚이고, 또한, 상기 섬유 직경(D)에 대한 섬유 길이(L)의 비(L/D)가 100∼2500의 범위 내인 단섬유(A)를 부직포 전체 중량에 대하여 4∼50중량% 포함하고,

또한, 단섬유 섬도가 0.1dtex 이상인 바인더 섬유(B)를 부직포 전체 중량에 대하여 10∼50중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 습식 부직포.
제1항에 있어서, 상기 단섬유(A)가, 섬유 형성성 열가소성 폴리머로 이루어지고 또한 도 직경(D)이 100∼1000㎚인 도 성분과, 상기 섬유 형성성 열가소성 폴리머보다 알칼리 수용액에 대하여 용해되기 쉬운 폴리머로 이루어지는 해 성분을 갖는 복합 섬유를 커트한 후, 상기 복합 섬유에 알칼리 감량 가공을 실시함으로써 상기 해 성분을 용해 제거한 것인 습식 부직포.
제2항에 있어서, 상기 복합 섬유에 있어서, 해 성분이 5-나트륨술폰산을 6∼12몰% 및 분자량 4000∼12000의 폴리에틸렌글리콜을 3∼10중량% 공중합한 폴리에틸렌테레프탈레이트로 이루어지는 습식 부직포.
제2항에 있어서, 상기 복합 섬유에 있어서, 도 성분이 폴리에스테르로 이루 어지는 습식 부직포.
제2항에 있어서, 상기 복합 섬유에 있어서, 도의 개수가 100 이상인 습식 부직포.
제2항에 있어서, 상기 복합 섬유에 있어서, 해 성분과 도 성분의 복합 중량 비율(해:도)이 20:80∼80:20의 범위 내인 습식 부직포.
제1항에 있어서, 상기 바인더 섬유(B)는 폴리에스테르 폴리머가 방사 속도 800∼1200m/분으로 방사된 미연신 폴리에스테르 섬유인 습식 부직포.
제1항에 있어서, 상기 바인더 섬유(B)는 심부가 폴리에틸렌테레프탈레이트로 형성되고, 또한 초부가 공중합 폴리에스테르로 형성되는 심초형 복합 섬유인 습식 부직포.
제1항에 있어서, 습식 부직포의 기본 중량이 20∼500g/㎡의 범위 내인 습식 부직포.
제1항에 있어서, 습식 부직포의 표면에 있어서, 최대 구멍 직경(Ma)과 평균 구멍 직경(Av)의 비(Ma/Av)가 2 이하인 습식 부직포.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 습식 부직포를 이용하여 이루어지는 필터.