KR102340662B1 - 필터용 다층 여과재 및 그의 제조 방법 및 에어 필터 - Google Patents
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Abstract
과제는, 저압력 손실 또한 고포집 성능을 갖는 필터용 다층 여과재 및 그의 제조 방법, 및 저압력 손실 또한 고포집 성능뿐만 아니라 플리트 부형성 및 내풍압 변형성도 우수한 에어 필터를 제공하는 것이며, 해결 수단은, 단섬유 직경이 200 내지 800㎚의 범위 내이고 또한 섬유 길이가 0.4 내지 0.7㎜의 범위 내인 나노 파이버 섬유 A와, 해당 나노 파이버 섬유 A보다 단섬유 직경이 큰 섬유 B와, 바인더 섬유 C를 포함하는 습식 부직포층 (1)에, 단섬유 직경이 200 내지 800㎚의 범위 내이고 또한 섬유 길이가 0.4 내지 0.7㎜의 범위 내인 나노 파이버 섬유 A와, 해당 나노 파이버 섬유 A보다 단섬유 직경이 큰 섬유 B와, 바인더 섬유 C를 포함하고, 또한 상기 습식 부직포층 (1)보다 나노 파이버 섬유 A의 중량 비율이 큰 습식 부직포층 (2)를 적층해서 필터용 다층 여과재를 얻는 것이다.
Description
본 발명은 저압력 손실 또한 고포집 성능을 갖는 필터용 다층 여과재 및 그의 제조 방법, 및 저압력 손실 또한 고포집 성능뿐만 아니라 플리트 부형성 및 내풍압 변형성도 우수한 에어 필터에 관한 것이다.
종래, 공기청정 등을 목적으로 하는 필터용 여과재로서, 폴리프로필렌 등의 합성 섬유의 부직포를 포함하는 정전식 여과재, 유리 섬유를 포함하는 메커니컬 여과재 등이 알려져 있다. 그러나, 정전식 여과재에서는, 기체 중의 오일 미스트나 수분에 의해, 정전 성능이 열화되어 포집 효율이 저하된다는 문제가 있었다. 또한, 유리 섬유를 포함하는 메커니컬 여과재에서는, 포집 성능을 향상시키면 압력 손실(압손(壓損))이 커진다고 하는 문제나, 폐기의 문제가 있었다.
또한, 부직포를 적층하여 이루어지는 다층 여과재가 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 내지 5 참조). 나아가, 나노 파이버 섬유를 사용한 필터용 여과재가 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 6, 7 참조).
그러나, 저압력 손실 또한 고포집 성능의 점에서 보다 우수한 필터용 여과재가 요구되고 있다. 나아가, 저압력 손실 또한 고포집 성능뿐만 아니라 플리트 부형성 및 내풍압 변형성도 우수한 것이 요구되고 있다.
본 발명은 상기 배경을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 저압력 손실 또한 고포집 성능을 갖는 필터용 다층 여과재 및 그의 제조 방법, 및 저압력 손실 또한 고포집 성능뿐만 아니라 플리트 부형성 및 내풍압 변형성도 우수한 에어 필터를 제공하는 데 있다.
본 발명자는 상기 과제를 달성하기 위해서 예의 검토한 결과, 필터용 다층 여과재에 있어서, 나노 파이버 섬유와 해당 섬유보다 굵은 섬유와 바인더 섬유를 사용하고, 또한 이들의 배분을 연구함으로써 저압력 손실 또한 고포집 성능을 갖는 필터용 다층 여과재가 얻어지는 것을 알아내고, 더욱 예의 검토를 거듭함으로써 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이렇게 하여, 본 발명에 따르면 「필터용 다층 여과재이며,
단섬유 직경이 200 내지 800㎚의 범위 내이고 또한 섬유 길이가 0.4 내지 0.7㎜의 범위 내인 나노 파이버 섬유 A와, 해당 나노 파이버 섬유 A보다 단섬유 직경이 큰 섬유 B와, 바인더 섬유 C를 포함하고, (A+B):C의 중량 비율이 40:60 내지 70:30의 범위 내인 습식 부직포층 (1)과,
단섬유 직경이 200 내지 800㎚의 범위 내이고 또한 섬유 길이가 0.4 내지 0.7㎜의 범위 내인 나노 파이버 섬유 A와, 해당 나노 파이버 섬유 A보다 단섬유 직경이 큰 섬유 B와, 바인더 섬유 C를 포함하고, (A+B):C의 중량 비율이 40:60 내지 70:30의 범위 내이고, 또한 상기 습식 부직포층 (1)보다 나노 파이버 섬유 A의 중량 비율이 큰 습식 부직포층 (2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터용 다층 여과재.」가 제공된다.
그 때, 상기 습식 부직포층 (2)에 포함되는 나노 파이버 섬유 A의 함유율과, 상기 습식 부직포층 (1)에 포함되는 나노 파이버 섬유 A의 함유율의 차가 3% 이상인 것이 바람직하다. 또한, 상기 습식 부직포층 (1)에 있어서, 단위 면적당 중량이 5 내지 60g/㎡의 범위 내인 것이 바람직하다. 또한, 상기 습식 부직포층 (2)에 있어서, 단위 면적당 중량이 5 내지 60g/㎡의 범위 내인 것이 바람직하다. 또한, 상기 습식 부직포층 (1)에 있어서 JIS 8종 더스트 유지량의 비율이 60 내지 97%의 범위 내이고, 또한 상기 습식 부직포층 (2)에 있어서 JIS 8종 더스트 유지량의 비율이 3 내지 40%의 범위 내인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기한 필터용 다층 여과재의 제조 방법이며,
단섬유 직경이 200 내지 800㎚의 범위 내이고 또한 섬유 길이가 0.4 내지 0.7㎜의 범위 내인 나노 파이버 섬유 A와, 해당 나노 파이버 섬유 A보다 단섬유 직경이 큰 섬유 B와, 바인더 섬유 C를 사용해서 얻어진 습식 부직포층 (1)에,
단섬유 직경이 200 내지 800㎚의 범위 내이고 또한 섬유 길이가 0.4 내지 0.7㎜의 범위 내인 나노 파이버 섬유 A와, 해당 나노 파이버 섬유 A보다 단섬유 직경이 큰 섬유 B와, 바인더 섬유 C를 사용해서 얻어지고, 또한 상기 습식 부직포층 (1)보다 나노 파이버 섬유 A의 중량 비율이 큰 습식 부직포층 (2)를 적층하는, 필터용 다층 여과재의 제조 방법이 제공된다. 그 때, 상기 습식 부직포층 (1)에 포함되는 나노 파이버 섬유 A 및 상기 습식 부직포층 (2)에 포함되는 나노 파이버 섬유 A가, 해(海)/도(島) 용융 점도비가 1.1 내지 2.0이며 또한 도(島)의 수가 500 이상이고 또한 해/도의 알칼리 가수 분해 속도비가 200 이상인 해도형 복합 섬유를 커트하고, 알칼리 가수 분해에 의해 해(海) 중합체를 제거함으로써 얻어진 섬유인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 필터용 다층 여과재를 포함하는 에어 필터가 제공된다. 그 때, 에어 필터가 기재층을 더 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 두께가 0.8㎜ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 걸리식 강연도가 2000mgf 이상인 것이 바람직하다. 또한, 플리트가 부형되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 습식 부직포층 (1)이 에어의 유입측에 배치되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 저압력 손실 또한 고포집 성능을 갖는 필터용 다층 여과재 및 그의 제조 방법, 및 저압력 손실 또한 고포집 성능뿐만 아니라 플리트 부형성 및 내풍압 변형성도 우수한 에어 필터가 얻어진다.
도 1은 본 발명에 있어서, 습식 부직포층 (1)이 에어의 유입측에 배치되어 있는 모습을 모식적으로 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다. 본 발명의 필터용 다층 여과재에 있어서, 습식 부직포층 (1)에 포함되는 나노 파이버 섬유 A는, 단섬유 직경이 200 내지 800㎚(바람직하게는 400 내지 800㎚)의 범위 내인 것이 긴요하다. 해당 단섬유 직경이 200㎚ 미만인 경우, 섬유끼리 의사 교착되기 쉬워 균일 분산되기 어렵기 때문에, 포집 효율이 저하될 우려가 있다. 반대로, 해당 단섬유 직경이 800㎚보다 큰 경우에도, 나노 파이버 섬유로서의 효과가 낮아져서, 포집 효율이 저하될 우려가 있다. 나노 파이버 섬유 A의 단섬유 단면 형상이 환단면 이외의 이형 단면인 경우에는 외접원의 직경을 단섬유 직경으로 한다. 또한, 단섬유 직경은 투과형 전자 현미경으로 섬유의 횡단면을 촬영함으로써 측정이 가능하다.
또한, 상기 나노 파이버 섬유 A에 있어서, 섬유 길이가 0.4 내지 0.7㎜의 범위 내인 것이 긴요하다. 해당 섬유 길이가 0.4㎜보다 작으면, 섬유 길이가 지나치게 짧아지기 때문에, 다른 섬유와의 얽힘이 작아져서, 부직포의 제조 공정에 있어서 섬유가 탈락될 우려가 있다. 반대로, 해당 섬유 길이가 0.7㎜를 초과하는 경우, 섬유 길이가 지나치게 길기 때문에, 나노 파이버 섬유 자신의 얽힘이 커져서, 균일 분산이 저해되어, 포집 효율이 저하될 우려가 있다.
또한, 상기 나노 파이버 섬유 A에 있어서, 단섬유 직경 (D)㎚에 대한 섬유 길이 (L)㎚의 비(L/D)로서는, 1000 이하(보다 바람직하게는 300 내지 1000)인 것이 바람직하다.
상기 나노 파이버 섬유 A를 형성하는 섬유의 종류로서는, 폴리에틸렌테레프탈레이트나 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 스테레오컴플렉스(stereocomplex) 폴리락트산, 폴리락트산, 제3 성분을 공중합시킨 폴리에스테르 등의 폴리에스테르를 포함하는 폴리에스테르 섬유나, 나일론 섬유, 아크릴 섬유, 아라미드 섬유 등이 예시된다. 그 중에서도, 내약품성이나 제조 공정성의 점에서 폴리에스테르 섬유가 바람직하다. 또한, 이러한 폴리에스테르 섬유에 포함되는 폴리에스테르로서는, 머티리얼 리사이클(material recycle) 또는 케미컬 리사이클(chemical recycle)된 폴리에스테르나, 일본특허공개 제2009-091694호 공보에 기재된, 바이오매스, 즉 생물 유래의 물질을 원재료로서 얻어진 단량체 성분을 사용해서 이루어지는 폴리에스테르여도 된다. 나아가, 일본특허공개 제2004-270097호 공보나 일본특허공개 제2004-211268호 공보에 기재되어 있는 바와 같은, 특정한 인 화합물 및 티타늄 화합물을 포함하는 촉매를 사용해서 얻어진 폴리에스테르여도 된다.
이러한 나노 파이버 섬유 A의 제조 방법으로서는 특별히 한정되지 않지만, 국제공개 제2005/095686호 공보에 개시된 방법이, 단섬유 직경이 균일해져서 바람직하다.
즉, 폴리에스테르 중합체를 포함하고 또한 그의 도(島)의 직경이 200 내지 800㎚인 도 성분과, 상기 폴리에스테르 중합체보다 알칼리 이(易)용해성 중합체를 포함하는 해 성분을 갖는 해도형 복합 섬유를, 해도형 복합 섬유용 구금을 사용해서 방사, 연신한 후에 알칼리 감량 가공을 실시하여, 상기 해 성분을 용해 제거한 것이 바람직하다.
여기서, 해 성분과 도 성분의 알칼리 용해 속도비(해/도)가 200 이상, 바람직하게는 300 내지 3000이면, 도(島)의 분리성이 양호해져서 바람직하다. 해 성분은 폴리락트산, 초고분자량 폴리알킬렌옥사이드 축합계 중합체, 폴리알킬렌글리콜계 화합물과 5-나트륨술포이소프탈산의 공중합 폴리에스테르가 최적이다. 여기서 알칼리 수용액이란, 수산화칼륨, 수산화나트륨 수용액 등이다. 이 외에도, 나일론 6이나 나일론 66 등의 지방산 폴리아미드에 대한 포름산, 폴리스티렌에 대한 트리클로로에틸렌 등이나 폴리에틸렌에 대한 열 에틸렌이나 크실렌 등의 용제, 폴리비닐 알코올이나 에틸렌 변형 비닐 알코올계 중합체에 대한 열수를 각각의 케이스에서 사용할 수 있다.
이러한 해도형 복합 섬유에 있어서, 도의 수는 500 이상(보다 바람직하게는 500 내지 2000)인 것이 바람직하다. 또한, 용융 방사 시에 있어서의 해 성분에 용융 점도가 도 성분 중합체의 용융 점도보다 큰 것이 바람직하다. 특히 해/도 용융 점도비가 1.1 내지 2.0인 것이 바람직하다. 이에 의해, 500도 이상인 도 성분을 갖고, 해 성분 비율이 30% 이하인 케이스여도, 해도 구조를 흩뜨리지 않고, 박층 해 부위를 형성할 수 있다.
용융 방사에 사용되는 해도형 복합 섬유용 구금으로서는, 도 성분을 형성하기 위한 중공 핀군이나 미세 구멍군을 갖는 것 등 임의의 것을 사용할 수 있다. 토출된 해도형 복합 섬유는 냉각풍에 의해 고화되고, 소정의 인취 속도로 설정한 회전 롤러에 의해 인취되어, 미연신사가 된다.
얻어진 미연신사는, 그대로 커트 공정 혹은 그 후의 해 성분 용해 공정에 제공해도 된다. 목적으로 하는 강도·신도·열수축 특성에 맞추기 위해서, 연신 공정이나 열처리 공정을 경유하여, 커트 공정 혹은 그 후의 감량 공정에 제공해도 된다.
이러한 복합 섬유를, 커트한 후, 알칼리 감량 가공을 실시하여 상기 해 성분을 용해 제거하거나, 또는 알칼리 감량 가공을 실시하여 상기 해 성분을 용해 제거한 후에 커트함으로써 상기 나노 파이버 섬유 A가 얻어진다.
이어서, 습식 부직포층 (1)에 포함되는 섬유 B는, 나노 파이버의 분산을 도움과 함께, 공극률의 향상에도 기여하는 비(非)바인더 섬유이다. 이러한 섬유 B로서는, 단섬유 직경이 상기 나노 파이버 섬유 A보다 큰 것 이외에는 특별히 제한은 없다. 섬유의 종류로서는, 섬유 직경이 균일해서 분산성이 좋다고 하는 이유에서 폴리에스테르 섬유가 바람직하다. 단, 목적에 따라서, 여러 가지 종이용 섬유 소재가 사용가능하다. 예를 들어, 목재 펄프, 천연 펄프, 아라미드나 폴리에틸렌을 주성분으로 하는 합성 펄프, 나일론, 아크릴, 비닐론, 레이온 등의 성분을 포함하는 합성 섬유 또는 반합성 섬유를 혼합 또는 첨가해도 된다.
상기 섬유 B에 있어서, 단섬유 섬도로서는 0.01 내지 5.0dtex(보다 바람직하게는 0.1 내지 3.3dtex, 더욱 바람직하게는 0.2 내지 2.0dtex)가 분산성의 점에서 바람직하다. 또한, 섬유 길이로서는 1 내지 10㎜(보다 바람직하게는 3 내지 7㎜)가 분산성의 점에서 바람직하다.
또한, 습식 부직포층 (1)에 포함되는 바인더 섬유 C는 열 접착성 섬유이며, 부직포의 강도나 네트워크 구조 및 수축에 의한 부피 향상 등의 역할이 있다. 섬유 직경이 3㎛ 이상(보다 바람직하게는 3 내지 10㎛)인 미연신 섬유 또는 복합 섬유가 바람직하다. 단섬유 섬도로서는, 0.1 내지 3.3dtex인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.2 내지 1.7dtex이다. 섬유 길이는 3 내지 10㎜인 것이 바람직하다.
바인더 섬유 C 중, 미연신 섬유로서는, 방사 속도가 600 내지 1500m/min으로 방사된 미연신 폴리에스테르 섬유가 바람직하다. 폴리에스테르란, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트를 들 수 있고, 바람직하게는 생산성, 물에의 분산성 등의 이유에서, 폴리에틸렌테레프탈레이트나 그것을 주성분으로 하는 공중합 폴리에스테르가 바람직하다.
또한, 바인더 섬유 C 중, 복합 섬유로서는, 초지(抄紙) 시의 드라이어 온도에 의해 융착 접착 효과를 발현하는 중합체 성분(예를 들어, 비결정성 공중합 폴리에스테르 등)이 시스부에 배치되고, 해당 중합체 성분보다 융점이 20℃ 이상 높은 다른 중합체가 코어부에 배치된 코어-시스형 복합 섬유가 바람직하다. 또한, 편심 코어-시스형 복합 섬유, 사이드 바이 사이드형 복합 섬유 등의 형태도 사용할 수 있다.
여기서, 상기 비결정성 공중합 폴리에스테르로서는, 테레프탈산, 이소프탈산, 에틸렌글리콜 및 디에틸렌글리콜을 주성분으로서 사용하는 것이 비용면에서도 바람직하다.
상기 습식 부직포층 (1)에 있어서, 나노 파이버 섬유 A, 섬유 B, 바인더 섬유 C 각각의 중량을 A, B, C로 해서, (A+B):C의 중량 비율이 40:60 내지 70:30(바람직하게는 50:50 내지 70:30)의 범위 내인 것이 긴요하다. 바인더 섬유 C는 바인더 섬유끼리의 융착 네트워크를 만들어, 부직포 구조의 골격이나 부직포 자신의 강도를 담당한다. 습식 부직포층 (1)에 있어서 바인더 섬유 C의 중량 비율이 60중량%를 초과하면, 양키 드라이어 열처리에 의해 수축이 발생하여, 옷감 질의 불균일이나 평균 구멍 직경 등 미세한 사이즈 영역에서 불균일이 증가할 우려가 있다. 한편, 30중량% 미만인 경우에는, 부직포 강도 부족이 될 우려가 있다.
본 발명의 필터용 다층 여과재에 있어서, 습식 부직포층 (2)는 습식 부직포층 (1)과 마찬가지로, 단섬유 직경이 200 내지 800㎚의 범위 내이고 또한 섬유 길이가 0.4 내지 0.7㎜의 범위 내인 나노 파이버 섬유 A와, 해당 나노 파이버 섬유 A보다 단섬유 직경이 큰 섬유 B와, 바인더 섬유 C를 포함한다. 단, 습식 부직포층 (2)는 습식 부직포층 (1)보다 나노 파이버 섬유 A의 중량 비율이 크다.
여기서, 습식 부직포층 (2)에 포함되는 나노 파이버 섬유 A의 중량 비율과, 습식 부직포층 (1)에 포함되는 나노 파이버 섬유 A의 중량 비율의 차는, 필터 성능·수명의 점에서 중요하다. 적층 필터에 있어서, 적층 계면에 더스트가 집중되어, 폐색을 초래하는 것이 지금까지 언급되어 왔지만, 그것은, 1층에 더스트 유지력을 갖는 구조가 배치되어 있지 않아, 소위 더스트가 그냥 지나치게 된 결과, 2층째와의 계면에서 포집이 발생하는 것이다. 또한, 2층이 서로 비슷한 구조인 경우에는, 1층째에서 더스트의 포집이 거의 완결되어, 2층째를 배치한 의미가 없다. 본 발명에서는, 그 점을 고려하여, 수명과 포집 효율의 양립을 위해서, 습식 부직포층 (2)에 포함되는 나노 파이버 섬유 A의 중량 비율과, 습식 부직포층 (1)에 포함되는 나노 파이버 섬유 A의 중량 비율의 차를 두고 있다. 이러한 차는 하기 식에 의해 나타나며, 3% 이상(보다 바람직하게는 3 내지 30%)인 것이 바람직하다.
중량 비율의 차(%)=(습식 부직포층 (2)에 포함되는 나노 파이버 섬유 A의 중량 비율)-(습식 부직포층 (1)에 포함되는 나노 파이버 섬유 A의 중량 비율)
이 차가 3% 미만에서는, 2개의 층의 포집 성능이 서로 비슷하게 되어 버려, 2층째에 더스트가 흐르지 않기 때문에, 그 효과가 작고, 1층째에서 조기에 압력 손실이 높아질 우려가 있다. 또한, 1층째에 나노 파이버 섬유 A가 포함되지 않은 경우에는, 초지 공정에서의 수축률이 크게 다르기 때문에, 드라이어에서의 열 처리 후, 크랙(소위 균열 형상)이 발생할 우려가 있어 바람직하지 않다. 또한, 나노 파이버 섬유 A가 없음으로써, 더스트 유지 성능이 작아, 전술한 그냥 지나치는 현상이 발생하여, 1층째에서 더스트의 분급 효과가 작아, 고포집 성능을 갖는 2층째에 큰 입자 더스트가 유입되기 때문에, 단시간에 폐색 상태가 될 우려가 있다.
상기 습식 부직포층 (2)에 있어서, 나노 파이버 섬유 A, 섬유 B, 바인더 섬유 C 각각의 중량을 A, B, C로 해서, (A+B):C의 중량 비율이 40:60 내지 70:30(바람직하게는 50:50 내지 70:30)의 범위 내인 것이 긴요하다. 바인더 섬유 C는 바인더 섬유끼리의 융착 네트워크를 만들어, 부직포 구조의 골격이나 부직포 자신의 강도를 담당한다. 습식 부직포층 (1)에 있어서 바인더 섬유 C의 중량 비율이 60중량%를 초과하면, 양키 드라이어 열처리에 의해 수축이 발생하여, 옷감 질의 불균일이나 평균 구멍 직경 등 미세한 사이즈 영역에서 불균일이 증가할 우려가 있다. 한편, 30중량% 미만인 경우에는, 부직포 강도 부족이 될 우려가 있다.
상기 습식 부직포층 (2)에 포함되는 나노 파이버 섬유 A는 상기 습식 부직포층 (1)에 포함되는 나노 파이버 섬유 A와 동일해도 되고 달라도 된다. 또한, 상기 습식 부직포층 (2)에 포함되는 섬유 B는 상기 습식 부직포층 (1)에 포함되는 나노 파이버 섬유 B와 동일해도 되고 달라도 된다. 또한, 상기 습식 부직포층 (2)에 포함되는 바인더 섬유 C는 상기 습식 부직포층 (1)에 포함되는 바인더 섬유 C와 동일해도 되고 달라도 된다.
또한, 본 발명의 필터용 다층 여과재에 있어서, 습식 부직포층 (1)에 있어서 JIS 8종 더스트 유지량의 비율이 60 내지 93%(보다 바람직하게는 70 내지 90%)의 범위이며, 또한 습식 부직포층 (2)에 있어서 JIS 8종 더스트 유지량의 비율이 7 내지 40%(보다 바람직하게는 10 내지 30%)의 범위 내이면, 2층 모두 효과적인 더스트 유지 성능을 발휘하여, 총 더스트 유지량이 커져서(즉 수명이 길어져서) 바람직하다.
또한, 습식 부직포층 (1) 및 습식 부직포층 (2)에 있어서, 각 층의 단위 면적당 중량은 각각 5 내지 60g/㎡의 범위 내인 것이 바람직하다. 해당 단위 면적당 중량이 60g/㎡을 초과하면, 고공극 구조에 의해 두께가 증가하여, 플리트 필터 등 스페이스가 한정된 필터 용도에서는, 두께에 의해 여과재의 삽입 면적이 제한을 받기 때문에, 결과적으로 필터 카트리지의 구조 압력 손실이 높아질 우려가 있다. 반대로, 해당 단위 면적당 중량이 5g/㎡보다 작으면 포집 성능이 저하될 우려가 있다.
또한, 각 층의 공극률로서는, 나노 파이버 섬유 A를 분산시키고, 고공극 구조로 하여, 저압력 손실·고포집율을 얻기 위해 85% 이상인 것이 바람직하다.
여기서, 습식 부직포층 (2)의 단위 면적당 중량을 작게 하여, 습식 부직포층 (1)에서 대입자를 포집하는 2층 구조를 취하면, 습식 부직포층 (2)의 압력 손실은 낮게 억제됨과 함께, 습식 부직포층 (1)에 의한 더스트의 분급 효과(즉, 대입자의 포집)에 의해, 포집 성능 및 수명 모두 효과가 있어 바람직하다. 이 점을 고려하면, 두께는 0.8㎜ 이하가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.3 내지 0.6㎜이다.
본 발명의 필터용 다층 여과재를 제조하는 방법으로서는, 단섬유 직경이 200 내지 800㎚의 범위 내이고 또한 섬유 길이가 0.4 내지 0.7㎜의 범위 내인 나노 파이버 섬유 A와, 해당 나노 파이버 섬유 A보다 단섬유 직경이 큰 섬유 B와, 바인더 섬유 C를 사용해서 얻어진 습식 부직포층 (1)에, 단섬유 직경이 200 내지 800㎚의 범위 내이고 또한 섬유 길이가 0.4 내지 0.7㎜의 범위 내인 나노 파이버 섬유 A와, 해당 나노 파이버 섬유 A보다 단섬유 직경이 큰 섬유 B와, 바인더 섬유 C를 사용해서 얻어지고, 또한 상기 습식 부직포층 (1)보다 나노 파이버 섬유 A의 중량 비율이 큰 습식 부직포층 (2)를 적층하는 방법이 바람직하다.
여기서, 통상의 장망 초지기, 단망 초지기, 환망 초지기, 복수 조합하여 2층 뜨기 등으로 해서 초지하여 습식 부직포를 얻은 후, 필요에 따라 습식 부직포를 중첩시켜 양키 드라이어 등으로 바인더 섬유 C를 열 접착시키는 방법이 바람직하다. 그 때, 드라이어의 온도는 120 내지 150℃까지의 표면 온도에서 열처리·건조를 완료시키는 것이 바람직하다.
이렇게 하여 얻어진 필터용 다층 여과재는 저압력 손실 또한 고포집 성능을 갖는다.
이어서, 본 발명의 에어 필터는 상기한 필터용 다층 여과재를 포함하는 에어 필터이다. 그 때, 도 1에 도시한 바와 같이, 상기 습식 부직포층 (1)이 에어의 유입측에 배치되어 있는 것이 바람직하다.
여기서, 엔진 필터나 고처리량 공기 청정기 등, 풍압이 높거나, 혹은 변동이 있는 에어 필터에 대해서는, 플리트 부형성 및 내풍압 변형성이 중요하다. 그로 인해, 단위 면적당 중량이 50 내지 120g/㎡인, 스펀본드 부직포나 니들펀치 부직포, 수지 함침해서 강성을 높인 부직포 등의 다른 패브릭을 기재층(골재)으로 해서 접합하는 것이 바람직하다.
그 때, 적층 순서는 특별히 한정되지 않지만, 상류측으로부터, 기재층, 습식 부직포층 (1), 습식 부직포층 (2)의 순서인 것이 바람직하다.
접합의 방법은, 수지 스프레이 등 접착재에 의한 방법이나, 골재의 주된 구성 재료가 폴리에스테르계이며 열융착성이 있으면, 라미네이트에 의해 부직포와 서멀본드 작용에 의해 부착할 수 있다. 이 경우, 접착제의 도포 부착량이나 라미네이트 시의 클리어런스를 작게 설정함으로써, 박리가 없도록 접착시키는 것과, 에어 필터의 두께를 0.8㎜ 이하(더욱 바람직하게는 0.3 내지 0.6㎜)로 하는 것이 바람직하다. 또한, 에어 필터의 걸리식 강연도를 2000mgf 이상(보다 바람직하게는 2000 내지 6000mgf)으로 하는 것이 바람직하다.
이러한 에어 필터는 저압력 손실 또한 고포집 성능뿐만 아니라 플리트 부형성 및 내풍압 변형성도 우수하고, 필요에 따라 플리트가 부형되어 사용된다. 이러한 에어 필터는 자동차 그 외 차량 등의 내연 기관(흡기 또는 배기)용 에어 필터, 캐빈, 마스크, 공기 청정기, 빌딩 공조용, 반도체, 식품, 의약품 공장 등에 사용되는 에어 필터 등으로서 적합하다.
실시예
다음에 본 발명의 실시예 및 비교예를 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한, 실시예 중의 각 측정 항목은 다음의 방법으로 측정하였다.
· 단섬유 직경·섬도
섬유 단면을 예리한 칼날로 커트하고, 그 단면을 2000배의 SEM으로 관찰하였다. 100개의 평균을 단섬유 직경으로 하였다. 또한 섬도는, 1만미터당 중량 dtex: 데시텍스 표시로 하였다.
· 단위 면적당 중량
JISP8124(종이의 미터 평량(坪量) 측정 방법)에 기초하여 단위 면적당 중량을 측정하였다.
· 두께
JISP8118(종이 및 판지의 두께와 밀도의 측정 방법)에 기초하여 두께를 측정하였다. 측정 하중은 75g/㎠로, N=5 측정하고, 평균값을 구하였다.
· 공극률
상기 단위 면적당 중량과 두께, PET 섬유의 밀도를 1.36g/㎤로 하여, 하기 식으로부터 계산하였다.
공극률=100-((단위 면적당 중량)/(두께)/1.36×100) (%)
· 더스트 유지량:DHC·DHC 분배율
JIS 8종 더스트를 농도 1g/㎡, 유입 속도 10cm/sec로 필터에 도입하고, 압력 손실이 2㎪에 도달할 때까지의 시간과 그 때에 필터에 유지되고 있는 더스트 중량을 측정하여, 1㎡당 더스트 유지량으로 환산하였다. 또한, 각 층의 유지 중량을 절개 박리에 의해 측정하고, 전체의 중량으로부터, 각 층의 유지 분배율을 계산하였다.
· 강연도
JISL1913 일반 단섬유 부직포 시험 방법의 강연도·걸리법에 기초하여, 측정하여, 강연도 mgf를 산출하였다.
· 용융 점도
건조 처리 후의 중합체를 방사 시의 압출기 온도로 설정한 오리피스에 세트하여 5분간 용융 상태를 유지한 뒤, 몇 수준의 하중을 가해서 압출하고, 그때의 전단 속도와 용융 점도를 플롯한다. 그 데이터를 바탕으로, 전단 속도-용융 점도 곡선을 작성하여, 전단 속도가 1000sec-1일 때의 용융 점도를 판독했다.
· 알칼리 감량 속도비
해 성분 및 도 성분의 중합체를, 각각, 직경 0.3㎜, 길이 0.6㎜인 둥근 구멍을 24 구멍 갖는 구금으로부터 토출하고, 1000 내지 2000m/min의 방사 속도로 인취하여 얻은 미연신사를 잔류 신도가 30 내지 60%의 범위가 되도록 연신하여, 83dtex/24필라멘트의 멀티 필라멘트를 제작하였다. 이것을 1.5wt%NaOH 용액 80℃를 사용하여, 욕비 100으로 하여, 용해 시간과 용해량으로부터 감량 속도를 산출하였다.
[실시예 1]
단섬유 직경 700㎚×길이 0.5㎜(애스펙트비=714)의 나노 파이버 섬유 A와, 섬도 1.7dtex×길이 5㎜의 폴리에틸렌테레프탈레이트 연신 섬유 B와, 바인더 섬유 C로서 섬도 1.7dtex×길이 5㎜의 코어-시스 복합형 열 접착성 섬유를 준비하였다. 해당 코어-시스 복합형 열 접착성 섬유는 코어 중합체와 시스 중합체를 50/50wt%의 비율로 단면 형성한 것이다. 또한, 코어 중합체는 융점 256℃의 폴리에틸렌테레프탈레이트이다. 한편, 시스 중합체는 테레프탈산, 이소프탈산, 에틸렌글리콜 및 디에틸렌글리콜을 주성분으로 하는 비정질성 공중합 폴리에스테르이다.
이들을 A:B:C=1:59:40의 비율로 배합하여, 분산제·소포제를 적당량 첨가하고, 분산시킨 슬러리를 원망으로 습식 초지하고, A:B:C=5:55:40의 비율로 배합한 분산제·소포제를 적절히 첨가하고, 경사 단망으로 습식 초지하고, 중첩하고, 양키 드라이어에 도입하여, 건조·열처리하였다.
[실시예 2 내지 5, 7, 비교예 1 내지 3]
나노 파이버 섬유 A:연신 섬유 B:바인더 섬유 C의 배합비를 표 1에 나타낸 바와 같이 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지 방법으로 부직포를 제작하였다.
[실시예 6]
나노 파이버 섬유 A로서 단섬유 직경이 400㎚, 길이 0.4㎜인 섬유를 사용하여, 표 1에 기재된 배합량·단위 면적당 중량으로, 실시예 1과 마찬가지로 초지하였다.
[비교예 4 내지 5]
표 1에 나타낸 바와 같이, 비교예 4에서는, 섬유 직경이 150㎚인 나노 파이버 섬유 A를 사용해서 초지하였다. 또한, 비교예 5에서는, 나노 파이버 섬유 대신에 섬유 직경 1.5㎛의 섬유를 사용해서 초지하였다.
[실시예 8 내지 10]
표 2에 나타낸 바와 같이, 폴리에틸렌테레프탈레이트 장섬유를 포함하는 스펀본드 부직포를 포함하는 기재층에 스프레이 접착제를 용융 분무 후, 습식 부직포층 (1)에 부착하였다. 적층 순서는 상류측(에어의 유입측)으로부터, 기재층, 습식 부직포층 (1), 습식 부직포층 (2)의 순으로 하였다.
[실시예 11]
표 2에 나타낸 바와 같이, 2.2dtex×길이 51㎜의 폴리에스테르 연신사를 포함하는 단섬유, 2.2dtex×길이 51㎜의 코어-시스 복합 단면 섬유를 포함하는 바인더 섬유를, 이 순으로 60:40의 배합 비율로 포함하는, 카드 웹을 포함하는 단위 면적당 중량 100g/㎡의 단섬유 부직포(기재층)를 준비하였다.
계속해서, 히터 온도 190℃의 오븐을 포함하는 벨트 라미네이트기를 사용하여, 습식 부직포층 (1)에 해당 단섬유 부직포(기재층)를 서멀본드 접착했다. 적층 순서는 상류측(에어의 유입측)으로부터, 기재층, 습식 부직포층 (1), 습식 부직포층 (2)의 순으로 하였다.
[실시예 12]
표 2에 나타낸 바와 같이, 기재층으로서 폴리프로필렌(PP)을 포함하는 스펀본드 부직포를 사용한 것 이외에, 실시예 10과 마찬가지로 부착 가공을 행하여 적층 필터용 여과재를 제작하였다.
이하, 실시예·비교예의 결과에 대해서 설명한다.
실시예 1 내지 5에서 얻어진 여과재는, 나노 파이버 섬유 A의 배합 농도차에 의해, 2층에의 더스트의 분배 비율이 바람직하고, 수명과 포집 성능이 우수한 여과재였다. 또한, 실시예 6에서 얻어진 여과재는, 단섬유 직경 400㎚의 나노 파이버 섬유 A를 사용하여, 단위 면적당 중량을 작게 한 결과, 저압력 손실 또한 고포집 성능을 갖는 것이었다. 실시예 7에서 얻어진 여과재는, 고농도층과 저농도층에 포함되는 나노 파이버 섬유 A의 농도차가 2%로 작기 때문에, 양 층간의 분급 분담 효과가 작아, 저농도층에서 대부분의 더스트 포집을 행한 결과, 전체의 DHC양이 실시예 1보다 작았다.
또한, 비교예 1에서 얻어진 여과재는, 저농도층에 나노 파이버 섬유 A가 포함되어 있지 않기 때문에, 저농도층측의 포집 성능이 작았다. 또한, 드라이어면에서 양 층의 수축차가 발생하여, 폭 방향으로 크랙이 생겨서 바람직하지 않았다. 비교예 2에서 얻어진 여과재는 바인더 섬유 C의 중량 비율이 20%로 작기 때문에, 바인더 섬유 C에 의한 네트워크 형성이 불충분하기 때문에, 부직포 강도·경도가 불충분하여, 플리트 절곡 등의 부형성이 낮았다. 반대로, 비교예 3은 바인더 섬유 C의 배합량이 크기 때문에, 드라이어면에서 수축 불균일·요철이 발생하여, 필터 성능에 불균일이 있었다. 비교예 4에서는, 150㎚의 나노 파이버 섬유를 사용하고 있어, 물에의 분산성, 여수성이 나빠서, 옷감 질의 불량 때문에, 압력 손실이 높음에도 불구하고 포집 성능이 낮았다. 비교예 5에서는, 마이크로 파이버를 사용하고 있어, 수명은 길지만 포집 효율이 낮았다.
실시예 8 내지 10에서는, 기재층으로서 폴리에틸렌테레프탈레이트 장섬유를 포함하는 스펀본드 부직포를 사용하여 굴곡 강성(강연도)을 크게 하고 있기 때문에, 플리트 부형성이 양호하였다. 또한, 실시예 11에서는, 기재층으로서 폴리에스테르 단섬유 카드 웹을 사용하고 있어, 플리트 부형성이 양호하였다. 한편, 실시예 12에서는 기재층으로서 폴리프로필렌 스펀본드를 사용하고 있어, 중합체 유래의 부드러움에 의해 굴곡 강성(강연도)이 부족하여, 플리트 부형성이 약간 불충분하였다.
본 발명에 따르면, 저압력 손실 또한 고포집 성능을 갖는 필터용 다층 여과재 및 그의 제조 방법, 및 저압력 손실 또한 고포집 성능뿐만 아니라 플리트 부형성 및 내풍압 변형성도 우수한 에어 필터가 제공되며, 그 공업적 가치는 매우 크다.
Claims (13)
- 필터용 다층 여과재이며,
단섬유 직경이 200 내지 800㎚의 범위 내이고 또한 섬유 길이가 0.4 내지 0.7㎜의 범위 내인 나노 파이버 섬유 A와, 해당 나노 파이버 섬유 A보다 단섬유 직경이 큰 섬유 B와, 바인더 섬유 C를 포함하고, (A+B):C의 중량 비율이 40:60 내지 70:30의 범위 내인 습식 부직포층 (1)과,
단섬유 직경이 200 내지 800㎚의 범위 내이고 또한 섬유 길이가 0.4 내지 0.7㎜의 범위 내인 나노 파이버 섬유 A와, 해당 나노 파이버 섬유 A보다 단섬유 직경이 큰 섬유 B와, 바인더 섬유 C를 포함하고, (A+B):C의 중량 비율이 40:60 내지 70:30의 범위 내이고, 또한 상기 습식 부직포층 (1)보다 나노 파이버 섬유 A의 중량 비율이 큰 습식 부직포층 (2)를 포함하고,
또한 상기 습식 부직포층 (1)에 있어서 JIS 8종 더스트 유지량의 비율이 60 내지 97%의 범위 내이고, 또한 상기 습식 부직포층 (2)에 있어서 JIS 8종 더스트 유지량의 비율이 3 내지 40%의 범위 내이며,
습식 부직포층 (1) 및 습식 부직포층 (2) 사이에 계면에 존재하는 것을 특징으로 하는 필터용 다층 여과재를 포함하는 에어 필터로서, 에어 필터의 두께가 0.8㎜ 이하이고, 걸리식 강연도가 2000mgf 이상인 에어 필터. - 제1항에 있어서, 상기 습식 부직포층 (2)에 포함되는 나노 파이버 섬유 A의 함유율과, 상기 습식 부직포층 (1)에 포함되는 나노 파이버 섬유 A의 함유율의 차가 3% 이상인, 에어 필터.
- 제1항에 있어서, 상기 습식 부직포층 (1)에 있어서, 단위 면적당 중량이 5 내지 60g/㎡의 범위 내인, 에어 필터.
- 제1항에 있어서, 상기 습식 부직포층 (2)에 있어서, 단위 면적당 중량이 5 내지 60g/㎡의 범위 내인, 에어 필터.
- 제1항에 기재된 필터용 다층 여과재의 제조 방법이며,
단섬유 직경이 200 내지 800㎚의 범위 내이고 또한 섬유 길이가 0.4 내지 0.7㎜의 범위 내인 나노 파이버 섬유 A와, 해당 나노 파이버 섬유 A보다 단섬유 직경이 큰 섬유 B와, 바인더 섬유 C를 사용해서 얻어진 습식 부직포층 (1)에,
단섬유 직경이 200 내지 800㎚의 범위 내이고 또한 섬유 길이가 0.4 내지 0.7㎜의 범위 내인 나노 파이버 섬유 A와, 해당 나노 파이버 섬유 A보다 단섬유 직경이 큰 섬유 B와, 바인더 섬유 C를 사용해서 얻어지고, 또한 상기 습식 부직포층 (1)보다 나노 파이버 섬유 A의 중량 비율이 큰 습식 부직포층 (2)를 적층하는, 필터용 다층 여과재의 제조 방법. - 제5항에 있어서, 상기 습식 부직포층 (1)에 포함되는 나노 파이버 섬유 A 및 상기 습식 부직포층 (2)에 포함되는 나노 파이버 섬유 A가, 해(海)/도(島) 용융 점도비가 1.1 내지 2.0이며 또한 도(島)의 수가 500 이상이고 또한 해/도의 알칼리 가수 분해 속도비가 200 이상인 해도형 복합 섬유를 커트하고, 알칼리 가수 분해에 의해 해(海) 중합체를 제거함으로써 얻어진 섬유인, 필터용 다층 여과재의 제조 방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 에어 필터가 기재층을 더 포함하는, 에어 필터.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서, 플리트가 부형되어 이루어지는, 에어 필터.
- 제1항에 있어서, 상기 습식 부직포층 (1)이 에어의 유입측에 배치되어 이루어지는, 에어 필터.
- 삭제
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| X091 | Application refused [patent] | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant |