KR20010110463A - 필터 카트리지 - Google Patents

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KR20010110463A
KR20010110463A KR1020017012412A KR20017012412A KR20010110463A KR 20010110463 A KR20010110463 A KR 20010110463A KR 1020017012412 A KR1020017012412 A KR 1020017012412A KR 20017012412 A KR20017012412 A KR 20017012412A KR 20010110463 A KR20010110463 A KR 20010110463A
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KR1020017012412A
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야마구치오사무
후쿠다시게노리
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고토 기치
칫소가부시키가이샤
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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Abstract

멜트 블로우된 열가소성 섬유로 이루어진 띠 모양의 부직포 또는 멜트 블로우된 열가소성 섬유로 이루어진 부직 섬유 집합체와 장섬유 부직 섬유 집합체를 각 1층 이상씩 적층하여 결합된 띠 모양의 부직포를 구멍이 있는 통상체의 주위에 능직 모양으로 통 모양으로 감아 붙인 통액성, 여과 수명 및 여과 정밀도의 안정성 등이 우수한 필터 카트리지에 관한 것이다.

Description

필터 카트리지{Filter cartridge}
현재, 유체를 정화하기 위한 다양한 필터가 개발 및 생산되고 있다. 이중에서도 여과재의 교환이 용이한 카트리지형의 필터(이하, 필터 카트리지라고 약칭한다)는 공업용 액체 원료중의 현탁 입자의 제거, 케익 여과장치로부터 유출된 케익의 제거 및 공업용수의 정화 등 산업상의 폭넓은 분야에서 사용되고 있다.
필터 카트리지의 구조는 종래부터 몇가지 종류가 제안된 바 있다. 이중에서도 가장 전형적인 것은 실패형 필터 카트리지이다. 이것은 여과재로 되는 방적사를 구멍이 있는 원통 모양의 코어에 능직 모양으로 감아 붙인 다음, 방적사를 부풀려 만든 원통 형상의 필터 카트리지이며 제조가 용이하고 저렴한 장점 때문에 오래 전부터 이용되고 있다. 그 이외에는 부직포 적층형 필터 카트리지가 있다. 이것은 구멍이 있는 원통 모양의 코어에 카딩(carding) 부직포와 같은 각종 부직포를 단계적으로 동심원 모양으로 감아 돌려 만든 원통 형상의 필터 카트리지이며 최근의 부직포 제조기술의 발달에 따라 몇가지 종류가 실용화되고 있다.
그러나 이들 필터 카트리지에도 몇가지 결점이 있다. 예를 들면, 실패형 필터 카트리지의 입자 포집방법은 방적사로부터 발생하는 잔털로 입자를 포집하고 또한 방적사끼리의 간극에 입자를 얽어서 포집한다는 것이지만 잔털 및 간극의 크기나 형태의 조정이 어려우므로 포집할 수 있는 입자의 크기나 양에 한계가 있다는 결점이 있다. 또한, 방적사는 단섬유로 만들어지므로 필터 카트리지에 유체가 흐르면 방적사의 구성 섬유가 탈락한다는 결점이 있다. 또한, 방적사를 제조할 때, 원료로 되는 단섬유가 방적기에 정전기 등의 원인으로 부착하는 것을 방지하기 위하여 표면에 미량의 계면활성제를 도포하는 경우가 많다. 이러한 계면활성제를 도포한 방적사로 만들어진 필터 카트리지로 액체를 여과하는 경우, 액의 기포, TOC(전체 유기 탄소량), COD(화학적 산소 요구량) 및 전기전도도의 증가와 같은 액의 청정도에 악영향을 가져오는 경우가 있다. 또한, 방적사는 상기한 바와 같이 단섬유를 방적하여 만들기 때문에 단섬유의 방사 및 방적이라는 적어도 2단계 공정을 요구하므로 결과적으로 가격이 높아지는 경우가 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같은 구멍이 있는 통상체의 주위에 광폭 부직포를그대로 감은 모양으로 말아 붙인 구조의 필터, 소위 부직포 적층형 필터 카트리지는 이의 성능이 부직포에 의해 결정된다. 부직포의 제조는 단섬유를 카드기나 공기 집적기(air laid machine)로 교락시킨 다음, 필요에 따라 열풍 가열기나 가열 로울 등으로 열처리를 하여 만드는 방법 또는 멜트 블로우법 및 스펀 본드법(spun bonding method)과 같이 직접 부직포로 제조하는 방법에 의해 수행되는 경우가 많다. 그러나 카드기, 공기 집적기, 열풍 가열기, 가열 로울, 멜트 블로우기 및 스펀 본드기와 같은 부직포 제조에 사용되는 어떠한 기계도 기계 폭 방향에서 단위면적당 중량과 같은 부직포 물성의 불균일이 발생하는 경우가 많다. 따라서 필터 카트리지가 품질 불량으로 되거나 또는 불균일을 없애기 위해 고도한 제조기술을 사용하여 제조하면 제조 원가가 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 이러한 점에 따라서도 제조 원가가 높아지는 경우가 있다.
이러한 종래의 필터 카트리지의 문제점을 해결하기 위해 몇가지 방법이 제안되어 있다. 예를 들면, 일본 실용신안공보 제(평)6-7767호에는 다공성을 갖는 테이프 모양의 종이에 가연(加撚)하면서 눌러 찌그러뜨려 압착하고 이의 직경을 3mm 정도로 규제한 여과 소재를 다공성 내통에 밀접 능직으로 감아 돌린 유형의 필터 카트리지가 제안되어 있다. 이러한 방법에서는 감아 돌린 권취 피치를 다공성 내통에서 외부로 향함에 따라 크게 할 수 있다는 특징이 있다. 그러나 여과 소재를 눌러 찌그러뜨려 압착하는 것이 필요하며 따라서 입자의 포집은 주로 여과 소재의권취 피치 사이에서 실시되므로 잔털로 입자를 포집하는 방적사를 사용하는 종래의 실패형 필터의 유형은 여과 소재 그 자체에 의한 입자 포집을 기대하기 어렵다. 이에 따라 필터가 표면 폐색하여 여과 수명이 짧아지거나 통액성이 떨어지는 경우가 있다.
별도의 방법으로서 일본 공개특허공보 제(평)1-115423호에는 셀룰로스·스펀 본드 부직포를 가느다랗게 찢은 다음, 좁은 구멍을 통과시켜 다수의 천공된 미세공을 갖는 보빈(bobbin)을 감아 돌림으로써 수득되는 끈 모양의 필터가 제안되어 있다. 이러한 방법을 사용하면 종래의 침엽수 펄프를 정제한 α-셀룰로스를 박엽지로 하여 이것을 로울상으로 감아 붙인 로울 티슈 필터와 비교하여 기계 강도가 높으며 물에 의한 용해나 결합제의 용출이 없는 필터를 만들 수 있다고 생각된다. 그러나 이러한 필터에 이용되는 셀룰로스·스펀 본드 부직포는 종이 모양의 형태를 하고 있으므로 강성이 과도하게 있으며 종래의 실패형 필터가 이의 잔털로 입자를 포집하도록 하는 여과 소재 그 자체에 의한 입자 포집을 기대하기 어렵다. 또한, 셀룰로스·스펀 본드 부직포는 종이 모양의 형태를 하고 있으므로 액중에서 팽윤하기 쉬우며 팽윤에 따라 필터 강도의 감소, 여과 정밀도의 변화, 통액성의 악화 및 여과 수명의 감소 등의 여러가지 문제가 생길 가능성이 있다. 또한, 셀룰로스·스펀 본드 부직포의 섬유 교점의 접착은 화학적인 처리 등으로 실시되는 것이 많지만 이의 접착이 불충분해지는 경우가 많으며 여과 정밀도 변화의 원인이 되거나 섬유 부스러기 탈락의 원인이 되는 경우가 많으며 안정적인 여과 성능을 수득하는 것이 어렵다.
별도의 방법으로서 일본 공개특허공보 제(평)4-45810호에는 구성 섬유의 10중량% 이상이 0.5데니어 이하로 분할되어 있는 복합섬유로 이루어진 슬리트(slit) 부직포를 다공성 코어 통 위에 섬유 밀도가 0.18 내지 0.30(g/cm3)으로 되도록 감아 붙인 필터가 제안되어 있다. 이러한 방법을 이용하면 섬도(纖度)가 작은 섬유에 의해 액체 중의 미세한 입자를 포착할 수 있다고 되어 있다. 그러나 복합섬유를 분할시키기 위해 고압수 등의 물리적 응력을 사용하는 것이 필요하며 고압수 가공에서는 부직포 전체에 걸쳐 균일하게 분할시키는 것이 어렵다. 균일하게 분할되지 않는 경우, 부직포 중의 잘 분할된 장소와 분할이 불충분한 장소에서 포집 입자 직경에 차이가 생기므로 여과 정밀도가 조악해질 가능성이 있다. 또한, 분할할 때에 사용하는 물리적 응력에 의해 부직포 강도가 저하되는 경우, 만들어진 필터의 강도가 저하되어 사용중에 변형되기 쉽거나 필터의 공극율이 변화되어 통액성이 저하될 가능성이 있다. 또한 부직포 강도가 작으면 다공성 코어 통 위에 감아 붙일 때에 장력의 조정이 어려워지므로 미묘한 공극율의 조정이 어려워지는 경우가 있다. 또한, 분할이 용이한 섬유를 만들기 위해 요구되는 방사기술 및 제조할 때에 운전 비용의 증대에 따라 필터의 제조 원가가 높아지므로 상기한 바와 같은 여과 성능상의 과제를 해결하면 제약공업이나 전자공업과 같은 고도의 여과 성능이 요구되는 분야의 일부에는 사용할 수 있다고 생각되지만 풀장 물의 여과나 도금공업용의 도금액의 여과와 같이 필터가 염가인 것이 요구되는 용도에는 사용이 어렵다고 생각된다.
상기한 과제를 해결하기 위해 검토한 결과, 멜트 블로우 섬유로 이루어진 부직 섬유 집합체 또는 멜트 블로우 섬유로 이루어진 부직 섬유 집합체와 장섬유 부직 섬유 집합체를 구멍이 있는 통상체에 능직 모양으로 감아 붙인 필터 카트리지는 통액성, 여과 수명 및 여과 정밀도의 안정성 등이 우수한 통 모양 필터 카트리지를 수득할 수 있는 것을 밝혀내었고 본 발명에 도달하였다.
발명의 개시
본 발명은 하기의 구성을 갖는다.
(1) 멜트 블로우된 열가소성 섬유로 이루어진 띠 모양의 부직포를 구멍이 있는 통상체에 능직 모양으로 감아 붙여 이루어진 필터 카트리지.
(2) 멜트 블로우된 열가소성 섬유로 이루어진 부직 섬유 집합체와 장섬유 부직 섬유 집합체를 각 1층 이상씩 적층하여 결합된 띠 모양의 부직포를 구멍이 있는 통상체에 능직 모양으로 감아 붙여 이루어진 필터 카트리지.
(3) 멜트 블로우된 열가소성 섬유가 저융점 수지와 고융점 수지로 이루어지고 이들 두 수지의 융점 차이가 10℃ 이상인 혼합섬유 또는 복합섬유인 (1)항 또는 (2)항에 기재된 필터 카트리지.
(4) 장섬유 부직 섬유 집합체를 구성하는 열가소성 섬유가 저융점 수지와 고융점 수지로 이루어지고 이들 두 수지의 융점 차이가 10℃ 이상인 열접착성 복합섬유인 (2)항에 기재된 필터 카트리지.
(5) 저융점 수지가 선상(線狀) 저밀도 폴리에틸렌이며 고융점 수지가 폴리프로필렌인 (3)항 또는 (4)항에 기재된 필터 카트리지.
(6) 부직포의 통기도가 1 내지 500cm3/cm2/초의 범위인 (1)항 내지 (5)항에 기재된 필터 카트리지.
(7) 부직포의 결합이 열 엠보스 로울(emboss roll)로 열압착되어 있는 (1)항 내지 (5)항에 기재된 필터 카트리지.
(8) 부직포의 결합이 열풍으로 열접착되어 있는 (2)항에 기재된 필터 카트리지.
(9) 띠 모양의 부직포에 꼬임이 가해진 (1)항 내지 (5)항에 기재된 필터 카트리지.
(10) 필터 카트리지의 공극율이 65 내지 85%인 (1)항 내지 (5)항에 기재된 필터 카트리지.
(11) 띠 모양의 부직포를 4 내지 50의 주름을 갖는 주름 모양 물체로 하고 구멍이 있는 통상체에 능직 모양으로 감아 붙인 (1)항 내지 (5)항에 기재된 필터 카트리지.
(12) 주름 모양 물체의 주름의 적어도 일부가 평행하지 않은 (11)항에 기재된 필터 카트리지.
(13) 주름 모양 물체의 공극율이 60 내지 95%인 (11)항에 기재된 카트리지.
(14) 띠 모양의 부직포의 슬리트 폭이 0.5cm 이상이며 슬리트 폭(cm)과 단위면적당 중량(g/m2)의 곱이 200 이하인 (1)항 내지 (5)항에 기재된 필터 카트리지.
본 발명은 액체 여과용 필터 카트리지, 상세하게는 멜트 블로우(melt blow)된 열가소성 섬유(이하, 멜트 블로우 섬유라고 약칭한다)로 이루어진 띠 모양의 부직포(이하, 띠 모양 멜트 블로우 부직포라고 약칭한다) 또는 멜트 블로우된 열가소성 섬유로 이루어진 부직(不織) 섬유 집합체와 장섬유 부직 섬유 집합체를 각 1층 이상씩 적층하여 결합된 띠 모양의 부직포(이하, 띠 모양 적층 멜트 블로우 부직포라고 약칭한다)를 구멍이 있는 통상체(筒牀體)의 주위에 능직 모양으로 통 모양으로 감아 붙인 필터 카트리지에 관한 것이다.
도 1은 부직포가 김밥 모양으로 감긴 상태를 도시한 것이다.
도 2는 장섬유 부직포의 엠보스 패턴에 의한 입자 포집 상황을 도시한 설명도이다.
도 3은 띠 모양 장섬유 부직포를 가공하지 않고 그대로 감아 붙인 모양을 도시한 설명도이다.
도 4는 띠 모양 장섬유 부직포에 가연하면서 감아 붙이는 모양을 도시한 설명도이다.
도 5는 띠 모양 장섬유 부직포를 작은 구멍을 통해 집속시키고 나서 감아 붙이는 모양을 도시한 설명도이다.
도 6은 띠 모양 장섬유 부직포를 주름 형성 가이드(guide)로 주름 모양 물체로 가공하는 모양을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에서 사용하는 주름 형성 가이드의 한 가지 예를 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명에서 사용하는 주름 형성 가이드의 한 가지 예를 도시한 단면도이다.
도 9는 주름이 평행하지 않은 주름 모양 물체의 단면 형상의 한 가지 예를 도시한 설명도이다.
도 10은 주름이 평행한 주름 모양 물체의 단면 형상의 한 가지 예를 도시한 설명도이다.
도 11은 주름 형성 가이드, 좁은 사각형 구멍 및 작은 구멍의 위치 관계를 도시한 설명도이다
도 12는 본 발명에 따른 주름 모양 물체의 한 가지 예를 도시한 일부 절단 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 하기에 한다.
1: 엠보스 패턴에 의한 강한 열압착이 있는 부분
2: 엠보스 패턴되어 있지 않고 약한 열압착만이 있는 부분
3: 입자
4: 엠보스 패턴되어 있지 않은 약한 열압착만이 있는 부분을 통과한 입자
5: 띠 모양 장섬유 부직포 또는 이의 이의 집속물
6: 미세 폭 구멍의 트래버스(traverse) 가이드
7: 보빈
8: 구멍이 있는 통상체
9: 필터 카트리지
10: 트래버스 가이드
11: 트래버스 가이드
12: 외부 규제 가이드
13: 내부 규제 가이드
14: 작은 구멍
15: 주름 모양 물체
16: 주름 형성 가이드
17: 빗 모양의 주름 형성 가이드
18: 좁은 직사각형 구멍
19: 띠 모양 장섬유 부직포 집속물을 내포하는 최소 면적의 계란형
20: 어떤 띠 모양 장섬유 부직포 집속물과 이의 하나 아래의 층에 감긴 띠 모양 장섬유 부직포 집속물의 간격
21: 내층
22: 정밀 여과층
23: 외층
24: 띠 모양 장섬유 부직포 집속물
25: 스펀 본드 부직포를 구성하는 장섬유
26: 입자
27: 단섬유 부직포를 구성하는 단섬유
발명을 실시하기 위한 최량의 형태
하기에 본 발명의 양태를 구체적으로 설명한다.
본 발명에서 사용되는 멜트 블로우 섬유란 멜트 블로우법에 의해 수득되는 섬유이다. 멜트 블로우법이란 방사공으로부터 압출 용융한 열가소성 수지를 방사공의 주위에서 분무된 고온 고속기체에 의해 포집 컨베이어 네트(conveyer net) 등에 분무시켜 섬유 웹(web)을 수득하는 방법으로, 예를 들면, 미국 특허 제3,532,800호에 기재되어 있다.
본 발명에 사용되는 열가소성 섬유로는 용융방사를 할 수 있는 모든 열가소성 수지가 사용될 수 있다. 이의 예로서 폴리프로필렌, 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 선상 저밀도 폴리에틸렌 및 공중합 폴리프로필렌(예를 들면, 프로필렌을 주체로 하여 에틸렌 및 부텐-1,4-메틸펜텐-1 등을 포함하는 2원 또는 다원 공중합체)과 같은 폴리올레핀계 수지, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 및 산 성분으로서 테레프탈산 이외에 이소프탈산을 가하여 공중합한 이들 저융점 폴리에스테르와 같은 폴리에스테르계 수지, 나일론6 및 나일론66과 같은 폴리아미드계 수지, 폴리스티렌계 수지(어택틱 폴리스티렌 및 신디오택틱 폴리스티렌), 폴리우레탄 탄성중합체, 폴리에스테르 탄성중합체 및 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, 폴리올레핀계 수지나 폴리스티렌계 수지 등의 메탈로센 촉매로 중합할 수 있는 수지를 사용하는 경우, 메탈로센 촉매로 중합한 수지를 사용하면 부직포 강도의 향상, 내약품성의 향상 및 생산 에너지의 감소 등의 메탈로센 수지의 특성이 필터 카트리지에서 살아나므로 바람직하다. 또한, 장섬유 부직포의 열접착성이나 강성을 조정하기 위해 이들 수지를 배합하여 사용할 수 있다. 이들 중에서도 필터 카트리지를 상온의 수용액의 여과에 사용하는 경우에는 내약품성과 가격 면에서 폴리프로필렌을 비롯한 폴리올레핀계 수지가 바람직하며 비교적 고온의 액에 사용하는 경우에는 폴리에스테르계 수지, 폴리아미드계 수지 또는 신디오택틱 폴리스티렌 수지가 바람직하다.
또한, 본 발명에서 사용하는 멜트 블로우 섬유는 융점 차이가 10℃ 이상인 저융점 수지와 고융점 수지의 2성분으로 이루어진 것이라도 양호하다. 물론, 본 발명의 효과를 방해하지 않는 범위이면 3성분 이상의 수지로 이루어진 것이라도 양호하다. 또한 융점이 존재하지 않는 수지의 경우에는 유동 개시온도를 융점이라고 간주한다. 멜트 블로우 섬유를 2성분으로 하는 방법으로서는 각 섬유를 쉬쓰 코어(sheath core)형이나 병렬형 등의 단면 형상을 갖는 2성분 복합섬유로 할 수 있으며 멜트 블로우 노즐의 각 구멍에서 2성분의 수지를 교대로 토출시켜 혼합섬유 상태로 할 수 있다. 이들 구체적인 방법은 예를 들면, 일본 공개특허공보 제(평)7-82649호, 제(평)4-126508호 등에 기재되어 있다. 섬유 접합점의 열접착이 안정되면 필터 카트리지로서 사용하는 경우, 여과 압력이나 통수량이 증가할 때에 섬유 접합점 부근에서 포착된 입자가 유출될 가능성이 작아지며 또한 필터 카트리지의 변형이 작아지고 또한 여액중에 함유된 물질에 의해 가령 섬유가 약화되는 경우에도 섬유가 탈락할 확률이 작아지므로 바람직하다.
이러한 복합섬유의 저융점 수지와 고융점 수지의 조합은 융점 차이 10℃ 이상, 바람직하게는 15℃ 이상이면 특별히 한정하지 않으며 선상 저밀도 폴리에틸렌/폴리프로필렌, 고밀도 폴리에틸렌/폴리프로필렌, 저밀도 폴리에틸렌/폴리프로필렌, 프로필렌과 기타 α-올레핀/폴리프로필렌과의 공중합체, 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. 이중에서도 선상 저밀도 폴리에틸렌/폴리프로필렌의 조합을 사용하면 장섬유 부직포의 강성이나 공극율의 조정을 부직포 제조할 때에 섬유 교점의 융착 공정에서 용이하게 조절할 수 있으므로 바람직하다. 또한, 비교적 고온의 액에 사용하는 경우에는 에틸렌글리콜에 대하여 테레프탈산과 이소프탈산을 공중합한 저융점 폴리에스테르/폴리에틸렌테레프탈레이트의 조합도 적절하게 사용할 수 있다.
본 발명에 사용되는 멜트 블로우 섬유의 평균 섬유 직경은 필터 카트리지의 용도나 수지의 종류에 따라 상이하므로 일률적으로는 규정하기 어렵지만, 0.5 내지 1000μm의 범위가 바람직하다. 섬도가 0.5μm 미만인 경우, 본 발명의 필터 카트리지에 사용하는 것은 이론적으로는 가능하지만 실제로는 제조가 곤란하다. 한편, 섬유 직경이 1000μm를 초과하면 이후에 부직포로 사용하는 경우에 섬유 직경이나 부직포 옷감의 질에 불균일이 생기는 경우가 있다. 또한 평균 섬유 직경이 50μm를 초과하면 인접하는 섬유끼리 융착되는 경우가 있지만 본 발명의 효과를 방해하지 않는 범위이면 특별히 문제되지 않는다.
또한, 멜트 블로우 섬유는 반드시 원형 단면일 필요는 없으며 이형 단면 형상일 수 있다. 이러한 경우, 미소 입자의 포집은 필터의 표면적이 클수록 많아지므로 원형 단면의 섬유를 사용하는 경우보다 동일한 통액성에서 고정밀도의 필터 카트리지를 수득할 수 있다.
또한, 멜트 블로우 섬유의 원료 수지에 폴리비닐알콜 등의 친수성 수지를 혼합하거나 플라즈마 가공하는 등으로 멜트 블로우 섬유를 친수화하여 수용액에 사용하는 경우에는 통액성이 향상되기 때문에 바람직하다.
또한, 통상적인 멜트 블로우 섬유는 포집 컨베이어 네트 등에 분무하는 경우, 섬유 자신이 가지는 여열에 의해 섬유 교점이 약하게 접합되지만 이후에 적당한 열처리를 하여 열접합을 보다 강하게 할 수 있다. 이러한 방법으로서는 열 엠보스 로울 및 열 플래트 캘린더(flat calendar) 로울과 같은 장치를 사용하여 열압착하는 방법이나 열풍 순환형, 열 스루에어(throught air)형, 적외선 히터(heater)형 및 상하 방향 열풍 분출형 등의 열처리기를 사용하는 방법 등을 들 수 있다. 이중에서도 열 스루에어형 열처리기를 사용하는 방법은 제조속도를 향상시킬 수 있으며 생산성이 양호하고 원가를 저렴하게 할 수 있어서 바람직하다.
한편, 본 발명에서 사용하는 제1의 부직포는 멜트 블로우 부직포이다. 멜트 블로우 부직포는 상기한 바와 같이 정밀 여과라는 점에서는 우수한 부직포이지만 다른 부직포와 비교하면 부직포 강력이 약하다는 결점이 있으므로 경시 변화에 의해 여과 성능이 저하된다(포착되는 입자의 입자 직경이 경시 변화가 크다. 하기의 비교예 4를 참조). 이러한 문제점에서 여과 수명은 구멍이 있는 통상체에 능직 모양으로 감아 붙임으로써 개선된다(실시예 1). 단순히 여과 수명를 연장시키고자하는 경우, 필터의 공극율을 증대시키는 것이 생각되지만 이와 같이 함으로써 필터 강도가 저하되며 여과 정밀도가 저하되므로 바람직하지 않다.
그러나 멜트 블로우 부직포의 특징인 여과 정밀도를 유지한 채 보다 큰 여과 압력에도 견디기 위해 멜트 블로우된 열가소성 섬유로 이루어진 부직 섬유 집합체를 장섬유 부직 섬유 집합체와 적층하고 양쪽을 결합시켜 이루어진 부직포(즉, 띠 모양 적층 멜트 블로우 부직포)가 본 발명에서 사용하는 제2의 부직포이다. 본 발명의 부직 섬유 집합체란 섬유 교점이 접착된 부직포와 섬유끼리 차이가 나게 교락되어 있는 경우와 서로 접착이 되지 않은 섬유 집합체(웹)를 포함시킨 개념이다. 부직포로 하지 않고 부직 섬유 집합체로 하는 것은 띠 모양 적층 멜트 블로우 부직포를 제조할 때에 상이한 종류의 부직 섬유 집합체를 구성하는 섬유간의 결합 뿐만 아니라 동일한 종류의 부직 섬유 집합체를 구성하는 섬유간의 결합도 실시되므로 미리 부직포로 하는 것은 반드시 필요하지 않기 때문이다. 또한, 여기서 결합이란 바람직하게는 열접착에 의한 섬유 교점의 결합이다.
본 발명에 사용되는 장섬유 부직포는 스펀 본드법 등에 의해 수득된 장섬유 부직포이다. 스펀 본드법으로 수득된 장섬유는 포집 컨베이어 위에서 분산되어 장섬유 웹으로 된다. 이러한 장섬유도 상기한 멜트 블로우 섬유와 동일하게 용융 방사할 수 있는 모든 열가소성 수지를 사용할 수 있으며 멜트 블로우 섬유와 동일하게 2성분을 복합섬유 또는 혼합섬유 형으로 할 수 있다. 이러한 수지는 멜트 블로우 섬유와 동일한 성분으로 해도 상관없으며 상이한 성분으로 해도 상관없지만 멜트 블로우 섬유의 수지(멜트 블로우 부직포에 2성분을 사용하는 경우에는 이의 저융점 수지)와 상용성이 높은 수지를 사용하는 경우, 이후의 공정에서 멜트 블로우 섬유와 결합할 때에 섬유 교점이 안정적으로 접착하므로 바람직하다.
스펀 본드법 등에 의해 만들어진 장섬유 부직포는 도 15에 도시된 바와 같이 섬유 방향이 기계 방향에 일치하므로 섬유(25)로 구성된 구멍은 가늘고 길며 통과하는 입자(26)의 최대 크기가 작은 것이 된다. 이와는 반대로, 카드법 등으로 수득된 단섬유로 이루어진 부직포는 도 16에 도시된 바와 같이 섬유 방향이 일정하지 않으므로 섬유(27)로 구성된 구멍은 원 또는 정방형에 가까운 형이 되며 스펀 본드법 등에 의해 만들어진 장섬유 부직포와 개공율(開孔率)이 동일해도 최대 통과 입자 직경(26)이 큰 것으로 된다. 여과재의 통수성은 섬유 직경이 동일하면 개공율로 거의 결정되므로 스펀 본드법 등에 의해 만들어진 장섬유 부직포를 사용함으로써 통수성이 우수한 필터가 수득된다. 이러한 효과는 접착제 등의 여과재의 구멍을 막는 결합제를 사용하는 경우에는 작아지므로 셀룰로스 스펀 본드 부직포의 사용은 바람직하지 않다. 또한 셀룰로스 스펀 본드 부직포를 사용하면 부직포의 강도가 약해지므로 필터의 눈 막힘 등의 원인으로 여과 압력이 오르는 경우, 섬유로 구성되는 구멍이 변형되기 쉽다는 문제가 발생한다.
또한 본 발명에서 장섬유를 사용하는 경우, 장섬유의 섬유 직경은 필터 카트리지의 용도나 수지의 종류에 따라 상이하므로 일률적으로는 규정하기 어렵지만 단사 섬도 0.6dtex 내지 100dtex의 범위가 바람직하다. 섬도가 100dtex를 초과하면 이후에 적층 부직포로 적층하는 경우에 부직포 강도가 작아진다. 반대로 단사 섬도 0.6dtex 미만이라도 본 발명의 사용에는 문제가 없다고 생각되지만 현행의 스펀본드법으로 O.6dtex보다 작은 섬도의 섬유를 방사하는 경우에는 생산 효율이 저하되며 실용적이지 않다.
또한, 장섬유의 단면 형상은 반드시 원형 단면일 필요는 없으며 이형 단면 형상일 수 있다.
다음에 본 발명의 띠 모양 부직포에 띠 모양 적층 멜트 블로우 부직포를 사용하는 경우에 멜트 블로우된 열가소성 섬유로 이루어진 부직 섬유 집합체와 장섬유 부직 섬유 집합체를 각 1층 이상씩 적층하여 결합하는 방법에 관해서 설명한다.
우선, 적층하는 방법에 관해서 설명한다. 적층하는 방법은 특별히 한정되지 않으며 적당한 방법으로 멜트 블로우 부직 섬유 집합체와 장섬유 부직 섬유 집합체를 각각의 공정에서 제조하여 이후에 이들을 중합하는 것이 양호하며 장섬유 부직포 또는 장섬유 웹 위에 열가소성 수지를 직접 멜트 블로우하여 적층시켜도 양호하다. 적층되는 조합으로서는 멜트 블로우 섬유/장섬유의 2층, 장섬유/멜트 블로우 섬유/장섬유의 3층 또는 상이한 섬유 직경의 멜트 블로우 부직포를 2종류 사용하는 멜트 블로우 섬유/멜트 블로우 섬유/장섬유의 3층 또는 장섬유/멜트 블로우 섬유/멜트 블로우 섬유/장섬유의 4층 등을 예시할 수 있지만 이들로 한정되지는 않는다. 이러한 층수의 상한은 특별히 한정되어 있지 않지만 층수가 증가하면 제조원가가 높아지므로 여기에 적당한 제조 효과가 요구되어야 한다.
다음에 적층된 부직포 또는 웹을 결합하여 적층 멜트 블로우 부직포로 적층하는 방법에 관해서 설명한다. 결합하는 방법으로서는 열접착 또는 화학 접착 등을 예시할 수 있지만 내약품성이 뛰어나고 또한 저분자 성분의 유출 등이 없는 열접착이 바람직하다. 이러한 열접착을 하는 방법으로서는 열 엠보스 로울 및 열 플래트 캘린더 로울과 같은 장치를 사용하여 열압착하는 방법이나 열풍 순환형, 열 스루에어형, 적외선 히터형 및 상하 방향 열풍 분출형 등의 열처리기를 사용하는 방법 등을 들 수 있다. 이중에서도 열 엠보스 로울을 사용하는 방법은 부직포의 제조속도를 향상할 수 있으며 생산성이 양호하고 원가를 저렴하게 할 수 있어서 바람직하다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이 열 엠보스 로울을 사용하는 방법으로 만들어진 부직포는 엠보스 패턴에 의한 강한 열압착이 있는 부분(1)과 엠보스 패턴되지 않은 약한 열압착 만이 있는 부분(2)이 존재한다. 이러한 점에 따라 강한 열압착이 있는 부분(1)에서는 많은 입자(3) 및 입자(4)를 포집 할 수 있다. 한편, 약한 열압착 만이 있는 부분(2)에서 입자의 일부는 포집되지만 나머지 입자는 부직포를 통과하여 다음 층으로 이동할 수 있으므로 여과재의 내부까지 이용한 심층 여과구조가 되는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 엠보스 패턴의 면적은 5 내지 25%인 것이 바람직하다. 이러한 면적을 5% 이상으로 설정함으로써 상기한 바와 같은 섬유 교점의 열접합에 의한 효과를 향상시킬 수 있으며 25% 이하로 설정함으로써 부직포의 강성을 억제할 수 있거나 입자가 부직포를 통과하는 것을 용이하게 할 수 있다.
또한, 멜트 블로우 부직포 또는 적층 멜트 블로우 부직포의 통기도는 1 내지 500cm3/cm2/초의 범위가 바람직하다. 통기도가 1cm3/cm2/초보다 작아지면 부직포의 통액성이 극단적으로 나빠지므로 제조된 필터 카트리지의 통액성이 나빠지는 경우가 있다. 반대로 통기도가 500cm3/cm2/초보다 크면 멜트 블로우 부직포를 사용하지 않아도 스펀 본드 부직포 및 단섬유 부직포 등으로 대용할 수 있으며 일반적으로 이러한 편이 저원가이므로 멜트 블로우 부직포를 사용하는 의미가 작아진다.
또한, 멜트 블로우 부직포 또는 적층 멜트 블로우 부직포의 단위면적당 중량, 즉 부직포 단위면적당 중량은 5 내지 200g/m2이 바람직하다. 이러한 값이 5g/m2보다 작아지면 섬유량이 적어지므로 부직포의 불균일이 커지거나 또는 부직포의 강도가 저하되거나 상기한 바와 같은 섬유 교점의 열접합이 어려워지는 경우가 있다. 한편, 이러한 값이 200g/m2보다 커지면 부직포의 강성이 너무 커지므로 이후에 구멍이 있는 통상체에 능직 모양으로 감아 붙이는 것이 곤란해지는 경우가 생긴다.
다음에 이러한 멜트 블로우 부직포 또는 적층 멜트 블로우 부직포를 띠 모양으로 한다. 띠 모양으로 하는 방법에는 방사폭을 조절하여 직접 띠 모양의 부직포를 만드는 방법을 사용할 수도 있지만 넓은 폭의 부직포를 띠 모양으로 슬리트하는 방법이 염가인 동시에 균일한 제품을 수득할 수 있으므로 바람직하다. 이때의 슬리트 폭은 사용하는 부직포의 단위면적당 중량에 따라 상이하지만 0.5cm 이상이 바람직하다. 이러한 폭이 5cm보다 작아지면 슬리트할 때에 부직포가 절단될 우려가 있으며 또한, 이후에 띠 모양 부직포를 능직 모양으로 권취할 때에 장력의 조정이 어려워지며 또한, 동일한 공극율의 필터를 만드는 경우에는 권취 시간이 길어져 생산성이 저하된다. 한편, 슬리트 폭의 상한은 단위면적당 중량에 따라 상이하며 슬리트 폭×단위면적당 중량의 값이 200cm·g/m2이하인 것이 바람직하다. 이러한 값이 200cm·g/m2을 초과하면 부직포의 강성이 너무 강해지므로 이후에 구멍이 있는 통상체에 능직 모양으로 감아 붙이기 어려워지며 또한 섬유량이 너무 많아지므로 밀접하게 감아 붙이는 것이 어려워지는 경우도 있다. 또한 방사폭을 조절하여 직접 띠 모양의 부직포를 만드는 경우에도 바람직한 단위면적당 중량 및 부직포 폭의 범위는 슬리트하여 띠 모양으로 하는 경우와 동일하다.
이와 같이 만들어진 띠 모양의 멜트 블로우 부직포 또는 적층 멜트 블로우 부직포(이후, 띠 모양 부직포라고 약칭한다)를 하기하는 바와 동일한 방법으로 가공한 후에 능직 모양으로 감아 붙일 수 있지만 가공하지 않고 그대로 감아 붙일 수도 있다. 이 경우의 제조법의 한 가지 예를 도 3에 도시한다. 권취기에는 통상적인 실패형 필터 카트리지에 사용되는 와인더를 사용할 수 있다. 공급된 띠 모양 부직포(5)는 능직 모양을 하면서 움직이는 세폭공의 트래버스 가이드(6)를 통과한 다음, 보빈(7)에 장치된 구멍이 있는 통상체(8)에 권취시킴으로써 필터 카트리지(9)를 형성한다. 이러한 방법으로 만들어진 필터 카트리지는 대단히 조밀해지므로 정밀도가 미세한 필터 카트리지가 된다. 단, 이러한 방법에서는 제조조건을 변경하여 여과 정밀도를 조정하는 것이 어렵다.
한편, 이러한 띠 모양 부직포는 가연하고 나서 권취할 수 있다. 이 경우의 제조법의 한 가지 예를 도 4에 도시한다. 이러한 경우에도 권취기에는 통상적인실패형 필터 카트리지에 사용되는 와인더를 사용할 수 있다. 띠 모양 부직포는 꼬임에 의해 외관상 굵어지므로 트래버스 가이드(10)는 도 3에 도시된 것보다 구멍 직경이 큰 것이 바람직하다. 띠 모양 부직포에 가연하면 단위 길이당의 꼬임 수 또는 꼬이는 강도에 따라 부직포의 외관 공극율을 변화시킬 수 있으므로 여과 정밀도를 조정할 수 있다. 이때의 꼬임 수는 띠 모양 부직포 1m당 50 내지 1000회의 범위가 바람직하다. 이러한 값이 50회보다 작아지면 가연하는 효과가 거의 얻어지지 않는다. 또한, 이러한 값이 100O회보다 많아지면 만들어진 필터 카트리지의 통액성이 떨어지게 되므로 바람직하지 않다.
또한, 상기한 띠 모양 부직포를 적당한 방법으로 집속시키고 나서 구멍이 있는 통상체에 감아 붙이면 보다 바람직하다. 이의 방법으로서는 띠 모양의 부직포를 단순히 작은 구멍 등을 통해 집속시킬 수 있으며 띠 모양 부직포를 주름 형성 가이드로 단면 형상을 예비성형한 후에 작은 구멍 등를 통해서 주름 모양 물체로 가공할 수 있다. 이러한 방법을 사용하면 트래버스 가이드의 능직 모양 속도와 보빈의 회전속도의 비율을 조절하여 감긴 패턴을 변경할 수 있으므로 동일한 종류의 띠 모양 부직포로부터 다양한 성능의 필터 카트리지를 만들 수 있다.
띠 모양 부직포를 집속시키는 방법으로서 단순히 작은 구멍을 통과시키는 경우의 제조법의 한 가지 예를 도 5에 도시한다. 이 경우에도 권취기에는 통상적인 실패형 필터 카트리지에 사용되는 와인더를 사용할 수 있다. 도 5에서는 트래버스 가이드(11)의 구멍을 작은 구멍으로 함으로써 띠 모양 부직포를 집속시키고 있지만 트래버스 가이드(11)보다 바로 앞의 사도(絲道)에 작은 구멍의 가이드를 설치해도상관없다. 작은 구멍의 직경은 사용하는 띠 모양 부직포의 단위면적당 중량이나 폭에 따라 다르지만 3mm 내지 10mm의 범위가 바람직하다. 이 직경이 3mm보다 작아지면 띠 모양 부직포와 작은 구멍의 마찰이 커져서 권취 장력이 너무 높아진다. 또한, 이러한 값이 10mm보다 커지면 띠 모양 부직포의 집속 크기가 안정되지 않는다.
다음에 띠 모양 부직포를 주름 형성 가이드로 단면 형상을 예비성형한 후에 작은 구멍 등을 통해서 주름 모양 물체로 가공하는 경우, 제조법의 한 가지 예의 일부 절단 사시도를 도 6에 도시한다. 이 경우에도 권취기에는 통상적인 실패형 필터 카트리지에 사용되는 와인더를 사용할 수 있다. 이러한 방법을 사용하는 경우, 띠 모양 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 인수하고 트래버스 가이드를 통과시켜 구멍이 있는 통상체로 권취하면 필터 카트리지가 형성된다.
다음에 주름 형성 가이드에 관해 설명한다. 주름 형성 가이드는 통상적으로 외부 직경 3mm 내지 10mm 정도의 환봉을 가공하지만 표면에 부직포와의 마찰을 방지하기 위한 불소 수지가공을 실시하여 만든다. 이러한 형상의 한 가지 예를 도 7 내지 도 8에 도시한다. 여기에 열거한 예에서 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 평행으로 되지 않도록 집속하게 하는 형이면 바람직하다.이와 같이 하여 만들어진 주름 모양 물체의 단면 형상의 한 가지 예를 도 9(A),(B) 및 (C)에 도시하였지만 이들로 한정되지 않는다. 본 발명의 이들의 양태에서 주름의 적어도 일부가 비평행이 되도록 집속된 주름 모양 물체를 형성시키는 것은 본 발명의 가장 바람직한 양태이다. 즉, 도 9의 단면 형상과 같이 주름의 일부가 비평행으로 되어 있는 경우, 주름의 대부분이 평행인 도 10(A) 및 (B)에 도시된 경우와 비교하여 여과 압력이 주름에 화살표와 같이 수직한 방향에서 걸릴 때에서도 주름 모양 물체의 형상 유지력이 강하고 원래의 주름 형상으로서의 여과기능을 유지할 수 있다. 요컨대, 주름이 비평행한 경우에는 주름이 평행한 경우와 비교하여 필터 카트리지의 압력손실을 억제하는 능력이 우수하므로 주름 모양 물체의 단면 형상은 주름이 비평행한 것이 특히 바람직하다. 또한 가이드는 반드시 1개일 필요는 없으며 형이나 크기가 상이한 수개의 가이드를 직렬로 나란히 세움으로써 띠 모양 부직포의 단면 형상을 서서히 변경하도록 하면 주름 모양 물체의 단면 형상이 장소에 따라 일정해지므로 품질의 불균일이 상쇄되어 바람직하다.
본 발명에서 띠 모양 부직포를 주름 모양 물체로 하고 나서 구멍이 있는 통상체에 감아 붙이는 경우, 주름 모양 물체의 최종적인 주름수는 4 내지 50개, 보다 바람직하게는 7 내지 45개이다. 주름수가 4개 미만에서는 주름 부여에 따른 여과 면적확대에 의한 효과가 부족하다. 한편, 주름수가 50개를 초과하면 주름이 너무 작아져서 제조가 곤란하며 또한 여과기능 저하에 대한 영향이 생기기 쉽다.
또한 예를 들면, 도 11에 도시된 바와 같은 빗 형태의 주름 형성 가이드(17)를 사용하여 띠 모양 부직포에 다수의 주름을 부여한 다음, 보다 좁은 직사각형 구멍(18)을 통과시키는 방법으로 보다 주름수가 많아지도록 변형시키고 또한 주름을 애트랜덤(at random)한 비평행으로 만들수 있다.
또한, 상기한 작은 구멍(14)을 통과시킨 후에 주름 모양 물체(15)를 열풍 또는 적외선 히터 등으로 가열 가공함으로써 주름 모양 물체의 단면 형상을 고정화할 수 있다. 이러한 공정은 반드시 필요하지는 않지만 주름 모양 물체의 단면 형상을 복잡하게 하거나 띠 모양 부직포로서 강성이 높은 것을 사용하는 경우에는 단면 형상이 설계한 형으로부터 붕괴되는 경우가 있으므로 이러한 가열 가공을 하는 것이 바람직하다.
다음에 본 발명에서 사용하는 집속된 띠 모양 부직포 또는 주름 모양 물체(이하, 합쳐서 띠 모양 부직포 집속물이라고 약칭한다)의 공극율에 관해서 설명한다. 우선, 띠 모양 부직포 집속물의 단면적은 도 12에 도시된 바와 같이 띠 모양 부직포 집속물(24)을 내포하는 최소 면적의 계란형(19)(계란형이란 당해 각 내각 각각이 모두 180도 이내인 다각형을 의미한다)의 면적으로 정의된다. 그리고 띠 모양 부직포 집속물을 소정의 길이, 예를 들면, 단면적의 평방근의 100배의 길이로 절단하여 수학식 1 내지 3으로 정의한다.
(띠 모양 부직포 집속물의 외관 체적)= (띠 모양 부직포 집속물의 단면적×띠 모양 부직포 집속물의 절단 길이)
(띠 모양 부직포 집속물의 진(眞)체적)= (절단한 띠 모양 부직포 집속물의 중량)/(띠 모양 부직포 집속물의 원료 밀도)
(띠 모양 부직포 집속물의 공극율)= {1-(띠 모양 부직포 집속물의 진체적)/(띠 모양 부직포 집속물의 외관 체적)}×100(%)
이러한 수학식으로 정의된 띠 모양 부직포 집속물의 공극율은 60 내지 95%가 바람직하며 보다 바람직하게는 85 내지 92%이다. 이러한 값을 60% 이상으로 함으로써 띠 모양 부직포 집속물이 필요 이상으로 밀접해지는 것을 억제하고 필터 카트리지로 사용할 때의 압력손실을 충분히 억제할 수 있거나 띠 모양 부직포 집속물 중의 입자 포집효율을 보다 향상시킬 수 있다. 또한, 이러한 값을 95% 이하로 함으로써 이후에 감아 붙이는 것이 용이해지며 또한 필터 카트리지로서 사용할 때에 이의 부하 압력에 따른 여과재의 변형을 보다 작게 할 수 있다. 이것을 조정하는 방법의 예로서 권취 장력의 조정 및 주름 형성 가이드 등의 가이드 형상의 조정을 들 수 있다.
또한 띠 모양 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 부직포를 집속하거나 주름 모양 물체에 가공하기 전 또는 가공한 후에 적당한 결합제 등으로 접착할 수 있으며 입상 활성탄이나 이온교환 수지 등을 혼재시킨 후에 가열하여 띠 모양 부직포의 구성 섬유와 열접착시킬 수 있다.
다음에 상기한 방법으로 만들어진 띠 모양 부직포 집속물은 단면 형상이 붕괴되지 않도록 연구를 계속할 경우, 반드시 연속공정일 필요는 없으며 우선 적당한 보빈에 감고 이후에 와인더로 권취할 수 있다.
다음에 띠 모양 부직포의 권취 방법에 관해서 설명한다. 이러한 와인더의 보빈에 직경 약 10 내지 40mm, 길이 100 내지 1000mm 정도의 구멍이 있는 통상체를 장착하고 구멍이 있는 통상체의 말단 부분에 와인더의 사도를 통과시킨 띠 모양 부직포(또는 띠 모양 부직포 집속물)를 고정한다. 구멍이 있는 통상체는 필터 카트리지의 코어재의 역할을 하며 이의 재질이나 형상은 여과할 때에 외압에 견딜수 있는 강도를 가지며 압력손실이 현저하게 높지 않은 경우, 특별히 한정되지 않으며 예를 들면, 통상적인 필터 카트리지에 사용되고 있는 코어재와 같이 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌을 망형(網型)의 통 모양으로 가공한 사출 성형품이라도 양호하며 또한, 세라믹이나 스텐레스 등을 동일하게 가공한 것이라도 지장이 없다. 또는 구멍이 있는 통상체로서 주름 잡기 가공한 필터 카트리지나 부직포 감아 돌리기형의 필터 카트리지 등의 기타 필터 카트리지를 사용할 수 있다. 와인더의 사도는 보빈에 평행하게 설치된 트래버스 캠(cam)에 의해 능직 모양으로 진동되므로 구멍이 있는 통상체에는 띠 모양 부직포가 능직 모양으로 진동되어 감아 붙인다. 이때에 감아 붙이는 조건도 통상적인 실패형 필터 카트리지를 제조할 때에 준하여 설정하면 양호하며 예를 들면, 보빈 초속 1000 내지 2000rpm으로 하고 해사 속도를 조절하여 장력을 걸면서 감아 붙이면 양호하다. 또한 이때의 장력에 따라 필터 카트리지의 공극율을 변경할 수 있다. 또한 감아 붙일 때의 장력을 조정하여 내층의 공극율을 조밀하게 하고 중층 및 외층의 감아 붙임에 따라 공극율을 성글게 할 수 있다. 특히 띠 모양 부직포를 주름 모양 물체로 형성한 다음, 구멍이 있는 통상체에 감아 붙이는 경우에는 주름 모양 물체가 구비하는 주름 형성에 따른 심층 여과구조와 아울러 외층, 중층 및 내층으로 형성되는 조밀(粗密) 구조차에 의해 이상적인 여과 구조를 갖는 필터 카트리지를 제공할 수 있다. 또한, 여과 정밀도는 트래버스 캠의 능직 모양 속도와 보빈의 회전속도의 비율을 조정하여 감아 붙이고 패턴을 변화함으로써 변경할 수 있다. 이러한 패턴의 부착 방법은 이미 공지된 통상적인 실패형 필터 카트리지 방법을 사용할 수 있으며 필터의 길이가 일정한 경우에는 당해 패턴을 와인드수로 나타낼 수 있다. 또한 어떤 실(본 발명의 경우에는 띠 모양 부직포)과 이의 하나 아래의 층에 감긴 실의 간격(20)이 넓은 경우, 여과 정밀도는 조잡해지며 반대로 좁은 경우에는 세밀해진다. 이들 방법에 따라 띠 모양 부직포를 구멍이 있는 통상체(8)의 외부 직경보다 1.5배 내지 3배 정도 큰 외부 직경까지 감아 붙여 필터 카트리지 형상을 제조한다. 이것을 그대로 필터 카트리지(9)로서 사용할 수 있으며 말단면에 두께 3mm 정도의 발포 폴리에틸렌의 가스켓(gasket)을 붙이는 방법 등으로 필터 카트리지 말단면의 하우징(housing)과의 밀착성을 높일 수 있다.
이와 같이 만든 필터의 공극율은 65 내지 85%의 범위인 것이 바람직하다. 이러한 값이 65%보다 작아지면 섬유 밀도가 너무 높아지므로 통액성이 저하된다. 반대로 이러한 값이 85%보다 커지면 필터 카트리지 강도가 저하되며 여과 압력이 높은 경우에 필터 카트리지가 변형되는 등의 문제가 생기기 쉽다.
또한 띠 모양 부직포에 틈을 넣거나 구멍을 개방하거나 함으로써 통액성을개선할 수 있다. 이 경우, 틈의 수는 띠 모양 부직포 10cm당 5 내지 l00개 정도가 바람직하며 구멍을 개방하는 경우에는 개공(開孔)부 면적의 비율을 10 내지 80% 정도로 하는 것이 바람직하다. 권취할 때에 띠 모양 부직포의 개수를 복수로 하거나 방적사 등의 다른 실과 아울러 감아 붙게 함으로써 여과 성능을 조정할 수 있다. 또한, 도 14에 도시된 바와 같이 구멍이 있는 통상체(8)에 띠 모양 부직포(5)를 어느 정도의 직경이 될 때까지 능직 모양으로 감아 붙여 내층(21)을 형성한 다음, 광폭의 부직포를 이의 내층의 주위에 김밥 모양으로 감아 붙여 정밀 여과층(22)을 형성하고 이어서, 그 주위에 띠 모양 부직포(5)를 다시 능직 모양으로 감아 붙여 외층(23)을 형성하며 부직포를 말려들게 한 모양으로 필터 카트리지를 제조할 수 있다. 광폭 부직포를 김밥 모양으로 감아 붙이지 않은 경우에는 실 간격을 넓게 하며 조잡한 정밀도의 필터 카트리지는 입자 최대 유출직경이 극단적으로 커지는 경우가 있지만 광폭 부직포를 김밥 모양으로 감아 붙임으로써 입자 최대 유출계를 필요에 따라 미조정할 수 있다.
이하에 실시예 및 비교예에 의해 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 잘라내고 이의 중량을 측정하여 1평방 미터당의 중량으로 환산하여 단위면적당 중량(g/m2)으로 한다. 또한, 잘라낸 부직포의 두께를 임의로 10점으로 측정하고 이의 최대치와 최소치를 제외한 8점의 평균을 부직포의 두께(μm)로 한다. 또한 본 발명의 부직포로서 적층 멜트 블로우 부직포를 사용하는 경우, 제조방법에 따라 적층하기 전, 각각의 층의 단위면적당 중량을 계산할 수 없으므로 이때에는 수지 토출량과 기계 폭 및 생산속도로부터 계산한 이론치를 사용한다.
부직포의 섬유 직경 또는 섬도
부직포 또는 적층전의 웹으로부터 무작위로 5개소에서 샘플링(sampling)하여 이들을 주사형 전자현미경으로 촬영하여 1개소에 대해 멜트 블로우 섬유의 경우에는 100개, 기타 섬유의 경우에는 20개의 섬유를 무작위로 선택하여 이들의 섬유 직경을 측정하고 이의 평균치를 당해 부직포의 섬유 직경(μm)으로 한다. 또한, 섬도(dtex)는 수득된 섬유 직경과 부직포 원료 수지의 밀도(g/cm3)를 사용하여 다음 수학식 4로부터 구한다. 또한 2성분 이상 사용하는 경우에는 이의 밀도는 각 성분의 밀도의 중량 평균치를 사용한다.
부직포의 통기도
슬리트하기 전의 부직포의 통기도를 JIS L 1096-A법에 준거하여 각 부직포당 20점 측정하여 이의 평균치를 구한다.(단위 cm3/cm2/초)
부직포의 주름수
주름 모양 물체의 단면 형상을 접착제로 고정한 다음, 임의의 5개소에서 절단하고 이의 단면을 현미경으로 사진 촬영한다. 이러한 사진으로부터 띠 모양 부직포의 주름의 수를 주름이 높은 곳 또는 주름이 낮은 곳의 어느 경우에도 1개로서 계수하며 절단한 5개소에서의 평균수의 2분의 1을 주름수로 한다.
띠 모양 부직포 집속물의 단면적과 공극율
띠 모양 부직포 집속물의 단면 형상을 접착제로 고정한 다음, 임의의 5개소에서 절단하고 이의 단면을 현미경으로 사진 촬영한다. 이러한 사진을 화상 해석하여 띠 모양 부직포 집속물의 단면적을 구한다. 또한, 이것과는 별도의 장소에서 띠 모양 부직포 집속물을 길이 10cm로 절단하고 이의 중량과 먼저 구한 단면적으로부터 수학식 1 내지 3을 사용하여 공극율을 구한다.
수학식 1
(띠 모양 부직포 집속물의 외관 체적)= (띠 모양 부직포 집속물의 단면적×띠 모양 부직포 집속물의 절단 길이)
수학식 2
(띠 모양 부직포 집속물의 진체적)= (띠 모양 부직포 집속물의 중량)/(띠 모양 부직포 집속물의 원료 밀도)
수학식 3
(띠 모양 부직포 집속물의 공극율)= {1-(띠 모양 부직포 집속물의 진체적)/(띠 모양 부직포 집속물의 외관 체적)}×10O(%)
실 간격
표층에 있는 띠 모양 부직포 집속물(또는 띠 모양 부직포 및 방적사 등의 하기의 실시예에서 구멍이 있는 통상체에 감아 붙여진 것)과 인접하는 띠 모양 부직포 집속물의 간격(도 13의 20에 도시한다)을 1개의 필터 카트리지에 관하여 10개소 측정하여 이의 평균을 실 간격으로 한다.
필터 카트리지의 공극율
필터 카트리지의 외부 직경, 내부 직경, 길이 및 중량을 측정하고 다음 수학식 5 내지 7을 사용하여 공극율을 구한다. 또한 여과재 그 자체의 공극율을 구하기 위해 내부 직경의 값에는 구멍이 있는 통상체의 외부 직경을 사용하고 중량 값에는 필터 카트리지의 중량으로부터 구멍이 있는 통상체의 중량을 뺀 값을 사용한다.
(필터의 진체적)= (필터의 중량)/(필터의 원료 밀도)
(필터의 공극율)= {1-(필터의 진체적)/필터의 외관 체적)}×100(%)
초기 포집 입자 직경, 초기 압력손실, 여과 수명
순환식 여과 성능시험기의 하우징(housing)에 필터 카트리지 1개를 장치하고 펌프로 유량을 매분 30리터로 조절하여 통수(通水) 순환시킨다. 이때에 필터 카트리지 전후의 압력손실을 초기 압력손실로 한다. 다음에 순환하는 물에 JIS Z 8901에 기준한 시험용 분체 I의 8종류(JIS 8종류라고 약칭한다. 중위 직경= 6.6 내지 8.6μm)와 상기 7종류(JIS 7종류라고 약칭한다. 중위 직경: 27 내지 31μm)를 중량비 1:1로 혼합한 케익을 매분 0.4g/분으로 연속 첨가하고 첨가 개시로부터 5분후에 원액과 여액을 채취하여 소정의 배율로 희석한 후에 각각의 액에 함유되는 입자의 수를 광차단식 입자검출기로 계측하여 각 입자 직경에서의 초기 포집효율을 산출한다. 다시 이의 값을 내삽하여 포집 효율 80%를 나타내는 입자 직경을 구한다. 또한, 추가로 계속 케익을 첨가하고 필터 카트리지의 압력손실이 0.2MPa에 도달할 때에도 동일하게 원액과 여액를 채취하여 0.2MPa일 때의 포집 입자 직경을 구한다. 또한, 케익 첨가 개시로부터 O.2MPa에 도달하기까지의 시간을 여과 수명으로 한다. 또한 여과 수명이 1000분에 도달해도 압 차이가 0.2MPa에 도달하지 않는 경우에는 그 시점에서 측정을 중단한다.
초기 여액의 기포 및 섬유 탈락
순환식 여과 성능시험기의 하우징에 필터 카트리지 1개를 장치하고 펌프로 유량을 매분 10리터로 조절하여 이온교환수를 통수한다. 초기 여액을 1리터 채취하고 이중에서 25cm3를 비색(比色)병에 채취하여 격렬하게 교반하고 교반 정지 10초후에 기포를 발견했다. 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 미만인 경우를 ○로 하여 기포 생성을 판정한다. 또한, 초기 여액 500cm3를 구멍 직경 O.8μm의 니트로셀룰로스 여과지에 통과시키고 여과지 1cm2당 길이 1mm 이상의 섬유가 4개 이상인 경우를 ×, 1 내지 3개인 경우를 △, 0개인 경우를 ○으로 하여 섬유 탈락을 판정한다.
실시예 1
멜트 블로우 부직포로서 단위면적당 중량 20g/m2, 평균 섬유 직경 3μm, 두께 200μm 및 통기도 37cm3/cm2/초이며 방사의 여열에 의해 섬유 교점이 약하게 접착되어 있는 폴리프로필렌제 멜트 블로우 부직포를 사용한다. 또한, 구멍이 있는 통상체로서 내부 직경 30mm, 외부 직경 34mm, 길이 250mm이며 6mm 각의 구멍이 180개 개방되어 있는 폴리프로필렌제의 사출성형품을 사용한다. 이러한 멜트 블로우 부직포를 폭 50mm로 슬리트하여 띠 모양 부직포로 한다. 그리고 와인더를 사용하여 띠 모양 부직포를 집속 등을 하지 않고 그대로 구멍이 있는 통상체에 감아 붙여 스핀들 초속 1500rpm에서 띠 모양 부직포의 간격이 0mm로 되도록 와인드수를 조정하여 구멍이 있는 통상체에 외부 직경 62mm로 될 때까지 권취하고 도 13에 도시한 바와 같은 원통상 필터 카트리지(9)를 수득한다.
실시예 2
와인드수를 변경하여 띠 모양 부직포의 간격이 1mm로 되도록 하는 것 이외에는 전부 실시예 1과 동일한 방법으로 필터 카트리지를 수득한다. 그러나 당해 필터의 여과 성능은 실시예 1에 기재한 필터와 대차없다. 실시예 1에 기재한 필터와 차이가 없는 것은 띠 모양 부직포를 집속 등을 하지 않았으므로 와인드수의 영향이 나오지 않기 때문이라고 생각된다.
실시예 3
띠 모양 부직포 및 구멍이 있는 통상체는 실시예 1과 동일한 것을 사용한다. 그리고 와인더까지의 사도에 직경이 5mm인 원형공의 가이드를 설치하여 띠 모양 부직포를 직경 약 5mm로 집속시키고 실시예 1과 동일하게 구멍이 있는 통상체로 권취하여 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터의 여과 성능은 거의 실시예 1에 기재한 필터와 동일하다.
실시예 4
띠 모양 부직포의 간격이 1mm로 되도록 와인드수를 조정하는 것 이외에는 전부 실시예 3과 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터는 실시예 3에 기재한 필터보다 정밀도가 조잡하고 통수성이 양호하며 여과 수명이 긴 필터로 된다.
실시예 5
띠 모양 부직포의 간격이 2mm로 되도록 와인드수를 조정하는 것 이외에는 전부 실시예 3과 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터는 실시예 4에 기재한 필터보다 더욱 조잡한 필터로 된다.
실시예 6
띠 모양 부직포의 간격이 2mm로 되도록 와인드수를 조정하는 것 이외에는 전부 실시예 3과 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터는 실시예 5에 기재한 필터보다 더욱 조잡한 필터로 된다.
실시예 7
멜트 블로우 부직포로서 실시예 1과 동일한 부직포를 사용한다. 또한 장섬유 부직포로서 단위면적당 중량 22g/m2, 두께 200μm, 섬도 2dtex이며 섬유 교점이 열 엠보스 로울로 열압착된 폴리프로필렌제 스펀 본드 부직포를 사용한다. 이러한 멜트 블로우 부직포와 장섬유 부직포 각 1장을 중첩시키고 엠보스 로울로 부직포 교점을 접착시켜 적층 멜트 블로우 부직포를 만든다. 이러한 적층 멜트 블로우 부직포를 폭 50mm로 슬리트하여 띠 모양 부직포로 한다. 기타는 전부 실시예 4와 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터의 초기 포집 입자 직경은 실시예 4에 기재한 필터와 동일한 정도이지만 정밀도 변화가 적은 우수한 것이다.
실시예 8
멜트 블로우 부직포로서 실시예 1에서 사용한 부직포와 동일한 부직포를 사용한다. 또한, 장섬유 부직포로서 단위면적당 중량 22g/m2, 두께 20Oμm, 섬도 2dtex이며 섬유 교점이 열 엠보스 로울로 열압착된 폴리프로필렌제 스펀 본드 부직포를 사용한다. 이것을 장섬유 부직포/멜트 블로우 부직포/장섬유 부직포의 순서로 중첩하고 엠보스 로울로 부직포 교점을 접착시켜 적층 멜트 블로우 부직포를 만든다. 이러한 적층 멜트 블로우 부직포를 폭 50mm로 슬리트하여 띠 모양 부직포로 한다. 기타는 전부 실시예 4와 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터의 초기 포집 입자 직경은 실시예 4에 기재된 필터와 동일한 정도이지만 정밀도 변화가 실시예 7에 기재한 필터보다 더욱 적은 우수한 것이다.
실시예 9
멜트 블로우 부직포로서 실시예 1에서 사용한 부직포와 평균 섬유 직경을 5μm로 하는 것 이외에는 실시예 1과 동일한 부직포의 2종류를 사용한다. 또한, 장섬유 부직포로서 단위면적당 중량 22g/m2, 두께 20Oμm, 섬도 2dtex이며 섬유 교점이 열 엠보스 로울로 열압착된 폴리프로필렌제 스펀 본드 부직포를 사용한다. 이것을 장섬유 부직포/평균 섬유 직경 5μm의 멜트 블로우 부직포/평균 섬유 직경 3μm의 멜트 블로우 부직포/장섬유 부직포의 순서로 중첩하고 엠보스 로울로 부직포 교점을 접착시켜 적층 멜트 블로우 부직포를 만든다. 이러한 적층 멜트 블로우 부직포를 폭 50mm로 슬리트하여 띠 모양 부직포로 한다. 기타는 전부 실시예 4와 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터의 초기 포집 입자 직경은 실시예 4에 기재된 필터와 동일한 정도이지만 정밀도 변화가 실시예 8에 기재한 필터보다 더욱 적으며 우수한 것이다. 또한 여과 수명도 실시예 8에 기재한 필터보다 길어진다.
실시예 10
멜트 블로우 부직포 및 장섬유 부직포의 원료 수지를 나일론66으로 하는 것 이외에는 전부 실시예 8와 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터는 실시예 8의 필터와 거의 동일한 정도의 여과 성능을 나타낸다.
실시예 11
멜트 블로우 부직포 및 장섬유 부직포의 원료 수지를 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 하는 것 이외에는 전부 실시예 8과 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터는 실시예 8의 필터와 거의 동일한 정도의 여과 성능을 나타낸다.
실시예 12
적층 멜트 블로우 부직포를 폭 10mm에 슬리트하고 또한 실 간격이 1mm로 되도록 와인드수를 조정하는 것 이외에는 모두 실시예 8과 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터는 실시예 8과 동일한 정도의 성능의 필터로 된다. 그러나 권취에 요하는 시간은 실시예 4에 기재한 필터의 시간보다 길어진다.
실시예 13
적층 멜트 블로우 부직포를 폭100mm로 슬리트하고 또한 실 간격이 0mm로 되도록 와인드수를 조정하는 것 이외에는 모두 실시예 8과 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터는 실시예 8에 기재한 필터보다 정밀도가 조잡한 필터로 된다. 실 간격을 0mm로 함에도 불구하고 정밀도가 조잡한 필터로 되는 것은 띠 모양 부직포 집속물이 극도로 굵어지기 때문이다.
실시예 14
멜트 블로우 부직포로서 1호울(hole)마다 교대로 상이한 수지를 토출할 수 있는 노즐을 사용하고 저융점 성분에 고밀도 폴리에틸렌, 고융점 성분에 폴리프로필렌을 중량비 5:5로 사용하는 혼합섬유 멜트 블로우 부직포를 사용한다. 한편, 장섬유 부직포는 실시예 7에 기재한 필터와 동일한 부직포를 사용한다. 기타는 전부 실시예 8과 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터는 실시예 8보다 정밀도가 세밀한 필터로 되며 정밀도 변화가 적은 우수한 필터로 된다.
실시예 15
저융점 성분으로서 선상 저밀도 폴리에틸렌(융점 125℃)을 사용하는 것 이외에는 전부 실시예 14와 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터는 실시예 14에 기재한 필터와 동일한 정도의 여과 정밀도를 갖는 필터로 되며 또한 실시예 14에 기재한 필터보다 통수성이 우수하다.
실시예 16
멜트 블로우 부직포로서 실시예 1과 동일한 것을 사용한다. 그리고 장섬유 부직포의 구성 섬유로서 저융점 성분이 고밀도 폴리에틸렌, 고융점 성분이 폴리프로필렌으로서 중량비 5:5인 쉬쓰 코어형 복합섬유를 사용한다. 기타는 전부 실시예 8과 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터는 실시예 8에 기재한 필터와 동일한 정도의 여과 정밀도를 갖는 필터로 되며 또한 실시예 8에 기재한 필터보다 정밀도 변화가 적다.
실시예 17
멜트 블로우 부직포로서 실시예 15에서 사용한 부직포와 동일한 것을 사용한다. 그리고 장섬유 부직포로서 실시예 16과 동일한 것을 사용한다. 기타는 전부 실시예 8과 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터는 실시예 15 및 실시예 16에 기재한 필터와 동일한 정도의 여과 정밀도를 갖는 필터로 되며 또한 실시예 15 및 실시예 16에 기재한 필터보다 정밀도 변화가 적다.
실시예 18
필터 카트리지 권취시에 강한 선압(線厭)을 걸어 필터 공극율을 63%로 하는 것 이외에는 전부 실시예 16과 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터의 여과 성능은 하기하는 비교예보다 우수하지만 실시예 16의 필터보다 초기 압력손실이 크며 또한 여과 수명이 짧은 필터로 된다. 그 이유는 필터 공극율이 낮으며 섬유 밀도가 너무 커지기 때문이라고 생각된다.
실시예 19
띠 모양 부직포 집속물을 극단적으로 저(低)장력에서 권취함으로써 필터 공극율을 88%로 하는 것 이외에는 전부 실시예 16과 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터의 여과 성능은 하기하는 비교예에 기재한 필터보다는 우수하지만 실시예 16의 필터보다 여과 수명이 짧은 필터로 된다. 그 이유는 필터 공극율이 높으므로 여과 압력이 높아져 여과재가 압착되어 압력손실이 급격하게 상승하기 때문이라고 생각된다.
실시예 20
와인더의 사도에 설치하는 원형공의 가이드의 직경을 1mm로 함으로써 띠 모양 부직포 집속물의 공극율을 58%로 하는 것 이외에는 모두 실시예 16과 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터의 여과 성능은 하기하는 비교예보다는 우수하지만 실시예 16에 기재한 필터보다 초기 압력손실이 높으며 또한 여과 수명이 짧은 필터로 된다. 그 이유는 띠 모양 부직포 집속물의 공극율이 낮으며 섬유 밀도가 너무 높아지기 때문이라고 생각된다.
실시예 21
와인더의 사도에 설치하는 원형공의 가이드 직경을 10mm로 하며 또한 띠 모양 부직포 집속물을 극단적으로 저장력으로 권취함으로써 띠 모양 부직포 집속물의 공극율을 97%로 하는 것 이외에는 전부 실시예 16과 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터의 여과 성능은 하기하는 비교예에 기재한 필터보다는 우수하지만 실시예 16에 기재한 필터보다 여과 수명이 짧은 필터로 된다. 그 이유는 띠 모양 부직포 집속물의 공극율이 높기 때문에 여과 압력이 높아지면 여과재가 압착되어 급격하게 압력손실이 상승하기 때문이라고 생각된다.
실시예 22
섬유 교점의 열압착 방법을 열 엠보스 로울로부터 열풍 순환식 가열장치로 변경하는 것 이외에는 전부 실시예 16과 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터는 실시예 16에 기재한 필터와 동일한 정도의 성능을 갖고 있다.
실시예 23
띠 모양 부직포를 집속하지 않고 대신에 1m당 100회 가연한 것 이외에는 모두 실시예 16과 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터는 실시예 8에 기재한 필터와 동일한 정도의 성능을 갖는 필터로 된다.
실시예 24
띠 모양 부직포를 도 9(A)에 도시하는 바와 같은 단면 형상으로 가공하여 주름수 4개의 주름 모양 물체를 수득한다. 이러한 주름 모양 물체를 집속한 띠 모양 부직포 대신에 사용하는 것 이외에는 모두 실시예 16과 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터는 실시예 16에 기재한 필터와 동일한 정도의 정밀도이지만 정밀도 변화는 실시예 16에 기재한 필터와 비교하여 적어진다. 실시예 25
띠 모양 부직포를 도 8(A)에 도시하는 바와 같은 단면 형상으로 가공하여 주름수 7개의 주름 모양 물체를 수득한다. 이러한 주름 모양 물체를 사용하는 것 이외에는 전부 실시예 16과 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터는 실시예 16에 기재한 필터와 동일한 정도의 초기 포집 입자 직경이지만 정밀도의 변화는 적다.
실시예 26
띠 모양 부직포를 도 8(C)에 도시하는 바와 같은 단면 형상으로 가공하여 주름수 15개의 주름 모양 물체를 수득한다. 이러한 주름 모양 물체를 사용하는 것 이외에는 모두 실시예 16과 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터는 실시예 16에 도시한 필터와 동일한 정도의 초기 포집 입자 직경이지만 정밀도의 변화는 적으며 또한 압력손실도 적다.
실시예 27
띠 모양 부직포의 주름수를 41개로 하는 것 이외에는 모두 실시예 16과 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터는 실시예 16에 기재한 필터와 동일한 정도의 초기 포집 입자 직경이지만 정밀도의 변화는 실시예 25에 기재한 필터보다 더욱 적으며 또한 압력손실도 적다.
비교예 1
띠 모양 부직포 대신에 섬도 3dtex의 섬유를 방적한 직경 2mm의 폴리프로필렌제 방적사를 사용하여 실 간격을 0mm로 하는 것 이외에는 전부 실시예 3과 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터 카트리지는 초기 포집 입자 직경이 실시예 3에 기재한 필터보다 상당히 조잡해지며 실시예 6에 기재한 필터와 동일한 정도로 된다. 그러나 실시예 6에 기재한 필터보다 여과 수명이 짧아지며 정밀도 변화도 크다. 또한, 초기 여액에는 기포가 있으며 여과재의 탈락도 보인다.
비교예 2
띠 모양 부직포 대신에 폭 50mm로 절단한 JIS P 3801에 규정된 여과지 1종류를 사용하는 것 이외에는 전부 실시예 3과 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터 카트리지는 초기 포집 입자 직경이 실시예 3에 기재한 필터보다 조잡하며 실시예 5에 기재한 필터와 동일한 정도로 되지만 초기 압력손실이 크고 또한 압력 상승시의 포집 입자 직경도 초기와 크게 변하고 있다. 또한 여과 수명이 극단적으로 짧다. 또한, 초기 여액에는 여과재의 탈락이 보인다.
비교예 3
폴리프로필렌과 고밀도 폴리에틸렌으로 이루어진 섬도 4dtex, 8분할 타입의 분할 단섬유를 카드기로 웹화하고 고압수 가공으로 섬유 분할 및 섬유 교락을 시켜 단위면적당 중량 22g/m2의 분할 단섬유 부직포를 수득한다. 이러한 부직포를 전자현미경으로 관찰하여 화상 해석한 결과, 전체 섬유중의 50중량%가 섬도 0.5dtex로 분할되어 있다. 이러한 부직포를 폭 50mm로 절단하여 띠 모양 부직포 대신에 사용하는 것 이외에는 전부 실시예 3과 동일한 방법으로 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터는 실시예 3에 기재한 필터보다 조잡한 필터로 되며 정밀도의 변화도 크다. 또한, 초기 여액에는 약간의 기포가 보이며 섬유의 탈락도 보인다.
비교예 4
실시예 1에서 사용하는 멜트 블로우 부직포를 25cm 폭으로 슬리트하고 도 1에 도시한 바와 같이 구멍이 있는 통상체에 김밥 모양으로 선압 1.5kg/m로 감아 붙여 원통상 필터 카트리지를 수득한다. 이러한 필터의 초기 포집 입자 직경은 실시예 1과 동일한 정도이지만 0.2MPa일 때에 포집 입자 직경이 크다. 또한, 여과 수명도 실시예 1과 비교하여 약간 짧다.
실시예 및 비교예의 결과는 표1, 표2 및 표3에 도시한다.
멜트 블로우 웹 또는 부직포 장섬유 웹 또는 부직포
기호 단위면적당 중량(g/m2) 섬유 직경(μm) 수지 기호 단위면적당 중량(g/m2) 섬도(dtex) 수지
실시예 1 M 20 3 PP 없음 - - -
실시예 2 M 20 3 PP 없음 - - -
실시예 3 M 20 3 PP 없음 - - -
실시예 4 M 20 3 PP 없음 - - -
실시예 5 M 20 3 PP 없음 - - -
실시예 6 M 20 3 PP 없음 - - -
실시예 7 M 20 3 PP S 22 2 PP
실시예 8 M 20 3 PP S 22 2 PP
실시예 9 M1 10 3 PP S 22 2 PP
M2 10 5 PP
실시예 10 M 20 3 나일론66 S 22 2 나일론66
실시예 11 M 20 3 PET S 22 2 PET
실시예 12 M 20 3 PP S 22 2 PP
실시예 13 M 20 3 PP S 22 2 PP
실시예 14 M 20 3 HDPE/PP S 22 2 PP
실시예 15 M 20 3 LLDPE/PP S 22 2 PP
실시예 16 M 20 3 PP S 22 2 LLDPE/PP
실시예 17 M 20 3 LLDPE/PP S 22 2 LLDPE/PP
실시예 18 M 20 3 PP S 22 2 LLDPE/PP
실시예 19 M 20 3 PP S 22 2 LLDPE/PP
실시예 20 M 20 3 PP S 22 2 LLDPE/PP
실시예 21 M 20 3 PP S 22 2 LLDPE/PP
실시예 22 M 20 3 PP S 22 2 LLDPE/PP
실시예 23 M 20 3 PP S 22 2 LLDPE/PP
실시예 24 M 20 3 PP S 22 2 LLDPE/PP
실시예 25 M 20 3 PP S 22 2 LLDPE/PP
실시예 26 M 20 3 PP S 22 2 LLDPE/PP
실시예 27 M 20 3 PP S 22 2 LLDPE/PP
비교예 1 PP 방적사 사용
비교예 2 여과지 1종류 90 - 셀룰로스 - - - -
비교예 3 분할 섬유 22 0.5 HDPE/PP - - - -
비교예 4 M 20 3 PP - - - -
멜트 블로우 부직포 또는 적층 멜트 블로우 부직포 부직포의 가공
구성 두께(μm) 통기도(cc/cm2/초) 교점 접착 슬리트(mm) 단면 형상 주름수 공극율(%)
실시예 1 M 200 38 여열 50 없음 - -
실시예 2 M 200 38 여열 50 없음 - -
실시예 3 M 200 38 여열 50 집속 - 91
실시예 4 M 200 38 여열 50 집속 - 91
실시예 5 M 200 38 여열 50 집속 - 91
실시예 6 M 200 38 여열 50 집속 - 91
실시예 7 SM 300 30 엠보스 50 집속 - 91
실시예 8 SMS 400 29 엠보스 50 집속 - 91
실시예 9 SM1M2S 400 32 엠보스 50 집속 - 91
실시예 10 SMS 400 29 엠보스 50 집속 - 91
실시예 11 SMS 400 29 엠보스 50 집속 - 91
실시예 12 SMS 400 29 엠보스 10 집속 - 91
실시예 13 SMS 400 29 엠보스 100 집속 - 91
실시예 14 SMS 400 29 엠보스 50 집속 - 91
실시예 15 SMS 400 29 엠보스 50 집속 - 91
실시예 16 SMS 400 29 엠보스 50 집속 - 91
실시예 17 SMS 400 29 엠보스 50 집속 - 91
실시예 18 SMS 400 29 엠보스 50 집속 - 91
실시예 19 SMS 400 29 엠보스 50 집속 - 91
실시예 20 SMS 400 29 엠보스 50 집속 - 58
실시예 21 SMS 400 29 엠보스 50 집속 - 97
실시예 22 SMS 400 29 TA 50 집속 - 91
실시예 23 SMS 400 29 엠보스 50 가연 - 90
실시예 24 SMS 400 29 엠보스 50 도 9(A) 4 90
실시예 25 SMS 400 29 엠보스 50 도 8(A) 7 90
실시예 26 SMS 400 29 엠보스 50 도 8(C) 15 90
실시예 27 SMS 400 29 엠보스 50 도 8(C) 41 90
비교예 1 PP 방적사 사용
비교예 2 여과지1종류 200 미측정 - 50 없음 - -
비교예 3 분할섬유 200 미측정 WJ 50 없음 - -
비교예 4 김밥모양 200 200 여열 (250) 없음 - -
*"TA"는 "스루에어(throught air)"를 의미한다.
*"WJ"는 "워터 젯(water jet)"을 의미한다.
감아 올림 여과 성능
실 간격(mm) 필터공극율(%) 초기 포집 입자 직경(μm) 초기압력손실(MPa) 0.2MPa일 때에포집 입자 직경(μm) 여과 수명(분) 기포 섬유탈락
실시예 1 0 78 2.5 0.075 4 13 ○ ○
실시예 2 1 78 2.5 0.075 4 13 ○ ○
실시예 3 0 78 2.5 0.075 4 13 ○ ○
실시예 4 1 82 7 0.025 9 19 ○ ○
실시예 5 2 83 9 0.015 12 25 ○ ○
실시예 6 3 83 15 0.007 20 80 ○ ○
실시예 7 1 82 7 0.025 8.4 20 ○ ○
실시예 8 1 82 7 0.025 7.7 21 ○ ○
실시예 9 1 82 7 0.025 7.3 25 ○ ○
실시예 10 1 82 7 0.023 7.7 20 ○ ○
실시예 11 1 82 7 0.023 7.7 20 ○ ○
실시예 12 1 82 6.5 0.027 7.2 18 ○ ○
실시예 13 1 82 10 0.019 11 30 ○ ○
실시예 14 1 82 7 0.025 7.3 21 ○ ○
실시예 15 1 82 7 0.023 7.3 21 ○ ○
실시예 16 1 82 7 0.025 7.4 21 ○ ○
실시예 17 1 82 7 0.025 7.2 22 ○ ○
실시예 18 1 63 6.5 0.035 7.2 12 ○ ○
실시예 19 1 88 8 0.022 8.8 15 ○ ○
실시예 20 1 78 6.4 0.035 7.0 11 ○ ○
실시예 21 1 85 8 0.022 8.8 15 ○ ○
실시예 22 1 82 7 0.025 7.7 21 ○ ○
실시예 23 1 82 7 0.025 7.4 22 ○ ○
실시예 24 1 82 7 0.033 7.5 19 ○ ○
실시예 25 1 82 7 0.023 7.4 23 ○ ○
실시예 26 1 82 7 0.018 7.3 25 ○ ○
실시예 27 1 82 6 0.021 6.3 25 ○ ○
비교예 1 0 76 16 0.006 22 50 × ×
비교예 2 0 72 10 0.024 14 18 ○ ×
비교예 3 0 77 9.2 0.011 13 20 △ ×
비교예 4 - 80 3 0.063 6 12 ○ ○
본 발명의 필터 카트리지는 상기한 바와 같이 멜트 블로우 부직포의 장점인 우수한 여과 정밀도를 유지한 채로 능직 모양으로 감아 돌리거나 장섬유 부직 섬유 집합체와 부직포를 붙인 다음, 능직 모양으로 감아 돌림으로써 이의 약점인 약한 섬유 강도에 기인하는 여과 능력의 경시 변화를 감소시키고 또한 띠 모양의 부직포를 능직 모양으로 감아 돌림으로써 부직포를 김밥 모양으로 감는 것에 의해 발생되는 폭 방향의 부직포 불균일을 감소시킨 필터이다.
따라서 종래의 실패형 필터 카트리지와 비교하여 미세한 입자까지 포착할 수 있으며 여과 수명이 길고 초기 포집 입자 직경의 변화가 거의 보이지 않으며 압력손실이 낮다. 또한, 적어도 주름의 일부가 비평행이 되도록 집속시킨 띠 모양 부직포의 주름 모양 물체를 사용하는 경우, 수직 방향의 여과 압력이 적용되기 어려우며 필터는 주름이 평행한 주름 모양 물체와 비교할 때처럼 주름 모양 물체가 찌그러지지 않고 안정적으로 여과 성능을 유지할 수 있다.

Claims (14)

  1. 멜트 블로우된 열가소성 섬유로 이루어진 띠 모양의 부직포를 구멍이 있는 통상체에 능직 모양으로 감아 붙여 이루어진 필터 카트리지.
  2. 멜트 블로우된 열가소성 섬유로 이루어진 부직 섬유 집합체와 장섬유 부직 섬유 집합체를 각 1층 이상씩 적층하여 결합된 띠 모양의 부직포를 구멍이 있는 통상체에 능직 모양으로 감아 붙여 이루어진 필터 카트리지.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 멜트 블로우된 열가소성 섬유가 저융점 수지와 고융점 수지로 이루어지고, 이들 두 수지의 융점 차이가 10℃ 이상인 혼합섬유 또는 복합섬유인 필터 카트리지.
  4. 제2항에 있어서, 장섬유 부직 섬유 집합체를 구성하는 열가소성 섬유가 저융점 수지와 고융점 수지로 이루어지고, 이들 두 수지의 융점 차이가 10℃ 이상인 열접착성 복합섬유인 필터 카트리지.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 저융점 수지가 선상 저밀도 폴리에틸렌이며, 고융점 수지가 폴리프로필렌인 필터 카트리지.
  6. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 부직포의 통기도가 1 내지 500cm3/cm2/초의 범위인 필터 카트리지.
  7. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 부직포의 결합이 열 엠보스 로울로 열압착되어 있는 필터 카트리지.
  8. 제2항에 있어서, 부직포의 결합이 열풍으로 열접착되어 있는 필터 카트리지.
  9. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 띠 모양의 부직포에 꼬임이 가해지는 필터 카트리지.
  10. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 필터 카트리지의 공극율이 65 내지 85%인 필터 카트리지.
  11. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 띠 모양의 부직포를 4 내지 50개의 주름을 갖는 주름 모양 물체로 하고 구멍이 있는 통상체에 능직 모양으로 감아 붙인 필터 카트리지.
  12. 제11항에 있어서, 주름 모양 물체의 주름의 적어도 일부가 평행하지 않은 필터 카트리지.
  13. 제11항에 있어서, 주름 모양 물체의 공극율이 60 내지 95%인 카트리지.
  14. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 띠 모양의 부직포의 슬리트 폭이 0.5cm 이상이며 슬리트 폭(cm)과 단위면적당 중량(g/m2)의 곱이 200 이하인 필터 카트리지.
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