KR101750842B1 - 더스트 저장 용량이 높은 난연제 가스 필터 물질 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 특히 가스 여과에 적절한, 한 면에 결합제가 함침되어 있는 필터 물질(filter material)에 관한 것으로서, 필터 물질은 결합제로 함침되지 않은 면을 포함하며, 이 면은 할로겐-프리 및 붕소-프리 불꽃 보호 수단(flame protection mean)을 보호한다. 본 발명에 따른 필터 물질에 의해, 높은 분리 속도 및 높은 더스트 저장 용량(dust storage capacity)이 달성되며, 필터 물질은 난연성으로서 화재 시 유독한 분해 산물을 방출하지 않는다. 나아가, 본 발명은 본 발명에 다른 필터 물질을 포함하는 필터 요소(filter element)에 관한 것이다.
Description
본 발명은 가스로부터 액체 및 고체 오염물질을 분리하는 데 특히 적합한 더스트 저장 용량(dust storage capacity)이 높은 난연제 필터 물질에 관한 것이다.
난연제 필터 물질의 가스 여과 용도는 대부분의 가스 여과 분야에서 점점 더 중요해지고 있다. 대부분의 자동차의 경우, 연소 공기를 여과하기 위한 공기 필터 물질에 이미 난연제가 포함되어 있어, 예를 들어, 빨려 들어온(sucked-in) 여전히 연소중인 담배로 인한 차량 화재는 발생할 수 없다. 난연제 필터 물질은 또한, 에어 컨디셔너, 또는 조리 구역 위에 있는 환기 장치 후드(extractor hood)에서의 흡입 공기 여과와 같은 가사 분야(domestic sphere)에서 중요한 역할을 한다.
난연제 필터 물질은 오랫동안 알려져 있다. 난연제 필터 물질을 제조하는 한 가지 방법은 신터 필터(sinter filter), 또는 불꽃 보호 수단(flame protection mean)이 이미 병합되어 있는 합성 섬유에 대해 할로겐화된 섬유, 무기 섬유 또는 세라믹 입자와 같은 비-가연성 원료를 적절하게 선택하는 것이다. 할로겐화된 섬유로부터 유래되는 공기 필터 매체가 예를 들어, GB 1406431 A를 통해 공지되어 있다.
또 다른 방법은 필터 물질을 완성한 후 난연제를 처리하는 것이다. 이러한 변형은 대개 보다 비용-효율적이며, 필터 물질을 제조하는 데 상당히 더 많은 다양한 원료의 사용이 가능해진다. 다수의 필터 물질은 또한 합성 수지 용액 또는 분산액으로 함침(impregnate)하여 강성, 강도 및 내성을 향상시키기 때문에, 불꽃 보호 수단은 통상적으로 함침제(impregnating agent)에 포함된다. 이로 인해, 불꽃 보호 수단은 수분 또는 습식 가스와 장기간 접촉된 후에도 별도 적용된 불꽃 보호 수단처럼 필터 물질로부터 쉽게 씻겨나가지 않는다. 건조한 상태인 대부분의 불꽃 보호 수단은 입자 형태로 이용가능하여 필터 물질과 영구적으로 결합하지 않는다는 것을 감안하면, 함침제에 의해 이를 필터 물질에 결합시킬 수 있다. 통상적인 함침제에 첨가하기 적절한 불꽃 보호 수단으로는 예를 들어, 할로겐화된 유기 화합물, 실리콘, 인 화합물, 질소(nitrogenous) 화합물, 붕산(boracic) 화합물, 산화금속, 금속 수화물 및 그래파이트가 있다. 난연제로 함침된 필터 물질의 일례는 NEENAH Gessner, Bruckuehl사의 필터 물질 L4-6i27SGF2이다. 오랫동안, 이 필터 물질은 내연 기관의 흡입 공기에 대한 공기 필터 물질로서 전세계적으로 성공적인 것으로 증명되고 있다.
완전히 함침된 필터 물질의 더스트 저장 용량은 여러 용도에 더 이상 충분하지 않다. 함침된 필터 물질의 더스트 저장 용량을 증가시키는 한 가지 방법은 함침제를 한 면에 적용하는 것이다. 이들 필터 물질의 이점은 비-함침된 면의 높은 더스트 저장 용량과 매우 개방된 표면, 즉, 함침된 면의 강도, 강성 및 내성이다. 한면만(one-sided) 함침된 필터 물질의 사용은 오랫동안 알려져 왔으며, 예를 들어, DE 19752143 A1의 바람직한 구현예에 기술되어 있다.
그러나, 이들 필터 물질은, 특히 셀룰로스 또는 합성 섬유가 원료로서 사용되는 경우, 비-함침된 면이 난연제가 아니라는 단점을 가진다. 따라서, 이들 필터 물질에 난연제를 부가하려는 시도가 이루어졌다.
할로겐화된 불꽃 보호 수단 또는 붕산 불꽃 보호 수단을 함침 시 투입하면, 전체 필터 물질이 난연제 효과를 가지게 되며, 따라서 비-함침된 면에도 난연제 효과를 가지게 된다. 그러나, 화재가 발생하면, 할로겐화된 성분 및 붕산 성분이 유독한 분해 산물을 방출하므로 바람직하지 못하다.
따라서, 화재 시, 유독한 분해 산물을 방출하지 않으면서도, 높은 분리 효율, 높은 더스트 저장 용량 및 난연제 효과를 가진 필터 물질이 시급하게 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 본 발명에 따라, 한 면에는 결합제가 함침되어 있으며, 결합제로 함침되지 않은 면을 포함하되 이 면은 할로겐-프리(halogen-free) 및 붕소-프리(boron-free) 불꽃 보호 수단을 포함하는, 필터 물질에 의해 해결된다.
본 발명에 따른 필터 물질은 바람직하게는 습식-레이드(wet-laid) 부직포, 건식-레이드(dry-laid) 부직포, 직물 및 폼(foam)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질을 포함한다.
건식-레이드 부직포는 즉, 건식-레이드 섬유 부직포, 용융 취입된(meltblown) 부직포 및 스펀본디드(spunbonded) 부직포로 이해되고자 한다.
건식-레이드 섬유 부직포는 일정한 길이를 가진 섬유로 구성된다. 천연 섬유 및 합성 섬유 모두 건식-레이드 섬유 부직포의 제조에 사용될 수 있다. 천연 섬유의 예로는 셀룰로스, 울, 면(cotton) 및 아마(flax)가 있다. 합성 섬유로는, 예를 들어, 폴리올레핀 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리아미드 섬유, 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유 및 폴리페닐렌 설파이드 섬유가 있다. 사용되는 섬유는 직선형 또는 주름잡힌형(crimped)일 수 있다. 건식-레이드 섬유 부직포는 또한, 에어-레이드(air-laid) 섬유 부직포일 수 있다. 고형화를 위해, 건식-레이드 섬유 부직포는, 용융점보다 낮은 온도에서 다른 섬유를 완전히 또는 부분적으로 용융시키고 부직포를 고형화하는 일-성분 또는 다-성분 용융-본딩(melt-bonding) 섬유를 포함할 수 있다. 건식-레이드 섬유 부직포의 제조는 " Vliesstoffe " by W. Albrecht, H. Fuchs, W. Kittelmann, Wiley-VCH, 2000 서적에 기술된 바와 같이 공지된 선행 기술에 따라 수행된다. 건식-레이드 섬유 부직포는 상기 일-성분 또는 다-성분 용융-본딩 섬유에 의해 고형화될 수 있다. 추가적인 고형화 방법은, 예를 들어, 부직포를 액체 결합제로 니들링(needling), 워터-제트 니들링(water-jet needling) 또는 침지(soaking) 또는 분무한 후 건조하는 것이다.
용융 취입된 부직포는 폴리머 필라멘트로 구성된다. 본 발명에 따른 필터 물질용의 용융 취입된 부직포의 제조를 위해, 전문가들에게 알려진 용융 취입 방법이 이용되며, 이는 예를 들어, Van A. Wente, "Superfine Thermoplastic Fibers" Industrial Engineering Chemistry, vol. 48, 1342쪽 내지 1346쪽에 기술되어 있다. 적절한 폴리머는 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리부틸렌 나프탈레이트, 폴리아미드, 폴리페닐렌 설파이드 및 폴리올레핀이다. 바람직하게는, 전형적인 섬유 직경은 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛, 특히 바람직하게는 0.5 ㎛ 내지 3 ㎛이다. 요건에 따라, 친수성화제, 소수성화제(hydrophobing agent), 결정화 가속화제 또는 염료와 같은 첨가제가 폴리머와 추가적으로 혼합될 수 있다.
요건에 따라, 용융 취입된 부직포의 표면은 코로나 처리 또는 플라즈마 처리와 같은 표면 처리 방법에 의해 그 특성이 변할 수 있다.
스펀본디드(spunbonded) 부직포 또한, 폴리머 필라멘트로 구성되는데, 그러나 이의 섬유 직경은 통상적으로는 용융 취입된 섬유의 직경보다 상당히 더 크다. 스펀본디드 부직포는 전문가에게 알려진 스펀본디드 부직포 공정에 따라 제조되며, 예를 들어, 특허 명세서 US 4,340,563 A, US 3,802,817 A, US 3,855,046 A 및 US 3,692,618 A에 기술되어 있다. 스펀본디드 부직포 공정에 적절한 폴리머는 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리부틸렌 나프탈레이트, 폴리아미드, 폴리페닐렌 설파이드 및 폴리올레핀이다.
폼은 유기 폴리머로 제조된 모든 개방형 셀 폼(open cellular foam)인 것으로 이해되고자 한다. 이의 개방 셀형 구조로 인해, 이들은 공기-침투성이며 여러 가지 서로 다른 여과 작업에 적절하다. 적절한 폼의 제조는 예를 들어, 명세서 US 3,171,820 A, DE 1504551 A, DE 601435 A 및 GB 1111928 A에 기술되어 있다.
본 발명의 의미에서 습식-레이드 부직포 또는 제지는 모두 전문가들에게 알려진 필터 물질의 습식-레이드 제조 방법에 의해 제조될 수 있는 부직포이다. 본 발명에 따른 필터 물질용 물질은 바람직하게는 천연 섬유, 합성 섬유, 무기 섬유 또는 이들의 혼합물로 구성된다. 천연 섬유의 예로는, 셀룰로스, 면, 울 및 대마(hemp)이며, 셀룰로스 물질은 목재-프리(wood-free) 셀룰로스 및/또는 침엽수 및/또는 활엽수의 목재-함유 셀룰로스, 재생된 셀룰로스 및 피브릴화된(fibrillated) 셀룰로스 사용된다. 무기 섬유는 예를 들어, 유리 섬유, 현무암 섬유, 석영 섬유 및 금속 섬유이다. 적절한 합성 섬유는 예를 들어, 폴리에스테르 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 개별 섬유의 용융점이 서로 다른 다-성분 섬유, 폴리아미드 섬유 및 폴리아크릴로니트릴 섬유이다. 합성 섬유의 타이터(titer)는 전형적으로 0.1 dtex 내지 8.0 dtex, 특히 바람직하게는 0.5 dtex 내지 5 dtex이며, 절단 길이는 전형적으로 3 mm 내지 20 mm, 특히 바람직하게는 4 mm 내지 12 mm이다. 본 발명에 따른 필터 물질용 물질은 100% 천연 섬유, 합성 섬유 또는 무기 섬유로 구성될 수 있지만, 이들 섬유 유형의 임의의 혼합물이 또한 가능하다. 당해 기술분야의 당업자의 지식 및 경험으로 인해, 당업자는 필요한 물질 특성에 따라 올바른 조성을 구체적으로 선택하는 방법을 안다. 물질 플라이(material ply)는 발생되어, 적절한 헤드박스(headbox)를 구비한 제지 기계에서 함께 합체되는 복수 개의 층으로 구성될 수 있거나, 또는 필터 물지로 구성되며 별도의 작업 단계에서 함께 합체되는 개별 제지 웹(web)으로 구성될 수 있다. 개별 층은 이의 특성의 면에서 상이하게 배치될 수 있다.
바람직한 구현예에서, 본 발명에 따른 필터 물질은 제지-기재의 필터 물질이다. 이는, 이 구현예에서 필터 물질이 셀룰로스 섬유와, 선택적으로는 부가적으로 합성 섬유, 특히 폴리에스테르 섬유로 구성됨을 의미한다. 합성 섬유, 특히 폴리에스테르 섬유는 바람직하게는 0.3 dtex 내지 8.0 dtex, 및 3 mm 내지 12 mm의 절단 길이를 가진다. 특히 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명에 따른 제지-기재의 필터 물질은 셀룰로스 섬유와, 비-함침된 필터 물질 100%에 대해 0.3 dtex 내지 8.0 dtex 및 3 mm 내지 12 mm의 절단 길이를 가진 폴리에스테르 섬유 0 중량% 내지 50 중량%로 구성된다. 이 구현예에서, 필터 물질은 바람직하게는, 60 g/m2 내지 250 g/m2의 그래미지(grammage) [단위 면적 당 중량], 0.2 mm 내지 2.2 mm의 두께, 50 l/m2s 내지 3000 l/m2s의 공기 투과성(air permeability ), 및 70% 내지 95%의 공극률을 가진다. 공극률은, 사용되는 섬유의 평균 밀도에 대한 필터 매체의 실제 밀도의 비이다.
추가적인 바람직한 구현예에서, 본 발명에 따른 필터 물질은, 비-함침된 필터 물질 100%에 대해, 0.5 dtex 내지 8.0 dtex 및 3 mm 내지 12 mm의 절단 길이를 가진 용융 본딩 섬유(melt bonding fiber) 5 중량% 내지 25 중량%, 및 0.3 dtex 내지 8.0 dtex 및 3 mm 내지 12 mm의 절단 길이를 가진 폴리에스테르 섬유 70 중량% 내지 90 중량%로 구성된다. 이 구현예에서, 필터 물질은 바람직하게는 30 g/m2 내지 300 g/m2의 그래미지, 0.2 mm 내지 2.2 mm의 두께, 50 l/m2s 내지 3000 l/m2s의 공기 투과성, 및 70% 내지 95%의 공극률을 가진다.
본 발명은 구체적인 구현예로 제한되지 않는다. 본 발명의 범위 내에서, 본 발명에 따른 필터 물질은 복수 개의 플라이(ply) 또는 층으로 구성되는 것이 용이하게 가능하다. 더욱이, 기타 물질의 하나 또는 복수 개의 플라이가 본 발명에 따른 필터 물질의 전면 및/또는 후면에 제공되는 것이 또한 가능하며, 단, 난연제 효과는 이에 의해 영향을 받지 않거나 또는 적어도 유의하게 영향을 받지 않는다.
따라서, 본 발명에 따른 필터 물질은 예를 들어, 용융 취입된 부직포(meltblown nonwoven), 스펀본디드 부직포(spunbonded nonwoven), 건식-레이드 스테이플 섬유 부직포, 습식-레이드 부직포, 유리 섬유 부직포, 직물 또는 폼의 프리필터 플라이(prefilter ply)를 가진다. 프리필터 플라이는 필터 물질의 유입면에 존재한다. 이로써, 유입면이란 여과될 혼합물이 필터 물질을 통과(conduct)하는, 필터 물질의 면을 지칭한다.
바람직한 구현예에서, 본 발명에 따른 필터 물질의 프리필터 플라이는 그래미지가 8 g/m2 내지 120 g/m2, 두께가 0.1 mm 내지 1.5 mm이며 공기 투과성이 1000 l/m2s 내지 5000 l/m2s인 용융 취입된 부직포로 구성된다.
본 발명에 따른 필터 물질은, 반대쪽 면에는 결합제가 없도록, 한 면이 결합제로 함침된다. 본 출원에서, 결합제는 종종 "함침제"로 지칭되기도 한다. 함침된 면은, 결합제가 적용된 필터 물질의 표면에 의해 구분되는, 필터 물질의 일부인 것으로 이해된다. 반대면은, 함침된 면의 표면의 반대쪽 표면에 있으며 결합제를 포함하지 않는 표면에 의해 구분되는, 필터 물질의 일부를 지칭한다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 필터 물질은 광범위한데 (넓게 취해지지만 두꺼운 표면은 아님), 즉, 특히 바람직하게는 서로 평행하게 배열되는 2개의 반대 면을 가진다.
결합제는 필터 물질 상에 함침에 의해 적용되며, 필터 물질의 적어도 일부에 침투된다. 필터 물질의 함침된 표면은 특히 가스에 투과성인 채로 존재한다.
본 발명에 따른 필터 물질이 보다 많이 개방된 면 및 보다 조밀한 면을 가지는 경우, 함침은 바람직하게는 보다 조밀한 면에 적용된다. 보다 조밀한 면은 평균 기공 크기가 더 작아서 보다 개방형인 면과 구별되며, 보다 조밀한 면의 평균 기공 크기는, 보다 개방형인 면의 평균 기공 크기보다 바람직하게는 5% 이상, 보다 바람직하게는 10% 이상, 특히 바람직하게는 20% 이상 더 작다.
필터 물질로서 알려져 있는 성분, 예를 들어 알코올 용액으로부터의 페놀 수지 또는 에폭시 수지가 결합제로서 사용되며, 그 외에도 예를 들어, 아크릴레이트, 스티렌 부타다이엔, 폴리비닐 아세테이트, 폴리우레탄, 페놀 수지 또는 이들의 혼합물로부터의 수성 분산액도 사용된다. 또 다른 부류의 결합제는 예를 들어, 폴리비닐 알코올, 멜라민 수지 또는 우레아-포름알데하이드 수지의 수용액이다. 액체 결합제 외에도, 열가소성 폴리머의 고체형 분말형 결합제가 또한 사용될 수 있다.
요건에 따라, 친수성화제, 소수성화제 또는 염료와 같은 서로 다른 부형제가 또한 결합제에 혼합될 수 있다.
함침은 공지된 선행 기술에 따라, 예를 들어, 분무, 롤러 코팅, 폼 적용 또는 더스팅에 의해 수행된다. 필터 물질의 총 중량에 대한 건성 함침제의 전형적인 비율은 0.5 중량% 내지 50 중량%, 바람직하게는 5 중량% 내지 35 중량%이다. 본 발명의 의미 내에서, 건성 함침제의 비율은, 순환식 공기 건조 캐비넷에서 100℃에서 30분 동안 건조한 필터 물질 내의 함침제의 비율에 관한 것이다.
본 발명에 따른 필터 물질의 비-함침된 면은 할로겐-프리 및 붕소-프리 불꽃 보호 수단을 포함한다. 비-함침된 면은 필터 물질의 일부를 구성하며, 이는 함침된 면의 표면의 반대쪽에 있는 표면에 의해 구분된다. 바람직하게는, 함침된 표면 및 비-함침된 표면은 본 발명에 따른 필터 물질에서 서로 평행하게 배열된다. 선택적으로는, 함침된 면은 또한, 할로겐-프리 및 붕소-프리 불꽃 보호 수단을 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 필터 물질의 바람직한 구현예에서, 비-함침된 면만이 할로겐-프리 및 붕소-프리 불꽃 보호 수단을 포함한다.
할로겐-프리 및 붕소-프리 불꽃 보호 수단은 질소 성분 및/또는 인 성분을 포함할 수 있다. 질소 성분의 예로는, 우레아, 우레아 화합물 및 구아니딘 화합물이 있다. 인 성분의 예로는, 인산 에스테르 및 이의 염, 포스폰산 에스테르 및 이의 염, 포스핀산 에스테르 (포스포릭 (I) 산 에스테르) 및 이의 염 (예를 들어, 9,10-다이하이드로-9-옥사-10-포스파페난트렌 10-옥사이드 및 이의 유도체), 포스페이트 및 폴리포스페이트가 있으며, 인산 에스테르 및 이의 염 뿐만 아니라 DOPO 및 이의 유도체가 바람직하다.
필터 물질의 더스트 저장 용량과 관련하여, 결합제를 사용하지 않고 불꽃 보호 수단을 섬유에 직접 고정하는 것이 유리하다. 바람직하게는, 이는 섬유의 표면에 불꽃 보호 수단을 결합함으로써 실현되며, 여기서 섬유 표면이란 필터 물질에 포함되는 섬유의 표면을 의미하며, 물에 난용성인 할로겐-프리 및 붕소-프리 불꽃 보호 수단에 의해 결합한다. 이로써, 할로겐-프리 및 붕소-프리 불꽃 보호 수단은 세정되지 않을 수 있다는 이점이 생긴다.
본 발명의 의미 내에서, 가용성이 불량하다는 것은, 20℃의 증류수에서 불꽃 보호 수단의 용해도가 물과 불꽃 보호 수단의 중량의 합인 100 중량%에 대해, 바람직하게는 3.5 중량% 이하, 특히 바람직하게는 3.0 중량% 이하, 매우 특히 바람직하게는 2.5 중량% 이하임을 의미한다.
결합은 할로겐-프리 및 붕소-프리 불꽃 보호 수단, 특히 질소 및/또는 인 성분에 포함된 적절한 반응성 기에 의해 실현될 수 있으며, 바람직하게는 질소 성분은 적절한 반응성 기를 포함한다. 메틸올- 및/또는 알데하이드 기는, 예를 들어 반응성 기로서 적절하다. 반응성 기를 포함하는 적절한 질소 성분은 예를 들어, 메틸올 우레아, 메틸올-멜라민-포름알데하이드, 및 우레아 화합물, 구아니딘 화합물 또는 다이시안다이아미드와 글리옥살 또는 글루타르다이알데하이드와 같은 다관능성 화합물의 변환 생성물이다. 메탄올 또는 물과 같은 용매에서, 불꽃 보호 수단은 용액 또는 분산액으로서 필터 물질에 분무될 수 있다. 용매의 증발 동안, 결합은 불꽃 보호 수단과, 필터 물질에 포함된 섬유의 섬유 표면 사이에 형성된다.
바람직하게는, 반응성 기를 포함하는 질소 성분 외에도, 할로겐-프리 및 붕소-프리 불꽃 보호 수단은 인 성분을 포함한다. 이 인 성분은, 가용성이 불량한 화합물로의 질소 성분과 반응하거나 또는 본질적으로 물에 난용성이 되게 하는, 인 화합물의 군으로부터 선택될 수 있다. 20℃의 증류수에서 가용성이 불량한 인 성분의 용해도는 물과 인 성분의 중량의 합인 100 중량%에 대해, 바람직하게는 3.5 중량% 이하, 특히 바람직하게는 3.0 중량% 이하, 매우 특히 바람직하게는 2.5 중량% 이하이다. 특히 바람직하게는, 인 성분은 인산 에스테르 및 이의 염, 포스폰산 에스테르 및 이의 염 및 DOPO (9,10-다이하이드로-9-옥사-10-포스파페난트렌 10-옥사이드) 및 이의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된다.
할로겐-프리 및 붕소-프리 불꽃 보호 수단은 공지된 선행 기술의 방법, 예를 들어 분무, 롤러 적용, 폼 적용 또는 더스팅에 의해 적용될 수 있다. 필터 물질의 총 중량에 대한 건성 할로겐-프리 및 붕소-프리 불꽃 보호 수단의 전형적인 비율은 0.5 중량% 내지 50 중량%, 바람직하게는 10 중량% 내지 30 중량%이다. 본 발명의 의미 내에서, 건성 불꽃 보호 수단의 비율은, 순환식 공기 건조 캐비넷에서 100℃에서 30분 동안 건조된 필터 물질 내의 불꽃 보호 수단의 비율에 관한 것이다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 필터 물질의 그래미지는 30 g/m2 내지 300 g/m2, 특히 바람직하게는 60 g/m2 내지 250 g/m2, 매우 특히 바람직하게는 90 g/m2 내지 180 g/m2이다. 본 발명에 따른 필터 물질의 두께는 바람직하게는 0.2 mm 내지 2.2 mm, 특히 바람직하게는 0.4 mm 내지 1.5 mm, 매우 특히 바람직하게는 0.45 mm 내지 1.0 mm이다. 본 발명에 따른 필터 물질의 두께는, 결합제가 적용되는 표면과 반대 표면 간의 거리에 관한 것이다. 공기 투과성은 바람직하게는 20 l/m2s 내지 3000 l/m2s, 특히 바람직하게는 30 l/m2s 내지 1600 l/m2s, 특히 바람직하게는 50 l/m2s 내지 1000 l/m2s, 매우 특히 바람직하게는 100 l/m2s 내지 500 l/m2s이다. 본 발명에 따른 필터 물질의 공극률은 바람직하게는 70% 내지 95%, 특히 바람직하게는 75% 내지 90%이다. 본 발명에 따른 필터 물질에서, ISO 5011에 따른 분리 효율은 바람직하게는 90% 이상, 보다 바람직하게는 95% 이상, 매우 특히 바람직하게는 99% 이상이다. ISO 5011에 따른 더스트 저장 용량은 바람직하게는 1.0 g/200 cm3 이상, 보다 바람직하게는 1.5 g/200 cm3 이상, 특히 바람직하게는 2.0 g/200 cm3 이상이다. 본 발명에 따른 필터 물질은 바람직하게는 DIN 53438에 따른 난연성을 F1 이상 및 K1 이상으로 가진다. 내세정성은 바람직하게는 F1 이상 및 K1 이상이다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 본 발명에 따른 필터 물질은 60 g/m2 내지 250 g/m2의 그래미지, 0.2 mm 내지 2.2 mm의 두께, 및 20 l/m2s 내지 3000 l/m2s의 공기 투과성을 가진다.
테스트 방법
1) ISO 5011에 따른 분리 효율 및 더스트 저장 용량 뿐만 아니라 내세정성 및 DIN 53438에 따른 난연성의 측정 전에, 표본을 처리하는 데, 즉, 순환식 공기 건조 캐비넷에서 160℃에서 10분 동안 경화한 다음, 23℃ 및 상대 습도 50%에서 24시간 동안 조건화한다.
2) DIN EN ISO 536에 따른 그래미지, DIN EN ISO 534에 따른 두께, DIN EN ISO 9237에 따른 공기 투과성, 함침제의 비율 및 공극률의 시험은 측정 전에 23℃ 및 상대 습도 50%에서 24시간 동안 조건화한 비-경화된 표본에서 수행한다.
DIN EN ISO 536에 따라 그래미지( Grammage )
DIN EN ISO 534에 따라 두께
200 Pa의 압력차에서 DIN EN ISO 9237에 따라 공기 투과성
표본 표면 200 cm2 및 유입량 속도 12 cm/s에서 테스트 더스트 Iso 파인(fine)으로 측정 시, ISO 5011에 따른 분리 효율 및 더스트 저장 용량(dust storage capacity). 테스트의 종료 시, 차압(differential pressure) 증가는 0.7 bar임.
Munktell의 절대 필터 "Glass-Microfiber-Disc Grade 227"을 표본의 다운스트림에 배치한다. 더스팅은 1000 mg/m3의 더스트 농도에서 수행하고, 3000 Pa의 말단 압력이 달성되자마자 중단한다(interrupted).
분리 효율 및 더스트 저장 용량은 하기 식으로 계산한다:
더스트 저장 용량 (g/200 cm3) = (P1 - P0) + (G1 - G0)
P0 = 더스팅 전의 표본 중량
P1 = 더스팅 후의 표본 중량
G0 = 더스팅 전의 절대 필터 중량
G1 = 더스팅 후의 절대 필터 중량
내세정성(Washout Resistance)
할로겐-프리 및 붕소-프리 불꽃 보호 수단의 내세정성을 측정하기 위해, 불꽃 보호된 필터 물질을 23℃에서 24시간 동안 탈이온수에 저장한다. 110℃에서 건조하고 23℃ 및 상대 습도 50%에서 조건화한 후, 난연성을 DIN 53438, 파트 2 및 3에 따라 측정한다. 한 면에 결합제가 함침된 필터 물질에서, 불꽃 처리는 의도된 사용 동안 유입면(inflow side) 상의 완전히 함침된 필터 물질에서 그리고 결합제 비-함침 면 상에서 수행한다.
DIN 53438, 파트 2 및 파트 3에 따른 난연성. 한 면이 결합제로 함침된 필터 물질에서, 불꽃 처리는 의도된 사용 동안 유입면 상의 완전히 함침된 필터 물질에서 그리고 결합제 비-함침 면 상에서 수행한다.
공극률은 사용되는 섬유의 필터 매체의 실제 밀도 및 평균 밀도로부터 결정한다:
공극률 = (1 - 필터 매체의 밀도 [g/cm3]/ 섬유의 밀도 [g/cm3])*100%
필터 물질에서의 함침제의 비율은 하기의 식에 따라 계산한다:
함침제의 비율% = (FM Imp./FM 제지) * 100%
FM Imp. = 필터 물질 m2 당 건조된 함침제의 질량, 및
FM 제지 = 함침된 필터 물질의 그래미지,
필터 물질은 함침제의 비율을 결정하기 전에 100℃에서 30분 동안 순환식 건조 캐비넷에서 건조한다.
실시예
1 (비교)
100% 셀룰로스의 물질 웹을 잘 알려진 제지 제조 방법에 따라 제지 기계에서 제조하였다. 이 필터 물질의 그래미지는 100 g/m2, 두께는 0.47 mm 및 공기 투과성은 170 l/m2s였다. 개별의 작업 단계에서, 이 필터 물질을, 수성 아크릴 분산액 및 할로겐-프리 및 붕소-프리 불꽃 보호 수단을 포함하는 함침제로 완전히 함침시켰다. 건조 후, 필터 물질의 그래미지는 134 g/m2, 두께는 0.48 mm, 공기 투과성은 150 l/m2s 및 수지 함량은 25%였다. 이 필터 물질은 Neenah Gessner GmbH, Bruckmuehl사로부터 제품명 L4-2i25HPF 하에 입수가능하다. 이후, 필터 물질을 160℃에서 10분 동안 경화하였다. 경화된 필터 물질에 대해, 세정 테스트 전과 후의 난연성, 분리 효율 및 더스트 저장 용량을 측정하였다. 테스트 전에, 경화된 필터 물질을 23℃ 및 상대 습도 50%에서 24시간 동안 조건화하였다. 그 결과를 표 1에 요약한다.
실시예
2 (비교)
실시예 1의 물질 웹을 실시예 1과 동일한 함침제 및 불꽃 보호 수단로 함침시켰으며, 단, 이때 함침제와 불꽃 보호 수단이 필터 물질의 와이어 면 상에 롤러 적용에 의해 한 면에만 적용되는 점만 다르다. 건조 후, 제지의 그래미지는 134 g/m2, 두께는 0.51 mm, 공기 투과성은 164 l/m2s 및 수지 함량은 25%였다. 이후, 필터 물질을 160℃에서 10분 동안 경화하였다. 경화된 필터 물질에 대해, 세정 테스트 전과 후의 난연성, 분리 효율 및 더스트 저장 용량을 측정하였다. 테스트 전에, 경화된 필터 물질을 23℃ 및 상대 습도 50%에서 24시간 동안 조건화하였다. 그 결과를 표 1에 요약한다.
실시예
3 (본 발명)
하이드록시메틸우레아 12 g 및 트리페닐포스페이트 27 g의 용액으로 구성된 본 발명에 따른 할로겐-프리 및 붕소-프리 불꽃 보호 수단을, 한 면이 함침된 실시예 2의 필터 물질의 비-함침되었으며 실질적으로 수지를 포함하지 않는 면에서 메탄올 100 g에 분무한 후, 건조하였다. 건조 후, 필터 물질의 그래미지는 144 g/m2, 두께는 0.51 mm, 공기 투과성은 162 l/m2s였다. 건조된 불꽃 보호 코팅의 적용 중량은 10 g/m2였다. 그런 다음, 필터 물질을 160℃에서 10분 동안 경화하여, 불꽃 보호 수단과 섬유 표면 간의 결합을 달성하였다. 경화된 필터 물질에 대해, 세정 테스트 전과 후의 난연성 뿐만 아니라 분리 효율 및 더스트 저장 용량을 측정하였다. 테스트 전에, 경화된 필터 물질을 23℃ 및 상대 습도 50%에서 24시간 동안 조건화하였다. 그 결과를 표 1에 요약한다.
실시예 1 (비교) | 실시예 2 (비교) | 실시예 3 (본 발명) | |
분리 효율 | 99.93% | 99.84% | 99.86% |
더스트 저장 용량 | 1.86 g/200 cm3 | 2.57 g/200 cm3 | 2.50 g/200 cm3 |
난연성 | F1/K1 | 없음 | F1/K1 |
내세정성 | F1/K1 | 없음 | F1/K1 |
표 1에서 알 수 있듯이, 선행 기술에 따른 필터 물질 (실시예 1)과 동일한 난연성이 본 발명에 따른 필터 물질 (실시예 3)에서 달성된다. 본 발명에 따른 필터 물질의 이점은 분리 효율이 실시예 1과 동일하면서도 사용 수명은 상당히 더 길다는 것이다. 더욱이, 실시예 2와 3의 비교에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 필터 물질 역시 불꽃 보호 수단을 분무한 후에도 한 면만 함침된 필터 물질 (실시예 2)의 양호한 더스트 저장 용량을 가지고 있으며, 이로써 난연제 효과를 가진다.
Claims (16)
- 한 면이 결합제로 함침된(impregnated) 필터 물질로서,
상기 필터 물질은 결합제 비-함침 면을 포함하며, 상기 비-함침 면은 할로겐-프리(halogen-free) 및 붕소-프리(boron-free) 불꽃 보호 수단(flame protection means)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 필터 물질. - 제1항에 있어서,
상기 할로겐-프리 및 붕소-프리 불꽃 보호 수단이 상기 필터 물질에 포함된 섬유에 결합되는 것을 특징으로 하는, 필터 물질. - 제1항에 있어서,
상기 할로겐-프리 및 붕소-프리 불꽃 보호 수단이 물에 난용성인 것을 특징으로 하는, 필터 물질. - 제2항에 있어서,
상기 할로겐-프리 및 붕소-프리 불꽃 보호 수단이 하나 이상의 질소 성분을 포함하며, 선택적으로 하나의 인 성분을 포함하며,
상기 질소 성분은 상기 섬유에 결합되는 것을 특징으로 하는, 필터 물질. - 제1항에 있어서,
상기 필터 물질이 습식-레이드 부직포(wet-laid nonwoven), 건식-레이드 부직포(dry-laid nonwoven) 및 폼(foam)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는, 필터 물질. - 제1항에 있어서,
상기 결합제가 페놀 수지 및 에폭시 수지, 멜라민 수지, 우레아-포름알데하이드 수지 및 열가소성 폴리머로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는, 필터 물질. - 제1항에 있어서,
상기 결합제가 할로겐-프리 및 붕소-프리 불꽃 보호 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 필터 물질. - 제1항에 있어서,
상기 필터 물질의 그래미지(grammage)가 60 g/m2 내지 250 g/m2인 것을 특징으로 하는, 필터 물질. - 제1항에 있어서,
상기 필터 물질의 두께가 0.2 mm 내지 2.2 mm인 것을 특징으로 하는, 필터 물질. - 제1항에 있어서,
상기 필터 물질의 공기 투과성(air permeability)이 50 l/m2s 내지 3000 l/m2s인 것을 특징으로 하는, 필터 물질. - 제1항에 있어서,
상기 필터 물질은 DIN 53438에 따르면 K1 이상 및 F1 이상의 난연제 효과를 가지는 것을 특징으로 하는, 필터 물질. - 제1항에 있어서,
상기 필터 물질의 내세정성(washout resistance)이 DIN 53438에 따르면 K1 이상 및 F1 이상인 것을 특징으로 하는, 필터 물질. - 제1항에 있어서,
상기 필터 물질은 유입면(inflow side)에 프리필터 플라이(prefilter ply)를 가지는 것을 특징으로 하는, 필터 물질. - 제13항에 있어서,
상기 프리필터 플라이가 용융 취입된 부직포(meltblown nonwoven), 스펀본디드 부직포(spunbonded nonwoven), 건식-레이드 스테이플 섬유 부직포, 습식-레이드 부직포, 유리 섬유 부직포, 직물 또는 폼을 포함하는 것을 특징으로 하는, 필터 물질. - 제1항에 있어서,
상기 필터 물질이 가스 여과를 위해 사용되는 것을 특징으로 하는, 필터 물질. - 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 필터 물질을 포함하는 필터 요소(filter element).
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