KR101563374B1 - 다이아미노다이페닐 설폰으로부터 유도된 섬유 및 내열성 섬유의 블렌드를 포함하는 필터 펠트 및 백 필터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 펠트 중의 중합체 섬유 및 내열성 섬유 100 중량부를 기준으로; 4,4'다이아미노다이페닐 설폰, 3,3'다이아미노다이페닐 설폰, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 단량체로부터 유도되는 중합체 또는 공중합체를 포함하는 중합체 스테이플 섬유 20 내지 75 중량부; 및 메타-아라미드 섬유, 아크릴 섬유, 폴리페닐렌 설파이드 섬유, 및 파라-아라미드 섬유로 이루어진 군으로부터 선택되는 내열성 스테이플 섬유 25 내지 80 중량부의 친밀한(intimate) 스테이플 섬유 블렌드를 포함하는 필터 펠트 및 백 필터에 관한 것이다.

Description

다이아미노다이페닐 설폰으로부터 유도된 섬유 및 내열성 섬유의 블렌드를 포함하는 필터 펠트 및 백 필터{FILTER FELTS AND BAG FILTERS COMPRISING BLENDS OF FIBERS DERIVED FROM DIAMINO DIPHENYL SULFONE AND HEAT RESISTANT FIBERS}
본 발명은 개선된 여과 성능을 갖는 필터 펠트(filter felt) 및 백 필터(bag filter)에 관한 것이다. 이러한 필터 펠트 및 백 필터는 고온 기체, 예를 들어, 150℃의 온도 또는 훨씬 더 높은 온도의 기체를 여과하는 데 특히 유용하다. 일 실시 형태에서, 백 필터는 아스팔트 플랜트(asphalt plant)에서 배출 기준을 충족시키는 데 특히 유용하다.
포스텐(Forsten)의 미국 특허 제4,100,323호 및 미국 특허 제4,117,578호에 개시된 바와 같은, 아라미드 스테이플 섬유를 포함하는 고온 기체 여과용 필터 펠트 및 백 필터가 알려져 있으며 아스팔트 플랜트, 석탄 플랜트, 및 다른 관련 산업으로부터의 미립자 물질로부터 환경을 보호하는 데 사용된다. 이러한 플랜트로부터의 고도의 잠재적인 환경적 영향 및 필터가 견뎌내야만 하는 극심한 화학적 환경으로 인하여, 내구성, 필터 효능, 및/또는 내화학성을 개선할 수 있는 어떠한 개선이 요구된다.
본 발명은 펠트 중의 중합체 섬유 및 내열성 섬유 100 중량부를 기준으로; 4,4'다이아미노다이페닐 설폰, 3,3'다이아미노다이페닐 설폰, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 단량체로부터 유도되는 중합체 또는 공중합체를 포함하는 중합체 스테이플 섬유 20 내지 75 중량부; 및 메타-아라미드 섬유, 아크릴 섬유, 폴리페닐렌 설파이드 섬유, 및 파라-아라미드 섬유로 이루어진 군으로부터 선택되는 내열성 스테이플 섬유 25 내지 80 중량부의 친밀한(intimate) 스테이플 섬유 블렌드를 포함하는 필터 펠트에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 필터 펠트로부터 제조되는 백 필터에 관한 것이다.
도 1은 필터 펠트를 포함하는 백 필터의 일 실시 형태를 나타내는 도면.
일 실시 형태에서, 본 발명은 다이아미노다이페닐 설폰 단량체로부터 유도되는 중합체 스테이플 섬유 및 메타-아라미드 섬유, 아크릴 섬유, 폴리페닐렌 설파이드 섬유, 및 파라-아라미드 섬유로 이루어진 군으로부터 선택되는 내열성 스테이플 섬유로부터 제조되는 필터 펠트 및 백 필터에 관한 것이다. 폴리설폰아미드 섬유 (PSA)로 알려진 섬유는 폴리 (설폰-아미드) 중합체로부터 제조되고 그의 방향족 함량으로 인해 양호한 내열성을 가지며 또한 이 섬유로 제조된 천에 더 큰 가요성을 부여하는 낮은 모듈러스(modulus)를 갖지만; 이 섬유는 낮은 인장 파단 강도를 갖는다. 이러한 낮은 섬유 인장 강도는 이러한 섬유로 제조된 천의 기계적 특성에 주된 영향을 미치며, 이러한 가요성 섬유를 보호 의류용 천에서와 같은 많은 응용에서 이용할 수 있는 능력을 제한한다. 그러나, PSA 섬유 블렌드로 제조된 여과 펠트는 놀랍게도 여과 효능의 손실을 전혀 나타내지 않으면서 상당히 더 적은 압력 강하 및 더 긴 주기 시간을 나타내는 것으로 밝혀졌다. 이는 더 긴 백 수명 및 더 낮은 작업 비용을 가능하게 한다.
도 1은 필터 백의 일 실시 형태를 나타낸다. 필터 백(1)은 폐쇄 단부(2), 개방 단부(3), 및 관형부(4)를 갖는다. 나타난 실시 형태에서, 필터 백은 또한 백의 개방 단부에 부착된 스프링 강철 금속 스냅 링(5)을 갖는다. 이러한 백의 관형부(4)는, 중첩되어 삼중 스티칭(stitching, 7)으로 재봉된 시임(seam, 6)을 형성하는 여과 펠트로 이루어진다. 이 실시 형태에서의 백의 폐쇄 단부는 또한 관형부를 위해 사용된 펠트의 단부에 대해 도면 부호 8에서 스티칭된 여과 펠트로 이루어진다. 도면은 바람직한 실시 형태를 나타내지만, 위트마이어(Wittemeier) 등의 미국 특허 제3,524,304호; 힉센바우(Hixenbaugh)의 미국 특허 제4,056,374호; 페터슨(Peterson)의 미국 특허 제4,310,336호; 레이어(Reier)의 미국 특허 제4,481,022호; 타파라(Tafara)의 미국 특허 제4,490,253호; 및/또는 타파라의 미국 특허 제4,585,833호에 개시된 것과 같이, 백 필터의 다른 가능한 구조, 배향 및 특징부가 사용될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 도면에 도시된 바와 같이 필터 백의 폐쇄 단부(2)는 관형부에 재봉된 필터 펠트의 디스크이다. 일부 다른 실시 형태에서, 폐쇄 단부는 일부 다른 재료로 제조될 수 있으며, 예를 들어, 일부 상황에서는 금속성 폐쇄 단부가 필요할 수도 있다. 다른 실시 형태에서는, 폐쇄 단부는 재봉 이외의 일부 다른 방식으로 초음파에 의해, 접착제에 의해 또는 열에 의해 시임되거나 밀봉될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 백의 관형부에 사용되는 펠트는 함께 모아지거나 접혀지고 나서 밀봉되어 폐쇄 단부를 형성할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 백의 개방 단부(3)에는 백을 셀 플레이트(cell plate)에 부착하기 위한 철물류(hardware)가 제공될 수 있다. 일부 다른 실시 형태에서, 백의 개방 단부는 특별히 설계된 셀 플레이트 상에서 백을 활주시킴으로써 꼭 끼워맞춤(snug fit)이 달성되도록 하는 크기일 수 있다.
여과 펠트는 에어-레이드(air-laid) 부직포, 웨트-레이드(wet-laid) 부직포 또는 카딩 장비로부터 제조된 부직포를 제조하기 위한 공정을 포함하는, 부직 시트 형성 공정에 의해 제조될 수 있으며; 이렇게 형성된 시트는 스펀레이싱(spunlacing), 하이드로레이싱(hydrolacing), 니들펀칭(needlepunching), 또는 부직 시트를 생성할 수 있는 다른 공정을 통해 천으로 압밀될(consolidated) 수 있다. 미국 특허 제3,508,308호 및 미국 특허 제3, 797,074호에 개시되어 있는 스펀레이싱 공정; 및 미국 특허 제2,910,763호 및 미국 특허 제3,684,284호에 개시되어 있는 니들 펀칭 공정이 부직 천 및 부직 펠트의 제조에 유용한 본 기술 분야에 알려진 방법의 예이다.
일부 바람직한 실시 형태에서, 부직 펠트는 니들 펀칭된 펠트이며; 일부 다른 바람직한 실시 형태에서, 부직 펠트는 스펀레이싱된 펠트이다. 펠트의 평량은 전형적으로 270 내지 540 그램/제곱미터 (8 내지 16 온스/제곱야드)이며, 바람직한 일 실시 형태에서 400 내지 480 그램/제곱미터 (12 내지 14 온스/제곱야드)이다.
일부 실시 형태에서, 필터 백의 관형부(4) 및 선택적으로 폐쇄 단부(2)는 단일 층의 여과 펠트이다. 일부 다른 실시 형태에서, 관형부는 백의 펄싱(pulsing) 동안 안정성을 제공하는 스크림(scrim) 또는 보강용 천에 의해서 지지되는 여과 펠트로 구성된다. 일부 바람직한 실시 형태에서, 부직 펠트는 펠트 내의 스테이플 섬유와 상용성이 있는 섬유로 제조된 지지용 직조 스크림을 포함한다. 이러한 펠트의 한 가지 유형은 표준 카딩 및 크로스 랩핑(cross lapping) 장비를 사용하여, 스테이플 섬유를 평량이 135 내지 270 그램/제곱미터 (4 내지 8 온스/제곱야드), 바람직하게는 200 그램/제곱미터 (6 온스/제곱야드)인 크로스랩핑된 배트(crosslapped batt)로 변환하여 제조할 수 있다. 필요하다면 그 후에, 예를 들어, 표준 니들펀칭기 상에 배트를 태킹(tacking)하거나 가볍게 압밀할 수 있다. 그 다음, 둘 이상의 이러한 배트를 평량이 34 내지 135 그램/제곱미터 (1 내지 4 온스/제곱야드), 바람직하게는 70 그램/제곱미터 (2 온스/제곱야드)인 직조 스크림의 양쪽에 배치하고, 세 층을 양쪽 면에서 수회 니들 펀칭하여 여과 펠트를 생성한다. 일부 바람직한 실시 형태에서, 직조 스크림은 폴리페닐렌 설파이드 섬유, 파라- 또는 메타 아라미드 섬유, 유리 섬유, 아크릴 섬유 또는 이들의 혼합물을 포함한다.
도면에 도시된 바람직한 실시 형태에서, 여과 펠트는 중첩되어 시임(6)을 가진 여과 재료의 원통을 형성하며, 시임은 이어서 메타-아라미드 섬유, 파라-아라미드 섬유, 플루오로중합체 섬유, 유리 섬유, 또는 이들의 조합 또는 블렌드의 3 내지 6 스트랜드 파일(strand pile)을 가진 실(thread)과 같은 고온용 실로 스티칭된다. 다른 실시 형태에서, 겹쳐진 솔기를 초음파, 접착제, 열, 또는 모든 이러한 봉합 방법의 일부 조합에 의해서 밀봉할 수 있다.
본 백 필터의 한 가지 특징은 펠트 중의 중합체 섬유 및 내열성 섬유의 총 중량을 기준으로; 4,4'다이아미노다이페닐 설폰, 3,3'다이아미노다이페닐 설폰, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 단량체로부터 유도되는 중합체 또는 공중합체를 포함하는 중합체 스테이플 섬유 20 내지 75 중량부; 및 메타-아라미드 섬유, 아크릴 섬유, 폴리페닐렌 설파이드 섬유, 및 파라-아라미드 섬유로 이루어진 군으로부터 선택되는 내열성 스테이플 섬유 25 내지 80 중량부의 친밀한 스테이플 섬유 블렌드를 포함하는 부직 펠트를 포함한다는 점이다. 바람직한 실시 형태에서, 4,4'다이아미노다이페닐 설폰, 3,3'다이아미노다이페닐 설폰, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 단량체로부터 유도되는 중합체 또는 공중합체를 포함하는 중합체 스테이플 섬유는 친밀한 블렌드 중에 50 내지 70 중량부의 양으로 존재한다. 다른 바람직한 실시 형태에서, 내열성 스테이플 섬유는 친밀한 블렌드 중에 30 내지 50 중량부의 양으로 존재한다. 스테이플 섬유는 친밀한 블렌드로서 펠트 내에 배치되며, 이는 스테이플 섬유의 유형들이 균일하게 혼합되어 펠트 내에 분포됨을 의미한다. 이는 펠트 내에 균일한 혼합물을 형성하여, 펠트의 임의의 일부분에서 고농도의 임의의 한 가지 유형의 섬유를 갖는 임의의 지역화된 구역이 없도록 한다.
친밀한 스테이플 섬유 블렌드는 많은 방법에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 일 실시 형태에서, 상이한 유형의 스테이플 섬유의 베일(bale)로부터 얻어진 크림핑된(crimped) 스테이플 섬유 뭉치(clump)를 피커(picker)와 같은 장치에 의해 개면(open)하고 나서 공기 수송과 같은 임의의 이용가능한 방법에 의해 블렌딩하여 보다 균일한 혼합물을 형성할 수 있다. 대안적인 실시 형태에서, 스테이플 섬유들은 피커에서의 섬유 개면 이전에 혼합물을 형성하도록 블렌딩될 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, 스테이플 섬유는 커터 블렌딩될(cutter blended) 수 있으며, 즉, 다양한 섬유 유형의 토우(tow)들이 조합되고 나서 스테이플로 절단될 수 있다. 이어서, 섬유의 블렌드를 부직 펠트로 변환할 수 있다. 일 실시 형태에서, 이는 카드와 같은 장치의 이용에 의해 섬유질 웨브(web)를 형성하는 것을 수반하지만, 섬유의 에어-레잉 또는 웨트-레잉과 같은 다른 방법이 이용될 수 있다. 원한다면, 섬유질 웨브는 이어서 컨베이어를 통해 크로스래퍼(crosslapper)와 같은 장치로 보내져서, 개별 웨브들을 지그재그 구조로 서로의 상부에 층화시킴으로써 크로스래핑된 구조를 형성할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 다이페닐다이아미노 설폰 단량체로부터 유도되는 중합체 섬유 및 내열성 섬유 둘 모두는 선밀도가 1.7 내지 3.3 dtex/필라멘트 (1.5 내지 3 데니어/필라멘트)이다. 바람직한 일 실시 형태에서, 내열성 섬유의 선밀도는 2.0 dtex/필라멘트 (1.8 데니어/필라멘트) 초과 2.4 dtex/필라멘트 (2.2 데니어/필라멘트) 이하이다. 사용되는 스테이플 섬유는 바람직하게는 절단 길이가 38 내지 76 ㎜ (1.5 내지 3 인치)이고, 크림핑되며, 크림프 빈도가 1.5 내지 4 크림프/센티미터 (4 내지10 크림프/인치)이다.
4,4'다이아미노다이페닐 설폰, 3,3'다이아미노다이페닐 설폰, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 아민 단량체로부터 유도되는 중합체 또는 공중합체를 포함하는 중합체 스테이플 섬유는, 중합체 섬유가 일반적으로 하기 구조를 갖는 단량체로부터 제조되었음을 의미한다:
NH2-Ar1-SO2-Ar2-NH2
여기서, Ar1 및 Ar2는 임의의 비치환되거나 치환된 탄소 원자의 6원 방향족 기이고 Ar1 및 Ar2는 동일하거나 상이할 수 있다. 일부 바람직한 실시 형태에서, Ar1 및 Ar2는 동일하다. 훨씬 더 바람직하게는, 탄소 원자의 6원 방향족 기는 SO2 기에 대해 메타- 또는 파라-배향된 결합을 갖는다. 이러한 일반 구조를 갖는 이러한 단량체 또는 다중 단량체들은 상용성 용매 중에서 산 단량체와 반응하여 중합체를 생성한다. 유용한 산 단량체는 일반적으로 하기 구조를 갖는다:
Cl-CO-Ar3-CO-Cl
여기서, Ar3은 임의의 비치환되거나 치환된 방향족 고리 구조이고 Ar1 및/또는 Ar2와 동일하거나 상이할 수 있다. 일부 바람직한 실시 형태에서, Ar3은 탄소 원자의 6원 방향족 기이다. 훨씬 더 바람직하게는, 탄소 원자의 6원 방향족 기는 메타- 또는 파라-배향된 결합을 갖는다. 일부 바람직한 실시 형태에서, Ar1 및 Ar2는 동일하며 Ar3은 Ar1 및 Ar2 둘 모두와 상이하다. 예를 들어, Ar1 및 Ar2 둘 모두가 메타-배향된 결합을 갖는 벤젠 고리일 수 있는 반면에, Ar3은 파라-배향된 결합을 갖는 벤젠 고리일 수 있다. 유용한 단량체의 예에는 테레프탈로일 클로라이드, 아이소프탈로일 클로라이드 등이 포함된다. 일부 바람직한 실시 형태에서, 산은 테레프탈로일 클로라이드이거나, 또는 아이소프탈로일 클로라이드와의 그의 혼합물이고, 아민 단량체는 4,4'다이아미노다이페닐 설폰이다. 또 다른 바람직한 실시 형태에서, 아민 단량체는 4,4'다이아미노다이페닐 설폰과 3,3'다이아미노다이페닐 설폰의 3:1 중량비의 혼합물이며, 이는 설폰 단량체 둘 모두를 갖는 공중합체로부터 제조되는 섬유를 생성한다.
또 다른 바람직한 실시 형태에서, 중합체 스테이플 섬유는 공중합체를 포함하며, 공중합체는 설폰 아민 단량체로부터 유도되는 반복 단위, 및 파라페닐렌 다이아민 및/또는 메타페닐렌 다이아민으로부터 유도되는 아민 단량체로부터 유도되는 반복 단위를 둘 모두 갖는다. 일부 바람직한 실시 형태에서, 설폰 아미드 반복 단위는 다른 아미드 반복 단위에 대해 3:1의 중량비로 존재한다. 일부 실시 형태에서, 아민 단량체의 적어도 80 몰%가 설폰 아민 단량체 또는 설폰 아민 단량체들의 혼합물이다. 편의를 위해, 본 명세서에서는 약어 "PSA"를 사용하여, 앞서 기술된 바와 같은 설폰 단량체로부터 유도된 중합체 또는 공중합체로 제조된 섬유들의 전체 부류를 모두 나타낼 것이다.
일 실시 형태에서, 설폰 단량체로부터 유도되는 중합체 및 공중합체는 바람직하게는 N-메틸 피롤리돈, 다이메틸 아세트아미드 또는 이들의 혼합물과 같은 다이알킬 아미드 용매 중에서 하나 이상의 유형의 다이아민 단량체와 하나 이상의 유형의 클로라이드 단량체의 중축합을 통해 제조될 수 있다. 이러한 유형의 중합의 일부 실시 형태에서는, 염화리튬 또는 염화칼슘과 같은 무기 염이 또한 존재한다. 원한다면, 물과 같은 비-용매를 사용한 침전에 의해 단리되고, 중화되고, 세척되고, 건조될 수 있다. 중합체는 또한 중합체 분말을 직접 생성하는 계면 중합을 통해 제조될 수 있으며, 중합체 분말은 이어서 섬유 제조를 위한 용매 중에 용해될 수 있다.
중합체 또는 공중합체는, 중합 용매, 또는 중합체 또는 공중합체를 위한 다른 용매 중의 중합체 또는 공중합체의 용액을 사용하는 용액 방사를 통해 섬유로 방사될 수 있다. 섬유 방사는 건식 방사, 습식 방사, 또는 건조-젯 습식 방사 (에어-갭 방사로 또한 공지됨)에 의해 다중-홀 방사구(spinneret)를 통해 당업계에 공지된 바와 같은 다중 필라멘트 얀 또는 토우를 생성함으로써 달성될 수 있다. 방사 후에 다중 필라멘트 얀 또는 토우 내의 섬유는 이어서 통상의 기술을 사용하여 필요에 따라 섬유를 중화, 세척, 건조, 또는 열처리하도록 처리되어 안정하고 유용한 섬유를 제조할 수 있다. 예시적인 건식, 습식, 및 건조-젯 습식 방사 공정이 미국 특허 제3,063,966호; 미국 특허 제3,227,793호; 미국 특허 제3,287,324호; 미국 특허 제3,414,645호; 미국 특허 제3,869,430호; 미국 특허 제3,869,429호; 미국 특허 제3,767,756호; 및 미국 특허 제5,667,743호에 개시되어 있다.
설폰 아민 단량체를 포함하는 PSA 섬유 또는 공중합체를 제조하는 특정 방법이 왕(Wang) 등의 중국 특허 공개 제1389604A호에 개시되어 있다. 이 참고문헌은 50 내지 95 중량%의 4,4'다이아미노다이페닐 설폰과 5 내지 50 중량%의 3,3'다이아미노다이페닐 설폰의 혼합물을 다이메틸아세트아미드 중에서 등몰량의 테레프탈로일 클로라이드와 공중합하여 형성되는 공중합체 용액을 방사하여 제조되는 폴리설폰아미드 섬유(PSA)로 알려진 섬유를 개시하고 있다. 첸(Chen) 등의 중국 특허 공개 제1631941A호는 10:90 내지 90:10의 질량비의 4,4'다이아미노다이페닐 설폰과 3,3'다이아미노다이페닐 설폰의 혼합물을 다이메틸아세트아미드 중에서 등몰량의 테레프탈로일 클로라이드와 공중합하여 형성되는 PSA 공중합체 방사 용액을 제조하는 방법을 또한 개시하고 있다. 공중합체를 제조하는 또 다른 방법이 소콜로브(Sokolov) 등의 미국 특허 제4,169,932호에 개시되어 있다. 이 참고문헌은 중축합 속도를 증가시키기 위하여 3차 아민을 사용하는 폴리(파라페닐렌) 테레프탈아미드 (PPD-T) 공중합체의 제조를 개시하고 있다. 이 특허는 또한 PPD-T 공중합체가 5 내지 50 몰%의 파라페닐렌 다이아민(PPD)을 다른 방향족 다이아민, 예를 들어, 4,4'다이아미노다이페닐 설폰으로 대체함으로써 제조될 수 있음을 개시하고 있다.
내열성 스테이플 섬유는 메타-아라미드 섬유, 아크릴 섬유, 폴리페닐렌 설파이드 섬유, 및 파라-아라미드 섬유로 이루어진 군으로부터 선택된다. 일부 바람직한 실시 형태에서, 내열성 섬유는 일반적으로 2.7 g/dtex (3 그램/데니어)인 PSA 스테이플 섬유의 파단 강인도(break tenacity)보다 큰 파단 강인도와, 27 내지 55 g/dtex (30 내지 60 그램/데니어)인 낮은 인장 모듈러스를 갖는다. 일부 실시 형태에서, 내열성 섬유는 파단 강인도가 적어도 3.2 g/dtex (3.5 그램/데니어)이다. 일부 실시 형태에서, 내열성 섬유는 파단 강인도가 적어도 3.6 g/dtex (4 그램/데니어) 이상이다. 강인도가 더 큰 내열성 스테이플 섬유의 첨가는 스테이플 섬유의 블렌드로부터 제조되는 최종 여과 펠트 및 필터 백에서의 강도 및 내구성을 개선시키는 것으로 여겨진다.
비교적 더 높은 강도의 내열성 스테이플 섬유를 25 중량%만큼 적은 양으로 첨가하는 것이 펠트 강도를 증가시키는 데 기여할 수 있는 것으로 여겨진다. 일부 다른 실시 형태에서, 비교적 더 높은 강도 및 더 높은 모듈러스의 방직 스테이플 섬유를 30 중량% 초과 약 50 중량% 이하의 양으로 첨가하는 것이 필터 백에 사용하기에 바람직한 펠트를 제공할 수 있는 것으로 여겨진다. 일부 특히 바람직한 여과 펠트 및 백에서, 중합체 스테이플 섬유 또는 PSA 스테이플 섬유는 더 높은 인장 강도 및 더 높은 모듈러스의 폴리메타페닐렌 아이소프탈아미드 스테이플 섬유와 조합된다. 그러한 펠트는 더 낮은 강성(stiffness)을 가지며, 따라서 전적으로 더 많은 양의 폴리메타페닐렌 아이소프탈아미드 스테이플 섬유로 제조된 펠트보다 더 가요성이다. 폴리메타페닐렌 아이소프탈아미드 섬유 및 PSA 섬유 둘 모두는 고도의 난연성을 가지며, 따라서 더 낮은 강도이나 고도로 가요성인 PSA 섬유와 더 높은 강도 및 더 높은 모듈러스의 폴리메타페닐렌 아이소프탈아미드 섬유의 조합은 생성되는 여과 펠트가 적당한 열적 성능을 갖는 것을 보장할 것이다.
메타-아라미드 섬유는 메타-배향된 합성 방향족 폴리아미드 중합체를 포함한다. 이 중합체는 적어도 85%의 아미드 (-CONH-) 결합이 2개의 방향족 고리에 직접 부착되는, 주로 방향족인, 폴리아미드 단일중합체, 공중합체, 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 고리는 비치환되거나 치환될 수 있다. 이 중합체는 2개의 고리 또는 라디칼이 분자 사슬을 따라 서로에 대해 메타 배향되는 경우 메타-아라미드이다. 바람직하게는, 공중합체는 중합체를 형성하는 데 사용되는 주된 다이아민을 대신하여 10% 이하의 다른 다이아민을 가지거나, 또는 중합체를 형성하는 데 사용되는 주된 이산(diacid) 클로라이드를 대신하여 10% 이하의 다른 이산 클로라이드를 가진다. 첨가제가 아라미드와 함께 사용될 수 있으며; 최대 13 중량% 만큼의 다른 중합체 재료가 아라미드와 블렌딩되거나 결합될 수 있다. 바람직한 메타-아라미드는 폴리(메타-페닐렌 아이소프탈아미드)(MPD-I) 및 그의 공중합체이다. 이러한 메타-아라미드 섬유 중 하나는 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 이. 아이. 듀폰 디 네모아 앤드 컴퍼니 (E. I. du Pont de Nemours and Company)로부터 입수가능한 노멕스(Nomex)(등록상표) 아라미드 섬유이지만, 메타-아라미드 섬유는 일본 도쿄 소재의 테이진 리미티드(Teijin Ltd.)로부터 입수가능한 상표명 코넥스(Conex)(등록상표); 일본 오사카 소재의 유니티카, 리미티드(Unitika, Ltd.)로부터 입수가능한 상표명 아피에일(Apyeil)(등록상표); 중국 샹동성 소재의 얀타이 스판덱스 컴퍼니 리미티드(Yantai Spandex Co. Ltd.)로부터 입수가능한 상표명 뉴 스타(New Star)(등록상표) 메타-아라미드; 및 중국 광동 신후이 소재의 광동 차밍 케미칼 컴퍼니 리미티드(Guangdong Charming Chemical Co. Ltd.)로부터 입수가능한 상표명 친푸넥스(Chinfunex)(등록상표) 아라미드 1313으로, 다양한 스타일로 입수가능하다. 메타-아라미드 섬유는 본래 난연성이며 다수의 공정을 사용하는 건식 또는 습식 방사에 의해서 방사될 수 있지만, 미국 특허 제3,063,966호; 미국 특허 제3,227,793호; 미국 특허 제3,287,324호; 미국 특허 제3,414,645호; 및 미국 특허 제5,667,743호가 아라미드 섬유를 제조하는 데 사용될 수 있는 유용한 방법을 예시한다.
아크릴 섬유는 아크릴로니트릴 단위를 포함하며, 이는 전체 아크릴 섬유의 적어도 85 중량%이다. 아크릴로니트릴 단위는 -(CH2-CHCN)- 이다. 아크릴 섬유는 아크릴로니트릴 85 중량% 이상 및 아크릴로니트릴과 공중합가능한 에틸렌계 단량체 15 중량% 이하로 구성된 아크릴 중합체 및 둘 이상의 이러한 아크릴 중합체의 혼합물로부터 제조할 수 있다. 아크릴로니트릴과 공중합가능한 에틸렌계 단량체의 예에는 아크릴산, 메타크릴산 및 이들의 에스테르 (메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트 등), 비닐 아세테이트, 비닐 클로라이드, 비닐리덴 클로라이드, 아크릴아미드, 메타크릴아미드, 메타크릴로니트릴, 알릴설폰산, 메탄설폰산 및 스티렌설폰산이 포함된다. 아크릴 중합체 및 섬유를 제조하는 한 가지 예시적인 방법이 미국 특허 제3,047,455호에 개시되어 있다. 아크릴 섬유는 솔루티아, 인크.(Solutia, Inc.) 및 바이엘 인크.(Bayer Inc.)를 포함하는 다수의 회사로부터 상업적으로 제조되어 왔으며; 한 가지 특히 바람직한 아크릴 섬유가 미국 플로리다주 페이스 소재의 스터링 파이버스, 인크.(Sterling Fibers, Inc.)로부터 구매가능하다. 아크릴 스테이플 섬유를 포함하는 스테이플 섬유 블렌드는 아크릴 스테이플 섬유의 낮은 장기간 열 안정성 때문에 이러한 아크릴 스테이플 섬유를 30 중량% 이하로 포함하는 것이 바람직하다.
폴리페닐렌 설파이드 섬유는 양호한 내열성, 내화학성, 및 내가수분해성을 갖는다. 이러한 섬유의 구성요소 단위의 적어도 90%는 -(C6 H4 -S)-의 페닐렌 설파이드 구조 단위를 갖는 중합체 또는 공중합체의 것이다. 폴리페닐렌 설파이드 섬유는 아메리칸 파이버스 앤드 패브릭스(American Fibers and Fabrics)에 의해서 상표명 라이톤(Ryton)(등록상표)으로, 토레이 인더스트리스 인크.(Toray Industries Inc.)에 의해서 토레이 피피에스(Toray PPS)(등록상표)로, 쿠레하 케미칼 인더스트리 컴퍼니(Kureha Chemical Industry Co.)에 의해서 포트론(Fortron)(등록상표)으로, 그리고 토요보 컴퍼니(Toyobo Co.)에 의해서 프로콘(Procon)(등록상표)으로 시판된다.
파라-아라미드 섬유는 2개의 고리 또는 라디칼이 분자 사슬을 따라 서로에 대해 파라 배향되는 아라미드 중합체로부터 제조된다. 메타-아라미드 섬유의 경우와 마찬가지로, 첨가제가 사용될 수 있으며, 최대 10 중량% 만큼의 다른 중합체 재료가 아라미드와 블렌드될 수 있거나, 또는 아라미드의 다이아민을 대신하여 10% 만큼의 다른 다이아민을 갖거나 또는 아라미드의 이산 클로라이드를 대신하여 10% 만큼의 다른 이산 클로라이드를 갖는 공중합체가 사용될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 본 발명의 실시에서, 바람직한 파라-아라미드는 폴리(파라페닐렌 테레프탈아미드)이다. 파라-아라미드 섬유를 제조하는 방법은 일반적으로, 예를 들어, 미국 특허 제3,869,430호; 미국 특허 제3,869,429호; 및 미국 특허 제3,767,756호에 개시되어 있다. 이러한 방향족 폴리아미드 유기 섬유 및 이러한 섬유의 다양한 형태는 상표명 케블라(Kevlar)(등록상표) 섬유로 판매하는 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 이. 아이. 듀폰 디 네모아 앤드 컴퍼니로부터 입수가능하며, 상표명 트와론(Twaron)(등록상표) 섬유로 판매하는 일본 소재의 테이진 리미티드로부터 입수가능하다. 본 발명의 목적을 위하여, 일본 도쿄 소재의 테이진 리미티드로부터 입수 가능하며, 코폴리(p-페닐렌/3,4 다이페닐 에스테르 테레프탈아미드)로부터 제조되는, 테크노라(Technora)(등록상표) 섬유가 파라-아미드 섬유로 고려된다.
시험 방법
VDI 3926을 사용하여 여과 효능을 측정하였다. VDI 3926에서, 여과 효능 (분진 누출(dust leakage)이라고도 함)은 밀리그램/세제곱미터(㎎/㎥) 단위로 측정하고, 압력 강하는 파스칼 (Pa) 단위로 측정하고 주기 시간은 초 단위로 측정한다. 여과 효능은 필터를 통과하는 분진의 양을 나타낸다. 압력 강하는 분진 케이크를 방출하기 위한 2 펄스 사이의 압력 차이이다. 소정의 압력 강하가 얻어지는 경우 (VDI 3926에서 최대 압력 강하는 1000Pa로 설정한다), 역류가 자동적으로 생성된다. VDI 3926은 초기 주기에 기초하며, 필터 노화를 모의하기 위하여 10,000 주기가 이어지고, 최종적으로 다시 30 주기가 이어진다. 최종 30 주기의 끝에 여과 효능, 압력 강하 및 주기 시간을 측정한다.
[실시예]
본 발명을 하기 실시예로 설명하지만 그에 한정하고자 하는 것은 아니다. 달리 나타내지 않는 한 모든 부 및 백분율은 중량 기준이다:
실시예 1
베일로부터의 스테이플 섬유들을 혼합하여, 50 ㎜ (2 인치) 절단 길이를 갖는 2.2 dtex/필라멘트 (2 데니어/필라멘트) 메타-아라미드 섬유 (미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 이. 아이. 듀폰 디 네모아 앤드 컴퍼니로부터 상표명 노멕스(등록상표) 섬유로 입수가능) 30 중량부 및 50 ㎜ (1.8 인치) 절단 길이를 갖는 약 2 dtex/필라멘트 (1.7 데니어/필라멘트) PSA 섬유 (상하이 탄론 파이버 컴퍼니 리미티드(Shanghai Tanlon Fiber Co, Ltd.)로부터 상표명 탄론(Tanlon)(등록상표)로 입수가능) 70 중량부를 포함하는 친밀한 스테이플 섬유 블렌드를 제조하였다. 표준 카딩 및 크로스 랩핑 장비를 사용하여, 이러한 스테이플 섬유를 크로스랩핑된 배트로 변환하였고, 이어서 표준 니들펀칭기 상에 택킹하거나 가볍게 압밀하였다. 이어서, 이러한 배트 2개를 합하였고 양쪽 면에서 수회 니들펀칭하여 여과 펠트를 제조하였다. 비교로서, 상기한 것과 동일한 절차를 사용하여, 100% 2.2 dtex/필라멘트 (2 데니어/필라멘트) 노멕스(등록상표) 메타-아라미드 섬유의 배트 2개를 포함하는 층상 펠트를 제조하였다. 이어서, 펠트 둘 모두를 절차 VDI 3926을 사용하여 여과 효능에 대해 평가하였다. 30/70 % m-아라미드/PSA 스테이플 섬유 블렌드로부터 제조된 여과 펠트는 아스팔트 플랜트에 대한 EPA 배출 한계를 쉽게 통과하였다. 또한, 30/70 % m-아라미드/PSA 스테이플 섬유 블렌드로부터 제조된 여과 펠트의 성능은, 표에 나타낸 바와 같이, 100% 메타-아라미드 구조와 비교하여 탁월한 성능을 가졌다. PSA 스테이플 섬유의 첨가는 놀랍게도 여과 효능의 손실을 전혀 나타내지 않으면서 상당히 더 적은 압력 강하 및 더 긴 주기 시간을 나타낸다. 이는 더 긴 백 수명 및 더 낮은 작업 비용을 가능하게 한다.
실시예 2
친밀한 스테이플 섬유 블렌드가 동일한 메타-아라미드 스테이플 섬유 50 중량부 및 동일한 PSA 스테이플 섬유 50 중량부를 포함하는 점을 제외하고는, 실시예 1을 반복하였다. m-아라미드/PSA 스테이플 섬유 블렌드로부터 제조된여과 펠트는 또한, 표에 나타낸 바와 같이, 100% 메타-아라미드 구조와 비교하여 탁월한 성능을 가졌다. 또한, 본 실시예는 m-아라미드/PSA 스테이플 섬유 블렌드로부터 제조된 펠트가 더 큰 평량을 가졌음에도 불구하고 펠트가 더 적은 압력 강하를 가졌음을 나타낸다.
Figure 112010017591884-pct00001
실시예 3
도면에서와 같이 조립할 때 필터 백이 대략 길이가 305 ㎝ (120 인치)이고 이중 평탄 폭이 18 ㎝ (7 인치)인 관형부를 갖도록 펠트를 절단함으로써 실시예 1의 펠트로부터 필터 백을 제조하였다. 펠트를 관형부의 면의 시임에서의 삼중 스티칭으로 함께 재봉하고 백의 단부를 부착하였다. 이어서, 13 ㎝ (5 인치) 스냅 링 상부를 백의 개방 단부에 부착하였다. 이어서, 백을 사용하여 펄스젯 백 하우스(pulse-jet bag house)에서 아스팔트 플랜트 분진 입자를 여과하였다.

Claims (11)

  1. 펠트 중의 중합체 섬유 및 내열성 섬유 100 중량부를 기준으로;
    a) 4,4'다이아미노다이페닐 설폰, 3,3'다이아미노다이페닐 설폰, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 단량체로부터 유도되는 중합체 또는 공중합체를 포함하는 중합체 스테이플 섬유 20 내지 75 중량부; 및
    b) 메타-아라미드 섬유, 아크릴 섬유, 폴리페닐렌 설파이드 섬유, 및 파라-아라미드 섬유로 이루어진 군으로부터 선택되는 내열성 스테이플 섬유 25 내지 80 중량부의 균일하게 혼합된 스테이플 섬유 블렌드를 포함하며,
    상기 중합체 스테이플 섬유에 사용되는 중합체 또는 공중합체의 적어도 80 몰%는 설폰 아민 단량체 또는 설폰 아민 단량체들의 혼합물로부터 유도되는 것인, 필터 펠트.
  2. 제1항에 있어서, 4,4'다이아미노다이페닐 설폰, 3,3'다이아미노다이페닐 설폰, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 단량체로부터 유도되는 중합체 또는 공중합체를 포함하는 중합체 스테이플 섬유는 50 내지 70 중량부의 양으로 존재하고, 내열성 스테이플 섬유는 30 내지 50 중량부의 양으로 존재하는 필터 펠트.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 니들펀칭된 펠트의 형태인 필터 펠트.
  6. 제1항에 있어서, 스펀레이싱된 펠트의 형태인 필터 펠트.
  7. 제1항에 있어서, 중합체 스테이플 섬유는 1.7 내지 3.3 dtex/필라멘트 (1.5 내지 3.0 데니어/필라멘트)인 필터 펠트.
  8. 제1항에 있어서, 내열성 스테이플 섬유는 1.7 내지 3.3 dtex/필라멘트 (1.5 내지 3.0 데니어/필라멘트)인 필터 펠트.
  9. 제1항에 있어서, 평량이 270 내지 540 그램/제곱미터 (8 내지 16 온스/제곱야드)인 필터 펠트.
  10. 제9항에 있어서, 평량이 400 내지 480 그램/제곱미터 (12 내지 14 온스/제곱야드)인 필터 펠트.
  11. 제1항의 필터 펠트를 포함하는 백 필터(bag filter)로서, 관형부, 하나의 폐쇄 단부 및 하나의 개방 단부를 가지며, 필터 펠트는 부직 펠트이고 적어도 백 필터의 관형부를 형성하는 백 필터.
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