KR102290858B1 - 복합 필터 여재 및 이의 제조 방법 - Google Patents

복합 필터 여재 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 마이크로피브릴화 셀룰로우스를 포함하는 습식 부직포 스크림층 및 상기 스크림층과 제1 표면에서 결합하는 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층을 포함하고, 상기 스크림층과 결합한 상기 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층은 주름성형되어 자체지지가 가능한 복합 필터 여재를 제공한다. 본 발명에 따른 복합 필터 여재는 압력 강하에 따른 압력 변화를 빠른 시간 내에 안정화하고 낮은 차압을 유지할 수 있다.

Description

복합 필터 여재 및 이의 제조 방법{COMPOSITE FILTER MATERIAL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 복합 필터 여재 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층을 포함하는 복합 필터 여재 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
0.3 μm의 입자를 99.97%의 효율로 여과하는 고효율 미립자 공기 필터(High Efficiency Particulate Air Filter, HEPA Filter) 및 0.12 μm의 입자를 99.999%의 효율로 여과하는 극저 투과 공기 필터(Ultra Low Penetration Air Filter, ULPA Filter)는 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌(Expended polytetrafluoroethylene, ePTFE)을 필터 여재 내에 포함함으로써 형성할 수 있다. 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층은 무발산(non-shedding), 낮은 가스 배출(outgassing), 높은 내구성 및 기체에 대한 낮은 압력 강하과 같은 바람직한 특성을 가지고 있다. 그러나 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층이 액상의 입자에 노출되면, 액상 입자가 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층의 공극을 막아 압력 강하를 증가시킬 수 있다.
대한민국 등록특허공보 10-1672309(2016.10.28.)호는 필터백, 그 주름형성가능한 필터 재료 및 이를 제조하기 위한 공정으로, 여과집진기(bag house) 형태의 집진기(dust collector)에 사용될 수 있고, 장형(elongated)이며, 개구단(open end)을 포함한 종방향 중공 중심부(hollow center) 및 상기 중공 중심부의 둘레를 횡단선으로 한정하는(circumscribing) 주름형성된 필터 벽을 포함한다. 상기 주름형성된 필터 벽은 금속으로 제조될 수 있고 개구형성(apertured)되며 주름형성가능한 스크림(scrim) 상부로 펠트 처리되고, 상기 스크림의 투과도 보다 낮은 투과도를 가지는 PTFE 직물과 같은 펠트를 포함하는 주름형성된 필터백을 개시하고 있다.
상기 기술은 일반적으로 주름성형(pleating)이 어려운 것으로 알려진 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 직물을 주름성형이 가능한 금속 스크림 상에서 펠트 처리여 주름형성된 필터백을 제조하는 것이나, 필터의 여과특성이 저하되고, 사용 중에 주름 형상이 변형 또는 소실되는 문제점이 있다.
본 발명의 일 실시예는 주름성형이 가능(pleatable)하고, 높은 여과 효율을 가지며 압력 강하 현상이 감소된 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층을 포함하는 복합 필터 여재를 제공한다.
본 발명의 다른 일 실시예는 상기 복합 필터 여재의 제조 방법을 제공한다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 마이크로피브릴화 셀룰로우스를 포함하는 습식 부직포 스크림층 및 상기 스크림층과 제1 표면에서 결합하는 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층을 포함하고, 상기 스크림층과 결합한 상기 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층은 주름성형되어 자체지지가 가능한 복합 필터 여재를 제공한다.
상기 스크림층은 마이크로피브릴화 셀룰로우스를 0.5 % 내지 20 %를 포함하거나, 약 10%를 포함할 수 있다.
또한, 상기 스크림층은 이성분 복합섬유 및 단일성분 합성섬유를 포함하고, 상기 이성분 복합섬유는 고융점 수지 및 저융점 수지를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 복합 필터 여재는 상기 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층의 제2 표면에 결합하는 멜트블로운(meltblown) 섬유층을 더 포함할 수 있고, 상기 멜트블로운 섬유층은 상기 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층의 제2 표면에 래미네이트(laminate)되는 저밀도 폴리에틸렌 멜트블로운 섬유층 및 폴리프로필렌 멜트블로운 섬유층을 포함할 수 있다.
또한, 상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 습식 부직포를 포함하는 주름 성형이 가능한 스크림층을 형성하는 단계, 상기 스크림층 상에 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층의 제1 표면을 결합하는 단계 및 상기 스크림층과 결합한 상기 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층을 주름 성형하는 단계를 포함하고, 상기 습식 부직포는 마이크로피브릴화 셀룰로우스를 포함하는 복합 필터 여재 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스크림층 상에 상기 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층의 제1 표면을 결합하는 단계 후에 상기 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층의 제2 표면에 멜트블로운 섬유층을 결합하는 단계를 더 포함할 수 있으며,
상기 멜트블로운 섬유층은 상기 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층의 제2 표면에 래미네이트(laminate)되는 저밀도 폴리에틸렌 멜트블로운 섬유층 및 폴리프로필렌 멜트블로운 섬유층을 포함하고, 상기 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층의 제2 표면에 멜트블로운 섬유층을 결합하는 단계는 115 ℃ 내지 130 ℃에서 래미네이트하는 단계일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복합 필터 여재는 압력 강하(Pressure drop)로 인한 압력 변화를 수분 이내에 빠르게 안정화하고, 낮은 압력차(Differential pressure)를 유지한다.
또한, 상기 복합 필터 여재는 주름성형이 가능한 습식 부직포를 이용하여 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층에 보다 매끄러운 결합면을 제공한다. 상기 습식 부직포는 나노미터에서 마이크로미터에 이르는 다양한 소섬유들의 결합으로 이루어진 마이크로피브릴화 셀룰로오스를 포함하여 스크림의 표면적을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 복합 필터 여재는 심층 필터로 기능하는 멜트블로운 섬유층을 포함하여 필터 수명을 연장할 수 있다. 이때, 상기 멜트블로운 섬유층은 저밀도 폴리에틸렌 멜트블로운 섬유층과 폴리프로필렌 멜트블로운 섬유층의 다층 구조를 구비하여, 저밀도 폴리에틸렌 멜트블로운 섬유층을 접착층으로 이용함으로써 접착으로 인한 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층의 기공구조 손상을 방지할 수 있다.
본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 필터 여재를 박리한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 멜트블로운 섬유층을 더 포함하는 복합 필터 여재를 박리한 사시도이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 복합 필터 여재의 다양한 실시예를 도시하는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 필터 여재의 제조 방법을 도시하는 순서도이다.
도 5는 복합 필터 여재의 마이크로피브릴화 셀루로오스의 함량에 따른 차압을 도시하는 그래프이다.
도 6은 복합 필터 여재의 멜트블로운 섬유층을 설명하기 위한 복합 필터 여재의 박리 사진이다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이하 도면상의 동일한 구성 요소에 대하여는 동일한 참조 부호를 사용하고, 동일한 구성 요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 필터 여재를 박리한 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 복합 필터 여재(10)는 다공성의 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층(12) 및 상기 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층(12)의 제1 표면에 결합하는 주름성형 가능한 스크림층(14)을 포함한다.
상기 스크림층(14)은 섬유를 액체 중에 분산시킨 후 와이어 메쉬 상에서 액체를 제거하고 웹을 형성하여 제조하는 습식 부직포를 포함한다. 상기 습식 부직포의 제조 과정에서 웹은 건조 또는 가열 공정을 거칠 수 있다.
스크림층(14)은 마이크로피브릴화 셀룰로우스를 0.5 % 내지 20 % 포함한다. 높은 여과 효율 및 낮은 압력 강하를 위하여 스크림층(14)은 마이크로피브릴화 셀룰로우스를 8 % 내지 12 % 포함할 수 있다.
스크림층(14)은 80 % 내지 99.5 %의 합성섬유를 포함한다. 합성섬유는 0.1 데니어 내지 20 데니어 일 수 있다. 합성섬유는 10 % 내지 40 %의 이성분 복합섬유를 포함하고, 나머지 성분은 단일성분 합성섬유일 수 있다. 상기 이성분 복합섬유는 고융점 수지 및 저융점 수지를 포함할 수 있으며, 상기 고융점 수지는 폴리에스테르(Polyester)일 수 있고, 저융점 수지는 폴리에틸렌(Polyethylene) 또는 코폴리에스테르(Co-polyester)일 수 있다. 이 때 저융점 수지는 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층(12)에 열 접착될 수 있다.
팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층(12)은 스크림층(14)보다 작은 공극(void)을 가질 수 있다. 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층(12)의 신장 및 팽창에 따라 복합 필터 여재(10)의 여과 효율이 변화할 수 있으며, 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층(12)이 스크림층(14)보다 큰 공극을 갖을 경우 더 낮은 여과 효율을 가지나, 본 발명의 범위에 포함되며, 이 경우 스크림층(14)의 공극 크기가 복합 필터 여재(10)의 여과 효율을 결정하게 된다.
복합 필터 여재(10)의 여과 효율은 40 % 내지 99.999995 %일 수 있으며, 0.3 μm의 입자를 99.97%의 효율로 여과하는 고효율 미립자 공기 필터(High Efficiency Particulate Air Filter, HEPA Filter) 및 0.12 μm의 입자를 99.999%의 효율로 여과하는 극저 투과 공기 필터(Ultra Low Penetration Air Filter, ULPA Filter) 등에 적용할 수 있다. 일반적으로 복합 필터 여재(10)는 2 cfm/ft2 내지 400 cfm/ft2 의 투과성(permeability)를 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복합 필터 여재(100)는 500 mg 이상의 걸리 강성(Gurley stiffness)를 갖는다.
본 발명에 따른 복합 필터 여재(10)는 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층(12)의 제2 표면에 결합하는 제2 스크림층을 더 포함할 수 있다. 제2 스크림층은 팽창된 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층(12)에 열 접착 가능한 이성분 복합섬유를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 복합 필터 여재(10)는 제2 스크림층에 결합되는 제3 스크림층을 더 포함할 수 있다. 제3 스크림층은 공지된 다양한 결합 재료를 포함할 수 있다. 즉, 제3 스크림은 접착제, 이성분 복합섬유, 스펀본드, 멜트블로운과의 결합을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는 다양한 방식으로 제2 스크림층에 결합할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 멜트블로운 섬유층을 더 포함하는 복합 필터 여재를 박리한 사시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 복합 필터 여재(10)는 다공성의 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층(12), 상기 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층(12)의 제1 표면에 결합하는 주름성형 가능한 스크림층(14) 및 상기 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층(12)의 제2 표면에 결합하는 멜트블로운 섬유층(16)을 포함한다.
상기 멜트블로운 섬유층(16)은 저밀도 멜트블로운 섬유층(17) 및 고밀도 멜트블로운 섬유층(19)을 포함할 수 있다.
상기 저밀도 멜트블로운 섬유층(17)은 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층(12)과 멜트블로운 섬유층(16)의 표면에 115 ℃내지 130 ℃의 온도에서 래미네이트 결합될 수 있다. 저밀도 멜트블로운 섬유층(17)은 저밀도 폴리에틸렌 멜트블로운(Low density polyethylene metblown) 섬유층일 수 있다. 상기 저밀도 폴리에틸렌 멜트블로운 섬유층은 15 g/m2의 밀도를 가질 수 있다.
고밀도 멜트블로운 섬유층(19)은 50 g/m2의 밀도를 갖는 폴리프로필렌 멜트블로운 섬유층일 수 있다.
본 발명에 따른 복합 필터 여재(10)는 멜트블로운 섬유층(16)에 결합하는 제2 스크림층을 더 포함할 수 있다. 제2 스크림층은 공지된 다양한 결합 재료를 포함할 수 있다. 즉, 제2 스크림은 접착제, 이성분 복합섬유, 스펀본드, 멜트블로운과의 결합을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는 다양한 방식으로 멜트블로운 섬유층(16)에 결합할 수 있다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 복합 필터 여재의 다양한 실시예를 도시하는 단면도이다.
도 3에 도시된 각각의 복합 필터 여재는 하부 표면이 제1 표면이고, 상부 표면이 제2 표면이며, 상기 복합 필터 여재를 통과하는 유체의 바람직한 여과 방향은 제2 표면으로 유입된 후 제1 표면으로 유출되는 방향이다. 그러나 반대 방향으로의 여과 역시 본 발명의 범위 내에 포함된다. 따라서 본 명세서에 설명된 바와 같이 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층의 제1 표면 또는 제2 표면은 필터링 시스템에서 복합 필터 여재의 위치에 따라 유체의 유입 방향이 될 수 있다.
도 3을 참조하면, 복합 필터 여재(100)는 마이크로피브릴화 셀룰로오스를 포함하는 습식 부직포 스크림층(104) 및 제1 표면에서 상기 스크림층(104)과 결합하는 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층(102)을 포함한다. 바람직하게는 스크림층(104)이 복합 필터 여재(100)의 유체의 유출 방향에 위치하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
스크림층(104)은 상술한 바와 같이 0.5 % 내지 20 %의 마이크로피브릴화 셀룰로오스를 포함하는 습식 부직포이다. 스크림층(104)은 주름성형이 가능하고 자립 가능한 스크림으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 필터 여재(100)는 500 mg 이상의 걸리 강성(Gurley stiffness)를 갖는다.
복합 필터 여재(110)은 마이크로피브릴화 셀룰로오스를 포함하는 습식 부직포 스크림층(114), 제1 표면에서 상기 스크림층(114)과 결합하는 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층(112) 및 스크림층(114)의 제1 표면에 결합하는 제2 스크림층(118)을 포함한다. 제2 스크림층(118)은 복합 필터 여재(110)에 적층되거나 결합가능한 임의의 층일 수 있다. 예를 들어, 제2 스크림층(118)은 복합 필터 여재(110)에 부가적인 특성을 제공할 수 있는 공지된 필터 여재일 수 있다. 제2 스크림층(118)은 직포, 부직포, 멜트블로운, 스펀본드 또는 다른 재료일 수 있으며, 천연 섬유 또는 합성 섬유를 포함할 수 있다.
복합 필터 여재(120)는 마이크로피브릴화 셀룰로오스를 포함하는 습식 부직포 스크림층(124), 제1 표면에서 상기 스크림층(124)과 결합하는 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층(122) 및 에틸렌-초산비닐(Ethylene-vinyl acetate) 또는 폴리에틸렌(Polyethylene)을 포함하는 접착제층(127)으로 결합되는 제2 스크림층(129)를 포함할 수 있다.
복합 필터 여재(130)는 마이크로피브릴화 셀룰로오스를 포함하는 습식 부직포 스크림층(134), 제1 표면에서 상기 스크림층(134)과 결합하는 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층(132) 및 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층(132)의 제2 표면에 결합하는 제2 스크림층(136)을 포함할 수 있다. 스크림층(134)와 제2 스크림층(136)은 0.5 % 내지 20 %의 범위 내에서 동일하거나, 상이한 마이크로피브릴화 셀룰로오스 조성비를 가질 수 있다. 따라서 복합 필터 여재(130)의 여과 효율 및 자기지지와 같은 특성을 제공하도록 구성될 수 있다.
복합 필터 여재(140)는 마이크로피브릴화 셀룰로오스를 포함하는 스크림층(144), 제1 표면에서 상기 스크림층(144)과 결합하는 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층(142) 및 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층(142)의 제2 표면에 결합하는 제2 스크림층(148)을 포함할 수 있다. 제2 스크림층(148)은 복합 필터 여재(140)에 부가적인 특성을 제공할 수 있는 공지된 필터 여재일 수 있다. 제2 스크림층(148)은 직포, 부직포, 멜트블로운, 스펀본드 또는 다른 재료일 수 있으며, 천연 섬유 또는 합성 섬유를 포함할 수 있다.
복합 필터 여재(150)는 마이크로피브릴화 셀룰로오스를 포함하는 스크림층(154), 제1 표면에서 상기 스크림층(154)과 결합하는 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층(152) 및 에틸렌-초산비닐(Ethylene-vinyl acetate) 또는 폴리에틸렌(Polyethylene)을 포함하는 접착제층(157)으로 결합되고 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층(152)의 제2 표면에 결합하는 제2 스크림층(159)을 포함할 수 있다.
복합 필터 여재(160)는 마이크로피브릴화 셀룰로오스를 포함하는 스크림층(164), 제1 표면에서 상기 스크림층(164)과 결합하는 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층(162), 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층(162)의 제2 표면에 결합하는 제2 스크림층(166) 및 스크림층(164)의 제1 표면 또는 제2 스크림층(166)의 제2 표면에 결합하는 제3 스크림층(168)을 포함할 수 있다. 각 스크림층(164, 166, 168)은 상이한 조성을 가질 수 있으며, 4개의 층을 조합하여 복합 필터 여재(160)에 강성, 여과 효율 및 자기지지와 같은 원하는 특성을 제공할 수 있다.
이때, 도 2의 설명에서 상술한 바와 같이 제2 스크림층(166)은 저밀도 멜트블로운 섬유층이고, 제3 스크림층(168)은 상기 제2 스크림층(166)의 제2 표면에 결합하는 고밀도 멜트블로운 섬유층일 수 있다.
상기 저밀도 멜트블로운 섬유층(166)은 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층(162)과 115 ℃내지 130 ℃의 온도에서 래미네이트 결합될 수 있다. 저밀도 멜트블로운 섬유층(166)은 저밀도 폴리에틸렌 멜트블로운(Low density polyethylene metblown) 섬유층일 수 있다. 상기 저밀도 폴리에틸렌 멜트블로운 섬유층은 15 g/m2의 밀도를 가질 수 있다.
고밀도 멜트블로운 섬유층(168)은 50 g/m2의 밀도를 갖는 폴리프로필렌 멜트블로운 섬유층일 수 있다.
복합 필터 여재(170)는 마이크로피브릴화 셀룰로오스를 포함하는 스크림층(174), 제1 표면에서 상기 스크림층(174)과 결합하는 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층(172), 스크림층(174)의 제1 표면에 결합하는 제2 스크림층(176) 및 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층(172)의 제2 표면에 결합하는 제3 스크림층(168)을 포함할 수 있다. 제2 스크림층(175) 및 제3 스크림층(168)은 당 업계에 공지된 다양한 스크림 물질을 포함할 수 있다.
복합 필터 여재(180)는 마이크로피브릴화 셀룰로오스를 포함하는 스크림층(184), 제1 표면에서 상기 스크림층(184)과 결합하는 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층(182), 에틸렌-초산비닐(Ethylene-vinyl acetate) 또는 폴리에틸렌(Polyethylene)을 포함하는 접착제층(187)으로 결합되는 제2 스크림층(189) 및 스크림층(184)과 결합하는 제3 스크림층(188)을 포함할 수 있다.
복합 필터 여재(190)는 마이크로피브릴화 셀룰로오스를 포함하는 습식 부직포 스크림층(194), 제1 표면에서 상기 스크림층(194)과 결합하는 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층(192), 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층(192)의 제2 표면에 결합하는 마이크로피브릴화 셀룰로오스를 포함하는 제2 습식 부직포 스크림층(196) 및 에틸렌-초산비닐(Ethylene-vinyl acetate) 또는 폴리에틸렌(Polyethylene)을 포함하는 접착제층(197)으로 결합되는 제3 스크림층(199)을 포함할 수 있다. 제3 스크림층(199)은 스크림층(194)에 접착제층(197)으로 접착 가능한 임의의 층일 수 있다. 다섯 개의 층들을 조합하여 복합 필터 여재(190)의 강성, 여과 효율 및 자기지지 특성을 조정할 수 있다.
복합 필터 여재(200)는 마이크로피브릴화 셀룰로오스를 포함하는 습식 부직포 스크림층(204), 제1 표면에서 상기 스크림층(204)과 결합하는 팽창 폴리테트라 플르오로에틸렌 섬유층(202), 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층(202)의 제2 표면에 결합하는 저밀도 멜트블로운 섬유층(207) 및 고밀도 멜트블로운 섬유층(209) 및 제2 스크림층(208)을 포함할 수 있다.
본 도면에 도시되어 있지 않지만, 마이크로피브릴화 셀룰로오스를 포함하는 습식 부직포 스크림층, 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층, 저밀도 멜트블로운 섬유층, 고밀도 멜트블로운 섬유층, 접착층 및 기타 스크림층을 추가 조합하여 필요에 따른 다양한 복합 필터 여재를 제조할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 필터 여재의 제조 방법을 도시하는 순서도이다.
도 4를 참조하면, 먼저 습식 부직포를 포함하는 주름 성형이 가능한 스크림층을 형성한다(S1).
상기 스크림층은 섬유를 액체 중에 분산시킨 후 와이어 메쉬 상에서 액체를 제거하고 웹을 형성하여 제조하는 습식 부직포 제조 공정을 통하여 형성한다. 상기 습식 부직포의 제조 과정에서 웹은 건조 또는 가열 공정을 거칠 수 있다.
스크림층은 마이크로피브릴화 셀룰로우스를 0.5 % 내지 20 % 포함한다. 높은 여과 효율 및 낮은 압력 강하를 위하여 스크림층(14)은 마이크로피브릴화 셀룰로우스를 8 % 내지 12 % 포함할 수 있다.
스크림층은 80 % 내지 99.5 %의 합성섬유를 포함한다. 합성섬유는 0.1 데니어 내지 20 데니어 일 수 있다. 합성섬유는 10 % 내지 40 %의 이성분 복합섬유를 포함하고, 나머지 성분은 단일성분 합성섬유일 수 있다. 상기 이성분 복합섬유는 고융점 수지 및 저융점 수지를 포함할 수 있으며, 상기 고융점 수지는 폴리에스테르(Polyester)일 수 있고, 저융점 수지는 폴리에틸렌(Polyethylene) 또는 코폴리에스테르(Co-polyester)일 수 있다.
이 후, 상기 스크림층 상에 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층의 제1 면을 결합한다(S2).
스크림층은 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층에 열에 의하여 접합될 수 있다. 스크림층이 포함하는 이성분 복함섬유의 저융점 수지가 열에 의하여 팽창 폴리테트르라플루오로에틸렌 섬유층에 융착될 수 있다.
상기 스크림층과 결합한 상기 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층을 주름 성형한다(S3).
본 발명의 일 실시예에 따라서, 주름성형 단계 이전에 스크림층과 결합한 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층의 제2 표면에 멜트블로운 섬유층을 결합하는 단계를 더 포함할 수 있다.
멜트 블로운 섬유층은 저밀도 멜트블라운 섬유층과 고밀도 멜트블로운 섬유층을 포함하며, 저밀도 멜트블라운 섬유층은 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층과 115 ℃내지 130 ℃의 온도에서 래미네이트 결합할 수 있다.
실험예 1
폴리에틸렌/폴리에스테르의 이성분 복합섬유, 폴리에스터 합성섬유 및 마이크로피브릴화 셀룰로오스를 포함하는 습식 부직포 스크림층 및 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층을 포함하는 복합 필터 여재를 제조하였다. 이 때 습식 부직포 스크림층은 마이크로피브릴화 셀룰로오스를 포함하지 않거나, 각기 다른 함량으로 포함하고 있다. 이성분 복합섬유는 1.1 데니어(denier)이고, 폴리에스터 합성섬유는 7 데니어이다. 스크림층의 중량은 약 70g/m2이고, 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층이 래미네이트된 후의 두께는 0.29±0.01 mm이다.
실험예 1.1 d Bico PET 7d % MFC
0 40 60 0
10 40 50 10
15 40 45 15
20 40 40 20
각 복합 필터 여재의 함량비는 표 1에 기재된 바와 같다.
즉, 실험예-15의 스크림층은 40 %의 이성분 복합섬유, 45 %의 단일성분 합성섬유 및 15 %의 마이크로피브릴화 셀룰로오스를 포함한다.
도 5는 마이크로피브릴화 셀루로오스의 함량에 따른 차압을 도시하는 그래프이다.
디옥틸 프탈레이트(Dioctyl phthalate, DOP) 에어로졸을 포함하는 유체를 준비된 복합 필터 여재로 여과하였다. 유체는 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층 측으로 유입되었으며, 여과는 충분량의 디옥틸 프탈레이트가 수득되는 시간인 20분동안 수행되었다.
도 5를 참조하면, 서로 다른 마이크로피브릴화 셀룰로오스의 함량을 갖는 복합 필터 여재의 차압(Pressure differential) 또는 압력 강하를 확인할 수 있다. 마이크로피브릴화 셀룰로오스를 포함하고 있지 않은 실험예-0는 20분 동안 차압이 13 mm H2O까지 증가하였으며, 계속적으로 증가하는 추세를 보였다. 반면, 10 %의 마이크로피브릴화 셀룰로오스를 포함하는 실험예-10은 20분 동안 차압의 증가가 11 mm H2O에 불과하였으며, 차압의 증가가 수렴하여 20분이 지난 후에도 비슷한 정도의 차압이 유지되는 것을 확인할 수 있었다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 복합 필터 여재는 압력 강하로 인한 압력 변화를 빠르게 안정시키고, 낮은 차압을 유지할 수 있다.
실험예 2
팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층의 제2 표면에 저밀도 멜트블로운 섬유층과 고밀도 멜트블로운 섬유층을 포함하는 멜트블로운 섬유층을 115 ℃의 온도에서 래미네이트 결합하였다. 저밀도 멜트블로운 섬유층은 15 g/m2의 밀도를 갖는 저밀도 폴리에틸렌 멜트블로운 웹이고, 고밀도 멜트블로운 섬유층은 50 g/m2의 밀도를 갖는 폴리프로필렌 멜트블로운 웹이다.
도 6은 복합 필터 여재의 멜트블로운 섬유층을 설명하기 위한 복합 필터 여재의 박리 사진이다.
도 6을 참조하면, 저밀도 멜트블로운 섬유층이 접착층으로 작용하여 고밀도 멜트블로운 섬유층을 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층에 래미네이트 결합 한 것을 확인할 수 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 필터 여재는 필터 수명이 길고, 높은 여과 효율을 가질 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
10 : 복합 필터 여재
12 : 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층
14 : 스크림층 16 : 멜트블로운 섬유층
17 : 저밀도 멜트블로운 섬유층 19 : 고밀도 멜트블로운 섬유층

Claims (9)

  1. 마이크로피브릴화 셀룰로우스를 0.5％ 내지 10％ 미만을 포함하는 습식 부직포 스크림층; 및
    상기 스크림층과 제1 표면에서 결합하는 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층을 포함하고,
    상기 스크림층과 결합한 상기 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층은 주름성형되어 자체지지가 가능한 복합 필터 여재.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스크림층은 이성분 복합섬유 및 단일성분 합성섬유를 포함하고,
    상기 이성분 복합섬유는 고융점 수지 및 저융점 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 필터 여재.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층의 제2 표면에 결합하는 멜트블로운(meltblown) 섬유층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 필터 여재.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 멜트블로운 섬유층은 상기 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층의 제2 표면에 래미네이트(laminate)되는 저밀도 폴리에틸렌 멜트블로운 섬유층; 및
    폴리프로필렌 멜트블로운 섬유층을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 필터 여재.
  7. 습식 부직포를 포함하는 주름 성형이 가능한 스크림층을 형성하는 단계;
    상기 스크림층 상에 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층의 제1 표면을 결합하는 단계; 및
    상기 스크림층과 결합한 상기 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층을 주름 성형하는 단계를 포함하고,
    상기 습식 부직포는 마이크로피브릴화 셀룰로우스를 0.5％ 내지 10％ 미만을 포함하는 복합 필터 여재 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 스크림층 상에 상기 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층의 제1 표면을 결합하는 단계 후에 상기 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층의 제2 표면에 멜트블로운 섬유층을 결합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 필터 여재 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 멜트블로운 섬유층은 상기 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층의 제2 표면에 래미네이트(laminate)되는 저밀도 폴리에틸렌 멜트블로운 섬유층; 및
    폴리프로필렌 멜트블로운 섬유층을 포함하고,
    상기 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유층의 제2 표면에 멜트블로운 섬유층을 결합하는 단계는 115 ℃내지 130 ℃에서 래미네이트하는 단계인 것을 특징으로 하는 복합 필터 여재 제조 방법.
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