KR101463638B1

KR101463638B1 - 여과재 및 필터 유닛

Info

Publication number: KR101463638B1
Application number: KR1020097022220A
Authority: KR
Inventors: 료이찌 도가시
Original assignee: 도레이 카부시키가이샤
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2008-03-18
Publication date: 2014-11-19
Also published as: EP2138221A1; KR20100015854A; CN101652167A; PL2138221T3; EP2138221B1; WO2008120572A1; US8118902B2; EP2138221A4; JPWO2008120572A1; ES2526819T3; JP5434076B2; US20100083838A1; CN101652167B

Abstract

본 발명은 여과재 두께가 얇아도 풍압으로 신장하지 않는 여과재와 다풍량 처리가 가능한 필터 유닛을 제공하는 것을 목적으로, 단섬유 사이가 고정되고 유기 섬유를 주체로 하는 부직포로부터 여과재를 구성하고, 이 부직포를 영률과 섬도가 상이한 복수의 단섬유로 구성함과 동시에, 적어도 영률 150 cN/dtex 이상, 섬도 7 dtex 이상의 비권축의 단섬유를 섬유 전체 질량의 20 ％ 이상의 비율로 포함하고, 단섬유 사이를 유리 전이점 온도 30 ℃ 이상의 수지로 고정시킨다.

여과재, 필터 유닛, 비강도, 통기도

Description

여과재 및 필터 유닛{FILTER MEDIUM AND FILTER UNIT}

본 발명은 여과재 및 그것을 이용한 필터 유닛에 관한 것이다.

필터 유닛에 요구되는 성능에는, 포집 효율과 함께 다풍량 처리의 가능 여부를 나타내는 저 압력 손실성이 있다. 여과재를 관통하는 공기 속도는 해마다 빨라져, 종래에는 15 m/분 정도였지만 최근에는 25 m/분 내지 40 m/분으로 1.5배 이상의 고풍속 여과로, 종래 보통의 압력 손실이 요구되고 있다. 예를 들면, 공기 조절용의 소형 필터 유닛에는 40 Pa(비색법에 의한 포집 효율이 90 ％) 이하, 자동차 에어컨용의 필터 유닛인 캐빈 필터에서는 대개 85 Pa(JIS에 의한 더스트 15종의 포집 효율이 91 ％ 전후) 이하라는 성능이 요구되고 있다.

또한 필터 유닛에는 박형화 요구가 있어, 피크 높이가 낮은 여과재를 좁은 피치로 미니 플리츠하여 다풍량 처리하기 위한 얇은 여과재가 개발되어 있다. 그러나 종래의 여과재는 두께가 있어, 여과재의 소재 그 자체에 기인하는 통기 저항이 높으며, 또한 풍압으로 인해 신장되기 쉽다는 문제가 있었다. 이 때문에, 여과재의 소재 그 자체에 기인하는 통기 저항과, 풍압에 의한 여과재 변형으로 공기가 흐르는 유로 간격이 폐색되어 발생하는 통기 저항(이후 구조 압력 손실이라 칭함)을 위해서, 예를 들면 필터 크기 210 W×270 L×10 D로 처리 풍량 520 ㎥/시라는 자동차 에어컨용의 필터에서는, JIS B9908(2001) 형식 3시험법에 기초하여 구해진 JIS Z8901(1974)에 기재된 JIS8종 더스트의 포집 효율이 91 ％ 이상의 성능이고, 1 년간 사용 가능한 더스트 유지량을 가지며, 압력 손실이 70 Pa 이하라는 저 압력 손실의 필터 유닛을 얻을 수 없었다.

저 압력 손실 필터를 얻는 종래 기술로서, 65 ℃에서의 강연도(剛軟度)가 250 mg 이상인 골재 시트에 특정 성능의 일렉트렛 시트를 적층한 여과재에 관한 특허 문헌 1이 있다. 이 문헌에는, 여름철 염천하에 방치된 자동차에 부착된 필터 유닛의 여과재가 열로 연화, 변형되어 구조 압력 손실이 상승하지 않도록, 유리 전이점 온도 35 ℃의 높은 수지로 섬유 고정시킨 골재를 이용하는 사상과, QF값이 우수한 대전 시트를 적층하여 이용함으로써 포집 효율을 높이는 사상이 기재되어 있다. 그러나, 이 문헌에 기재된 여과재는, 어디까지나 열변형에 의한 구조 압력 손실 상승을 방지하는 것이며, 고풍속에 의한 구조 압력 손실 상승을 방지하는 여과재는 아니었다.

또한, 실시예 3에는, 격자 간격이 4 mm인 네트상의 골재에 일렉트렛화 멜트블로우 부직포를 적층한 여과재를, 피크 높이 38 mm로 플리츠 가공하여 조립한 필터 유닛이 기재되어 있고, 여과 풍속 37 m/분으로 압력 손실 56 Pa를 달성한 것도 기재되어 있다. 이는 네트의 격자 간격에 비하여 피크 높이가 충분히 크기 때문에 유닛화가 가능했던 것이지만, 피크 높이 8 mm 정도, 피크 피치 간격 3.5 mm라는 박형의 필터 유닛을 제조하려고 하면, 네트의 격자 간격과의 간섭에 의해 피크 피치 간격에 혼란이 발생하기 쉽고, 그 경우, 구조 압력 손실이 상승하며, 피치가 개방 된 곳만 공기의 흐름이 집중된다는 문제가 있었다. 또한, 이 실시예에 기재된 양태에서는, 골재가 네트이기 때문에 더스트 유지성이 낮아, 더스트는 네트보다 치밀한 구조인 일렉트렛화 멜트블로우 부직포에 직접 부착되기 때문에 클로깅에 의한 압력 손실 상승이 심해져 수명이 짧아지는 것은 피할 수 없었다.

한편, 골재 시트를 얇게 함과 동시에 딱딱하게 하여 구조 압력 손실의 발생을 억제하는 시도가 특허 문헌 2에 나타나 있고, 골재를 구성하는 섬유로서 레이온 섬유의 이형 단면사나 유리 섬유를 혼용한 초지법 부직포의 적용이 개시되어 있다. 그러나 굵은 유리 섬유를 혼합한 여과재는, 유리 섬유가 플리츠 가공 공정에서 깨어져 비산하기 때문에 보안 위생상의 문제가 있다. 또한 실시예로부터 알 수 있는 바와 같이 여과재 통과 속도가 2 m/분으로 매우 느린 사용 조건 때문에, 강난도가 158 mg 정도여도 구조 압력 손실 발생이 적은 여과재로서 사용할 수 있었지만, 예를 들면 여과재 관통 풍속 25 m/분 이상이라는 고풍압하에서는 충분히 사용에 견딜 수 있는 것은 아니었다.

또한 특허 문헌 3에는, 섬유 직경 0.65 ㎛의 극세 유리 섬유를 혼합하여 제조하는 HEPA 여과재에 관한 기재가 있다. 그러나, 이와 같이 섬유 직경이 가는 섬유를 이용한 여과재는 그의 소재에 기인하는 압력 손실이 높아, 도저히 고풍속 여과에 대응할 수 있는 것은 아니었다.

또한, 특허 문헌 4 및 특허 문헌 5에는, 영률이 높은 섬유로 여과재를 구성하고, 치수 안정성이나 풍압에 대한 강도를 높이는 취지가 개시되어 있다.

이 중 특허 문헌 4는, 버그필터용 여과재에 관한 것으로, 영률 20 cN/dtex 이상의 폴리페닐렌설파이드 등의 내열성 섬유가 이용되고 있다. 그러나, 이 여과재는 형상이 직물이나 웹이고, 본 발명의 섬유간 고정된 루즈성이 없는 여과재란, 섬유 사용, 구조, 평량, 두께, 사용 용도에서 현저히 상이한 여과재 구성의 것이었다.

또한, 특허 문헌 5에는, 비닐론 섬유와 폴리에스테르 섬유를 이용하여 초지법으로 제조하는 난연성 여과재의 제조 방법이 개시되어 있고, 초지법의 특징으로서 섬유의 굵기나 길이가 다른 섬유를 이용하는 것이 가능하며, 영률이 높은 것도 사용할 수 있다고 기재되어 있다. 그러나, 이 문헌에서는, 초지법을 이용하면 영률이 높은 섬유를 이용할 수 있다고 설명하고 있을 뿐이며, 통기도 100 ㎤/㎠·초 이상인(또한 250 ㎤/㎠·초 이상인 것과 같은) 고통기성을 가지면서, 또한 고풍속 여과에서도 변형되기 어려운 강성을 가진 여과재나, 그의 섬유 구성 및 섬유 물성은 어떤식으로든 개시되어 있지 않았다.

이와 같이 유기 섬유를 주체로 한 여과재로서, 고통기도로 고풍속 여과에 견딜 수 있는 신장이 적은 실용적인 여과재는 존재하지 않았다.

특허 문헌 1: 일본 특허 공개 제2004-82109호 공보

특허 문헌 2: 일본 특허 공개 제2002-1020호 공보

특허 문헌 3: 일본 특허 공개 (평)10-180020호 공보

특허 문헌 4: 국제 공개 제04/87293호 공보

특허 문헌 5: 일본 특허 공개 제2006-136809호 공보

특허 문헌 6: 일본 특허 공개 (평)2-61195호 공보

<발명의 개시>

<발명이 해결하고자 하는 과제>

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해소하는 것으로, 고풍속 여과에 적합한, 통기도가 높고 여과재 두께가 얇은 미니 플리츠 가공이 가능한 실용적인 여과재와, 다풍량 처리 가능한 박형의 필터 유닛을 제공하는 것에 있다.

<과제를 해결하기 위한 수단>

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명은 하기 어느 하나의 구성을 갖는 것이다.

(1) 단섬유 사이가 고정되고 유기 섬유를 주체로 하는 부직포를 갖고, 이 부직포는 1 ％ 신장시의 비강도가 1000 N·cm/g 이상이며, 통기도가 100 ㎤/㎠·초 이상인 여과재.

(2) 상기 (1)에 있어서, 상기 부직포는 영률과 섬도가 상이한 복수의 단섬유로 구성되며, 적어도 영률 150 cN/dtex 이상, 섬도 7 dtex 이상의 비권축의 단섬유가 섬유 전체 질량의 20 ％ 이상의 비율로 포함되고, 단섬유 사이가 유리 전이점 온도 30 ℃ 이상의 수지로 고정되어 있는 여과재.

(3) 단섬유 사이가 고정되고 유기 섬유를 주체로 하는 부직포를 갖고, 이 부직포는 영률과 섬도가 상이한 복수의 단섬유로 구성되며, 적어도 영률 150 cN/dtex 이상, 섬도 7 dtex 이상의 비권축의 단섬유가 섬유 전체 질량의 20 ％ 이상의 비율로 포함되고, 단섬유 사이가 유리 전이점 온도 30 ℃ 이상의 수지로 고정되어 있는 여과재.

(4) 상기 (2) 또는 (3)에 있어서, 상기 부직포를 구성하는 단섬유로서 영률 200 cN/dtex 이상, 섬도 10 dtex 이상, 섬유 길이 8 내지 25 mm의 비권축의 유기 단섬유가 섬유 전체 질량의 10 ％ 이상의 비율로 포함되어 있는 여과재.

(5) 상기 (2) 내지 (4) 중 어느 하나에 있어서, 상기 부직포를 구성하는 단섬유로서 영률 60 cN/dtex 이상, 섬도 1 내지 6 dtex의 유기 단섬유가 섬유 전체 질량의 30 ％ 이하의 비율로 포함되어 있는 여과재.

(6) 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 있어서, 상기 부직포를 구성하는 단섬유로서 대전 섬유가 포함되어 있는 여과재.

(7) 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 있어서, 상기 부직포에 대전 가공 부직포를 더 적층한 여과재.

(8) 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 있어서, JIS B9908(2001) 형식 3시험법에 기초하여 JIS Z8901(1974) 기재의 더스트 15종의 투과율과 여과재 초기 압력 손실로부터 구한 여과재 QF값이 0.4 이상인 여과재.

(9) 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 하나에 기재된 여과재를 프레임에 장전한 필터 유닛이며, JIS B9908(2001) 형식 3시험법에 기초하여 JIS Z8901(1974) 기재의 더스트 15종의 투과율과 필터 유닛 초기 압력 손실로부터 구한 필터 유닛 QF값이 0.03 이상인 필터 유닛.

(10) 상기 (9)에 있어서, 자동차 에어컨용인 필터 유닛.

(11) 적어도 비권축의 단섬유를 포함하는 섬유를 유체 중에 분산하고, 섬유 집적체로 한 후에 단섬유 사이를 고정시켜 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 하나에 기재 된 여과재를 얻는, 여과재의 제조 방법.

여기서 유기 섬유를 주체로 한다는 것은, 유기 섬유를 전체 섬유 질량에 대하여 90 ％ 초과, 바람직하게는 95 ％ 초과 포함하는 것을 말하며, 유리 섬유, 세라믹 섬유, 탄소 섬유 등의 무기질 섬유는 전체 섬유 질량에 대하여 10 ％ 이하, 바람직하게는 5 ％ 이하에만 포함된다는 것을 말한다.

<발명의 효과>

본 발명에 따르면, 박형화, 미니 플리츠 가공이 가능하고, 또한 통기도가 높고 다풍량 처리가 가능한, 실용적인 여과재 및 필터 유닛을 제공할 수 있다. 즉, 단섬유 사이가 고정되고 유기 섬유를 주체로 하는 부직포로 여과재를 구성함과 동시에, 상기 부직포는 영률과 섬도가 상이한 복수의 단섬유로 구성되고, 그 중에 적어도 영률 150 cN/dtex 이상, 섬도 7 dtex 이상의 비권축의 단섬유를 섬유 전체 질량의 20 ％ 이상의 비율로 포함하며, 유리 전이점 온도 30도 이상의 수지로 섬유간 고정되어 있기 때문에, 부직포의 통기도(JIS L1096(1999)의 프라질 형태법에 기초하여 2매 중첩하여 측정)를 100 ㎤/㎠·초 이상으로 높게 하면서도, 1 ％ 신장시의 비강도를 1000 N·cm/g 이상으로 할 수 있어, 저신도 고강도의 부직포를 얻을 수 있다. 이 때문에, 상기 부직포를 미니 플리츠 가공하여도 구조 압력 손실의 상승을 방지할 수 있고, 통기성이 높은 소재로 여과재를 구성하여도 다풍량 처리를 위한 박형화가 가능해진다. 그 결과, 필터 유닛 및 수납 기기의 소형화가 가능해진다. 또한, 압력 손실이 낮아지기 때문에 여과재와 공기와의 마찰에 의해서 발생하는 바람 소리가 작아져 저소음성에도 공헌할 수 있으며, 소비 전력이 작은 저출력 의 송풍팬으로 공기를 보내는 것이 가능하기 때문에, 에너지 절약성에도 공헌할 수 있다.

<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>

본 발명의 여과재는 단섬유 사이가 고정되고 유기 섬유를 주체로 하는 부직포를 갖고, 상기 부직포의 1 ％ 신장시의 비강도가 1000 N·cm/g 이상이며, JIS L1096(1999)의 프라질 형태법에 기초하여 2매 중첩하여 측정한 통기도가 100 ㎤/㎠·초 이상인 것을 특징으로 한다. 상기 여과재를 구성하는 부직포는, 부직포를 구성하는 단섬유로서 영률과 섬도가 상이한 복수의 단섬유를 이용하여 구성함과 동시에, 그 중에 적어도 영률이 150 cN/dtex 이상, 섬도가 7 dtex 이상인 비권축의 단섬유를 섬유 전체 질량의 20 ％ 이상의 비율로 포함시키고, 또한 섬유 사이를 유리 전이점 온도 30도 이상의 수지로 고정시킴으로써 얻어진다.

여기서 가정용 공기 청정기용, 빌딩·공장의 공기 조절용 및 차량 탑재 등의 공기 조절 설비용의 필터 유닛에 사용되는 여과재에 필요한 특성은, 다풍량을 처리하기 위한 저 압력 손실성과, 구조 압력 손실을 발생시키지 않는, 얇아도 풍압으로 변형되지 않는 저신도 고강도성이다. 또한, 고 더스트 포집성과 클로깅하기 어려운 공극량을 유지한 여과재 구조도 필요해진다. 또한, 본 발명에서 말하는 구조 압력 손실이란, 플리츠 가공된 여과재가 수납된 필터 유닛에 공기를 흘렸을 때에 발생하는 압력 손실(유닛 압력 손실)로부터, 여과재의 소재에 기인하는 압력 손실을 빼고 남은 수치를 말한다.

지금까지 유닛 압력 손실을 낮추기 위해 취해진 수단은, 여과재의 소재에 기인하는 압력 손실의 감소화이다. 이 때문에 일반적으로는 여과재의 섬유량을 줄이고, 또한 섬도를 굵고, 부피가 크게 하여 섬유 밀도를 낮추는 것이 행해졌다. 그러나, 이 방법으로는 여과재의 소재 자신의 압력 손실은 낮아지지만 여과재의 섬유간 고정력이 약해지기 때문에, 여과재에 신장이 발생하여 구조 압력 손실이 반대로 증가하게 되고 있었다. 포집 성능을 높이기 위해서 대전 가공 시트를 추가로 적층한 여과재에서는, 풍압이 한층 높아지기 때문에 구조 압력 손실이 증가하여 저 압력 손실화는 보다 어려운 것이었다.

그러나 본 발명에 따르면, 여과재를 구성하는 부직포는, 통기도(JIS L1096(1999)의 프라질 형태법에 기초하여 2매 중첩하여 측정) 100 ㎤/㎠·초 이상이 얻어지는 저용량이고 매우 성긴 구조의 것이어도, 1 ％ 신장시의 비강도가 1000 N·cm/g 이상이라는 저신도 고강도성을 갖는 것이 되기 때문에, 플리츠 간격이 좁은 미니 플리츠 가공을 행하여도 구조 압력 손실의 발생이 적고, 여과재를 박형화하여 다풍량 처리하는 것을 가능하게 한다.

종래, 여과재의 경도를 나타내는 지표로는 JIS L1085(1977) B법으로 규정되는 강연도가 널리 사용되고 있지만, 상기 강연도는 여과재의 두께, 평량, 통기도와는 전혀 관계가 없는 지표이기 때문에, 여과재 두께, 여과재 평량, 여과재 통기도가 상이한 여과재 구성의 것이어도 동일한 강연도 값을 나타내는 여과재는 다수개 존재하였다. 그러나 동일한 강연도를 나타내는 여과재여도 두께나 통기도가 상이하면, 여과재를 수납한 필터 유닛에 있어서의 압력 손실 성능에는 차이가 있었다. 즉, 구조 압력 손실의 발생 정도가 각각 다르기 때문에, 차이가 발생하고 있었다. 이와 같이 여과재의 경도를 나타내는 지표로서 종래부터 사용되어 왔던 강연도는, 여과재 구성 조건이 다변수에 의하지 않는 여과재 사이에서의 상대 비교는 가능하여도, 유닛 압력 손실 구성에 영향을 주는 구조 압력 손실의 발생 정도를 측정하는 지표로는 부적당하였다.

그래서 본 발명자는, 구조 압력 손실 발생 정도가 적은 저 압력 손실 필터를 제조할 수 있는 특성을 비교하기 위한 신지표에 대해서 검토하고, 그 결과 JIS L1096(1999)의 프라질 형태법에 기초하여 2매 중첩하여 측정한 통기도가 100 ㎤/㎠·초 이상인 고통기성 부직포에 있어서, 상기 부직포의 두께, 평량, 제조 방법 등이 달라도, 5 cm 폭의 부직포를 1 ％ 신장시켰을 때에 발현되는 비강도(인장 강도[N/㎠]/상기 부직포의 외관 밀도[g/㎤])가 중요하다는 것을 발견하였다.

이하, 본 발명의 여과재의 상세 구성에 대해서 설명한다.

플리츠 가공된 여과재를 수납한 바와 같은 필터 유닛의 구조 압력 손실의 발생은, 여과재에 공기를 통과시켰을 때에, 여과재에 가해지는 풍압에 의해서 여과재가 신장, 변형되어, 인접하는 프리츠 여과재 사이에 끼워진 공기 유로 간격이 좁혀지거나, 여과재끼리 접촉하여 공기가 흐르기 어려워진다. 이 때문에 여과재 두께도 구조 압력 손실 발생 중 한가지 원인이 된다.

이상적인 여과 풍속과 압력 손실의 상승 관계는, 거의 풍속에 비례하여 압력 손실이 높아지는 것이지만, 구조 압력 손실을 발생시키는 여과재는, 여과재 자신에 기인하는 압력 손실에 추가로 상기 여과재 형상으로부터의 변형분의 압력 손실이 가해지기 때문에, 압력 손실이 곡선적으로 상승한다. 이 때문에 고풍속 여과는 곤란하였다.

한편, 구조 압력 손실 감소에는 여과재 신장이 적은 저신도 고강도인 얇은 여과재가 필요하지만, 강성은 두께의 3승에 비례한다. 이 때문에, JIS L1096(1999)의 프라질 형태법에 기초하여 2매 중첩하여 측정한 통기도가 100 ㎤/㎠·초 이상인 평량이 적고 얇은 여과재에서 저신도 고강도화는 달성되지 않았다.

그러나 구조 압력 손실 발생이 적은 박형 여과재의 제조를 예의 검토한 결과, 여과재를 구성하는 부직포를 영률과 섬도가 상이한 복수의 단섬유로 구성하고, 그 중에 적어도 영률이 150 cN/dtex 이상, 섬도가 7 dtex 이상인 비권축의 단섬유를 섬유 전체 질량의 20 ％ 이상의 범위로 포함시키고, 추가로 유리 전이점 온도 30도 이상의 수지로 섬유간 고정시킴으로써, 얇고 통기성이 높아도 더스트 유지 능력이 우수한 저 압력 손실의 저신도 고강도 부직포, 즉 비강도가 1000 N·cm/g 이상인 부직포가 얻어지는 것을 발견하였다.

그리고, 본 발명에 있어서, 여과재를 구성하는 부직포는 비강도가 1000 N·cm/g 이상인 것이지만, 바람직하게는 1500 N·cm/g 이상, 보다 바람직하게는 2000 N·cm/g 이상, 더욱 바람직하게는 2500 N·cm/g 이상의 것이다. 비강도가 높다는 것은, 통기도가 높아도 저신도 고강도 여과재인 것을 나타내고 있다. 여과재를 구성하는 부직포가 고통기도에서도 저신도 고강도임으로써, 상기 부직포를 플리츠 가공하여도, 풍압이 가해짐으로써 발생되는 형상 변형을 방지할 수 있고, 구조 압력 손실의 발생을 작게 할 수 있으며, 저 압력 손실 다풍량 처리를 가능하게 한다.

한편, 상한은 여과재의 인장 파단 신도 JIS L1085(1998)이 1.0 ％ 이하가 된 비강도, 즉 8000 N·cm/g 이상이 되면, 여과재를 플리츠 가공한 피크 밸리 부분에서 여과재의 절단이 발생하기 때문에, 8000 N·cm/g 미만으로 하는 것이 바람직하다.

이어서, 이용하는 섬유의 물성에 대해서 설명한다.

본 발명에서 여과재의 저신도 고강도화를 달성하기 위해서, 부직포는 영률과 섬도가 상이한 복수의 단섬유로 구성되고, 또한 적어도 영률이 150 cN/dtex 이상, 섬도가 7 dtex 이상인 비권축 단섬유가 섬유 전체 질량의 20 ％ 이상의 비율로 포함되어 있을 필요가 있다.

바람직한 단섬유의 영률은 200 cN/dtex 이상, 보다 바람직하게는 250 cN/dtex 이상, 더욱 바람직하게는 300 cN/dtex 이상이다. 한편, 상한은 3000 cN/dtex 이하인 것이 바람직하다. 이는 영률이 3000 cN/dtex를 초과하는 단섬유를 이용한 경우, 구체적으로는 아라미드 섬유(4400 cN/dtex 이상), 초고분자량 폴리에틸렌(8000 cN/dtex 이상), 유리 섬유(326000 cN/dtex 이상) 등을 이용한 경우, 사용량이나 섬도에 따라서도 다르지만, 부직포의 인장 파단 신도가 1.0 ％ 이하가 되고, 비강도가 1000 N·cm/g 이상은 되지만 인열 강력 저하나, 플리츠 가공한 피크 부분에서의 굴곡 신장에 견딜 수 없어 부직포 파단의 발생, 거스러미 발생, 또한 피부에 상처 등의 악영향이 발생하기 때문에 3000 cN/dtex를 초과하는 섬유를 사용하는 것은 그다지 바람직하지 않다.

상기 이유로부터, 사용하는 단섬유의 적합 영률 범위는 150 내지 3000 cN/dtex, 보다 바람직하게는 200 내지 2000 cN/dtex이다. 더욱 바람직하게는 250 내지 1500 cN/dtex, 최적으로는 300 내지 1000 cN/dtex의 범위이고, 이와 같이 하면 플리츠 가공에서의 부직포 절단이나 인열 강력 저하가 적고, 풍압에서도 여과재 변형이 적은 여과재가 된다.

그리고, 본 발명에 있어서 상기한 바와 같은 섬유는 비권축 단섬유인 것이 바람직하다. 비권축 단섬유의 경우는, 부직포에 있어서의 섬유 집적이 평면적이 되기 때문에, 하나 하나의 단섬유의 배향성이 1차원적이고, 루즈성이 없는 상태가 된다. 이 때문에, 부직포에 외력이 가해졌을 때, 루즈성에 수반되는 신장이 적기 때문에, 바로 단사 물성에 따른 인장 저항력이 발생하기 쉽다는 점에서 바람직하다.

또한, 비강도는 부직포를 한 방향으로 인장했을 때의 1 ％ 신도에서의 강도에 관한 지표이지만, 부직포의 변형은 풍압에 의해서 구부러져 발생하기 때문에, 비강도 관리에 추가로 굽힘 저항성을 높이는 것이 매우 중요하다. 굽힘 저항성은 부직포의 두께를 두껍게 평량을 크게 하면 높일 수 있지만, 통기 저항을 증가시키고 공기의 유입 간격을 좁혀, 오히려 압력 손실 상승의 요인이 되어 두껍게 하는 것은 불가능하다. 따라서, 얇은 부직포로 굽힘 저항성을 높이기 위해서는, 섬도가 7 dtex(섬유 직경 26 ㎛) 이상인 굵은 단섬유를 섬유 전체 질량의 20 ％ 이상 이용하여 부직포의 골격을 제조하는 것이 효과적이다. 또한, 본 명세서에 있어서, 섬도의 가로에 부기한 섬유 직경은, 섬유 소재의 비중을 1.30 g/㎤로 한 경우의 섬유 직경이다.

골격은 또한, 조대 더스트를 유지하는 공간을 형성하는 목적이 있기 때문에, 구부리기 어려운 굵은 섬유이고 영률이 높은 단섬유가 적합하다. 이 목적으로부터, 골격 구성 섬유의 바람직한 단섬유로는, 영률이 150 cN/dtex 이상, 섬도 7 dtex(섬유 직경 26 ㎛) 이상의 것이 적합하다. 한편, 지나치게 굵으면 피부에 상처를 입기도 하기 때문에, 바람직한 섬도 7 내지 40 dtex(섬유 직경 26 내지 63 ㎛) 범위의 것이고, 더욱 최적인 단섬유 섬도는 10 내지 40 dtex(섬유 직경 30 내지 59 ㎛)이다.

그리고 이러한 영률, 섬도의 단섬유의 배합율이 20 ％를 하회하는 경우는, 섬유 밀도가 치밀해지고, 통기도 100 ㎤/㎠·초 이상이라는 특성이 얻어지지 않게 된다. 따라서, 이러한 영률, 섬도의 단섬유는, 섬유 전체 질량의 20 ％ 이상의 비율로 포함되어 있을 필요가 있다. 한편, 80 ％를 초과하는 배합율로 하면 통기도는 확보할 수 있지만, 섬유간의 접합 고정력이 저하되어 비강도가 저하되기 쉽다. 이 때문에, 바람직한 범위는 80 ％ 이하이다. 보다 바람직하게는 25 내지 80 ％, 더욱 바람직하게는 30 내지 60 ％의 범위이다.

한편, 골격이 되는 굵은 섬유는 포집 효율이 낮기 때문에, 섬도 1 내지 6 dtex(섬유 직경 10 내지 24 ㎛)의 가는 섬유도 배합하여 미세 입자로부터 조대 입자까지의 포집 성능 확보와 더스트 유지량을 조절하는 것이 좋다.

이어서 섬유 길이에 대해서 설명한다. 골격이 되는 단섬유의 섬유 길이가 짧으면, 수지로 섬유간 고정시켜도 충분한 인장 강도가 얻어지지 않는다. 종래부터 초지법으로 사용되는 섬유의 길이는 수밀리 내지 10 mm 정도였다. 그 이유는, 초지법의 특징인 섬유의 얽힘을 적게 하여 섬유 평량의 균일성을 얻기 위해서였다. 그러나 영률 150 cN/dtex 이상, 섬도 7 dtex(섬유 직경 26 ㎛) 이상의 굵어서 구부러지기 어려운 짧은 섬유를, 신장이 적은 딱딱한 수지로 고정시켜도, 섬유간의 접촉점이 적기 때문에 인장 강도가 높아지지 않고 비강도를 높이는 것은 어렵다. 이 때문에, 본 발명에서는 섬유 길이를 8 내지 25 mm로 하는 것이 바람직하다. 특히, 영률이 200 cN/dtex 이상이고 또한 단섬유 섬도가 10 dtex(섬유 직경 31 ㎛)를 초과하는 굵은 섬유를 이용하는 경우에는, 섬유 길이를 8 내지 25 mm, 바람직하게는 13 내지 20 mm로 하고, 함유율도 10 ％ 이상, 바람직하게는 30 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써 비강도를 더욱 높일 수 있다. 또한, 25 mm 이상이면 평량 불균일이 커지기 쉽다.

또한, 본 발명에 있어서는, 비강도를 높이기 위해서 영률이 높은 가는 단섬유와 영률이 높은 굵은 단섬유를 혼합하여 이용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 경우, 비권축의 섬유를 이용하고 있기 때문에, 권축이 있는 섬유를 이용하여 웹을 제조하는 경우와는 달리, 섬유간의 고정이, 고정용 수지에 의한 접착에 의해서 섬유간 접촉점만으로 행해진다. 그러나, 비강도를 높이기 위해서 강직하고 짧은 섬유, 예를 들면 섬유 길이가 5 내지 12 mm 정도의 것이고, 10 dtex를 초과하는 동일한 굵은 섬유를 이용하는 경우는, 섬유 표면적이 적기 때문에 섬유끼리 접촉하고 있는 섬유간 접촉점이 적고, 접합 개수가 가는 섬유와 비교하여 극단적으로 적다. 또한, 강직하기 때문에 섬유끼리 얽히기 어렵다. 그 결과, 굽힘 강성이 높은 굵은 섬유만을 사용하여 부직포를 구성하여도, 접합점이 떨어지기 쉽고, 섬유 물성을 살려 끊어지지 않고 비강도를 충분히 높이는 것이 어려운 경우가 있다. 이 대책으로서, 영률이 60 cN/dtex 이상, 바람직하게는 90 cN/dtex 이상, 더욱 바람직하게는 150 cN/dtex 이상, 최적으로는 200 cN/dtex 이상의 1 내지 6 dtex(섬유 직경 10 내지 24 ㎛)의 가는 단섬유를 혼합하여 이용하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면 섬유 개수가 많아지기 때문에, 굵은 섬유와의 접합 개소를 늘릴 수 있을 뿐 아니라, 일부의 섬유는 굵은 섬유를 모아서 묶듯이 얽힌다. 접합점이나 얽힌 부분에는 고정용 수지가 집중적으로 부착되기 때문에, 고정용 수지가 유효하게 활용되어 섬유간의 고정력이 높아지고 비강도를 높일 수 있다. 또한 가는 섬유는 더스트 포집성을 높이는 섬유로서의 기능도 동시에 할 수 있다. 1 내지 6 dtex의 가는 단섬유의 배합율은 섬유 전체 질량에 대하여 30 ％ 이하, 보다 바람직하게는 25 ％ 이하인 것이 높은 통기도를 얻기 위해서 바람직하다. 단, 그의 가는 단섬유의 사용량에 의해서는, 더스트 포집성이 높아져 클로깅이 용이하고, 결과적으로 수명 저하의 원인도 될 수 있다. 또한 통기도 저하의 원인도 될 수 있다. 따라서, 10 ％ 이상이 보다 바람직하고, 더욱 바람직하게는 15 ％ 이상이다.

또한 본 발명에 있어서의 부직포는, 서로 단섬유 섬도가 동일하고 섬유 길이가 상이한 섬유군을 2군 이상 이용하여 제조하는 것도 바람직하다. 섬유 길이가 짧으면 부직포에서 섬유가 그 강성에 의해 직립하여, 부직포는 부피가 크고, 즉 섬유 밀도가 낮아지는 경향이 있다. 한편, 섬유 길이가 길면 섬유가 누워 여과재가 얇아져, 즉 섬유 밀도가 높아지는 경향이 있다. 섬유 길이가 다른 섬유군을 2군 이상 조합함으로써, 여과재의 섬유 밀도를 높은 자유도로 조절할 수 있다.

그리고, 본 발명에 있어서 부직포의 통기도는 다풍량을 처리하는 데에 있어서 높은 것이 바람직하고, 본 발명에 있어서 부직포의 통기도는 100 ㎤/㎠·초 이상이다. 또한, 본 발명에 있어서의 통기도의 수치는 JIS L1096(1999)의 프라질 형태법에 기초하고, 또한 부직포를 2매 중첩하여 측정되는 수치이다.

통기도가 100 ㎤/㎠·초를 하회하는 공극량이 적은 부직포가 되면, 여과재 관통 속도 25 m/분으로 사용한 경우, JIS 15종 더스트의 부착량이 적은 상태에서 클로깅하기 때문에 수명이 짧아진다. 예를 들면 자동차 에어컨용으로서 2년간의 수명을 가지게 하기 위해서는, 해당 더스트를 약 10 g 이상/유닛 부착할 필요가 있지만, 이것이 얻어지지 않게 된다. 한편, 통기도가 700 ㎤/㎠·초를 상회하면 더스트 포집 성능이 낮아지고, 85 ％ 이상의 포집율이 얻어지기 어려워지기 때문에, 상한으로는 700 ㎤/㎠·초이다. 통기도의 적합 범위는 100 내지 600 ㎤/㎠·초, 최적으로는 120 내지 500 ㎤/㎠·초이다.

이러한 부직포는, 평량 범위로서 20 내지 70 g/㎡, 두께 범위로서 0.2 내지 0.55 mm가 바람직하다. 구조 압력 손실 비율을 보다 낮게 하여, 저 압력 손실 필터로 하기 위함이다.

또한, 부직포에 있어서의 외관 밀도는 0.08 g/㎤ 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.09 g/㎤ 이상이다. 0.08 g/㎤ 미만이면 섬유간의 고정 강도가 저하되어 여과재의 신장이 발생하기 때문에 비강도가 저하되기 쉽다. 한편, 외관 밀도가 지나치게 크면 통기도가 낮아지고, 또한 더스트를 유지할 수 있는 공간량이 감소하여 클로깅하기 쉬우며, 수명이 짧은 여과재가 되기 쉽다. 따라서, 0.18 g/㎤ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.15 g/㎤ 이하, 더욱 바람직하게는 0.13 g/㎤ 이하이다.

부직포의 두께로는 0.55 mm 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.50 mm 이하, 더욱 바람직하게는 0.45 mm 이하, 더욱더 바람직하게는 0.40 mm 이하이다. 0.55 mm 이하로 함으로써, 구조 압력 손실을 낮게 억제할 수 있다. 한편, 부직포가 지나치게 얇아지면 더스트를 유지할 수 있는 공간량이 적어져 수명이 짧아지기 때문에, 0.2 mm 이상으로 하는 것이 바람직하다.

부직포의 제조 방법으로는 습식 초지법, 에어레이드법, 건식 케미컬 본드법, 서멀 본드법, 스판 본드법 등을 예시할 수 있다. 습식 초지법이나 에어레이드법은 섬유 길이가 수밀리 내지 10밀리로 짧은 비권축 단섬유를 집적화하여 부직포를 얻는 방법이고, 건식 케미컬 본드법은 권축이 있는 단섬유를 카드기를 통과시켜 웹화한 후, 에멀전화한 수지를 함침 후 건조하여 섬유 사이를 고정시켜 부직포를 제조하는 방법이다. 또한, 서멀 본드법은 권축이 있는 열융착성 단섬유를 포함하는 단섬유를 카드기를 통과시켜 웹화한 후, 섬유 사이를 열융착하여 부직포를 제조하는 방법이고, 스판 본드법은 중합체를 용해시킨 상태에서 작은 구멍으로부터 빼낸 후, 고화하여 직접 부직포화하는 방법이다.

상기한 바와 같은 제조 방법 중, 비강도를 달성하기 위해서는 습식 초지법과 에어레이드법이 가장 바람직하다. 이하, 습식 초지법과 에어레이드법이 비강도를 달성하는 최적 제조 방법인 이유를 상세히 설명한다.

권축이 있는 단섬유를 이용하는 것이 필수적인 케미컬 본드 제조 방법이나 서멀 본드 제조 방법의 부직포는, 카드기에 통과시켜 섬유웹으로 한 후, 수지 가공이나 열접착으로 섬유 사이를 고정시켜 얻어진다. 부직포 구조는 이용한 단섬유에 3차원의 권축이 원래 구비되어 있기 때문에, 수지 등으로 섬유간 고정시켜도 부직포가 두꺼워지기 쉽고 3차원 상태의 루즈성이 남은 것이 되기 쉽다. 그 결과, 외력이 가해졌을 때에, 루즈성이 남은 부분에서 섬유의 얽힘이 풀어져, 변형 저항 강도보다 부직포 여과재 신장이 선행하여 발생되기 때문에, 구조 압력 손실이 발생하기 쉽다.

한편, 섬유 길이가 수밀리 내지 수십밀리로 짧은 비권축 단섬유를 물이나 공기 등의 유체에 분산하여 스크린 상에 집적하는 습식의 초지법 부직포나 에어레이드법은 섬유 집적이 평면적이기 때문에, 하나 하나의 단섬유의 배향성이 1차원적이고 루즈성이 없는 상태이다. 그 결과, 이 섬유 집적체의 단섬유 사이를 고정시킨 여과재는, 외력이 가해졌을 때에 루즈성에 따른 신장이 적기 때문에, 바로 단사 물성에 따른 인장 저항력이 발생하기 쉽다.

이상과 같은 이유로부터, 본 발명에 있어서는 습식 초지법 및 에어레이드법에 의해 섬유 집적체를 제작한 후, 단섬유 사이를 고정시킴으로써 부직포를 제조하는 것이 바람직하다. 그 중에서도 습식 초지법에는 환편(circular knitting) 방식과 경사 와이어 방식이 있지만, 경사 와이어 방식은 섬유를 분산시킨 물을 망으로 걸러서 섬유를 망면에 집적시킨 후, 결합제액을 함침하여 건조하기 때문에, 걸러진 섬유 길이에 폭이 있고 섬유 길이가 10 mm를 초과하는 긴 단섬유여도 초지할 수 있다. 이 때문에 비강도가 높은 부직포가 용이하게 얻어지기 때문에 최적 제조 방법이다. 한편, 환편 방식은 섬유와 결합제 또는 입자상의 첨가물을 응집시켜, 그 액으로부터 응집물을 거르기 때문에, 섬유 길이가 길면 곡면 형상을 거른 면에 걸러지지 않게 된다. 따라서, 환편 방식의 경우는 섬유 길이를 5 mm 정도로 짧게 하는 것이 바람직하다. 단, 그 경우는 비강도를 높게 하는 것이 어려워진다.

또한, 습식 초지법 및 에어레이드법은 섬유 특성이 상이한 복수의 섬유군을 임의로 혼합하여 부직포를 제조할 수 있다는 점에서도 바람직한 방법이다. 또한 에어레이드나 습식 초지법으로 여과재를 제조하는 경우, 저융점 섬유와 고융점 섬유를 복합한 열융착성 섬유나 통상의 단독 중합체로 구성되는 섬유 속에 난연제를 혼련한 난연성 섬유를 이용하면, 비강도가 높은 여과재로 또한 난연성을 높일 수 있다. 또한, 대전 가공에 유효한 힌더드 아민계 첨가제도 동시에 혼련하면, 일렉트렛성이 우수한 비강도가 높은 난연성 여과재를 얻을 수 있다.

부직포를 구성하는 섬유로는 폴리에스테르 섬유, 폴리아미드 섬유, 비닐론 섬유, 초고분자량 폴리에틸렌 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리아라미드 섬유, 무기 섬유, 탄소 섬유 등의 섬유가 사용 가능하다. 단, 유리 등의 무기 섬유나 탄소 섬유는 영률이 높지만 단섬유의 파단 신도가 4 ％ 이하로 작기 때문에 매우 접히기 쉬워 그다지 바람직하지 않다. 또한 폴리아라미드 섬유는 초지 공정에서 피브릴화하기 쉽기 때문에 영률이 높아지기 어렵고, 통기 저항에 불균일이 발생하기 쉽기 때문에 그다지 바람직하지 않다. 초고분자량 폴리에틸렌 섬유는 후술하는 유리 전이점이 높은 수지를 섬유 집합체에 함침하여 섬유 고정을 강고하게 하는 경우에, 건조열 처리 공정에서의 150도 이상의 고온 가열로, 섬유의 용해, 열수축이 발생하기 때문에 바람직하지 않다. 이들 섬유 중에서 특히 비닐론 섬유가 최적이다.

비닐론 섬유에는, 옛부터 행해지고 있는 수계 습식 방지법에 의해서 제조되는 비닐론 섬유와, 새롭게 개발된 용제 습식 냉각겔 방사법에 의해서 생산되는 고영률의 비닐론 섬유가 있고, 그 중에서도 용제 습식 냉각겔 방사법에 의해서 생산되는 비닐론 섬유는, 종래부터 사용되고 있던 수계 습식 방사법에 의해서 제조되는 비닐론 섬유보다도 영률이 높고, 또한 파단 신도가 4 내지 15 ％로 무기 섬유보다 높기 때문에 플리츠 가공에서도 섬유 절단이 발생하기 어려운 것, 또한 건열 수축률이 1.2 ％ 이하로 적기 때문에 섬유 집적체를 섬유 고정할 때의 건조열 처리에서의 부직포의 치수 변화가 작은 것, 또한 수분 흡수율이 낮기 때문에, 습기의 영향을 받기 어렵기 때문에 여과재의 치수 변화가 작고, 후술하는 난연성도 얻어지기 쉬운 섬유인 것 등으로부터, 부직포를 구성하는 단섬유로서 최적 섬유이다.

또한 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀계 섬유를 이용한 경우에는, 섬유 표면의 오일 성분이나 이온 부착물을 세정한 후, 코로나 방전법이나 하이드로 차지법으로 일렉트렛 가공함으로써 대전 섬유로 할 수 있기 때문에, 고포집성의 여과재를 얻을 수 있다. 특히 영률이 100 cN/dtex 이상인 폴리프로필렌이나 폴리프로필렌과 폴리에틸렌이 공중합된 변성 폴리프로필렌 섬유를 일렉트렛 가공하여 이용하는 것이 고강성 일렉트렛 여과재를 제조하기 위해서는 한층 바람직하다.

본 발명에 있어서, 부직포는 난연제를 함유하는 것이 가능하다. 난연제로는 예를 들면, 취소계 난연제나 염소계 난연제 등의 할로겐계 난연제, 인계 난연제, 구아니딘계 난연제, 인산멜라민계 난연제, 무기계 난연제 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 소각시에 유해 물질이 발생하지 않는다는 점에서 비할로겐계 난연제 및 RoHS 규제에 적합한 취소계 난연제가 바람직하다.

또한 비할로겐계 난연제 중에서도, 설파민계 난연제, 인산에스테르, 인산암모늄, 인산구아니딘, 인산멜라민 등, 환상 포스파젠의 인계 난연제, 황산멜라민 등은, 비닐론이나 펄프 등의 폴리비닐알코올 성분이나 셀룰로우즈 성분이 연소했을 때에 탄화를 촉진하는 효과가 높다. 또한, 이들의 난연제는 폴리에스테르 섬유 등의 연소시에, 용융하는 타입의 섬유가 혼합되어 있어도 탄화를 방지하고, 연소 확대를 방지하는 효과가 높다.

난연제는 수용성의 것일 수도 있지만, 상온에서 입자상이 되는 것이 배합하여도 비강도를 저하시키지 않기 때문에 최적이다.

또한 본 발명에 있어서, 부직포는 발수제, 향료, 탈취제, 항균제, 항바이러스제, 항알레르겐제, 가스 흡착제, 가스 흡착 다공질체 등이 부여되어 부가 기능이 부여되어 있을 수도 있다.

그리고 본 발명에 있어서는, 얻어진 부직포의 단섬유 사이가 유리 전이점 온도 30도 이상의 수지로 고정된다. 그 방법에서는, 물이나 공기 등의 유체에 분산시킨 섬유를 망으로 거른 후의 섬유 집적체에, 수지를 포함시켜 건조 고정하는 방법, 즉 유리 전이점 온도 Tg가 30 ℃ 이상, 바람직하게는 35 ℃ 이상, 보다 바람직하게는 40 ℃ 이상, 더욱 바람직하게는 50 ℃ 이상의 수지를 섬유 집적체에 포함시켜 건조·열 처리하여 섬유간 고정을 행하는 방법을 예시할 수 있다. 유리 전이점 온도 Tg가 80 ℃ 초과가 되면, 110 ℃ 전후의 건조시에 충분히 막 제조되지 않기 때문에 균열이 발생하거나, 또한 -40 ℃의 분위기하에 노출된 상태에서 풍압을 가했을 때에 깨지거나 하는 장해가 발생하기 쉬워지기 때문에, Tg의 바람직한 범위는 30 내지 80 ℃의 범위이다.

Tg가 비교적 높은 수지를 이용하면, Tg 상승과 동시에 수지가 딱딱해지고, 부직포의 인장 신도가 저하되어, 이용한 단섬유의 인장 신도에 근접한다. 이 때문에, 섬유 사이가 고정된 부직포를 끌어당겼을 때, 수지와 섬유 양쪽에 동시에 응력이 가해져, 이용한 섬유의 영률에 적합한 인장 강력이 발생한다. 이 때문에 비강도가 높은 부직포가 얻어지기 쉽다. 또한 필터 유닛이 온도가 높은 분위기에서 사용되어도 수지의 연화가 적기 때문에 부직포의 비강도 저하가 적고 압력 손실 변화가 발생하기 어렵다는 효과가 얻어진다.

이와 같은 효과를 발휘할 수 있는 수지로는, 예를 들면 아크릴산에스테르 수지, 스티렌·아크릴 수지, 에폭시 수지 등을 바람직하게 사용할 수 있다. 그 중에서도 스티렌·아크릴 수지는 강성이 높고, 섬유와의 밀착성도 양호하여, 섬유 고정력이 높아지기 때문에 적합하다. 이러한 수지는 수용액으로 하여, 해당 수용액에 섬유 집적체를 침지하거나, 섬유 집적체에 해당 수용액을 분무함으로써 부여할 수도 있지만, 열융착성 섬유의 형태로 섬유 집적체를 제작할 때에 혼입하고, 이러한 섬유를 용융함으로써, 상술한 바와 같은 단섬유 사이를 고정시키는 것도 가능하다.

그리고, 본 발명에 있어서는 섬유간 고정 수지에 평균 입경이 100 ㎛ 이하인 입자상 물질을 혼합시키는 것이 바람직하다. 상기 입자상 물질을 수지에 혼합시키지 않고 섬유 사이를 고정한 부직포에서도, 비강도 1000 N·cm/g 이상을 달성하는 것은 가능하지만, 혼합함으로써 보다 높은 비강도로 하는 것이 가능하다. 평균 입경이 100 ㎛ 이하인 입자상 물질을 상기 수지에 함유시켜 단섬유 사이를 고정시킨 부직포는, 입자상 물질이 수지 자신의 신장을 억제하는 효과를 발현하여 부직포 전체의 신장이 억제되기 때문에, 부직포 파단 강도는 저하되지만 저신도화하여, 보다 여과재 변형이 적은 여과재가 얻어진다.

입자상 물질은 입경이 지나치게 작으면 결합제의 연속성을 절단하는 효과가 지나치게 높아지고, 강도 저하가 커진다. 한편, 입경이 지나치게 크면 섬유 사이의 공간을 폐색하기 때문에 압력 손실이 커져 바람직하지 않다. 이 때문에 입경은 5 내지 100 ㎛가 바람직하고, 보다 바람직하게는 10 내지 30 ㎛, 더욱 바람직하게는 12 내지 25 ㎛이다. 이들을 여과재 전체 질량에 대하여 0.5 내지 20 질량％, 바람직하게는 5 내지 10 ％ 함유시키면 좋다.

이러한 입자상 물질로는, 상온에서 개체 형상을 나타내는 것이면 목적을 달성할 수 있고, 구체적으로는 탄산칼슘, 산화티탄, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 규소 화합물, 취소계 난연제, 인산멜라민 등을 예시할 수 있다.

그리고, 본 발명에 있어서는 고풍속 여과에 있어서의 더스트 포집성을 향상시키기 위해서, 상기한 바와 같은 부직포에 대전 가공을 실시할 수도 있고, 상기한 바와 같은 부직포에 별도의 대전 가공 부직포를 적층할 수도 있다.

대전 가공 부직포로는, 여과재 관통 풍속 25 m/분 이상의 고풍속 여과에서도 JIS 더스트 15종의 포착율을 85 ％ 이상으로 하여 저 압력 손실 고포집성을 얻기 위해서, QF값 0.15 이상의 것이 바람직하다. 이러한 고성능 대전 가공 부직포의 제조 방법에는 마찰 대전 가공법, 하이드로 차지법, 코로나 방전법이 알려져 있고, 어떤 제조 방법에서도 실시할 수 있다. 마찰 대전 가공법에 의한 것은 폴리프로필렌 섬유와 폴리에스테르 섬유, 또는 폴리프로필렌 섬유와 폴리아크릴 섬유가 혼합된 섬유 집합체를, 섬유 사이에서 마찰 가공하여 대전 가공하기 때문에, 섬유 밀도가 낮고 클로깅하기 어려운 구조이다. 이 때문에 특히 긴 수명성을 요구하는 여과재에 적합하다. 또한 하이드로 차지법은, 저용량 부직포로도 대전 가공이 가능하기 때문에, 여과재 두께를 얇게 할 수 있다는 등의 우수한 특징이 있다.

또한, 본 발명의 여과재는, 여과재 QF값이 0.4 이상인 것이 바람직하다. 여과재 QF값은, JIS B9908(2001) 형식 3시험법에 준한 평가 기기에 여과재를 세팅하고, 여과재 관통 풍속 4.5 m/분으로 공기를 흘려, 초기 압력 손실에 150 Pa를 가한 최종 압력 손실에 도달할 때까지 JIS Z8901(1974) 기재의 더스트 15종을 공급하고, 총더스트 공급량과 여과재에 포집되지 않고 통과된 더스트량의 비율로부터 구한 더스트 투과율의 자연대수를 여과재의 더스트 부하전 압력 손실로 나눠 구한다. 여과재 QF값이 높을수록 저 압력 손실이면서 높은 더스트 포집율인 것을 나타낸다. 여과재 QF값이 0.4를 밑도는 여과재는, 꽃가루 등의 포집율이 85 ％ 이하가 되기 때문에 알레르기 증상 발증의 방지 효과가 낮다. 보다 바람직하게는 0.5 이상, 더욱 바람직하게는 1.0 이상의 것이, 저 압력 손실이면서 미세먼지로부터 꽃가루 등의 조대 입자까지 포집할 수 있기 때문에 최적이다.

또한, 본 발명에 있어서는, 상기한 바와 같은 여과재를 이용한 필터 유닛의 유닛 QF값이 0.03 이상인 것이 바람직하다. 유닛 QF값은 JIS B9908(2001) 형식 3시험법에 준한 평가 기기에, 본 발명의 여과재가 이용된 필터 유닛을 세팅하고, 525 ㎥/시의 풍량으로 공기를 흘려, 초기 압력 손실로부터 최종 압력 손실의 200 Pa에 도달할 때까지 JIS Z8901(1974) 기재의 더스트 15종을 공급하고, 총더스트 공급량과 필터 유닛에 포집되지 않고 통과된 더스트량의 비율로부터 구한 더스트 투과율의 자연대수를 필터 유닛의 더스트 부하전 압력 손실로 나눠 구한다. 유닛 QF값이 높을수록 저 압력 손실이면서 높은 더스트 포집율인 것을 나타낸다. 유닛 QF값이 0.03를 밑도는 필터 유닛은, 꽃가루 등의 포집율이 85 ％ 이하가 되기 때문에 알레르기 증상 발증의 방지 효과가 낮아 좋지 않다. 보다 바람직하게는 0.05 이상, 더욱 바람직하게는 0.06 이상인 것이, 저 압력 손실이면서 미세먼지로부터 꽃가루 등의 조대 입자까지 포집할 수 있기 때문에 최적이다.

유닛 QF값을 높게 하기 위해서는, 필터 유닛의 초기 압력 손실을 낮추는 것이 중요하다. 유닛 압력 손실은 여과재 압력 손실과 구조 압력 손실의 합으로 구성된다. 그 중, 구조 압력 손실은 풍압에 의한 여과재 변형이 플리츠 가공되어 형성된 공기의 유로 간격의 폐색도에 의해서 발생 정도가 변화된다. 동일한 여과재로, 동일한 여과재 면적, 동일한 피크간 피치의, 피크 높이가 높은 유닛과 낮은 유닛을 제조한 경우에는, 여과재를 통과하는 풍속은 동일하기 때문에 동일한 풍압이 계산상 가해지지만, 피크 높이가 높은 유닛에서는 피크의 경사면에서 발생하는 여과재의 변형량이, 피크 높이가 낮은 유닛보다 커지기 때문에 구조 압력 손실이 높아진다. 이 때문에 유닛 QF값을 높게 하기 위해서는, 필터간 입구가 넓고 박형의 유닛 형상으로 하면 유리하다.

또한, 유닛 QF값을 높게 하기 위해서는, 최종 압력 손실에서의 더스트 투과율을 낮추는 것이 중요하다. 최종 압력 손실에서의 더스트 투과율은, 여과재의 섬유 구성, 섬유 밀도, 초기 포집 성능, 여과 풍속에 의해서 결정된다. 더스트 투과율은 더스트 부착에 따른 클로깅에 의해서 저하되기 때문에 섬유 밀도가 높으면 유리하지만, 이와 같이 한 경우에는 초기 압력 손실이 커져 수명도 짧아지기 때문에 부적합하다. 최적의 방법은 대전 가공 부직포 QF값이 0.12 이상, 평균 단섬유 섬유 직경이 4 ㎛ 이상, 섬유 밀도 0.12 g/㎤ 이하의 대전 가공 부직포를 별도 여과재에 적층하는 방법이 최적이다. 즉, 초기 더스트 투과율이 20 ％ 이하인 부피가 큰 대전 가공 부직포로 포집 효율을 크게 함으로써, 다풍량 처리에서도 포집 성능이 높고, 수명이 긴 저 압력 손실 에어 필터 유닛을 얻을 수 있다.

이하, 실시예를 이용하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 우선, 본 실시예에서의 여과재의 각 특성의 평가 방법을 후술한다. 또한, 영률, 두께, 평량, 비강도의 평가에 이용하는 시험편은 JIS Z8703(1983)의 표준 온습도 상태 2종류(온도 20±2 ℃, 상대습도 65±2 ％)로 습도 조절한 것을 이용한다.

<단섬유의 섬도, 섬유 길이 및 구성 비율>

단섬유와 수지로 구성된 부직포를, 수지가 용해된 용액에 침지하여 수지분을 제거하고, 섬유만으로 한 후, 섬유 길이를 노기스로 측정하고, 길이마다 분류한다. 또한 섬유 길이가 다른 군마다 전자 현미경으로 섬유폭을 측정하여 구분한다. 이 때, 섬유 개수는 적어도 100개 이상을 측정하여 단섬유 구성을 군마다 분류한다. 이어서 사염화탄소와 물을 혼합하여 제조한 밀도 구배액에 구성 섬유를 넣어, 부유도 침지도 하지 않는 액밀도를 구하고, 이를 섬유 밀도로 한다. 또한, 섬유가 밀도 구배액에 용해된 경우는, 상기 섬유가 용해되지 않는, 비중이 무거운 적당한 유기 용제를 선정한다. 섬유가 부유하는 경우는 융점을 측정하여, 융점에서 소재를 특정한다. 단섬유의 섬도는, 구한 단섬유의 섬유폭을 섬유 직경으로서 단면적 A[㎠]를 구하고, 이 단섬유의 섬유 비중 B[g/㎤]를 곱하여 하기 화학식으로 구한다.

섬도[dtex]=A[㎠]×B[g/㎤]×10⁶

이어서, 단섬유의 구성 비율은, 앞서 구한 단섬유의 군마다의 구성 비율을 섬도와 섬유 길이의 구성 비율로 변환하여, 전체 섬유 질량에 차지하는 비율을 산출한다.

<영률>

JIS L1013(1999)에 준하여 평가한다. 초기 인장 저항도로부터 외관 영률을 구하고, 이 수치를 영률로 한다. 또한 섬유 길이가 수 mm에서 수십 mm로 짧기 때문에, 1 분간의 인장 속도는 섬유 길이의 100 ％로 한다. 또한 평가 N 수는 적어도 10개 이상으로 하고, 산술 평균을 본 발명에 있어서의 영률로 한다.

<통기도>

JIS L1096(1999)에 기재된 프라질 형태법의 평가 방법에 따라서 실시한다. 단 1매로 측정한 경우에는 측정 결과에 변동이 발생하기 쉽기 때문에 2매 중첩하여 측정한다. 또한 평가 N 수는 적어도 5 이상으로 하고, 산술 평균을 본 발명에서의 통기도로 한다.

<입자상 물질의 평균 입경 측정>

입자가 무기 물질인 경우는, 수지를 용제로 녹여 남은 입자를 현미경 관찰하여 1차 입경을 측정한다. 또한 입자가 유기 물질인 경우에는, 여과재 표면의 SEM 관찰을 행하고, 50개 이상의 입자를 무작위로 선택하여, 장경을 측정하여 그 장경의 산술 평균값을 입자상 물질의 평균 입경으로 한다. 또한, 수지만을 용해시킬 수 있는 경우는, 수지를 용해 후 여과하여 남은 입자를 현미경으로 관찰한다.

<두께>

텍로크(주)제조 SM114를 이용하여 측정 빈도 100 ㎠당 3개소, 합계 21개소의 두께를 구하여 그의 산술 평균값을 이용한다.

<평량>

평가 시료(부직포, 내전 가공 부직포 또는 여과재)의 질량을 구하고, 그의 면적에서 1 ㎡당 질량으로 고쳐, 각각의 평가 시료의 평량으로서 구한다. 샘플링 최소 면적은 0.01 ㎡ 이상으로 한다.

<비강도>

JIS L1085(1998)에 준거하여 인장 강도를 구하고, 상기 인장 강도로부터 비강도를 구하였다. 구체적으로는, 우선 폭 50 mm의 부직포를, 정속 인장 시험기(오토그래프 시마즈(SHIMADZU)(주) 제조 형식 AGS-J)로 척간 길이 200 mm, 인장 속도 100 mm/분으로 평가한 S-S 커브로부터, 1 ％ 신장시의 발생 강력[N]을 구하고, 상 기 발생 강력을 시험편의 단면적(부직포 폭 50 mm×부직포 두께)으로 나누고, 1 ％ 신장시의 인장 강도[N/㎠]를 구하였다. 계속해서, 상기 인장 강도[N/㎠]를 후술하는 방법으로 구해지는 부직포의 외관 밀도[g/㎤]로 나눠 비강도를 구하였다. 또한, 비강도는 부직포의 플리츠 가공 방향(MD 방향)에 200 mm 길이를 적어도 5개 이상 샘플링하여 평가한 값의 산술 평균값으로 한다.

<수지의 유리 전이점 온도>

부직포로부터 수지 성분을 채취하여 DSC법(고감도 시차열 열량계법)을 이용하여 평가한다. 평가 N 수는 2개 이상으로 하고, 산술 평균값을 이용한다.

<대전 가공 부직포 QF값>

JIS B9908(2001) 형식 3시험법에 준한 시험기에 대전 가공 부직포를 세팅하여, 대전 가공 부직포 QF값을 하기 수학식으로 구한다.

대전 가공 부직포 QF값=-Ln(T)/△P

T는 대전 가공 부직포의 0.3 ㎛ 내지 0.5 ㎛ 직경의 일반 외기에 포함되는 대기 먼지 입자의 투과율(이하, "0.3 μ 입자 투과율"이라고도 함)

T=1-(C_O/C_I)

C_O=평가 시료가 포집된 0.3 ㎛ 내지 0.5 ㎛ 직경의 입자수

C_I=평가 시료에 공급된 0.3 ㎛ 내지 0.5 ㎛ 입자수

△P는 대전 가공 부직포 압력 손실(Pa)

대기 먼지 입자의 투과율 T와 대전 가공 부직포 압력 손실 △P는 측정 풍속 4.5 m/분으로 구한다. 또한, 평가 N 수는 2매 이상으로 하고, 산술 평균값을 이용한다.

<멜트 블로우 부직포의 평균 섬유 직경의 측정>

멜트 블로우 부직포 표면을 500배 이상으로 SEM 관찰하고, 500개 이상의 섬유폭을 무작위로 측정하여 산술 평균값을 이용한다.

<부직포, 대전 부직포 압력 손실의 측정>

JIS B9908(2001) 형식 3시험법에 준한 시험기에 평가 시료를 세팅하여, 평가 시료를 통과하는 풍속을 4.5 m/분으로서 구한다. 평가 N 수는 2매 이상으로 하고, 산술 평균값을 이용한다.

<여과재 QF값>

여과재 QF값은 JIS B9908(2001) 형식 3시험법에 준한 평가 기기에 여과재를 세팅하고, 여과재 관통 풍속 4.5 m/분으로 공기를 흘려 여과재 초기 압력 손실(△P₁)을 구한다. 이어서, △P₁에 150 Pa를 가한 최종 압력 손실에 도달하는 시점까지, JIS Z8901(1974) 기재의 더스트 15종을 공급하고, 평가 여과재가 포집한 더스트량(W₁)과 평가 여과재에 포집되지 않고 하류측의 절대 필터가 포집한 더스트량(W₂)으로부터, 하기 수학식으로 JIS 15종 더스트의 투과율 T₁을 구한다.

T₁=1-(W₁/(W₁+W₂))

W₁=평가 여과재가 포집한 JIS 15종 더스트 입자의 질량

W₂=절대 필터가 포집한 JIS 15종 더스트 입자의 질량

그리고, 여과재 QF값을 구하는 식에 JIS 15종 더스트 입자의 투과율 T₁을 적용시켜 하기 수학식으로 구한다.

여과재 QF값=-Ln(T₁)/△P₁

T₁은 JIS 15종 더스트 입자의 투과율

△P₁은 여과재 초기 압력 손실(Pa)

여과재 QF값의 평가 N 수는 2매 이상으로 하고, 산술 평균값을 이용한다.

<필터 유닛 QF값>

필터 유닛 QF값은 JIS B9908(2001) 형식 3시험법에 준한 평가 기기에 필터 크기 폭 240 mm×길이 255 mm×두께 10 mm의 필터 유닛을 세팅하고, 525 ㎥/시의 풍량으로 공기를 흘려 필터 유닛 초기 압력 손실(△P₂)을 구한다. 이어서, 최종 압력 손실 200 Pa 도달하는 시점까지, JIS Z8901(1974) 기재의 더스트 15종을 공급하고, 필터 유닛에 포집된 더스트량(W₃)과 평가 유닛에 포집되지 않고 하류측의 절대 필터에 포집된 더스트량(W₄)으로부터, 하기 화학식으로 필터 유닛에 있어서의 JIS 15종 더스트 입자의 투과율 T₂를 구한다.

T₂=(1-(W₃/(W₃+W₄))

W₃=필터 유닛이 포집한 JIS 15종 더스트 입자의 질량

W₄=절대 필터가 포집한 JIS 15종 더스트 입자의 질량

그리고, 유닛 QF값을 구하는 식에 JIS 15종 더스트 입자의 투과율 T₂를 적용시켜 하기 화학식으로 구한다.

필터 유닛 QF값=-Ln(T₂)/△P₂

T₂는 JIS 15종 더스트 입자의 투과율

△P₂는 필터 유닛 초기 압력 손실(Pa)

필터 유닛 QF값의 평가 N 수는 2매 이상으로 하고, 산술 평균값을 이용한다.

<부직포의 외관 밀도>

텍로크(주) 제조 SM114를 이용하여 시료 면적 100 ㎠당 1개소의 측정 밀도로, 합계 21개소 이상의 두께를 구하고, 그의 산술 평균값을 산출한다. 또한 여과재 평량은 부직포의 질량을 구하고, 그의 면적으로부터 1 ㎡당 질량으로 고쳐 평량으로 한다. 샘플링 최소 면적은 0.01 ㎡ 이상으로 하고, 평가하는 시료의 매수는 2매 이상으로 하고, 이들의 산술 평균값을 이용한다.

상기한 방법으로 구한 부직포의 두께와 평량으로부터, 부직포의 외관 밀도를 하기 수학식으로 구한다.

부직포의 외관 밀도(g/㎤)=여과재 평량(g/㎠)/여과재 두께(cm)×10000

<난연성>

JIS L1091(1999) A-3법에 준하여 실시한다.

(실시예 1)

경사 와이어 방식의 습식 초지 방법에 의해, 비권축의 비닐론 섬유(영률 180 cN/dtex, 섬도 7 dtex, 섬유 길이 10 mm의 것을 20 질량％), 비권축의 폴리에스테르 섬유((1) 영률 65 cN/dtex, 섬도 10 dtex, 섬유 길이 10 mm의 것을 21 질량％, (2) 영률 65 cN/dtex, 섬도 17 dtex, 섬유 길이 18 mm의 것을 49 질량％), 펄프(10 질량％)로 구성된 평량 37.5 g/㎡의 섬유 집적체를 제작하였다. 그 후, 상기 섬유 집적체를 스티렌아크릴 중합체(유리 전이점 온도 Tg 30 ℃, 막 제조 온도 45 ℃)의 고형분 30 ％ 액에 함침한 후, 건조 열 처리하여 평량 46.8 g/㎡, 두께 0.410 mm, 통기도 375 ㎤/㎠·초(2매 중첩), 외관 밀도 0.114 g/㎤, 1 ％ 신장시 인장 강도 180 N/㎠, 비강도 1579 N·cm/g의 부직포를 제조하였다. 이 부직포의 압력 손실은 1.6 Pa였다.

이 부직포에 대전 부직포(평량 12 g/㎡, 평균 섬유 직경 6.0 ㎛, 압력 손실 1.8 Pa, 0.3 μ 입자 투과율 T=0.75, 두께 0.12 mm, 대전 가공 부직포 QF값 0.16의 폴리프로필렌 멜트 블로우 부직포)를 접착하여, 미세먼지도 포집 가능한 두께 0.535 mm의 여과재(압력 손실 3.5 Pa, JIS 15종 더스트 투과율 T₁=0.08, 여과재 QF값 0.72)를 제조하였다.

이 여과재를 피크 높이 8 mm로 플리츠 가공하여, 필터 크기가 폭 240 mm, 길이 255 mm, 두께 10 mm의 프레임 중에 여과재 면적이 0.35 ㎡가 되도록 넣고, 필터 유닛을 제조하였다.

이 필터 유닛을 풍량 525 ㎥/시에 유닛 압력 손실을 측정한 결과, 70 Pa(구조 압력 손실 50.6 Pa)였다. 이 유닛에 JIS 15종 더스트를 부하하여 수명 특성을 구한 바, 유닛에 있어서의 JIS 15종 더스트 투과율 T₂=0.09, JIS 15종의 부착량=13 g/유닛, 필터 유닛 QF값=0.034이고, 자동차 에어컨용 고성능 필터에 사용할 수 있는 성능(소음이 그다지 거슬리지 않고, 또한 에어컨 효율을 저하시키지 않는 압력 손실 70 Pa 이하, 꽃가루의 침입을 거의 저지할 수 있는 성능으로서의 JIS 더스트 15종 포집 효율 91 ％ 이상)이었다.

또한, 조건 및 결과를 하기 표 1, 표 2에 나타낸다.

(실시예 2)

부직포의 구성 섬유를 변경하고, 표 1, 표 2에 나타낸 바와 같이 한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하였다. 그 결과, 구조 압력 손실 발생이 적은 필터 유닛을 제조할 수 있었다. 또한, 상기 필터 유닛이 저 압력 손실 고포집이고 긴 수명의 필터인 것도 확인할 수 있었다.

(실시예 3)

부직포의 구성 섬유를 변경하고, 표 1, 표 2에 나타낸 바와 같이 한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하였다. 영률이 높은 섬유를 이용했기 때문에, 실시예 1, 2에 비하여 비강도가 더욱 높은 부직포를 얻을 수 있고, 그 결과 구조 압력 손실이 더욱 적은 필터 유닛을 제조할 수 있었다. 또한, 상기 필터 유닛이 저 압력 손실 고포집이고 긴 수명의 필터인 것도 확인할 수 있었다.

(실시예 4)

부직포의 구성 섬유를 변경하고, 스티렌아크릴 중합체의 고형분 30 ％ 액을 유리 전이점 온도 Tg 35 ℃, 막 제조 온도 55 ℃의 것으로 변경하고, 하기 표 3, 표 4에 나타낸 바와 같이 한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하였다.

섬유 길이가 길고, 또한 이들 단섬유를 Tg가 높은 스티렌아크릴 중합체로 섬유 사이를 고정시켰기 때문에, 실시예 1 내지 3보다 비강도가 더욱 높은 부직포를 얻을 수 있고, 그 결과 구조 압력 손실이 더욱 적은 필터 유닛을 제조할 수 있었다. 또한, 상기 필터 유닛이 저 압력 손실 고포집이고 긴 수명의 필터인 것도 확인할 수 있었다.

(실시예 5)

스티렌아크릴 중합체의 고형분 30 ％ 액을 유리 전이점 온도 Tg 50 ℃, 막 제조 온도 80 ℃의 것으로 변경하고, 표 3, 표 4에 나타낸 바와 같이 한 것 이외에는, 실시예 4와 마찬가지로 하였다.

섬유 길이가 길고, 또한 이들 단섬유를 실시예 4보다 Tg가 더욱 높은 스티렌아크릴 중합체로 섬유 사이를 고정시켰기 때문에, 비강도가 더욱 높은 부직포를 얻을 수 있고, 그 결과 구조 압력 손실이 더욱 적은 필터 유닛을 제조할 수 있었다. 또한, 상기 필터 유닛이 저 압력 손실 고포집이고 수명이 긴 필터인 것도 확인할 수 있었다.

또한, 이용한 부직포에 대해서, 60도의 분위기하에서 비강도를 측정한 바 4200 N·cm/g에서 거의 저하가 인정되지 않았다. 그 결과, 엔진에 가까워 가온되 는 장소에 사용하여도, 열에 의한 여과재 변형이 적은 내열성이 우수한 부직포인 것을 확인할 수 있었다.

(실시예 6)

스티렌아크릴 중합체(Tg 30 ℃, 막 제조 온도 45도)의 고형분 30 ％ 액에, 상기스티렌아크릴 중합체의 건조 중량에 대하여 건조 중량 비율로 10 ％의 탄산칼슘(평균 입경 4 ㎛)을 혼합한 결합제를 제작하고, 이 결합제에 섬유 집적체를 함침시켜 표 3, 표 4와 같이 한 것 이외에는, 실시예 2와 마찬가지로 하였다.

스티렌아크릴 중합체(Tg 30 ℃, 막 제조 온도 45도)의 고형분 30 ％ 액에 입자상 물질을 함유시킨 결과, 실시예 2에 비하여 비강도가 높은 부직포를 얻을 수 있고, 구조 압력 손실이 적은 필터 유닛을 제조할 수 있었다. 또한, 상기 필터 유닛이 저 압력 손실 고포집이고 수명이 긴 것도 확인할 수 있었다.

(실시예 7)

스티렌아크릴 중합체(Tg 30 ℃, 막 제조 온도 45도)의 고형분 30 ％ 액에, 상기스티렌아크릴 중합체의 건조 중량에 대하여 건조 중량 비율로 46.7 ％의 난연제 인산멜라민(수불용성)을 혼합한 결합제를 제작하고, 이 결합제에 섬유 집적체를 함침시켜 하기 표 5, 표 6과 같이 한 것 이외에는, 실시예 2와 마찬가지로 하였다.

부직포의 표면 관찰로부터 평균 입경 10 ㎛의 입자가 스티렌아크릴 중합체 내부 및 표면에 석출하여 형성되어 있었다. 스티렌아크릴 중합체에 입자상 물질을 함유시킨 결과, 실시예 2에 비하여 비강도가 높은 부직포를 얻을 수 있고, 구조 압력 손실이 적은 필터 유닛을 제조할 수 있었다. 또한, 상기 필터 유닛이 저 압력 손실 고포집이고 수명이 긴 것도 확인할 수 있었다. 또한, 여과재의 난연성을 평가한 바 A-3법에 적합한 자소성(自消性)을 확인할 수 있었다.

(실시예 8)

대전 부직포를 평량 22 g/㎡, 평균 섬유 직경 6.0 ㎛, 압력 손실 3.7 Pa, 0.3 μ 입자 투과율 T=0.35, 두께 0.21 mm, 대전 가공 부직포 QF값 0.28의 폴리프로필렌 멜트 블로우 대전 부직포로 변경하고, 표 5, 표 6과 같이 한 것 이외에는 실시예 2와 마찬가지로 하였다.

그 결과, 평량이 큰 대전 부직포를 이용했기 때문에 포집 성능이 높아졌다. 또한, 포집성이 높은 필터 유닛임에도 불구하고 저 압력 손실 수명이 긴 것도 확인할 수 있었다.

(실시예 9)

대전 부직포를 폴리에스테르 단섬유(섬도 5 dtex, 섬유 직경 22.0 ㎛)와 폴리프로필렌 단섬유(섬도 5 dtex, 섬유 직경 26.3 ㎛)가 각각 중량 비율로 50 ％로 혼재하고 있는 평량 16 g/㎡의 마찰 대전 가공 부직포(압력 손실 0.5 Pa, 0.3 μ 입자 투과율 T=0.61, 두께 0.2 mm, 대전 가공 부직포 QF값 0.99)로 변경하고, 표 5, 표 6과 같이 한 것 이외에는 실시예 2와 마찬가지로 하였다.

실시예 7과 마찬가지로 여과재 두께가 약간 두꺼운 여과재였지만, 저 압력 손실 여과재가 되고, 유닛 압력 손실도 낮은 것이었다. 또한, 포집성이 높은 필터 유닛임에도 불구하고 긴 수명의 필터인 것도 확인할 수 있었다.

(실시예 10)

부직포의 구성 섬유를 변경하고, 스티렌아크릴 중합체의 고형분 30 ％ 액을 동일한 고형분 10 ％ 액으로 변경하고, 추가로 얻어진 부직포에 별도의 대전 부직포를 접착하는 것이 아닌, 얻어진 부직포에 순수를 분무하여 하이드로 차지법으로 대전 가공을 행하고, 하기 표 7, 표 8에 나타낸 바와 같이 한 것 이외에는 실시예 4와 마찬가지로 하였다.

그 결과, 부직포층 1층만의 여과재여도 포집성이 높고, 또한 압력 손실이 낮은, 고성능 필터 유닛인 것을 확인할 수 있었다.

(실시예 11)

부직포의 구성 섬유를 변경하고, 대전 부직포를 평량 10 g/㎡, 평균 섬유 직경 5.0 ㎛, 압력 손실 1.6 Pa, 0.3 μ 입자 투과율 T=0.77, 두께 0.08 mm, 대전 가공 부직포 QF값 0.16의 폴리프로필렌 멜트 블로우 대전 부직포로 변경하고, 추가로 필터 유닛에서의 여과재 면적을 0.42 ㎡로 변경하고, 표 7, 표 8과 동일하게 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하였다.

그 결과, 평량이 작고 얇은 것이었지만 비강도가 높은 부직포를 얻을 수 있고, 이 때문에 좁은 플리츠 피크 간격으로 여과재를 수납하여도 구조 압력 손실의 발생이 적고, 저 압력 손실, 고포집으로 수명이 긴 필터 유닛을 제조할 수 있었다.

(실시예 12)

에어레이드법에 의해, 비권축의 비닐론 섬유(영률 180 cN/dtex, 섬도 7 dtex, 섬유 길이 20 mm의 것을 30 질량％), 비권축의 코어-쉬스(core-sheath)형 폴리에스테르 섬유(쉬스 성분 융점 154 ℃, 코어 성분 융점 265 ℃의 것으로, (1) 영 률 65 cN/dtex, 섬도 9.6 dtex, 섬유 길이 15 mm의 것을 21 질량％, (2) 영률 65 cN/dtex, 섬도 16.2 dtex, 섬유 길이 24 mm의 것을 49 질량％)로 구성된 평량 37.5 g/㎡의 섬유 집적체를 제작하였다. 그 후, 190 ℃의 온풍을 섬유 집적체에 작용시켜 폴리에스테르 코어-쉬스 섬유의 쉬스 성분을 용해시킨 상태를 만들어 25 ℃로 조절한 캘린더 롤로 압축하여 두께 0.40 mm, 통기도 390 ㎤/㎠·초(2매 중첩), 외관 밀도 0.094 g/㎤, 1 ％ 신장시 인장 강도 120 N/㎠, 비강도 1277 N·cm/g의 부직포를 제조하였다. 이 부직포의 압력 손실은 1.5 Pa였다.

이 부직포에 대전 부직포(평량 12 g/㎡, 평균 섬유 직경 6.0 ㎛, 압력 손실 1.8 Pa, 0.3 μ 입자 투과율 T=0.75, 두께 0.12 mm, 대전 가공 부직포 QF값 0.16의 폴리프로필렌 멜트 블로우 부직포)를 접착하여, 미세먼지도 포집 가능한 두께 0.53 mm의 여과재(압력 손실 3.3 Pa, JIS 15종 더스트 투과율 T₁=0.08, 여과재 QF값 0.77)를 제조하였다.

이 여과재를 피크 높이 8 mm로 플리츠 가공하여, 필터 크기가 폭 240 mm 길이 255 mm 두께 10 mm의 프레임 중에 여과재 면적이 0.35 ㎡가 되도록 넣고, 필터 유닛을 제조하였다.

이 필터 유닛을 풍량 525 ㎥/시에 유닛 압력 손실을 측정한 결과, 67.8 Pa(구조 압력 손실 49.5 Pa)였다. 이 유닛에 JIS 15종 더스트를 부하하여 수명 특성을 구한 바, 유닛에 있어서의 JIS 15종 더스트 투과율 T₂=0.085, JIS 15종의 부착량=14 g/유닛, 필터 유닛 QF값=0.036이고, 자동차 에어컨용 고성능 필터에 사용할 수 있는 성능이었다.

여과재의 제조 방법을 에어레이드법으로 하고, 열융착성 섬유를 이용하고, 또한 섬유 길이를 길게 하여 섬유간 고정을 행한 결과, 부직포 외관 밀도가 낮음에도 불구하고 비강도가 높은 것이 얻어지고, 유닛 성능도 수명 특성이 높은 것이 얻어졌다.

또한, 조건 및 결과를 표 7, 표 8에 나타낸다.

(실시예 13)

에어레이드법에 의해 비권축의 비닐론 섬유(영률 180 cN/dtex, 섬도 7 dtex, 섬유 길이 20 mm의 것을 30 질량％), 비권축의 코어-쉬스형 폴리에스테르 섬유(쉬스 성분 융점 154 ℃, 코어 성분 융점 265 ℃의 것으로, (1) 영률 65 cN/dtex, 섬도 9.6 dtex, 섬유 길이 15 mm의 것을 21 질량％, (2) 영률 65 cN/dtex, 섬도 16.2 dtex, 섬유 길이 24 mm의 것을 49 질량％)로 구성된 평량 37.5 g/㎡의 섬유간 고정된 섬유 집적체를 제작하였다. 그 후, 상기 섬유 집적체를 스티렌아크릴 중합체(유리 전이점 온도 Tg 30 ℃, 막 제조 온도 45 ℃)의 고형분 30 ％ 액에 함침한 후, 190 ℃의 온풍을 섬유 집적체에 작용시켜 건조열 처리하여 평량 39.5 g/㎡로 한 후, 25 ℃로 조절한 캘린더 롤로 압축하여 두께 0.43 mm, 통기도 400 ㎤/㎠·초(2매 중첩), 외관 밀도 0.092 g/㎤, 1 ％ 신장시 인장 강도 130 N/㎠, 비강도 1413 N·cm/g의 부직포를 제조하였다. 이 부직포의 압력 손실은 1.4 Pa였다.

이 부직포에 대전 부직포(평량 12 g/㎡, 평균 섬유 직경 6.0 ㎛, 압력 손실 1.8 Pa, 0.3 μ 입자 투과율 T=0.75, 두께 0.12 mm, 대전 가공 부직포 QF값 0.16의 폴리프로필렌 멜트 블로우 부직포)를 접착하여, 미세먼지도 포집 가능한 두께 0.53 mm의 여과재(압력 손실 3.2 Pa, JIS 15종 더스트 투과율 T₁=0.08, 여과재 QF값 0.79)를 제조하였다.

이 필터 유닛을 풍량 525 ㎥/시에 유닛 압력 손실을 측정한 결과, 67.3 Pa(구조 압력 손실 49.5 Pa)였다. 이 유닛에 JIS 15종 더스트를 부하하여 수명 특성을 구한 바, 유닛에 있어서의 JIS 15종 더스트 투과율 T₂=0.085, JIS 15종의 부착량=14.6 g/유닛, 필터 유닛 QF값=0.037이고, 자동차 에어컨용 고성능 필터에 사용할 수 있는 성능이었다.

여과재의 제조 방법을 에어레이드법으로 하고, 섬유간 고정에 열융착성 섬유와 수지를 이용함으로써 부직포 외관 밀도가 낮음에도 불구하고 비강도가 높은 것이 얻어지고, 유닛 성능도 수명 특성이 높은 것이 얻어졌다.

또한, 조건 및 결과를 하기 표 9, 표 10에 나타낸다.

(실시예 14)

에어레이드법에 의해 비권축의 비닐론 섬유(영률 250 cN/dtex, 섬도 17 dtex, 섬유 길이 12 mm의 것을 40 질량％), 비권축의 코어-쉬스형 변성 PP/PP 섬유(영률 45 cN/dtex, 섬도 2.2 dtex, 섬유 길이 10 mm, 쉬스 성분 변성 폴리프로필 렌 융점 129 ℃, 코어 성분 폴리프로필렌 융점 165 ℃의 것을 50 질량％), 비권축의 폴리프로필렌 섬유(영률 130 cN/dtex, 섬도 3.0 dtex, 섬유 길이 15 mm의 것을 10 질량％)로 구성된 섬유 집적체를 얻었다. 이것에 145 ℃의 가열 공기를 통과시켜, 코어-쉬스형 변성 PP/PP 섬유의 쉬스측 변성 PP(폴리올레핀, 폴리에틸렌 공중합 중합체, 융점 129 ℃)만을 용해시켜 다른 섬유와의 섬유간 고정을 행한 후, 120 ℃ 이하에서 가압하여, 두께 0.7 mm의 부직포(평량 80 g/㎡, 두께 0.70 mm, 비강도 1052 N·cm/g)를 제작하였다. 그 후, 부직포를 수세하여 섬유에 부착된 오일제를 제거한 후, 하이드로 차지법으로 일렉트렛 가공을 행하여 1층 구조의 대전 여과재를 얻었다.

이 여과재를 피크 높이 8 mm로 플리츠 가공하여, 필터 크기가 폭 240 mm 길이 255 mm 두께 10 mm의 프레임 중에 여과재 면적이 0.28 ㎡가 되도록 넣고, 필터 유닛을 제조하였다.

이 필터 유닛을 풍량 525 ㎥/시에 유닛 압력 손실을 측정한 결과, 71.0 Pa로 높았지만, JIS 15종 더스트의 투과율 T₂=0.074, JIS 15종의 부착량=16 g/유닛, 필터 유닛 QF값=0.037이고, 0.3 ㎛ 입자 투과율이 낮아도 수명이 긴 필터 유닛을 얻을 수 있었다.

또한, 조건 및 결과를 표 9, 표 10에 나타낸다.

(실시예 15)

에어레이드법에 의해, 비권축의 방향족의 폴리아미드 섬유(영률 4400 cN/dtex, 섬도 17 dtex, 섬유 길이 10 mm의 것을 40 질량％), 비권축의 폴리프로필렌 섬유(영률 130 cN/dtex, 섬도 3 dtex, 섬유 길이 15 mm의 것을 10 질량％), 비권축의 코어-쉬스형 변성 PP/PP 섬유(영률 45 cN/dtex, 섬도 2.2 dtex, 섬유 길이 10 mm, 쉬스 성분 변성 폴리프로필렌 융점 129 ℃, 코어 성분 폴리프로필렌 융점 165 ℃)의 것 50 질량％)로 구성된 섬유 집적체를 얻었다. 이것에 145 ℃의 가열 공기를 통과시켜 코어-쉬스형 변성 PP/PP 섬유의 쉬스측 변성 PP(폴리올레핀, 폴리에틸렌 공중합 중합체, 융점 129 ℃)만을 용해시켜 다른 섬유와의 섬유간 고정을 행한 후, 120 ℃ 이하로 가압하여 두께 0.7 mm의 부직포(평량 80 g/㎡, 두께 0.70 mm, 비강도 5439 N·cm/g)를 제작하였다. 이 섬유 집적체를 수세하여 섬유에 부착된 오일제를 제거한 후, 하이드로 차지법으로 일렉트렛 가공을 행하여 1층 구조의 대전 여과재를 얻었다.

이 여과재를 피크 높이 8 mm로 플리츠 가공한 바, 플리츠부의 피크 부분에서 강성이 높은 방향족 폴리아미드 섬유가 섬유 고정 부분에서 부분적으로 떨어지고, 거스러미가 발생하는 문제가 있었다.

그리고 플리츠 가공한 여과재를 필터 크기가 폭 240 mm 길이 255 mm 두께 10 mm의 프레임 중에 여과재 면적이 0.28 ㎡가 되도록 넣고, 필터 유닛을 제조하였다.

이 필터 유닛을 풍량 525 ㎥/시에 유닛 압력 손실을 측정한 결과, 49.2 Pa로 낮고, 높은 비강도의 효과가 얻어졌다. 또한 JIS 15종 더스트의 투과율 T₂=0.072, JIS 15종의 부착량=20 g/유닛, 필터 유닛 QF값=0.053으로, 실시예 14보다 높은 성 능을 얻을 수 있었다. 단, 상술한 바와 같이 사용한 방향족 폴리아미드 단섬유의 섬도가 크고, 영률도 높기 때문에, 플리츠 가공한 여과재의 피크 부분이 거스러미가 발생하는 문제가 있었다.

또한, 조건 및 결과를 표 9, 표 10에 나타낸다.

(비교예 1)

단섬유 영률의 비강도에 대한 영향을 시험하기 위해, 부직포의 구성 섬유를 변경하고, 하기 표 11, 표 12와 같이 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하였다.

그 결과, 얻어진 필터 유닛은 실시예 1보다 유닛 압력 손실, 구조 압력 손실 모두 높고, 또한 포집성도 나쁘고, 수명도 짧은 것이었다.

(비교예 2)

스티렌아크릴 중합체의 고형분 30 ％ 액을 유리 전이점 온도 Tg 25 ℃, 막 제조 온도 32 ℃의 것으로 변경하고, 표 11, 표 12에 나타낸 바와 같이 한 것 이외에는 비교예 1과 마찬가지로 하였다.

얻어진 부직포는 여과재 변형도가 큰 부직포이고, 그 결과 필터 유닛은 유닛 압력 손실, 구조 압력 손실 모두 실시예 1보다 높고, 자동차 에어컨용 필터에 요구되는 초기 압력 손실을 초과하고 있었다. 또한, 포집성도 나쁘고, 수명도 짧은 것이었다.

(비교예 3)

경사 와이어 방식의 습식 초지 방법이 아닌 건식 케미컬 본드 제조 방법에 의해, 부직포의 구성 섬유를 변경하고, 표 11, 표 12와 같이 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하였다.

얻어진 부직포는 여과재 변형도가 큰 부직포이고, 그 결과 필터 유닛은 유닛 압력 손실, 구조 압력 손실 모두 실시예 1보다 더욱 높고, 자동차 에어컨용 필터에 요구되는 초기 압력 손실을 초과하고 있었다. 또한, 포집성도 더욱 나쁘고, 수명도 짧은 것이었다.

(비교예 4)

부직포의 구성 섬유를 변경하고, 하기 표 13, 표 14와 같이 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하였다.

(비교예 5)

부직포의 구성 섬유를 변경하고, 표 13, 표 14와 같이 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하였다.

얻어진 부직포는 여과재 변형도가 큰 부직포이고, 그 결과 필터 유닛은 유닛 압력 손실, 구조 압력 손실 모두 실시예 1보다 높고, 자동차 에어컨용 필터에 요구되는 초기 압력 손실을 초과하고 있었다. 또한 섬유 전체 질량에 차지하는 6 dtex 이하의 섬유 비율도 30 ％를 초과하고 있었기 때문에, 클로깅하기 쉽기 때문에 수 명이 짧고, 최종 압력 손실까지 충분히 포집 효율이 높아지지 않기 때문에 포집성도 나쁜 것이었다.

(비교예 6)

스티렌아크릴 중합체의 고형분 30 ％ 액을 유리 전이점 온도 Tg 25 ℃, 막 제조 온도 32 ℃의 것으로 변경하고, 표 13, 표 14에 나타낸 바와 같이 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하였다.

스티렌아크릴 수지가 부드럽기 때문에 얻어진 부직포의 표면에는 점착성이 인정되었다. 또한, 여과재 변형도가 큰 부직포이고, 그 결과 필터 유닛은 유닛 압력 손실, 구조 압력 손실 모두 실시예 1보다 높으며, 자동차 에어컨용 필터에 요구되는 초기 압력 손실을 초과하고 있었다. 또한, 포집성도 나쁘고, 수명도 짧은 것이었다.

(비교예 7)

부직포의 구성 섬유를 변경하고, 하기 표 15, 표 16과 같이 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하였다.

섬유 전체 질량에 차지하는 영률 150 cN/dtex 이상이고 섬도 7 dtex 이상인 비권축 섬유의 배합율이 15 ％였기 때문에, 얻어진 부직포는 여과재 변형도가 큰 부직포이고, 그 결과 필터 유닛은 유닛 압력 손실, 구조 압력 손실 모두 실시예 1보다 높고, 자동차 에어컨용 필터에 요구되는 초기 압력 손실을 초과하고 있었다. 또한, 포집성도 나쁘고, 수명도 짧은 것이었다.

(비교예 8)

부직포의 구성 섬유를 변경하고, 표 15, 표 16과 같이 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하였다.

섬유 전체 질량에 차지하는 영률 150 cN/dtex 이상의 섬유 배합율이 25 ％였지만, 상기 섬유는 섬도가 3 dtex의 것이었기 때문에, 얻어진 부직포는 통기도가 낮고 여과재 변형도가 큰 부직포이며, 그 결과 필터 유닛은 유닛 압력 손실, 구조 압력 손실 모두 실시예 1보다 높고, 자동차 에어컨용 필터에 요구되는 초기 압력 손실을 초과하고 있었다. 또한, 포집성도 나쁘고, 수명도 짧은 것이었다.

본 발명의 여과재 및 필터 유닛은, 예를 들면 가정용 공기 청정기 필터, 빌딩·공장형 공기 조절용 필터, 차량 탑재용 필터 등의 기계나 기기류에 바람직하게 사용할 수 있다.

Claims

단섬유 사이가 고정되고 유기 섬유를 주체로 하는 부직포를 갖고, 이 부직포는 영률과 섬도가 상이한 복수의 단섬유로 구성되며, 적어도 영률 150 cN/dtex 이상, 섬도 7 dtex 이상의 비권축의 단섬유가 섬유 전체 질량의 20 ％ 이상의 비율로 포함되고, 단섬유 사이가 유리 전이점 온도 30 ℃ 이상의 수지로 고정되어 있고, 1 ％ 신장시의 비강도가 1000 N·cm/g 이상이며, 통기도가 100 ㎤/㎠·초 이상인 여과재.
제1항에 있어서, 상기 부직포를 구성하는 단섬유로서 영률 200 cN/dtex 이상, 섬도 10 dtex 이상, 섬유 길이 8 내지 25 mm의 비권축의 유기 단섬유가 섬유 전체 질량의 10 ％ 이상의 비율로 포함되어 있는 여과재.
제1항에 있어서, 상기 부직포를 구성하는 단섬유로서 영률 60 cN/dtex 이상, 섬도 1 내지 6 dtex의 유기 단섬유가 섬유 전체 질량의 30 ％ 이하의 비율로 포함되어 있는 여과재.
제1항에 있어서, 상기 부직포를 구성하는 단섬유로서 대전 섬유가 포함되어 있는 여과재.
제1항에 있어서, 상기 부직포에 대전 가공 부직포를 더 적층한 여과재.
제1항에 있어서, JIS B9908(2001) 형식 3시험법에 기초하여 구한 JIS Z8901(1974) 기재의 더스트 15종의 투과율과 여과재 초기 압력 손실로부터 구한 여과재 QF값이 0.4 이상인 여과재.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 여과재를 프레임에 장전한 필터 유닛이며, JIS B9908(2001) 형식 3시험법에 기초하여 구한 JIS Z8901(1974) 기재의 더스트 15종의 투과율과 필터 유닛 초기 압력 손실로부터 구한 필터 유닛 QF값이 0.03 이상인 필터 유닛.
제7항에 있어서, 자동차 에어컨용인 필터 유닛.
적어도 비권축의 단섬유를 포함하는 섬유를 유체 중에 분산하고, 섬유 집적체로 한 후에 단섬유 사이를 고정시켜 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 여과재를 얻는, 여과재의 제조 방법.
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