KR20050024298A

KR20050024298A - 필터 매개체

Info

Publication number: KR20050024298A
Application number: KR10-2004-7019372A
Authority: KR
Inventors: 베아테 하인츠; 임모 쉬니더스
Original assignee: 홀링쓰워쓰 앤드 보우즈 게엠베하 앤드 코. 카게
Priority date: 2002-05-28
Filing date: 2003-05-28
Publication date: 2005-03-10

Abstract

본 발명의 필터 매개체 (10)는 미세입자 뿐만 아니라 나노미터 치수를 갖는 입자도 효과적으로 포집한다. 본원 발명에 따르면, 이는 하나 이상의 지지층 (20)과 하나 이상의 미세 섬유층 (30)을 포함하고, 지지층은 가교된 셀룰로스 섬유와 마이크로유리 섬유를 포함하거나 또는 다르게는 중합체 섬유를 포함한다. 지지층 (20)의 섬유 직경은 마이크론 범위이고 이 층의 공극은 대개 평방 마이크론 단위의 단면적을 갖는다. 1g/m² 미만의 단위 면적당 중량을 갖는 매우 가벼운 미세 섬유층 (30)은 나노미터 치수까지의 공극을 갖고 있고, 180℃까지의 온도에서 열적으로 안정하다. 미세 섬유층은 정전기적 방사에 의하여 얻었으며 나노미터 범위의 직경을 갖는 섬유(40)을 포함한다. 개별 섬유 (40)을 서로 또는 지지층 (20)과 가교하기 위하여, 이와 같이 물에서 불용이고 화학적으로 열적으로 안정하게 하기 위하여, 다양한 수지 예를 들어 멜라민 수지가 사용된다. 보호 및 안정화 목적을 위하여, 필터 매개체 (10)에 지지층 또는 커버층으로 보충할 수 있다.

Description

필터 매개체 {FILTER MEDIUM}

본 발명은 청구항 1항에서 정의되어 있듯이 유체 통과 장치에서 사용되는 필터 매개체, 및 청구항 20항에서 정의되어 있듯이 상기 필터 매개체의 제법에 관한 것이다.

필터 매개체는 공기 또는 가스 스트림으로부터 입자를 분리하는 데에 또는 고체-액체 상에서 고체 물질을 분리하거나 이들의 특정 농도를 유지하는 데 요구되는 경우 다양한 용도를 갖고 있다. 이들은 예를 들어 실험실에서 셀룰로오스의 주름 여과기의 형태로 또는 자동차에서 존재하는 것과 같은 환기 시스템에서의 편평 필터로서 동일하게 사용된다.

여과 성능에 대한 요구는 항상 증가하고 있다. 특히, 점점 작아지는 입자 및 점점 광범위해지는 입자 크기 분포를 유효하게 여과해야 하면서, 동시에 먼지-수용 용량도 증가해야 한다. 이들 성능에 대한 요구들이 단일의 얇은 부직층 즉 셀룰로스 섬유로 만들어진 단일의 얇은 층에 의하여 만족될 수 없다. 상기 필터의 더 두꺼운 형태가 비용 집약적이다. 게다가 더 두꺼운 필터 매개체를 통하여 유사한 속도를 만들기 위해서는 더 높은 압력을 사용하여야만 이룰 수 있기 때문에 필터의 작동 비용이 증가할 것이다.

도날드슨은 이러한 문제를 여러층으로 이루어진 필터 매개체를 도입하여 접근하였다 (1998년 4월 8일 데이터 자료). 폴리에스테르 부직물에 대해서는, 150nm 내지 200nm 사이의 섬유 직경을 갖는 유기 중합체 섬유의 1㎛ 내지 20㎛ 두께 효능의 층을 도포하고, 이 섬유 물질은 바람직하게는 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴 클로라이드 또는 폴리카보네이트이다. 이러한 필름 매개체는 1/2 마이크론 크기를 갖는 입자 또는 더 큰 입자를 90% 초과의 정도까지 성공적으로 걷어들인다고(hold back) 생각되나, 얼마나 빨리 이러한 필터 매개체가 막히는지에 대하여 언급이 없다. DE-U 1-299 07 699에서 유사한 성질을 갖는 필터 매개체를 기재하고 있다.

적합한 안정성을 부여하기 위하여, 필요한 경우 화학물질에 내성과 이들 필터 유형 및 기질 층으로서 거의 모든 셀룰로스 섬유에 튼튼한 특성을 부여하기 위하여, 이들 섬유들은 반응성 수지 또는 수지 제제, 예를 들어 페놀 수지로 함침되고, 그 후 150℃ 초과의 온도에서 열경화된다. 그러나, 성능 층(efficiency layer)이 예를 들어 150℃ 초과의 고온에서 거의 완전히 붕괴되기 때문에 상기 필터 매개체는 이러한 열처리에 견디지 못한다. 1 마이크로미터 미만의 직경을 갖는 입자들은 따라서 더이상 잡히지 못하고, 바람직한 여과 작용이 상실된다. 공지의 필터 매개체가 극한 환경 조건 하에 사용될 때, 특히 고온 및 공격적인 분위기 또는 용액 중에 사용될 때 동일한 문제를 겪을 수 있다.

도 1은 필터 매개체를 단면 방향으로 개략적으로 표현한 도이다.

도 2는 도1에서 나타낸 필터 매개체의 상면도이다.

도 3은 중합체 섬유를 전기적 방사하는 배치를 개략적으로 설명하는 도이다.

도 4는 필터 매개체의 다른 태양의 여과 효과를 보여준다.

도 5a는 필터 매개체의 다른 태양의 단면도이다.

도 5b는 유체 스트림이나 가스 스트림이 역방향으로 흐를때 도 5a의 태양을 도시한다.

도 6a는 필터 매개체의 다른 태양의 단면도이다.

도 6b는 도6a의 필터 매개체의 변형도이다.

<도면의 부호의 설명>

A 유입 방향

HV 고압

(10) 필터 매개체

(20) 지지층

(25) 큰 공극의 기재 매개체

(30) 미세 입자층

(40) 중합체 섬유

(60) 개방 공극 접합층

(70) (다양한 크기의) 먼지 입자

(80) 거친 필터 웹

(90) (60)과 (30)의 복합체

도 1에서 참조번호 (10)으로 지칭된 필터 매개체는 가스 정제 공장 및 유체 재처리 시스템과 같은 유체 통과 장치 내에서 편평 필터(10)에서의 용도로 사용하기 위한 것이다. 페놀 수지 종이의 지지층(20)을 갖고 있고, 가교가능한 중합체 섬유 (40)의 미세 섬유층(30)이 여기에 도포되어 있다. 주로 셀룰로스로 이루어진 지지층 (20)의 층 두께는 -특정 용도에 의존하지만- 100㎛ 내지 2000㎛이며, 10㎛ 내지 20㎛의 직경을 갖는 개별 셀룰로스 섬유는 마이크로 치수의 다수의 공간을 형성한다. 반면, 두께 500nm 이고 폭이 수 마이크론의 미세 섬유층 (30)은 10배나 더 가늘다. 이는 상기 층 (30) 내에 함유된 섬유 (40)에서도 마찬가지로 적용되고, 10nm 내지 200nm 사이의 직경을 가져서 지지층 (20)내의 섬유보다 훨씬 가늘어 나노미터 치수까지의 공극 크기를 형성한다.

도 2에서 나타나듯이, 편평 필터 (10)은 다른 메쉬 크기의 두개의 중첩하는 삼차원 망, 다시 말해 한편으론 지지체 웹으로서 지지층(20)과 다른 한편으로 미세 섬유 웹으로서 미세 섬유층 (30)을 포함한다. 이들 두 층은 물리적 및(또는) 화학적 상호작용 때문에 영구적으로 서로 붙어있어 안정한 라미나 복합체가 형성된다. 개별 층의 섬유 간에 격자의 네트워크로 간주될 수 있는 공간은 랜덤 분포의 마이크론 또는 밀리마이크론의 메쉬 크기를 갖는 입자 체(sieve)로 작용한다. 측정들을 통하여, 예를 들어 지지층(20)은 평균적으로 1㎛ 이상의 입자를 95%의 정도까지 유지하는 반면, 미세 섬유층 (30)은 추가로 적어도 2.5 배 작은 입자가 필터 매개체(10)를 통과하는 것을 효과적으로 막아준다. 이에 의하여 매우 양호한 여과율을 만들어 준다.

미세 섬유층 (30) 중의 섬유 (40)이 종이 (20) 위에 정전기적 방사 방법에 의하여 직접 놓여지고, 페놀 수지와 같은 반응성 수지로 함침된다. 이 목적을 위해, 폴리비닐 알콜의 수용액이 촉매적으로 산성화되고 멜라민-포름알데히드 수지가 가교제로서 거기에 첨가된다. 이 용액은 다음에 도 3에서 도시되어 있듯이 지지층 (20) 위로 균질적으로 전기적 방사되고, 이에 의하여 미세 섬유층 (30)이 형성된다. 미세 섬유층은 지지층 (20) 위에 교락된(entangled) 섬유의 영구적으로 부착물을 형성한다.

또한 나노-미세 섬유로 언급되는 미세 섬유층(30)의 도포 후에, 필요하다면 필터 (10)이 미리 세팅된 기하구조 형상으로 형성된 후에, 수분 동안 140℃ 내지 180℃의 온도에서 처리된다. 이 처리로써 미세 섬유층 (30) 중의 섬유 (40)이 서로 완전히 가교된다. 페놀 수지로 함침된 지지층 (20)은 경화되어, 매개체 (10)은 예외적으로 높은 전체 치수 안정성을 부여받는다. 매개체 (10)는 거의 팽윤 거동을 보이지 않고 동시에 물에 불용성이다.

다음의 표 1 및 2에서 보여지듯이, 미세 섬유층 (30)을 적용하면 가스 스트림 내에서 필터 (10)의 처음 여과 효능을 개선하고, 전체 필터 매개체 (10)의 공기 투과도를 아주 조금 감소시킨다. 본원 발명의 다른 이점은 필터 매개체(10)의 분리능이 습윤 환경에서조차도 또는 물에 접촉한 후에라도 떨어지지 않는다는 것이다.

<표 1>

열처리 및 물의 추가를 받은 필터 매개체의 공기 투과도 및 분리 효능(팔라스(PALAS)® 분획능)

<표 2>

미세 섬유층의 함수로서의 필터 매개체의 단위 면적당 중량, 두께, 공기 투과도 및 분리 효능(팔라스(PALAS)® 분획능), (하류(downstream)측에서의 미세 섬유층임)

표 1 및 2는 필터 (10)의 분리 효능이 180℃의 온도의 경화에 의하여 전혀 또는 단지 경미하게 변화하고 있음을 보여주고 있다. 반면, 필터 매개체가 180℃ 초과 온도에서 사용되었을 때조차도 여과 성질이 거의 변화하지 않고 유지되었다. 미세 입자를 보류하기 위하여 및 섬유층 (30)으로서 더 많은 중합체 섬유 (40)을 사용하고, 지지층 (20)으로서 수지-함침된 종이 기질 위에 두어, 여과 작용을 더 표명할 수 있다. 또한 미세 섬유층 (30)이 종이 기질의 중량 및 두께를 측정가능한 정도로 증가하지 않고 결과적으로 부피를 증가하지 않는다는 것이 두드러진다.

또한, 미세 섬유층(30)이 기질과 매우 가까이 도포되는 경우 이 사실은 미세 섬유층 (30)에 적용된다. 결과적으로, 더 크고 더 무거운 필터 매개체(10)을 제공해야만 하지 않으면서도 상당히 높은 여과 성능을 얻을 수 있다. 따라서, 공장에 새로운 필터 장치를 제공할 필요가 없다.

더구나, 이렇게 디자인된 필터 매개체(10)는 지지층 (20)에 사용된 종이 기질에 발견되는 것과 동일한 기계적 물성을 갖는다. 미세 섬유층 (30) 및 종이 기질 함께는 단일 지지층 (20)으로 거동한다. 따라서, 개별 여과층 (20), (30)에 극한 화학적, 열적 또는 기계적 응력에도, 어떠한 경계면 현상 예컨대 다른 열적 팽창 계수나 다양한 압축 계수에 의한 변형이 일어나지 않는다. 이 필터 매개체 (10)의 균질한 치수 안정성은 멜트 블로운 섬유를 함유하는 필터에서는 발견될 수 없는 것이다.

필터 매개체 (10) 및 미세 섬유층(30)의 물에 대한 안정성에 추가하여, 표 3에 나타나듯이 필터 매개체(10)를 액체 여과에 성공적으로 사용할 수 있다.

<표 3>

다양한 유형 A, B, C를 포함하는 액체(오일) 필터의 분리 효능, 공기 투과도, 먼지-포집 능력 (이들 중 일부는 미세 섬유층으로 피복됨, 미세 섬유층은 상류(upstream) 측에서, 합성 오일로 다중 통과 시험을 함)

β값은 액체의 여과 성능을 의미한다. 이는 액체로부터 언급한 크기까지 입자를 분리해 내는 필터의 능력의 척도이다. 표 3은 β(20) 값의 결정치를 설명하고 있다. 여기서 20이란 수는 20입자 당 한 입자(즉 5%)가 필터를 통과한다는 것을 의미하며, 이는 95%의 분리 효능과 상응하는 것이다. 미세 섬유층 (30)을 사용하면 실질적으로 더 작은 입자가 95%의 정도까지 필터 매개체 (10)을 통과하는 것을 막는다고 보여진다. 예를 들어, 비코팅된 종이 B는 12㎛의 크기까지 입자를 유지하는 반면, 피복된 종이 B는 입자 크기 8㎛까지 입자를 유지한다. 이와 같이, 피복된 종이 B는 종이 A의 분리능에 매우 근접하나 동시에 먼지 포집 및 공기 투과 성능을 지니고 이는 종이 A의 것보다 훨씬 더 나은 것이다.

결과적으로, 본 발명의 편평 필터 (10)는 합침 및 가교의 결과로 물에 안정할 뿐 아니라 극성, 특히 수용액으로부터 생성된 미세 섬유층(30)은 180℃이하의 온도까지, 심지어는 200℃까지의 온도에서 완전히 그대로 유지된다. 전체 필터 (10) 및 특히 미세 섬유층 (30)은 고 여과능을 극한 조건에서조차도 유지하며, 이는 통상 필터에 구현할 수 없었던 수많은 적용의 새 가능성을 여는 것이다. 따라서, 미세 섬유층 (30)이 분해되지 않기 때문에, 예를 들어 수성, 염이 많이 들어간 매체 및 유기 또는 유기금속 용매에서 사용될 수 있다. 고 중금속 함량을 갖는 부식 폐수의 정제와 같이 석유화학 액체 생성물로부터의 고체 물질의 분리에서의 용도에 동등하게 적합하다. 또한, 산, 염기의 고온, 부식성 증기, 또는 공격적인 가스도 여과능에 해롭지 않다.

또한 필터 매개체 (10)이 미세 섬유층 (30)의 영역에서, 깊숙이 투과하는 필터 케이크가 형성되지 않는다는 특징을 갖고 있다. 이 여과층(30)의 조밀하게 망이 쳐진 효과로 인해 매우 큰 표면적이 제공된다. 이와 같이, 입자들은 주로 표면 영역, 즉 미세섬유층 (30)의 상부 네트워크 부분에 잡힌다. 이들은 역방향으로 압축공기를 불어넣어 필터 매개체(10)으로부터 용이하게 제거된다. 얇은 필터 케이크가 형성되어 필터 매개체(10)이 계속적이로 투과성을 유지하고, 필터 케이크에 의해 야기되는 저항을 극복하기 위하여 유동력이 상승될 필요가 없다는 추가적 이점을 갖는다.

전극으로부터 매우 광범위한 정전기 방사에 의하여 미세 섬유층 (30)이 생성된다. 도 33에서 개략적으로 보여주는 공정에서, 분지된 섬유 형태가 또한 형성된다. 예를 들어, 다음의 열가소성 수지 및(또는) 듀로플라스틱, 예컨대 폴리아크릴로니트릴, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 에틸렌 글리콜 모노메타크릴레이트, 히드록시에틸 메타크릴레이트, 폴리비닐리덴 클로라이드, 폴리비닐 클로라이드, 염소화 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리술폰, 폴리에테르 술폰, 술폰화 폴리술폰, 폴리페닐렌 술파이드, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 아릴레이트, 폴리아릴 에테르 케톤, 폴리스티렌, 폴리비닐 부티랄, 폴리우레탄, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 아세탈, 폴리비닐 에테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부텐-1, 폴리메틸 펜텐, 폴리옥시메틸렌, 폴리에스테르, 및 폴리아크릴아미드의 경우에 멜트 또는 용액으로부터 전기적 방사를 사용할 수 있고, 한편 이들 분자의 공중합체, 올리고중합체 및 블록 공중합체 또는 블록 올리고중합체 형태도 사용될 수 있다. 폴리비닐 알콜에 추가하여 사용되는 수용성 중합체는 폴리아크릴산, 폴리에틸렌 옥사이드, 및(또는) 폴리비닐피롤리돈 중합체이다. 수용액에서, 환경적으로 허용가능하게 수용성 중합체가 취급될 수 있다.

높은 공기 투과율과 함께 특히 높은 분리 효능을 획득하기 위하여, 크기에 따라 그리고 지지층 (20)으로 작용하는 지지 웹 상에 잘 정돈된 방식으로 중합체 섬유(40)을 설치하는 것이 유용하다. 이는 처음에 1㎛ 이상의 직경을 갖는 더 성긴 섬유를 설치하고, 그 위에 시각적으로 더 얇은 섬유 (40)을 깔아 깔대기 형상의 여과작용이 생성되게끔 하여 수행된다. 개별 섬유의 직경은 방사 전극에 세팅된 파라미터에 의해 결정되고, 특히 분무된 중합체 용액 또는 멜트의 점도에 의하여 결정된다. 이들 파라미터는 중합체, 가교제 및 촉매의 각 혼합물에 대해서 특이적인 것이다.

각각의 중합체로부터 전기적 방사된 섬유 (40)은 서로 및(또는) 지지층 (20)의 반응기와 가교된다. 이러한 가교는 특정 용도에 따라 다양한 시점에서 개시될 수 있다. 사용되는 가교제는 멜라민-포름알데히드 수지 및 우레아-포름알데히드 수지, 별법으로 에폭사이드 수지, 아크릴 수지, 습윤강도제 및 폴리에스테르 수지 또는 상기 물질의 혼합물을 포함한다. 대개, 이들 적어도 이관능기 가교제가 전기적 방사되는 정전기 용액 또는 멜트 내에서 중합체 및 촉매와 균질적으로 혼합된다. 이는 인 시투, 즉 전기적 방사 섬유(40)의 형성 시에 가교됨을 의미한다. 만일 이 반응이 너무 빨리 일어나면, 촉매가 대안으로 예를 들어 극히 미세한 분무 안개의 형태로 중합체 섬유(40)과 접촉하고, 다음에 전기적 방사에 의하여 이를 제조할 수 있다. 가교속도가 충분히 빠르지 않다면, 온도를 140℃ 내지 180℃로 상승하면 반응 속도가 상승한다.

필터 매개체 (10)에 대하여 140℃ 내지 180℃의 높은 경화 온도의 이유로, 예를 들어 몇몇 폴리아미드의 경우와 같이, 반응성 기 또는 측쇄를 갖는 전기적 방사 중합체의 경우에 가교제 없이도 가능하다. 촉매의 존재는 자체로 개별 중합체 섬유 (40)과 또는 그 속에서 가교를 이루는 데 충분하고, 이는 중합체 섬유를 화학적으로 불활성이고, 물에 불용성이고 내열성이게 만든다. 결국 이들은 지지층 (20)에 그리고 서로에 대해 영구적으로 자가-부착성인 섬유로 간주된다.

가교된 미세 섬유층(30)에 추가하여, 함침제를 사용하여 개별 여과층 (20),(30)이 치수적으로 안정하고, 물에 반발성있도록 부여된다. 이 목적을 위하여, 페노플라스트, 아미노플라스틱(멜라민 수지, 우레아-포름알데히드 수지), 불포화 폴리에스테르 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 알키드 수지, 폴리우레탄 수지, 실리콘 수지, 비닐 중합체 및 중합성 지방성 또는 이의 혼합물과 같은 합성 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 천연 발생 물질, 예컨대 아교, 전분 또는 카세인을 사용할 수 있다. 매우 다양한 반응 조건 하에서 대규모로 페놀 수지를 사용한다. 그러나, 현재는 완전히 경화하는 것이 140℃ 내지 180℃의 온도에서만 일어난다. 그러나, 본원 발명에서의 필터 여과체에 대해서는 문제가 되지 않을 것이다. 대개, 전기적 방사 중합체 섬유 (40)를 이미 경화되었거나 별법으로 건조만 하고 경화는 아직 되지 않는, 수지로 함침한 지지층 (20) 위에 깐다.

그러나, 하나 이상의 비함침된 지지층 (20)에 미세 섬유층 (30)을 제공하는 실험을 수행하였다. 얻어진 완성되지 않는 필터 매개체 (10)을 다음에 전체로 반응 수지 용액에 함침 또는 담그고, 140℃ 내지 180℃의 온도에서 경화하였다. 이것이 완료되면, 미세 섬유층 (30)의 완전한 가교 및 지지층 (20)의 완전한 건조 및 경화가 단일 열처리 동안에 동시에 일어난다. 따라서, 미리 경화되어야 하는 지지층 (20), 예를 들어 이전에 건조된 페놀 수지 종이에 대하여 더 많은 요구를 줄일 수 있다. 그러나, 유의할 것은 미세 섬유층(30) 내의 중합체 섬유 (40)가 열처리를 하면 완전히 가교되고 따라서 완전히 불용성이고(이거나) 치수적으로 안정하다는 것이다. 함침에 사용되는 반응성 수지는 미세 섬유층 (30) 내의 중합체 섬유(40)도 가용성인 용매에 용해될 수 없다. 예를 들어, 수성 페놀 수지 용액은 미세 섬유층(30)이 비가교된 폴리비닐 알콜 섬유로 이루어진 경우 적합하지 않다.

미세 섬유층 (30) 내에 중합체 섬유(40)을 가교하기 위한 또는 남아있는 지지층 (20)을 함침하고 강화하기 위한 촉매의 선택은 사용되는 중합체 및(또는) 가교제에 달려있다. 루이스 또는 브뢴스테드 산 및 이들의 염기가 대개 사용된다. 폴리비닐 알콜을 멜라민 수지와 가교하기에 적합하게는 예를 들어, 묽은 시트르산, 포름산, 또는 오르쏘붕산(orthoboric acid)이다. 이롭게는, 아크릴아미드 중합체 사슬의 라디칼 브리지화가 포타슘 퍼옥시디술페이트 용액 몇 방울로 이루어진다. 산화 또는 라디칼 개시 성질을 갖는 다른 화합물, 예컨대 AIBN 또는 묽은 KMnO₄용액이 마찬가지로 유용하다. 합성 수지로 처리한 여과층 (20),(30)의 가교 및 경화도 고온처리, UV 복사, 또는 전자 빔 경화에 의하여 이루어진다.

지지층 (20), 즉 지지 작용을 하는 섬유질 층에 대하여, 주로 셀룰로스 섬유 및 합성 섬유가 매우 다양한 배합으로 사용된다. 합성 섬유가 필터 매개체(10)을 석유 화학 제품에 대한 내성, 특히 오일 및 사용된 오일에 대한 내성을 부여한다. 합성 섬유는 예를 들어 강도를 위하여 셀룰로스 섬유와 섞어짜서 그결과 개별 섬유가 다양한 중량%로 함유된 블렌드된 셀룰로스/합성 섬유 직물을 형성할 수 있다. 더구나, 셀룰로스 부직포도 인공 부직포와 적층될 수 있다. 예컨대 셀룰로스 층이 합성층과 적층 또는 결합한다. 끝으로, 특수 적층 기술, 즉 합성 섬유를 수단으로 섬유층의 지점-용접을 수행할 수 있다. 다양한 유형의 섬유의 혼합물의 사용하는 것은 하나 이상의 지지층 (20)이 1㎛ 초과의 직경을 갖는 섬유 뿐 아니라 1㎛와 동일하고(하거나) 더 작은 일부 직경을 갖는 섬유를 포함한다는 것을 확실하게 보장하는 간단한 방법이다.

다른 태양으로, 지지층 (20)은 마이크로유리 섬유(MGF) 또는 블렌드된 마이크로유리/셀룰로스 직물로 이루어져 있다. 합성 섬유와 마이크로유리 섬유를 조합하는 것도 가능하다. 필요하다면, MGF는 셀룰로스 직물보다 더 높은 분리 또는 여과 성능을 갖는다. 그러나, 여기서 가교가능한 미세 섬유층 (30)의 적용은 여과 성능의 더 놀라운 증가를 성취할 수 있는 반면, 동시에 고가의 마이크로유리 섬유 종이의 요구량에 대한 필요를 상당히 감소할 수 있다. 따라서, 예를 들어 300nm의 직경을 갖는 모든 입자를 85% 포획할 수 있는 F7필터를, 300nm 크기의 입자의 98%까지 다중 섬유층을 통과하는 것을 막는 F9 필터까지 개선하는 것이 가능하다. 층의 두께, 크기 및 섬유의 정렬에 관한 파라미터의 최적화하고 섬유를 변형 및 신장하면, 필터가 물에 내성이 있으면서 극한 온도 조건 하에서 사용할 수 있고, HEPA 필터 매개체 (85 내지 99.995% 보유도) 및 ULPA 필터 매개체(99.9995 내지 99.999995% 보유도)에 대한 품질 표준도 성취할 수 있다.

본 발명의 태양 중에 특히 관심있는 것으로, 미세 섬유층 (30)이 일렉트렛 매개체, 즉 정전기적으로 대전된 기질 위에 깔린다는 것이다. 이들 매개체의 특징은 고여과능이나 사용 시작 후에 수분 이내에 매우 감소된다는 것이다. 예를 들어 일렉트렛 매개체 테크노스타트(Technostat®)의 경우, 도 14에서 점선 곡선에 의해 나타나듯이 입자 모두가 95%가 분리되다가 14분 후에 유효 보유도가 단지 63%가 된다. 이 이유는 일렉트렛 층의 정전기 전하가 포획된 입자의 양이 증가할수록 감소한다는 사실에 있다. 그러나, 이러한 일렉트렛 매개체가 가교가능 중합체 섬유(40)의 미세 섬유층 (30)을 제공받으면, 높은 초기의 여과 효능이 떨어지지 않는다. 반대로, 도 4의 실선에 의하여 나타나듯이 증가되고, 일정한 높은 수치로 남는다.

값싸고 동시에 매우 효율적인 필터 매개체 (10)의 구조는 도 5a에서 도시되어 있듯이 지지층 (20)으로서 큰 공극 기재 매개체 (25)를 사용한다. 이 큰 공극의 부직물 (25)는 매우 낮은 여과 효능을 가지지만, 가스 또는 액체의 일정하고 높은 투과도를 보장하기 위하여 여과 작업 동안에 유입 압력을 연속적으로 증가시킬 필요없이 다량의 먼지 입자 (70)을 흡수할 수 있다. 이 저 효능 지지층 (25)의 분리 효능을 목표 정도까지 개선하기 위하여, 전기적 방사 가교 또는 가교가능 중합체 섬유 (40)의 미세 섬유층 (30)을 그 위에 놓는다. 그 결과 먼지 흡수 및 분리 효능에 대한 수치의 개선점을 아래의 표 4에서 볼 수 있다.

<표 4>

전기적 방사 중합체 섬유의 미세 섬유층으로 큰 공극 기재 매개층을 피복함에 의한 먼지 흡수도 및 분리 효능의 증가.

[표에서, 용액(합성 오일, 미세 섬유층이 상류측에 있는 다중 통과 시험) 중에서 및 가스 스트림 내에서(시험 먼지: SAE 미세, 중력법에 의해 결정, 미세 섬유층이 하류측에 있음) 여과 거동을 결정함]

4열에서 β(20) 값으로 나타낸 용액 내의 보유도를 표 3에서 이미 설명한 방식으로 결정하였다. 그러나, 7행에서의 분리 효능은 포획가능한 입자의 모두와 관련되고, 표 1 및 2에서 설명한 것처럼 PALAS 보유도와 관련있지 않다. 이는 입자 크기를 백분율 여과 계수의 함수로 제공된다.

참고로 주어진 종이 A은 용액 내 또는 가스 스트림 내에서 모든 입자의 높은 백분율로 유지한다. 액체에서 6㎛ 이상의 모든 입자의 95%가 멈추었고, 반면 기체에서 모든 검지가능한 입자의 97.6%가 필터 매개체를 통하여 통과하는 것을 막았다. 그러나, 이 높은 분리 효능은 단지 매우 낮은 공기 투과도 값 및 먼지 입자 (70)의 낮은 정도의 포획을 희생하여 얻은 것이다.

반면, 종이 B 및 C는 종이 A보다 먼지 입자 (70)을 2.3 배 내지 5.2배 제거하였다. 그러나, 이들이 액체 중에서 유효하게 포획할 수 있는 입자의 크기가 약 2 내지 2.7배 더 크다. 가스 스트림에서, 이들은 입자의 단지 84%만 필터를 통과하여 흐르는 것을 유효하게 막아주었다.

종이 B 및 C를 미세 섬유층 (30)으로 피복하여 가스 스트림 내에서 이들의 분리 효능이 놀랄 정도로 상승되었고, 심지어는 종이 A의 경우보다 즉 98.6%까지 상승시켰다. 게다가, 액체에서의 분리 효능을 더 적은 β값, 예를 들어 12㎛에서 8㎛로 이동시켰다. 그럼에도 불구하고, 필터 매개체(10)의 먼지-포집 능력은 전체적으로 동일하고, 일부 경우에서 피복하지 않는 지지층 (20)보다 개선을 보여주었다. 더구나, 여과 작업 동안에 피복된 기재 매개체 (25) 상의 유입 압력이 필터 매개체 (10)보다 상당한 값으로 상승 또는 하강하지 않았다. 이로써 필터의 사용 수명과 사용 시간이 증가시키는 것이 명백하다.

도 5b는 반대 방향으로 스트림이 흐를 때 도 5a의 필터 매개체(10)를 보여준다. 이 경우, 여과되어야 할 먼지 입자 (70)가 미세 섬유층 (30) 위에 직접 부딪친다. 이들은 그 위에서 다양한 크기의 먼지 입자(70)을 포함하는 비정돈된 먼지 입자층(필터 케이크)를 형성한다. 그러나, 도 5a에서 볼 수 있듯이, 나중에 큰 공극의 기재 매개체 (25)에 부딪치면, 작은 먼지 입자 (70) (작은 원으로 표현됨)가 큰 입자보다 더 깊게 통과할 것이다. 이 경우에 이런 이유로 먼지 포집 성능이 더 높다.

본 발명의 다른 태양의 특징으로 지지층 (20) 및(또는) 미세 섬유층 (30)이 커버층으로서 다른 지지층 (20) 에 의하여 덮여있다. 이 커버 층은 예를 들어 필터 성능을 방해하지 않게 부정적인 영향으로부터 개별 층을 보호하기 위한 덮개이다.

바람직하게는, 이 층에 사용되는 물질은 제1 지지층 (20) 또는 미세 섬유층 (30)에서 제공한 것과 동일한 기재의 섬유 물질이다. 그러나, 별법으로는 다른 물질을 사용할 수 있고 이들은 얇은 덮개로 도포된다. 이 경우, 커버층은 보호기능 뿐이 아니라 지지층(20)의 것과 다른 화학 성질의 이유로 분리 기능을 보인다. 그리고 메쉬 폭 즉 이 층의 공극 크기 외에도, 필터를 통과하는 물질에 대한 개별 섬유의 다양한 화학적 측기의 상호간의 효과를 이용한다.

추가의 지지층 (20)도 배면층 또는 제1 지지층 (20)과 미세 섬유층 (30)의 사이의 스페이서로 삽입될 수 있다. 예를 들어 다량의 입자가 운반되고(되거나) 고 유체 통과 속도일 때 유용하다. 만일 미세 섬유층 (30) 및 지지층 (20)이 다른 표면 화학 조성물의 이유로 서로 영구적으로 접착할 수 없다면, 상기 배면층이 추가로 접합제로 작용한다. 예를 들어 폴리프로필렌 섬유 층 및 폴리술폰 섬유의 다른 층을 만들 때, 이들 두 섬유 층 사이에 폴리아크릴 섬유 또는 폴리아미드 섬유를 도입함으로 서로 더 영구적으로 접착하게 만들 수 있다.

기계적인 이유로 일부 지지 매개체에 미세 섬유층 (30)을 직접 제공할 수 없어서 이들의 여과능이 이 수단으로는 개선될 수 없다. 특히, 개개가 돌출된 섬유가 미세 섬유층 (30)의 섬유 네트워크를 찢거나 적어도 매우 비평탄하게 만들기 때문에 비평탄 또는 표면적으로 거친 필터 웹(80)에 미세 섬유층을 직접 도포하는 것은 가능하지 않다. 따라서 이 미세 섬유층 (30)을 매우 얇고 따라서 여과 작용이 거의 없는 개방 공극 접합층 (60)에 도포한다. 얻어진 복합체 (90)을 다음에 도 6a 및 6b에서 보이는 바와 같이 표면이 거칠거나 비평탄한 필터 웹 (80)에 예를 들어 지점-라미네이션법(spot-lamination)에 의하여 결합한다.

도 6a에서의 연결층 (60)은 두가지 필수적 목적을 수행한다. 추가의 지지층 (20)으로서, 필터 웹 (80)을 결합하는 수단으로서 작용하고, 한편으로는 미세 섬유층 (30)에 대한 배면층이다. 도 6b에서 나타난 구조에서, 복합체 (90)의 층 (30)은 표면이 거친 필터 웹 (80)에 바로 인접해있다. 이 태양은, 표면이 거친 필터 웹 (80)에 의한 손상이 예상되지 않으면서 가능한 많은 외부적 영향으로부터 미세 섬유층 (30)을 보호하고자 할때 이로운 태양이다.

여과물 또는 여과 먼지가 필터에 특히 굳게 접착된 달라붙음을 피하고자 한다면, 본 발명은 설명한 필터 매개체 (10)의 피막화(passivated) 형태를 제공한다. 이 목적에 대하여, 개별 층들 또는 상이한 층들을 주로 알킬 또는 실릴화(실란화)제를 사용하여 적어도 부분적으로 표면 소수화한다. 부분적으로 플루오르화 또는 퍼플루오르화된 중합체 섬유가 이미 이들의 소수성 표면의 특징을 갖고 있고, 특수한 처리를 요하지 않는다. 그러나, 이들은 구입하기 비싸므로 필터 매개체 (10) 위에 놓을 필요성이 클 때만 사용할 것이다.

상기 표면 피막화에 더하여, 필터 매개체 (10)은 다른 태양으로 보호 입자 및(또는) 표시 분자를 특수하게 제공할 수 있다. 예를 들어, 형광 염료는 이들의 흡광도에 의하여 필터 매개체 (10)이 입자가 로딩되었음을 지시하고, 이는 여과능에 대하여 결론을 도출하는 것을 가능하게 한다. 더구나, 아주 다양한 난연제 뿐만 아니라 친화성 리간드를 주로 사용한다. 이들은 각각의 섬유층과 공유결합으로 결합하고, 생물적, 생화학적 및 분석 조사 목적을 위해 특이종을 공기 또는 액체로부터 여과하는 것을 도와준다. 이와 같이 예를 들어 렉틴은 당을 함유하는 입자를 흡착하는데 적당하다. 스트렙타비딘은 다른 친화성 리간드이며, 이는 여과에 의해 바이오틴 기를 나타내는 임의의 물질을 선택적으로 제거한다. 특히, 알레르겐 및 생리적 세균, 예컨대 바이러스 또는 예를 들어 소 광우병(bovine spongiform encephalopathy)의 원인으로 행동하는 비정상적으로 퍼져있는 프리온 단백질을 갖는 환경의 증가된 로딩양을 비추어 보면, 매우 효능있는 필터 매개체 (10)에 리간드를 커플링하는 것은 산업적으로 그리고 경제적으로 매우 흥미있다.

이처럼 도 5에서 보여지듯이, 유입측 또는 배출측으로, 미세 섬유층 (30)을 지지층 (20)의 바로 근처에 있게 필터 매개체 (10)를 고안하고, 추가의 지지층 (20)이 이들 층 사이에 두어 커버층 도는 배면층을 형성하였다. 이 기본 구조 이 외에도, 지지층 (20)의 두께를 미세 섬유층 (30)의 것과 동일하게 하여 필터 매개체 (10)을 특정 공간-절약 용도로 고안하엿다. 입자 또는 분자 필터는 하나 이상의 직렬-연결 필터 매개체 (10)을 포함한다.

필터 매개체 (10)의 파단력은 그 구조에 좌우되고, 이런 이유로 예를 들어 지지층 (20)에 근사값만 주어질수 있다. 이 값은 대개 길이 방향으로 35N보다 크고, 횡단 방향으로 25N보다 크다. 더구나, 미세 섬유층 (30)에서의 섬유의 두께는 평균 직경에 의하여만 정의될 수 있는데, 보통의 작동 조건하에서의 방사 섬유를 정전기적으로 생성하면 다양한 직경의 섬유의 통계적인 분포가 나오기 때문이다. 그러나, 미세 섬유 즉 미세 섬유층 (30) 내의 중합체 섬유 (40)의 직경이 10nm보다 작지 않다고 간주할 수 있다.

본 발명은 앞서 기술한 태양에 제한되지 않으며, 다양한 방식으로 개량될 수 있다. 따라서, 예를 들어 탄소 섬유 또는 실리카 섬유도 지지층 (20)에 사용될 수 있다. 그러나, 이들은 탄화수소, 예컨대 셀룰로스, 메틸 셀룰로스, 프로필 셀룰로스, 시클로덱스트린, 또는 전분으로부터, 또는 상응하는 실란올 또는 실리콘으로부터 공기 없이 열분해에 의하여 먼저 성형해야 한다. 더구나, 미세 섬유층 (30)의 용도로 진술된 중합체 및 이들의 열분해물 (탄소 섬유) 및 실리콘 화합물로부터 유도한 실리카 섬유 및 금속 섬유까지도 사용할 수 있다. 금속 섬유로 만든 지지층 (20) 및 탄소 섬유로 만든 미세 섬유층 (30)을 포함하는 필터 지지층(10)을 포함하는 필터매개체(10)를 1500℃ 이하의 매우 고온에서 사용할 수 있다.

청구범위, 상세한 설명, 및 도면에 기재된 구조 세부, 공간 배치 및 반응 단계를 포함하는 이점 및 특징 모두가 한편으로는 독립적으로 때로는 다양하게 조합하여 본원 발명에 필수적일 수 있다.

미세입자 뿐만 아니라 나노미터 치수를 갖는 입자도 효과적으로 포집하는 신규의 필터 매개체 (10)을 개발하였다. 본 발명에서는 이는 하나 이상의 지지층 (20)과 하나 이상의 미세 섬유층 (30)을 포함하고, 지지층은 바람직하게는 가교된 셀룰로스 섬유와 마이크로유리 섬유를 포함하거나 또는 다르게는 중합체 섬유를 포함한다. 지지층 (20)의 섬유 직경은 마이크론 범위이고 이 층의 공극은 대개 평방 마이크론 단위의 단면적을 갖는다. 1g/m² 미만의 단위 면적당 중량을 갖는 매우 가벼운 미세 섬유층 (30)은 나노미터 치수까지의 공극을 갖고 있고, 180℃까지의 온도에서 열적으로 안정하다. 개별 섬유 (40)을 서로 또는 지지층 (20)과 가교하기 위하여, 이와 같이 물에서 불용이고 화학적으로 열적으로 안정하게 하기 위하여, 다양한 수지 예를 들어 멜라민 수지가 사용된다. 보호 및 안정화 목적을 위하여, 필터 매개체 (10)에 지지층 또는 커버층으로 보충할 수 있다.

본 발명의 목적은 단순 수단을 사용하는 당업계의 이들 결점 및 다른 결점을 극복하고, 극한 환경 또는 작동 조건 하에서 사용될 수 있고 계속적으로 높은 여과 성능을 나타내는 개선된 필터 매개체를 제공하는 것이다. 환경적으로 허용가능한 방식으로 다수를 저가로 생산할 수 있어야 한다. 또 바람직하게는, 높은 먼지-포획 성능이 필요하고, 필터 매개체는 상대적으로 작은 전체 두께에서 적합한 안정성을 보여주어야 한다.

본원 발명의 주요한 특징은 청구항 1 및 20항에서 특징부에서 기술되어 있다. 본원 발명의 태양들은 청구항 제2항 내지 19항 및 제21항 내지 제23항의 주제부이다.

하나 이상의 지지층 및 상기 지지층에 영구적으로 부착된 하나 이상의 미세 섬유층을 함유하고, 상기 미세 섬유층은, 1㎛ 이하의 평균 섬유 직경을 갖는 상기 정전기적 방사(spun) 중합체 섬유를 포함하는 유체 통과 장치에 사용되는 필터 매개체에 있어서, 촉매의 작용으로, 상기 정전기적 방사(spun) 중합체 섬유가 가교제(크로스링커)를 통하여 직접 또는 간접으로 서로 가교되고, 크로스링커 및(또는) 가교된 중합체 섬유가 200℃ 이하의 온도까지 내열성인 유체 통과 장치에서 사용되는 필터 매개체를 제공한다.

실험들로, 이런 종류의 필터 구조가 입자의 단면적이 큰 탁월한 여과를 이루게 함을 알 수 있다. 아주 다양한 액체 및 가스의 스트림에서, 화학적으로 심한 환경에서, 그리고 고압에서, 심지어는 고온에서도 300nm 보다 작은 입자를 여과해 내는 능력이 유지된다. 이점은 기존에 있는 필터 매개체의 기술 배경에서는 예기할 수 없는 것이다.

본원 발명의 다른 면에 따르면, 200℃ 이하까지 내열 비가교된 중합체 섬유를 사용할 수 있다. 또한, 이들 섬유에 대해서, 미세 섬유층은 극한 조건 하에서조차도 분해하지 않고, 여과 성능이 완전히 보존된다라고 놀랍게 설명하고 있다. 이와 같이 가교화는 유리한 방식으로 그리고 일부 중합체에 대하여는 촉매의 존재하에서 200℃까지 가열하여 섬유를 서로 또는 지지층과 이미 가교를 야기하였기 때문에 가교제 없이도 가능할 수도 있다.

미세 섬유층의 중합체 섬유는 하나 이상의 지지층에 영구적으로 자가(self) 부착되고, 따라서 이들은 추가의 가교제를 요구하지 않는다. 이들은 특히 폴리비닐 알콜, 폴리아크릴산, 폴리아크릴아미드, 폴리아미드, 폴리비닐 아민, 폴리비닐 포름아미드, 또는 이들로부터 형성된 공중합체를 포함한다. 즉 이들은 극성 용매에 가용성인 중합체를 포함한다. 이 점은 극히 환경적으로 허용가능한 제조 방법을 보장한다.

미세 섬유층 내의 중합체 섬유는 상이한 직경을 가질 수 있고 따라서 섬유층에 우세한 방향성을 제공한다. 상기 방향을 따라, 중합체 섬유가 잘 배열된 방식의 두께에 따라서 배치되고, 따라서 필터 매개체 내에 구배 구조를 형성한다. 이로써, 상기 필터 매개체의 여과성을 더욱 향상할 수 있고, 동시에 두께를 감소할 수 있다.

중합체 섬유를 서로 및(또는) 하나 이상의 지지층과 접합하는 데에 사용되는 가교제는 적어도 2관능기 화합물, 바람직하게는 페놀 수지, 멜라민-포름알데히드 수지, 우레아-포름알데히드 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 습윤강도제 또는 이들 물질의 혼합물이다. 이들 가교제는 촉매와 조합하여 작용하여 중합체 섬유의 양호한 3차원 가교를 제공한다. 이렇게 하여, 필터 매개체를 위해 함침되는 매우 안정한 미세 섬유층이 형성된다. 또한 상기 매개체는 계속적이고 중한 화학적, 열적 및 기계적 응력 하에서 놀랍게도 양호하고 지속적인 여과 성능을 보여준다.

사용되는 촉매, 예컨대 루이스 또는 브뢴스테드 산, 루이스 또는 브뢴스테드 염기 또는 산화 또는 라디칼 생성 성질을 갖는 화합물은 가교 반응을 촉진시킨다. 가교가 초음파, 전자기 복사, 바람직하게 IR 또는 UV 복사, 또는 전자 빔의 형태의 에너지 입력에 의해 야기된다면, 필터 매개체 내의 촉매 잔류물은 유리하게 회피할 수 있다. 게다가, UV 광으로 조사되는 가교 용액은 장기간 동안 가공가능하다.

하나의 유리한 진보된 점으로, 필터 매개체에 커버층, 배면층 또는 또다른 필터 물질층을 포함하거나 형성하는 추가의 지지층이 제공되며, 미세 섬유층은 이들 층들의 하나 이상의 유입 및(또는) 배출면에서 인접하는 필터 매개체이다.

모두에서 지지층의 거시적으로 측정가능한 체적이 변하지 않으면서 미세 섬유층의 중합체 섬유의 도포를 받는다. 따라서, 통상의 필터와 달리, 본원 발명의 필터 매개체는 증가된 필터 효능에도 불구하고 추가의 공간을 차지하지 않는다.

하나 이상의 지지층이 유기 및(또는) 무기 섬유, 바람직하게 셀룰로스, 합성 섬유, 또는 마이크로유리 섬유를 포함하는 또는 이들의 복합체 혼합물을 포함하는 것이 이롭다. 이들 섬유 물질의 비용은 합당하고, 이들은 이로운 기계적 성능을 갖는다. 만일 지지층의 하나 이상이 예를 들어 페놀 수지에 의하여 함침 및 경화된다면 또는 경화될 수 있다면 기계적 성능이 더 개선된다. 전체 필터 매개체는 이제 심한 환경에서조차 장기간 유지되는 양호한 여과성 및 높은 정도의 차원 안정성을 갖는다.

특히 개선된 점으로, 하나 이상의 지지층은 낮은 여과 효과를 갖는 거대 공극 기재 매개체 또는 여과 특성이 전혀 없는 개방 공극 접합층을 포함한다. 이 구조는 비접합성 여과층이 서로 결합하는 것을 가능하게 하고, 필터 매개체의 먼지 포획 성능을 상당히 증가시킨다. 다른 태양으로, 한 지지층은 어떤 경우에는 일렉트렛 매개체이고, 그 여과 효능은 미세 섬유층에 의하여 마찬가지로 개선되고, 더구나 시간에 불변성을 유지한다.

만일 필터 매개체의 하나 이상의 지지층에 예를 들어 알킬화 또는 실릴화(실란화) 표면-소수성을 부여하여 여과물의 들러붙음도 방지되고(되거나) 하나 이상의 난연제 및(또는) 형광 염료를 포함한다. 필터 매개체의 품질을 모니터링할 수 있다. 첨가된 친화 리간드는 필터 매개체가 격한 작동 조건 하에서조차도 입자 선택적이게 만든다.

필터 성능을 향상시키기 위하여, 하나 이상의 필터 매개체, 바람직하게는 복수의 필터 매개체를 함께, 입자 또는 분자 필터를 형성한다.

용융 상태 또는 극성 또는 비극성 용매에 용해된 또는 용융된 상태에서의 하나 이상의 중합체가 전기장 내의 노즐을 수단으로 방사되어 중합체 섬유 [여기서 상기 중합체 섬유는 1㎛와 동일 및(또는) 미만의 평균 섬유 직경을 갖고, 상기 중합체 섬유 사이에 중간체 공극이 형성됨]를 형성하고, 이를 미세 섬유층의 형태로 지지층 상에 깔려지는, 유체 통과 장치에 사용되는 필터 매개체의 제조 방법에 있어서, 본 발명에 따라서 a) 가교제가 중합체 멜트 또는 중합체 용액에 첨가되고,

b) 지지층 위에 놓여진 중합체 섬유(40)가 촉매의 영향 하에서 서로 및(또는) 가교제와 가교하거나 가교되는 것을 특징으로 한다.

이러한 방법은 1㎛ 미만의 섬유를 빨리 그리고 정밀하게 생성하게 하고, 고객의 요구나 반응성에 따라 소정의 시점에서 상기 섬유를 경화하게 하는 것을 가능하게 하여, 격한 환경에서조차도 유효한 미세 섬유층을 갖는 매우 튼튼한 필터 매개체를 초래한다.

미세 섬유층의 중합체 섬유가 극성 바람직하게는 수용액으로부터 전기적 방사(electrospin)에 의해 생성되었으면, 큰 환경적인 부담이 발생되지 않는다. 상기 용액으로 작업시에, 하나 이상의 지지층 및 하나 이상의 미세 섬유층을 포함하는 적층을 산 또는 염기 촉매와 또는 전자기 또는 전자 빔에 접촉시키게 하는 것이 유리하다. 적합한 안정성 및 장기간 지속하는 고여과 성능을 얻기위하여, 지지층 및 가교된 또는 가교가능한 미세섬유층을 적어도 부분면적에 걸쳐 다른 가교제로 함침시키고 140℃ 내지 180℃ 사이에서 단단하게 한다. 미세 섬유층 및 그 효능은 이에 의해 훼손되지 않을 것이다.

다른 특정 방법에서, 중합체 섬유를 비함침된 지지층 위에 두고, 얻어진 비함침 필터 매개체를 전체를 처리하고 그 후 전체를 경화한다. 이렇게 하면 이전에 함침된 지지층을 별개로 건조하는 것을 절약한다.

본원 발명의 추가의 특징, 세부 내용, 및 이점들을 청구항의 기재 및 하기의 도면을 참조로 포함하는 실시예의 기재에서 찾을 수 있다.

Claims

하나 이상의 지지층(20) 및 상기 지지층(20)에 영구적으로 부착된 하나 이상의 미세 섬유층(30)을 함유하고, 상기 미세 섬유층(30)은 1㎛ 이하의 평균 섬유 직경을 갖는 정전기적 방사 중합체 섬유(40)를 포함하며,

촉매의 작용으로, 상기 중합체 섬유가 가교제(크로스링커)를 통하여 직접 또는 간접으로 서로 가교되고, 크로스링커 및(또는) 가교된 중합체 섬유 (40)이 200℃ 온도까지 내열성인, 유체 통과 장치에서 사용되는 필터 매개체.
제1항에 있어서, 비가교된 중합체 섬유(40)가 200℃ 온도까지 내열성인 필터 매개체.
제1항에 있어서, 상기 중합체 섬유(40)가 자가-접착에 의해 하나 이상의 지지층(20)에 영구적으로 고정된 필터 매개체.
제1항에 있어서, 중합체 섬유(40)이 극성 용매에 가용성인 중합체, 바람직하게 폴리비닐 알콜, 폴리카르복시산, 폴리아크릴아미드, 폴리아미드, 폴리비닐 아민, 폴리비닐 포름아미드, 또는 이로부터 형성된 공중합체인 필터 매개체.
제1항에 있어서, 미세 섬유층(30) 내의 중합체 섬유(40)가 상이한 직경을 갖는 필터 매개체.
제1항에 있어서, 미세 섬유층(30)이 우선적인 방향을 가지며, 중합체 섬유(40)가 이들의 직경 크기에 따라 잘 정렬되게 배치된 필터 매개체.
제1항에 있어서, 중합체 섬유(40)를 서로 및(또는) 하나 이상의 지지층(20)과 접합하는 데에 사용되는 가교제가 적어도 2관능기 화합물, 바람직하게는 페놀 수지, 멜라민-포름알데히드 수지, 우레아-포름알데히드 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 습윤강도제 또는 이들 물질의 혼합물인 필터 매개체.
제1항에 있어서, 촉매가 루이스 산 또는 브뢴스테드산, 루이스 염기 또는 브뢴스테드 염기, 또는 산화 특성 또는 라디칼 개시 특성을 갖는 화합물인 필터 매개체.
제1항에 있어서, 촉매가 열, 초음파, 전자기 복사, 바람직하게는 IR 또는 UV 복사, 또는 전자 빔을 포함하는 것인 필터 매개체.
제1항에 있어서, 커버층, 배면층 또는 또다른 필터 물질층이거나 이들을 형성하는 하나 이상의 추가의 지지층(20)이 제공되며, 상기 미세 섬유층(30)은 유체유입 및(또는) 유체배출면에서 이들 층들의 하나 이상과 인접하는 필터 매개체.
제1항에 있어서, 지지층(20)의 거시적으로 측정가능한 체적이 변하지 않으면서 미세 섬유층(30)의 중합체 섬유(40)가 도포되는 필터 매개체.
제1항에 있어서, 하나 이상의 지지층(20)이 유기 및(또는) 무기 섬유, 또는 이들의 복합체 혼합물, 바람직하게 셀룰로스, 합성 섬유, 또는 마이크로유리 섬유를 포함하는 필터 매개체.
제1항에 있어서, 하나 이상의 지지층(20)이 예를 들어 페놀 수지에 의하여 함침되고 경화되거나, 경화될 수 있는 필터 매개체.
제1항에 있어서, 하나 이상의 지지층(20)이, 낮은 여과 효과를 갖는 거대 공극 기재 매개체(25)이거나, 여과 특성이 전혀 없는 개방 공극 접합층(60)인 필터 매개체.
제1항에 있어서, 하나 이상의 지지층(20)이 일렉트렛 매개체인 필터 매개체.
제1항에 있어서, 하나 이상의 지지층(20)이, 예를 들어 알킬화 또는 실릴화(실란화)로 인해 표면-소수성인 필터 매개체.
제1항에 있어서, 하나 이상의 지지층(20)이 하나 이상의 방염제 및(또는) 형광 염료를 함유하는 필터 매개체.
제1항에 있어서, 하나 이상의 지지층(20)에 친화성 리간드(affinity ligand)가 제공된 필터 매개체.
제1항 기재의 하나 이상의 필터 매개체(10)를 포함하는 입자 필터 또는 분자 필터.
a) 가교제가 중합체 멜트 또는 중합체 용액에 첨가되고,

b) 지지층(20) 위에 놓여진 중합체 섬유(40)가 촉매의 도움으로 서로 및(또는) 가교제와 가교하거나 가교되는 것을 특징으로 하는,

용융 상태 또는 극성 또는 비극성 용매에 용해된 상태에서의 하나 이상의 중합체가 전자장 내의 노즐을 수단으로 방사되어 1㎛와 동일 및(또는) 미만의 평균 섬유 직경을 갖고 상기 중합체 섬유(40) 사이에 중간체 공극이 형성된 중합체 섬유(40)를 형성하고, 이를 미세 섬유층(30)의 형태로 지지층(20) 상에 놓는, 유체 통과 장치에 사용되는 필터 매개체(10)의 제조 방법.
제20항에 있어서, 미세 섬유층(30) 내의 중합체 섬유(40)가 극성 용액, 바람직하게는 수성 용액의 전기적 방사에 의한 제조 방법.
제20항에 있어서, 하나 이상의 지지층(20) 및 하나 이상의 미세 섬유층(30)을 포함하는 적층을 염기 또는 산성 촉매 또는 전자기 또는 전자 빔과 접촉시키는 제조 방법.
제20항에 있어서, a) 중합체 섬유(40)를 비함침 지지층(20) 상에 두고,

b) 얻어진 비함침 필터 매개체(10)을 함침제로 전체를 처리하고,

c) 다음에 전체를 경화하는 방법.