KR101752019B1 - 개선된 먼지 로딩 용량 및 다습 환경에 대한 개선된 저항을 갖는 공기 여과 매체 - Google Patents

Abstract

물 미스트가 포함된 공기로부터 입자를 여과하기 위한 방법은 소수성 부직 웨브와 유체 접촉하는 나노웨브 층을 갖는 매체를 통해 공기를 통과시키는 단계를 포함한다. 소수성 웨브는 본질적으로 소수성인 재료로 제조될 수 있거나, 소수성 코팅으로 코팅될 수 있다. 매체는 물 미스트의 여과와 통상적으로 관련된 큰 압력 강하를 겪지 않으며 그의 효율을 잘 유지한다.

Description

개선된 먼지 로딩 용량 및 다습 환경에 대한 개선된 저항을 갖는 공기 여과 매체{AIR FILTRATION MEDIUM WITH IMPROVED DUST LOADING CAPACITY AND IMPROVED RESISTANCE TO HIGH HUMIDITY ENVIRONMENT}

본 발명은 기체 스트림 그리고 특히 미스트가 포함된(mist laden) 기체 스트림으로부터 미립자 물질을 여과하기 위한 공기 여과 매체에 관한 것이다.

기체상(gas phase) 여과는 전통적으로, 랜덤하게 배향된 섬유의 저효율, 중효율 또는 고효율 섬유질 여과 층을 포함하는 저효율, 중효율 및 고효율 주름형성가능(pleatable) 복합 필터 매체; 및 복합 필터 매체가 주름지게 할 수 있고 그의 형상을 유지할 수 있게 하는 하나 이상의 투과성 보강 층에 의해 성취되었다. 그러한 여과 장치는 차량 객실 공기 필터, 고성능 엔진 공기 필터 및 엔진 오일 필터로서 역할을 한다. 미국난방냉동공조공학회(ASHRAE, American Society of Heating Refrigeration and Air Conditioning Engineers) 주름형성가능 필터 등은 전형적으로 여과 요소에 주름형(pleated) 고효율 여과 매체를 사용한다.

나노섬유 고효율 층 및 더 투과성인 스펀바운드 섬유(spunbound fiber) 보강 층으로 제조된 주름형성가능 복합 여과 매체("SN" 매체로도 지칭됨)는 양호한 유속(flux)/장벽 특성(즉, 고효율 및 낮은 압력 강하)을 나타내는 것으로 밝혀져 있다. 그러나, 먼지-로딩 용량은 필터가 매우 작은 먼지 입자를 겪을 때 소정의 산업 HVAC 응용들에서 원하는 값보다 낮으며, 이는 HVAC 시스템이 고효율의 최종 필터 전방에 더 낮은 효율의 프리-필터(pre-filter)를 갖도록 설계되고 구성될 때 발생할 수 있다. SN 구조에서, 스크림(scrim)은 전형적으로 크기가 약 5 마이크로미터보다 큰 입자를 사전-여과해낼 수 있는 14 내지 30 마이크로미터의 섬유 직경의 부직 웨브(nonwoven web)로 제조된다. 나머지 입자는 얇은 나노섬유 층에 도달하고 빠르게 기공을 채워 필터를 막히게 할 것이다. 결과적으로, 필터 저항이 급속히 증가하고 이에 따라 필터 수명을 단축시킨다. 스크림 층의 평량(basis weight) 및 두께를 증가시킴으로써 먼지-로딩 용량을 증가시키려는 시도가 이루어지고 있지만, 그 결과는 더 많은 것을 요구하는 상황에 대해 여전히 만족스럽지 못하다.

문제가 더 복잡해지게, 유입 공기의 습도가 높거나 유입 공기가 물 미스트(water mist)를 포함하고 있는 경우, 필터 매체의 나노섬유 층 상에 로딩된 먼지가 습기를 빨아들여 팽창할 수 있다. 높은 비율의 대기 에어로졸이 특성 면에서 흡습성(hydroscopic)임이 널리 알려져 있다. 이는 나머지 기공 크기를 추가로 감소시키고, 추가적인 유동 제한 및 필터에 걸친 증가된 압력 강하를 야기한다. 이러한 압력 강하의 급격한 증가는 HVAC 시스템에 상당한 문제를 야기할 수 있다.

습기의 존재 하에서 비교적 높은 먼지-보유 및/또는 공기 오염물질 용량과 비교적 낮은 압력 강하를 나타내는, 이들 여과 응용을 위한 비교적 낮은 비용, 높은 효율의 필터 매체를 제공하는 것에 대한 필요성이 여전히 남아 있다. 본 발명의 한 가지 목적은 그러한 필터 매체 및 이의 사용을 위한 방법을 제공하는 것이다.

유동하는 공기로부터 미립자 물질을 여과하기 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은 물 미스트가 포함되어 있고 여과될 입자를 포함하는 공기의 유동을 제공하는 단계, 및 공기 유동을 여과 매체를 통해 통과시키는 단계를 포함한다. 매체는 공기의 유동에 대한 상류측 및 하류측을 갖고, 소수성 부직 웨브의 하류측에 있고 이와 유체 접촉하는 나노웨브(nanoweb) 층을 포함한다.

정의

본 명세서에 사용된 바와 같이 용어 "부직포"는 다수의 섬유로 구성되는 웨브를 의미한다. 섬유들은 서로 접합될 수 있거나 접합되지 않을 수 있다. 섬유는 단일 재료를 포함할 수 있거나, 상이한 섬유들의 조합으로서 또는 상이한 재료들로 각각 구성된 유사한 섬유들의 조합으로서 다수의 재료를 포함할 수 있다. 복수의 재료로 각각 구성된 유사한 섬유들은 "2성분"(두 가지 재료를 가짐) 또는 다성분일 수 있다.

본 명세서에 사용된 바와 같이 "부직 섬유질 웨브" 또는 단지 "부직 웨브"는 비교적 평탄하고, 가요성 및 다공성이며, 스테이플 섬유(staple fiber) 또는 연속적인 필라멘트로 구성된 대체로 평면인 구조체를 정의하도록 그의 포괄적인 의미로 사용된다. 부직포의 상세한 설명에 대해서는, 문헌["Nonwoven Fabric Primer and Reference Sampler" by E. A. Vaughn, ASSOCIATION OF THE NONWOVEN FABRICS INDUSTRY, 3d Edition (1992)]을 참조한다. 부직포는 그러한 제품이 당업계에 잘 알려져 있는 바와 같이 카디드(carded), 스펀 본디드(spun bonded), 웨트 레이드(wet laid), 에어 레이드(air laid) 및 멜트 블로운(melt blown)될 수 있다.

본 명세서에 사용된 바와 같이 "부직포"는 또한 편포 천에서와 같은 식별가능한 방식이 아닌, 사이사이에 넣어진(interlaid) 개개의 섬유들 또는 스레드(thread)들의 구조를 갖는 웨브를 말한다. 부직포 천 또는 웨브는 예를 들어 멜트블로잉(meltblowing) 공정, 스펀본딩(spunbonding) 공정, 및 본디드 카디드(bonded carded) 웨브 공정과 같은 많은 공정으로부터 형성되고 있다. 부직포 천의 평량은 보통 재료의 온스/제곱야드(ounce of material per square yard, osy) 또는 그램/제곱미터(gram per square meter, gsm)로 표현되고, 유용한 섬유 직경은 보통 마이크로미터로 표현된다. (osy로부터 gsm으로 변환하기 위해, osy에 33.91을 곱함에 유의한다).

"멜트블로운 섬유(meltblown fiber)"는 용융 열가소성 재료를 용융 스레드 또는 필라멘트로서 보통 원형인 미세한 복수의 다이 모세관을 통해, 용융 열가소성 재료의 필라멘트를 세장화하여 그의 직경을 감소시키는, 수렴하는 고속의 가열된 기체(예를 들어, 공기) 스트림 내로 압출함으로써 형성된 섬유를 의미한다. 그 후에, 멜트블로운 섬유는 고속 기체 스트림에 의해 운반되고, 수집 표면 상에 침착되어 랜덤하게 분산된 멜트블로운 섬유의 웨브를 형성한다. 그러한 공정은 예를 들어 부틴(Butin) 등의 미국 특허 제3,849,241호에 개시되어 있다. 멜트블로운 섬유들은 연속적이거나 불연속적일 수 있는 마이크로섬유(microfiber)이고, 일반적으로 약 0.6 데니어보다 작으며, 일반적으로 수집 표면 상으로 침착될 때 자가-접합(self-bonding)한다. "멜트블로운 웨브"는 멜트블로운 섬유를 포함하는 부직 웨브이다.

"스펀본디드 섬유(spunbonded fiber)"는 원형 또는 다른 구성을 갖는 방사구(spinneret)의 복수의 미세한 모세관으로부터 필라멘트로서 용융 열가소성 재료를 압출함으로써 형성된 섬유를 말하며, 이때 압출된 필라멘트의 직경은 그 다음에, 예를 들어 애펠(Appel) 등의 미국 특허 제4,340,563호, 및 도츠너(Dorschner) 등의 미국 특허 제3,692,618호, 마츠키(Matsuki) 등의 미국 특허 제3,802,817호, 킨니(Kinney)의 미국 특허 제3,338,992호 및 제3,341,394호, 하트만(Hartmann)의 미국 특허 제3,502,763호, 페테르센(Petersen)의 미국 특허 제3,502,538호, 및 도보(Dobo) 등의 미국 특허 제3,542,615호에서와 같이 급속히 감소되며, 이들 문헌의 각각은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다. 스펀본드 섬유는 대체로 연속적이고 종종 약 0.3보다 큰, 더 구체적으로는 약 0.6 내지 10의 평균 데니어를 갖는다. "스펀본드 웨브"는 스펀본드 섬유를 포함하는 웨브이다.

용어 "SMN"은 스펀본드 웨브 더하기 멜트블로운 웨브 더하기 나노웨브를 그 순서로 포함하는 다층 구조체를 말한다.

용어 "MSN"은 멜트블로운 웨브 더하기 스펀본드 웨브 더하기 나노웨브를 그 순서로 말한다.

용어 "소수성(hydrophobic)"은 "물에 반발하다"의 그의 종래의 의미로 사용된다. "소수성 부직 웨브"는 소수성 표면을 갖는 섬유를 포함하는 웨브이다. 표면은 섬유의 재료에 의해 소수성일 수 있으며, 예를 들어 섬유는 폴리올레핀이 본질적으로 소수성인 것으로 고려될 것이기 때문에 전적으로 폴리올레핀으로 구성될 수 있다. 섬유는 또한 폴리아미드 또는 폴리에스테르와 같은 친수성 재료로부터 방사되고, 소수성 코팅을 가질 수 있다. 예를 들어, 섬유는 폴리아미드 또는 폴리에스테르로부터 방사되고, 계면활성제 그리고 구체적으로는 플루오로계면활성제의 코팅을 상부에 가질 수 있다. 따라서 "물에 반발"할 수 있는 재료라는 것은 수성 매체에 의한 습윤(wetting)에 저항하는 소수성 재료를 의미하며, 불소 및 탄소 원자를 포함하는 제제가 바람직하다. 예를 들어, 친수성 재료는 플루오르화된 재료로 적어도 부분적으로 코팅될 수 있다. 대안적으로, 플루오르화된 재료는 플루오르화된 메타크릴레이트 공중합체들로 이루어진 조닐(Zonyl)(등록상표) D 천 불소처리제 또는 플루오르화된 아크릴레이트 공중합체들로 이루어진 조닐(등록상표) 8300 천 보호제로 이루어진 군으로부터 선택된다. 그러한 플루오르화된 중합체 및 올리고머로 천을 처리하는 것은 당업계에서 통상적이며, 이들 화학물질로 제한되지 않는다. 당업자는 적합한 처리를 선택할 수 있을 것이다.

따라서 본 발명에 채용된 발수성(water-repellent) 코팅은 물에 반발하고 친수성 웨브에 적용될 수 있는 임의의 제제일 수 있으며, 불소 및 탄소 원자를 포함하는 제제가 바람직하다. 본 발명의 바람직한 발수성 코팅은 플루오로중합체를 포함하는 것, 그리고 특히 플루오로아크릴레이트 중합체들의 혼합물, 예를 들어 독일 랑베이트 소재의 씨바 스페치알리태텐헤미어 페르세에 게엠베하(Ciba

Pfersee GmbH)로부터의 올레오포볼 에스엠(OLEOPHOBOL SM)(등록상표)이다. 코팅은 다양한 방법으로 섬유에 적용될 수 있다. 하나의 방법은 코팅 재료의 순수 수지를 연신된 고 계수 섬유에 액체, 부유 상태의 점착성 고체 또는 입자로서 또는 유동층(fluidized bed)으로서 적용하는 것이다. 대안적으로, 코팅은 적용 온도에서 섬유의 특성에 악영향을 미치지 않는 적합한 용매 중의 에멀젼 또는 용액으로서 적용될 수 있다. 코팅 중합체를 용해시키거나 분산시킬 수 있는 임의의 액체가 사용될 수 있지만, 바람직한 용매들의 군은 물, 파라핀유, 방향족 용매 또는 탄화수소 용매를 포함하며, 예시적이고 구체적인 용매는 파라핀유, 자일렌, 톨루엔 및 옥탄을 포함한다. 용매 중에 코팅 중합체를 용해시키거나 분산시키는 데 사용되는 기술은 유사한 탄성중합체 재료를 다양한 기재 상에 코팅하는 데 종래에 사용된 것일 것이다.

친수성 섬유에 발수제를 적용하는 경우, 선택된 제형의 발수제가 섬유의 표면 상에 균일하게 분포되게 하는 임의의 방법이 원칙적으로 적합하다. 예를 들어, 발수제 제형은 롤러 상에 얇은 필름으로서 적용될 수 있고 친수성 섬유가 필름을 통과할 수 있다. 대안적으로, 발수제 제형은 친수성 섬유 상으로 분무될 수 있다. 발수제 제형은 또한 펌프 및 핀, 슬릿 또는 블록 어플리케이터(applicator)를 사용해 섬유에 적용될 수 있다.

코팅의 적용은 발수제의 수성 에멀젼을 수용하는 배스(bath) 내에 침지된 롤러 위로 친수성 웨브를 통과시킴으로써 수행될 수 있다.

코팅된 웨브의 건조는 적합한 온도의 범위 내에서 수행된다. 온도 및 건조 시간에 대한 파라미터 범위는 또한 선택된 적용 방법의 요건에 의해 결정된다. 발수제가 웨브 스피닝 공정으로 웨브 상에 적용되는 경우, 예를 들어 섬유가 세척 배스를 떠난 후에, 스피닝 속도 및 스피닝 설비의 구조적 특징에 의해 온도 및 건조 시간의 범위가 결정될 것이다.

섬유는 또한 외측 표면이 폴리올레핀과 같은 소수성 재료로부터 방사되는 2성분 구조체일 수 있다.

소수성으로 고려될 중합체의 예는 탄소 및 수소, 또는 탄소, 수소 및 불소만을 포함하는 중합체, 예를 들어 폴리올레핀, 플루오로중합체 및 폴리비닐리덴 플루오라이드이다. 비 소수성으로 고려될 중합체의 예는 폴리아미드 및 폴리에스테르이다.

본 발명의 실시 형태에 유용한 멜트블로운 또는 스펀본드 부직 섬유질 웨브는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 탄성중합체, 폴리에스테르, 레이온, 셀룰로오스, 폴리아미드의 섬유, 및 그러한 섬유들의 블렌드(blend)를 포함할 수 있다. 부직 섬유질 웨브에 대해 다수의 정의가 제안되었다. 섬유는 보통 스테이플 섬유 또는 연속적인 필라멘트를 포함한다.

본 명세서에 사용된 바와 같이 용어 "나노섬유"는 수 평균 직경(number average diameter)이 약 1000 ㎚ 미만, 심지어 약 800 ㎚ 미만, 심지어 약 50 ㎚ 내지 500 ㎚, 그리고 심지어 약 100 내지 400 ㎚인 섬유를 말한다. 비-원형 단면의 나노섬유의 경우, 본 명세서에 사용된 바와 같이 용어 "직경"은 최대 단면 치수를 말한다.

"스크림"은 지지 층이고, 필터 매체가 접합, 점착 또는 라미네이팅될 수 있게 하는 임의의 구조체일 수 있다. 유리하게, 본 발명에 유용한 스크림 층은 스펀본드 부직포 층이지만, 부직 섬유의 카디드 웨브, 멜트 블로운 부직포 층, 직포 천, 네트(net) 등으로 제조될 수 있다. 몇몇 필터 응용에 유용한 스크림 층은 주름 형상을 유지하기에 충분한 강성을 필요로 한다. 본 발명에 사용된 바와 같은 스크림은 매체의 먼지 보유 구조를 방해하지 않을 정도로 충분히 개방된 구조를 가져야 한다.

2개 이상의 웨브가 "대면 관계에 있다"는 것은 임의의 하나의 웨브의 표면이 하나 이상의 다른 웨브의 표면과 본질적으로 평행하게, 그리고 웨브 표면들이 적어도 부분적으로 중첩되는 방식으로 위치되는 것을 의미한다. 웨브들은 서로 접합될 필요는 없지만, 그들은 표면들 또는 에지들의 적어도 일부분에 걸쳐 서로 부분적으로 또는 완전히 접합될 수 있다.

2개 이상의 웨브는 통상적인 최종 사용 동안에 서로 "유체 접촉" 상태에 있으며, 웨브들 중 하나에 충돌하는 유체의 전부가 제2 웨브에 충돌할 것으로 예상된다. 2개 이상의 웨브의 표면적의 전부가 유체와 물리적인 접촉 상태에 있을 필요는 없지만, 유체의 전부가 둘 모두의 웨브를 통과할 것으로 예상된다.

본 명세서에서 "물 미스트"는 공기 또는 기체 스트림 중에 분산된 매우 미세한 물 소적(droplet)을 포함하는 2상 기액계(two phase gas liquid system)를 의미한다. 미스트는 공기 스트림 내에서의 수송 동안에 연속 상으로의 합체를 겪음 없이 공기 또는 기체 스트림에 의해 수송되기에 충분히 작은 매우 미세한 소적들을 생성하는 물 노즐을 통해 방출되는 물 및 기체 또는 공기에 의해 생성될 수 있다. 소적은 전형적으로 직경이 18 내지 50 마이크로미터 정도이다.

본 명세서에 사용된 바와 같이 용어 "나노섬유 웨브" 및 "나노웨브"는 동의어이며, 나노웨브를 포함하고 전적으로 나노섬유로 이루어질 수 있는 부직 웨브를 말한다.

설명

본 발명은 공기가 물로 포화되어 미스트가 형성될 때의 기간 동안에 작동 압력에 있어서의 상당한 증가를 회피하는, 유동하는 공기로부터 미립자 물질을 여과하기 위한 방법에 관한 것이다.

방법은 물 미스트가 포함되어 있고 또한 여과될 입자를 함유하는 공기의 유동을 제공하는 단계, 및 공기 유동을 여과 매체를 통해 통과시키는 단계를 포함한다. 이러한 상황의 예는 비오는 날 또는 안개 낀 날일 것이다. 매체는 공기의 유동에 대한 상류측 및 하류측을 갖고, 소수성 부직 웨브의 하류측에 있고 이와 유체 접촉하는 나노웨브 층을 포함한다. 소수성 부직 웨브는 당업자에게 알려져 있는 임의의 부직 구성체일 수 있으며, 특히 멜트블로운 웨브 또는 스펀본드 웨브일 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시 형태에서, 나노웨브의 주 목적은 입자 여과를 위한 것이다. 이러한 실시 형태에서, 나노웨브의 기능은 물 미스트를 합체하는 것이 아니며, 나노웨브는 매체가 30분 동안 미스트가 포함된 공기에 노출된 후에 적어도 부분적으로 건조한 상태로 남아 있다.

방법의 추가의 실시 형태에서, 공기 스트림 중의 물 미스트에 대한 노출 하에서의 매체에 걸친 압력 강하는, 3분 동안의 물 미스트에 대한 노출 후에 10배 이하만큼 상승한다.

소수성 웨브는 나노웨브와 실제로 접촉할 수 있거나, 소수성 또는 친수성인 제2 웨브가 소수성 웨브와 나노웨브 사이에 위치될 수 있다. 소수성 웨브 또는 제2 웨브는, 나노웨브와 접촉하는 경우, 그의 표면의 적어도 일부분에 걸쳐 나노웨브와 접합될 수 있다. 소수성 웨브 또는 제2 웨브는 또한 나노웨브에 점 접합될 수 있으며, 이는 나노웨브와 소수성 웨브 또는 제2 웨브 사이의 접합이 웨브들의 평면에 걸쳐 이산(discrete) 점들로 있을 수 있음을 의미한다.

필터 매체의 여과 특성이 측정되는 실험 조건은 실시예들로부터 가장 잘 이해된다. 그러나, 본 명세서에 달리 명시되지 않는 한, 여과 데이터는 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체에, 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량, 및 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도를 갖는 염화나트륨 에어로졸의 0.5시간의 연속적인 로딩을 가하는 시험으로부터 취해진다. 시험의 시작시 여과 효율 및 초기 압력 강하가 측정되고, 시험의 종료시 최종 압력 강하가 측정된다. 최종 압력 강하로부터 초기 압력 강하를 감산함으로써 압력 강하 증가가 계산된다.

따라서 본 발명의 방법에 채용되는 필터 매체는 적어도 2개의 부직포 층 - 이들 중 하나는 나노섬유 웨브임 - 및 나노섬유 웨브와 유체 접촉하는 제2의 상류측 소수성 부직포 층을 포함한다. 본 발명의 일 실시 형태에서, 나노섬유 웨브의 평균 유동 기공(mean flow pore) 크기에 대한 소수성 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비(ratio)는 약 1 내지 약 10, 바람직하게는 약 1 내지 약 8, 그리고 더 바람직하게는 약 1 내지 약 6이다.

본 발명의 소수성 웨브 - 멜트블로운 웨브이든, 스펀본드 웨브이든, 또는 임의의 다른 웨브이든 - 및 나노웨브는 서로 유체 접촉하고, 또한 서로 물리적으로 접촉할 수 있다. 그들은 또한 몇몇 종류의 접합 수단에 의해 서로 접합될 수 있다. 본 발명과 관련하여 "접합 수단"은 복합 구조체로의 2개의 웨브의 라미네이션이 수행되는 방식을 말한다. 본 발명과 관련하여 적합한 방법은 초음파 접합, 점 접합(point bonding), 진공 라미네이션(vacuum lamination), 및 접착 라미네이션(adhesive lamination)에 의해 예시되지만, 이로 제한되지 않는다. 당업자는 다양한 유형의 접합을 잘 알고 있으며, 본 발명에서의 사용을 위해 임의의 적합한 접합 수단을 개조할 수 있다.

초음파 접합은 전형적으로 예를 들어, 이에 의해 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 특허 제4,374,888호 및 제5,591,278호에 도시된 바와 같은 소닉 혼(sonic horn)과 앤빌 롤(anvil roll) 사이로 재료를 통과시킴으로써 수행되는 공정을 수반한다. 초음파 접합의 예시적인 방법에서, 함께 부착될 다양한 층들이 초음파 유닛의 접합 닙(nip)으로 동시에 공급된다. 다양한 이들 유닛은 구매가능하다. 일반적으로, 이들 유닛은 층들 내의 접합 부위에서 열가소성 성분을 용융시켜 이들을 함께 접합하는 고주파 진동 에너지를 생성한다. 따라서, 유도된 에너지의 양, 조합된 성분들이 닙을 통과하는 속도, 닙에서의 갭(gap)뿐만 아니라 접합 부위의 개수가 다양한 층들 사이의 점착 정도를 결정한다. 매우 높은 주파수가 획득가능하고, 18,000 ㎐를 초과하는 주파수가 보통 초음파로 불리며, 다양한 층들 사이의 원하는 점착 및 재료의 선택에 따라, 5,000 ㎐만큼 낮은 또는 심지어 더 낮은 주파수가 허용가능한 제품을 제조할 수 있다.

점 접합은 전형적으로 복수의 이산 점들에서 하나 이상의 재료를 함께 접합하는 것을 말한다. 예를 들어, 열에 의한 점 접합은 일반적으로 가열된 롤들, 예를 들어 인그레이빙된(engraved) 패턴 롤과 매끄러운 캘린더 롤 사이로 접합될 하나 이상의 층을 통과시키는 것을 포함한다. 인그레이빙된 롤은 천 전체가 그의 전체 표면에 걸쳐 접합되지 않도록 몇몇 방법으로 패터닝되고, 캘린더 롤은 보통 매끄럽다. 그 결과, 인그레이빙된 롤을 위한 다양한 패턴들이 기능적인 이유뿐만 아니라 심미적인 이유로 개발되었다.

접착 라미네이션은 보통 2개의 웨브들 사이의 접합을 성취하기 위해 웨브에 적용되는 하나 이상의 접착제를 사용하는 임의의 공정을 말한다. 접착제는 롤에 의한 코팅, 분무, 또는 섬유를 통한 적용과 같은 수단에 의해 웨브에 적용될 수 있다. 적합한 접착제의 예가 그 개시 내용이 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 특허 제6,491,776호에 제공되어 있다.

추가의 실시 형태에서, 나노웨브 층에 대한 소수성 층의 평균 유동 기공 크기들의 비는 바람직하게는 나노웨브의 기공 크기에 의해 제어될 수 있는, 주어진 입자 크기에서의 매체의 원하는 전체 효율과 관련된다. 예를 들어, 매체의 추가의 실시 형태에서, 나노섬유 웨브의 평균 유동 기공 크기에 대한 소수성 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는 매체 전체가 약 60% 초과의 효율을 갖는 경우 약 1 내지 약 3이다. 나노섬유 웨브의 평균 유동 기공 크기에 대한 소수성 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는 매체가 약 70% 초과의 효율을 갖는 경우 약 2 내지 약 4이다. 나노섬유 웨브의 평균 유동 기공 크기에 대한 소수성 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는 매체가 약 80% 초과의 효율을 갖는 경우 약 4 내지 약 6이다.

본 발명의 방법에 채용된 매체는 또한 소수성 웨브 층의 기공 크기에 의해 규정될 수 있다. 예를 들어, 일 실시 형태에서, 필터 매체는 수 평균 섬유 직경이 1 마이크로미터 미만인 나노섬유 웨브, 및 나노섬유 웨브와 대면 관계에 있는 상류측 멜트블로운 웨브 층을 포함할 수 있으며, 여기서 멜트블로운 웨브 층의 평균 유동 기공 크기는 약 12 내지 약 40 마이크로미터, 바람직하게는 약 15 내지 약 25 마이크로미터, 그리고 더 바람직하게는 약 18 내지 약 22 마이크로미터이다.

본 발명의 방법에 채용된 매체는 또한 수 평균 섬유 직경이 1 마이크로미터 미만인 나노섬유 웨브, 및 나노섬유 웨브와 대면 관계에 있는 상류측 멜트블로운 웨브 층을 포함할 수 있으며, 여기서 주어진 입자 크기에 대한 멜트블로운 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는, 주어진 입자 크기의 입자에 의해 충돌되었을 때 매체가 50% 내지 99.97%의 효율을 갖는 경우 약 50 내지 약 154이다. 추가의 실시 형태에서, 주어진 입자 크기에 대한 멜트블로운 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는, 주어진 입자 크기의 입자에 의해 충돌되었을 때 매체가 50% 내지 99.97%의 효율을 갖는 경우 약 57 내지 약 96이다.

또 다른 실시 형태에서, 입자 크기에 대한 멜트블로운 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는, 주어진 입자 크기의 입자에 의해 충돌되었을 때 매체가 50% 내지 99.97%의 효율을 갖는 경우 약 69 내지 약 85이다.

전술된 실시 형태들 중 임의의 것에서 또는 본 명세서에 첨부된 특허청구범위에서, 본 발명의 방법에 채용된 매체는 또한 공기 스트림 중의 입자에 노출될 때 낮은 효율 변화를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 필터 매체는, 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량, 및 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도를 갖는 염화나트륨 에어로졸에 처해지는 시험에서, 0.26 마이크로미터 크기의 입자를 여과할 때 0.5시간에 걸쳐 5% 미만의 효율 저하를 나타낼 수 있다.

본 발명의 실시 형태들 중 임의의 것에서 본 발명의 방법에 채용된 매체는 또한 공기 스트림 중의 입자에 노출될 때 낮은 압력 강하를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 필터 매체는, 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량, 및 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도를 갖는 염화나트륨 에어로졸에 처해지는 시험에서, 0.26 마이크로미터 크기의 입자를 여과할 때 0.5시간에 걸쳐 200 Pa 미만의 압력 강하 증가를 나타낼 수 있다.

본 발명의 일 실시 형태에서, 소수성 웨브 층의 평량은 약 10 gsm, 바람직하게는 15 gsm 그리고 더 바람직하게는 20 gsm 또는 30 gsm 초과일 수 있다.

소수성 층의 효율은 약 50% 초과, 바람직하게는 약 55% 초과 그리고 더 바람직하게는 약 60% 초과일 수 있다. 소수성 층은 멜트 블로운 중합체 웨브를 포함할 수 있다.

나노섬유 웨브는 일렉트로블로잉, 일렉트로스피닝, 센트리퓨걸 스피닝(centrifugal spinning) 및 멜트 블로잉으로 이루어진 군으로부터 선택된 공정에 의해 제조된 부직 웨브를 포함할 수 있다. 나노웨브는 약 2 그램/제곱미터(gsm) 초과, 그리고 바람직하게는 약 3 gsm 초과, 그리고 더 바람직하게는 약 5 gsm 초과의 평량을 가질 수 있다. 매체는 나노섬유 웨브 또는 상류측 층과 접촉하는 스크림 지지 층을 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 방법에 채용된 매체는 또한 매체가 먼지로 로딩되고 습도의 형태의 습기에 노출될 때 발생할 수 있는 투과도 감소에 대한 저항을 가질 수 있다. 예를 들어, 150 내지 300 Pa의 최종 저항까지 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸로 로딩될 때, 본 발명의 매체는 25℃에서 98%의 상대 습도를 갖는 공기에 8시간 동안 노출시 약 25% 미만의 투과도 손실을 나타낼 수 있다.

본 발명은 또한 상기의 개시된 설명들 중 임의의 것에 맞는 매체를 통해 공기를 통과시키는 단계를 포함하는, 공기를 포함한, 기체를 여과하는 방법에 관한 것이다.

방사된 상태 그대로의 나노웨브는, 유리하게는 일렉트로스피닝, 예를 들어 전통적인 일렉트로스피닝 또는 일렉트로블로잉에 의해, 그리고 소정의 환경에서는 멜트블로잉 또는 다른 그러한 적합한 공정에 의해 제조된 나노섬유를 주로 포함하거나 나노섬유만을 포함할 수 있다. 전통적인 일렉트로스피닝은, 나노섬유 및 부직 매트(nonwoven mat)를 생성하기 위해 고전압이 용액 중의 중합체에 인가되는, 전체적으로 본 명세서에 포함되는 미국 특허 제4,127,706호에 예시된 기술이다. 그러나, 일렉트로스피닝 공정에서의 총 처리량은 더 무거운 평량의 웨브를 형성함에 있어서 상업적으로 실행가능하기에는 너무 낮다.

"일렉트로블로잉" 공정은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는 국제 특허 공개 WO 03/080905호에 개시되어 있다. 중합체 및 용매를 포함하는 중합체 용액의 스트림이 저장 탱크로부터, 고전압이 인가되고 중합체 용액이 통과하여 배출되게 하는 방사구 내의 일련의 스피닝 노즐로 공급된다. 한편, 선택적으로 가열된 압축 공기가 스피닝 노즐의 측면 또는 주변부에 배치된 공기 노즐로부터 방출된다. 공기는 블로잉 기체 스트림으로서 대체로 하방으로 지향되며, 이 블로잉 기체 스트림은 새로 방출된 중합체 용액을 둘러싸서 전진시키고, 진공 챔버 위의 접지된 다공성 수집 벨트 상에 수집되는 섬유질 웨브의 형성을 돕는다. 일렉트로블로잉 공정은 비교적 단기간에 약 1 gsm을 초과하는, 심지어 약 40 gsm 이상만큼 높은 평량의 나노웨브의 상업적 크기 및 수량을 형성하는 것을 가능하게 한다.

나노웨브는 또한 본 발명을 위해 센트리퓨걸 스피닝의 공정에 의해 제조될 수 있다. 센트리퓨걸 스피닝은 적어도 하나의 중합체가 적어도 하나의 용매 중에 용해된 스피닝 용액을, 오목한 내측 표면 및 전방 표면 배출 에지를 갖는 회전 원추형 노즐을 구비한 회전식 분무기에 공급하는 단계; 상기 스피닝 용액을 노즐의 배출 에지의 전방 표면을 향해 분배하도록 회전식 분무기로부터의 스피닝 용액을 오목한 내측 표면을 따라 방출하는 단계; 및 전계의 존재 또는 부재 하에서 용매가 기화되어 중합체 섬유를 생성하는 것과 동시에 스피닝 용액으로부터 개별 섬유질 스트림들을 형성하는 단계를 포함하는 섬유 형성 공정이다. 스피닝 용액을 회전식 분무기로부터 멀어지는 쪽으로 지향시키기 위해 형상화 유체가 노즐 둘레에서 유동할 수 있다. 섬유는 수집기 상으로 수집되어 섬유질 웨브를 형성할 수 있다.

나노웨브는 또한 본 발명의 방법에 채용된 매체를 위해 멜트 블로잉과 같은 멜트 공정에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 나노섬유는 중합체 용융물로부터 제조된 섬유를 포함할 수 있다. 중합체 용융물로부터 나노섬유를 제조하기 위한 방법은, 예를 들어 애크론 대학교(University of Akron)의 미국 특허 제6,520,425호, 미국 특허 제6,695,992호, 및 미국 특허 제6,382,526호; 토로빈(Torobin) 등의 미국 특허 제6,183,670호, 미국 특허 제6,315,806호, 및 미국 특허 제4,536,361호; 그리고 미국 특허 공개 제2006/0084340호에 기재되어 있다.

기재 또는 스크림은 수집기 상에 배열되어 기재 상에 방사된 나노섬유 웨브를 수집하고 조합하여서, 조합된 섬유 웨브가 고성능 필터, 와이퍼(wiper) 등으로서 사용되게 할 수 있다. 기재의 예에는 다양한 부직포 천, 예를 들어 멜트블로운 부직포 천, 니들-펀칭된(needle-punched) 또는 스펀레이싱된(spunlaced) 부직포 천, 직포 천, 편포 천, 종이 등이 포함될 수 있으며, 나노섬유 층이 기재 상에 부가될 수 있는 한 제한 없이 사용될 수 있다. 부직포 천은 스펀본드 섬유, 드라이-레이드(dry-laid) 또는 웨트-레이드(wet-laid) 섬유, 셀룰로오스 섬유, 멜트 블로운 섬유, 유리 섬유, 또는 이들의 블렌드를 포함할 수 있다.

본 발명의 나노웨브를 형성하는 데 사용될 수 있는 중합체 재료는 특별히 제한되지 않으며, 부가 중합체 재료와 축합 중합체 재료 둘 모두, 예를 들어 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 셀룰로오스 에테르 및 에스테르, 폴리알킬렌 설파이드, 폴리아릴렌 옥사이드, 폴리설폰, 개질된 폴리설폰 중합체, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 이들 포괄 부류에 속하는 바람직한 재료는 가교결합된 형태 및 비-가교결합된 형태의 다양한 가수분해도(87% 내지 99.5%)의 폴리비닐알코올, 폴리(비닐리덴 클로라이드), 폴리(비닐리덴 플루오라이드), 그리고 폴리(비닐클로라이드), 폴리메틸메타크릴레이트(및 다른 아크릴 수지), 폴리스티렌, 및 (ABA형 블록 공중합체를 포함하는) 이들의 공중합체를 포함한다. 바람직한 부가 중합체는 유리질인 경향이 있다(T_g가 실온보다 높음). 이는 폴리비닐클로라이드 및 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리스티렌 중합체 조성물 또는 얼로이(alloy) 또는 저결정성 폴리비닐리덴 플루오라이드 및 폴리비닐알코올 재료의 경우에 해당한다. 폴리아미드 축합 중합체의 하나의 바람직한 부류는 나일론 재료, 예를 들어 나일론-6, 나일론-6,6, 나일론 6,6-6,10 등이다. 본 발명의 중합체 나노웨브가 멜트블로잉에 의해 형성되는 경우, 폴리올레핀, 예를 들어 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리부틸렌, 폴리에스테르, 예를 들어 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 및 폴리아미드, 예를 들어 상기 열거된 나일론 중합체를 포함한, 나노섬유로 멜트블로잉될 수 있는 임의의 열가소성 중합체가 사용될 수 있다.

섬유 중합체의 T_g를 감소시키기 위해, 당업계에 공지된 가소제를 전술된 다양한 중합체에 첨가하는 것이 유리할 수 있다. 적합한 가소제는 일렉트로스피닝 또는 일렉트로블로잉될 중합체뿐만 아니라, 나노웨브가 채용될 특정의 최종 용도에 좌우될 것이다. 예를 들어, 나일론 중합체는 물 또는 심지어 일렉트로스피닝 또는 일렉트로블로잉 공정으로부터 잔존하는 잔류 용매로 가소화될 수 있다. 중합체 T_g를 낮추는 데 유용할 수 있는 당업계에 공지된 다른 가소제로는 지방족 글리콜, 방향족 설파노미드, 다이부틸 프탈레이트, 다이헥슬 프탈레이트, 다이사이클로헥실 프탈레이트, 다이옥틸 프탈레이트, 다이아이소데실 프탈레이트, 다이운데실 프탈레이트, 다이도데칸일 프탈레이트, 및 다이페닐 프탈레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하지만 이로 제한되지 않는 프탈레이트 에스테르 등을 포함하지만, 이로 제한되지 않는다. 본 명세서에 참고로 포함되는 문헌[Handbook of Plasticizers, edited by George Wypych, 2004 Chemtec Publishing]은 본 발명에 사용될 수 있는 다른 중합체/가소제 조합을 개시하고 있다.

실시예

미세 입자 평탄 시트 로딩 시험

ASHRAE 먼지 및 ISO 미세 먼지는 전형적으로 필터뿐만 아니라 필터 매체에 대한 먼지 보유 용량 시험에서 시험 에어로졸로서 사용한다. 그러나, 이들 두 가지 유형의 먼지의 크기(15 마이크로미터의 질량 평균 입자 직경보다 큼)는, 현장 응용에서, 특히 큰 입자를 제거하기 위해 프리-필터가 사용될 때, 고효율 공기 필터가 겪게 되는 먼지의 크기를 반영하지 않는다. 프리-필터를 갖는 공기 취급 시스템에서의 본 발명자의 현장 측정은 3 마이크로미터보다 큰 입자는 드물고, 0.3 내지 10 마이크로미터 크기 범위에서 약 60 질량%의 입자가 0.3 내지 0.5 마이크로미터 크기 범위에 속함을 보여주고 있다. 따라서, ASHRAE 및 ISO 미세 시험 에어로졸을 사용하는 기존의 먼지 보유 시험은 실제 생활 상황에서의 필터 매체 먼지 보유 용량을 정확히 예측하지 못한다. 이러한 문제를 극복하기 위해, 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 시험 에어로졸을 사용하는 미세 입자 먼지-로딩 시험을 개발하였다.

여기에서 11.3 ㎝ 직경(면적 = 100 ㎠)의 원형 개구를 갖는 자동화된 필터 시험(TSI 모델 번호 8130)을 사용하여 평탄 시트 매체에 대해 미세 입자 먼지-로딩 시험을 수행하였다. 2 중량%의 염화나트륨 수용액을 사용하여 로딩 시험에 사용한 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 미세 에어로졸을 생성하였다. 공기 유량은 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분이었다. 장비 제조업체에 따르면, 에어로졸 농도는 약 16 ㎎/㎥였다. 시험의 시작시 여과 효율 및 초기 압력 강하를 측정하고, 시험의 종료시 최종 압력 강하를 측정한다. 최종 압력 강하로부터 초기 압력 강하를 감산함으로써 압력 강하 증가를 계산한다.

섬유 크기 측정

각각의 나노섬유 층 샘플에서 5,000x 배율의 주사 전자 현미경(scanning electron microscope, SEM) 이미지 10개를 취했다. 이 사진으로부터 11개의 명확하게 구별가능한 나노섬유의 직경을 측정하고 기록하였다. 결함(즉, 나노섬유의 덩어리(lump), 중합체 소적, 나노섬유들의 교차부(intersection))은 포함시키지 않았다. 각각의 샘플에 대해 평균 섬유 직경을 계산하였다.

멜트블로운 층 샘플에 대해, 5개의 SEM 이미지를 취했다. 적어도 10개의 멜트블로운 섬유의 직경을 각각의 사진으로부터 측정하고 기록하였다. 각각의 샘플에 대해 평균 섬유 직경을 계산하였다.

공기 투과도

여과 매체 공기 유동 투과도는 통상적으로 프레지어(Frazier) 측정(ASTM D737)을 사용해 측정된다. 이러한 측정에서, 124.5 N/㎡(1.3 ㎝(0.5 인치) 수주(water column))의 압력차를 적절하게 클램핑된 매체 샘플에 가하고, 생성된 공기 유량을 프레지어 투과도 또는 더 간단하게는 "프레지어"로서 측정한다. 여기에서, 프레지어 투과율은 ft3/분/ft2의 단위로 보고된다. 높은 프레지어는 높은 공기 유동 투과도에 대응하고 낮은 프레지어는 낮은 공기 유동 투과도에 대응한다.

습도 시험

습도 시험의 목적은 먼지 또는 에어로졸로 로딩된 여과 매체에 대한 상대 습도의 영향을 연구하기 위한 것이다. 평탄 시트 매체 샘플을 150 내지 300 Pa의 최종 저항까지 (전술된 바와 같은) NaCl의 미세 에어로졸로 로딩하였다. 샘플을 적어도 8시간 동안 상이한 상대 습도로 25℃에서 컨디셔닝시켰다. 샘플을 컨디셔닝 챔버로부터 제거한 직후에 샘플의 공기 투과도를 측정하고 기록하였다.

여과 효율 측정

11.3 ㎝ 직경(면적 = 100 ㎠)의 원형 개구를 갖는 자동화된 필터 시험(TSI 모델 번호 3160)을 사용하여 평탄 시트 매체에 대해 여과 효율 측정을 수행하였다. 2 중량%의 염화나트륨 수용액을 사용하여 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 미세 에어로졸을 생성하였다. 공기 유량은 5.53 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 32 리터/분이었다. 시험의 시작시 여과 효율 및 초기 압력 강하를 측정하고 기록하였다.

평균 유동 기공 측정

모세관 유동 다공도측정기(porosimeter)(미국 뉴욕주 이타카 소재의 포러스 머티리얼즈, 인크.(Porous Materials, Inc., PMI)의 모델 번호 CFP-34RTF8A-3-6-L4)를 사용하여 ASTM 규정 F 316으로부터의 자동화된 기포점 방법을 사용함으로써 0.05 ㎛ 내지 300 ㎛의 기공 크기 직경을 갖는 막의 기공 크기 특성을 대략적으로 측정하는 ASTM 규정 E 1294-89인 "자동화된 액체 다공도측정기를 사용한 막 필터의 기공 크기 특성에 대한 표준 시험 방법(Standard Test Method for Pore Size Characteristics of Membrane Filters Using Automated Liquid Porosimeter)"에 따라 평균 유동 기공(Mean Flow Pore, MFP) 크기를 측정하였다. 개개의 샘플(8, 20 또는 30 ㎜ 직경)을 낮은 표면 장력의 유체(16 다인(dyne)/㎝의 표면 장력을 갖는 1,1,2,3,3,3-헥사플루오로프로펜 또는 "갈윅(Galwick)")로 습윤시켰다. 각각의 샘플을 홀더 내에 배치하였으며, 공기의 차압을 가하여 샘플로부터 유체를 제거하였다. 습윤 유동이 건조 유동(습윤 용매가 없는 유동)의 절반과 같아지는 차압을 사용하여, 제공된 소프트웨어를 이용해 평균 유동 기공 크기를 계산한다. 기포점은 최대 기공 크기를 말한다.

습기 시험 절차

습기 시험기는 빗방울 또는 물 미스트를 시뮬레이션하는 물의 여과 매체에 대한 영향을 시험하는 데 사용되는 공기 챔버를 포함하는 장치이다. 매체의 샘플을 공기 챔버의 전방 외측의 평면에 고정한다. 이어서, 물 노즐 둘레에 그리고 공기 챔버 내의 매체를 향해 공기유동을 발생시킨다. 공기 챔버의 내측과 외측 사이의 압력차를 압력계로 측정한다. 이 값을 기록하고 물 노즐을 튼다. 6분 동안 물을 틀어놓은 채로 두고, 매체가 건조될 때까지 적합한 간격으로 압력차를 취한다.

시험을 실시하기 위해, 18 ㎝ × 18 ㎝의 매체의 샘플을 준비한다. 클램프를 사용해 노즐 물 스트림에 수직으로 공기 챔버의 외측에 샘플을 고정하고 밀봉시킨다. 공기 유량은 6.67 ㎝/초의 면 속도 - 동일한 면 속도가 ASHRAE 52.2 시험 프로토콜에 의해 명시됨 - 에 대응하는 63 리터/분이었으며, 초기 압력 측정을 취한다.

6분 동안 물을 틀고 3개의 물 분무 노즐에 의해 미세한 물 미스트를 발생시킨다. 매체를 물 미스트에 노출시킨다. 물 유량은 70 ㎖/분으로 설정하였다. 매체가 완전히 건조되거나 압력이 일정하게 유지될 때까지 30초마다 압력 측정을 기록한다.

웨브 제조

실시예들에 대하여, 포름산 중의 폴리아미드-6,6의 24% 용액을 국제 특허 공개 WO 03/080905호에 기재된 바와 같은 일렉트로블로잉에 의해 방사하여 나노웨브를 형성하였다. 수 평균 섬유 직경은 대략 350 ㎚였다.

실시예 1 및 실시예 2에 대하여, 폴리프로필렌으로 제조된 스펀본드 부직 웨브(68 그램/제곱미터(gsm)의 평량. 듀폰(DuPont)에 의해 제조된 자반(Xavan)(등록상표)) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 제조된 스펀본드 부직 웨브(70 gsm의 평량, 대한민국 소재의 코롱 컴퍼니(Kolon Co.)에 의해 제조된 F5070 스타일)를 각각 획득하였다. 멜트 블로운 웨브는 미국 델라웨어주 미들타운 소재의 델스타 컴퍼니(DelStar Co.)에 의해 제조된 23 gsm의 미세 섬유 웨브였다. 대한민국 소재의 코롱 컴퍼니에 의해 제조된 C3030 스타일인 30 gsm의 스펀본드 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 스크림에 라미네이팅함으로써 스펀본드 더하기 멜트블로운 더하기 나노섬유(즉, SMN) 라미네이트를 구성하였다.

실시예 3은 M(미국 델라웨어주 미들타운 소재의 델스타 컴퍼니에 의해 제조된 20 gsm의 멜트 블로운 웨브)과 S(대한민국 소재의 코롱 컴퍼니에 의해 제조된 F5070 스타일인 70 gsm의 스펀본드 PET 웨브)가, 또는 실시예 2가 반대로 된 MSN 구조였다. 표 3은 실시예 2와 실시예 3 사이의 압력 상승 비교를 보여주고 있다.

결과

표 1은 실시예 1 내지 실시예 3에 대해서 TSI 3160에 의해 행해진 압력 강하 및 여과 효율 측정결과를 보여주고 있다. 표 2 및 표 3은 습기 시험에서의 압력 상승 거동을 보여주고 있다.

상기의 실시예들에서, 실시예 1 및 실시예 3은, 하나의 경우에서 스펀본드 웨브이고 하나의 경우에서 멜트 블로운 웨브인, 공기 스트림을 향하는 소수성 웨브를 가졌다. 데이터는 습기에 의한 압력 상승을 방지함에 있어서의 본 발명의 유효성을 보여주고 있다. 실시예 2의 멜트 블로운 웨브가 소수성이고 나노웨브 층의 상류측에 있을지라도, 증가된 압력은 공기 스트림을 향하는 친수성 스펀본드 부직포로 인해 상당히 높다. 스펀본드 부직포가 실시예 3에서 친수성이고 나노웨브 층의 바로 상류측에 있을지라도, 증가된 압력은 공기 스트림을 향하는 소수성 멜트 블로운 부직포로 인해 상당히 감소된다.

Claims (15)

1. 공기로부터 입자를 여과하기 위한 방법으로서,
   물 미스트(water mist)가 포함되어 있고 여과될 입자를 함유하는 공기의 유동을 제공하는 단계,
   공기 유동을 여과 매체를 통해 통과시키는 단계를 포함하고,
   상기 매체는 공기의 유동에 대한 상류측 및 하류측을 가지며, 나노웨브(nanoweb) 층 및 소수성 부직 웨브(nonwoven web)를 포함하고,
   나노웨브 층은 소수성 부직 웨브의 하류에 위치하며,
   나노웨브 층 및 소수성 부직 웨브는 모두 서로 유체 접촉 상태에 있으며,
   나노웨브 층은 2 그램/제곱미터(gsm) 초과의 평량을 가지고,
   나노웨브의 평균 유동 기공(mean flow pore) 크기에 대한 소수성 부직 웨브 의 평균 유동 기공 크기의 비(ratio)는 1 내지 10이고,
   통과 단계는 소수성 부직 웨브가 공기 유동을 향하도록 수행되는 것인 방법.
2. 제1항에 있어서, 공기 스트림 중의 물 미스트에 대한 노출 하에서의 매체에 걸친 압력 강하는 3분 동안의 물 미스트에 대한 노출 후에 10배 이하만큼 증가하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 제2 웨브가 나노웨브와 소수성 부직 웨브 사이에 배치되고 이 둘 모두와 유체 접촉하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 소수성 부직 웨브는 나노웨브와 실제로 접촉하는 방법.
5. 제4항에 있어서, 소수성 부직 웨브는 그의 표면의 적어도 일부분에 걸쳐 나노웨브와 접합되는 방법.
6. 제5항에 있어서, 소수성 부직 웨브는 나노웨브에 점 접합되는(point bonded) 방법.
7. 제1항에 있어서, 소수성 부직 웨브는 스펀본드(spunbond) 부직 웨브를 포함하고, 상기 스펀본드 부직 웨브는 나노웨브의 상류측에 있고, 스펀본드 부직 웨브와 나노웨브 모두는 서로 유체 접촉하는 방법.
8. 제7항에 있어서, 스펀본드 부직 웨브는 나노웨브와 실제로 접촉하는 방법.
9. 제8항에 있어서, 스펀본드 부직 웨브는 나노웨브에 접합되는 방법.
10. 제8항에 있어서, 스펀본드 부직 웨브는 나노웨브에 점 접합되는 방법.
11. 제7항에 있어서, 스펀본드 부직 웨브는 하나의 성분이 폴리올레핀을 포함하는, 단일성분 섬유 또는 2성분 섬유를 포함하는 방법.
12. 제1항에 있어서, 소수성 부직 웨브는 멜트 블로운(melt blown) 부직 웨브를 포함하고, 상기 멜트 블로운 부직 웨브는 나노웨브의 상류측에 있고, 멜트 블로운 부직 웨브와 나노웨브는 모두 서로 유체 접촉하는 방법.
13. 제12항에 있어서, 멜트 블로운 부직 웨브는 나노웨브와 실제로 접촉하는 방법.
14. 제13항에 있어서, 멜트 블로운 부직 웨브는 나노웨브에 접합되는 방법.
15. 제13항에 있어서, 멜트 블로운 부직 웨브는 나노웨브에 점 접합되는 방법.