KR101898836B1 - 에어 필터용 여재, 그 제조 방법 및 그것을 구비하는 에어 필터 - Google Patents

에어 필터용 여재, 그 제조 방법 및 그것을 구비하는 에어 필터 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 지금까지 이상으로 높은 PF치를 가지는 에어 필터용 여재와 그것을 구비하는 에어 필터를 제공하는 것이다. 본 발명에 따른 에어 필터용 여재는, 평균 섬유 직경 1 ㎛ 미만의 유리 섬유와 바인더 섬유를 포함하는 습식 부직포로 이루어지고, 상기 습식 부직포는, 불소 수지와 계면활성제를 함유하고, 바인더 수지를 함유하지 않거나 상기 불소 수지에 대해서 50 질량% 이하의 바인더 수지를 함유하는 것을 특징으로 한다.

Description

에어 필터용 여재, 그 제조 방법 및 그것을 구비하는 에어 필터{FILTER MATERIAL FOR AIR FILTER, METHOD FOR MANUFACTURING SAME, AND AIR FILTER PROVIDED WITH SAME}
본 발명은, 에어 필터용 여재에 관한 것이다. 더욱 자세하게는, 반도체, 액정, 식품, 제약, 의료 등의 분야에서 이용하는 크린 룸·크린 벤치, 빌딩 공조용 에어 필터, 공기 청정기 용도 등에 사용되는 에어 필터용 여재와 그것을 구비하는 에어 필터에 관한 것이다.
공기 중의 서브미크론 내지 미크론 단위의 더스트 입자를 포집하기 위해서는, 에어 필터의 포집 기술이 이용되고 있다. 에어 필터는, 그 대상으로 하는 입자 지름이나 포집 효율의 차이에 따라, 조진용 필터(coarse dust filter), 중성능 필터, 고성능 필터(HEPA 필터, ULPA 필터) 등으로 대별된다.
에어 필터용 여재의 주요한 요구 특성으로서는, 포집 효율 외에, 여재의 통기 저항을 나타내는 압력 손실이 있다. 여재의 포집 효율을 상승시키기 위해서는, 큰 표면적을 가지는 세경 섬유의 배합을 늘릴 필요가 있지만, 동시에 여재의 압력 손실도 상승한다. 높은 압력 손실은, 흡기 팬의 운전 부하를 높여 전력 소비량의 상승을 일으키므로, 에너지 절약과 러닝 비용 저감 양쪽 모두의 관점에서 바람직하지 않다. 그 때문에, 저압력 손실과 고포집 효율을 겸비한 에어 필터용 여재가 요구되고 있다. 에어 필터용 여재의 저압력 손실·고포집 효율의 레벨의 지표치로서 수학식 1의 식에 의해 정의하는 PF치가 있다. 이 PF치가 높은 것은, 에어 필터용 여재가 저압력 손실·고포집 효율인 것을 나타내고 있다. 또한, 투과율［%］=100-포집 효율［%］이다.
[수학식 1]
Figure 112017094081611-pat00001
유리 섬유를 주체 섬유로 한 에어 필터용 여재의 PF치를 향상시키는 방법으로서는, 섬유 표면에 불소 함유 수지를 부착시키는 방법(예를 들면, 특허문헌 1을 참조), 여지를 구성하는 섬유에 바인더 및 실리콘 수지를 부착시키는 방법(예를 들면, 특허문헌 2를 참조), 여지를 구성하는 섬유에 바인더, 불소 수지 및 실리콘 수지를 부착시키는 방법(예를 들면, 특허문헌 3을 참조)이 제안되고 있다.
또, 본 발명자 등은, 다음의 기술을 제안하고 있다. (1) 여재를 구성하는 유리 섬유에, 바인더와 25℃ 순수 중에 첨가했을 때의 최저 표면장력이 20 dyne/cm 이하인 불소계 계면활성제를 부착시키는 방법(예를 들면, 특허문헌 4를 참조), (2) 여재를 구성하는 유리 섬유에, 바인더와 에테르형 비이온 계면활성제를 부착시키는 방법(예를 들면, 특허문헌 5를 참조), (3) 여재에, 4급 암모늄염인 양이온성 계면활성제를 함유하는 바인더액을 부여하는 방법(예를 들면, 특허문헌 6을 참조), 및, (4) 여재를 구성하는 유리 섬유에, 바인더와 아세틸렌계 계면활성제를 부착시키는 방법(예를 들면, 특허문헌 7을 참조)이다. 이러한 방법을 이용하는 것에 의해서, 바인더 피막에 의한 세공의 눈이 막히는 것을 막음으로써, 에어 필터용 여재를 고PF치화 할 수 있는 것을 나타냈다.
일본 특허공개 평 6-15126호 공보 일본 특허공개 평 2-41499호 공보 일본 특허공개 평 2-175997호 공보 일본 특허공개 평 10-156116호 공보 일본 특허공개 2006-167491호 공보 일본 특허공개 2010-94580호 공보 일본 특허공개 2003-71219호 공보
지금까지, 상기의 방법을 이용한 에어 필터용 여재의 고PF치화를 해왔지만, 에너지 절약의 관점에서, 새로운 고PF치화가 요구되고 있다. 따라서, 본 발명의 과제는, 지금까지 이상으로 높은 PF치를 가지는 에어 필터용 여재와 그것을 구비하는 에어 필터를 제공하는 것이다.
본 발명자 등은, 이 과제에 대해서 검토를 실시한 결과, 유리 섬유와 바인더 섬유를 포함하는 습식 부직포에 대해서, 불소 수지와 계면활성제를 부여함으로써, 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 찾아냈다. 즉, 본 발명에 따른 에어 필터용 여재는, 평균 섬유 직경 1 ㎛ 미만의 유리 섬유와 바인더 섬유를 포함하는 습식 부직포로 이루어지고, 상기 습식 부직포는 불소 수지와 계면활성제를 함유하고, 바인더 수지를 함유하지 않거나 상기 불소 수지에 대해서 50 질량% 이하의 바인더 수지를 함유하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 에어 필터용 여재에서는, 상기 습식 부직포가, 주체 섬유를 더 포함하는 것이 바람직하다. 여재에 강도를 부여해, 바인더 섬유의 수축을 억제할 수 있다.
본 발명에 따른 에어 필터용 여재에서는, 상기 평균 섬유 직경 1 ㎛ 미만의 유리 섬유와 상기 바인더 섬유란, 상호에 균일하게 분포하고 있는 것이 바람직하다. 유리 섬유끼리 응집하는 현상을 억제하고, 입자 포착 작용을 높일 수 있다.
본 발명에 따른 에어 필터용 여재의 제조 방법은, 평균 섬유 직경이 1 ㎛ 미만의 유리 섬유와 바인더 섬유를 포함하는 수성 슬러리를 얻는 분산 공정, 상기 수성 슬러리를 습식 초지해 습윤 상태의 시트를 얻는 초지 공정, 상기 습윤 상태의 시트에, 불소 수지와 계면활성제를 포함하고, 바인더 수지를 포함하지 않거나 상기 불소 수지에 대해서 50 질량% 이하의 바인더 수지를 포함하는 수성 분산액을 함침시켜, 상기 평균 섬유 직경이 1 ㎛ 미만의 유리 섬유와 상기 바인더 섬유의 표면에 상기 불소 수지와 상기 계면활성제를 부착시키는 함침 공정, 상기 수성 분산액을 함침시킨 습윤 상태의 시트를 건조하는 건조 공정을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 에어 필터용 여재의 제조 방법에서는, 주체 섬유를 더 포함하는 것이 바람직하다. 여재에 강도를 부여해, 바인더 섬유의 수축을 억제할 수 있다.
본 발명에 따른 에어 필터는, 본 발명에 따른 에어 필터용 여재를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 방법을 이용함으로써, 매우 높은 PF치를 가지는 에어 필터용 여재와 그것을 구비하는 에어 필터를 제공할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 대해 실시형태를 나타내어 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이러한 기재로 한정하여 해석되지 않는다. 본 발명의 효과를 나타내는 한, 실시형태는 여러 가지의 변형을 해도 좋다.
본 실시형태의 에어 필터용 여재는, 습식 부직포로 구성되고, 이하의 공정으로 이루어지는 습식 초지 공정을 이용하여 제조된다. (1) 섬유를 수중에 분산시켜 슬러리를 얻는 분산 공정, (2) 슬러리를 그물 위에 적층하여 시트화 시키는 초지 공정, (3) 시트에 가공재를 포함하는 함침액을 스며들게 하여 가공재를 부착시키는 함침 공정, (4) 시트를 건조 시키는 건조 공정.
본 실시형태의 에어 필터용 여재는, 평균 섬유 직경 1 ㎛ 미만의 유리 섬유(이하, 서브미크론 유리 섬유라 칭함)를 포함한다. 서브미크론 유리 섬유는, 분산 공정에서 다른 섬유와 함께 물에 분산되어 초지 공정에서 시트화 된다. 유리 섬유를 이용하는 주된 이유는, 유리 섬유는 포집 효율에 기여하는 표면적이 큰 세경(예를 들면, 평균 섬유 직경이 1 ㎛ 미만)의 섬유를 용이하게 얻을 수 있으므로, 게다가 유리 섬유는 적당한 강직성을 가지고 있기 때문에 공기가 통과하기 위한 공극을 유지할 수 있는 것의 2점이다. 평균 섬유 직경의 산출 방법은, 표면적 측정값으로부터 계산에 의해 구한다.
본 실시형태의 에어 필터용 여재에서는, 서브미크론 유리 섬유를 포함하는 습식 부직포에, 불소 수지와 계면활성제를 함유시킨다. 불소 수지와 계면활성제는 수성 분산액으로서 함침 공정에서 서브미크론 유리 섬유를 포함하는 시트에 대해서 부여된다. 이러한 작용 기구는, 이하와 같다고 추정된다. 불소 수지만을 첨가했을 경우, 함침 공정 후의 습윤 상태에서 불소 수지 콜로이드 입자가 친수성 작용기를 외측으로 향한 형태로 유리 섬유 표면에 부착하지만, 건조 공정에서 반발력이 강한 불소 수지 표면이 나타남으로써, 유리 섬유끼리를 응집시키지 않고 균일하게 분산시키는 효과를 발현한다. 그러나, 반발성은 부여되지만, PF치는 향상을 볼 수 없다. 다음으로, 계면활성제만을 첨가했을 경우, 계면활성제의 친수성 작용기가 유리 섬유 표면에 부착하여 소수기를 외측으로 향함으로써, 유리 섬유를 균일하게 분산시키는 효과를 발현한다. 그리고, PF치의 향상은 볼 수 있지만, 그 정도는 충분하다고는 할 수 없다. 한편, 불소 수지와 계면활성제를 동시에 함유시키면, 계면활성제의 친수기가 유리 섬유 표면에 부착해 소수기를 외측으로 향함으로써, 유리 섬유를 균일하게 분산시키는 효과를 발현함과 동시에, 계면활성제가 불소 수지 콜로이드 입자 표면에 부착함으로써, 불소 수지 콜로이드 입자의 표면 상태가 변화해, 불소 수지 콜로이드 입자의 유리 섬유에의 흡착량이 저하되는 현상이 일어난다. 그러면, 이유는 불명하지만, 계면활성제만을 첨가했을 경우와 비교하여 보다 높은 PF치를 얻을 수 있게 되었다. 또, 계면활성제가 표면에 부착한 불소 수지 콜로이드 입자는, 습윤 상태에서 유리 섬유끼리 응집하는 현상을 억제하는 효과를 발현한다. 이러한 2 성분에 의한 상승적인 효과에 의해서, 서브미크론 유리 섬유가 여재 중에 균일하게 분산한 상태가 되면, 입자 포집에의 작용이 커져, PF치가 높은 여재를 얻을 수 있다.
본 실시형태의 에어 필터용 여재는, 바인더 섬유를 포함한다. 바인더 섬유는, 분산 공정에서 서브미크론 유리 섬유와 함께 물에 분산되어 초지 공정에서 시트화 되어 에어 필터용 여재에 강도를 부여한다. 일반적으로, 유리 섬유 습식 부직포에 강도를 부여하기 위해서는, 함침 공정에서의 바인더 수지의 부여가 널리 행해지고 있지만, 본 실시형태의 방법에서는, 함침 공정에서 불소 수지 이외로 이루어지는 바인더 수지가 존재하고 있으면, 상술한 불소 수지와 계면활성제의 효과가 크게 저해되어 버린다. 그 때문에, 본 실시형태에서는, 강도 부여의 방법으로서 함침 공정에서 불소 수지 이외로 이루어지는 바인더 수지는 이용하지 않거나, 소량의 바인더 수지(예를 들면, 불소 수지에 대해서 50 질량% 이하)를 보조적으로 이용하는데 그쳐 바인더 섬유를, 분산 초지 공정에서 서브미크로 유리 섬유와 함께 시트화하는 방법을 이용한다. 이 때문에, 바인더 섬유는, 서브미크론 유리 섬유에 대해서, 균일하게 분포한 상태로 시트화 되게 된다.
서브미크론 유리 섬유는, 주로, 유리를 고압 버너의 화염으로 용융하면서 날려 버리는 화염 취부법(flame blowing method)에 의해 제조되는 울상(wool state)의 유리 섬유이고, 필요한 여과 성능에 따라서, 여러 가지의 섬유 직경의 것이 적당히 선택된다. 또, 반도체 공정의 오염을 방지하는 목적으로, 로 붕소 유리 섬유(low-boron glass fiber)나 실리카 유리 섬유 등을 사용할 수도 있다.
서브미크론 유리 섬유의 배합률은, 필요한 여과 성능에 따라 적당히 선택되지만, 시트에 포함되는 섬유의 전 섬유 질량에 대해서, 1~90 질량%인 것이 바람직하고, 3~60 질량%인 것이 보다 바람직하다. 서브미크론 유리 섬유가 1질량%보다 적으면 필요한 여과 성능을 얻을 수 없는 경우가 있다. 서브미크론 유리 섬유가 90 질량%보다 많으면 바인더 섬유의 배합률이 10 질량%보다 적어지기 때문에, 충분한 강도를 얻을 수 없는 경우가 있다.
불소 수지는, 분자 내에 불소 원자를 함유하는 수지 중에서 적당히 선택되지만, 발수제, 발유제 또는 방오제로서 시판되고 있는, 퍼플루오로 알킬기 함유 수지로 이루어지는 수성 분산액을 이용하는 것이 바람직하다. 이들은, 에어 필터용 여재의 PF치를 향상시키는 효과가 높은 데다가, 에어 필터용 여재에 반발성을 부여하는 것도 가능하다. 또, 제조 원료 및 제품 중에, 난분해성으로 생체 축적성의 퍼플루오로 옥탄산(PFOA) 및 퍼플루오로 옥탄 설폰산(PFOS)을 함유하지 않는 불소 수지를 선택하는 것이 바람직하다.
계면활성제는, 여러 가지 이온성(음이온성, 양이온성 등)이나 조성(탄화수소계, 불소계 등)을 가지는 계면활성제 중에서 적당히 선택되지만, 음이온성 계면활성제가 바람직하다. 그 중에서도, 황산에스테르염 또는 설폰산염으로 이루어지는 음이온성 계면활성제가 특히 바람직하다. 이러한 계면활성제로서는, 예를 들면, 알킬 황산염, 알킬 페닐 황산염, 스티렌화 페닐 황산염, 폴리옥시에틸렌알킬페닐에테르 황산염, 폴리옥시에틸렌알킬페닐에테르 황산염, 폴리옥시에틸렌스티렌화 페닐에테르 황산염, 알킬설폰산염, 알파올레핀설폰산염, 알킬벤젠설폰산염, 설포호박산염 등이 있다.
불소 수지와 계면활성제의 고형분 질량 비율은, 불소 수지 100 질량부에 대해서 계면활성제를 0.5~20 질량부로 하는 것이 바람직하고, 1~15 질량부인 것이 보다 바람직하고, 2~12 질량부인 것이 더욱 바람직하다. 불소 수지량 100 질량부에 대한 계면활성제 양비율이 0.5 질량부보다 작으면 충분한 PF치 향상 효과를 얻을 수 없다. 계면활성제 양비율이 20 질량부보다 크면 계면활성제 증량에 의한 PF치 향상의 효과가 작아져, 제품 비용을 불필요하게 상승시킴과 동시에, 여재의 강도나 내수성을 저하시킨다.
불소 수지와 계면활성제의 전 여재 질량에 대한 고형분 부착량은, 불소 수지와 계면활성제의 합계량으로 0.01~5 질량%인 것이 바람직하고, 0.05~3 질량%인 것이 보다 바람직하고, 0.1~2 질량%인 것이 더욱 바람직하다. 불소 수지와 계면활성제의 합계의 고형분 부착량이 0.01 질량%보다 적으면 충분한 PF치 향상 효과를 얻을 수 없다. 고형분 부착량이 5 질량%보다 많으면 부착량 증량에 의한 PF치 향상의 효과가 작아져, 제품 비용을 불필요하게 상승시킨다. 또한, 전 여재 질량이란, 섬유, 불소 수지, 계면활성제를 포함하는 여재의 건조 질량이다.
바인더 섬유는, 습식 초지 공정에서 사용할 수 있고, 에어 필터용 여재에 충분한 강도를 부여할 수 있는 섬유 중에서 적당히 선택된다. 주된 바인더 섬유로서는, 미세 섬유의 뒤엉킴에 의해 강도를 부여하는 피부릴화 섬유와 열용융 또는 열수 용해하여 섬유끼리를 접착함으로써 강도를 부여하는 열용융 섬유가 있지만, 피부릴화 섬유는 여재의 눈을 막히게 해 압력 손실을 크게 상승시키는 경우가 있기 때문에, 열용융 섬유를 이용하는 것이 바람직하다. 열용융 섬유의 형태로서는, 섬유 전체가 용융하는 전 용융 섬유 외에, 섬유 단면의 한쪽 편이 비용융 성분으로 한쪽 편이 용융 성분으로 이루어지는 사이드 바이 사이드형 섬유나, 섬유 단면의 심부가 비용융 성분으로 초부가 용융 성분으로 이루어지는 심초형 섬유 등이 있다.
본 실시형태에서는 바인더 섬유는, 강도 부여 효과가 크고, PF치에 대한 영향이 비교적 작은, 심초형 섬유의 사용이 바람직하다. 심초형 섬유의 심부 성분은, 분산, 초지, 함침, 건조로 이루어지는 습식 초지 공정을 거쳐 제조된 여재중에서 거의 용해 또는 용융하지 않고 섬유의 형태를 유지할 수 있는 불용성, 강도 및 내열성을 가지는 폴리머로부터 선택되고, 심부 성분의 예로서는, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리아크릴니트릴, 셀룰로오스계 폴리머 등이 있다. 한편, 초부 성분은, 습식 초지 공정에서, 가열에 의해 용해 또는 용융하여 유리 섬유에 접착하는 폴리머로부터 선택되고, 초부 성분의 예로서는, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 폴리(에틸렌-아세트산 비닐), 폴리 비닐 알코올, 폴리(에틸렌-비닐 알코올) 등이 있다.
바인더 섬유의 섬유 직경은, 5~50 ㎛인 것이 바람직하고, 7~30 ㎛인 것이 더욱 바람직하다. 섬유 직경이 5 ㎛보다 작으면 압력 손실을 상승시켜 PF치를 저하시키는 경우가 있다. 섬유 직경이 50 ㎛보다 크면 충분한 강도 부여 효과를 얻을 수 없는 경우가 있다. 또, 바인더 섬유의 섬유 직경은 2~20 mm인 것이 바람직하고, 5~10 mm인 것이 더욱 바람직하다. 섬유 직경이 2 mm보다 작으면 충분한 강도를 얻을 수 없는 경우가 있다. 섬유 직경이 20 mm보다 크면 분산 공정에서 꼬임을 일으키기 쉽고, 여재의 결점이 될 가능성이 있다.
바인더 섬유의 배합률은, 시트에 포함되는 섬유의 전 섬유 질량에 대해서, 5~90 질량%가 바람직하고, 10~70 질량%가 보다 바람직하고, 20~60 질량%가 더욱 바람직하다. 바인더 섬유의 배합률이 5 질량%보다 적으면 충분한 강도를 얻을 수 없는 경우가 있다. 바인더 섬유의 배합률이 90 질량%를 넘으면, 바인더 섬유가 열용융했을 때의 수축이 커지는 경우가 있다.
본 실시형태에서는, 서브미크론 유리 섬유와 바인더 섬유 외에도, 필요한 물성에 따라서, 여러 가지 주체 섬유(비바인더 섬유)를 적당히 이용할 수 있다. 이들 주체 섬유는, 습식 초지 공정에서 사용할 수 있고, 에어 필터용 여재의 PF치를 크게 저하시킬 일이 없는 섬유 중에서 적당히 선택된다. 본 실시형태에서는, 여재에 강도를 부여하거나 바인더 섬유의 수축을 억제하기 위해서, 강직성을 가지는 주체 섬유가 바람직하다. 이러한 주체 섬유로서는, 예를 들면, 평균 섬유 직경 1 ㎛ 이상의 유리 울 섬유, 촙드 유리 섬유(chopped glass fiber), 폴리 비닐 알코올 주체 섬유, 아라미드 섬유, 탄소 섬유 등이 있다. 이러한 주체 섬유의 배합률은, 시트에 포함되는 섬유의 전 섬유 질량에 대해서, 2~94 질량%가 바람직하고, 5~70 %질량%가 보다 바람직하고, 10~50 질량%가 더욱 바람직하다.
본 실시형태에 따른 에어 필터의 제1형태는, 본 실시형태에 따른 에어 필터여재를 지그재그 상으로 접힌 플리츠 가공(pleating process)을 실시해, 여재 플리츠 사이의 간격 보지(保持)재로서 종이나 알루미늄 판제의 세퍼레이터를 사이에 끼어서, 알루미늄 틀이나 나무테 등으로 유닛으로 완성한 형태이다. 또, 제2형태는, 간격 보지재로서 상기 세퍼레이터 대신에 핫 멜트 수지 등으로 이루어지는 비드상 접착제를 사용한 미니 플리츠 구조로 한 형태이다.
실시예
다음으로, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다. 또한, 예 중의 「부」 및 「％」은, 특별히 언급하지 않는 한「질량부」및「질량%」를 나타낸다.
(실시예 1)
서브미크론 유리 울 섬유(B-00-F, 평균 섬유 직경 0.33 ㎛, Lauscha Fiber International Co.제품) 25 질량부, 폴리에스테르 심초 바인더 섬유(에스테르 4080, 섬도 1.7 dtx(섬유 직경 13 ㎛), 섬유 길이 5 mm, UNITIKA LTD. 제품) 40 질량부, 촙드 유리 섬유(CS06JAGP024, 섬유 직경 10 ㎛, 섬유 길이 6 mm, OWENS CORNING JAPAN LLC 제품) 35 질량부를, 황산으로 pH 3.0으로 한 수중에 분산해, 펄퍼(pulper)를 이용하여 이해(離解)하여 고형분 농도가 0.5%인 섬유 슬러리를 얻었다. 다음으로, 얻어진 슬러리를, 수초통(hand sheet former)을 이용하여 초지하고 습지를 얻었다. 다음으로, 불소 수지(NK 가이드 S-09, NICCA CHEMICAL CO., LTD. 제품) 100부와 알킬 황산나트륨염 계면활성제(EMAL 10G, Kao Corporation 제품) 2부를 수중에 첨가해 고형분 농도를 0.204 질량%로 조정한 함침액을 습지에 함침 부여하고, 여분의 함침액을 흡인 제거한 후, 130 ℃의 로타리 드라이어를 이용해 건조하여 평량 80 g/㎡의 에어 필터용 여재를 얻었다. 또한, 함침액의 함침 부착량은 고형분 환산으로 0.8 g/㎡이었다.
(실시예 2)
불소 수지(NK 가이드 S-09, NICCA CHEMICAL CO., LTD. 제품) 100부와 알킬 황산나트륨염 계면활성제(EMAL 10G, Kao Corporation 제품) 8부를 수중에 첨가해 고형분 농도를 0.216 질량%로 조정한 함침액을 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 평량 80 g/㎡의 에어 필터용 여재를 얻었다. 또한, 함침액의 함침 부착량은 고형분 환산으로 0.8 g/㎡이었다.
(실시예 3)
불소 수지(NK 가이드 S-09, NICCA CHEMICAL CO., LTD. 제품) 100부와 알킬 황산나트륨염 계면활성제(EMAL 10G, Kao Corporation 제품) 12부를 수중에 첨가해 고형분 농도를 0.224 질량%로 조정한 함침액을 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 평량 80 g/㎡의 에어 필터용 여재를 얻었다. 또한, 함침액의 함침 부착량은 고형분 환산으로 0.8 g/㎡이었다.
(실시예 4)
불소 수지(NK 가이드 S-09, NICCA CHEMICAL CO., LTD. 제품) 100부와 알킬벤젠설폰산 나트륨염 계면활성제(NEOPELEX GS, Kao Corporation 제품) 8부를 수중에 첨가해 고형분 농도를 0.216 질량%로 조정한 함침액을 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 평량 80 g/㎡의 에어 필터용 여재를 얻었다. 또한, 함침액의 함침 부착량은 고형분 환산으로 0.8 g/㎡이었다.
(실시예 5)
불소 수지(NK 가이드 S-09, NICCA CHEMICAL CO., LTD. 제품) 100부와 불소계 음이온성 계면활성제(FTERGENT 150, NEOS COMPANY LIMITED. 제품) 8부를 수중에 첨가해 고형분 농도를 0.216 질량%로 조정한 함침액을 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 평량 80 g/㎡의 에어 필터용 여재를 얻었다. 또한, 함침액의 함침 부착량은 고형분 환산으로 0.8 g/㎡이었다.
(실시예 6)
서브미크론 유리 울 섬유(B-00-F, 평균 섬유 직경 0.33 ㎛, Lauscha Fiber International Co.제품) 25 질량부, 폴리에스테르 심초 바인더 섬유(에스테르 4080, 섬도 4.4 dtx(섬유 직경 20 ㎛), 섬유 길이 5 mm, UNITIKA LTD. 제품) 39 질량부, 폴리 비닐 알코올 바인더 섬유(SPG056-11, 섬도 0.8 dtx(섬유 직경 7 ㎛), 섬유 길이 3 mm, KURARAY CO., LTD. 제품) 1 질량부, 촙드 유리 섬유(CS06JAGP024, 섬유 직경 10 ㎛, 섬유 길이 6 mm, OWENS CORNING JAPAN LLC 제품) 35 질량부를, 황산으로 pH 3.0으로 한 수중에 분산해, 펄퍼를 이용하여 이해하고, 고형분 농도가 0.5 질량%인 섬유 슬러리를 얻었다. 다음으로, 얻어진 슬러리를, 수초통을 이용해 초지하고 습지를 얻었다. 다음으로, 불소 수지(NK 가이드 S-09, NICCA CHEMICAL CO., LTD. 제품) 100부와 알킬 황산나트륨염 계면활성제(EMAL 10G, Kao Corporation 제품) 8부를 수중에 첨가해 고형분 농도를 0.216 질량%로 조정한 함침액을 습지에 함침 부여하고, 여분의 함침액을 흡인 제거한 후, 130 ℃의 로타리 드라이어를 이용해 건조하여 평량 80 g/㎡의 에어 필터용 여재를 얻었다. 또한, 함침액의 함침 부착량은 고형분 환산으로 0.8 g/㎡이었다.
(실시예 7)
서브미크론 유리 울 섬유(B-00-F, 평균 섬유 직경 0.33 ㎛, Lauscha Fiber International Co.제품) 25 질량부, 폴리에스테르 심초 바인더 섬유(에스테르 4080, 섬도 1.7 dtx(섬유 직경 13 ㎛), 섬유 길이 5 mm, UNITIKA LTD. 제품) 40 질량부, 폴리 비닐 알코올 주체 섬유(RM702, 섬도 7 dtx(섬유 직경 26 ㎛), 섬유 길이 5 mm, KURARAY CO., LTD. 제품) 35 질량부를, 황산으로 pH 3.0으로 한 수중에 분산해, 펄퍼를 이용하여 이해해 고형분 농도가 0.5 질량%인 섬유 슬러리를 얻었다. 다음으로, 얻어진 슬러리를, 수초통을 이용해 초지하고 습지를 얻었다. 다음으로, 불소 수지(NK 가이드 S-09, NICCA CHEMICAL CO., LTD. 제품) 100부와 알킬 황산나트륨염 계면활성제(EMAL 10G, Kao Corporation 제품) 8부를 수중에 첨가해 고형분 농도를 0.216 질량%로 조정한 함침액을 습지에 함침 부여하고, 여분의 함침액을 흡인 제거한 후, 130 ℃의 로타리 드라이어를 이용해 건조하여 평량 80 g/㎡의 에어 필터용 여재를 얻었다. 또한, 함침액의 함침 부착량은 고형분 환산으로 0.8 g/㎡이었다.
(실시예 8)
서브미크론 유리 울 섬유(B-06-F, 평균 섬유 직경 0.65 ㎛, Lauscha Fiber International Co. 제품) 15 질량부, 폴리에스테르 심초 바인더 섬유(에스테르 4080, 섬도 1.7 dtx(섬유 직경 13 ㎛), 섬유 길이 5 mm, UNITIKA LTD. 제품) 50 질량부, 촙드 유리 섬유(CS06JAGP024, 섬유 직경 10 ㎛, 섬유 길이 6 mm, OWENS CORNING JAPAN LLC 제품) 35 질량부를, 황산으로 pH 3.0으로 한 수중에 분산해, 펄퍼를 이용하여 이해해 고형분 농도가 0.5 질량%인 섬유 슬러리를 얻었다. 다음으로, 얻어진 슬러리를, 수초통을 이용해 초지하고 습지를 얻었다. 다음으로, 불소 수지(NK 가이드 S-09, NICCA CHEMICAL CO., LTD. 제품) 100부와 알킬 황산나트륨염 계면활성제(EMAL 10G, Kao Corporation 제품) 8부를 수중에 첨가해 고형분 농도를 0.216 질량%로 조정한 함침액을 습지에 함침 부여하고, 여분의 함침액을 흡인 제거한 후, 130 ℃의 로타리 드라이어를 이용해 건조하여 평량 80 g/㎡의 에어 필터용 여재를 얻었다. 또한, 함침액의 함침 부착량은 고형분 환산으로 0.8 g/㎡이었다.
(실시예 9)
불소 수지(NK 가이드 S-09, NICCA CHEMICAL CO., LTD. 제품) 100부와 알킬 황산나트륨염 계면활성제(EMAL 10G, Kao Corporation 제품) 8부와 아크릴계 바인더 수지(Mowinyl LDM7222, Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd. 제품) 50부를 수중에 첨가해 고형분 농도를 0.316 질량%로 조정한 함침액을 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 평량 80 g/㎡의 에어 필터용 여재를 얻었다. 또한, 함침액의 함침 부착량은 고형분 환산으로 1.2g/㎡이었다.
(비교예 1)
불소 수지(NK 가이드 S-09, NICCA CHEMICAL CO., LTD. 제품) 100부만을 수중에 첨가해 고형분 농도를 0.200 질량%로 조정한 함침액을 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 평량 80 g/㎡ 에어 필터용 여재를 얻었다. 또한, 함침액의 함침 부착량은 고형분 환산으로 1.0g/㎡이었다.
(비교예 2)
서브미크론 유리 울 섬유(B-00-F, 평균 섬유 직경 0.33 ㎛, Lauscha Fiber International Co.제품) 25 질량부, 미크론 유리 울 섬유(B-26-R, 평균 섬유 직경 2.4 ㎛, Lauscha Fiber International Co.제품) 40 질량부, 촙드 유리 섬유(CS06JAGP024, 섬유 직경 10 ㎛, 섬유 길이 6 mm, OWENS CORNING JAPAN LLC 제품) 35 질량부를, 황산으로 pH 3.0으로 한 수중에 분산해, 펄퍼를 이용하여 이해해 고형분 농도가 0.5 질량%인 섬유 슬러리를 얻었다. 다음으로, 얻어진 슬러리를, 수초통을 이용해 초지하고 습지를 얻었다. 다음으로, 불소 수지(NK 가이드 S-09, NICCA CHEMICAL CO., LTD. 제품) 100부와 알킬 황산나트륨염 계면활성제(EMAL 10G, Kao Corporation 제품) 8부를 수중에 첨가해 고형분 농도를 0.216 질량%로 조정한 함침액을 습지에 함침 부여하고, 여분의 함침액을 흡인 제거한 후, 130 ℃의 로타리 드라이어를 이용해 건조하여 평량 80 g/㎡의 에어 필터용 여재를 얻었다. 또한, 함침액의 함침 부착량은 고형분 환산으로 0.8 g/㎡이었다.
(비교예 3)
불소 수지(NK 가이드 S-09, NICCA CHEMICAL CO., LTD. 제품) 100부와 알킬 황산나트륨염 계면활성제(EMAL 10G, Kao Corporation 제품) 8부와 아크릴계 바인더 수지(Mowinyl LDM7222, Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd. 제품) 100부를 수중에 첨가해 고형분 농도를 0.416 질량%로 조정한 함침액을 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 평량 80 g/㎡의 에어 필터용 여재를 얻었다. 또한, 함침액의 함침 부착량은 고형분 환산으로 1.5g/㎡이었다.
(비교예 4)
불소계 음이온성 계면활성제(FTERGENT 150, NEOS COMPANY LIMITED. 제품) 100부만을 수중에 첨가하고, 고형분 농도를 0.016 질량%로 조정한 함침액을 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 평량 80 g/㎡의 에어 필터용 여재를 얻었다. 또한, 함침액의 함침 부착량은 고형분 환산으로 0.1g/㎡이었다.
실시예 및 비교예에서 얻은 에어 필터용 여재의 평가는, 다음에 나타내는 방법을 이용해서 수행했다.
압력 손실은, 유효면적 100 c㎡의 여재에, 공기가 면 풍속 5.3cm/초에 통과할 때의 차압으로서 마노메타(Manostar Gage WO81, Yamamoto Electric Works Co,. Ltd. 제품)를 이용해 측정했다.
투과율(입자 투과율이라고도 함)은, 유효면적 100 c㎡의 여재에, 라스킨 노즐(Laskin nozzle)로 발생시킨 다분산 푸탈산 디옥틸(DOP) 입자를 포함하는 공기가 면 풍속 5.3cm/초로 통과할 때의 상류 및 하류의 DOP 입자 개수를, 레이저 파티클 카운터(KC-18, RION Co., Ltd. 제품)을 이용해 측정해, 그 개수치로부터 계산하여 구했다. 또한, 대상 입자 지름은, 0.30~0.40 ㎛로 했다.
PF치는, 압력 손실 및 입자 투과율의 값으로부터, 수학식 1로 나타내는 식을 이용하여 계산했다. 또한, 대상 입자 지름은, 0.30~0.40 ㎛로 했다.
인장 강도는, JIS P 8113：2006 「종이 및 판지-인장 특성의 시험 방법- 제2부：저속 신장법」에 준거하여, 만능시험기(오토 그래프 AGS-X, Shimadzu Corporation 제품)를 이용해 측정했다.
반발성은, MIL-STD-282에 준거하여 자작의 반발성 시험기를 이용해 측정했다.
여재의 제전처리는, JIS B 9908：2011 「환기용 에어 필터 유닛·환기용 전기 집진기의 성능 시험 방법」의 5.2.3.3 d)의 2) IPA 포화 증기 폭로법으로 준거해서 수행했다.
실시예 및 비교예에서 얻어진 에어 필터용 여재의 평가 결과를, 표 1 및 표 2에 나타냈다.
Figure 112017094081611-pat00002
Figure 112017094081611-pat00003
표 1의 결과로부터 분명하듯이, 본 발명의 방법에 의하면, 높은 PF치(예를 들면, 17.0 이상)과 실용상 필요한 강도(예를 들면, 0.44kN/m 이상)를 가지는 에어 필터용 여재를 얻을 수 있다.
한편, 비교예 1은, 계면활성제를 함침시키지 않고, 불소 수지만을 함침시켰으므로, 입자 투과율이 높고, PF치는 낮았다. 비교예 2는, 바인더 섬유를 배합하지 않았기 때문에, 인장 강도가 낮았다. 비교예 3은, 불소 수지, 계면활성제와 함께, 불소 수지에 대해서 50 질량%를 넘는 바인더 수지를 함침시켰으므로, PF치는 낮았다. 비교예 4는, 계면활성제만을 함침시켰으므로, PF치는 낮았다.
표 2는, 실시예 8의 여재에 대해서, 여과 성능에 대한 제전 처리의 영향을 나타낸 결과이다. 본 발명의 에어 필터용 여재는, 섬유 표면의 전하에 의존하지 않는, 서브미크론 유리 섬유의 기계적 포집에 의한 여과 기구를 가지고 있기 때문에, 제전처리의 전후에서 여과 성능이 거의 변화하지 않는다. 즉, 일렉트릿 여재와 같은, 사용 시에 큰 여과 성능 저하가 일어나지 않는 특징을 가지고 있다.

Claims (7)

  1. 평균 섬유 직경 1 ㎛ 미만의 유리 섬유와 바인더 섬유를 포함하는 습식 부직포로 이루어지고,
    상기 습식 부직포는, 발수제로서의 불소 수지와 음이온성 계면활성제를 함유하고, 바인더 수지를 함유하지 않거나 상기 불소 수지에 대해서 50 질량% 이하의 바인더 수지를 함유하며,
    상기 유리 섬유의 배합률은, 상기 습식 부직포에 함유된 전 섬유 질량에 대해서 1 ~ 90 질량% 이고,
    상기 바인더 섬유의 배합률은, 시트에 함유된 섬유의 전 섬유 질량에 대해서 5 ~ 90 질량% 이고,
    상기 불소 수지와 상기 계면활성제의 전 여재 질량에 대한 고형분 부착량은, 불소 수지와 계면활성제의 합계량으로 0.01 ~ 5 질량%이고,
    상기 불소 수지 100 질량부에 대해서 상기 계면활성제가 0.5 ~ 20 질량부인 것을 특징으로 하는, 에어 필터용 여재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 습식 부직포가, 주체 섬유를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 에어 필터용 여재.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 평균 섬유 직경 1 ㎛ 미만의 유리 섬유와 상기 바인더 섬유는, 상호에 균일하게 분포하는 것을 특징으로 하는, 에어 필터용 여재.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 계면활성제는 황산에스테르염 또는 설폰산염인 것을 특징으로 하는, 에어 필터용 여재.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 불소 수지는 퍼플루오로알킬기 함유 수지인 것을 특징으로 하는, 에어 필터용 여재.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 계면활성제가 상기 유리 섬유 표면에 부착되고, 상기 계면활성제가 상기 불소 수지의 콜로이드 입자 표면에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는, 에어 필터용 여재.
  7. 제1항 또는 제2항에 기재된 에어 필터용 여재를 구비하는 것을 특징으로 하는, 에어 필터.
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