KR20080010429A - 차량 객실부 공기 필터 장치 - Google Patents

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KR20080010429A
KR20080010429A KR1020077027055A KR20077027055A KR20080010429A KR 20080010429 A KR20080010429 A KR 20080010429A KR 1020077027055 A KR1020077027055 A KR 1020077027055A KR 20077027055 A KR20077027055 A KR 20077027055A KR 20080010429 A KR20080010429 A KR 20080010429A
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마르쿠스 로트게링크-브루이넨베르크
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

본 발명은
(i) 정전기적으로 하전된 스플릿(split) 섬유 부직포층 및 임의로 상기 스플릿 섬유층에 부착된 스크림(scrim)을 포함하는 제1 필터층;
(ii) 제2 필터층으로서의 일렉트릿(electret) 하전 열가소성 마이크로섬유의 부직포 웨브(nonwoven web)로서, 상기 마이크로섬유는 10㎛ 초과의 유효 섬유 직경(EFD)을 갖고, 1014ohm·cm 초과의 비저항을 갖는 열가소성 수지, 및 불소화학 화합물 또는 올리고머, 유기 트리아진 화합물 또는 올리고머, 힌더드(hindered) 아민 화합물, 방향족 아민 화합물, 질소 함유 힌더드 페놀, 금속 함유 힌더드 페놀 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 첨가제를 포함하며, 상기 웨브는 60g/㎡ 미만의 기초 중량을 갖는 부직포 웨브; 및
(iii) 200Pa에서 3750 l/(㎡xs) 이상의 통기성을 갖는 웨브 재료로 제조된 지지층
을 포함하는 여과 매체를 포함하며, 상기 제1 필터층은 상기 제2 필터층으로부터 상류에 있고, 상기 지지층은 상기 제2 필터층으로부터 하류에 있으며, 상기 제1 및 제2 필터층과 상기 지지층은 공동-주름형성되고(co-pleated), 임으로는 여과 매체의 외측 에지 중 하나 이상을 제외하고는 서로 실질적으로 비결합된 것인, 차량 객실부 공기 필터 장치를 제공한다.
차량 객실부 공기 필터 장치, 필터층, 스플릿 섬유 부직포층, 부직포 웨브

Description

차량 객실부 공기 필터 장치 {VEHICLE PASSENGER COMPARTMENT AIR FILTER DEVICES}
본 발명은 차량 객실부 공기 필터 장치, 특히 이러한 차량의 객실부에 있어서 공기 중 부유(air borne) 입자를 여과하기에 적합한 그의 여과 매체에 관한 것이다.
차량 객실부 (또는 자동차 내부 객실) 여과는, 모든 고도로 제한된 공간 요건 내에서 제한된 팬 용량을 고려하여 매우 낮은 압력 강하 성능에 대한 요구와 더불어 입자 여과 및/또는 가스 흡착을 목표로 하기 때문에 특히 어려운 여과 분야이다. 시판용 차량 객실부 공기 필터는 낮은 로딩 용량 및 필터를 통한 비교적 높은 압력 강하를 비롯한, 다수의 결점을 안고 있다. 또한, 여전히 만족스럽거나 바람직하게 낮지는 않지만 압력 강하를 허용가능한 한계 이내로 유지하기 위해, 입자 포획(여과) 효율이 종종 감소되어야 한다. 감소된 입자 포획 효율의 이러한 단점은 대개 예를 들어 이러한 여과 매체 및 필터의 로딩 또는 노출시 시간의 함수로서 입자 포획 효율의 손실의 관찰에 의해 가중된다.
서브-미크론 입자와 같은 특정 공기 중 부유 입자와 관련된 위험에 대한 인식의 증가에 비추어, 예를 들어 로딩 및/또는 노출시의 입자 포획 효율 유지와 같 은 안정적인 작동 특성을 가지면서 높은 로딩 용량 및 낮은 압력 강하 성능과 조합된 높은 입자 포획 효율, 특히 높은 서브-미크론 입자 포획 효율을 갖는 차량 객실부 공기 필터 장치, 특히 그의 여과 매체가 지속적으로 요구되고 있다.
본 발명에 따르면,
(i) 정전기적으로 하전된 스플릿(split) 섬유 부직포층 및 임의로 상기 스플릿 섬유층에 부착된 스크림(scrim)을 포함하는 제1 필터층;
(ii) 제2 필터층으로서의 일렉트릿(electret) 하전 열가소성 마이크로섬유의 부직포 웨브(nonwoven web)로서, 상기 마이크로섬유는 10㎛ 초과의 유효 섬유 직경(EFD)을 갖고, 1014ohm·cm 초과의 비저항을 갖는 열가소성 수지, 및 불소화학 화합물 또는 올리고머, 유기 트리아진 화합물 또는 올리고머, 힌더드(hindered) 아민 화합물, 방향족 아민 화합물, 질소 함유 힌더드 페놀, 금속 함유 힌더드 페놀 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 첨가제를 포함하며, 상기 웨브는 60g/㎡ 미만의 기초 중량을 갖는 부직포 웨브; 및
(iii) 200Pa에서 3750 l/(㎡xs) 이상의 통기성을 갖는 웨브 재료로 제조된 지지층
을 포함하는 여과 매체를 포함하며, 상기 제1 필터층은 상기 제2 필터층으로부터 상류에 있고, 상기 지지층은 상기 제2 필터층으로부터 하류에 있으며, 상기 제1 및 제2 필터층과 상기 지지층은 공동-주름형성되고(co-pleated), 임으로는 여과 매체의 외측 에지 중 하나 이상을 제외하고는 서로 실질적으로 비결합된 것인, 차량 객실부 공기 필터 장치가 제공된다.
놀랍게도, 예를 들어, 바람직하게 높은 로딩 용량 (예를 들어, 압력 강하의 100Pa 증가 이후 30g 이상의 로딩) 및 높은 초기 입자 포획 효율 (예를 들어, 0.4㎛ 입자에 대한 93％ 초과의 초기 입자 포획 효율) 뿐만 아니라 로딩 시 높은 입자 포획 효율 (예를 들어, 압력 강하의 50Pa 증가시 로딩 중에 0.4㎛ 입자에 대한 90％ 이상의 입자 포획 효율)의 바람직한 유지가, 유리한 낮은 초기 압력 강하 (예를 들어, 225㎥/h의 부피 유속에서 250㎜×200㎜의 필터 면적, 30㎜의 주름 높이 및 약 5 내지 약 14㎜의 주름 간격 (피크 대 피크 간격)을 갖는 필터의 경우 70Pa 이하의 압력 강하)와 함께 달성될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 특히, 놀랍게도 이러한 유리한 성능은 제한된 층 수를 이용하고/거나 부피가 큰 층을 사용하지 않고도 달성될 수 있으며, 이는 비용 문제 뿐만 아니라, 바람직한 성능을 용이하게 하는 치수 및 주름형성 문제와 관련하여서도 유리하다.
종속항들은 본 발명의 또다른 실시양태를 한정한다.
본 발명, 그의 실시양태 및 또다른 이점은 첨부된 도면을 참고로 하기에 기재될 것이다.
도 1은 예시적인 차량 객실부 공기 필터 장치의 개략도이다.
도 2는 차량 객실부 공기 필터 장치에 사용하기에 적합한 예시적인 여과 매체의 일부의 개략적인 확대 단면도이다.
본 발명은 본원에 기재된 본 발명의 적합하고, 특별하며, 바람직하고, 유리 하며, 양호하고, 선호되는 측면의 모든 조합을 커버하는 것으로 이해되어야 한다.
차량의 객실부 내에서 유동하는 공기를 여과하기 위한 예시적인 필터 장치의 개략도를 도시하는 도 1을 참조하면, 이러한 장치(10)는 여과 매체(1)를 포함한다. 또한, 장치(10)는 여과 매체가 연결될 수 있는 프레임 또는 하우징(20)을 구비할 수 있다. 통상적으로 이러한 프레임이나 하우징은 중합체 재료로 제조된다. 여과 매체(1), 특히 그의 외측 에지는, 예를 들어 접착제를 통해서 또는 US 5,512,172호에 기재된 것과 같은 초음파 용접에 의해서 프레임이나 하우징의 내벽의 일부에 밀봉될 수 있다. 대안적으로, 여과 매체, 특히 그의 외측 에지는 인서트 성형에 의해 프레임을 제조하는 동안 프레임이나 하우징 벽에 밀봉될 수 있으며, 이후에 여과 매체의 에지는 인서트 성형 공정에 의해 프레임의 플라스틱 재료에 매립될 것이다. 적합한 인서트 성형 기술은 US 5,679,122호 및 EP 713 421호에 기재되어 있다.
예를 들어, 도 1에 도시된 예시적인 필터 장치에 사용하기에 적합한 예시적인 여과 매체(1)의 개략적인 부분 단면도를 도시하는 도 2를 참조하면, 여과 매체는 제2 필터층(14) (상세히 후술됨)으로부터 상류에 있는 정전기적으로 하전된 스플릿 섬유 부직포 웨브 층(12) (상세히 후술됨)을 포함하는 제1 필터층(11) 뿐만 아니라, 제2 필터층으로부터 하류에 있는 지지층(15) (상세히 후술됨)을 포함한다.
제1 필터층(11), 제2 필터층(14) 및 지지층(15)은 공동-주름형성되며, 임의로 여과 매체의 외측 에지 또는 주변부를 제외하고는 서로 실질적으로 비결합되고, 바람직하게는 비결합된다. 예를 들어 사용될 경우 프레임이나 하우징에 대한 취급 및/또는 전환 및/또는 연결을 용이하게 하도록, 하나 이상의 외측 에지를 결합하여 매체의 주변부 둘레 또는 상기 에지를 따라서 시임(seam)을 형성할 수 있다. "실질적으로 비결합"이란, 매체의 외측 에지(들) 또는 주변부를 따라서 임의의 결합된 시임 영역이 존재할 경우 이를 제외한 여과 매체의 전체 표면적에 대해 바람직하게는 4％ 미만의 결합, 보다 바람직하게는 2％ 미만의 결합을 의미한다. 매체의 외측 에지(들) 또는 주변부를 따라서 임의의 결합된 시임 영역이 존재할 경우 그 표면적은 통상 여과 매체의 전체 표면적의 8％ 미만(보다 바람직하게는 6％ 미만, 가장 바람직하게는 4％ 미만)을 나타낼 것이다.
상기한 바와 같이, 제1 필터층(11)은 정전전기적으로 하전된 스플릿 섬유 부직포 웨브로 제조된 층(12)을 포함한다. 정전기적으로 하전된 스플릿 섬유 부직포 웨브의 예시적인 제조 방법은 미국 재발행 특허 제30.782호 및 미국 재발행 특허 제31.285호 (이들 두 특허의 내용은 그의 전문이 본원에 포함됨)에 기재되어 있다. 예를 들어, 이러한 웨브의 제조는 일반적으로 고분자량 비극성 물질의 필름을 공급하고, 필름을 연신시키고, 연신된 필름을 (예를 들어 코로나 요소의 보조로) 하전시키고, 연신된 하전 필름을 피브릴화시키는 것을 포함한다.
특히 60℃ 이상 (보다 적합하게는 80℃ 이상)과 같은 승온에 노출 시, 필터 장치의 수명 동안 바람직한 성능을 위해서, 필름의 재료 (따라서 스플릿 섬유의 재료)는 중합체 수지, 특히 폴리에틸렌을 실질적으로 함유하지 않는 (예를 들어 2중량％ 미만) 중합체 수지, 보다 바람직하게는 폴리에틸렌을 함유하지 않는 중합체 수지를 포함하는 것이 유리하다. 바람직하게는, 중합체 수지는 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리카르보네이트, 폴리아미드, 폴리에스테르 뿐만 아니라 이들의 혼합물, 공중합체 및 블렌드로부터 선택된다. 폴리프로필렌이 보다 바람직하다. 필름은 바람직하게는, 필름의 면에 동일하지만 반대 전위를 공급하는 코로나 요소에 의해 (필름의 양면 상에) 국소적으로 양면 하전된다. 하전된 중합체 필름 재료는, 예를 들어 금속 니들이 필름에 대해 작동하는 니들 롤러를 사용하여 몇가지 방법으로 피브릴화될 수 있다. 이 후, 연속 섬유를 소정의 길이로 절단할 수 있다. 이어서, 수득된 섬유는 카딩 또는 에어레잉 또는 다른 웨브 형성 공정을 통해 부직포 웨브층으로 형성될 수 있다.
본원에 기재된 필터 장치의 경우, 스플릿 섬유는 바람직하게는 단면이 사각형이다. 바람직한 필터 성능을 위하여, 제1 필터층 중 스플릿 섬유의 바람직한 단면 치수는 두께 약 9 내지 약 20㎛ (보다 바람직하게는 두께 약 9 내지 약 15㎛), 폭 약 15 내지 약 75㎛ (보다 바람직하게는 폭 약 20 내지 약 70㎛)이다. 또한, 바람직한 필터 성능을 위하여, 스플릿 섬유 부직포 중 스필릿 섬유는 바람직하게는 길이가 5mm 이상, 보다 바람직하게는 길이가 5mm 내지 약 80mm이다. 보다 특별하게, 스필릿 섬유 부직포 중 스플릿 섬유의 평균 길이 (예를 들어 전자 현미경을 통해 측정됨)는 바람직하게는 약 12 내지 약 70mm, 보다 바람직하게는 약 20 내지 약 60mm, 가장 바람직하게는 약 25 내지 약 50mm이다.
바람직한 치수 및 주름형성 요건 및/또는 바람직한 필터 성능을 위하여, 제1 필터층에 사용하기 위한 정전기적으로 하전된 스플릿 섬유 부직포 웨브는, 바람직하게는 70g/㎡ 미만, 보다 바람직하게는 55g/㎡ 미만, 보다 더 바람직하게는 45g/㎡ 미만, 가장 바람직하게는 30g/㎡ 미만의 기초 중량을 갖는다. 상기 범위내에서, 이러한 웨브는 바람직하게는 5g/㎡ 이상, 보다 바람직하게는 10g/㎡ 이상의 기초 중량을 갖는다. 제1 필터층이 하나 이상의 정전기적으로 하전된 스필릿 섬유 부직포의 층을 포함하는 실시양태에서, 개별 스플릿 섬유 부직포층의 기초 중량의 합은 바람직하게는 70g/㎡ 미만, 보다 바람직하게는 55g/㎡ 미만, 보다 더 바람직하게는 45g/㎡ 미만, 가장 바람직하게는 30g/㎡ 미만이다.
도 2에 도시된 예시적인 여과 매체(1)로부터 인지될 수 있는 바와 같이, 구조의 보존 및/또는 제조 또는 전환을 용이하게 하기 위해서, 제1 필터층(11)은 임의로 예를 들어 스플릿 섬유 웨브층(12)의 하류에 스크림(13)을 포함할 수 있다. 또다른 실시양태에서, 이러한 스크림은 스플릿 섬유 부직포 웨브층의 상류에 위치하거나, 2개의 스크림이 하나는 스플릿 섬유 부직포 웨브층의 상류에 위치하고, 다른 하나는 스플릿 섬유 부직포 웨브층의 하류에 위치하도록 제공되거나, 또다른 실시양태에서, 제1 필터층은 각각 정전기적으로 하전된 스플릿 섬유 부직포 웨브로 제조된 2개의 층 (스크림이 2개의 스플릿 섬유 부직포 웨브 사이에 제공됨)을 포함할 수 있다. 일반적으로, 이러한 스크림이 사용될 경우, 그것은 스플릿 섬유 부직포 웨브(들)에 바람직하게는 기계적으로 및/또는 열적으로 (예를 들어 하이드로엔탱글링, 니들 펀칭, 초음파 결합 (적합한 초음파 결합 방법은 EP 1 197 252호에 기재됨) 부착된다.
바람직하게, 제1 필터층은 각각 정전기적으로 하전된 스플릿 섬유 부직포 웨브로 제조된 하나 이상의 층 (보다 바람직하게는 1 내지 3개의 층, 보다 더 바람직하게는 1 또는 2개의 층, 가장 바람직하게는 1개의 층), 및 임의로 각각 상기 스플릿 섬유 부직포 웨브(들)에 부착된 하나 이상의 스크림 (보다 바람직하게는 1 내지 4개의 스크림, 보다 더 바람직하게는 1 내지 3개의 스크림, 훨씬 더 바람직하게는 1 또는 2개의 스크림, 가장 바람직하게는 1개의 스크림)으로 이루어진다.
제1 필터층이 하나의 정전기적으로 하전된 스플릿 섬유 부직포 웨브층에 대해 추가의 층을 포함하는 실시양태에서, 바람직하게는 제1 필터층을 구성하는 모든 층은 서로 부착된다.
스크림은 적합하게는 부직포 (예를 들어, 웨트-레이드(wet-laid), 에어-레이드(air-laid) (예컨대, 스펀레이스, 캘린더링, 니들-펀칭, 화학 결합된 에어-레이드), 스펀본드 부직포), 직물 또는 망상 재료로 제조될 수 있다. 망 또는 부직포가 바람직하고, 스펀본드 부직포가 보다 바람직하다. 스크림은 중합체 수지, 특히 폴리에틸렌을 실질적으로 함유하지 않는 (예를 들어 2중량％ 미만) 중합체 수지, 보다 바람직하게는 폴리에틸렌을 함유하지 않는 중합체 수지를 포함하는 것이 유리하다. 바람직하게는 중합체 수지는 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리카르보네이트, 폴리아미드, 폴리에스테르 뿐만 아니라, 이들의 혼합물, 공중합체 및 블렌드로부터 선택된다. 폴리프로필렌 수지가 보다 바람직하다. 스크림의 경우 (그의 편평 웨브 재료의 경우) 200Pa에서 3750 l/(㎡xs) 이상 (예를 들어 DIN 53887에 따라 측정됨)의 통기성이 바람직하고, 200Pa에서 4250 l/(㎡xs) 이상의 통기성이 보다 바람직하고, 200Pa에서 4750 l/(㎡xs) 이상의 통기성이 보다 더 바람직하며, 200Pa에서 5000 l/(㎡xs) 이상의 통기성이 가장 바람직하다. 스크림에 사용되는 웨브 재료의 기초 중량은 바람직하게는 15g/㎡ 이하, 보다 바람직하게는 12g/㎡ 이하, 가장 바람직하게는 10g/㎡ 이하이다. 스크림에 사용되는 웨브 재료의 두께는 바람직하게는 0.3mm 이하, 0.2mm 이하, 가장 바람직하게는 0.1mm 이하 (예를 들어, ISO 9073-2, 방법 A에 따라, 23℃ 및 50％ 상대 습도에서 측정됨)이다.
스크림(들)을 갖는 제1 필터층을 포함하는 실시양태에서, 제1 필터층은 바람직하게는 85g/㎡ 이하, 보다 바람직하게는 70g/㎡ 미만, 보다 더 바람직하게는 60g/㎡ 미만, 가장 바람직하게는 45g/㎡ 미만의 기초 중량을 갖는다.
제1 필터층의 편평 웨브 재료 (예를 들어 존재할 경우 스크림(들)을 포함하는 스플릿 섬유 부직포 웨브층(들))의 경우 200Pa에서 2800 l/(㎡xs) 이상의 통기성 (예를 들어, DIN 53887에 따라 측정됨)이 목적하는 필터 성능에 특히 바람직하며, 200Pa에서 3200 l/(㎡xs) 이상의 통기성이 보다 바람직하고, 200Pa에서 3800 l/(㎡xs) 이상의 통기성이 보다 더 바람직하며, 200Pa에서 4500 l/(㎡xs) 이상의 통기성이 가장 바람직한 것으로 밝혀졌다. 일반적으로, 이 범위내에서, 200Pa에서 9000 l/(㎡xs) 이하의 통기성이 적합하고, 200Pa에서 8000 l/(㎡xs) 이하의 통기성이 보다 적합하고, 200Pa에서 7000 l/(㎡xs) 이하의 통기성이 가장 적합하다.
제1 필터층의 편평 웨브 재료 (예를 들어 존재할 경우 스크림(들)을 포함하는 스플릿 섬유 부직포 웨브층(들))의 경우 10％ 이상의 에어로졸화된 중화 NaCl 필터 효율이 목적하는 여과 성능에 특히 바람직하고, 12％ 이상의 에어로졸화된 중화 NaCl 필터 효율이 보다 더 바람직하며, 15％ 이상의 에어로졸화된 중화 NaCl 필터 효율이 가장 바람직한 것으로 밝혀졌다. 에어로졸화된 중화 NaCl 필터 효율은 바람직하게는, TSI 인코포레이티드로부터 상표명 AFT 8130하에 시판되고 있는 장치, 및 분사되어 물이 증발되면 약 0.26㎛ ((계수 중앙값 직경 0.07㎛) 예를 들어 주사 이동 입자 선별기(scanning mobility particle sizer), 예를 들어 TSI 모델 3934를 사용하여 측정됨)의 질량 평균 직경을 갖는 에어로졸화되고 중화된 NaCl 결정을 생성하는 수용액 (1리터 당 NaCl 20g)으로부터 생성된 NaCl 결정을 사용하여 측정된다 (여기서, 부피 유속은 60 l/분이고, 재료의 시험 면적 크기는 50㎠임).
여과 매체는 제2 필터층으로서 일렉트릿 하전 열가소성 마이크로섬유의 부직 웨브, 바람직하게는 멜트블로운(meltblown) 부직 웨브를 더 포함한다. 목적하는 여과 성능을 위해서는, 마이크로섬유가 10㎛를 초과하는 유효 섬유 직경(EFD)을 갖는 것이 유리한 것으로 밝혀졌다. 더 향상된 성능을 위해서는, EFD가 약 11㎛ 이상인 것이 더 바람직하고, 약 12㎛ 이상인 것이 가장 바람직하다. EFD는 약 20㎛이하인 것이 바람직하고, 약 18㎛ 이하인 것이 더 바람직하며, 약 16㎛ 이하인 것이 가장 바람직하다. EFD는 문헌 [Davis, C.N. "The Separation of Airborne Dust and Particulates," Proc. Inst. Mech. Engrs., London, IB, p.185, (1952)]에 기재된 방법에 따라 측정된다.
제2 필터층의 열가소성 마이크로섬유는 비전도성 열가소성 수지, 즉 1014ohm·cm 이상, 바람직하게는 1016ohm·cm 이상의 비저항을 갖는 열가소성 수지를 포함한다. 적합한 비전도성 열가소성 수지는 비일시적(non-transitory) 또는 장기적 포획 전하의 소유 능력을 갖는 것을 포함한다. 상기 수지는 단독중합체 또는 공중합체 또는 중합체 블렌드일 수 있다. 적합한 중합체로는 폴리프로필렌, 폴리(4-메틸-1-펜텐) 또는 선형 저밀도 폴리에틸렌과 같은 폴리올레핀; 폴리비닐클로라이드; 폴리스티렌; 폴리카르보네이트 및 폴리에스테르가 포함된다. 특히 60℃ 이상, 보다 바람직하게는 80℃ 이상과 같은 고온의 노출 시 필터 장치의 수명 동안 바람직한 성능을 위해서, 마이크로섬유는 폴리에틸렌을 실질적으로 함유하지 않은 것 (예를 들어, 2중량％ 미만), 보다 바람직하게는 폴리에틸렌을 함유하지 않은 것이 유리한 것으로 밝혀졌다. 열가소성 수지는 바람직하게는 폴리프로필렌, 폴리(4-메틸-1-펜텐), 폴리스티렌, 폴리카르보네이트, 폴리에스테르 및 이들의 혼합물로부터 선택되며, 보다 바람직하게는 폴리프로필렌, 폴리(4-메틸-1-펜텐), 이들의 블렌드 또는 프로필렌과 4-메틸-1-펜텐 중 적어도 하나로 형성된 공중합체로부터 선택된다. 중합체 또는 중합체 블렌드의 주성분은 폴리프로필렌이 바람직하며, 이는 폴리프로필렌이 높은 비저항, 만족스러운 하전 안정성, 소수성, 및 내습성을 갖기 때문이다.
또한, 제2 필터층의 열가소성 마이크로섬유는 불소화학 화합물 및 올리고머, 트리아진 화합물 또는 올리고머, 힌더드 아민 화합물, 방향족 아민 화합물, 질소 함유 힌더드 페놀, 금속 함유 힌더드 페놀 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 첨가제를 포함한다. 상기 첨가제는 여과 매체의 여과 성능을 유리하게 향상시키며, 이하에서 성능 향상 첨가제로서 지칭된다.
적합한 불소화학 성능-향상 첨가제로는, 본원에 그의 내용이 인용되는 존스(Jones) 등에 의한 미국 특허 제5,472,481호 및 로우수(Rousseau) 등에 의한 WO 97/07272호에 기재된 것과 같은 불소화학 화합물 및 올리고머가 포함된다. 불소화학 첨가제는 바람직하게는 불소화학 피페라진, 과불화알콜의 스테아레이트 에스테르, 불소화학 옥사졸리디논과 같은 적어도 하나의 과불화 잔기(perfluorinated moiety)를 함유하는 유기 화합물 또는 올리고머를 포함한다. 이러한 화합물 또는 올리고머는 약 18중량％ 이상의 불소 함량을 갖는 것이 바람직하다. 바람직하게 이러한 불소화학 첨가제는 열적으로 안정하며, 즉 바람직하지 않은 열화 또는 휘발이 없이 가공 공정을 견뎌내도록 중합체 수지의 압출 온도에서 열적으로 안정하며; 대개 500 이상의 분자량이 과도한 휘발을 방지하기에 충분하다. 바람직하게 불소화학 화합물 또는 올리고머는 열가소성 수지 중합체(들)의 융점보다 높고 압출 온도보다 낮은 융점을 갖는다. 가공 요건에 있어서, 예를 들어 폴리프로필렌을 사용할 때, 불소화학 화합물은 160℃ 보다 높은 융점을 갖는 것이 바람직하며, 160℃ 내지 290℃의 융점을 갖는 것이 보다 바람직하다. 바람직한 불소화학 첨가제로는 다음의 각각의 구조식을 갖는 미국 특허 제5,411,576호의 첨가제 A, B, C를 들 수 있다:
Figure 112007083548098-PCT00001
적합한 트리아진 화합물 또는 올리고머로는 본원에 그의 내용이 인용되는 WO 97/07272호에 기재된 것이 포함된다. 트리아진 첨가제는 하나 이상의 추가 질소-함유기를 갖는 유기 트리아진 화합물 또는 올리고머를 포함하는 것이 바람직하다. 다시 이러한 첨가제는 바람직하게 열적으로 안정하다(바람직하지 않은 열화 또는 휘발이 없이 가공 공정을 견뎌내도록 중합체 수지의 압출 온도에서 열적으로 안정하다). 대개 500 이상의 분자량을 갖는 이러한 화합물 또는 올리고머는 일반적으로 휘발하지 않는다. 바람직한 트리아진은 하기의 일반 구조식을 갖는 것을 포함하며, 여기서 R2는 바람직하게는 4 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있는 알킬기이고, n은 2 내지 40, 바람직하게는 2 내지 20의 수이다:
Figure 112007083548098-PCT00002
성능 향상 첨가제로는 힌더드 또는 방향족 아민 화합물, 바람직하게는 하기의 테트라메틸피페리딘 고리로부터 유도된 것과 같은 힌더드 아민을 함유하는 화합물이 적합할 수 있다:
Figure 112007083548098-PCT00003
상기 식 중, R은 수소 또는 알킬기이다. 바람직하게 힌더드 아민은 상기 기재된 바와 같은 트리아진기와 결합된다. 별법으로, 그의 전문이 본원에 인용되는 미국 특허 제5,057,710호에 개시된 것과 같은, 질소 또는 금속 함유 힌더드 페놀 하전 향상제가 적합하게 사용될 수 있다.
여과 매체의 제2 필터층의 부직포 웨브는 웨브의 중량을 기준으로 바람직하게는 0.01중량％ 이상, 보다 바람직하게는 0.1중량％ 이상, 더 바람직하게는 0.2중량％ 이상, 가장 바람직하게는 0.5중량％ 이상의 성능-향상 첨가제를 함유한다. 제2 필터층의 부직포 웨브는 웨브의 중량을 기준으로 바람직하게는 10중량％ 이하, 보다 바람직하게는 5.0중량％ 이하, 가장 바람직하게는 2.0중량％ 이하의 성능-향상 첨가제를 함유한다.
제2 필터층의 부직포 웨브의 섬유는 열가소성 수지와 첨가제의 블렌드로 형성되는 것이 적합하다. 특히, 수지와 성능-향상 첨가제는 그의 용융 이전에 고체로서 블렌딩되거나, 별도로 용융되고 액체로서 함께 블렌딩될 수 있다. 별법으로, 첨가제와 수지의 일부분을 고체로서 혼합 및 용융시켜 비교적 첨가제가 풍부한 용융 블렌드를 형성할 수 있으며, 이 블렌드는 이후에 수지의 추가 부분과 조합된다.
제2 필터층의 부직포 웨브의 섬유는 바람직하게는 당업계에 널리 공지된 멜트-블로잉 공정 및 장치를 이용한 멜트블로잉에 의해 형성된다. 예를 들어, 여과 매체의 필터층용 멜트블로운 부직포 웨브를 형성하는 섬유의 제조에서, 수지와 첨가제의 용융 블렌드는 섬유 다이를 통해서 수집면 상으로 압출되어 열가소성 마이크로섬유의 웨브로 형성될 수 있다. 이러한 마이크로섬유는 전형적으로 웨브 형성 공정 중에 또는 웨브 형성 공정 이후에 그의 교차점에서 상호 일체 결합된다. 상기 섬유는 단일층 또는 다층이거나 쉬쓰-코어(sheath-core) 구조일 수 있다. 다층이 사용될 경우, 외층 또는 쉬쓰층의 적어도 일부는 블렌드 내에 상기 기재된 바와 같은 성능-향상 첨가제를 함유하는 것이 바람직하다.
수집된 웨브 재료는 유성 안개(oily mist)의 존재 하에 정전기적 안정성을 증가시키기 위해 어닐링될 수 있다. 바람직하게, 어닐링 단계는 성능-향상 첨가제가 재료의 경계면(예를 들어, 중합체-공기 경계면, 및 결정상과 비정질상 사이의 경계)으로 확산되도록 충분한 온도에서 충분한 시간 동안 수행된다. 일반적으로, 높은 어닐링 온도는 어닐링 시간의 단축을 가능하게 한다. 최종 생성물에서 바람직한 특성을 얻기 위해, 폴리프로필렌 재료의 어닐링은 일반적으로 약 100℃ 이상에서 수행된다. 어닐링은 약 130 내지 155℃에서 약 2 내지 20분간 이루어지는 것이 바람직하고, 약 140 내지 150℃에서 약 2 내지 10분간 이루어지는 것이 보다 바람직하며, 약 150℃에서 약 4.5분간 이루어지는 것이 보다 더 바람직하다. 어닐링은 웨브의 구조를 실질적으로 열화시키지 않는 조건 하에서 이루어져야 한다. 폴리프로필렌 웨브의 경우, 약 155℃보다 실질적으로 높은 어닐링 온도는 재료가 손상될 수 있기 때문에 바람직하지 않을 수 있다.
제2 필터층의 부직포 웨브의 섬유는 일렉트릿 하전된다. 일렉트릿 하전 섬유를 제조하는데 유용한 정전기적 방법의 예로는 미국 특허 제5,401,446호(트사이(Tsai) 등), 동 제4,375,718호(와드스워쓰(Wadsworth) 등), 동 제4,588,537호(클라세(Klaase) 등), 및 동 제4,592,815호(나카오(Nakao))에 기재된 것이 포함된다. 더 향상된 여과 성능(예를 들어, 입자 포획 효율)을 위해서, 부직포 웨브의 섬유는 수력하전(hydrocharge)되는 것이 바람직하며, 즉 부직포 웨브는 웨브에 여과 향상 일렉트릿 하전을 제공하기에 충분한 압력으로 워터 제트 또는 물방울 스트림을 웨브에 충돌시킴으로써 수력하전을 겪게 된다(예를 들어, 안가드지반드(Angadjivand) 등에 의한 미국 특허 제5,496,507호 참조). 최적의 결과를 달성하기 위해 필요한 압력은 사용되는 분사기의 유형, 웨브를 형성하는 중합체의 유형, 중합체에 대한 첨가제의 유형과 농도, 및 웨브의 두께와 밀도에 따라 달라질 것이다. 일반적으로, 약 10 내지 500psi(69 내지 3450kPa) 범위의 압력이 적합하다. 물방울을 제공하는데 사용되는 물은 비교적 순수한 것이 바람직하다. 수돗물에 비해서 증류수나 탈이온수가 바람직하다. 워터 제트 또는 물방울 스트림은 임의의 적합한 분사 수단에 의해 제공될 수 있다. 공정이 하이드로엔탱글링(hydroentangling)에 일반적으로 사용되는 것보다 낮은 수력하전 압력에서 수행되지만, 섬유의 하이드로엔탱글링에 유용한 장치가 일반적으로 유용하다. 바람직한 향상된 여과 성능을 위해서는 부직포 웨브의 섬유에 예를 들어 수력하전에 대한 전처리 또는 후처리로서 코로나 방전 또는 고펄스 전압을 적용하지 않는 것이 유리한 것으로 밝혀졌으며, 보다 구체적으로는 부직포 웨브의 섬유가 단지 수력하전되는 것이, 예를 들어 섬유에 (수력하전에 대한 전처리 또는 후처리로서) 다른 유형의 하전을 적용하지 않는 것이 유리한 것으로 밝혀졌다.
여과 매체의 제2 필터층의 부직포 웨브는 60g/㎡ 미만, 바람직하게는 55g/㎡ 이하, 가장 바람직하게는 50g/㎡ 이하의 기초 중량을 갖는다. 여과 매체의 필터층의 부직포 웨브는 일반적으로 20g/㎡ 이상, 보다 바람직하게는 25g/㎡ 이상, 가장 바람직하게는 30g/㎡ 이상의 기초 중량을 갖는다.
제2 필터층의 부직포 웨브의 (편평 재료에 대한) (예를 들어, DIN 53887에 따라 측정되는) 200Pa에서 1000 l/(㎡xs) 이상의 통기성이 바람직한 여과 성능을 위해 특히 바람직한 것으로 밝혀졌고, 200Pa에서 1250 l/(㎡xs) 이상의 통기성이 더 바람직하며, 200Pa에서 1500 l/(㎡xs) 이상의 통기성이 가장 바람직하다. 일반적으로, 200Pa에서 3725 l/(㎡xs) 이하의 통기성이 필터층의 부직포 웨브에 적합하며, 200Pa에서 3500 l/(㎡xs) 이하가 더 적합하고, 200Pa에서 3250 l/(㎡xs) 이하가 가장 적합하다.
여과 매체의 바람직한 치수 및 주름형성 요건과 그로인한 바람직한 여과 성능을 위해서, 제2 필터층 부직 웨브의 두께는 (예를 들어, ISO 9073-2, 방법 A에 따라 23℃ 및 50％ 상대 습도에서 측정됨) 바람직하게는 1.50㎜ 이하, 보다 바람직하게는 1.25㎜ 이하, 가장 바람직하게는 1.00㎜ 이하이다. 제2 필터층 부직 웨브의 두께는 0.25㎜ 이상이 적합하고, 0.35㎜ 이상이 보다 적합하며, 0.45㎜ 이상이 가장 적합하다.
상기한 바와 같이, 여과 매체는 (DIN 53887에 따라 측정되는 바와 같이) 편평 재료에 대해 200Pa에서 3750 l/(㎡xs) 이상 (보다 바람직하게는 200Pa에서 4000 l/(㎡xs) 이상, 보다 더 바람직하게는 200Pa에서 4500 l/(㎡xs) 이상, 보다 더 바람직하게는 200Pa에서 4750 l/(㎡xs) 이상, 가장 바람직하게는 200Pa에서 5000 l/(㎡xs) 이상)의 높은 통기성을 갖는 웨브 재료로 제조된 지지층을 더 포함한다.
지지층은 적합하게는 부직포 (예를 들어, 웨트-레이드, 에어-레이드 (예컨대, 스펀레이스, 캘린더링, 니들-펀칭, 화학 결합된 에어-레이드), 스펀본드 부직포), 직물 또는 망상 웨브 재료로 제조될 수 있다. 지지층은 바람직하게는 부직포 웨브 재료, 보다 바람직하게는 스펀본드 부직포 웨브 재료로 제조된다.
특히 60℃ 이상 (보다 적합하게는 80℃ 이상)과 같은 승온의 노출 시 필터 장치의 수명 동안 바람직한 성능을 위해서, 지지층은 중합체 수지, 특히 폴리에틸렌을 실질적으로 함유하지 않는 (예를 들어, 2중량％ 미만) 중합체 수지, 보다 바람직하게는 폴리에틸렌을 함유하지 않는 중합체 수지를 포함하는 것이 유리하다. 바람직하게, 중합체 수지는 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리카르보네이트, 폴리아미드, 폴리에스테르 뿐만 아니라 이들의 혼합물, 공중합체 및 블렌드로부터 선택된다.
매체의 제조, 취급 및/또는 전환 및/또는 구조의 보전 및/또는 여과 성능을 더 용이하게 하기 위하여, 지지층 웨브는 바람직하게는 60g/㎡ 이상, 보다 바람직하게는 70g/㎡ 이상, 가장 바람직하게는 80g/㎡ 이상의 기초 중량을 갖는다. 지지층 웨브는 바람직하게는 150g/㎡ 이하, 보다 바람직하게는 130g/㎡ 이하, 가장 바람직하게는 110g/㎡ 이하의 기초 중량을 갖는다.
여과 매체의 구조 보존의 용이성을 강화시키기 위하여, 지지층에 사용되는 웨브 재료는 바람직하게는 80N/5㎠ 이상 (보다 바람직하게는 100N/5㎠ 이상, 가장 바람직하게는 120N/5㎠ 이상)의 인장 강도 (MD) (필터 장치의 종 방향 (즉, 한 주름에서 다음 주름으로의 방향)) (예를 들어, DIN EN 29073, 파트 3 (C-형태의 시편 100mm, 연신 속도 200mm/분, 23℃ 및 50％ 상대 습도)에 따라 측정됨)를 갖는다. 이 범위내에서, 지지층의 웨브 재료는 바람직하게는 250N/5㎠ 이하 (보다 바람직하게는 225N/5㎠ 이하, 가장 바람직하게는 175N/5㎠ 이하)의 인장 강도 (MD) (예를 들어, DIN EN 29073, 파트 3 (C-형태의 시편 100mm, 연신 속도 200mm/분, 23℃ 및 50％ 상대 습도)에 따라 측정됨)를 갖는다.
다시, 바람직한 치수 및 주름형성 요건과 그로인한 여과 매체의 바람직한 여과 성능을 위해서, 지지층 웨브 재료의 바람직한 두께는 1.0mm 이하, 보다 바람직하게는 0.75mm 이하, 가장 바람직하게는 0.6mm 이하 (예를 들어, ISO 9073-2, 방법 A에 따라, 23℃ 및 50％ 상대 습도에서 측정됨)이다. 이 범위내에서, 최소 두께는 약 0.1mm가 적합하고, 약 0.2mm가 보다 적합하며, 약 0.3mm가 가장 적합하다.
본 발명의 필터 장치는 전형적으로 예를 들어 DIN 71460-1에 따라 측정할 때 0.4㎛ 입자에 대해 93％ 이상 (보다 바람직하게는 94％ 이상, 보다 더 바람직하게는 96％, 가장 바람직하게는 98％ 이상)의 유리하게 높은 초기 입자 포획 효율을 나타낼 것이다.
본 발명의 필터 장치는 전형적으로 예를 들어 DIN 71460-1에 따라 측정할 때 50Pa의 압력 강하 증가시에 로딩 중에 0.4㎛ 입자에 대해 90％ 이상 (보다 바람직하게는 92％, 보다 더 바람직하게는 94％, 가장 바람직하게는 96％ 이상)의 입자 포획 효율과 같은, 로딩 중 바람직한 입자 포획 효율 유지성을 나타낼 것이다.
본 발명의 필터 장치는 전형적으로 예를 들어 DIN 71460-1에 따라 측정할 때, 100Pa의 압력 강하 증가시에 로딩 중에 0.4㎛ 입자에 대해 90％ 이상 (보다 바람직하게는 92％, 보다 더 바람직하게는 94％, 가장 바람직하게는 96％ 이상)의 입자 포획 효율과 같은, 로딩 중 바람직한 입자 포획 효율 유지성을 나타낼 것이다.
본 발명의 필터 장치는 전형적으로 예를 들어 DIN 71460-1에 따라 측정할 때, 100Pa의 압력 강하 증가 이후에 35g 이상 (보다 바람직하게는 40g 이상, 보다 더 바람직하게는 43g 이상, 보다 더 바람직하게는 47g 이상, 가장 바람직하게는 50g 이상)의 바람직한 로딩 용량을 나타낼 것이다.
본 발명의 필터 장치는 전형적으로 예를 들어 DIN 71460-1에 따라 측정할 때, 225m3/h의 부피 유속에서 250㎜ x 200㎜의 필터 면적, 30㎜의 주름 높이, 및 약 5 내지 약 14㎜의 주름 간격 (피크 대 피크 간격) (보다 적합하게는 약 6 내지 12㎜의 주름 간격, 가장 적합하게는 약 8.5㎜의 주름 간격)을 갖는 필터의 경우 유리하게는 70Pa 이하 (보다 유리하게는 65Pa 이하, 가장 유리하게는 60Pa 이하)의 낮은 초기 압력 강하를 나타낼 것이다.
본 발명은 하기 실시예에 의해 예시될 것이다.
사용된 재료
미국 쓰리엠 컴파니(3M Company)로부터 상표명 필트레테(FILTRETE) GSB30 하에 입수가능한 정전기적으로 하전된 폴리프로필렌 스플릿 섬유 부직포 웨브 재료를 사용하였으며, 이하 SF로 칭하였다. SF 웨브 (기초 중량 10g/㎡로 니들 펀칭된, 약 10㎛ x 40㎛의 평균 치수 및 약 30 mm의 평균 길이를 갖는 사각형 단면을 갖는 폴리프로필렌 섬유를 갖는 기초 중량 20g/㎡의 스플릿 섬유 부직포층, 폴리프로필렌 스펀본드, 약 0.1mm 두께의 스크림층 포함)는 200Pa에서 5198 l/㎡xs의 통기성 및 20％의 에어로졸화된 중화 NaCl 필터 효율을 가졌다.
독일 베를린 소재 존스 만빌(Johns Manville)로부터 상표명 688/80 하에 입수가능한 기초 중량 80g/㎡의 폴리에스테르 스펀본드 웨브 재료를 사용하였으며, 이하 SL로 칭하였다. SL 웨브 재료는 200Pa에서 5069 l/㎡xs의 통기성, 약 0.5mm의 두께 및 141N/5㎠의 최대 인장 강도 (MD)를 가졌다.
하기에 따라 제조된 멜트블로운 부직포 웨브 재료를 사용하였다.
올리고머 힌더드 아민 CHIMASSORB(상표명) 944FL (미국 뉴욕주 하우톤 소재 시바-게이지 코포레이션(Ciba-Geigy Corp.)으로부터 입수가능함)을 단일축 압출기에서 폴리(4-메틸-1-펜텐) (TPX DX 820, 일본 도쿄 소재 미쯔이 페트로케미칼 인더스트리즈(Mitsui Petrochemical Industries)로부터 입수가능함)과 40:60 비로 용융 배합하고, 생성된 블렌드를 대직경 섬유로 압출하였다. 이어서, 섬유를 분말 (0.125인치 메쉬)로 분쇄하였다. 멜트블로운 마이크로섬유 웨브의 제조 동안 공급 된 폴리프로필렌 펠렛 (미국 텍사스주 하우스톤 소재 엑손 코포레이션으로부터 입수가능한 400 용융 유동 지수의 폴리프로필렌 수지)에 상기 분말을 첨가하여 폴리프로필렌 98중량％, 폴리(4-메틸-1-펜텐) 1.2중량％ 및 CHIMASSORB(상표명) 944FL 0.8중량％로 구성된 폴리프로필렌 수지 조성물을 수득하였다. 이 수지 블렌드를, 예를 들어 문헌 [Wente, "Superfine Thermoplastic Fibers," in Industrial Engineering Chemistry, Vol. 48, pages 1342 et seq (1956)] 또는 [Report No. 4364 of the Naval Research Laboratories, published May 25, 1954, entitled "Manufacture of Superfine Organic Fibers", Wente et al]에 기재된 것과 유사한 멜트블로잉 공정을 사용하여 멜트블로운 마이크로섬유 웨브를 제조하는 압출 공정에 공급하였다. 압출기는 250℃, 290℃, 320℃ 및 320℃에서 유지되는 4개의 온도 제어 구역을 가졌으며, 압출기를 다이 (25개의 중공을 가짐)에 연결하는 유동관은 300℃를 유지시켰고, 멜트블로운 다이는 300℃를 유지시켰다. 1차 공기를 0.076cm 갭 폭으로 약 400℃ 및 690 킬로파스칼(kPa)에서 유지시켜 균일한 웨브를 제조하였다. 상기한 폴리프로필렌 수지 조성물을 다이로부터 0.3g/중공/분의 속도로 전달하고, 생성된 웨브를 수집기/다이 간격 15인치로 배치된 천공된 회전 드럼 수집기 상에서 수집하였다. 수집기 드럼을 멜트블로운 마이크로섬유 웨브를 수집하는 동안 임의로 온 또는 오프될 수 있는 진공 시스템과 연결하여 수집기 드럼에 진공이 가해졌을 때 고 견고성 웨브가 제조되도록 하였다 (수지 전달 속도를 감소시키지 않고, 수집기의 회전 속도를 조정 (예를 들어 증가)함으로써 목적하는 기초 중량이 수득됨). 이러한 공정으로부터 수득된 웨브의 평균 유효 섬유 직경(EFD)은 12㎛였 다. 30g/㎡ 및 40g/㎡의 2종의 기초 중량 웨브가 제조되었다. 이어서, 제조된 웨브를, 실질적으로 미국 특허 제5,496,507호에 기재된 바와 같이, 약 100psi(690kPa)의 수압을 사용하는 수력하전 공정을 사용하여 하전시켰다 (예비- 또는 후-하전 처리를 수행하지 않았음). 하전된 멜트블로운 웨브 재료를 추가의 가공을 위하여 롤에 권취시켰다.
제조된 멜트블로운 마이크로섬유 웨브 재료에 대해 이하에 요약하였다.
명칭 기초 중량 (g/㎡) EFD (㎛) 200Pa에서 통기성 (l/㎡xs) 두께 (mm)
M3 30 12 2856 0.61
M4 40 12 2039 0.71
예시적인 차량 객실부 공기 필터 장치의 제조
SF 재료의 롤로부터 공급된 웨브 재료 (전술함), 제조된 멜트블로운 마이크로섬유 웨브의 롤로부터 공급된 웨브 재료 (전술함) 뿐만 아니라, SF 재료의 롤로부터 공급된 웨브 재료 (전술함)를 가이딩 롤을 통과시켜 중첩시키고 (멜트블로운 웨브 재료가 SF와 SL 웨브 재료 사이에 위치하고, SF 웨브 재료의 스크림이 벨트블로운 웨브 재료에 대면함) 정렬시켜 중첩된 재료를 얻었다. 이어서, 중첩된 재료에 주름형성기 장치 (독일 베를린 소재 컴파니 라보브스키(Rabowski)로부터 시판되고 있는 라보브스키 블레이드 플리터(Rabowski Blade Pleater))를 사용하여 주름을 형성하였다. 각 경우, 주름 높이는 30mm였다. 이어서, 공동-주름형성된 매체를 (시험 필터용으로 8.5mm의 주름 간격에 적합한) 소정의 폭 및 길이로 절단하고, 수동으로 분리하였다. 이어서, 분리된 공동-주름형성된 매체 팩을 수동으로 카드보 드 프레임에 접착하여 치수, 즉 250 x 200mm의 필터 면적을 갖는 필터를 수득하였다. 이러한 방식으로 다음의 차량 객실부 공기 필터를 제조하였다:
실시예 번호 제2 필터층 주름 높이 (mm) 주름 간격 (mm) 주름 수 명칭
1 M3 30 8.5 29 SF/M3/SL
2 M4 30 8.5 29 SF/M4/SL
실시예 A의 제조
SF 재료의 롤로부터 공급된 웨브 재료 (전술함), 제조된 M3 웨브의 롤로부터 공급된 웨브 재료 (전술함) 뿐만 아니라, SL 재료의 롤로부터 공급된 웨브 재료 (전술함)를 미국 쓰림 컴파니로부터의 분무-코팅 접착제 스카치 포토마운트(SCOTCH FOTOMOUNT)를 사용하여 서로 완전히 적층시켰다 (M3 웨브 재료가 SF와 SL 웨브 재료 사이에 위치하고 SF 웨브 재료의 스크림이 M3 웨브 재료에 인접하게 배치됨). 상기한 바와 유사하게, 적층된 재료에 주름을 형성하고 250 x 200mm의 치수를 갖는 필터로 제조하였다:
번호 제2 필터층 주름 높이 (mm) 주름 간격 (mm) 주름 수 명칭
A M3 30 8.5 29 SF=M3=SL
시험 방법/절차
미립자 여과에 대한 시험, 예를 들어 입자 효율, 로딩 및 초기 압력 강하
이 시험을 E DIN 71460-1:2003-05에 따라, 225㎥/h의 유속 및 1.5bar의 작동 압력을 사용하여 (1013hPa의 주위 환경 압력 하에) 23+/-2℃의 기온 및 50+/-3％의 상대 습도에서 수행하였다.
DIN ISO 12103-1에 따른 시험 먼지 A4(SAE 조립 시험 먼지)를, 에어로졸 발생기로서 TSI 유형 3400으로부터의 유동층, 및 0.5 내지 11㎛ 공기역학 입자 크기(0.3 내지 7㎛ 기하학적 입자 크기)의 측정 범위를 갖는 TSI APS 모델 3321 입자 카운터와 함께 사용하였다. (크기 특화 희석장치는 전혀 적용되지 않았음.)
본원에서는 0.4㎛의 기하학적 입자에 대한 초기 효율뿐 아니라, 50 및 100Pa의 압력 강하 증가(dP) 하에 로딩 동안 이러한 입자에 대한 효율을 보고하였다.
로딩 시험에 있어서, 필터 샘플을 DIN의 섹션 8.3의 코멘트 2에 따라 컨디셔닝(conditioning)하고, 이어서 필터에는 160mg/㎥의 농도의 상기 시험 먼지를 상기 유속 및 작동압력으로 예비-측정된 초기 압력 강하 + 100Pa (각각 25Pa 씩 4단계로)와 동일한 최종 압력 강하까지 로딩하였다.
결과를 하기 표에 제공하였다:
실시예 번호 (명칭) 0.4㎛의 입자에 대한 초기 효율 (％) 100Pa의 증가후 로딩 (g) 0.4㎛의 입자에 대한 로딩[dp=50Pa] 동안의 효율 (％) 0.4㎛의 입자에 대한 로딩[dp=100Pa] 동안의 효율 (％) 초기 압력 강하 (Pa)
1 SF/M3/SL 98 51 97 98 52
A SF=M3=SL 98 28 - - 55
2 SF/M4/SL 99 52 - - 54

Claims (36)

  1. (i) 정전기적으로 하전된 스플릿(split) 섬유 부직포층 및 임의로 상기 스플릿 섬유층에 부착된 스크림(scrim)을 포함하는 제1 필터층;
    (ii) 제2 필터층으로서의 일렉트릿(electret) 하전 열가소성 마이크로섬유의 부직포 웨브(nonwoven web)로서, 상기 마이크로섬유는 10㎛ 초과의 유효 섬유 직경(EFD)을 갖고, 1014ohm·cm 초과의 비저항을 갖는 열가소성 수지, 및 불소화학 화합물 또는 올리고머, 유기 트리아진 화합물 또는 올리고머, 힌더드(hindered) 아민 화합물, 방향족 아민 화합물, 질소 함유 힌더드 페놀, 금속 함유 힌더드 페놀 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 첨가제를 포함하며, 상기 웨브는 60g/㎡ 미만의 기초 중량을 갖는 부직포 웨브; 및
    (iii) 200Pa에서 3750 l/(㎡xs) 이상의 통기성을 갖는 웨브 재료로 제조된 지지층
    을 포함하는 여과 매체를 포함하며, 상기 제1 필터층은 상기 제2 필터층으로부터 상류에 있고, 상기 지지층은 상기 제2 필터층으로부터 하류에 있으며, 상기 제1 및 제2 필터층과 상기 지지층은 공동-주름형성되고(co-pleated), 임으로는 여과 매체의 외측 에지 중 하나 이상을 제외하고는 서로 실질적으로 비결합된 것인, 차량 객실부 공기 필터 장치.
  2. (i) 정전기적으로 하전된 스플릿 섬유 부직포층 및 임의로 상기 스플릿 섬유층에 부착된 스크림을 포함하는 제1 필터층;
    (ii) 제2 필터층으로서의 일렉트릿 하전 열가소성 마이크로섬유의 부직포 웨브로서, 상기 마이크로섬유는 10㎛ 초과의 유효 섬유 직경(EFD)을 갖고, 1014ohm·cm 초과의 비저항을 갖는 열가소성 수지, 및 불소화학 화합물 또는 올리고머, 유기 트리아진 화합물 또는 올리고머, 힌더드 아민 화합물, 방향족 아민 화합물, 질소 함유 힌더드 페놀, 금속 함유 힌더드 페놀 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 첨가제를 포함하며, 상기 웨브는 60g/㎡ 미만의 기초 중량을 갖는 부직포 웨브; 및
    (iii) 200Pa에서 3750 l/(㎡xs) 이상의 통기성을 갖는 웨브 재료로 제조된 지지층
    을 주성분으로 하는 여과 매체를 포함하며, 상기 제1 필터층은 상기 제2 필터층으로부터 상류에 있고, 상기 지지층은 상기 제2 필터층으로부터 하류에 있으며, 상기 제1 및 제2 필터층과 상기 지지층은 공동-주름형성되고, 임으로는 여과 매체의 외측 에지 중 하나 이상을 제외하고는 서로 실질적으로 비결합된 것인, 차량 객실부 공기 필터 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 필터층이 하나 이상의 정전기적으로 하전된 스플릿 섬유 부직포층 및 임의로 각각이 상기 스플릿 섬유층(들)에 부착된 하나 이상의 스크림으로 구성된 것인 공기 필터 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 스플릿 섬유 부직포 중 스플릿 섬유의 두께가 약 9 내지 약 15㎛이고, 폭이 약 15 내지 약 75㎛인 공기 필터 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 스플릿 섬유 부직포 중 스플릿 섬유의 길이가 5mm 이상인 공기 필터 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 스플릿 섬유 부직포 중 스플릿 섬유의 평균 길이가 약 12 내지 약 70mm인 공기 필터 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 스플릿 부직포 웨브 층(들)의 기초 중량이 70g/㎡ 미만인 공기 필터 장치.
  8. 제7항에 있어서, 스플릿 섬유 부직포 웨브 층(들)의 기초 중량이 55g/㎡ 미만인 공기 필터 장치.
  9. 제8항에 있어서, 스플릿 섬유 부직포 웨브 층(들)의 기초 중량이 45g/㎡ 미만인 공기 필터 장치.
  10. 제9항에 있어서, 스플릿 섬유 부직포 웨브 층(들)의 기초 중량이 30g/㎡ 미만인 공기 필터 장치.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 스플릿 섬유 부직포 웨브 층(들)의 기초 중량이 5g/㎡ 이상인 공기 필터 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 필터층 웨브 재료의 통기성이 200Pa에서 2800 l/(㎡xs) 이상인 공기 필터 장치.
  13. 제12항에 있어서, 제1 필터층 웨브 재료의 통기성이 200Pa에서 9000 l/(㎡xs) 이하인 공기 필터 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 필터층 웨브 재료의 에어로졸화된 중화 NaCl 필터 효율이 10％ 이상인 공기 필터 장치.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스크림이, 사용될 경우, 200Pa에서 3750 l/(㎡xs) 이상의 통기성을 갖는 것인 공기 필터 장치.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스크림이, 사용될 경우, 15g/㎡ 이하의 기초 중량을 갖는 것인 공기 필터 장치.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스크림이, 사용될 경우, 0.3mm 이하의 두께를 갖는 것인 공기 필터 장치.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 필터층 부직포 웨브의 마이크로섬유가 수력하전(hydrocharge)된 것인 공기 필터 장치.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 필터층 부직포 웨브가 멜트블로운 부직포 웨브인 공기 필터 장치.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 필터층의 마이크로섬유가 20㎛ 이하의 EFD를 갖는 것인 공기 필터 장치.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 필터층 부직포 웨브의 기초 중량이 20g/㎡ 이상인 공기 필터 장치.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 필터층 부직포 웨브의 통기성이 200Pa에서 1000 l/(㎡xs) 이상인 공기 필터 장치.
  23. 제22항에 있어서, 제2 필터층 부직포 웨브의 통기성이 200Pa에서 3725 l/(㎡ xs) 이하인 공기 필터 장치.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 필터층 부직포 웨브의 두께가 1.5mm 이하인 공기 필터 장치.
  25. 제24항에 있어서, 제2 필터층 부직포 웨브의 두께가 0.25mm 이상인 공기 필터 장치.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 지지층 웨브 재료의 기초 중량이 60g/㎡ 이상인 공기 필터 장치.
  27. 제26항에 있어서, 지지층 웨브 재료의 기초 중량이 150g/㎡ 이하인 공기 필터 장치.
  28. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 지지층 웨브 재료의 인장 강도 (MD)가 80N/5㎠ 이상인 공기 필터 장치.
  29. 제28항에 있어서, 지지층 웨브 재료의 인장 강도 (MD)가 250N/5㎠ 이하인 공기 필터 장치.
  30. 제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 지지층 웨브 재료의 두께가 1.0mm 이하인 공기 필터 장치.
  31. 제30항에 있어서, 지지층 웨브 재료의 두께가 0.1mm 이상인 공기 필터 장치.
  32. 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 0.4㎛의 입자에 대해 93％ 초과의 초기 입자 포획 효율을 갖는 공기 필터 장치.
  33. 제1항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 압력 강하의 50Pa 증가시 로딩 동안 0.4㎛의 입자에 대해 90％ 이상의 입자 포획 효율을 갖는 공기 필터 장치.
  34. 제1항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 압력 강하의 100Pa 증가시 로딩 동안 0.4㎛의 입자에 대해 90％ 이상의 입자 포획 효율을 갖는 공기 필터 장치.
  35. 제1항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 압력 강하의 100Pa 증가 이후에 35g 이상의 로딩 용량을 갖는 공기 필터 장치.
  36. 제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 필터 면적 250mm x 200mm, 주름 높이 30mm 및 주름 간격 5 내지 약 14mm를 갖는 경우, 225m3/h의 부피 유속에서 70Pa 이하의 초기 압력 강하값을 갖는 공기 필터 장치.
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