KR20100075456A

KR20100075456A - 여과재 및 필터 유닛

Info

Publication number: KR20100075456A
Application number: KR1020107006604A
Authority: KR
Inventors: 료이치 도가시; 유이치로 하야시; 나오키 야마가
Original assignee: 도레이 카부시키가이샤
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2008-09-10
Publication date: 2010-07-02
Also published as: CN101808709B; US20100212506A1; JPWO2009041257A1; US8308855B2; EP2206544B1; KR101577840B1; JP5470850B2; EP2206544A1; EP2206544A4; CN101808709A; WO2009041257A1

Abstract

본 발명은 미니플리트 가공이 가능한 박형의 탈취 여과재를 제공함으로써 상기 탈취 여과재와 집진 여과재를 일체화한, 세정 재생 가능한 여과재, 나아가서는, 다풍량 처리가 가능한 저압력 손실성·집진 탈취 필터 유닛을 제공한다. 본 발명에서는 특정한 영률과 특정한 섬도의 비권축 단섬유를 이용하여 고강성의 부직포 시트를 형성하고, 이것에 가스 흡착성 물질이 고착한다.

Description

여과재 및 필터 유닛{FILTER ELEMENT AND FILTER UNIT}

본 발명은 저압력 손실로 다풍량 처리가 가능한 탈취성을 갖는 여과재 및 그것을 이용한 필터 유닛에 관한 것이다.

공기 청정기에 요구되는 성능에는, 저소음, 전력 절약화, 고집진, 고탈취 등의 기본 성능이 있다. 또한 최근에는 필터 유닛의 세정 재사용이 요구되고 있다.

종래부터 공기 청정기에 세트되는 필터 부분은 집진부와 탈취부로 나누어 배치되어 있는 경우가 많다. 현재 시장에서 주로 사용되고 있는 집진부의 대부분은 HEPA 여과재이고, 탈취부는 평판상의 것이 많다. 이와 같이 따로따로의 형상으로 배치하는 이유는, 집진 부분이 통기 저항이 높은 HEPA(0.3 μ 입자를 99.97％ 이상수집할 수 있는 초고성능 여과재) 성능의 여과재이기 때문에, 탈취부와는 별개로 배치하고, 또한 필터 유닛으로서의 구조 압력 손실을 감소함과 동시에 다풍량 처리하는 탈취부에서의 처리 능력에 맞추기 위해서, 4 밀리피치 이하로 미니플리트(minipleat) 가공하여 여과재 사용 면적을 늘릴 필요가 있었기 때문이다.

그러나, 최근 요구되고 있는 필터 부분의 세정 재사용에 대하여, 이러한 구조의 필터는 집진부와 탈취부의 2회로 나눠 씻을 필요가 있어, 간편성을 위해 집진부와 탈취부의 일체화가 요구되고 있었다. 이 일체화는 세정의 간편성에만 한하지 않고, 필터 교환의 용이성이나 비용 삭감에 유효한데, 단순히 집진 부분에 탈취 기능을 부가하는 것 만으로는 여과재의 두께가 증가하여, 유닛에 수납할 수 있는 여과재량의 감소와 구조 압력 손실 상승에 의한 유닛 압력 손실의 상승이 발생하여, 처리 풍량의 저하, 소음 증대, 소비 전력 증가, 수집 효율의 저하 등의 문제가 발생하기 때문에 일체화는 매우 어려운 것이었다.

일체화에 대해서, 특허문헌 1에는 직물, 편물 또는 부직포를, 흡착제를 포함하는 라텍스액에 함침하고, 흡착제를 부착한 후 건조하여 흡착제 부착 시트를 얻은 후, 이것에 일렉트릿(electret) 부직포를 접착한 여과재를 플리트 가공한 공기 정화 필터 부재가 개시되어 있다. 그러나, 이 문헌의 실시예에 구체적으로 설명되어 있는 양태는 흡착제를 부착시키는 기재가 편물과 우레탄 발포체이고, 두께가 1 mm 이상 내지 3 mm로 극단적으로 두꺼운 것으로서, 이와 같이 두꺼운 여과재는 다풍량 처리하기 때문에 미니플리트 가공을 실시하는 여과재로서는 적합하지 않은 것이었다.

또한, 특허문헌 2에는, 통기성 기재에 탈취제를 도공이나 함침에 의해서 담지시킨 탈취 필터에 일렉트릿 부직포를 적층한 탈취성 일렉트릿 필터가 개시되어 있다. 통기성 기재의 부직포로서는, 건식 부직포나 습식 초조 부직포 등을 예시하고 있는데, 구체적인 부직포로서는 폴리아크릴레이트 섬유 및 폴리염화비닐 섬유로 이루어지는 건식 부직포에 염화비닐리덴을 이용하여 섬유간 고정한 레진 본드(케미컬 본드) 부직포를 개시하고 있을 뿐이다. 그러나, 건식 부직포는 단위 면적당 중량 변동률이 높기 때문에 탈취율이 낮아지기 쉽고, 또한 권축 섬유에 의한 것의 경우, 권축에 의한 루즈성이 반드시 잔류하기 때문에 수지로 고정하더라도 신장되기 쉬워, 매우 부드럽게 되어, 플리트 가공에는 적합하지 않다.

다음으로 특허문헌 3에는, 여과재의 구조로서 부직포에 특정 입경 범위(예를 들면 60 내지 600 ㎛)의 다공질체를 습식 접착 고정한 탈취 시트가 개시되어 있다. 이러한 방법으로 제조되는 탈취 시트는 부직포의 섬유 사이에 다공질체의 큰 입자가 끼워지게 되기 때문에, 여과재 두께가 두꺼워져서, 필터 유닛에 수납할 수 있는 여과재 면적이 감소한다. 또한, 플리트 가공한 경우, 여과재의 접힘 부분에서의 압력 손실이 커지기 쉽기 때문에 저압력 손실화가 어렵다. 또한, 습식 접착 고정하고 있기 때문에, 가령 작은 입자를 이용한 경우에도 입자의 위에 입자가 치밀하게 퇴적하여, 통기에 필요한 공간이 좁게 되어 압력 손실이 높아지기 쉽다.

이와 같이 집진과 탈취를 일체화하는 종래 기술은 모두 미니플리트 가공에 적합한 여과재 제작에 관한 유효한 기술이라고 할 수 있는 것이 아니었다.

한편, 미니플리트형 필터로 다풍량을 저압력 손실로 처리하기 위해서는, 여과재 자체를 저압력 손실화하는 것도 중요한데, 필터 유닛의 압력 손실 구성은 여과재 자체의 압력 손실과 여과재를 플리트 가공하여 수납한 경우에 발생하는 구조 압력 손실의 합이기 때문에 구조 압력 손실을 작게 하는 것도 중요하다. 이를 위해서는 얇고 풍압으로 변형되지 않는 경질 여과재가 필요해진다.

특허문헌 4에는 여과재를 얇게 함과 동시에 경화시켜 구조 압력 손실의 발생을 억제하는 시도가 기술되어 있고, 여과재의 골재를 구성하는 섬유로서 레이온 섬유의 이형 단면사나 유리 섬유를 혼용한 초지법 부직포의 적용이 개시되어 있다. 그러나, 굵은 유리 섬유를 혼합한 여과재는 유리 섬유가 플리트 가공 공정에서 깨어져 비산하기 때문에 보안 위생상의 문제가 있다. 또한 섬유 밀도가 높은 골재는 가스 흡착성 물질을 도포하면 눈막힘이 심하기 때문에, 여과재 압력 손실이 높아진다.

또한, 특허문헌 5 및 6에는, 영률이 높은 섬유로 여과재를 구성하여, 치수 안정성이나 풍압에 대한 강도를 높이는 취지가 개시되어 있다.

이 중 특허문헌 5는, 버그 필터용 여과재에 관한 것으로서, 영률 20 cN/dtex 이상의 폴리페닐렌술피드 등의 내열성 섬유가 이용되고 있다. 그러나, 이 여과재는 권축이 있는 섬유를 니들펀치로 엮어서 부피가 큰 형태로 한 부직포나 직물로 구성되고, 본 섬유 사이를 고정하지 않기 때문에, 풍압에 의해 변형되어 구조 압력 손실이 발생하기 쉬운 것이었다.

또한, 특허문헌 6에는, 비닐론 섬유와 폴리에스테르 섬유를 이용하여 초지법으로 제작하는 난연성 여과재의 제조 방법이 개시되어 있고, 초지법의 특징으로서 섬유의 굵기나 길이가 서로 다른 섬유를 이용하는 것이 가능하고, 또한 영률이 높은 것도 사용할 수 있다고 기재되어 있다. 그러나, 이 문헌에서는, 초지법을 이용하면 영률이 높은 섬유를 이용할 수 있다고 설명하고 있을 뿐, 섬유의 영률에 대해서 구체적인 수치는 일체 설명되어 있지 않다. 그 때문에, 가스 흡착성 물질을 부착하면 경우에 따라서는 눈막힘이 발생하여 통기성이 현저하게 저하되는 여과재가 될 가능성이 있었다.

이상과 같은 이유로부터, 종래, 집진과 탈취의 양 기능을 1개의 여과재로 행할 수 있고, 또한 다풍량을 저압력 손실로 처리하는 것이 가능한 필터 유닛은 존재하지 않았다.

일본 특허 공개 (평)4-74505호 공보 일본 특허 공개 제2000-279505호 공보 일본 특허 공개 제2000-117024호 공보 일본 특허 공개 제2002-1020호 공보 국제 공개 제04/87293호 공보 일본 특허 공개 제2006-136809호 공보

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해소하는 것으로서, 미니플리트 가공이 가능한 박형의 탈취 여과재를 제공함으로써 상기 탈취 여과재와 집진 여과재를 일체화한, 세정 재생 가능한 여과재, 나아가서는, 다풍량 처리가 가능한 저압력 손실성·집진 탈취 필터 유닛을 제공하는 데에 있다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명은 하기한 것 중의 어느 하나의 구성을 갖는 것이다.

(1) 단섬유 사이가 고정된 유기 섬유를 주체로 하는 부직포 시트에 입경 40 ㎛ 이하의 가스 흡착성 물질이 부착되어 이루어지고, 외관 밀도가 0.3 g/cm³ 이하, 1％ 신장시의 비강도가 150 N·cm/g 이상인 것을 특징으로 하는 여과재.

(2) 상기 부직포 시트는 영률이 80 cN/dtex 이상인 비권축의 단섬유를 섬유 전체 질량의 50％ 이상의 비율로 포함하고, 섬도가 7 dtex 이상인 비권축의 단섬유를 섬유 전체 질량의 20％ 이상의 비율로 포함하고, 또한 외관 밀도가 0.17 g/cm³ 이하인 것을 특징으로 하는, 상기 (1)에 기재된 여과재.

(3) 상기 부직포 시트가 조밀 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 여과재.

(4) 상기 조밀 구조를 갖는 부직포 시트는 0.3 내지 0.5 ㎛ 입자의 수집 효율이 5 내지 50％의 범위 내인 것을 특징으로 하는, 상기 (3)에 기재된 여과재.

(5) 단위 면적당 중량 변동률이 25％ 이하인 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 여과재.

(6) 복수의 가스 흡착성 물질이 여과재 두께 방향으로 층상으로 도포되어 있는 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 여과재.

(7) 상기 가스 흡착성 물질이 활성탄이고, 이것을 부착시킨 여과재의 pH가 4.5 내지 7.5인 것을 특징으로 하는, 청구항 1 내지 6에 기재된 여과재.

(8) 상기 가스 흡착성 물질이 다공질 실리카와 히드라지드 화합물을 포함하는 혼합 물질 및/또는 활성탄과 히드라지드 화합물을 포함하는 혼합 물질인 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 여과재.

(9) 상기 가스 흡착성 물질이 산화아연과 탄산수소나트륨을 포함하는 혼합 물질인 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 하나에 기재된 여과재.

(10) 상기 가스 흡착성 물질이 수용성의 수지로 상기 부직포 시트에 고착되어 이루어지는 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 하나에 기재된 여과재.

(11) 상기 (1) 내지 (10) 중 어느 하나에 기재된 여과재에 일렉트릿 부직포가 일체적으로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 고집진 여과재.

(12) 상기 (1) 내지 (10) 중 어느 하나에 기재된 여과재 또는 상기 (11)에 기재된 고집진 여과재를 이용하여 이루어지는 필터 유닛.

본 발명에 따르면 미니플리트 가공이 가능하고, 또한 통기도가 높아 다풍량 처리가 가능한, 실용적인 탈취성을 갖는 여과재 및 필터 유닛을 제공할 수 있다. 즉, 본 발명의 구성에 의해, 여과재에서의 외관 밀도를 0.3 g/cm³ 이하로 낮게 하면서도, 1％ 신장시의 비강도를 150 N·cm/g 이상으로 할 수 있어, 저신장도 고강도의 탈취성 여과재로 할 수 있다.

이 때문에 종래의 집진 필터와 마찬가지의 미니플리트의 필터 유닛 조립 조건을 취하더라도 구조 압력 손실 발생이 작은, 저압력 손실의 집진 탈취성 필터 유닛을 얻는 것이 가능해진다. 또한 일렉트릿 부직포와 일체적으로 미니플리트화할 수가 있기 때문에, 세정 재생성도 우수한 여과재를 얻을 수 있다.

또한, 부직포 시트를 구성하는 섬유 집적체를 단위 면적당 중량 변동률이 낮은 것으로 함으로써 탈취성과 더스트 보유 기능을 더욱 높일 수 있다.

본 발명의 여과재는 영률이 80 cN/dtex 이상인 비권축의 단섬유를 섬유 전체 질량의 50％ 이상의 비율로 포함하고, 또한 섬도가 7 dtex 이상인 비권축의 단섬유를 섬유 전체 질량의 20％ 이상의 비율로 포함하고, 또한 단섬유 사이를 상기 섬유의 유리 전이점 온도가 높은 수지로 고정하고 외관 밀도를 0.17 g/cm³ 이하로 한 부직포 시트에 입경 40 ㎛ 이하의 가스 흡착성 물질을 부착시킨 것으로서, 여과재에서의 외관 밀도를 0.3 g/cm³ 이하, 1％ 신장시의 비강도를 150 N·cm/g 이상으로 한 것을 특징으로 한다.

여기서, 가정용 공기 청정기, 빌딩·공장 공기 조절용, 차량 탑재 등의 공기조절 설비용 필터 유닛에 사용되는 여과재에 필요한 특성은, 다풍량을 처리하기 위한 저압력 손실성과, 구조 압력 손실을 발생시키지 않는, 얇고 풍압으로 변형되지 않는 저신장도 고강도성이다. 또한, 높은 더스트 수집성과 눈막힘되기 어려운 공극량을 보유한 여과재 구조가 필요로 된다. 또한, 본 발명에서 말하는 구조 압력 손실이란, 플리트 가공된 여과재가 수납된 필터 유닛에 공기를 흘릴 때에 발생하는 압력 손실(유닛 압력 손실)로부터, 여과재를 관통하는 여과 풍속에 비례하여 발생하는 압력 손실을 빼고 남은 수치를 말한다.

지금까지, 유닛 압력 손실을 낮추기 위해서 취해진 수단은 여과재의 소재에 기인하는 압력 손실의 감소화이다. 이 때문에 일반적으로는 여과재의 섬유량을 감소시키고, 또한 섬유 직경을 굵게, 부피를 크게 하여 섬유 밀도를 낮추는 것이 행해졌다. 그러나, 이 방법에서는, 여과재의 소재 자체의 압력 손실은 낮아지지만 여과재의 섬유간 고정력이 약해지기 때문에, 사용 시의 풍압으로 여과재에 신장이 발생하여 구조 압력 손실이 반대로 증가하게 되어 있었다. 수집 성능을 높이기 위해서 추가로 대전 가공 시트를 적층한 여과재에서는 풍압이 한층 높게 되기 때문에 구조 압력 손실이 증가하여 유닛에서의 저압력 손실화는 보다 어려운 것이었다.

그러나, 본 발명에 따르면, 여과재는 0.3 g/cm³ 이하의 외관 밀도가 얻어지는 저단위 면적당 중량으로 매우 성긴 구조의 것이어도, 영률이 80 cN/dtex 이상인 비권축의 단섬유를 섬유 전체 질량의 50％ 이상의 비율로 포함하고, 또한 섬도가 7 dtex 이상인 비권축의 단섬유를 섬유 전체 질량의 20％ 이상의 비율로 포함하고, 또한 단섬유 사이를 유리 전이점 온도가 높은 수지로 고정하고 있기 때문에, 1％ 신장시의 비강도가 150 N·cm/g 이상인 저신장도 고강도성을 갖는 것이 된다. 그 결과, 플리트 간격이 좁은 미니플리트 가공을 행하더라도 구조 압력 손실의 발생이 적고, 여과재를 박형화하여 다풍량 처리하는 것을 가능하게 한다.

여기서, 1％ 신장시의 비강도에 대해서 설명한다. 종래부터, 여과재의 경도를 나타내는 지표로서는 JIS-L1085(1977) B법으로 규정되는 강연도(剛軟度)가 널리 사용되고 있는데, 상기 강연도는 여과재의 두께, 단위 면적당 중량, 통기도와는 전혀 관계가 없는 지표이기 때문에, 여과재 두께, 여과재 단위 면적당 중량, 여과재 통기도가 서로 다른 여과재 구성의 것이어도 동일한 강연도치를 나타내는 여과재가 다수 존재하였다. 그 때문에, 동일한 강연도를 나타내는 여과재이어도 두께나 통기도가 서로 다르면, 여과재를 수납한 필터 유닛에 있어서의 압력 손실 성능에는 차이가 있었다. 즉, 구조 압력 손실의 발생 정도가 각각 다르기 때문에, 차이가 있었다. 이와 같이 여과재의 경도를 나타내는 지표로서 종래부터 사용되어 온 강연도는 여과재 구성 조건이 다변수에 의존하지 않는 여과재 사이에서의 상대 비교는 가능하더라도, 유닛 압력 손실 구성에 영향을 주는 구조 압력 손실의 발생 정도를 측정하는 지표로서는 부적절하였다.

따라서 본 발명자들은 구조 압력 손실 발생의 정도에 대해서 검토하고, 그 결과, 외관 밀도가 0.3 g/cm³ 이하인 고통기성 부직포에 있어서는, 상기 부직포의 두께, 단위 면적당 중량, 제조 방법 등이 상이하더라도, 5 cm 폭의 부직포를 1％ 신장시켰을 때에 발현하는 비강도(인장 강도[N/cm²]/상기 부직포의 외관 밀도[g/cm³])가 중요한 것을 발견하였다.

비강도는 여과재 단위 질량에 대한 신장도와 강도의 관계를 나타내고, 비강도가 높은 여과재는 신장되기 어렵기 때문에 풍압이 걸리더라도 플리트 형상의 변형이 발생하고 어렵고, 구조 압력 손실의 발생이 적은 저압력 손실 필터 유닛을 제작할 수 있다.

다음으로, 가스 흡착성 물질을 고착시켜 비강도를 달성하기 위한 기재, 즉 부직포 시트의 구성 요건에 대해서 설명한다.

본 발명에 있어서는 부직포 시트에 가스 흡착성 물질이 부착되는데, 부직포 시트 제조 시에 활성탄 등의 입자상 물질을 합쳐서 초지하거나, 종래부터 있는 건식 케미컬 본드 부직포에 가스 흡착성 물질을 도포하거나 하면 압력 손실이 상승하기 쉽다. 이 때문에, 종래의 건식 케미컬 본드 부직포로는 수집 효율이 HEPA 여과재에 상당하는 것으로 산(山)높이 35 mm, 플리트 간격 4 mm 이하로 하는 미니플리트형의 저압력 손실의 수명이 긴 탈취 필터 유닛을 제작할 수 없었다.

그러나 본 발명의 여과재는 영률이 80 cN/dtex 이상인 비권축의 단섬유를 섬유 전체 질량의 50％ 이상의 비율로 포함하고, 또한 섬도가 7 dtex 이상인 비권축의 단섬유를 섬유 전체 질량의 20％ 이상의 비율로 포함하고, 또한 단섬유 사이를 유리 전이점 온도가 높은 수지로 고정한 특수한 부직포 시트를 구성하는 단섬유에 가스 흡착성 물질을 수지 등으로 고착한 것이고, 또한 얇고 저압력 손실을 가지면서 풍압으로도 변형되지 않는 경도를 갖고 있다. 이 때문에 압력 손실이 높은 일렉트릿화 멜트 블로우 HEPA 부직포를 접착 일체화한 고수집 성능의 여과재이어도, 미니플리트 가공으로 발생하는 구조 압력 손실이 적어 다풍량을 저압력 손실로 처리할 수 있는 필터 유닛을 제공하는 것이 가능하다.

가스 흡착성 물질을 부착시키는 부직포 시트에 요구되는 구조적 특징은 여과재가 집진과 탈취의 양 기능을 수행하는 것이기 때문에, 가스 흡착성 물질이 고착되더라도 압력 손실이 대폭 높아지지 않는 공극량과 포착한 공기 중의 더스트나 담배 연기를 보유할 수 있는 공극량을 갖고, 또한 저압력 손실로 풍압에 의해 신장되거나 변형되지 않는 특성이 요구된다. 따라서, 외관 밀도가 낮은 성긴 부직포 시트가 본 발명에는 바람직하다.

그러나, 종래의 건식 부직포에 가스 흡착성 물질을 고착시키더라도 부드러워서 미니플리트 가공에 적합하지 않다. 또한 단위 면적당 중량이 낮은 것은 단위 면적당 중량 불균일이 커지기 쉬워, 탈취율을 높이는 것이 어렵다. 따라서, 가스 흡착성 물질의 담지체로서의 부직포 시트의 섬유 구성에 대해서 예의 검토를 행하여, 영률이 80 cN/dtex 이상인 비권축의 단섬유를 섬유 전체 질량의 50％ 이상의 비율로 포함하고, 또한 섬도가 7 dtex 이상인 비권축의 단섬유를 섬유 전체 질량의 20％ 이상의 비율로 포함하고, 또한 단섬유 사이를 수지로 고정함으로써, 부직포 시트에서 외관 밀도 0.17 g/cm³ 이하의 높은 공극량을 유지하면서도, 풍압으로 신장되거나 변형되지 않는 특성을 갖는 것이 되는 것을 발견하였다. 그리고, 그와 같은 부직포 시트에 입경 40 ㎛ 이하의 가스 흡착성 물질을 부착시키면, 여과재에서도, 외관 밀도를 0.3 g/cm³ 이하로 유지하면서, 1％ 신장시의 비강도를 150 N·cm/g 이상으로 할 수 있어, 박형으로 미니플리트 가공도 가능하고 압력 손실이 적은 여과재가 되는 것을 발견하였다. 또한, 부직포 시트로서는, 1％ 신장시의 비강도가 300 N·cm/g 이상인 것이 바람직하다.

다음으로, 비강도를 달성하기 위해서 이용하는 단섬유의 물성에 대해서 설명한다.

본 발명에 있어서 여과재의 비강도를 달성하기 위해서 부직포 시트는 적어도 영률이 80 cN/dtex 이상인 비권축의 단섬유가 섬유 전체 질량의 50％ 이상의 비율로 포함되어 있을 필요가 있다. 바람직한 단섬유의 영률은 100 cN/dtex 이상, 보다 바람직하게는 150 cN/dtex 이상, 더욱 바람직하게는 250 cN/dtex 이상이다.

한편, 단섬유의 영률은 3000 cN/dtex 이하인 것이 바람직하다. 이것은, 영률이 3000 cN/dtex를 초과하는 단섬유를 이용한 경우, 구체적으로는 아라미드 섬유(4400 cN/dtex 이상), 초고분자량 폴리에틸렌(8000 cN/dtex 이상), 유리 섬유(326000 cN/dtex 이상) 등을 이용한 경우, 사용량이나 섬도에도 의존하는데, 부직포 시트의 인장 파단 신장도가 1.0％ 이하가 되어, 인열 강력 저하나, 플리트 가공한 산 부분에서의 굴곡 신장에 견디지 못하여 부직포 시트 파단의 발생, 또한 피부에 꽂히는 등의 악영향이 발생하기 때문에 3000 cN/dtex를 초과하는 섬유를 사용하는 것은 그다지 바람직하지 않다.

상기한 이유로부터, 사용하는 단섬유의 적합 영률의 범위는 80 내지 3000 cN/dtex, 보다 바람직하게는 100 내지 2000 cN/dtex이다. 더욱 바람직하게는 150 내지 1350 cN/dtex, 최적으로는 250 내지 600 cN/dtex의 범위이고, 이와 같이 하면 플리트 가공에서의 여과재 절단이나 인열 강력 저하가 적고, 풍압으로도 변형이 적은 부직포 시트가 된다.

또한, 여과재의 변형은 풍압에 의해서 구부러져서 생기기 때문에, 굴곡 저항성을 높이는 것이 매우 중요하다. 굴곡 저항성은 여과재의 두께를 두껍게 하여 단위 면적당 중량을 크게 하면 높일 수 있지만, 통기 저항을 증가시키고, 공기의 유입 간격을 좁혀 압력 손실 상승의 요인이 되어 두껍게 할 수는 없다. 따라서, 얇은 여과재로 굴곡 저항성을 높이기 위해서는, 7 dtex 이상의 굵은 단섬유를 섬유 전체 질량의 20％ 이상 이용하여 부직포 시트의 골격을 제작하는 것이 효과적이다.

골격은 또한, 조대 더스트를 보유하는 공간을 형성하는 목적이 있기 때문에, 구부러지기 어려운 굵은 섬유로서 영률이 높은 단섬유가 적합하다. 또한 단섬유는 가스 흡착성 물질이 고착하는 장소를 제공하는 것이다. 굵은 섬유로 구획된 넓은 공간을 매립하지 않고 알맞게 가스 흡착성 물질이 고착하기 때문에 압력 손실이 과대하게 상승하지 않는다. 이 목적으로부터, 골격 구성 섬유의 바람직한 단섬유로서는, 단섬유 섬도 7 dtex 이상의 것이 적합하다. 한편, 너무 과대하면 피부에 찔리거나 하기 때문에, 바람직한 섬도는 10 내지 40 dtex 범위의 것이고, 더욱 최적의 단섬유 섬도는 15 내지 25 dtex이다. 또한, 이러한 섬도를 갖는 단섬유는 영률이 상기한 범위 내인 것이 바람직하다.

영률이 높은 골격 섬유가 갖는 강직성은 외관 밀도가 낮은 부직포 시트의 형성도 가능하게 한다. 그리고, 이러한 영률, 섬도를 모두 만족하는 단섬유의 배합율이 20％를 하회하는 경우에는, 부직포 시트의 외관 밀도가 0.17 g/cm³를 초과하기 쉽고, 가스 흡착성 물질을 부착시키면 현저하게 눈막힘이 발생하기 쉬워져서 통기 저항이 증가하기 쉽다. 이 때문에 부직포 시트의 외관 밀도가 0.17 g/cm³ 이하가 되도록 섬유의 굵기, 배합을 고려하는 것이 좋다. 따라서, 이러한 영률, 섬도의 단섬유는 섬유 전체 질량의 20％ 이상의 비율로 포함되어 있을 필요가 있다. 한편, 95％를 넘으면 단위 면적당 중량 불균일이 커지고, 또한 후술하는 탈취성을 높이는 것이 곤란해진다. 이 때문에, 바람직한 범위는 90％ 이하이다. 보다 바람직하게는 40 내지 90％, 더욱 바람직하게는 50 내지 85％의 범위이다.

또한, 본 발명에 있어서는, 부직포 시트의 신장 변형을 작게 하기 위해서 영률이나 섬도가 서로 다른 복수의 단섬유로 구성하는 것도 바람직하다. 구체적으로는 영률이 높고 가는 단섬유와 영률이 높고 굵은 단섬유를 혼합하여 이용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 경우, 단섬유 사이는 고정되는데, 섬유간 접촉점만으로 고정되게 된다. 그러나, 비강도를 높이기 위해서, 강직하고 짧은 섬유, 예를 들면 섬유 길이가 5 내지 12 mm 정도인 것으로, 10 dtex를 초과하는 굵은 섬유를 이용하는 경우에는, 섬유끼리 접촉하고 있는 섬유간 접촉점이 적고, 접합점수가 가는 섬유와 비교하여 극단적으로 적다. 또한, 강직하기 때문에 섬유끼리 얽히기 어렵다. 이 결과로서, 굴곡 강성이 높은 굵은 섬유만을 사용하여 부직포 시트를 구성하더라도, 접합점이 떨어져, 섬유 물성을 완전히 살릴 수 없어 신장 변형을 작게 하는 것이 어렵다. 이 대책으로서, 영률이 60 cN/dtex 이상, 바람직하게는 90 cN/dtex 이상, 더욱 바람직하게는 150 cN/dtex 이상, 최적으로는 200 cN/dtex 이상인 1 내지 6 dtex의 가는 단섬유를 혼합하여 이용하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면 섬유 갯수가 많아지기 때문에, 굵은 섬유와의 접합 개소를 증가시킬 수 있는 데다가, 일부의 섬유는 굵은 섬유를 수속하도록 얽힌다. 접합점이나 얽힌 곳에는 고정용 수지가 집중적으로 부착되기 때문에, 고정용 수지가 유효하게 활용되어 섬유 사이의 고정력이 높여져서 비강도를 높일 수 있다. 또한 가는 섬유는 더스트 수집성을 높이는 섬유로서의 기능도 동시에 할 수 있다. 그러나, 배합율이 30％를 넘는 경우에는, 더스트 수집성이 높아져서 눈막힘이 발생하기 쉽고, 결과로서 수명저하의 원인으로도 될 수 있다. 또한 통기도 저하의 원인으로도 된다. 이 때문에 30％ 이하, 보다 바람직하게는 28％ 이하, 더욱 바람직하게는 25％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편, 너무 적으면 비강도의 향상을 기대할 수 없게 되기 때문에 5％ 이상, 보다 바람직하게는 10％ 이상으로 하면 좋다.

또한, 특히 단섬유 섬도가 10 dtex를 넘는 굵은 섬유를 이용하는 경우에는, 상기 섬유의 섬유 길이는 8 내지 25 mm가 바람직하고, 나아가서는 10 내지 20 mm로 하는 것이 바람직하다. 25 mm를 상회하면 섬유가 다발에 수속하여 단위 면적당 중량 불균일이 커지기 쉽다. 또한, 8 mm를 하회하는 경우에는 섬유 사이의 접촉점이 적어져, 단섬유 사이를 고정하더라도 충분한 인장 강도가 얻어지지 않아 신장을 적게 하는 것이 어렵다.

그리고, 본 발명에 있어서 상기한 바와 같은 섬유는 비권축 단섬유이다. 비권축 단섬유의 경우에는, 부직포 시트에 있어서의 섬유 집적이 평면적으로 되기 때문에, 하나하나의 단섬유의 배향성이 1차원적으로 되어, 루즈성이 없는 상태가 된다. 그 때문에, 부직포 시트에 외력이 가해질 때, 루즈성에 수반하는 신장이 적기 때문에, 곧 단섬유 물성에 따른 인장 저항력이 발생하기 쉽다는 점에서 바람직하다. 또한, 여과재로서의 압력 손실을 작게 하기 위해서는 비강도가 허용하는 범위에서 권축사를 혼합하여, 부직포 시트의 외관 밀도를 낮게 할 수도 있다.

그리고, 골격이 되는 굵은 섬유만으로 부직포 시트를 구성하면 수집 효율이 낮아지기 쉽다. 그 때문에, 1 내지 6 dtex의 가는 섬유도 배합하여 미세 입자로부터 조대 입자까지의 수집 성능 확보와 더스트 보유량의 컨트롤 및 탈취율 향상을 도모하는 것이 좋다.

부직포 시트를 구성하는 섬유로서는, 폴리에스테르 섬유, 폴리아미드 섬유, 비닐론 섬유, 초고분자량 폴리에틸렌 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리아라미드 섬유, 무기 섬유, 탄소 섬유 등의 섬유가 사용 가능하되, 유리 등의 무기 섬유나 탄소 섬유는 영률이 높지만 단섬유의 파단 신장도가 4％ 이하로 작기 때문에 매우 꺾이기 쉬워 골격 섬유로서는 그다지 바람직하지 않다. 또한 폴리아라미드 섬유는 초지 공정에서 피브릴화하기 쉽기 때문에 영률이 높아지기 어려워 통기 저항에 불균일이 발생하기 쉽기 때문에 그다지 바람직하지 않다. 초고분자량 폴리에틸렌 섬유는, 후술하는 유리 전이점이 높은 수지를 섬유 집합체에 함침하여 섬유 고정을 강고하게 하는 경우에, 건조 열처리 공정에서의 150도 이상의 고온 가열로 섬유의 용해, 열수축이 발생하기 때문에 바람직하지 않다. 이들 섬유 중에서는 특히 비닐론 섬유가 최적이다.

비닐론 섬유에는, 예전부터 행해지고 있는 수계 습식 방지법에 의해서 제조되는 비닐론 섬유와, 새롭게 개발된 용제 습식 냉각겔 방사법에 의해서 제조되는 고 영률의 비닐론 섬유가 있고, 그 중에서도, 용제 습식 냉각겔 방사법에 의해서 제조되는 비닐론 섬유는 종래부터 사용되고 있던 수계 습식 방지법에 의해서 제조되는 비닐론 섬유보다도 영률이 높고, 또한 파단 신장도가 4 내지 15％로 무기 섬유보다 높기 때문에 플리트 가공에서도 섬유 절단이 발생하기 어려운 점, 또한 건열 수축률이 1.2％ 이하로 적기 때문에 섬유 집적체를 섬유 고정할 때의 건조 열처리에서의 부직포 시트의 치수 변화가 작은 점, 또한 수분 흡수율이 낮기 때문에, 습기의 영향을 받기 어렵기 때문에 여과재의 치수 변화가 작고, 후술하는 난연성도 얻어지기 쉬운 섬유인 점 등으로부터, 부직포 시트를 구성하는 단섬유로서 최적의 섬유이다.

또한 강성을 기대하여 사용하는 것은 아니지만, 활성 탄소 섬유를 섬유 사이를 가교하는 섬유로서 사용하면 탈취 성능 향상에도 기여할 수 있기 때문에 바람직하다.

또한, 폴리프로필렌 섬유를 이용한 경우에는, 섬유 표면의 기름 성분이나 이온 부착물을 세정한 후, 코로나 방전법이나 하이드로 차지법으로 일렉트릿 가공을 행할 수 있기 때문에, 고수집성의 여과재를 얻을 수 있다.

다음으로 부직포 시트에 있어서의 단섬유 사이의 고정에 대해서 설명한다. 단섬유 사이의 고정 방법으로서는, 부직포를 구성하는 섬유 집적체에 수지를 포함시키고 건조 고정하는 방법을 바람직하게 실시할 수 있다. 이러한 수지 자체가 신장 변형되는 것으로는 여과재로서 강성을 나타내는 것이 곤란해지기 때문에, 신장이 적은 수지를 이용하는 것이 바람직하다. 즉 유리 전이점 온도 Tg가 30℃ 이상, 바람직하게는 35℃ 이상, 보다 바람직하게는 40℃ 이상, 더욱 바람직하게는 50℃ 이상의 수지를 섬유 집적체에 포함시켜서 건조·열 처리하여 섬유간 고정을 행하는 방법이 바람직하다. 80℃ 초과가 되면 110℃ 전후의 건조 시에 충분히 조막하지 않기 때문에 균열이 생기거나, 또한 -40℃의 분위기 하에 노출되어진 상태에서 풍압을 가할 때에 깨어지거나 하는 장해가 생기기 때문에, Tg의 바람직한 범위는 30 내지 80℃의 범위이다.

또한, Tg가 비교적 높은 수지를 이용하면, 이 수지는 상온에서도 경화되고, 부직포 시트로서의 인장 신장도가 저하되어, 이용한 단섬유의 인장 신장도에 근접한다. 그 때문에, 섬유 사이가 고정된 부직포 시트를 인장할 때에 수지와 섬유의 양쪽에 동시에 응력이 걸려, 이용한 섬유의 영률에 적합한 인장 강력이 발생한다. 이 때문에 풍압으로도 변형되지 않는 신장이 적은 높은 부직포 시트가 얻어지기 쉽다. 또한 필터 유닛이 온도가 높은 분위기에서 사용되더라도 수지의 연화가 적기 때문에 부직포 시트의 강성 저하가 적어 압력 손실 변화가 발생하기 어려운 효과가 얻어진다.

이와 같은 효과를 발휘할 수 있는 수지로서는, 예를 들면 아크릴산에스테르 수지, 스티렌·아크릴 수지, 에폭시 수지, 염화비닐리덴 등을 바람직하게 사용할 수 있다. 그 중에서도 스티렌·아크릴 수지는 강성이 높고, 섬유와의 밀착성도 좋기 때문에 섬유 고정력이 높아지기 때문에 바람직하다.

또한 상기한 바와 같은 경질 수지에 우레탄 수지와 같이 열수 강도가 높은 강인한 수지를 병용하면, 가스 흡착성 물질을 도포하여 가열 건조할 때의 인장 강도가 높아지기 때문에, 시트 조각의 발생을 막을 수 있다.

이와 같이 단섬유 사이가 고정된 부직포 시트는 외관 밀도가 0.05 내지 0.17 g/cm³의 범위 내인 것이 바람직하다. 가스 흡착성 물질을 부착시킨 여과재의 통기도, 탈취성 및 더스트 보유 공간을 유지하기 위해서 여과재로서의 외관 밀도를 0.3 g/cm³ 이하로 할 필요가 있다. 예를 들면 0.35 g/cm³으로 한 경우에는 가스 흡착성 물질 사이를 흐르는 공기의 유속이 높아져 탈취 효율이 저하된다. 또한 유속이 빠르기 때문에 눈막힘도 빨라, 수명 저하는 피할 수 없다. 그 때문에 이러한 부직포 시트의 외관 밀도는 0.17 g/cm³ 이하이다. 한편, 이러한 부직포 시트의 외관 밀도가 0.05 g/cm³를 하회하는 경우에는, 골격 구조가 약해져서 비강도 150 N·cm/g 이상을 달성하는 것이 어렵다. 이 때문에 부직포 시트는 외관 밀도가 0.07 내지 0.15 g/cm³의 범위인 것이 바람직하다. 또한, 동일한 이유로부터, 여과재의 외관 밀도로서는 0.1 내지 0.3 g/cm³으로 하면 좋다. 바람직하게는 0.1 내지 0.25 g/cm³으로 하면 좋다.

이상과 같은 부직포 시트의 제조 방법으로서는, 스펀본드 부직포, 서멀본드 부직포, 습식 초지법, 에어레이드법을 예시할 수 있다. 그 중에서도 본 발명에 이용하는 부직포 시트는, 섬유 길이가 수 mm 내지 25 mm로 짧은 비권축 단섬유를 초지하여 얻은 섬유 집적체에 에멀전계의 수지를 함침 건조하여 얻거나, 또는 서멀본드하여 얻는 것이 최선이다. 이하, 습식 초지법이 본 발명을 달성하는 최적의 제조 방법인 이유를 상세히 설명한다.

권축이 있는 단섬유를 이용하는 것이 필수적인 건식 케미컬 본드 제조 방법이나 서멀 본드 제조 방법의 부직포는, 카드기에 통과시켜 섬유웹으로 한 후, 수지가공이나 열접착으로 섬유 사이를 고정하여 얻어진다. 부직포 구조는, 이용한 단섬유에 3차원의 권축이 원래 갖춰져 있기 때문에, 수지 등으로 섬유간 고정하더라도 부직포가 두꺼워지기 쉬워 3차원 상태의 루즈성이 남은 것으로 되기 쉽다. 이 결과, 외력이 가해질 때에 루즈성이 남은 부분부터 섬유 락합(絡合)이 풀어져서, 변형 저항 강도보다 신장이 선행하여 발생하기 때문에, 구조 압력 손실이 발생하기 쉽다.

스판본드 부직포는 권축이 없는 장섬유이고 고강도의 부직포인데, 인장 강도 부여를 위해서는 섬유 밀도를 높게 하여 섬유 사이를 열접착할 필요가 있고, 그 결과로서 공극량이 적어지기 때문에 탈취제를 부착시키면 내부보다 표면에 부착되는 비율이 높아져서 표면 폐색을 발생시킨다. 또한 부직포 내부에 들어간 탈취제도 마찬가지로 섬유 사이의 공간을 폐색하기 때문에 통기도가 낮은 여과재밖에 얻어지지 않기 때문에 바람직하지 않다.

한편, 섬유 길이가 수 mm 내지 25 mm로 짧은 단섬유로 굵은 섬유와 가는 섬유를 임의로 혼합할 수가 있는 습식 초지법이나 건식의 에어레이드법 부직포 시트는 섬유 집적이 평면적이기 때문에, 하나하나의 단섬유의 배향성이 1차원적이고 루즈성이 없는 상태이다. 이 섬유 집적체의 단섬유 사이를 고정한 부직포 시트는 외력이 가해질 때에, 섬유 단체 변형에 따라 발생하는 루즈성이 적기 때문에, 곧 단섬유 물성에 따른 인장 저항력이 발생하기 때문에 바람직하다. 여기서 습식 초지법이란 물에 분산한 섬유를 망으로 뜨는 방법이고, 에어레이드법은 공기에 분산한 섬유를 망으로 뜨는 방법이다. 이상과 같은 이유로부터, 본 발명에 있어서는, 습식 초지법에 의해 부직포 시트를 제조하는 것이 바람직하다. 그 중에서도 습식 초지법에는 환편(丸編) 방식과 경사 와이어 방식이 있는데, 경사 와이어 방식은 섬유를 분산한 물을 망으로 걸러서 섬유를 망면에 집적시킨 후, 결합제액을 함침하여 건조할 수가 있기 때문에, 거를 수 있는 섬유 길이에 폭이 존재하여 섬유 길이가 10 mm를 넘는 긴 단섬유이어도 초지할 수 있다. 이 때문에 변형 신장이 적고 강성이 높은 부직포 시트가 용이하게 얻어지기 때문에 최적의 제조 방법이다.

또한, 습식 초지법은 섬유 특성이 서로 다른 복수의 섬유군을 임의로 혼합(영률이 서로 다른 섬유, 섬유 직경이 서로 다른 섬유, 소재가 서로 다른 섬유, 열융착성 섬유의 사용 등), Tg가 서로 다른 수지의 사용 등, 폭넓게 선택하여 임의로 배합하는 것이 가능하고, 또한 단위 면적당 중량의 균일성도 우수하기 때문에 최적의 제조 방법이다. 또한 섬유 길이를 길게 하는(예를 들면 10 mm 이상으로 하는) 것도 가능하기 때문에, 단위 면적당 중량의 균일성이 높아지는, 즉 단위 면적당 중량 변동률이 작아지는 점에서 매우 적합하다.

단위 면적당 중량이 균일한 것의 장점은 섬유 사이의 거리가 등간격으로 구획되기 때문에 섬유 사이를 흐르는 공기의 유속 변동이 적어지는 것이다. 이 결과, 섬유 표면에 탈취제를 부착시킨 경우에는, 탈취율 변동이 적어져 높은 탈취율을 얻을 수 있다.

예를 들면, 건식 케미컬 본드 부직포를 이용한 모의 여과재(단위 면적당 중량 64 g/m²; 권축이 있는 폴리에스테르 섬유이고 단섬유 섬도가 10 dtex와 7 dtex, 섬유 배합 비율 50:50, 단위 면적당 중량 35 g/m², 결합제 부착률 25％, 가스 흡착성 물질 부착량 29 g/m²(평균 입경이 24 ㎛인 입상 활성탄 20 g/m², 아디프산디히드라지드 5 g/m², 결합제 4 g/m²), 두께 0.25 mm)의 여과재의 단위 면적당 중량 변동률은 63％로 높고, 아세트알데히드의 흡착율은 34％인데, 한편, 초지법으로 제작한 두께 0.35 mm의 여과재(단위 면적당 중량 64 g/m²; 섬유 길이 10 mm의 비닐론 섬유로 단섬유 섬도가 10 dtex와 7 dtex, 섬유 배합 비율 50:50, 단위 면적당 중량 35 g/m², 결합제 부착률 25％, 가스 흡착성 물질 부착량 29 g/m²(평균 입경이 24 ㎛인 입상 활성탄 20 g/m², 아디프산디히드라지드 5 g/m², 결합제 4 g/m²))의 여과재의 단위 면적당 중량 변동률은 22％로 작고, 아세트알데히드의 흡착율은 70％로 매우 높은 것이었다. 이와 같이 단위 면적당 중량 변동률은 가스 흡착 성능에 영향을 주지만, 여과재의 단위 면적당 중량 변동률은 주로 부직포 시트의 단위 면적당 중량 변동률에 의존하여, 단위 면적당 중량 변동률, 즉 섬유 사이 거리가 균일해지면 가스가 흐르는 유속이 균일화되고, 또한 가스 성분이 흡착체에 흡착될 때까지 이동하는 거리도 단축된다. 그 결과, 비약적으로 탈취율이 높아지게 된다. 여과재의 단위 면적당 중량 변동률은 작을수록 좋고 25％ 이하가 바람직하다. 보다 바람직하게는 20％ 이하, 최적으로는 15％ 이하이다.

또한, 탈취율을 높이기 위해서는 가는 섬유를 병용하여 섬유 사이를 미세하게 구획하는 것도 바람직하다. 그러나, 섬유 사이를 미세하게 구획하면 더스트의 눈막힘이 심해저서 수명이 짧아지기 쉽다. 따라서, 눈막힘 방지와 탈취율 향상을 양립하는 대책으로서, 공기 흐름의 상류측을 조(粗) 구조로, 하류측을 밀(密) 구조로 하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 더스트 눈막힘 지연화와 탈취율의 향상의 양립을 달성하는 것을 가능하게 한다.

하류 측에 밀 구조를 형성하기 위해서는 가는 섬유를 이용하여 공간을 미세하게 구획하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들면 조층이 되는 상류측을 10 dtex와 7 dtex의 굵은 섬유로 구성하고, 밀층이 되는 하류측을 10 dtex와 7 dtex의 굵은 섬유에 추가로 1 내지 4 dtex의 섬유를 혼합하여 구성한다. 이와 같이 형성함으로써, 밀층에서는 굵은 섬유가 공극을 형성하는 골재로서 기능하고, 가는 섬유가 공간을 미세하고 좁게 구획하는 섬유로서 기능하기 때문에, 가스 흡착성 물질의 탈취율이 비약적으로 높아지고, 또한 상류측의 조층이 큰 더스트를 수집함으로써 수명 연장과, 구조 압력 손실을 과대하게 발생시키지 않는 강성 부여도 달성하는 것이 가능해진다.

이러한 조밀 구조의 부직포 시트의 제조 방법으로서는, 부직포를 복수층 적층하는 것 외에, 초지하는 공정 중에서 연속적으로 다층 초지하는 방법이나, 섬유의 비중차를 이용하여 초지하는 방법이 있다.

또한, 강직한 굵은 섬유와 비교적 부드럽고 가는 섬유를 혼합하여 동시에 초지함으로써 조밀 구조를 형성하는 방법으로서, 예를 들면 폴리에스테르와 비닐론의 섬유 구성으로, 섬도 10 dtex 이상이고 영률이 180 cN/dtex/dtex인 굵고 강직한 섬유와 섬도 5 dtex 이하에서 영률 90 cN/dtex 이하의 가늘고 부드러운 섬유를 혼합하여 초지하는 것도 예시할 수 있다. 이와 같이 하면 영률이 높고 굵은 섬유는 초지 네트에 꽂힌 상태로 박히고, 네트의 발을 따라 박힌 형상의 조면이 형성되고, 그 위에 단계적으로 굵은 섬유와 부드러운 섬유를 퇴적 적층시킴으로써 중밀 내지 밀의 층을 형성할 수도 있다.

부직포 시트의 두께로서는 0.8 mm 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.70 mm 이하, 더욱 바람직하게는 0.6 mm 이하, 가장 바람직하게는 0.55 mm 이하이다. 0.8 mm 이하로 함으로써 구조 압력 손실을 낮게 억제할 수 있다. 한편, 부직포 시트가 너무 얇아지면 더스트를 보유할 수 있는 공간량이 적어져 수명이 짧아지기 때문에, 0.3 mm 이상으로 하는 것이 바람직하다.

다음으로 부직포 시트에 부착시키는 가스 흡착성 물질에 대해서 설명한다.

여기서 사용하는 가스 흡착성 물질은 물리적으로 악취 성분을 흡착할 수가 있는 다공질체나 소탈취성 화합물 등이 단독 또는 복수로 부직포에 부착된다.

다공질체로서의 한정은 특별히 없고, 활성탄, 활성 탄소 섬유, 천연 및 합성 제올라이트, 활성 알루미나, 활성 백토, 세피올라이트, 금속 산화물, 촉매 첨착 다공질체, 실리카, 실리카-금속 산화물 등이 넓게 사용 가능하다. 이 중, 활성탄, 천연 및 합성 제올라이트, 세피올라이트, 금속 산화물, 다공질 실리카 등이 담배 냄새, 분변 냄새, 주방 냄새 탈취의 흡착에 적합하기 때문에 바람직하게 사용할 수 있다.

그 중에서도 활성탄이 여러가지의 가스 성분을 흡착할 수 있기 때문에 바람직하다. 공기 청정기용 필터에서는 수집된 담배 냄새가 이탈하여 악취 발생 트러블이 발생하거나, 이용한 활성탄 자체의 악취가 문제가 되는 경우가 많다. 이 대책으로서는 활성탄 자체에 포함되는 발취 성분(수용성 또는 알칼리 성분의 불순물이라고 생각됨)을 제거하여 pH를 조정하는 것이 유효한 것을 발견하였다. 제거 방법으로서는 활성탄을 물 세정 또는 염산이나 황산 등의 산으로 세정하는 것이 유효하다. 또한 활성탄은 피치계가 아니라 야자 껍질 활성탄이 좋고, 염화부활화탄으로부터 증기로 부활화한 활성탄이 소재 냄새가 적고 처리 효과도 높아 최적이다. 부직포에의 부착은, 물 세정 또는 염산이나 황산 등의 산으로 세정하여 pH 조정한 활성탄을 결합제를 이용하여 섬유 표면에 고착시키고, 여과재의 pH를 3 내지 8, 바람직하게는 4.5 내지 7.5, 더욱 바람직하게는 5 내지 7로 조정한다. 이와 같이 pH 조정한 여과재는 활성탄의 소재 냄새 강도를 약하게 하고, 또한 담배에 포함되는 아세트알데히드 탈취율을 향상시켜 담배 냄새 발취 트러블도 경감할 수 있다.

또한, 디히드라지드류 약품을 혼합하여 부착시키면 더욱 임계치가 낮은 아세트알데히드의 탈취율을 높이는 한편, 이탈하기 쉬운 톨루엔이나 암모니아 등의 탈취율을 낮추어 흡착량을 감소시킬 수 있기 때문에 발취 트러블을 경감하는 것이 가능하다.

다공질체에는, 특정한 가스 성분과 반응성을 갖는 약품을 첨착하는 것도 바람직하다. 이러한 약품으로서는 예를 들면 산성 가스 성분과 반응성을 나타내는 탄산칼륨, 탄산수소나트륨, 알데히드류에 대해서는 디히드라지드계 약품이나 에틸렌 요소류 등이 있다.

이러한 약품을 첨착하는 다공질체로서는, 알데히드류의 제거에 대한 것으로서, 활성탄이나 다공질 실리카에 제1급 내지 제3급 아민 화합물 중의 아디프산디히드라지드, 도데칸2산디히드라지드 등의 디히드라지드 화합물이나, p-아미노벤젠술폰산, 에틸렌 요소계 축합체의 약품을 첨착한 것을 들 수 있다. 이 중에서도 특히, 세정한 야자 껍질 활성탄에 아디프산디히드라지드, 도데칸2산디히드라지드 또는 p-아미노벤젠술폰산 중 어느 하나를 첨착시키면, 높은 알데히드 탈취성이 얻어지기 때문에 바람직하다. 또한, 이러한 약품은 미리 약품을 다공질체에 부착시킨 후, 결합제를 이용하여 부직포 시트에 붙이도록 설치할 수도 있고, 첨착 약품과 다공질체 및 결합제를 동욕(同浴)으로 만들어 부착시킬 수도 있다. 바람직한 방법은 약품을 다량으로 부착할 수 있는 동욕으로 행하는 방법이다.

또한 다공질체가 아니지만, 금속 산화물, 촉매 기능을 갖는 철아스코르브산, 철, 코발트 또는 망간 등의 금속프탈로시아닌 유도체나 산화티탄 등의 광 촉매, 소취 작용을 갖는 카테킨, 후라보노이드 등의 식물성 추출 성분, 이온 교환형 수지 등의 소탈취성 화합물도 가스 흡착성 물질로서 사용할 수 있다. 특히, 산화아연과 염기성 약품의 조합 중에서, 산화아연과 탄산수소나트륨이나 탄산칼륨을 조합함으로써 지방산 제거제로서 높은 제거 성능을 소구할 수 있기 때문에 특히 바람직하다.

다만, 세정 재생을 행하는 여과재에 이용하는 경우, 가스 흡착성 물질로서는 다공질체에 비수용성의 약품을 첨착한 것이나, 약품을 첨착하지 않은 다공질체를 기본으로 이용하는 것이 바람직하다. 예를 들면 아세트알데히드 흡착성 물질로서 수 난용성의 도데칸2산디히드라지드를 첨착한 활성탄을 이용한 경우에는, 수용성이 높은 아디프산디히드라지드를 첨착한 활성탄을 이용한 경우보다, 세정 후의 알데히드 제거율의 유지율이 높아져서 세정 후에도 높은 탈취율을 유지하는 것이 가능하다.

가스 흡착성 물질의 부착량은 부직포 시트의 질량에 대하여 200％ 이하의 비율로 이용하면 부직포 시트의 과대한 눈막힘을 방지할 수 있다.

가스 흡착성 물질은 1차 입경의 평균이 40 ㎛ 이하인 미립자이다. 평균 입경이 40 ㎛보다 큰 경우에는 부직포 시트와의 고착력이 저하되기 때문에 플리트 가공 공정의 기계와의 찰과 등으로 입자 탈락이 발생하여 가공성이 얻어지지 않게 된다. 또한 함침 가공이나 코팅 가공으로 도포한 경우에 부직포 시트 내부까지 균일하게 침투 부착하지 않게 되기 때문에 바람직하지 않다. 이 때문에 바람직한 평균 입경은 35 ㎛ 이하, 보다 바람직하게는 30 ㎛ 이하, 최적으로는 25 ㎛ 이하의 것이 적합하다. 한편, 평균 입경이 1 ㎛보다 작은 경우에는 부직포 내부까지 균일하게 부착되기 때문에 바람직한데, 입자가 결합제에 파묻히기 쉬워져서 입자 사이의 간극이 없어지기 때문에 탈취성이 저하되기 쉽다. 이 때문에 큰 입자와 혼합하여 이용하면 입자의 중첩부에 공기가 유통하는 공간이 확보되어 탈취율을 높일 수 있다. 이 때문에 1 ㎛ 이하의 나노 입자를 이용하는 경우에는, 이것보다 큰 입자도 혼합하여 부피가 큰 성질을 확보하면 좋다.

가스 흡착성 물질을 부직포 시트에 부착하기 위해서 이용하는 결합제로서는, 아크릴산에스테르 수지, 스티렌-아크릴산에스테르 수지, 우레탄 수지, 실리콘 수지, 수용성 수지 등으로부터 첨착 약품과의 반응성이 낮은 것을 선택하여 사용하는 것이 바람직하다. 그 중에서도, 세정 재생을 동적으로 행하는 경우에는 수용성 수지가 바람직하다. 즉, 수용성 수지로 가스 흡착성 물질을 부직포 시트에 부착시켜 두면, 가스를 흡착한 사용 후의 필터를 물에 침지하여 흡착 가스 성분을 씻어버리는 방법으로 재생하는 것도 가능한데, 필터를 물에 침지하여 수용성 수지를 용해하여 가스 흡착성 물질을 제거하고, 재차 신품의 가스 흡착성 물질을 도포, 건조, 고착시킴으로써 초기의 높은 탈취성을 갖는 필터로서 재생하는 것이 가능하게 되기 때문에 바람직하다. 또한, 회수한 가스 흡착성 물질은 이물을 제거함으로써 재생 사용할 수 있다. 이와 같은 재생 방법에 적합한 수지는 수용성의 것으로, 예를 들면 메틸셀룰로오스계 수지, 전분, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴산소다, 알긴산소다 등을 사용할 수 있다. 특히 이 중 카르복시메틸셀룰로오스가 다공질체의 구멍을 막지 않기 때문에 바람직하다.

결합제는 가스 흡착성 물질의 5 내지 30 질량％의 범위로 사용하면 좋다.

또한, 가스 흡착성 물질로서는, 탈취 기능이 서로 다른 복수의 가스 흡착성 물질을 여과재의 두께 방향으로 층상으로 설치하는 것도 바람직하다. 여기서는 조밀 구조의 부직포 시트에 복수의 가스 흡착성 물질을 부여하는 양태를 일례로서 설명한다. 예를 들면, 공기 흐름의 하류측에 고착하는 가스 흡착성 물질로서, 다공질체: 실리카 입자(입경 10 ㎛), 첨착 약품: 아디프산디히드라지드를 준비하고, 결합제로서 우레탄 수지를 이용하여, 코팅 방법으로 15 g/m² 도공한다. 또한 상류측의 가스 흡착성 물질로서, 다공질체: 야자 껍질 활성탄(입경 24 ㎛), 첨착 약품: 탄산칼륨을 준비하고, 결합제로서 실리콘 수지를 이용하고, 이미 가스 흡착성 물질이 도포되어 있는 부직포 시트 상에 코팅 방법으로 15 g/m² 도공한다. 이 결과 하류측은 아세트알데히드 탈취층으로서, 또한 상류측은 지방산 탈취 및 다성분 탈취층으로서 기능하는, 1개의 부직포 시트로 이루어지는 여과재를 얻을 수 있다.

또한, 하층의 치밀층의 눈막힘을 방지하여 탈취성을 향상시키는 방법으로서, 예를 들면, 하류측의 밀층에는 평균 입경 5 ㎛ 이하의 미세 직경 입자를, 또한 상류측의 조층에는 밀층보다도 큰 입자를 도포하는 것도 바람직하다.

또한, 조밀 구조로 한 부직포 시트의 수집 효율을 0.3 내지 0.5 ㎛ 입자에 대하여 5 내지 50％로 하고, 조 부분에만 가스 흡착성 물질을 도포하는 것도 가능하다. 조밀 구조의 수집 효율을 0.3 내지 0.5 ㎛ 입자에 대하여 5 내지 50％ 정도로 한 경우에는, 섬도가 멜트 블로우 부직포 등과 비교하여 굵고 부피가 크기 때문에 눈막힘이 발생하기 어려워, 담배 등의 오염이나 악취 빠짐이 좋고 세정 재생능력이 우수한 것으로 된다. 그러나, 수집 효율이 20 내지 50％ 정도의 것이 되면, 섬유 사이의 거리가 작아지기 때문에, 소량의 가스 흡착성 물질을 도포하더라도 눈막힘이 심하여 통기 저항이 허용치 이상으로 높아지게 되는 경우가 있다. 따라서, 이것을 피하여 탈취성과 높은 수집성을 실현하기 위해서, 조층에만 가스 흡착성 물질을 도포하는 것이 유효하다.

또한, 서로 다른 가스를 흡착하는 특성을 갖는 복수의 가스 흡착제를 도포하는 것도 바람직하다. 예를 들면, 함침법으로 1회째에 야자 껍질 활성탄을 도포하고, 2회째에 아디프산디히드라지드를 첨착한 다공질 실리카를 중첩하여 도포하면, 활성탄으로 아세트산이나 포름산 등의 지방산과 유기 가스를 흡착하고, 아디프산디히드라지드를 첨착한 다공질 실리카로 알데히드를 흡착할 수 있다.

또한, 가스 흡착제는 2층에 한하지 않고 복수층 설치할 수 있다. 또한 기능이 서로 다른 다공질체를 혼합하여 도포하는 것도 가능하다. 이와 같이 함으로써 부족한 특정 가스의 탈취율 향상이나 흡착 특성이 상이한 산성 가스와 염기성 가스를 동시에 탈취시키는 것도 가능해진다. 또한 조면에만 대량으로 도포하고, 보다 치밀한 밀면에 도포하지 않고 탈취성과 고수집성 향상을 도모하는 방법도 가능하다. 모두 본 발명의 얇은 경질 부직포 시트층에 대하여 고착시키기 때문에 플리트 가공이 가능하여 미니플리트형의 필터 유닛 형성이 가능하다.

본 발명에 있어서는, 부직포 시트가 난연제를 함유할 수도 있다. 난연제로서는 예를 들면, 취소계 난연제나 염소계 난연제 등의 할로겐계 난연제, 인계 난연제, 구아니딘계 난연제, 멜라민계 난연제, 무기계 난연제 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 소각 시에 유해 물질을 발생하지 않는 점에서 비할로겐계 난연제 및 RoHS 규제에 적합한 취소계 난연제가 바람직하다.

또한 비할로겐계 난연제 중에서도, 설파민계 난연제, 인산에스테르아미드, 인산암모늄, 인산구아니딘, 인산멜라민 등의 인계 난연제, 황산멜라민 등은 비닐론이나 펄프 등의 폴리비닐알코올 성분이나 셀룰로오스 성분이 연소했을 때에 탄화를 촉진하는 효과가 높고, 또한 폴리에스테르 섬유 등의 연소시에 용융하는 타입의 섬유가 혼합되더라도 탄화를 촉진하여 연소 번짐을 방지하는 효과가 높아 적합하다.

난연제는 수용성의 것일 수도 있지만, 상온에서 입자상으로 되는 것이, 배합하더라도 비강도를 저하시키지 않기 때문에 최적이다.

또한 본 발명에 있어서, 부직포 시트는 발수제, 향료, 항균제, 항바이러스제, 항알레르겐제 등이 부여되어 부가 기능이 추가되어 있을 수도 있다.

본 발명에 있어서는, 상기한 바와 같은 여과재에 공지된 기술로 일렉트릿 부직포를 적층하여 일체화한 고집진 여과재로 함으로써 고집진화를 실현하는 것이 가능하다. 일체화는 저융점 바우더나 섬유로 접착하거나, 초음파 등으로 접착하면 좋다. 또한, 여기서 말하는 「일체화」란 필터 유닛을 구성하는 부재로서 본 경우에, 파손하지 않는 한 분리할 수 없는 상태를 말한다.

일렉트릿 부직포의 제조 방법 및 성능에 특별히 한정은 없지만, 얇고 고수집성인 점에서 멜트 블로우 부직포가 적합한 재료이다. 특히 수집 효율 95％ 이상의 것은 가정용 공기 청정기용으로서 적합하다.

이상과 같은 여과재나 고집진 여과재는 원하는 형상으로 성형되어 필터 유닛에 성형되는데, 여과재가 흡착한 악취 물질을 씻어버림으로써 세정 재생을 행하는 것이 가능하다. 이것은, 여과재가 상기한 바와 같이 경질이어서 변형되기 어려운 부직포 시트에 가스 흡착성 물질을 부착시켜 이루어지기 때문에, 세정하더라도 변형되기 어려운 것에 의한 것이다. 또한 여과재를 플리트 가공하여 유닛화하는 경우, 세정액이 유닛 내부에 들어 가기 쉬워, 오염물이 빠지기가 좋고, 공기도 유입하기 쉽기 때문에 건조 시간이 짧다는 효과가 얻어진다. 또한, 일렉트릿 부직포를 적층 일체화한 고집진 여과재는 집진 여과재와 탈취 여과재가 일체화되어 있기 때문에, 종래 집진부와 탈취부를 나누어 세정하였던 수고가 한번에 끝나는 편리성이 얻어진다.

또한, 일렉트릿 부직포를 적층한 고집진 여과재는 세정에 의해서 일렉트릿 부직포의 수집 효율이 저하되기 쉽다. 전기 공업계가 정하는 공기 청정기의 초기집진 효율은 70％ 이상인데, 일렉트릿 부직포가 적층된 고집진 여과재는 세정에 의해서 일렉트릿 부직포의 전하가 소실하기 때문에 집진 효율이 저하되어 30％ 정도가 되는 경우도 있다. 따라서, 세정 후에도 공기 청정기의 집진 효율을 70％ 이상으로 유지하기 위해서, 고집진 여과재는 전하를 갖지 않은 상태에서의 0.3 내지 0.5 ㎛ 입자에 대한 수집 효율이 여과재 관통 풍속 4.5 m/분에서 20％ 이상인 것이 바람직하다.

또한, 고집진 여과재는 섬유 표면을 친수성으로 하거나, 발수성으로 함으로써 부착 더스트의 이탈성을 개선할 수 있다.

[실시예]

이하, 실시예를 이용하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 또한, 본 실시예에서의 여과재의 각 특성의 평가 방법을 하기한다.

<단섬유의 섬도, 섬유 길이 및 구성 비율>

단섬유 사이가 수지로 고정된 부직포 시트를 해당 수지가 녹는 용액에 침지하여 수지분을 제거하여 섬유만으로 구성한 후, 섬유 길이를 노기스로 측정하고, 길이 마다 분류한다. 또한 섬유 길이가 서로 다른 군마다 전자현미경으로 섬유폭을 측정한다. 이 때, 섬유 갯수는 적어도 60개 이상을 측정하여 단섬유 구성을 군마다 분류한다. 이어서 사염화탄소와 물을 혼합하여 제작한 밀도 구배액에 구성 섬유를 넣고, 부침(浮沈)되지 않는 액밀도를 구하고, 이것을 섬유 밀도로 한다. 또한, 섬유가 밀도 구배액에 녹는 경우에는, 녹지 않는 비중이 무거운 적당한 유기 용제를 선정한다.

단섬유의 섬도는 구한 단섬유의 밀도와 섬유 길이의 관계로부터 1만 m의 길이에서 1 g 질량의 것을 1 dtex로 하여 구한다.

이어서, 단섬유의 구성 비율은 먼저 구한 단섬유의 군마다의 구성 비율을 섬도와 섬유 길이의 구성 비율로 변환하고, 전체 섬유 질량에서 차지하는 비율을 산출한다.

<영률>

JIS-L1013(1999)에 준하여 평가한다. 초기 인장 저항도로부터 외관 영률을 구하고, 이 수치를 영률로 한다. 또한 섬유 길이가 수 mm 내지 수 10 mm로 짧기 때문에, 1분간의 인장 속도는 섬유 길이의 60％로 한다. 또한 평가 N수는 20개로 하고, 이들 20개의 값의 산술 평균치를 본 발명에 있어서의 영률로 한다.

<여과재의 단위 면적당 중량 변동률>

각변 10 cm의 시료로부터 각변 2 cm의 시료를 25매 채취하여 1매마다의 중량을 구한다. 25매의 중량 수치로부터 평균치 (A)와 표준 편차치 (B)를 구하고 하기 식으로 단위 면적당 중량 변동률로 한다.

단위 면적당 중량 변동률(％)=B×100/A

또한 평가 시료가 일렉트릿 부직포를 적층한 고집진 여과재인 경우에는, 일렉트릿 부직포를 접합하고 있는 접착제를 용해하여 박리하여 측정하는 것으로 한다.

<두께>

텍로크(주) 제조의 SM114를 이용하여, 측정 빈도 60 cm²당 3개소, 합계 21개소의 두께를 구하고, 그 산술 평균치를 두께로 하였다.

<단위 면적당 중량>

24℃, 60％ RH의 실온에 8시간 이상 방치하고, 평가 시료의 질량을 구하고, 그 면적으로부터 1 m²당 질량으로 고쳐서, 각각의 평가 시료의 단위 면적당 중량으로서 구한다. 샘플링 최소 면적은 0.01 m²로 하고, 평가하는 시료의 매수는 25매로 하고, 이들의 산술 평균치를 단위 면적당 중량으로 하였다.

<여과재의 외관 밀도>

텍로크(주) 제조 SM114를 이용하여 시료 면적 100 cm²당 1개소의 측정 밀도로, 합계 21개소의 두께를 구하고, 그 산술 평균치를 산출한다. 상기한 방법으로 구하여진 여과재의 두께와 단위 면적당 중량으로부터 여과재의 외관 밀도를 하기 식으로 구한다.

여과재의 외관 밀도(g/cm³)=단위 면적당 중량(g/cm²)/두께(cm)×6000

<여과재의 비강도>

JIS L1085(1998)에 준거하여 인장 강도를 구하고, 상기 인장 강도로부터 비강도를 구한다. 구체적으로는, 우선, 폭 50 mm의 여과재를 정속 인장 시험기(오토그래프 SHIMADZU(주) 제조의 형식 AGS-J)로, 처크간 길이 200 mm, 인장 속도 100 mm/분으로 평가한 S-S 커브로부터, 1％ 신장시의 발생 강력(N)을 구하고, 상기 발생 강력을 시험편의 단면적(여과재폭 50 mm×여과재 두께)로 나누고, 1％ 신장시의 인장 강도(N/cm²)를 구한다. 계속해서, 상기 인장 강도(N/cm²)를 상술하는 방법으로 구해지는 여과재의 외관 밀도(g/cm³)으로 나누어서 비강도를 구한다. 또한, 비강도는 여과재의 플리트 가공 방향(MD 방향)으로 200 mm 길이를 적어도 5개 이상 샘플링하여 평가한 값의 산술 평균치로 한다.

<단섬유 사이를 고정하고 있는 수지의 유리 전이점 온도>

부직포로부터 수지 성분을 채취하고, DSC법(고감도 시차 주사 열량계법)을 이용하여 평가한다. 평가 N수는 2개로 하고, 산술 평균치를 유리 전이점 온도로 한다.

<가스 흡착성 물질의 입경>

가스 흡착성 물질을 결합하고 있는 결합제를 용해할 수 있는 용제 1 리터에 0.1 g 질량의 여과재를 침지하여 가스 흡착성 물질만을 분리하고, 여과지로 분리액 10 CC를 여과하고, 건조한 후, 여과지면에 부착된 가스 흡착성 물질을 전자현미경으로 관찰하고, 각 입자의 가장 긴 부분을 계측(N수 100개)하고 그 산술 평균치를 구한다.

<가스 제거율의 측정>

JIS B9908(2001) 형식 1 시험법에 준한 시험기에 평가 시료를 세트하여 에어로졸로 바꾸고 아세트알데히드 또는 아세트산을 가스 농도 10 내지 15 ppm로 조정한 공기를 풍속 0.2 m/s로 시료에 흘려, 평가 시료 전후의 가스 농도의 측정을 THERMO SCIETIFIC사의 가스미터 형식 205B-XLIA3N으로 측정하고 하기 식으로부터 제거율 (D)를 구한다.

풍량은 통과 풍속 0.2 m/s으로 실시한다. 또한 측정 개시는 공기를 흘리기 시작하면서부터 3분 후의 농도를 측정한다. 또한 본 측정에 공급하는 희석용 공기는 23℃, 50％ RH로 조정된 것으로 미리 가스 성분이 제거된 것을 이용한다.

평가 N수는 2매로 하고, 산술 평균치를 가스 제거율로 한다.

D=(G_I-G_O/G_I)×100

G_O=평가 시료를 통과한 후의 가스 농도(ppm)

G_I=평가 시료에 공급된 가스 농도(ppm)

<필터 유닛의 JEMA 탈취율>

JEMA1467 규격에 기초하여 암모니아, 아세트산, 아세트알데히드의 초기 탈취율을 구하였다.

<여과재 및 일렉트릿 부직포의 압력 손실과 수집 성능 측정>

JIS B9908(2001) 형식 1 시험법에 준한 평가 기기에 평가 시료를 세트하고, 여과재 관통 풍속 4.5 m/분으로 공기를 흘려 필터 유닛 초기 압력 손실(△P₂)을 구한다. 이어서 상류측으로부터 일반 외기를 공급하고, 평가 필터 전후의 입자수를 파티클 카운터를 이용하여 측정하고, 하기 식으로부터 수집 효율을 구한다.

η=(1-(C_O/C_I))×100

C_O=평가 필터 통과 후의 입경 0.3 내지 0.5 ㎛의 입자수

C_I=평가 필터 통과 전의 입경 0.3 내지 0.5 ㎛의 입자수

또한, 입경 0.3 내지 0.5 ㎛의 입자수란 파티클 카운터의 입경 측정 범위에서 0.3 내지 0.5 ㎛ 측정 범위 내에 포함되는 입자수라는 의미로, 입자는 일반 외기에 포함되는 대기 먼지를 이용한다.

압력 손실은 평가 시료 전후의 압력차를 마노미터로부터 판독한다.

<필터 유닛의 압력 손실과 입경 0.3 내지 0.5 ㎛의 입자의 수집 성능 측정>

JIS B9908(2001) 형식 1 시험법에 준한 평가 기기에 필터 유닛을 세트하고, 여과재 관통 풍속 3.5 m/분으로 공기를 흘려 필터 유닛 초기 압력 손실(△P₂)를 구한다. 이어서 상류측으로부터 일반 외기를 공급하고, 평가 필터 전후의 입자수(대기 먼지)를 파티클 카운터를 이용하여 측정하고, 하기 식으로부터 수집 효율을 구한다.

η=(1-(C_O/C_I))×100

C_O=평가 필터 통과 후의 입경 0.3 내지 0.5 ㎛의 입자수

C_I=평가 필터 통과 전의 입경 0.3 내지 0.5 ㎛의 입자수

<필터 유닛의 더스트 보유 용량의 측정 방법>

JIS B9908(2001) 형식 3 시험법에 준한 평가 기기에 필터 유닛을 세트하고, 여과재 관통 풍속 3.5 m/분으로 공기를 흘려 필터 유닛 초기 압력 손실(△P₂)를 구한다. 이어서, 최종 압력 손실 150 Pa에 달하는 시점까지 JIS Z8901(1974)에 기재된 더스트 15종을 공급하고, 필터 유닛이 수집한 더스트량을 시험 전후의 유닛 중량 변화로부터 구한다.

<여과재의 pH의 측정 방법>

JIS L1096법에 준거한 방법으로, 탈취층으로부터 추출한 액의 pH를 요코가와 덴끼(주) 제조의 pH 측정기 「PH81」로 측정하였다.

<가스 흡착성 물질의 액배합>

공통으로 이용한 가스 흡착성 물질의 액배합(질량부)을 다음에 정리하여 나타낸다.

A액; 활성탄 20부(평균 입경 24 ㎛), 아디프산디히드라지드 7부, 아크릴산 수지 10부(농도 40％), 증점제 2부, 물 61부

B액; 다공질 실리카 20부(평균 입경 5 ㎛), 아디프산디히드라지드 7부, 아크릴산 수지 10부(농도 40％), 증점제 2부, 물 61부

C액; 활성탄 20부(평균 입경 24 ㎛), 제올라이트 7부, 아크릴산 수지 10부(농도 40％), 증점제 2부, 물 61부

D액; 산화아연 25부(평균 입경 2 ㎛), 탄산수소나트륨 7부, 아크릴산 수지 5부(농도 40％), 증점제 2부, 물 61부

E액; 활성탄 23부(평균 입경 24 ㎛), 도데칸2산디히드라지드 4부, 아크릴산 수지 10부(농도 40％), 증점제 2부, 물 61부

F액; 활성탄 20부(평균 입경 55 ㎛), 아디프산디히드라지드 7부, 아크릴산 수지 10부(농도 40％), 증점제 2부, 물 61부

G액; 정제수 100부에 입경 300 ㎛의 활성탄 10부를 5시간 침지한 후 건조하여 평균 입경 24 ㎛로 파쇄한 야자 껍질 활성탄 pH 5.2를 20부, 아디프산디히드라지드 7부, 아크릴산 수지 10부(농도 40％), 증점제 2부, 물 61부

(실시예 1)

경사 와이어 방식의 습식 초지 방법에 의해, 비권축의 비닐론 섬유((a) 영률 150 cN/dtex, 섬도 7 dtex, 섬유 길이 10 mm의 것을 32 질량％, (b) 영률 250 cN/dtex, 섬도 17 dtex, 섬유 길이 12 mm의 것을 29 질량％), 비권축의 폴리에스테르 섬유((a) 영률 65 cN/dtex, 섬도 3 dtex, 섬유 길이 10 mm의 것을 15 질량％, (b) 영률 65 cN/dtex, 섬도 1.3 dtex, 섬유 길이 5 mm의 것을 5 질량％), 펄프(19 질량％)로 구성된 단위 면적당 중량 36.4 g/m²의 섬유 집적체를 제작하였다. 그 후, 상기 섬유 집적체를 스티렌아크릴 중합체(유리 전이점 온도 Tg 30℃, 조막 온도 45℃)와 우레탄 중합체가 중량비로 3:1 비율로 혼합된 수지액 고형분 30％액에 함침한 후, 건조 열처리하여 단섬유 사이를 고정하여, 단위 면적당 중량 52 g/m², 두께 0.46 mm, 외관 밀도 0.11 g/cm³, 압력 손실 0.5 Pa, 비강도 1020 N·cm/g의 부직포 시트를 제작하였다.

이 부직포 시트에 있어서, 물에 분산된 섬유를 네트로 걸러 취할 때에 네트에 직접 접하여 초지된 면은 네트에 박히기 때문에 섬유의 꽂힘이 눈에 띄는 조면(粗面)(표면 마찰 저항치가 높음)이 되어 있고, 한편, 그 반대면은 섬유의 꽂힘이 적은 밀면(密面)(표면 마찰 저항치가 낮음)이 되어 있었다. 즉, 부직포 시트는 조밀 구조로 되어 있었다. 또한 단섬유 사이를 고정하는 수지에 우레탄 수지를 배합했기 때문에, 후속 공정에서 행하는 가스 흡착성 물질의 함침 건조 공정에서의 습열 조건에서의 시트 인장 강력에 견딜 수 있게 되어 있었다.

이 부직포 시트에 가스 흡착성 물질로서 A액의 가스 흡착성 물질을 고형분으로 32 g/m²으로 함침 건조법으로 고착하여, 단위 면적당 중량 84 g/m², 두께 0.46 mm, 외관 밀도 0.183 g/cm³, 비강도 546 N·cm/g, 압력 손실 0.8 Pa, 단위 면적당 중량 변동률 10％, 아세트알데히드 탈취율 70％, 0.3 내지 0.5 ㎛ 입자의 수집 효율 5％의 여과재를 제작하였다. 또한, 가스 흡착성 물질을 도포하지 않은 부직포 시트의 아세트알데히드 제거율은 1％ 이하였다.

이 여과재에 일렉트릿 부직포 A(단위 면적당 중량 20 g/m², 평균 섬유 직경 2.4 ㎛, 압력 손실 28 Pa, 0.3μ 내지 0.5 ㎛ 입자의 수집 효율 η=95％, 두께 0.12 mm의 폴리프로필렌 멜트 블로우 부직포)를 접착 일체화하여, 미세 먼지도 수집 가능한 두께 0.58 mm의 고집진 여과재(압력 손실 28.9 Pa)를 제작하였다.

이 고집진 여과재를 산높이 35 mm로 플리트 가공하고, 필터 크기가 폭 250 mm, 길이 450 mm, 두께 37 mm인 프레임 중에 수납하여 여과재 면적 2.0 m²의 공기 청정기용 필터 유닛을 얻었다.

이 필터 유닛에 대하여 풍량 7 m³/분으로 유닛 압력 손실을 측정한 결과, 49 Pa(구조 압력 손실 26.5 Pa)로 구조 압력 손실 발생이 적은 저압력 손실 유닛이었다. 또한 0.3 내지 0.5 ㎛ 입자의 수집 효율은 98.2％였다. 이 필터 유닛의 JEMA 초기 탈취율은 암모니아 93.8％, 아세트알데히드 75.4％, 아세트산 90.3％로 고탈취성을 나타내어 고수집성 집진 탈취 필터 유닛인 것을 확인할 수 있었다.

(실시예 2)

경사 와이어 방식의 습식 초지 방법에 의해, 비권축의 비닐론 섬유(영률 150 cN/dtex, 섬도 7 dtex, 섬유 길이 10 mm의 것을 81 질량％), 펄프(19 질량％)로 구성된 단위 면적당 중량 36.4 g/m²의 섬유 집적체를 제작하였다. 그 후, 상기 섬유 집적체를 스티렌아크릴 중합체(유리 전이점 온도 Tg 30℃, 조막 온도 45℃)와 우레탄 중합체가 중량비로 3:1 비율로 혼합된 수지액 고형분 30％액에 함침한 후, 건조 열처리하여 단섬유 사이를 고정하여, 단위 면적당 중량 52 g/m², 두께 0.48 mm, 외관 밀도 0.11 g/cm³, 압력 손실 0.3 Pa, 비강도 909 N·cm/g의 부직포 시트를 제작하였다. 이 부직포 시트는 비권축의 비닐론 섬유가 1 종류만이기 때문에 조밀 구조는 확인되지 않았다.

이 부직포 시트에 가스 흡착성 물질로서 A액의 가스 흡착성 물질을 고형분으로 32 g/m²으로 함침 건조법으로 고착하여, 단위 면적당 중량 84 g/m², 두께 0.48 mm, 외관 밀도 0.175 g/cm³, 비강도 543 N·cm/g, 압력 손실 0.5 Pa, 단위 면적당 중량 변동률 11％, 아세트알데히드 탈취율 61％, 0.3 내지 0.5 ㎛ 입자의 수집 효율 5％의 여과재를 제작하였다. 조밀 구조를 갖지 않는 여과재이지만 높은 아세트알데히드 탈취율을 확인할 수 있었다.

(실시예 3)

가스 흡착성 물질을 수 난용성의 도데칸2산디히드라지드를 포함하는 E액으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 여과재를 제작하고, 수세와 건조를 2회 실시하고 아세트알데히드 제거율을 평가하였다. 그 결과 아세트알데히드 제거율은 초기치 65％, 수세 1회 후 62％, 수세 2회 후 58％로 저하는 하지만, 높은 제거율을 확인할 수 있었다. 도데칸2산디히드라지드는 수 난용성이기 때문에, 수세 후에도 높은 제거율인 것을 확인할 수 있었다.

(실시예 4)

경사 와이어 방식의 습식 초지 방법에 의해, 비권축의 비닐론 섬유((a) 영률 250 cN/dtex, 섬도 17 dtex, 섬유 길이 12 mm의 것을 51.4 질량％, (b) 영률 180 cN/dtex, 섬도 7 dtex, 섬유 길이 10 mm의 것을 19.2 질량％), 비권축의 폴리에스테르 섬유(영률 95 cN/dtex, 섬도 3 dtex, 섬유 길이 10 mm의 것을 10 질량％), 펄프(19.4 질량％)로 구성된 단위 면적당 중량 24.5 g/m²의 섬유 집적체를 제작하였다. 그 후, 상기 섬유 집적체를 스티렌아크릴 중합체(유리 전이점 온도 Tg 30℃, 조막 온도 45℃)와 우레탄 중합체가 중량비로 3:1 비율로 혼합된 수지액 고형분 30％액에 함침한 후, 건조 열처리하여 단섬유 사이를 고정하여, 단위 면적당 중량 35 g/m², 두께 0.37 mm, 외관 밀도 0.09 g/cm³, 비강도 767 N·cm/g, 압력 손실 0.4 Pa의 부직포 시트를 얻었다. 이 부직포 시트에 있어서, 물에 분산된 섬유를 네트로 걸러 취할 때에 네트에 직접 접하여 초지된 면은 네트에 박히기 때문에 섬유의 꽂힘이 눈에 띄는 조면(표면 마찰 저항치가 높음)이 되어 있고, 한편, 그 반대면은 섬유의 꽂힘이 적은 밀면(표면 마찰 저항치가 낮음)이 되어 있었다. 즉, 부직포 시트는 조밀 구조로 되어 있었다.

이 부직포 시트에 가스 흡착성 물질로서 다공질 실리카와 아디프산디히드라지드를 포함하는 B액의 가스 흡착성 물질을 고형분으로 32 g/m²으로 함침 건조법으로 고착하여, 단위 면적당 중량 67 g/m², 두께 0.37 mm, 외관 밀도 0.181 g/cm³, 비강도 370 N·cm/g, 압력 손실 0.63 Pa, 단위 면적당 중량 변동률 8％, 아세트알데히드 탈취율 79％의 여과재를 제작하였다.

이 여과재의 밀면에 일렉트릿 부직포 B(단위 면적당 중량 30 g/m², 평균 섬유 직경 1.2 ㎛, 압력 손실 55 Pa, 0.3 내지 0.5 ㎛ 입자의 수집 효율 η=99.992, 두께 0.18 mm의 폴리프로필렌 멜트 블로우 부직포)를 접착 일체화하여, 미세 먼지도 수집 가능한 두께 0.55 mm의 고집진 여과재(압력 손실 55.7 Pa)를 제작하였다.

이 고집진 여과재를 산높이 35 mm로 플리트 가공하고, 필터 크기가 폭 250 mm, 길이 450 mm, 두께 37 mm인 프레임 중에 수납하여 여과재 면적 2.0 m²의 필터 유닛을 얻었다.

이 필터 유닛에 대해서 풍량 7 m³/분으로 유닛 압력 손실을 측정한 결과, 68.1 Pa(구조 압력 손실 24.8 Pa)과 구조 압력 손실 발생이 적은 저압력 손실 유닛이고, 0.3 내지 0.5 ㎛ 입자의 수집 효율도 99.987％로 HEPA 성능을 확인할 수 있었다.

JEMA1467 규격에 기초하여 가스 제거 효율을 구한 결과, 아세트알데히드 96％, 암모니아 73％, 아세트산 83％로, 다공질 실리카에 아디프산디히드라지드를 조합함으로써 임계치가 높은 아세트알데히드 가스 제거율에 특히 우수한 저압력 손실의 고집진 탈취 HEPA 필터인 것을 확인할 수 있었다.

(실시예 5)

실시예 4에서 제작한 부직포 시트에 가스 흡착성 물질로서 활성탄과 제올라이트를 포함하는 C액의 가스 흡착성 물질(약품 무첨착)을 고형분으로 32 g/m²으로 함침 건조법으로 고착하여, 단위 면적당 중량 67 g/m², 두께 0.37 mm, 외관 밀도 0.181 g/cm³, 비강도 370 N·cm/g, 압력 손실 0.7 Pa, 단위 면적당 중량 변동률 8％, 아세트알데히드 탈취율 40％의 여과재를 제작하였다.

이 여과재에 일렉트릿 부직포 A(단위 면적당 중량 20 g/m², 평균 섬유 직경 2.4 ㎛, 압력 손실 28 Pa, 0.3 내지 0.5 ㎛ 입자의 수집 효율 η=95％, 두께 0.12 mm의 폴리프로필렌 멜트 블로우 부직포)를 접착 일체화하여, 미세 먼지도 수집 가능한 두께 0.49 mm의 고집진 여과재(압력 손실 28.6 Pa)를 제작하였다.

이 고집진 여과재를 산높이 35 mm로 플리트 가공하고, 필터 크기가 폭 250 mm, 길이 225 mm, 두께 37 mm인 프레임 중에 수납하여 여과재 면적 1.0 m²의 필터 유닛을 얻었다. 또한, 유닛화 시에, 여과재 사이에는 2인치 간격의 비드 가공을 여과재 양면에 실시하였다.

이 필터 유닛에 대해서 풍량 3.5 m³/분으로 유닛 압력 손실을 측정한 결과, 50.4 Pa(구조 압력 손실 28 Pa)와 구조 압력 손실 발생이 적은 저압력 손실 유닛이었고, 0.3 내지 0.5 ㎛ 입자의 수집 효율도 96％인 준HEPA 성능을 확인할 수 있었다.

JEMA1467 규격에 기초하여 가스 제거 효율을 구한 결과, 아세트알데히드 46％, 암모니아 80％, 아세트산 78％로, 아세트알데히드 제거율은 낮지만 가스 제거율을 갖는 저압력 손실의 고집진 필터 유닛인 것을 확인할 수 있었다.

계속해서, 이 유닛에 담배 연기를 500개 부하하여 악취를 강하게 발하도록 한 후, 가정용 세제를 사용하여 세정을 행하고 건조하였다. 세정 후의 필터는 착취(着臭)한 담배의 악취를 상당히 감소시킬 수 있었다. 또한, JEMA1467 규격에 기초하여 가스 제거 효율을 구한 결과, 아세트알데히드 42％, 암모니아 73％, 아세트산 73％로, 초기치에 가까운 탈취 성능을 발휘하여 재사용이 가능한 것을 확인할 수 있었다.

(실시예 6)

2층 구조의 부직포 시트를 제작하였다. 상류측은 실시예 4에서 이용한 섬유 집적체(단위 면적당 중량 24.5 g/m²)로 하고, 하류측은 비권축의 비닐론 섬유(영률 320 cN/dtex, 섬도 7 dtex, 섬유 길이 10 mm의 것을 45 질량％), 비권축의 폴리에스테르 섬유((a) 영률 65 cN/dtex, 섬도 1.3 dtex, 섬유 길이 5 mm의 것을 10 질량％, (b) 영률 95 cN/dtex, 섬도 3 dtex, 섬유 길이 10 mm의 것을 35 질량％, (c) 영률 95 cN/dtex, 섬도 1.3 dtex, 섬유 길이 5 mm의 것을 10 질량％)로 구성된 단위 면적당 중량 13 g/m²의 섬유 집적체로 하고, 초지법으로 2층 구조의 섬유 집적체, 단위 면적당 중량 37.5 g/m²를 제작하였다. 그 후, 상기 섬유 집적체를 스티렌아크릴 중합체(유리 전이점 온도 Tg 30℃, 조막 온도 45℃)와 우레탄 중합체가 중량비로 3:1 비율로 혼합된 수지액 고형분 25％액에 함침한 후, 건조 열처리하여 단섬유 사이를 고정하여, 단위 면적당 중량 49.4 g/m², 두께 0.45 mm, 외관 밀도 0.11 g/cm³, 비강도 927 N·cm/g, 압력 손실 1.2 Pa, 0.3 내지 0.5 ㎛ 입자의 수집 효율15％의 부직포 시트를 제작하였다.

이 부직포 시트의 상류측에 코팅법으로 다공질 실리카와 아디프산디히드라지드를 포함하는 가스 흡착성 물질 B액을 고형분으로 32 g/m²으로 고착하였다. 다음으로 하류측 층에 아세트산 가스 제거를 상정한 산화아연과 탄산수소나트륨을 포함하는 가스 흡착성 물질 D액을 고형분으로 20 g/m²으로 코팅법으로 고착하고, 합계 단위 면적당 중량 101.5 g/m², 두께 0.44 mm, 외관 밀도 0.230 g/cm³, 비강도 434 N·cm/g, 압력 손실 2.3 Pa, 단위 면적당 중량 변동률 7％, 아세트알데히드 탈취율 81％, 아세트산 가스 제거율 91％로, 특히 하류층의 섬유 사이 거리를 작게 구획한 결과, 아세트산 가스 제거율이 높은, 복수의 가스 흡착성 물질이 층상으로 도포된 여과재를 얻었다.

다음으로, 이 여과재를 이용하여, 실시예 1과 동일 유닛을 제작하여, 유닛의 더스트 부하량을 상류측으로부터 더스트를 공급한 경우와 하류측에서 공급한 경우의 두 경우에서 구한 결과, 상류측 공급이 46 g/개, 하류측 공급이 30 g/개로, 명백히 조측으로부터 공급한 쪽이 보유 용량이 높은 것이었다.

또한, 이 여과재의 하류측에 일렉트릿 부직포 A(단위 면적당 중량 20 g/m², 평균 섬유 직경 2.4 ㎛, 압력 손실 28 Pa, 0.3 내지 0.5 ㎛ 입자의 수집 효율 η=95％, 두께 0.12 mm의 폴리프로필렌 멜트 블로우 부직포)를 접착 일체화하여, 미세 먼지도 수집 가능한 두께 0.56 mm의 고집진 여과재(압력 손실 30.4 Pa)를 제작하였다.

이 고집진 여과재를 이용하여, 실시예 1과 동일 유닛을 제작하여, 유닛 성능을 구한 결과, 압력 손실 53.6 Pa(구조 압력 손실 30 Pa), 0.3 내지 0.5 ㎛ 입자의 수집 효율 96％, JEMA1467 규격에 기초하는 가스 제거 효율이, 아세트알데히드 95％, 암모니아 72％, 아세트산 98％로, 특히 임계치가 높은 아세트알데히드와 아세트산 가스에 대하여 높은 제거율을 갖는, 저압력 손실의 고집진 탈취 HEPA 필터인 것을 확인할 수 있었다.

(실시예 7)

2층 구조의 부직포 시트를 제작하였다. 상류측은 실시예 4에서 이용한 섬유 집적체(단위 면적당 중량 24.5 g/m²)로 하고, 하류측은, 비권축의 비닐론 섬유(영률 250 cN/dtex, 섬도 17 dtex, 섬유 길이 12 mm의 것을 35 질량％), 비권축의 폴리에스테르 섬유((a) 영률 65 cN/dtex, 섬도 1.3 dtex, 섬유 길이 5 mm의 것을 30 질량％, (b) 영률 95 cN/dtex, 섬도 1.3 dtex, 섬유 길이 5 mm의 것을 35 질량％)로 구성된 단위 면적당 중량 30 g/m²의 섬유 집적체로 하고, 초지법으로 2층 구조의 섬유 집적체(단위 면적당 중량 54.5 g/m²)를 제작하였다. 그 후, 상기 섬유 집적체를 스티렌아크릴 중합체(유리 전이점 온도 Tg 30℃, 조막 온도 45℃)와 우레탄 중합체가 중량비 3:1 비율로 혼합된 수지액 고형분 20％액에 함침한 후, 건조 열처리하여 단섬유 사이를 고정하여, 단위 면적당 중량 66.5 g/m², 두께 0.52 mm, 외관 밀도 0.13 g/cm³, 비강도 1269 N·cm/g, 압력 손실 2.7 Pa의 부직포 시트를 얻었다. 0.3 내지 0.5 ㎛ 입자의 수집 효율은 21％였다.

이 부직포 시트의 상류측에만 활성탄과 제올라이트를 포함하는 가스 흡착성 물질 C액을 고형분으로 32 g/m²으로 코팅법으로 고착하여, 단위 면적당 중량 98.5 g/m², 두께 0.53 mm, 압력 손실 13.5 Pa, 외관 밀도 0.186 g/cm³, 비강도 672 N·cm/g, 단위 면적당 중량 변동률 7％, 아세트알데히드 탈취율 70％의 여과재를 제작하였다.

이 여과재를 이용하여, 실시예 1과 동일 유닛을 제작하여 JEMA 집진 효율을 구한 바 85％였다. 또한 JEMA1467 규격에 기초하여 가스 제거 효율을 구한 결과, 아세트알데히드 47％, 암모니아 82％, 아세트산 78％였다.

이 필터에 담배 연기를 일반 가정 1개월분 상당의 200개분 부하한 후, 물 세정을 행하고 건조한 후 JEMA 집진 효율을 구한 바 86％로 거의 변화가 없었다. 또한 가스 제거 효율도 아세트알데히드 43％, 암모니아 80％, 아세트산 74％로 초기 성능과 거의 동등한 성능을 발휘하여, 리사이클 가능한 공기 청정기용 필터 유닛인 것을 확인할 수 있었다.

극세 섬유의 일렉트릿 부직포가 포함되어 있지 않기 때문에 필터 유닛의 물빠짐도 좋기 때문에 건조 시간이 짧고 실용성이 높은 공기 청정기용 필터 유닛이었다.

(실시예 8)

실시예 1에서 이용한 비권축의 비닐론 섬유와 비권축의 폴리에스테르 섬유의 각각의 섬유 길이를 28 mm로 변경한 부직포 시트를 제작하고, 실시예 1에서 이용한 A액의 가스 흡착성 물질을 동량 부착시킨 여과재의 특성을 평가한 바, 두께 0.47 mm, 외관 밀도 0.179 g/cm³, 비강도 509 N·cm/g, 압력 손실 0.6 Pa, 0.3 내지 0.5 ㎛ 입자의 수집 효율 3％, 단위 면적당 중량 변동률 31％, 아세트알데히드 탈취율 45％였다. 실시예 1보다 단위 면적당 중량 변동률이 크기 때문에 아세트알데히드 탈취율이 낮아, 단위 면적당 중량 변동률이 탈취 성능 향상에 중요한 것을 확인할 수 있었다.

(실시예 9)

실시예 1에서 이용한 섬유 구성의 부직포 시트를 제작한 후, 야자 껍질 활성탄을 물 세정하여 pH 조정한 활성탄을 포함하는 G액의 가스 흡착성 물질을 부착시킨 pH 6.1의 여과재를 제작하였다. 또한 실시예 1의 여과재의 pH는 7.3이었다. 여과재의 아세트알데히드 탈취율은 83％로 실시예 1보다 높고, 유닛에서의 탈취율은 실시예 1에 비해 암모니아와 아세트산의 탈취율은 거의 변화가 없었지만 아세트알데히드의 탈취율은 89％로 향상되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한 필터로부터의 배기취를 관능 평가하면 실시예 1은 약한 활성탄 소재 냄새가 느껴졌지만, 본 실시예에서는 소재 냄새는 거의 느껴지지 않았다. 또한, 성형한 필터 유닛을 공기 청정기에 탑재하여 흡연실에 설치하고, 반년 후(담배 흡연 갯수 400개)에 필터로부터의 배출냄새를 관능 평가한 결과, 시큼한 악취가 실시예 1보다 약하여 보다 우수한 것을 확인할 수 있었다.

(비교예 1)

부직포 시트의 섬유 구성의 영향을 시험하기 위해서 실시예 1에서 이용한 부직포 시트의 섬유 구성을 다음과 같이 변경하여 여과재를 제작하였다. 권축이 있는 폴리에스테르 섬유((a) 영률 65 cN/dtex, 섬도 10 dtex, 섬유 길이 28 mm의 것을 50 질량％, (b) 영률 65 cN/dtex, 섬도 7 dtex, 섬유 길이 28 mm의 것을 50 질량％)을 카드에 통과시켜서 단위 면적당 중량 24.5 g/m²의 웹을 제작하고, 또한 이 섬유 집적체에 실시예 1과 동일 조건으로 수지를 부여하여, 단섬유 사이를 일체화한 부직포 시트(단위 면적당 중량 35 g/m², 두께 0.20 mm, 외관 밀도 0.18 g/cm³, 비강도 156 N·cm/g, 압력 손실 0.5 Pa)를 제작하였다.

이 부직포 시트에 가스 흡착성 물질로서 A액의 가스 흡착성 물질을 고형분으로 32 g/m²으로 함침 건조법으로 고착하여, 단위 면적당 중량 67.0 g/m², 두께 0.2 mm, 외관 밀도 0.335 g/cm³, 비강도 81 N·cm/g의 여과재를 제작하였다. 이 여과재의 단위 면적당 중량 변동률은 63％로 커서 단위 면적당 중량 불균일이 매우 큰 것이었다. 또한 아세트알데히드의 흡착율을 구한 바 14％로 낮은 것이었다. 압력 손실의 상승은 활성탄 도포전 0.5 Pa, 도포후 0.7 Pa로서 경미한 정도인데 단위 면적당 중량 불균일이 크기 때문에 아세트알데히드의 탈취율이 매우 낮은 것이었다.

이 여과재에 실시예 4에서 이용한 일렉트릿 부직포 B(단위 면적당 중량 30 g/m², 평균 섬유 직경 1.2 ㎛, 압력 손실 55 Pa, 0.3 ㎛ 내지 0.5 ㎛ 입자의 수집 효율 η=99.992, 두께 0.18 mm의 폴리프로필렌 멜트 블로우 부직포)를 접착 일체화하여 고집진 여과재를 제작하였다. 또한, 실시예 4와 동일 필터 유닛을 제작하여 동일 조건으로 성능 평가를 행한 바, 유닛의 압력 손실은 94.4 Pa(구조 압력 손실 51 Pa)로, 여과재가 부드럽기 때문에 풍압에 따른 여과재 변형에 의해 구조 압력 손실 발생이 크고, 또한 수집 효율도 99.967％로 HEPA 성능을 구비하는 것은 아니었다. 또한 JEMA1467 규격에 기초하여 가스 제거 효율을 구한 결과, 가스 흡착성 물질 A액을 사용했음에도 불구하고 단위 면적당 중량 변동률이 크기 때문에 아세트알데히드 13％, 암모니아 31％, 아세트산 33％로 모두 낮아, 고압력 손실 저탈취 성능의 필터 유닛이었다.

(비교예 2)

비권축의 폴리에스테르 섬유((a) 영률 65 cN/dtex, 섬도 10 dtex, 섬유 길이 10 mm의 것을 60 질량％, (b) 영률 95 cN/dtex, 섬도 3 dtex, 섬유 길이 10 mm의 것을 29 질량％), 펄프(19 질량％)으로 구성된 단위 면적당 중량 36.4 g/m²의 섬유 집적체를 제작하였다. 그 후, 상기 섬유 집적체를 스티렌아크릴 중합체(유리 전이점 온도 Tg 30℃, 조막 온도 45℃)와 우레탄 중합체가 중량비 3:1의 비율로 혼합된 수지액 고형분 30％액에 함침한 후, 건조 열처리하여 단섬유 사이를 고정하여, 단위 면적당 중량 52 g/m², 두께 0.43 mm, 외관 밀도 0.12 g/cm³, 비강도 317 N·cm/g, 압력 손실 1.4 Pa의 부직포 시트를 제작하였다.

이 부직포 시트에 가스 흡착성 물질로서 A액의 가스 흡착성 물질을 고형분으로 32 g/m²으로 함침 건조법으로 고착하여, 단위 면적당 중량 84 g/m², 두께 0.42 mm, 통기도 230 cm³/cm²·초, 외관 밀도 0.20 g/cm³, 비강도 135 N·cm/g, 압력 손실 2.5 Pa, 단위 면적당 중량 변동률 8％의 여과재를 제작하였다.

또한, 이 여과재에 실시예 4에서 이용한 일렉트릿 부직포 B(단위 면적당 중량 30 g/m², 평균 섬유 직경 1.2 ㎛, 압력 손실 55 Pa, 0.3 내지 0.5 ㎛ 입자의 수집 효율 η=99.992, 두께 0.18 mm의 폴리프로필렌 멜트 블로우 부직포)를 접착 일체화하여, 미세 먼지도 수집 가능한 두께 0.62 mm의 고집진 여과재(압력 손실 57.6 Pa)를 제작하였다.

이 고집진 여과재를 산높이 35 mm로 플리트 가공하고, 필터 크기가 폭 250 mm, 길이 450 mm, 두께 37 mm인 프레임 중에 수납하여 여과재 면적 2.0 m²의 필터 유닛을 제작하였다. 이 필터 유닛을 풍량 7 m³/분으로 유닛 압력 손실을 측정한 결과, 89.8 Pa(구조 압력 손실 45 Pa)로 구조 압력 손실 발생이 크고, 실시예 4의 유닛 압력 손실 68.1 Pa보다 대폭 커져 있는 것을 확인할 수 있었다. 이것은 영률이 높은 섬유의 혼합율이 적기 때문에 여과재 변형이 크기 때문이었다.

(비교예 3)

실시예 1에서 이용한 부직포 시트에 입경 55 ㎛의 활성탄 입자를 포함하는 F액을 실시예 1과 완전히 동일 조건으로 도포하였다. 활성탄의 입경이 55 ㎛로 크기 때문에 부직포 표면에의 부착이 많아 압력 손실도 높은 것이었다. 또한, 이 부직포 시트를 플리트 가공한 바, 활성체 입자가 여과재 표면을 조면화하기 때문에 마찰 저항이 커서 기기 내에서의 주행성이 원활하지 않고, 또한 활성탄 탈락도 매우 많아 실용성이 얻어지지 않았다.

(비교예 4)

경사 와이어 방식의 습식 초지 방법에 의해, 비권축의 비닐론 섬유(영률 320 cN/dtex, 섬도 7 dtex, 섬유 길이 10 mm의 것을 18 질량％), 비권축의 폴리에스테르 섬유(영률 65 cN/dtex, 섬도 1.3 dtex, 섬유 길이 5 mm의 것을 63 질량％), 펄프(19 질량％)으로 구성된 단위 면적당 중량 36.4 g/m²의 섬유 집적체를 제작하였다. 그 후, 상기 섬유 집적체를 스티렌아크릴 중합체(유리 전이점 온도 Tg 30℃, 조막 온도 45℃)와 우레탄 중합체가 중량비로 3:1 비율로 혼합된 수지액 고형분 30％액에 함침한 후, 건조 열처리하여 단섬유 사이를 고정하여, 단위 면적당 중량 52 g/m², 두께 0.29 mm, 외관 밀도 0.18 g/cm³, 압력 손실 4.8 Pa, 비강도 250 N·cm/g의 부직포 시트를 제작하였다.

이 부직포 시트에 가스 흡착성 물질로서 A액의 가스 흡착성 물질을 고형분으로 32 g/m²으로 함침 건조법으로 고착하여, 단위 면적당 중량 84 g/m², 두께 0.25 mm, 외관 밀도 0.336 g/cm³, 비강도 128 N·cm/g, 압력 손실 20 Pa, 단위 면적당 중량 변동률 10％, 아세트알데히드 탈취율 42％, 0.3 내지 0.5 ㎛ 입자의 수집 효율 30％의 여과재를 제작하였다.

섬유 구성에 있어, 7 dtex 이상의 섬유 배합율이 18％로 골격 섬유의 배합율이 적고, 또한 영률이 65 cN/dtex으로 1.3 dtex의 부드럽고 가는 섬유가 63％로 많기 때문에, 부직포 시트로서는 두께가 0.29 mm로 얇고 외관 밀도가 0.18 g/cm³로 높은 것으로 되었다. 이러한 부직포 시트에 가스 흡착성 물질을 부착시킨 결과, 여과재의 외관 밀도가 0.336 g/cm³로 높아지고, 압력 손실도 눈막힘 결과로 20 Pa로 매우 높아져서, 아세트알데히드 탈취율이 42％로 낮은 것이 되었다. 아세트알데히드 탈취 효율을 높게 유지하기 위해서는 부직포 섬유 시트의 외관 밀도를 낮게 유지하는 섬유 구성이 중요한 것을 확인할 수 있었다.

(비교예 5)

실시예 1에서 이용한 부직포 시트의 아세트알데히드 제거율을 평가한 바 1％였다. 섬유만으로는 높은 제거율이 얻어지지 않는 것을 확인할 수 있었다.

(비교예 6)

고영률의 섬유로서 유리 섬유(영률 326000 cN/dtex, 섬도 3 dtex, 섬유 길이 5 mm의 것을 50 질량％)와 비권축의 폴리에스테르 섬유(영률 65 cN/dtex, 섬도 1.3 dtex, 섬유 길이 5 mm의 것을 31 질량％), 펄프 19％를 이용한 부직포 시트를 제작하여, 탈취제를 부착한 여과재를 얻었다. 비강도도 높고 강성이 높은 여과재인데, 표면에 유리 섬유가 보푸라기 형성되는 안전상의 문제가 있었다. 플리트 가공성을 평가하기 위해서 로터리 방식으로 플리트 가공을 행한 바, 줄무늬 형성부에서 파단하고 파단부로부터 깨어진 유리 섬유가 비산되고, 안전상으로도, 가공 적합성상에서도 문제가 있어 사용할 수 없는 여과재였다.

(비교예 7)

고영률의 섬유로서 아라미드 섬유(영률 4400 cN/dtex, 섬도 3 dtex, 섬유 길이 10 mm의 것을 50 질량％)와 비권축의 폴리에스테르 섬유(영률 65 cN/dtex, 섬도 1.3 dtex, 섬유 길이 5 mm의 것을 31 질량％)와 펄프 19 질량％로 이루어지는 섬유를 고해기에 걸어 섬유의 분산을 실시한 바, 펄프 이외에 아라미드 섬유도 피브릴화하여 눈막힘된 섬유 집적체가 제작되었다. 이것에 수지 함침을 행하여 부직포 시트를 얻었지만 압력 손실이 높은 것이었다. 이것에 탈취제를 부착한 여과재는, 추가로 표면에서 눈막힘되어 압력 손실이 대폭 상승하여, 유닛 성능도 탈취율도 낮은 것으로 되었다. 섬유 사이를 폐색하기 쉬운 아라미드 섬유는 적합하지 않은 것을 알 수 있었다.

(비교예 8)

고영률의 섬유로서 권축이 있는 비닐론 섬유(영률 80 cN/dtex, 섬도 1.7 dtex, 섬유 길이 10 mm의 것을 50 질량％)와 통상적 영률의 권축이 있는 폴리에스테르 섬유(영률 65 cN/dtex, 섬도 7 dtex, 섬유 길이 28 mm의 것을 31 질량％)와 펄프 19 질량％로 이루어지는 부직포 시트를 제작하였다. 권축이 있기 때문에 섬유 밀도가 낮고 부피가 큰 시트가 얻어졌지만 비강도는 낮은 것이었다. 탈취제를 부착한 여과재의 비강도도 100 N·cm/g으로 낮아 신장되기 쉬운 여과재였다. 또한 권축이 있었기 때문에 단위 면적당 중량 변동률이 32％로 커서 섬유의 분산성이 나빴던 것을 알 수 있었다. 이것에 대전 가공 부직포를 적층한 여과재를 이용하여 유닛을 제작하여 성능을 평가한 바, 압력 손실이 높고, 탈취 성능도 낮은 것이었다. 이것은 비강도가 낮기 때문에 풍압으로 여과재가 변형되어 공기가 균일하게 흐르지 않는 곳이 생겨 큰 구조 압력 손실이 발생한 것, 또한 그 결과 수집 효율이 저하되어, 단위 면적당 중량 변동률도 크기 때문에 유속이 빠른 곳이 생겨 탈취 효율이 낮아진 것을 알 수 있었다.

이 결과로부터, 높은 탈취성을 얻기 위해서는, 비권축사를 이용하여 높은 비강도와 단위 면적당 중량 균일성을 실현하는 것이 필요한 것을 알 수 있었다.

또한, 상기 실시예, 비교예의 조건, 평가 결과를 표 1 내지 7에 통합하여 나타낸다. 표 1 및 2는 섬유 집적체의 구성 섬유를 나타내고, 표 3 내지 표 6은 부직포 시트, 여과재 및 필터 유닛의 구성 및 특성을 나타내고, 표 7은 실시예, 비교예에서 이용한 일렉트릿 부직포의 구성을 나타낸다.

<산업상 이용가능성>

본 발명의 여과재 및 필터 유닛은, 예를 들면 가정용 공기 청정기 필터(특히 가전 기기용 필터 유닛)로서 바람직하게 사용할 수 있는데, 그외에도, 빌딩·공장용 공기 조절용 필터, 주택용 24시간 환기용 필터, 병원용 필터, 차량 탑재용 필터 등의 기계나 기기류에 바람직하게 사용할 수 있다.

Claims

단섬유 사이가 고정된 유기 섬유를 주체로 하는 부직포 시트에 평균 입경 40 ㎛ 이하의 가스 흡착성 물질이 부착되어 이루어지고, 외관 밀도가 0.3 g/cm³ 이하, 1％ 신장시의 비강도가 150 N·cm/g 이상인 것을 특징으로 하는 여과재.
제1항에 있어서, 상기 부직포 시트는 영률이 80 cN/dtex 이상인 비권축의 단섬유를 섬유 전체 질량의 50％ 이상의 비율로 포함하고, 섬도가 7 dtex 이상인 비권축의 단섬유를 섬유 전체 질량의 20％ 이상의 비율로 포함하고, 또한 외관 밀도가 0.17 g/cm³ 이하인 것을 특징으로 하는 여과재.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 부직포 시트가 조밀 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 여과재.
제3항에 있어서, 상기 조밀 구조를 갖는 부직포 시트는 0.3 내지 0.5 ㎛ 입자의 수집 효율이 5 내지 50％의 범위 내인 것을 특징으로 하는 여과재.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 단위 면적당 중량 변동률이 25％ 이하인 것을 특징으로 하는 여과재.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 가스 흡착성 물질이 여과재 두께 방향으로 층상으로 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 여과재.
제1항 내지 제6항에 있어서, 상기 가스 흡착성 물질이 활성탄이고, 이것을 부착시킨 여과재의 pH가 4.5 내지 7.5인 것을 특징으로 하는 여과재.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 흡착성 물질이 다공질 실리카와 디히드라지드 화합물을 포함하는 혼합 물질 및/또는 활성탄과 디히드라지드 화합물을 포함하는 혼합 물질인 것을 특징으로 하는 여과재.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 흡착성 물질이 산화아연과 탄산수소나트륨을 포함하는 혼합 물질인 것을 특징으로 하는 여과재.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 흡착성 물질이 수용성의 수지로 상기 부직포 시트에 고착되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 여과재.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 여과재에 일렉트릿 부직포가 일체적으로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 고집진 여과재.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 여과재 또는 제11항에 기재된 고집진 여과재를 이용하여 이루어지는 필터 유닛.