KR20010034337A

KR20010034337A - 필터 카트리지

Info

Publication number: KR20010034337A
Application number: KR1020007008069A
Authority: KR
Inventors: 오가타사토시; 히구치요조; 야마구치오사무
Original assignee: 고토 기치; 칫소가부시키가이샤
Priority date: 1998-11-25
Filing date: 1999-11-19
Publication date: 2001-04-25
Also published as: JP3580252B2; WO2000030730A1; US7014050B1; KR100682289B1; DE19982800T1

Abstract

본 발명은, 열가소성 섬유로 이루어지고 이의 섬유 교점의 적어도 일부가 접착되어 있는 띠 모양의 장섬유 부직포를 구멍이 있는 통상체에 능직 모양으로 감아 붙여 이루어진 필터 카트리지에 의해 액 통과성, 여과 라이프, 여과 정밀도의 안정성 등이 우수한 통 모양의 필터 카트리지에 관한 것이다. 당해 장섬유 부직포를 구성하는 열가소성 섬유가 저융점 수지와 고융점 수지로 이루어지고 이들 양쪽 수지의 융점 차이가 10℃ 이상인 열접착성 복합섬유인 것이 특히 바람직하다.

Description

필터 카트리지{Filter cartridge}

현재, 유체를 정화하기 위해 여러 가지 필터가 개발, 생산되고 있다. 이 중에서도 여과재의 교환이 용이한 카트리지형의 필터(이하, 필터 카트리지라고 약칭한다)는 공업용 액체 원료 중의 현탁 입자의 제거, 케이크 여과장치로부터 유출되는 케이크의 제거, 공업용수 정화 등의 산업상의 광범위한 분야에서 사용되고 있다.

필터 카트리지의 구조는 종래부터 몇 가지 종류가 제안되어 있다. 이 중에서도 가장 전형적인 것은 실패형 필터 카트리지이다. 이는 여과재로 되는 방적사를 구멍이 있는 원통상의 코어에 능직 모양으로 감아 붙인 다음, 방적사를 보풀이 일게 하여 만들어지는 원통형 필터 카트리지로서, 제조가 용이하고 염가인 점으로인해 오래전부터 이용되고 있다. 별도의 구조로서 부직포 적층형 필터 카트리지가 있다. 이것은 구멍이 있는 원통상의 코어에 카딩 부직포 등의 부직포를 수종류, 단계적으로 동심원상으로 감아 돌려 만들어지는 원통형 필터 카트리지이며 최근의 부직포 제조기술의 발달에 따라 몇 종류가 실용화되고 있다.

그러나, 이들 필터 카트리지에도 몇가지 결점이 있다. 예를 들면, 실패형 필터 카트리지의 이물질 포집방법은 방적사로부터 발생하는 보푸라기로 이물질을 포집하며 또한 방적사끼리의 간극에 이물질을 포박하는 것이지만 보푸라기 및 간극의 크기나 형태의 조정이 어려우므로 포집할 수 있는 이물질의 크기나 양에 한계가 있다는 결점이 있다. 또한, 방적사는 단섬유로부터 만들어지므로 필터 카트리지에 유체가 흐르면 방적사의 구성 섬유가 탈락한다는 결점이 있다. 또한, 방적사를 제조할 때에는 원료로 되는 단섬유가 방적기에 정전기 등의 원인으로 부착하는 것을 방지하기 위해 표면에 미량의 계면활성제를 도포하는 경우가 많다. 이러한 계면활성제를 도포한 방적사로부터 만들어진 필터 카트리지로 액체를 여과하는 경우, 액의 기포 발생, TOC(전체 유기탄소량), COD(화학적 산소요구량), 전기전도도의 증가 등의 액의 청정도에 악영향을 주는 요소가 있다. 또한 방적사는 상기한 바와 같이 단섬유를 방적하여 만들어지므로 단섬유의 방사, 방적이라는 적어도 2단계의 공정을 요하므로 결과적으로 가격이 높아지는 경우가 있다.

또한 도 1에 도시된 바와 같은 구멍이 있는 통상(筒狀)체의 주위에 광폭의 부직포를 그대로 김밥 모양으로 감아 붙인 구조의 필터, 이른바 부직포 적층형 필터 카트리지는 이의 성능이 부직포에 의해 결정된다. 부직포의 제조는 단섬유를 카드기나 에어레이드기로 교락(交絡)시킨 다음, 필요에 따라 열풍 가열기나 가열 로울 등으로 열처리를 하여 만드는 방법 또는 용융유동법, 스펀 본드법 등의 직접 부직포로 하는 방법에 의해 실시되는 경우가 많다. 그러나 카드기, 에어레이드기, 열풍 가열기, 가열 로울, 용융유동기, 스펀 본드기 등의 부직포 제조에 사용되는 모든 기계가 기계폭 방향으로 단위면적당 중량 등의 부직포 물성의 불균일이 생기는 경우가 많다. 따라서, 필터 카트리지가 품질 불량으로 되거나, 불균일을 없애기 위한 고도한 제조기술을 사용하여 제조원가가 높아지는 경우가 있다. 또한 부직포 적층형 필터 카트리지에는 1품종에 대해 2 내지 6종류 정도의 부직포를 사용하는 것이 필요하며 또한 필터 카트리지의 품종에 따라 상이한 부직포를 사용하는 것이 필요하므로 이에 따라 제조원가가 높아지는 경우가 있다.

이러한 종래의 필터 카트리지의 문제점을 해결하기 위해 몇가지 방법이 제안되어 있다.

예를 들면, 일본 특허공보 제(소)63-15004호(미합중국 특허 4,278,551)에는 표면을 양이온성 콜로이드상 실리카로 변성한 연속사(絲) 다발의 중첩 권취부착체로 구획하여 이루어진 관상(管狀) 부재로 이루어진 다공질 권취부착 카트리지 필터가 제안되어 있다. 이러한 공보에 따르면 당해 필터는 양이온성 실리카 콜로이드를 사용하므로 종래의 실패형 필터보다 이물질 제거율이 높다고 하지만 양이온성 실리카 콜로이드를 사용하므로 상기와 같은 액의 청정도에 대한 영향이 있다고 생각한다.

또한 일본 실용신안공보 제(평)6-7767호에는 테이프상의 다공성 종이를 가연(加撚; trwisting)하면서 눌러 찌부러뜨려 압착하고 이의 직경을 3mm 정도로 규제한 여과 소재를 다공성 내통(內筒)에 밀접 능직으로 감아 돌리는 형태의 필터 카트리지가 제안되어 있다. 이 방법에서는 감아 돌리는 권취회전 피치를 다공성 내통으로부터 외부로 향함에 따라 크게 할 수 있다는 특징이 있다. 그러나 여과 소재를 눌러 찌부러뜨려 압착하는 것이 필요하며 따라서 이물질의 포집은 주로 여과 소재의 권취 피치간에서 실시되므로 종래의 방적사를 사용하는 실패형 필터가 이의 보푸라기로 이물질을 포집하는 바와 같은 여과 소재 그 자체에 의한 이물질 포집을 기대하기 어렵다. 이에 따라 필터가 표면 폐쇄되어 여과 라이프가 짧아지거나 액 통과성이 떨어지는 경우가 있다. 이러한 유사 발명으로서 일본 특허공보 제(평)1-25607호, 실용실안공보 제(평)3-52090호, 공개특허공보 제(평)1-317513호를 들 수 있지만 모두 여기서 언급된 문제를 포함하고 있다.

별도의 방법으로서 일본 공개특허공보 제(평)1-115423호에는 미세공이 많이 천공된 보빈에 셀룰로스·스펀 본드 부직포를 띠 모양 물체로 재단하여 좁은 구멍을 통과시켜 가연한 끈 모양 물체를 감아 돌리게 한 형태의 필터가 제안되어 있다. 이 방법을 사용하면 종래의 침엽수 펄프를 정제한 α-셀룰로스를 박엽(薄葉)지로 하여 이것을 로울상으로 감아 붙인 로울 디쉬 필터와 비교하여 기계강도가 높으며 물에 의한 용해나 결합제의 용출이 없는 필터를 만들 수 있다고 생각한다. 그러나 이러한 필터에 이용되는 셀룰로스·스펀 본드 부직포는 종이 모양의 형태를 하고 있으므로 강성이 과도하며 종래의 실패형 필터가 이의 보푸라기로 이물질을 포집하는 바와 같은 여과 소재 그 자체에 의한 이물질 포집을 기대하기 어렵다. 또한 셀룰로스 스펀 본드 부직포는 종이 모양의 형태를 하고 있으므로 액 중에서 팽윤하기 쉬우며 팽윤에 의해 필터 강도의 감소, 여과 정밀도의 변화, 액 통과성의 악화, 여과 라이프의 감소 등의 여러가지 문제가 생길 가능성이 있다. 또한 셀룰로스·스펀 본드 부직포의 섬유 교점의 접착은 화학적인 처리 등으로 실시되는 경우가 많지만 이의 접착은 불충분해지는 경우가 많으며 여과 정밀도의 변화 원인으로 되거나 또는 섬유 부스러기의 탈락의 원인으로 되는 것이 많으므로 안정적인 여과 성능을 얻기 곤란하다. 일본 공개실용실안공보 제(소)54-36878호에는 별도의 발명자에 의한 결합제를 사용하지 않는 테이프상의 셀룰로스계 부직포를 사용하는 필터가 제안되어 있지만 같은 문제를 가지고 있다.

또한, 일본 공개특허공보 제(평)4-45810호에는 구성 섬유의 10중량% 이상이 0.5데니어 이하로 분할되어 있는 복합섬유로 이루어진 슬릿 부직포를 다공성 코어 통 위에 섬유 밀도가 0.18 내지 0.30으로 되도록 감아 붙인 필터가 제안되어 있다. 본 방법을 이용하면 섬도(纖度)가 작은 섬유에 의해 액체중의 미세한 입자를 포착할 수 있다는 특징이 있다. 그러나 복합섬유를 분할시키기 위해 고압수 등에 의해 응력을 거는 것이 필요하며 고압수 가공에서는 부직포 전체에 걸쳐 균일하게 분할시키는 것이 곤란하다. 균일히 분할되지 않는 경우, 부직포 중의 잘 분할된 장소와 분할이 불충분한 장소로 포집 입자직경에 차이가 생기므로 여과 정밀도가 조악해질 가능성이 있다. 또한 분할할 때에 사용하는 응력에 의해 부직포 강도가 저하되는 경우가 있으므로 만들어진 필터의 강도가 저하되어 사용 중에 변형되기 쉬워지거나 또는 필터의 공극율이 변화되어 액 통과성이 저하될 가능성이 있다. 또한 부직포 강도가 낮으면 다공성 코어 통 위에 감아 붙일 때에 장력 조정이 어려워지므로 미묘한 공극율의 조정이 어려워지는 경우가 있다. 또한 분할 용이 섬유를 만들기 위해 요구되는 방사기술이나 제조시의 운전 비용이 증가함에 따라 필터의 제조원가가 높아지므로 상기와 같은 여과 성능상의 과제를 해결하면 제약공업이나 전자공업과 같은 고도의 여과 성능이 요구되는 분야의 일부에는 사용할 수 있다고 생각되지만 풀장의 물의 여과나 도금 공업용의 도금액의 여과와 같이 필터가 염가인 것이 요구되는 용도에는 사용이 어렵다고 생가된다. 이와 유사한 발명에서서는 일본 공개특허공보 제(평)4-45811호와, 공개실용신안공보 제(평)4-131412호, 제(평)4-131413호, 제(평)5-2715호 및 제(평)5-18614호를 들 수 있지만 모두 여기서 언급된 문제를 포함하고 있다.

또한 일본 공개특허공보 제(평)7-60034호에는 열수축성을 달리하는 2성분의 편심 쉬쓰코어형 복합 단섬유를 입체 권축(捲縮)시켜 무연(無撚)의 편평한 테이프상으로 하여 다공성 코어 통 위에 감아 돌리는 필터가 제안되어 있다. 이 공보에 따르면 당해 필터는 종래의 필터보다도 기포 발생이 적으며 섬유 부스러기의 유출이 적다. 그러나 이러한 필터를 구성하는 섬유는 입체 권축성을 갖고 있다고 할 수 있으며 실과 실의 접착이 없으므로 여과 압력이 상승할 때에는 포집된 이물질이 용이하게 이동되어 버리고 여액 중에 이물질이 유출될 가능성이 있다. 이와 유사한 특허인 일본 공개특허공보 제(평)7-328356호도 여기서 언급된 문제를 포함하고 있다.

본 발명의 목적은 상기한 과제를 해결하는 것이며, 검토 결과, 열가소성 섬유로 이루어진 장섬유 부직포를 구멍이 있는 통상(筒狀)체에 능직 모양으로 감아 붙임으로써 액 통과성, 여과 라이프, 여과 정밀도의 안정성 등이 우수한 통 모양 필터 카트리지를 얻을 수 있는 것을 밝혀내고 본 발명에 도달했다.

본 발명은 액체 여과용 필터 카트리지, 상세하게는 열가소성 섬유로 이루어진 장섬유 부직포를 띠 모양으로 슬릿하고 이것을 능직 모양으로 감아 붙인 필터 카트리지에 관한 것이다.

도 1은 부직포가 김밥 모양으로 감긴 상태를 도시한 것이다.

도 2는 장섬유 부직포의 엠보스 패턴에 의한 이물질 포집상황을 도시하는 설명도이다.

도 3은 띠 모양 장섬유 부직포를 가공하지 않고 그대로 감아 붙이는 모양을 도시하는 설명도이다.

도 4는 띠 모양 장섬유 부직포에 꼬임을 가하면서 감아 붙이는 모양을 도시하는 설명도이다.

도 5는 띠 모양 장섬유 부직포를 작은 구멍을 통해 집속시키고 나서 감아 붙이는 모양을 도시하는 설명도이다.

도 6은 띠 모양 장섬유 부직포를 주름 형성 가이드로 주름 모양 물체로 가공하는 모양을 나타내는 도면이다.

도 7은 본 발명에서 사용되는 주름 형성 가이드의 한가지 예를 도시하는 단면도이다.

도 8은 본 발명에서 사용되는 주름 형성 가이드의 한가지 예를 도시하는 단면도이다.

도 9는 주름이 평행하지 않은 주름 모양 물체의 단면 형상의 한가지 예를 도시하는 설명도이다.

도 10은 주름이 평행한 주름 모양 물체의 단면 형상의 한가지 예를 도시하는 설명도이다.

도 11은 주름 형성 가이드, 좁은 직사각형 구멍, 작은 구멍의 위치관계를 도시하는 설명도이다.

도 12는 본 발명에 따른 주름 모양 물체의 한가지 예를 도시하는 일부를 절단한 사시도이다.

도 13은 본 발명에 따른 필터 카트리지의 사시도이다.

도 14는 본 발명에 따른 필터 카트리지의 횡단면도이다.

도 15는 스펀 본드 부직포의 개념도이다.

도 16은 단섬유 부직포의 개념도이다.

부호의 설명을 하기와 같이 한다.

1은 엠보스 패턴에 의한 강한 열압착이 있는 부분이다.

2는 엠보스 패턴으로부터 벗어남에 따른 약한 열압착만이 있는 부분이다.

3은 이물질이다.

4는 엠보스 패턴으로부터 벗어남에 따른 약한 열압착만이 있는 부분을 통과하는 이물질이다.

5는 띠 모양 장섬유 부직포 또는 이의 집속물이다.

6은 세폭공(孔)의 트래버스(traverse) 가이드이다.

7은 보빈이다.

8은 구멍이 있는 통상체이다.

9는 필터 카트리지이다.

10은 트래버스 가이드이다.

11은 트래버스 가이드이다.

12는 외부규제 가이드이다.

13은 내부규제 가이드이다.

14는 작은 구멍이다.

15는 주름 모양 물체이다.

16는 주름 형성 가이드이다.

17은 빗 모양의 주름 형성 가이드이다.

18은 좁은 직사각형 구멍이다.

19는 띠 모양 장섬유 부직포 집속물을 내포하는 최소면적의 계란형이다.

20은 어떤 띠 모양 장섬유 부직포 집속물과 이의 하나의 하층에 감긴 띠 모양 장섬유 부직포 집속물의 간격이다.

21은 내층이다.

22는 정밀 여과층이다.

23은 외층이다.

24는 띠 모양 장섬유 부직포 집속물이다.

25는 스펀 본드 부직포를 구성하는 장섬유이다.

26은 입자이다.

27은 단섬유 부직포를 구성하는 단섬유이다.

발명을 실시하기 위한 최량의 형태

하기에 본 발명의 양태를 구체적으로 설명한다.

본 발명에 사용되는 열가소성 섬유에는 용융 방사할 수 있는 모든 열가소성 수지를 사용할 수 있다. 이의 예로서 폴리프로필렌, 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 선상 저밀도 폴리에틸렌, 공중합 폴리프로필렌(예: 프로필렌을 주체로 하여 에틸렌, 부텐-1,4-메틸펜텐-1 등과의 2원 또는 다원 공중합체) 등을 비롯한 폴리올레핀계 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 산 성분을 테레프탈산 이외에 이소프탈산을 가하여 공중합한 이들 저융점 폴리에스테르를 비롯한 폴리에스테르계 수지, 나일론 6, 나일론 66 등의 폴리아미드계 수지, 폴리스티렌계 수지(어택틱 폴리스티렌, 신디오택틱 폴리스티렌), 폴리우레탄 탄성중합체, 폴리에스테르 탄성중합체, 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 열가소성 수지를 제시할 수 있다. 또한 락트산계 폴리에스테르 등의 생분해성 수지를 사용하여 필터 카트리지에 생분해성을 갖게 하는 등의 기능성 수지를 사용할 수 있다. 또한 메탈로센 촉매로 중합한 폴리올레핀계 수지나 폴리스티렌계 수지 등을 사용하면 부직포 강도의 향상, 내약품성의 향상, 생산 에너지의 감소 등의 메탈로센 수지의 특성이 필터 카트리지를 활성화하므로 바람직하다. 또한 장섬유 부직포의 열접착성이나 강성을 조정하기 위해 이들 수지를 배합하여 사용할 수 있다. 이들 중에서도 필터 카트리지를 상온의 수용액 여과에 사용하는 경우에는 내약품성과 가격의 점에서 폴리프로필렌를 비롯한 폴리올레핀계 수지가 바람직하며 비교적 고온의 액에서 사용하는 경우에는 폴리에스테르계 수지, 폴리아미드계 수지 또는 신디오택틱 폴리스티렌 수지 등이 바람직하다.

또한 본 발명에서 사용하는 장섬유 부직포를 구성하는 섬유는 융점차가 10℃ 이상, 바람직하게는 15℃ 이상인 저융점 수지와 고융점 수지로 이루어진 복합섬유인 경우에는 부직포의 섬유 접합점의 열접착이 견고해진다. 또한 여기서 말하는 융점이란 수지를 시차주사형 열량계(DSC)로 측정할 때에 피크 온도를 가리키며 명료한 피크가 나타나지 않는 수지의 경우에는 이의 유동 개시온도를 가리킨다. 융점차의 상한은 특별한 것은 없지만 용융 방사할 수 있는 열가소성 수지 중에서 최고 융점의 수지와 최저 융점의 수지의 온도차에 해당한다. 또한 융점이 존재하지 않는 수지의 경우에는 유동 개시온도를 융점이라고 간주한다. 섬유 접합점의 열접착이 견고하면 필터 카트리지로서 사용하는 경우, 여과 압력이나 수 통과량이 상승할 때에 섬유 접합점 부근에서 포착된 입자가 유출될 가능성이 작아지며 또한 필터 카트리지의 변형이 작아지며 또한 여액 중에 함유된 물질에 의해 잠정적으로 섬유가 약화되는 경우에도 섬유가 탈락되는 확률이 작아지므로 바람직하다.

이러한 복합섬유의 저융점 수지와 고융점 수지의 조합은 융점차 10℃ 이상, 바람직하게는 15℃ 이상이면 특별히 한정하지 않으며 선상 저밀도 폴리에틸렌/폴리프로필렌, 고밀도 폴리에틸렌/폴리프로필렌, 저밀도 폴리에틸렌/폴리프로필렌, 프로필렌과 기타 α-올레핀의 공중합체/폴리프로필렌, 선상 저밀도 폴리에틸렌/고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌/고밀도 폴리에틸렌, 각종 폴리에틸렌/열가소성 폴리에스테르, 폴리프로필렌/열가소성 폴리에스테르, 공중합 폴리에스테르/열가소성 폴리에스테르, 각종 폴리에틸렌/나일론 6, 폴리프로필렌/나일론 6, 나일론 6/나일론 66, 나일론 6/열가소성 폴리에스테르 등을 들 수 있다. 이 중에서도 선상 저밀도 폴리에틸렌/폴리프로필렌의 조합을 사용하면 장섬유 부직포의 강성이나 공극율의 조정을 부직포 제조시의 섬유 교점의 융착 공정에서 용이하게 조절할 수 있으므로 바람직하다. 또한 비교적 고온의 액에서 사용하는 경우에는 에틸렌글리콜에 대하여 테레프탈산과 이소프탈산을 공중합한 저융점 폴리에스테르/폴리에틸렌 테레프탈 레이트의 조합도 적절하게 사용할 수 있다.

본 발명에서 사용하는 장섬유 부직포는 스펀 본드법 등에 의해 수득되는 장섬유 부직포이다. 스펀 본드법 등에 의해 만들어진 장섬유 부직포는 도면 15에 도시된 바와 같이 섬유방향이 기계방향과 일치하므로 섬유(25)로 구성되는 구멍이 가늘고 길어지며 최대 통과 입자직경(26)이 작아진다. 이에 대하여 카드법 등으로 수득되는 단섬유로 이루어진 부직포의 경우, 도 16에 도시된 바와 같이 섬유방향이 일정하지 않으므로 섬유(27)로 구성되는 구멍은 원 또는 정방형에 가까운 형태로 되며 스펀 본드법 등으로 만들어진 장섬유 부직포와 개공율(開孔率)이 동일해도 최대 통과 입자직경(26)이 커진다. 여과재의 수 통과성은 섬유 직경이 동일하면 개공율로 거의 결정되므로 스펀 본드법 등에 의해 만들어진 장섬유 부직포를 사용함으로써 수 통과성이 우수한 필터가 얻어진다. 이러한 효과는 접착제 등의 여과재의 구멍을 막는 것 같은 결합제를 사용하는 경우에는 작아지므로 셀룰로스 스펀 본드 부직포의 사용은 바람직하지 않다. 또한 셀룰로스 스펀 본드 부직포를 사용하면 부직포의 강도가 약해지므로 필터의 구멍 막힘 등의 원인으로 여과 압력이 상승하는 경우에는 섬유로 구성되는 구멍이 변형되기 쉬워진다는 문제가 있다. 한편, 본 발명에 사용되는 장섬유 부직포의 평균 단사섬도는 필터 카트리지의 용도나 수지의 종류에 따라 상이하므로 일률적으로는 규정하기 어렵지만 0.6 내지 3000dtex의 범위가 바람직하다. 섬도를 3000dtex 이상으로 하면 단순히 연속사를 묶은 것을 사용하는 경우와 차이가 없어지며 장섬유 부직포를 사용하는 의미가 없어진다. 또한 0.6dtex 이상으로 함으로써 충분한 부직포 강도를 얻을 수 있으므로 하기하는 방법에 따라 이러한 부직포를 주름 모양 물체로 가공하는 것을 용이하게 할 수 있으며 또한 만들어진 필터 카트리지의 강도도 커져서 바람직하다. 또한 현행의 스펀 본드법으로 0.6dtex보다 작은 섬도의 섬유를 방사하고자 하는 경우, 사용되는 노즐의 가공성이나 방적 가능성이 나빠지며 결과적으로 제조된 스펀 본드 부직포의 가격이 비싸지는 경우가 있다.

또한 장섬유 부직포의 구성 섬유는 반드시 원형 단면일 필요는 없으며 이형 단면사를 사용할 수 있다. 이러한 경우, 미소 입자의 포집은 필터의 표면적이 클 수록 많아지므로 원형 단면의 섬유를 사용하는 경우보다 동일한 액 통과성으로 높은 정밀도의 필터 카트리지를 만들 수 있다.

또한 장섬유 부직포의 원료 수지에 폴리비닐알콜 등의 친수성 수지를 혼합하거나 또는 장섬유 부직포 표면에 플라즈마 가공하는 등으로 장섬유 부직포를 친수화하면 수성 액에 사용하는 경우에는 액 통과성이 향상되므로 수용액을 여과하는 경우에는 이러한 수지를 사용하는 필터가 바람직하다.

또한 본 발명에서 사용하는 장섬유 부직포의 섬유 교점의 열접합 방법은 열 엠보스 로울, 열 플랫 캘린더 로울과 같은 장치를 사용하여 열압착하는 방법이나 열풍 순환형, 열 스루에어형(heat through-air type), 적외선 가열기형, 상하방향 열풍 분출형 등의 열처리기를 사용하는 방법 등을 들 수 있다. 이 중에서도 열 엠보스 로울을 사용하는 방법은 부직포의 제조속도를 향상시킬 수 있어서 생산성이 양호하며 비용을 염가로 할 수 있어서 바람직하다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이 열 엠보스 로울을 사용하는 방법으로 만들어진 장섬유 부직포는 엠보스 패턴에 의한 강한 열압착이 있는 부분(1)과 엠보스 패턴으로부터 벗어남에 따른 약한 열압착만이 있는 부분(2)이 존재한다. 이에 따라 강한 열압착이 있는 부분(1)에서는 많은 이물질(3,4)을 포집할 수 있다. 한편, 약한 열압착 만이 있는 부분(2)에서는 이물질의 일부는 포집되지만 나머지 이물질은 장섬유 부직포를 통과하여 다음 층으로 이동할 수 있으므로 여과재의 내부까지 이용하는 심층 여과구조로 되어 바람직하다.

이러한 경우, 엠보스 패턴의 면적은 5 내지 25%로 하는 것이 바람직하다. 이러한 면적을 5% 이상으로 함으로써 상기와 같은 섬유 교점의 열접합에 따른 효과를 향상시킬 수 있으며 25% 이하로 함으로써 부직포의 강성이 너무 커지는 것을 억제할 수 있거나 또는 이물질이 장섬유 부직포를 어느 정도 통과하는 것을 용이하게 하며 통과한 이물질은 필터 내부에서 포착함으로써 필터 수명을 연장할 수 있다.

또한 다음에 기재하는 방법으로 필터 카트리지 형상으로 가공한 다음, 적외선이나 스팀 처리 등에 의해 섬유 교점을 열접착시켜도 상관없다. 또는 에폭시 수지 등의 접착제를 사용하여 섬유 교점을 화학적으로 접착할 수 있지만 열접합하는 경우와 비교하면 개공율이 낮아지므로 액 통과성이 저하되는 경우가 있다.

본 발명의 특징의 하나로서 부직포를 구성하는 열가소성 섬유로서 열접착성 복합섬유를 사용하는 경우가 있다. 열접착성 복합섬유를 사용함으로써 열접착할 때에 단섬유의 일부만을 융해시키기 위해 접착점의 형상이 매끈매끈하며 접착점의 붕괴에 따른 여액으로 수지가 혼입될 위험성도 적은 것이다. 이러한 열접착성 복합섬유 부직포의 제조방법으로서는 예를 들면, 일본 공개특허공보 제(평)10-88460호를 들 수 있다.

또한 장섬유 부직포의 단위면적당 중량, 즉 부직포 단위면적당 중량은 5 내지 200g/m²이 바람직하다. 이러한 값이 5g/m²보다도 작아지면 섬유량이 적어지므로 부직포의 불균일이 커지거나 부직포의 강도가 저하되거나 상기와 같은 섬유 교점의 열접합이 어려워지는 경우가 있다. 한편, 이러한 값이 200g/m²보다도 커지면 부직포의 강성이 너무 커지므로 다음에 구멍이 있는 통상체에 능직 모양으로 감아 붙이기 어려워진다.

다음에 이러한 장섬유 부직포를 띠 모양으로 한다. 띠 모양으로 하는데는 방사폭을 조절하여 직접 띠 모양의 부직포를 만드는 방법도 사용할 수 있지만 보다 바람직하게는 넓은 폭의 장섬유 부직포를 띠 모양으로 슬릿하는 방법을 사용하는 것이다. 이 때의 슬릿폭은 사용하는 부직포의 단위면적당 중량에 따라서도 상이하지만 0.5cm 이상이 바람직하다. 이러한 폭이 0.5cm보다도 작아지면 슬릿할 때에 부직포가 절단될 염려가 있으며 또한 다음에 띠 모양 부직포를 능직 모양으로 권취할 때에 장력 조정이 어려워지며 또한 동일한 공극율의 필터를 만드는 경우에는 권취 시간이 길어지며 생산성이 저하된다. 한편, 슬릿폭의 상한은 단위면적당 중량에 따라 상이하며 슬릿 폭(cm) × 단위면적당 중량(g/m²)의 값이 200 이하인 것이 바람직하다. 이러한 값이 200보다 커지면 부직포의 강성이 너무 커지므로 다음에 구멍이 있는 통상체에서 능직 모양으로 감아 붙이기 어려워지며 또한 섬유량이 너무 많아지므로 조밀하게 감아 붙이는 것이 어려워진다. 또한 방사 폭을 조절하여 직접 띠 모양의 부직포를 만드는 경우에도 바람직한 단위면적당 중량 및 부직포 폭의 범위는 슬릿하여 띠 모양으로 하는 경우와 동일하다.

이러한 띠 모양의 장섬유 부직포를 하기와 동일한 방법으로 가공하고 나서 능직 모양으로 감아 붙일 수 있지만 가공하지 않고 그대로 감아 붙일 수 있다. 이러한 경우의 제조법의 한가지 예를 도 3에 도시한다. 권취기에는 통상적인 실패형 필터 카트리지에 사용되는 와인더를 사용할 수 있다. 공급되는 띠 모양 장섬유 부직포(5)는 능직모습을 하면서 작동하는 세폭공(細幅孔)의 트래버스 가이드(6)를 통한 다음, 보빈(7)에 부착된 구멍이 있는 통상체(8)에 권취되어 필터 카트리지(9)로 된다. 이러한 방법으로 만들어진 필터 카트리지는 대단히 조밀하게 되므로 정밀도가 미세한 필터 카트리지로 된다. 단, 본 방법에서는 와인드수를 변경하여 여과 정밀도를 조정하는 것이 곤란하다.

한편, 이러한 띠 모양의 장섬유 부직포에 꼬임을 가하고 나서 권취할 수 있다. 이러한 경우의 제조법의 한가지 예를 도 4에 도시한다. 이러한 경우에도 권취기에는 통상적인 실패형 필터 카트리지에 사용되는 와인더를 사용할 수 있다. 부직포는 꼬임에 의해 외관상 굵어지므로 트래버스 가이드(10)는 도 3의 경우보다 구멍 직경이 큰 것이 바람직하다. 부직포에 꼬임을 가하면 단위 길이당의 꼬임의 수 또는 비트는 강도에 따라 부직포의 외관 공극율을 변화시킬 수 있으므로 여과 정밀도를 조정할 수 있다. 이 때의 꼬임의 수는 띠 모양의 장섬유 부직포 1m당 50 내지 1000회의 범위가 바람직하다. 이러한 값이 50회보다 작아지면 꼬임을 가하는 효과가 거의 얻어지지 않는다. 또한 이러한 값이 1000회보다 많아지면 만들어진 필터 카트리지가 액 통과성에서 조잡해지므로 바람직하지 않다.

또한 상기한 띠 모양의 장섬유 부직포를 임의의 방법으로 집속시키고 나서 구멍이 있는 통상체에 감아 붙이는 것은 보다 바람직한 방법이다. 이러한 방법으로서는 띠 모양의 부직포를 단순히 작은 구멍 등을 통해서 집속시킬 수 있으며 띠 모양의 부직포를 주름 형성 가이드로 단면 형상을 예비성형한 후에 작은 구멍 등을 통해서 주름 모양 물체로 가공할 수 있다. 이러한 방법을 사용하면 트래버스 가이드의 능직 외양 속도와 보빈의 회전속도의 비율을 조절하여 권취 패턴을 변경할 수 있으므로 동일한 종류의 띠 모양 장섬유 부직포로부터 다양한 성능의 필터 카트리지를 만들 수 있다.

띠 모양의 장섬유 부직포를 집속시키는 방법으로서 단순히 작은 구멍을 통과시키는 경우의 제조법의 한가지 예를 도 5에 도시한다. 이러한 경우에도 권취기에는 통상적인 실패형 필터 카트리지에 사용되는 와인더를 사용할 수 있다. 도 5에서는 트래버스 가이드(11)의 구멍을 작은 구멍로 하는 것에 따라 띠 모양의 장섬유 부직포를 집속시키고 있지만 트래버스 가이드(11)보다도 앞의 사도(絲道)에 작은 구멍의 가이드를 설치하여도 괜찮다. 작은 구멍의 직경은 사용하는 띠 모양 장섬유 부직포의 단위면적당 중량이나 폭에 따르지만 3mm 내지 10mm의 범위가 바람직하다. 이러한 직경이 3mm보다 작아지면 띠 모양의 장섬유 부직포와 작은 구멍의 마찰이 커져서 권취 장력이 너무 높아진다. 또한 이러한 값이 10mm보다 커지면 띠 모양의 장섬유 부직포의 집속 크기가 안정되지 않게 된다.

다음에 띠 모양 장섬유 부직포를 주름 형성 가이드로 단면 형상을 예비성형한 다음에 작은 구멍 등을 통해서 주름 모양 물체로 가공하는 경우의 제조법의 한가지 예의 일부 절단 사시도를 도 6에 도시한다. 이러한 경우에도 권취기에는 통상적인 실패형 필터 카트리지에 사용되는 와인더를 사용할 수 있다. 본 방법을 채용하는 경우, 띠 모양 장섬유 부직포(5)는 주름 형성 가이드(16)를 통해 단면 형상이 예비성형되며 계속해서 작은 구멍(14)을 통해 주름 모양 물체(15)로 되며 이러한 주름 모양 물체(15)를 도면의 A 방향으로 인수하여 트래버스 가이드를 통과시켜 구멍이 있는 통상체로 권취하면 필터 카트리지로 된다. 여기서 굵은 선은 부직포의 접힌 곳을 나타내며 회색 부분은 부직포를 나타낸다.

다음에 주름 형성 가이드에 관해 설명한다. 주름 형성 가이드는 통상적으로 외부직경 3mm 내지 10mm 정도의 환봉을 가공한 것의 표면에 부직포와의 마찰을 방지하기 위한 불소 수지가공을 시행하여 만든다. 이러한 형상의 한가지 예를 도 7 내지 8에 도시한다. 여기에 든 예로서는 주름 형성 가이드(16)는 외부 규제 가이드(12)와 내부 규제 가이드(13)로 이루어진다. 이러한 주름 형성 가이드(16)의 형상은 특별히 한정되지 않지만 이러한 가이드로부터 만들어진 주름 모양 물체의 단면 형상이 주름이 평행하게 되지 않도록 집속한 것으로 이루어진 형태이면 바람직하다. 이와 같이 만들어진 주름 모양 물체의 단면 형상의 한가지 예를 도 9(A),(B),(C)에 도시했지만 이들로 한정되지 않는다. 본 발명의 이들 양태에서 주름의 적어도 일부가 평행하지 않게 되도록 집속된 주름 모양 물체을 형성시킨 것은 본 발명의 가장 바람직한 양태이다. 즉, 도 9의 단면 형상과 같이 주름의 일부가 평행하지 않게 되어 있는 경우에는 도 10(A),(B)에 도시된 바와 같이 주름의 대부분이 평행한 경우와 비교하여 여과 압력이 주름에 화살표와 같이 수직한 방향에서 걸릴 때라도 주름 모양 물체의 형상 유지력이 강하며 원래의 주름 형상으로서 여과 기능을 유지할 수 있다. 요컨대, 주름이 평행하지 않은 경우에는 주름이 평행한 경우와 비교하여 필터 카트리지의 압력 손실을 억제하는 능력이 우수하므로 주름 모양 물체의 단면 형상은 주름이 평행하지 않은 것은 특히 바람직하다. 또한 가이드는 반드시 1개일 필요는 없으며 형태나 크기가 상이한 수개의 가이드를 직렬로 늘어 놓음으로써 띠 모양 장섬유 부직포의 단면 형상을 서서히 변경하도록 하면 주름 모양 물체의 단면 형상이 장소에 따라 일정해지므로 품질의 불균일이 없어지게 되어 바람직하다.

본 발명에서 띠 모양 장섬유 부직포를 주름 모양 물체로 하고나서 구멍이 있는 통상체에 감아 붙이는 경우, 주름 모양 물체의 최종적인 주름 수는 4 내지 50개, 보다 바람직하게는 7 내지 45개이다. 주름수가 4개 미만에서는 주름 부여에 의한 여과면적 확대에 따른 효과가 결핍된다. 한편, 주름수가 50개를 초과하면 주름이 너무 작아져서 제조가 곤란하며 또한 여과기능 저하에 대한 영향이 발생하기 쉬워진다.

또한 예를 들면, 도 11에 도시된 바와 같은 빗살 형태의 주름 형성 가이드(17)를 사용하여 장섬유 부직포에 다수의 주름을 부여한 다음, 보다 좁은 직사각형 구멍(18)을 통과시키는 것으로 주름수가 보다 많아지도록 변형시키는 동시에 주름을 애트랜덤으로 평행하지 않게 할 수 있다.

또한 상기한 작은 구멍(14)을 통과한 후의 주름 모양 물체(15)를 열풍 또는 적외선 가열기 등으로 가열 가공함으로써 주름 모양 물체의 단면 형상을 고정화할 수 있다. 이러한 공정은 반드시 필요하지 않지만 주름 모양 물체의 단면 형상을 복잡하게 하거나 띠 모양 장섬유 부직포로서 강성이 높은 것을 사용하는 경우에는 단면 형상이 설계한 형태로부터 붕괴되어 버리는 경우가 있으므로 이러한 가열가공을 하는 것이 바람직하다.

다음에 본 발명에서 사용하는 집속된 띠 모양 장섬유 부직포 또는 주름 모양 물체(이하, 합쳐서 띠 모양 장섬유 부직포 집속물이라고 약칭한다)의 공극율에 관해서 설명한다. 우선, 띠 모양 장섬유 부직포 집속물의 단면적은 도 12에 도시된 바와 같이 띠 모양 장섬유 부직포 집속물(24)을 내포하는 최소 면적의 계란형(19)(계란형이란 이의 각 내각 각각이 모두 180도 이내인 다각형을 의미한다)의 면적이라고 정의한다. 그리고 띠 모양 장섬유 부직포 집속물을 소정의 길이, 예를 들면, 단면적의 평방근의 100배 길이로 절단하여 다음 등식으로 정의한다.

(띠 모양 장섬유 부직포 집속물의 외관 체적)=(띠 모양 장섬유 부직포 집속물의 단면적 × 띠 모양 장섬유 부직포 집속물의 절단 길이)

(띠 모양 장섬유 부직포 집속물의 진(眞)체적)=(절단한 띠 모양 장섬유 부직포 집속물의 중량)/(띠 모양 장섬유 부직포 집속물의 원료 밀도)

(띠 모양 장섬유 부직포 집속물의 공극율)={1-(띠 모양 장섬유 부직포 집속물의 진체적)/(띠 모양 장섬유 부직포 집속물의 외관 체적)} × 100(%)

상기 등식으로 정의된 띠 모양 장섬유 부직포 집속물의 공극율은 60 내지 95%가 바람직하며 보다 바람직하게는 85 내지 92%이다. 이러한 값을 60% 이상으로 함으로써 띠 모양 장섬유 부직포 집속물이 필요 이상으로 조밀하게 되는 것을 억제하며 필터 카트리지로서 사용할 때의 압력 손실을 충분하게 억제할 수 있거나 또는 띠 모양 장섬유 부직포 집속물중의 이물질 포집효율을 보다 향상시킬 수 있다. 또한 이러한 값을 95% 이하로 함으로써 다음에 권취가 용이해지며 또한 필터 카트리지로서 사용할 때에 이의 부하압력에 따른 여과재의 변형을 보다 작게 할 수 있다. 이것을 조정하는 방법의 예로서 권취 장력의 조정, 주름 형성 가이드 등의 가이드 형상의 조정을 들 수 있다.

또한 띠 모양 장섬유 부직포 집속물을 만들 때에 본 발명의 효과를 방해하지 않는 범위에서 입상 활성탄이나 이온교환 수지 등을 혼재시켜 가공할 수 있다. 이러한 경우에 입상 활성탄이나 이온교환 수지 등을 고정하기 위해서는 띠 모양 장섬유 부직포를 집속 또는 주름 모양 물체로 가공하기 전 또는 가공한 후에 적당한 결합제 등으로 접착할 수 있으며 입상 활성탄이나 이온교환 수지 등을 혼재시킨 후에 가열하여 장섬유 부직포의 구성 섬유와 열접착할 수 있다.

다음에 상기한 방법으로 만들어진 띠 모양 장섬유 부직포 집속물은 단면 형상이 붕괴되지 않도록 노력을 하면 반드시 연속공정으로 할 필요는 없으며 한번 적당한 보빈에 감아 놓은 후에 와인더로 권취할 수 있다.

다음에 띠 모양 장섬유 부직포의 권취 방법에 관해서 설명한다. 이러한 와인더의 보빈에 직경 약 10 내지 40mm, 길이 100 내지 1000mm 정도의 구멍이 있는 통상체를 장착하여 구멍이 있는 통상체의 말단 부분에 와인더의 사도를 통과시킨 띠 모양 장섬유 부직포(또는 띠 모양 장섬유 부직포 집속물)을 고정한다. 구멍이 있는 통상체는 필터 카트리지의 코어 재료의 역할을 하는 것이며 이의 재질이나 형상은 여과할 때에 외압에 견디는 강도를 가지며 압력 손실이 현저하게 높지 않으면 특별히 한정되지 않으며 예를 들면, 통상적인 필터 카트리지에 사용되는 코어 재료와 같이 폴리에틸렌, 폴리프로필렌을 망상(網狀)형의 통 모양으로 가공한 사출성형품일 수 있으며 또한 세라믹이나 스텐레스 등을 동일하게 가공한 것이라도 지장이 없다. 또는, 구멍이 있는 통상체로서 주름 접힘 가공한 필터 카트리지나 부직포 권회(卷回)형의 필터 카트리지 등의 다른 필터 카트리지를 사용할 수 있다. 와인더의 사도는 보빈에 평행하게 설치된 트래버스 캠에 의해 능직 모양으로 진동되므로 구멍이 있는 통상체에는 띠 모양 장섬유 부직포가 능직 모양으로 진동되어 감아 붙여진다. 이때의 감아 붙이는 조건도 통상적인 실패형 필터 카트리지 제조시에 준하여 설정하면 양호하며 예를 들면, 보빈 초속 1000 내지 2000rpm으로 하며 풀어 내는 속도를 조절하여 장력을 걸면서 감아 붙이면 좋다. 또한 이때의 장력에 따라 필터 카트리지의 공극율을 변경할 수 있다. 또한 감아 붙일 때의 장력을 조정하여 내층의 공극율을 조밀(稠密)하게 하고 중층, 외층과 감아 붙임에 따라 공극율을 조잡하게 할 수 있다. 특히 띠 모양 장섬유 부직포를 주름 모양 물체로 하고나서 구멍이 있는 통상체에 감아 붙이는 경우에는 주름 모양 물체가 구비하는 주름 형성에 따른 심층 여과구조와 더불어 외층, 중층, 내층으로 형성되는 조밀(粗密) 구조차에 의해 이상적인 여과구조를 갖는 필터 카트리지를 제공할 수 있다. 또한 여과 정밀도는 트래버스 캠의 능직 진동 속도와 보빈의 회전속도의 비율을 조정하여 감아 붙인 패턴을 변화함으로써 변경할 수 있다. 이러한 패턴의 부여 방법은 이미 공지된 통상적인 실패형 필터 카트리지의 방법을 사용할 수 있으며 필터의 길이가 일정한 경우에는 이러한 패턴을 와인드수로 나타낼 수 있다. 또한 어떤 실(본 발명의 경우에는 띠 모양 장섬유 부직포)과 이의 하나 밑층에 감긴 실의 간격(20)(도 13)이 넓은 경우에는 여과 정밀도는 거칠어지며 반대로 좁은 경우에는 세밀해진다. 이들 방법에 따라 띠 모양 장섬유 부직포를 구멍이 있는 통상체(8)(도 13)의 외부직경의 1.5배 내지 3배 정도의 외부직경까지 감아 붙여 필터 카트리지 형상으로 한다. 이것을 그대로 필터 카트리지(9)(도 13)로서 사용할 수 있으며 말단면에 두께 3mm 정도의 발포 폴리에틸렌의 개스킷을 붙이는 등으로 필터 카트리지 말단면의 하우징과의 밀착성을 올릴 수 있다.

이와 같이 이루어진 필터의 공극율은 65 내지 85%의 범위인 것이 바람직하다. 이러한 값이 65%보다 작아지면 섬유 밀도가 너무 높아지므로 액 통과성이 저하된다. 반대로 이러한 값이 85%보다 커지면 필터 카트리지 강도가 저하되며 여과 압력이 높은 경우에 필터 카트리지가 변형되는 등의 문제가 생기기 쉬워진다.

또한 띠 모양 장섬유 부직포에 끊어진 것을 넣거나 구멍을 개방하거나 함으로써 액 통과성을 개선할 수 있다. 이러한 경우, 끊어진 곳의 수는 띠 모양 장섬유 부직포 10cm당 5 내지 100개 정도가 바람직하며 구멍을 개방하는 경우에는 개공부(開孔部) 면적의 비율을 10 내지 80% 정도로 하는 것이 바람직하다. 권취할 때에 띠 모양 장섬유 부직포의 개수를 복수로 하거나 또는 방적사 등의 다른 실과 더불어 감아 붙게 하는 것으로 여과 성능을 조정할 수 있다. 또한 도 14에 도시하는 바와 같이 구멍이 있는 통상체(8)에 띠 모양 장섬유 부직포(5)를 어느 정도의 직경이 될 때까지 능직 모습으로 감아 붙여 내층(21)을 형성하며 계속해서 광폭의 부직포를 이의 내층 주위에 김밥 모양으로 감아 붙여 정밀 여과층(22)을 형성하고 계속해서 이의 주위에 띠 모양 장섬유 부직포(5)를 다시 능직 모습으로 감아 붙여 외층(23)을 형성하여 부직포를 권취하는 형태로 필터 카트리지를 만들 수 있다. 광폭 부직포를 김밥 모양으로 감아 붙이지 않는 경우에는 실 간격을 넓게 하여 거친 정밀도의 필터 카트리지를 만들 때에 입자 최대 유출직경이 극단적으로 커지는 경우가 있지만 광폭 부직포를 김밥 모양으로 감아 붙이면 입자 최대 유출직경을 필요에 따라 미세 조정할 수 있다.

본 발명은 하기의 구성을 갖는다.

(1) 열가소성 섬유로 이루어지고 이의 섬유 교점의 일부 또는 전부가 접착되어 있는 띠 모양의 장섬유 부직포를 구멍이 있는 통상체에 능직 모양으로 감아 붙여 이루어진 필터 카트리지.

(2) 장섬유 부직포를 구성하는 열가소성 섬유가 저융점 수지와 고융점 수지로 이루어지고 이들 두 수지의 융점 차이가 10℃ 이상인 열접착성 복합섬유인, (1)항에 기재된 필터 카트리지.

(3) 저융점 수지가 선상 저밀도 폴리에틸렌이며, 고융점 수지가 폴리프로필렌인 (2)항에 기재된 필터 카트리지.

(4) 장섬유 부직포가 열 엠보스 로울로 열압착된, (1)항 내지 (3)항에 기재된 필터 카트리지.

(5) 장섬유 부직포가 열풍에 의해 이의 섬유 교점이 접착되어 있는, (2)항 또는 (3)항에 기재된 필터 카트리지.

(6) 띠 모양의 장섬유 부직포에 꼬임이 가해진, (1) 내지 (3)항에 기재된 필터 카트리지.

(7) 띠 모양의 장섬유 부직포를 4 내지 50개의 주름을 갖는 주름 모양 물체로 하며 구멍이 있는 통상체에 능직 모양으로 감아 붙인, (1) 내지 (3)항에 기재된 필터 카트리지.

(8) 주름 모양 물체의 주름의 일부 또는 전부가 평행하지 않은, (7)항에 기재된 필터 카트리지.

(9) 주름 모양 물체의 공극율이 60 내지 95%인, (7)항에 기재된 필터 카트리지.

(l0) 필터 카트리지의 공극율이 65 내지 85%인, (1)항 내지 (3)항에 기재된 필터 카트리지.

(11) 장섬유 부직포의 슬릿 폭이 0.5cm 이상이며 슬릿 폭(cm)과 단위면적당 중량(g/m²)의 곱이 200 이하인, (1)항 내지 (3)항에 기재된 필터 카트리지.

하기에 실시예, 비교예에 따라 본 발명을 보다 상세하게 설명하지만 본 발명은 이들 실시예로 한정되지 않는다. 또한 각 예에서 여과재의 물성이나 여과 성능 등의 평가는 하기에 기재된 방법으로 실시한다.

부직포의 단위면적당 중량 및 두께

부직포의 면적이 625cm²로 되도록 부직포를 절단하고 이의 중량을 측정하여 1평방미터당의 중량으로 환산하여 단위면적당 중량으로 한다. 또한 절단한 부직포의 두께를 임의로 10점 측정하여 이의 최대치와 최소치를 제외한 8점의 평균을 부직포의 두께(μm)로 한다.

부직포의 섬도

부직포로부터 무작위로 5개소 샘플링하여 이들을 주사형 전자현미경으로 촬영하고 1개소에 관하여 20개의 섬유를 무작위로 선택하여 이들의 섬유직경을 측정하고 이의 평균치를 당해 부직포의 섬유직경(μm)으로 한다. 또한 섬도(dtex)는 얻어진 섬유직경과 부직포 원료 수지의 밀도(g/입방센티미터)를 사용하여 다음 수학식 1으로부터 구한다.

주름 모양 물체의 주름 수

주름 모양 물체의 단면 형상을 접착제로 고정한 다음, 임의의 위치에서 5개소 절단하여 이의 단면을 현미경으로 사진 촬영한다. 당해 사진으로부터 띠 모양 장섬유 부직포의 접힌 곳의 수를 산 모양의 접힌 곳 또는 골짜기 모양의 접힌 곳의 어느 경우에도 1개로서 계수하고 절단한 5개소의 평균수의 2분의 1을 주름 수로 한다.

띠 모양 장섬유 부직포 집속물의 단면적과 공극율

띠 모양 장섬유 부직포 집속물의 단면 형상을 접착제로 고정한 다음, 임의의 위치에서 5개소 절단하여 이의 단면을 현미경으로 사진 촬영한다. 이러한 사진을 화상 해석하여 띠 모양 장섬유 부직포 집속물의 단면적을 구한다. 또한 이것과는 별도의 장소의 띠 모양 장섬유 부직포 집속물을 10cm의 길이로 절단하여 이의 중량과 먼저 구한 단면적으로부터 다음 등식들을 사용하여 공극율을 구한다.

(띠 모양 장섬유 부직포 집속물의 외관 체적) = (띠 모양 장섬유 부직포 집속물의 단면적 × 띠 모양 장섬유 부직포 집속물의 절단 길이)

(띠 모양 장섬유 부직포 집속물의 진체적) = (띠 모양 장섬유 부직포 집속물의 중량)/(띠 모양 장섬유 부직포 집속물의 원료의 밀도)

(띠 모양 장섬유 부직포 집속물의 공극율) = {1-(띠 모양 장섬유 부직포 집속물의 진체적)/(띠 모양 장섬유 부직포 집속물의 외관 체적)}× 100(%)

실 간격

표층에 있는 띠 모양 장섬유 부직포 집속물(또는 띠 모양 장섬유 부직포, 방적사 등의 하기의 실시예에서 구멍이 있는 통상체에 감아 붙인 것)과 인접하는 띠 모양 장섬유 부직포 집속물의 간격(도 13의 (20)에 도시한다)을 1개의 필터 카트리지에 관하여 10개소 측정하여 이의 평균을 실 간격으로 한다.

필터 카트리지의 공극율

필터 카트리지의 외부직경, 내부직경, 길이, 중량을 측정하여 다음 일반식을 사용하여 공극율을 구한다. 또한 여과재 그 자체의 공극율을 구하기 위해 내부직경의 값으로는 구멍이 있는 통상체의 외부직경을 사용하고 중량의 값으로는 필터 카트리지의 중량으로부터 구멍이 있는 통상체의 중량을 뺀 값을 사용한다.

(필터의 외관 체적) = π{(필터의 외부직경)²- (필터의 내부직경)²} × (필터 길이)/4

(필터의 진체적) = (필터의 중량)/(필터의 원료 밀도)

(필터의 공극율) = {1-(필터의 진체적)/필터의 외관 체적)} × 100(%)

초기 포집 입자직경, 초기 압력손실, 여과 라이프

순환식 여과 성능 시험기의 하우징에 필터 카트리지 1개를 부착하고 펌프로 유량을 매분 30리터로 조절하여 물을 통과시켜 순환시킨다. 이때의 필터 카트리지 전후의 압력 손실을 초기 압력손실로 한다. 다음에 순환하고 있는 물에 JIS Z8901로 정해진 시험용 분체 I의 8종류(JIS 8종이라고 약칭한다. 중위 직경: 6.6 내지 8.6μm)와 상기 7종류(JIS 7종이라고 약칭한다. 중위 직경: 27 내지 31μm)를 중량비 1:1로 혼합한 케이크를 매분 0.4g/분으로 연속 첨가하여 첨가 개시로부터 5분 후에 원액과 여액을 채취하여 소정의 배율로 희석한 후에 각각의 액에 함유된 입자의 수를 광차단식 입자검출기로 계측하여 각 입자직경에서의 초기 포집효율을 산출한다. 또한 이러한 값을 내삽하여 포집 효율 80%를 나타내는 입자직경을 구한다. 또한 다시 계속하여 케이크를 첨가하고 필터 카트리지의 압력 손실이 0.2MPa에 도달할 때에도 동일하게 원액과 여액를 채취하여 0.2MPa일 때의 포집 입자직경을 구한다. 또한 케이크 첨가 개시로부터 0.2MPa에 도달하기까지의 시간을 여과 라이프로 한다. 또한 여과 라이프가 1000분에 도달해도 차압(差厭)이 0.2MPa에 도달하지 않는 경우에는 그 시점에서 측정을 중단한다.

초기 여액의 기포 발생 및 섬유 탈락

순환식 여과 성능 시험기의 하우징에 필터 카트리지 1개를 부착하고 펌프로 유량을 매분 10리터로 조절하여 이온교환수를 통과시킨다. 초기 여액을 1리터 채취하고 이중에서 25cm³를 비색병에 채취하여 격렬하게 교반하고 교반 정지 10초후에 기포 발생을 보았다. 그리고 기포의 체적(액면에서 기포의 정점까지의 체적)이 10cm³이상인 경우를 ×, 10cm³미만인 동시에 직경 1mm 이상의 기포가 5개 이상 보이는 경우를 △, 직경 1mm 이상의 기포가 5개 미만의 경우를 ○로 하여 기포 발생을 판정한다. 또한 초기 여액 500cm³를 구멍 직경 0.8μm의 니트로셀룰로스 여과지에 통과시켜 여과지 1cm²당 길이 1mm 이상의 섬유가 4개 이상 있는 경우를 ×, 1 내지 3개의 경우를 △, 0개의 경우를 ○로 하여 섬유탈락을 판정한다.

실시예 1

장섬유 부직포로서 단위면적당 중량 22g/m², 두께 200μm, 섬도 2dtex이며 섬유 교점이 열 엠보스 로울로 열압착된 폴리프로필렌제 스펀 본드 부직포를 사용한다. 또한 구멍이 있는 통상체로서 내부직경 30mm, 외부직경 34mm, 길이 250mm이며 6mm 각의 구멍이 180개 개방되어 있는 폴리프로필렌제의 사출성형품을 사용한다. 이러한 장섬유 부직포를 폭 50mm로 슬릿하여 띠 모양 장섬유 부직포로 한다. 그리고 와인더를 사용하여 띠 모양 장섬유 부직포를 집속하지 않고 그대로 구멍이 있는 통상체에 감아 붙여 스핀들 초속 1500rpm에서 띠 모양 장섬유 부직포의 간격이 0mm으로 되도록 와인드수를 33/11로 조정하여 구멍이 있는 통상체에 외부직경 62mm로 될 때까지 권취하고 도 13에 도시된 바와 같은 원통상 필터 카트리지9를 수득한다.

실시예 2

와인드수를 43/7로 하는 이외에는 모두 실시예 1과 동일한 방법으로 필터 카트리지를 수득한다. 그러나 당해 필터의 여과 성능은 실시예 1에 기재된 필터와 대차없다. 그 이유는 띠 모양 부직포를 집속하지 않으므로 와인드수의 영향이 없기 때문이라고 생각된다.

실시예 3

띠 모양 장섬유 부직포, 구멍이 있는 통상체는 실시예 1과 동일한 것을 사용한다. 그리고 와인더까지의 사도에 직경 5mm의 원형 구멍의 가이드를 설치하여 띠 모양 장섬유 부직포를 직경 약 5mm로 집속시켜 실시예 1과 동일한 조건에서 구멍이 있는 통상체에 권취하여 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터의 여과 성능은 거의 실시예 1과 동일하다.

실시예 4

띠 모양 장섬유 부직포의 간격이 1mm로 되도록 와인드수를 43/7로 하는 이외에는 전부 실시예 3과 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터는 실시예 3에 기재된 필터보다 정밀도가 거칠고 수 통과성이 양호하며 여과 라이프가 긴 필터로 된다.

실시예 5

띠 모양 장섬유 부직포의 간격이 2mm로 되도록 와인드수를 42/7로 하는 이외에는 전부 실시예 3과 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터는 실시예 4에 기재된 필터보다 더욱 거친 필터로 된다.

실시예 6

띠 모양 장섬유 부직포의 간격이 2mm로 되도록 와인드수를 35/7로 하는 이외에는 전부 실시예 3과 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터는 실시예 5에 기재된 필터보다 더욱 거친 필터로 된다.

실시예 7

장섬유 부직포의 원료 수지를 나일론 66으로 하는 이외에는 전부 실시예 4와 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터는 실시예 4에 기재된 필터와 거의 동일한 정도의 여과 성능을 나타낸다.

실시예 8

장섬유 부직포의 원료 수지를 폴리에틸렌테레프탈레이트로 하는 이외에는 전부 실시예 4와 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터는 실시예 4에 기재된 필터와 거의 동일한 정도의 여과 성능을 나타낸다.

실시예 9

장섬유 부직포를 폭 10mm로 슬릿한 다음, 실 간격이 1mm로 되도록 와인드수를 310/21로 하는 이외에는 모두 실시예 4와 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터는 실시예 4와 동일한 정도의 성능의 필터가 된다. 그러나 권취에 필요한 시간은 실시예 4의 때보다 길어진다.

실시예 10

장섬유 부직포를 폭100mm에 슬릿한 다음, 실 간격이 0mm로 되도록 와인드수를 35/7로 하는 이외에는 모두 실시예 3과 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터는 실시예 3에 기재된 필터보다도 정밀도가 거친 필터로 되며 실시예 5에 기재된 필터에 가까운 정밀도의 필터로 된다. 실 간격을 0mm로 하는 것에 관계없이 정밀도가 거친 필터로 되는 것은 띠 모양 장섬유 부직포 집속물이 극도로 굵어졌기 때문이다.

실시예 11

장섬유 부직포의 구성 섬유로서 저융점 성분이 고밀도 폴리에틸렌, 고융점 성분이 폴리프로필렌으로서 중량비 5:5인 쉬쓰코어형 복합섬유를 사용하는 이외에는 전부 실시예 4와 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터는 실시예 4에 기재된 필터보다 정밀도가 우수한 필터로 되며 또한 0.2MPa일 때에 포집 입자직경이 초기 포집 입자직경으로부터 거의 변화하지 않는 여과 정밀도의 안정성이 우수한 필터로 된다.

실시예 12

저융점 성분으로서 선상 저밀도 폴리에틸렌(융점 125℃)을 사용하는 이외에는 전부 실시예 11과 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터는 실시예 11과 동일한 정도의 여과 정밀도의 필터로 되며 또한 실시예 11에 기재된 필터보다 수 통과성이 우수한 필터로 된다.

실시예 13

섬유 교점의 열압착 방법을 열 엠보스 로울로부터 열풍 순환식 가열장치로 변경하는 이외에는 전부 실시예 12와 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터는 실시예 12에 기재된 필터보다 약간 정밀도가 거친 필터로 된다.

실시예 14

장섬유 부직포의 섬도를 10dtex로 변경하는 이외에는 전부 실시예 4와 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터는 실시예 4에 기재된 필터보다 정밀도가 거친 필터로 된다.

실시예 15

장섬유 부직포의 단위면적당 중량을 44g/m²로 변경하는 이외에는 전부 실시예 4와 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터는 실시예 4에 기재된 필터보다 정밀도가 거친 필터로 되며 실시예 10에 기재된 필터와 동일한 정도의 정밀도의 필터로 된다.

실시예 16

띠 모양 장섬유 부직포를 집속하지 않는 대신, 1m당 100회의 꼬임를 가하는 이외에는 전부 실시예 4와 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터는 실시예 4에 기재된 필터와 동일한 정도의 성능의 필터로 된다.

실시예 17

띠 모양 장섬유 부직포를 도 10(A)에 도시된 바와 같은 단면 형상으로 가공하여 주름수 4의 주름 모양 물체을 수득한다. 이러한 주름 모양 물체를 집속한 띠 모양 장섬유 부직포를 대신 사용하는 이외에는 전부 실시예 4와 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터는 실시예 4에 기재된 필터보다 약간 정밀도가 우수한 필터로 되지만 여과 라이프는 짧아진다. 실시예 4에 기재된 필터와 비교하여 여과 라이프가 짧아진 것은 주름 모양 물체의 주름이 평행하기 때문에 주름에 수직한 방향에서 여과 압력이 걸려 여과재의 공극율이 작아지기 때문이다.

실시예 18

띠 모양 장섬유 부직포를 도 9(A)에 도시된 바와 같은 단면 형상으로 가공하여 주름수 7의 주름 모양 물체을 수득한다. 이러한 주름 모양 물체을 사용하는 이외에는 전부 실시예 17과 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터는 실시예 4에 기재된 필터보다 약간 정밀도가 세밀한 필터인 것에 관계없이 수 통과성과 여과 라이프는 실시예 4에 기재된 필터와 동등한 우수한 필터로 된다.

실시예 19

띠 모양 장섬유 부직포를 도 9(C)에 도시된 바와 같은 단면 형상으로 가공하여 주름수 15의 주름 모양 물체를 수득한다. 이러한 주름 모양 물체을 사용하는 이외에는 전부 실시예 17과 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터는 실시예 18보다 더욱 정밀도가 세밀한 필터인 것에 관계없이 수 통과성과 여과 라이프는 실시예 4와 동등한 우수한 필터로 된다.

실시예 20

띠 모양 장섬유 부직포의 주름수를 41로 하는 이외에는 모두 실시예 19와 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터는 실시예 19에 기재된 필터보다 더욱 정밀도가 세밀한 필터인 것에 관계없이 수 통과성과 여과 라이프는 실시예 4에 기재된 필터와 동등한 우수한 필터로 된다.

실시예 21

띠 모양 장섬유 부직포를 조밀하게 집속하여 주름 모양 물체의 공극율을 72%로 하는 이외에는 전부 실시예 19와 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터는 실시예 19보다 거친 필터로 된다.

비교예 1

띠 모양 장섬유 부직포 대신에 섬도 3dtex의 섬유를 방적한 직경 2mm의 폴리프로필렌제 방적사를 사용하여 실 간격을 1mm로 하는 이외에는 전부 실시예 4와 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터 카트리지는 초기 포집 입자직경이 실시예 4보다 상당히 거칠어지며 실시예 5와 동일한 정도로 된다. 그러나 실시예 5보다 수 통과성이 떨어지고 여과 라이프도 거친 필터로 된다. 또한 초기 여액에는 기포 발생이 있으며 여과재의 탈락도 보인다.

비교예 2

띠 모양 장섬유 부직포 대신에 폭 50mm로 절단한 JIS P3801에 정해진 여과지 1종류를 사용하는 이외에는 전부 실시예 4와 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터 카트리지는 초기 포집 입자직경이 실시예 4보다 세밀하며 실시예 3보다 거칠게 되지만 초기 압력손실이 크며 또한 압력 상승시의 포집 입자직경도 초기와 크게 변하고 있다. 또한 여과 라이프가 극단적으로 짧다. 또한 초기 여액에는 여과재의 탈락이 보인다.

비교예 3

폴리프로필렌과 고밀도 폴리에틸렌으로 이루어진 섬도 4dtex, 8분할 타입의 분할 단섬유를 카드기로 웹화하여 고압수 가공으로 섬유 분할 및 섬유 교락을 하여 단위면적당 중량 22g/m²의 분할 단섬유 부직포를 수득한다. 이러한 부직포를 전자현미경으로 관찰하여 화상 해석한 결과, 전체 섬유중에서 50중량%가 섬도 0.5dtex로 분할되어 있다. 이러한 부직포를 폭 50mm에 절단하여 띠 모양 장섬유 부직포 대신 사용하는 이외에는 모두 실시예 4와 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터는 실시예 4보다 초기 포집 입자직경이 작은 필터로 되지만 0.2MPa일 때에 포집 입자직경이 커진다. 또한 초기 여액에는 약간의 기포 발생이 보이며 섬유 탈락도 보인다.

비교예 4

실시예 1에서 사용한 장섬유 부직포를 25cm 폭으로 슬릿하고 도1에 도시된 바와 같이 구멍이 있는 통상체에 장섬유 부직포를 김밥 모양으로 선압 1.5kg/m로 감아 붙여 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터의 초기 포집 입자직경은 실시예 4와 동일한 정도이지만 0.2MPa일 때에 포집 입자직경이 커진다. 또한 여과 라이프도 실시예 4와 비교하여 약간 짧아진다.

실시예 및 비교예의 결과는 표 1 및 표 2에 기재한다.

본 발명의 필터 카트리지는 상세하게 기재된 바와 같이 종래의 실패형 필터 카트리지와 비교하여 액 통과성, 여과 라이프, 여과 정밀도의 안정성 등의 특성에서 균형이 잡힌 것이다. 특히 주름의 적어도 일부가 평행하게 되지 않도록 집속한 띠 모양 장섬유 부직포의 주름 모양 물체를 사용하는 경우에는 주름이 평행한 주름 모양 물체와 비교해도 주름과 수직 방향의 여과 압력을 받기 어려우므로 주름 모양 물체가 찌부러지지 않고 한층 안정적으로 여과 성능을 유지할 수 있다.

Claims

열가소성 섬유로 이루어지고 섬유 교점의 일부 또는 전부가 접착되어 있는 띠 모양의 장섬유 부직포를 구멍이 있는 통상체에 능직 모양으로 감아 붙여 이루어진 필터 카트리지.
제1항에 있어서, 장섬유 부직포를 구성하는 열가소성 섬유가 저융점 수지와 고융점 수지로 이루어지고 이들 두 수지의 융점 차이가 10℃ 이상인 열접착성 복합섬유인 필터 카트리지.
제2항에 있어서, 저융점 수지가 선상 저밀도 폴리에틸렌이며, 고융점 수지가 폴리프로필렌인 필터 카트리지.
제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 장섬유 부직포가 열 엠보스 로울로 열압착된 필터 카트리지.
제2항 또는 제3항에 있어서, 장섬유 부직포가 열풍에 의해 이의 섬유 교점이 접착되어 있는 필터 카트리지.
제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 띠 모양의 장섬유 부직포에 꼬임이 가해진 필터 카트리지.
제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 띠 모양의 장섬유 부직포를 4 내지 50개의 주름을 갖는 주름 모양 물체로 하며 구멍이 있는 통상체에 능직 모양으로 감아 붙인 필터 카트리지.
제7항에 있어서, 주름 모양 물체의 주름의 일부 또는 전부가 평행하지 않은 필터 카트리지.
제7항에 있어서, 주름 모양 물체의 공극율이 60 내지 95%인 필터 카트리지.
제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 필터 카트리지의 공극율이 65 내지 85%인 필터 카트리지.
제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 장섬유 부직포의 슬릿 폭이 0.5cm 이상이며 슬릿 폭(cm)과 단위면적당 중량(g/m²)의 곱이 200 이하인 필터 카트리지.