KR101428818B1 - 유착 여과 매체 및 방법 - Google Patents

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데이비드 찰스 존스
현 성 림
카르스텐 켈러
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이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니
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Abstract

기체 스트림으로부터 액체 에어로졸, 오일 및/또는 물을 제거하기 위한 유착 여과 매체를 개시한다. 매체는, 각각의 나노섬유 층의 평균 섬유 직경이 약 800 nm 미만이고 기초 중량이 약 2.5 g/m2 이상이며 실질적으로 폴리올레핀-무함유인 연속적 중합체 나노섬유의 1개 이상의 나노섬유 층의 나노섬유 웹을 함유한다.
유착 여과 매체, 기체 스트림, 나노섬유, 폴리올레핀-무함유, 나노섬유 웹

Description

유착 여과 매체 및 방법{COALESCING FILTRATION MEDIUM AND PROCESS}
본 발명은 유착 여과 매체, 특히 압축 공기 또는 기체 스트림으로부터 액체 에어로졸, 오일 또는 물을 제거하기 위한 여과 매체에 관한 것이다.
압축기 또는 진공 펌프에 사용되는 기체 스트림, 및 냉각 또는 공기 조절 압축기에 사용되는 냉매는 액체 에어로졸, 오일 및 물로 오염될 수 있다. 오염물을 제거하기 위해 여과 장치가 사용될 수 있다. 오염물은, 여과 장치에 사용되는 유착 여과 매체 상에 수집된다. 유착 여과 매체는 부직포 물질 상의 직포로부터 제조될 수 있다. 이러한 물질들은 셀룰로스, 유리 또는 합성 섬유의 고밀도 매트로 이루어진다. 효율적이도록, 유착 여과 매체는, 적절한 공기 투과성을 허용하여 최소한의 임피던스 또는 압력 강하로 기체 스트림이 여과기 매체를 통해 흐를 수 있게 하면서 오염물을 포획해야 한다. 또한, 비용 절감을 위해 유착 여과 매체의 기초 중량이 최소인 것이 유용할 것이다.
미국 특허 출원 제2004/0038014호에는, 기체 또는 액체 스트림으로부터 미립자 물질을 제거하기 위한 중합체 여과기 매체가 기술되어 있다. 여과기 매체는 0.03 내지 0.5 미크론의 직경을 갖는 유기 중합체 섬유로부터 제조되고, 여과기 매체는 두께가 1 내지 100 미크론이고, 고형도가 5% 내지 50%이다. 상기 여과기 매 체에 대한 실시예에는, 중합체 여과기 매체를 갖추기 위한 수백 또는 수천 개의 층을 사용하는 것이 개시되어 있다.
미국 특허 출원 제2004/0261381호에는, 기체 스트림으로부터 입자를 제거하기 위한, 특히 압축기 또는 진공 펌프에서 공기 스트림의 오일 제거를 위한 막을 포함한 여과 부재가 기술되어 있다. 막은, 폴리아미드로부터 제조되고 섬유 직경이 50 내지 1000 나노미터이며 기초 중량이 20 내지 200 g/m2인 나노섬유 물질의 1개 이상의 층을 포함한다. 그러나, 막은, 추가의 여과기 성분으로서 작용하는 복수의 여과기 층들 사이에 배치되어야 한다.
낮은 압력 강하, 높은 공기 투과성, 낮은 기초 중량 및 최소 수의 여과기 층을 가지면서 기체 스트림으로부터 액체 에어로졸, 오일 또는 물을 제거하는데 효율적인 나노섬유 웹으로부터 제조된 유착 여과 매체를 제공하는 것이 유리할 것이다.
발명의 개요
제1 실시양태에서, 본 발명은, 각각의 나노섬유 층의 평균 섬유 직경이 약 800 nm 미만이고 기초 중량이 약 2.5 g/m2 이상이고, 실질적으로 폴리올레핀-무함유인 연속적 중합체 나노섬유의 1개 이상의 나노섬유 층의 나노섬유 웹을 포함하는, 기체 스트림으로부터 액체 에어로졸, 오일 및/또는 물을 제거하기 위한 유착 여과 매체에 관한 것이다.
본 발명의 제2 실시양태는, 액체 에어로졸, 오일 및/또는 물을 함유하는 기체 스트림을, 각각의 나노섬유 층의 평균 섬유 직경이 약 800 nm 미만이고 기초 중 량이 약 2.5 g/m2 이상이며, 실질적으로 폴리올레핀-무함유인 연속적 중합체 나노섬유의 1개 이상의 나노섬유 층의 나노섬유 웹을 포함하는 유착 여과 매체에 통과시키고, 상기 기체 스트림으로부터 상기 액체 에어로졸, 오일 및/또는 물의 적어도 일부를 제거하는 것을 포함하는, 기체 스트림으로부터 액체 에어로졸, 오일 및/또는 물을 제거하는 방법에 관한 것이다.
정의
용어 "유착 여과 매체" 또는 "매체"는, 이를 통해 액체 또는 액체-유사 물질, 예컨대 액체 에어로졸, 오일 및/또는 물 담지 기체가 통과하여 매체 내 또는 상에 액체 또는 액체-유사 물질이 동시적이고 적어도 임시적으로 침착되는 물질 또는 물질의 집합을 지칭한다. 액체 또는 액체-유사 물질은 1종의 물질 또는 2종 이상의 물질의 조합일 수 있음을 참고하여야 한다. 액체 또는 액체-유사 물질 이외에, 매체의 성질로 인해 매체는 고체 미립자 물질을 또한 차단할 수 있다.
용어 "나노섬유"는 1,000 나노미터 미만의 직경을 갖는 섬유를 지칭한다.
용어 "나노섬유 웹"은 방사 공정, 예컨대 전기방사 또는 전기블로잉에 의해 생성된 나노섬유로부터 제조된 시트-유사 부직포를 지칭한다. 웹은 하나 이상의 수집물 통과에 의해 또는 하나 이상의 방사 빔을 사용하여 형성된 1개 이상의 나노섬유 층으로 이루어질 수 있다.
용어 "나노섬유 층"은 단지 단일 통과의 방사 공정 동안에 단일 방사 빔에 의해 형성된 섬유의 군을 지칭한다. 물리적으로, 부직포 방법에서 형성된 나노섬 유 층은 일반적인 방식에 의해 1개를 초과하는 나노섬유의 층으로 끊어지지 않을 것이다.
용어 "통과"는 하나의 방사 빔을 사용하는 하나의 방사 가동으로부터 나노섬유가 형성되는 나노섬유 층의 형성 공정을 지칭한다. 용어 "통과"는 하나의 방사 빔을 사용하는 하나를 초과하는 방사 가동을 지칭한다. 구체적으로, 제 1 통과 후, 형성된 나노섬유는 1회 또는 그 이상의 횟수로 방사 영역을 통과하며, 후속적 나노섬유 층이 기존의 나노섬유 층에 부가된다.
용어 "방사 빔" 또는 "방사 팩"은 방사 장치를 지칭한다. 각각의 방사 빔 또는 방사 팩은, 나노섬유 층을 생성하기 위해 선형 또는 방사형으로 배열된 다수의 방사 노즐로 구성될 수 있다. 단일 방사 장치에 다중 방사 빔이 사용된다면, 단일 방사 통과로 다중 나노섬유 층이 생성될 것이다.
도 1은 본 발명에 사용하기에 적합한 나노섬유 형성을 위한 종래 기술의 전기블로잉 장치의 도해이다.
본 발명은 압축 공기 또는 기체 스트림으로부터 액체 에어로졸, 오일 및/또는 물을 제거하는데 사용될 수 있는 유착 여과 매체에 관한 것이다. 특히, 상기 매체는 압축기 또는 진공 펌프 내의 공기 스트림으로부터 오일 연무를 제거하는데 사용될 수 있다.
유착 여과 매체는 1개 이상의 나노섬유 층의 나노섬유 웹을 포함한다. 나노섬유 층은, 약 800 nm 미만의 직경을 갖는, 실질적으로 연속적이고 실질적으로 폴리올레핀-무함유인 유기 중합체 나노섬유의 집합을 포함한다. 나노섬유 층은 정전 블로잉 방사 (이하, "전기블로잉"으로 지칭함)에 의해 형성될 수 있다. 전기블로잉을 통해 나노섬유를 형성하기 위한 방법은, 본원에 참고로 혼입된 PCT 특허 공개 제WO 03/080905A호 (2003년 11월 19일 출원된 미국 출원 제10/477,882호의 대응 출원)에 개시되어 있다. WO 03/080905A호에는 나노섬유 웹의 생성을 위한 장치 및 방법 (본질적으로, 도 1에 나타낸 장치)가 개시되어 있다.
방법은, 저장 탱크 (100)의 중합체 및 용매를 포함하는 중합체 용액의 스트림을, 높은 전압이 인가되고 이를 통해 중합체 용액이 배출되는 방사구 (102) 내의 일련의 방사 노즐 (104)로 공급하는 것을 포함한다. 한편, 공기 가열기 (108)에서 임의적으로 가열되는 압축 공기는 방사 노즐 (104)의 측면 또는 주변에 배치된 공기 노즐 (106)로부터 유출된다. 일반적으로, 공기는, 새로이 배출된 중합체 용액을 포위하고 나아가게 하며, 송풍기 (112)의 입구로부터 진공이 가해지는 진공 챔버 (114) 위쪽의 접지된 다공성 수집 벨트 (110) 상에 수집되는 섬유 웹을 형성하는데 조력하는 블로잉 기체 스트림으로서 아래쪽을 향한다 .
나노섬유의 평균 섬유 직경은 약 800 nm 미만, 심지어는 약 50 nm 내지 약 500 nm, 심지어는 약 100 nm 내지 약 400 nm이다. 각각의 나노섬유 층은 약 2.5 g/m2 이상, 심지어는 약 5 g/m2 내지 약 100 g/m2, 심지어는 약 10 g/m2 내지 약 75 g/m2의 기초 중량을 갖는다. 각각의 나노섬유 층은 약 10 ㎛ 내지 약 600 ㎛, 심지어는 약 20 ㎛ 내지 약 250 ㎛, 심지어는 약 30 ㎛ 내지 약 200 ㎛의 두께를 갖는다.
전기블로잉 공정은, 나노섬유의 제조에서 이전에 공지된 것보다 높은 처리량이 가능하기 때문에 단일 통과로 형성될 공기 유착 여과 매체에서 적합한 기초 중량의 나노섬유 층을 사용할 수 있다. 전기블로잉 공정의 높은 처리량에 비추어, 약 0.75 m/분 이상, 심지어는 약 1.5 m/분 이상의 수집 벨트 속도로 약 2.5 g/m2 이상의 나노섬유 층이 형성될 수 있다. 나노섬유의 형성을 위한 전기블로잉 공정에서 중합체 용액 처리량은 방사구 구멍 1개 당 약 1 cm3/분 이상, 유리하게는 구멍 1개 당 약 2 cm3/분 이상이다. 따라서, 통상적으로 방사 빔으로 지칭되는 방사구의 길이를 따라 일련의 방사 노즐 또는 구멍을 갖도록 방사구를 형상화하고, 상기 높은 흐름 속도로 각각의 노즐 또는 구멍을 통해 중합체 용액을 수송함으로써, 오늘날까지 공지된 것보다 더 큰 기초 중량의 나노섬유 층을 단일 통과로 형성시킬 수 있다. 중합체 용액 처리량 및 수집 벨트 속도에 따라, 단일 통과로 약 2.5 g/m2 내지 심지어는 100 g/m2까지의 기초 중량을 갖는 단일 나노섬유 층을 형성시킬 수 있다.
반면, 적합한 기초 중량의 나노섬유 웹을 형성하기 위한 기존의 방법은, 심지어 1 g/m2의 기초 중량으로 증강시키기 위해서도 나노섬유 형성 공정을 통한 수집 장치의 반복적 통과를 필요로 한다. 본 발명에 따른 1회 통과로 나노섬유 웹을 형성시킴으로써, 조작이 덜 요구되어 최종 나노섬유 웹에 결함이 도입될 기회가 줄어든다. 전기블로잉 공정의 높은 중합체 용액 처리량으로, 나노섬유 제조에서 이전에 공지된 것보다 더 경제적인 방법이 제공된다.
물론, 당업자라면 특정 환경 하에서 총 나노섬유 웹 기초 중량을 증강시키기 위해 다중 방사 빔을 통한 다중 통과 또는 단일 통과로 각각 약 2.5 g/m2 이상의 다중 나노섬유 층이 침착되도록 방사 조건을 조정하는 것이 유리할 수 있음을 인지할 것이다. 나노섬유 적층(laydown) 속도를 변경하여 단일 나노섬유 층의 기초 중량을 변경시키기 위해 수집 벨트 속도, 중합체 용액 처리량의 방사 조건을 변화시키고 심지어는 용액 중의 중합체 농도를 변화시킬 수 있다.
유착 여과 매체의 나노섬유 층은 유기 중합체 나노섬유로부터 제조된다. 이들 중합체 섬유는 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리아라미드, 폴리벤즈이미다졸, 폴리에테르이미드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리아닐린, 폴리(에틸렌 옥시드), 폴리(에틸렌 나프탈레이트), 폴리(부틸렌 테레프탈레이트), 스티렌 부타디엔 고무, 폴리스티렌, 폴리(비닐 클로라이드), 폴리(비닐 알콜), 폴리(비닐리덴 플루오라이드), 폴리(비닐 부틸렌) 및 이들의 공중합체 또는 유도체 화합물로부터 선택된 합성 중합체로부터 제조된다. 유착 여과 매체를 위한 나노섬유 웹은 폴리올레핀-무함유이어야 하는데, 이는 폴리올레핀은 오일과 접촉시 팽윤하는 경향이 있어, 결국 압력 강하를 증가시키고 여과기를 통한 기체 흐름을 감소시킬 것이기 때문이다.
또다른 실시양태에서, 유착 여과 매체는 다공성 담체 층 (본원에서 "스크림"이라고도 지칭함)과 함께, 1개 이상의 나노섬유 층이 있는 나노섬유 웹으로부터 제조될 수 있다. 상기 조합은, 스크림에 나노섬유 웹을 접착 라미네이팅하거나, 상기 기술된 공정에서 수집 벨트 (110) 상에 스크림을 배치하여 스크림 상에 나노섬유 층을 직접 형성시켜 스크림/나노섬유 층 구조를 형성시킴으로써(이 경우, 나노섬유 층은 스크림에 기계적 엉킴에 의해 접착됨) 제조될 수 있다. 스크림은 부직포 웹 또는 직포 직물의 1개 이상의 층일 수 있다. 유리하게는, 스크림은 단일 스펀본드 부직포 웹 또는 단일 카딩 부직포 웹일 수 있다.
본 발명의 유착 여과 매체는 임의의 목적하는 여과기 형태, 예컨대 카트리지, 평면 디스크 및 캐니스터로 제작될 수 있다. 이러한 구조 내에서, 매체는 주름지거나, 롤링되거나, 다른 방식으로 지지 구조체 상에 위치할 수 있다. 본 발명의 유착 여과 매체는, 타원형 여과기, 카트리지 여과기, 나선형 권취식 여과기 구조를 포함한 사실상 임의의 통상적인 구조로 사용될 수 있고, 주름형 Z 여과기, 또는 유용한 형상 또는 프로파일로의 매체의 형성을 비롯한 기타 기하적 형태로 사용될 수 있다. 유리한 기하구조로는 주름형 패턴 및 원주형 패턴이 포함된다. 일반적으로, 상기 원주형 패턴이 바람직한데, 이는 원주형 패턴이 제조하기에 비교적 간단하고, 통상적인 여과기 제조 기법을 사용하고, 비교적 다루기 쉽기 때문이다. 매체의 주름은 주어진 부피 내에서 매체 표면적을 증가시킨다.
유착 여과 매체의 여과 효율은 약 99.5% 이상, 심지어는 약 99.9% 이상, 심지어는 약 99.999% 이상이다.
유착 여과 매체의 초기 압력 강하 (본원에서 "압력 강하" 또는 "압력 차동"이라고도 지칭함)는 약 200 mm H2O 미만, 심지어는 약 100 mm H2O 미만이다. 액체 또는 액체-유사 물질이 여과기를 막기 때문에, 여과기를 가로지르는 압력 강하는 사용하는 동안에 시간이 흐르면서 증가한다. 기타 변수가 일정하게 유지된다고 가정할 때, 여과기를 가로지르는 압력 강하가 클수록 여과기 수명은 짧아진다. 전형적으로 여과기는, 여과기를 가로지르는 소정의 제한 압력 강하에 이를 때 교체가 필요한지 결정된다. 제한 압력 강하는 적용에 따라 달라진다. 상기 압력의 증강은 물질 하중으로 초래되기 때문에, 전형적으로 동일한 효율의 시스템에서 더 긴 수명은 더 높은 하중 용량과 직접적으로 관련된다. 효율은, 매체가 물질을 통과시키는 것이 아닌 트랩하는 경향이다. 일반적으로, 기타 변수가 일정하게 유지된다고 가정할 때, 보다 효율적인 여과기 매체는 기체 흐름 스트림으로부터 물질을 제거할 때 보다 신속하게 여과기 매체가 "수명" 압력 차동에 근접할 것이다.
기타 변수가 일정하게 유지된다고 가정할 때, 유착 여과 매체의 공기 투과성이 클수록 압력 강하가 적어져 여과기 수명은 더 길어진다. 유리하게는, 본 발명의 유착 여과 매체의 프라지에(Frazier) 공기 투과성은 바람직하게는 약 1 m3/분/m2 이상, 심지어는 약 1 내지 약 50 m3/분/m2이다.
시험 방법
상기 설명 및 하기 비제한적 실시예에서, 기록된 다양한 특성 및 성질을 결정하기 위해 하기 시험 방법을 사용하였다. ASTM는 미국재료시험학회(American Society for Testing and Materials)를 지칭하고, CAGI는 공기가스압축학회(Compressed Air and Gas Institute)를 지칭한다.
여과 효율은, 여과기가 기체 스트림으로부터 입자를 제거하는 능력의 척도이고, CAGI ADF 400에 따라 수행되며, %로 기록하였다. 시험 조건에는, 10 mg/m3의 농도에서 30 중량 오일의 오염물, 및 90 mm 직경의 편평한 오일 포화 시험 시편을 가로지르는 면속도가 0.2 m/s인 공기 흐름이 포함되었다. 샘플 효율은 21 ℃의 온도, 45%의 상대 습도 및 740 mm Hg의 기압에서 측정하였다. 데이타는 MIE 데이타램(DataRam) 4 모델(Model) DR-40000 시험 장치 (테르모 일렉트론사(Thermo Electron Corporation)로부터 입수가능함)를 사용하여 수집하였다.
압력 강하 또는 차동 압력은, 오일 포화 여과기를 가로지르는 기체 스트림의 압력 변화의 척도이고, CAGI ADF 400에 따라 수행되며, 물 컬럼의 mm (본원에서 mm H2O로도 지칭함)로 기록하였다. 시험 조건은 여과 효율 시험 방법에서 기술하였다.
프라지에 공기 투과성은, 다공성 물질의 표면들 사이의 소정의 압력 차동 하에서 다공성 물질을 통과하는 공기 흐름의 척도이고, ASTM D-737에 따라 수행되며, m3/분/m2로 기록하였다. 프라지에 공기 투과성은, 0.5 인치 (12.7 mm) 물의 차동 압력에서 물질을 통해 흐르는 공기의 부피를 측정하였다. 샘플을 통한 공기의 흐름을 측정가능한 양으로 제한하기 위해 진공 시스템에 오리피스를 설치하였다. 오 리피스의 크기는 물질의 다공도에 좌우된다. 프라지에 공기 투과성은, 보정된 오리피스가 있는 이중 압력계(쉐르만 더블유. 프라지에사(Sherman W. Frazier Co.))를 사용하여 ft3/분/ft2 단위로 측정하였고, m3/분/m2 단위로 전환하였다.
섬유 직경은 다음과 같이 결정하였다. 각각의 나노섬유 층 샘플의 10개의 5,000배 확대 주사 전자 현미경 (SEM) 이미지를 찍었다. 명확하게 구별가능한 11개의 나노섬유의 직경을 각각의 SEM 이미지로부터 측정하고 기록하였다. 결함 (즉, 나노섬유 덩어리, 중합체 점적, 나노섬유 교차)이 포함되어 있지 않았다. 각 샘플의 평균 섬유 직경을 계산하고, 나노미터 (nm)로 기록하였다.
두께는 ASTM D-1777에 의해 결정하고, 마이크로미터 (㎛)로 기록하였다.
기초 중량은 ASTM D-3776에 의해 결정하고, g/m2으로 기록하였다.
실시예
이후 하기 실시예에서 본 발명을 보다 상세히 기술할 것이다. PCT 공개 제WO 2003/080905호에 개시된 바와 같은, 본원의 도 1에 예시된 본 발명의 나노섬유 웹을 형성하기 위한 전기블로잉 방사 또는 전기블로잉 방법 및 장치를 사용하여 하기 실시예의 나노섬유 층 및 웹을 제조하였다.
99% 순도의 포름산 (케미라 오이지(Kemira Oyj)(핀란드 헬싱키 소재)로부터 입수가능함) 중의 24 중량%의 나일론 6,6 중합체 (밀도: 1.14 g/cc) (이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니(E.I. du Pont de Nemours and Company) (미국 델라웨어주 윌밍톤 소재)로부터 입수가능함)의 용액을 전기블로잉시킴으로써 나노섬유 층의 나노섬유 웹을 제조하였다. 중합체 및 용매를 용액 믹스 탱크로 공급하고, 용액을 저장고로 옮기고 계량하여 기어 펌프를 통해 일련의 방사 노즐 및 기체 주입 노즐을 갖는 전기블로잉 방사 팩으로 보냈다. 방사 팩은 약 13 ℃ 내지 약 26 ℃의 온도에서 약 9 bar 내지 약 13 bar의 방사 노즐 내 용액의 압력으로 유지하였다. 방사구를 전기적으로 절연시키고, 65 kV의 전압을 인가하였다. 온도가 약 34 ℃ 내지 약 79 ℃인 압축 공기를 약 4.7 m3/분 내지 약 6 m3/분의 속도 및 240 mm H2O 내지 약 410 mm H2O의 압력으로 방사 팩으로부터 기체 주입 노즐을 통해 주입하였다. 섬유는 대기압, 약 50% 내지 약 72%의 상대 습도 및 약 13 ℃ 내지 약 24 ℃의 온도에서 방사 노즐에서 공기로 나왔다. 약 2.0 m/분 내지 약 14.8 m/분의 속도로 이동하는 다공성 벨트 상으로 팩의 출구 아래 약 300 mm 내지 약 360 mm에 섬유가 적층되었다. 다공성 벨트 아래의 진공 챔버는 섬유의 적층에 조력하였다.
실시예 1
단일 나노섬유 층의 나노섬유 웹을 제조하였다. 팩은 24 ℃의 실온에 있었고, 방사 노즐 내 용액의 압력은 11 bar이었다. 온도가 60 ℃인 압축 공기를, 5.5 m3/분의 속도 및 320 mm H2O의 압력으로 방사 팩으로부터 기체 주입 노즐을 통해 주입하였다. 형성된 섬유는, 7.38 m/분으로 이동하는 다공성 수집기 벨트 상으로 팩의 출구 아래 330 mm에 적층되었다. 벨트 아래의 진공 챔버는, 나노섬유 웹을 구성하는 단일 나노섬유 층으로 섬유가 적층되는 것을 조력하였다. 나노섬유 웹 성 질을 표에 요약하였다.
실시예 2
다공성 수집기 벨트의 속도를 14.78 m/분으로 증가시킨 것을 제외하고는, 실시예 1과 유사하게 실시예 2를 제조하였다. 이로써 기초 중량이 실시예 1의 약 반인 나노섬유 층이 생성되었다. 생성된 나노섬유 층을 다공성 수집기 벨트 상에 놓고, 전기블로잉 공정에 통과시켜 또다른 나노섬유 층을 수집하였다. 실시예 2의 중(heavy) 나노섬유 웹 1개에 5개의 나노섬유 층이 수집될 때까지 상기 공정을 반복하였다. 각각의 추가의 나노섬유 층이 부가될 때마다, 진공 챔버의 진공을 증가시켰다.
별법으로서, 본 실시예는 다공성 수집기 벨트를 적절하게 감소시킴으로써 전기블로잉 공정을 1회 통과시켜 제조할 수 있었다. 나노섬유 웹 성질을 표에 요약하였다.
실시예 3
나노섬유 층을 실시예 2와 유사하게 부가한 것을 제외하고는, 실시예 1과 유사하게 실시예 3을 제조하였다. 총 4개의 나노섬유 층을 수집하였다. 나노섬유 웹 성질을 표에 요약하였다.
실시예 4
더 작은 평균 직경의 섬유를 제조하기 위해 공정 조건을 약간 변화시키는 것을 제외하고는, 실시예 1과 유사한 방식으로 실시예 4를 제조하였다. 방사 팩은 13 ℃의 실온에서 방사 노즐 내 용액의 압력이 13 bar이었고, 온도가 34 ℃인 압축 공기를 4.7 m3/분의 속도 및 240 mm H2O의 압력으로 방사 팩으로부터 기체 주입 노즐을 통해 주입하였다. 형성된 섬유는, 5.67 m/분으로 이동하는 다공성 수집기 벨트상으로 팩의 출구 아래 300 mm에 적층되었다. 벨트 아래의 진공 챔버는, 나노섬유 웹을 구성하는 단일 나노섬유 층으로 섬유가 적층되는 것을 조력하였다. 나노섬유 웹 성질을 표에 요약하였다.
실시예 5
다공성 수집기 벨트의 속도를 11.30 m/분으로 증가시킨 것을 제외하고는, 실시예 4와 유사하게 실시예 5를 제조하였다. 이로써 기초 중량이 실시예 4의 약 반인 나노섬유 층이 생성되었다. 또한, 추가의 나노섬유 층을 실시예 2와 유사한 방식으로 부가하였다. 총 5개의 나노섬유 층을 수집하였다. 나노섬유 웹 성질을 표에 요약하였다.
실시예 6
추가의 나노섬유 층을 실시예 2와 유사하게 부가한 것을 제외하고는, 실시예 4와 유사하게 실시예 6을 제조하였다. 총 4개의 나노섬유 층을 수집하였다. 나노섬유 웹 성질을 표에 요약하였다.
실시예 7
단일 빔 방사기를 통한 단일 통과로 높은 기초 중량을 갖는 단일 나노섬유 층의 나노섬유 웹을 제조하기 위해 공정 조건을 약간 변화시킨 것을 제외하고는, 실시예 4와 유사한 방식으로 실시예 7을 제조하였다.
형성된 섬유는, 2.1 m/분으로 이동하는 다공성 수집기 벨트상으로 팩의 출구 아래 250 mm에 적층되었다. 벨트 아래의 진공 챔버는, 나노섬유 웹을 구성하는 단일 나노섬유 층으로 섬유가 적층되는 것을 조력하였다. 나노섬유 웹 성질을 표에 요약하였다.
비교예 A 및 B
습식 적층 미세유리 웹을 비교예 A에서는 리드에어(LydAir)® MG 1909 (ASHRAE 등급 1000, DOP 입자 (0.3 ㎛) 여과 효율: 15%)로서 얻었고, 비교예 B에서는 리드에어® MG 1894 (ASHRAE 등급 1000, DOP 입자 (0.3 ㎛) 여과 효율: 50%)로서 수득하였다(이 둘 모두 리드올 필트레이션/세퍼레이션 사(Lydall Filtration/Separation Inc.) (미국 코네티컷 주 맨체스터 소재)로부터 입수가능함). 나노섬유 층 성질을 표에 요약하였다.
<표> 나노섬유 웹 성질
실시예 평균 섬유
직경
(nm)		 기초 중량
(g/m2)		 두께
(㎛)		 프라지에
공기 투과성
(m3/분/m2)		 압력 강하
(mmH2O)		 여과
효율 (%)
1 677 10.5 40 17.1 15 99.997
2 647 29.8 97 4.0 51 99.987
3 726 46.5 156 3.9 56 99.988
4 414 10.4 39 7.8 30 99.998
5 444 28.5 85 3.1 74 99.999
6 414 47.5 162 1.6 99 99.999
7 463 33.1 100 1.7 84 99.999
A 64.4 384 41.4 30 92.600
B 69.5 396 12.3 66 96.630
실시예 1 내지 7은, 비교예 A 및 B에 필적하는 프라지에 공기 투과성 및 압력 강하를 유지하면서 향상된 여과 효율, 감소된 기초 중량 및 두께를 나타내었다.

Claims (28)

  1. 각각의 나노섬유 층의 평균 섬유 직경이 800 nm 미만이고 기초 중량이 5 g/m2 내지 100 g/m2이고, 폴리올레핀-무함유인 연속적 중합체 나노섬유의 1개 이상의 나노섬유 층의 나노섬유 웹을 포함하며,
    10 mg/m3의 농도에서 30 중량 오일의 오염물, 및 90 mm 직경의 편평한 오일 포화 시험 시편을 가로지르는 면속도가 0.2 m/s인 공기 흐름으로 시험 방법 CAGI ADF 400으로부터 결정된 나노섬유 웹의 여과 효율이 99.5% 이상인,
    기체 스트림으로부터 액체 에어로졸, 오일 및 물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 제거하기 위한 유착 여과 매체.
  2. 제1항에 있어서, 각각의 나노섬유 층의 평균 섬유 직경이 50 nm 내지 500 nm인 유착 여과 매체.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 각각의 나노섬유 층의 두께가 10 ㎛ 내지 600 ㎛인 유착 여과 매체.
  5. 제1항에 있어서, 나노섬유 웹의 프라지에(Frazier) 공기 투과성이 1 m3/분/m2 이상인 유착 여과 매체.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 나노섬유 웹의 여과 효율이 99.9% 이상인 유착 여과 매체.
  8. 제7항에 있어서, 나노섬유 웹의 여과 효율이 99.999% 이상인 유착 여과 매체.
  9. 제1항에 있어서, 나노섬유 웹의 압력 강하가 200 mm H2O 미만인 유착 여과 매체.
  10. 제1항에 있어서, 중합체 나노섬유가 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리아라미드, 폴리벤즈이미다졸, 폴리에테르이미드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리아닐린, 폴리(에틸렌 옥시드), 폴리(에틸렌 나프탈레이트), 폴리(부틸렌 테레프탈레이트), 스티렌 부타디엔 고무, 폴리스티렌, 폴리(비닐 클로라이드 ), 폴리(비닐 알콜), 폴리(비닐리덴 플루오라이드), 폴리(비닐 부틸렌) 및 이들의 공중합체 또는 유도체 화합물로부터 선택된 합성 중합체로부터 제조되는 것인 유착 여과 매체.
  11. 제10항에 있어서, 합성 중합체가 폴리아미드인 것인 유착 여과 매체.
  12. 제1항에 있어서, 나노섬유 웹을 지지하는 스크림을 더 포함하는 유착 여과 매체.
  13. 제12항에 있어서, 스크림이 부직포 웹 또는 직포 직물을 포함하는 것인 유착 여과 매체.
  14. 제13항에 있어서, 부직포 웹이 스펀본드 부직포 웹 또는 카딩 부직포 웹을 포함하는 것인 유착 여과 매체.
  15. 액체 에어로졸, 오일 및 물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는 기체 스트림을, 각각의 나노섬유 층의 평균 섬유 직경이 800 nm 미만이고 기초 중량이 5 g/m2 내지 100 g/m2이며, 폴리올레핀-무함유인 연속적 중합체 나노섬유의 1개 이상의 나노섬유 층의 나노섬유 웹을 포함하는 유착 여과 매체에 통과시키고,
    여기서 10 mg/m3의 농도에서 30 중량 오일의 오염물, 및 90 mm 직경의 편평한 오일 포화 시험 시편을 가로지르는 면속도가 0.2 m/s인 공기 흐름으로 시험 방법 CAGI ADF 400으로부터 결정된 나노섬유 웹의 여과 효율이 99.5% 이상인 것이고,
    상기 기체 스트림으로부터 상기 액체 에어로졸, 오일 및 물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 적어도 일부를 제거하는 것을 포함하는,
    기체 스트림으로부터 액체 에어로졸, 오일 및 물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 제거하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 각각의 나노섬유 층의 평균 섬유 직경이 50 nm 내지 500 nm인 것인 방법.
  17. 삭제
  18. 제15항에 있어서, 각각의 나노섬유 층의 두께가 10 ㎛ 내지 600 ㎛인 것인 방법.
  19. 제15항에 있어서, 나노섬유 웹의 프라지에 공기 투과성이 1 m3/분/m2 이상인 것인 방법.
  20. 삭제
  21. 제15항에 있어서, 나노섬유 웹의 여과 효율이 99.9% 이상인 것인 방법.
  22. 제21항에 있어서, 나노섬유 웹의 여과 효율이 99.999% 이상인 것인 방법.
  23. 제15항에 있어서, 나노섬유 웹의 압력 강하가 200 mm H2O 미만인 것인 방법.
  24. 제15항에 있어서, 중합체 나노섬유가 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리아라미드, 폴리벤즈이미다졸, 폴리에테르이미드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리아닐린, 폴리(에틸렌 옥시드), 폴리(에틸렌 나프탈레이트), 폴리(부틸렌 테레프탈레이트), 스티렌 부타디엔 고무, 폴리스티렌, 폴리(비닐 클로라이드), 폴리(비닐 알콜), 폴리(비닐리덴 플루오라이드), 폴리(비닐 부틸렌) 및 이들의 공중합체 또는 유도체 화합물로부터 선택된 합성 중합체로부터 제조되는 것인 방법.
  25. 제24항에 있어서, 합성 중합체가 폴리아미드인 것인 방법.
  26. 제15항에 있어서, 나노섬유 웹을 지지하는 스크림을 추가로 포함하는 것인 방법.
  27. 제26항에 있어서, 스크림이 부직포 웹 또는 직포 직물을 포함하는 것인 방법.
  28. 제27항에 있어서, 부직포 웹이 스펀본드 부직포 웹 또는 카딩 부직포 웹을 포함하는 것인 방법.
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