KR20110004424A

KR20110004424A - 개선된 먼지 로딩 용량 및 다습 환경에 대한 개선된 저항을 갖는 공기 여과 매체

Info

Publication number: KR20110004424A
Application number: KR1020107024866A
Authority: KR
Inventors: 쳉-항 치; 현 성 임; 루 장
Original assignee: 이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니
Priority date: 2008-04-07
Filing date: 2009-04-07
Publication date: 2011-01-13
Also published as: CN101983097B; JP5619723B2; US8282712B2; US20090249956A1; CN101983097A; WO2009126605A2; JP2011516261A; EP2259860A2; KR101700455B1; EP2259860B1; WO2009126605A3; BRPI0906535A2

Abstract

난방, 환기 및 공조 시스템에 사용되는 공기 필터에서의 사용을 위한 여과 매체가 개시된다. 매체는 1 ㎛ 미만의 직경을 갖는 섬유들의 적어도 하나의 나노섬유 층 및 적어도 하나의 상류측 층을 포함하고, 매체는 사용 동안에 매체를 가로지른 효율 손실 및 압력 손실이 최소화되게 하기에 충분한 먼지 입자 보유 용량을 갖는다.

Description

개선된 먼지 로딩 용량 및 다습 환경에 대한 개선된 저항을 갖는 공기 여과 매체{AIR FILTRATION MEDIUM WITH IMPROVED DUST LOADING CAPACITY AND IMPROVED RESISTANCE TO HIGH HUMIDITY ENVIRONMENT}

본 발명은 가스 스트림으로부터 미립자 물질을 여과하기 위한 공기 여과 매체에 관한 것이다.

기체상(gas phase) 여과는 전통적으로, 랜덤하게 배향된 섬유의 저효율, 중효율 또는 고효율 섬유질 여과층을 포함하는 저효율, 중효율 및 고효율 주름형성가능(pleatable) 복합 필터 매체; 및 복합 필터 매체가 주름지게 할 수 있고 그의 형상을 유지할 수 있게 하는 하나 이상의 투과성 보강층에 의해 달성되었다. 그러한 여과 장치는 차량 객실 공기 필터, 고성능 엔진 공기 필터 및 엔진 오일 필터로서 역할한다. 미국냉동공조공학회(ASHRAE; American Society of Heating Refrigeration and Air Conditioning Engineers) 주름형성가능 필터 등은 전형적으로 주름형(pleated) 고효율 여과 매체를 여과 요소용으로 사용한다.

현재, 이들 여과 장치에 통상적으로 사용되는 주름형 고효율 매체는 ASHRAE 필터 매체 또는 종이 제품으로부터 제조된다. 이들 종이 제품은 섬유, 예컨대 유리 또는 셀룰로오스 섬유가 수성 결합제 슬러리 내에 분산되고 수성 결합제 슬러리가 교반되어 섬유들이 완전히 그리고 랜덤하게 서로 혼합되게 하는 웨트-레이드(wet-laid) 기술에 의해 제조된다. 이어서, 섬유는 포드리니어(Fourdrinier) 기계 또는 로토포머(Rotoformer) 기계에서처럼 수성 결합제 슬러리로부터 종래의 제지 스크린 또는 와이어 상으로 침착되어, 결합제 수지, 예컨대 페놀 수지를 포함하는 무광택 종이(matted paper)를 형성한다. 그러한 종이로부터 제조된 주름형 필터 요소는 고효율을 나타낼 수 있다. 그러나, 높은 압력 강하를 나타낸다.

이들 여과 응용에 정전기적으로 대전된 합성 필터 매체가 또한 사용되며, 이들은 적어도 그들의 초기 대전 상태에서 매우 높은 여과 대 압력 강하 성능 특성을 얻을 수 있다. 정전기적으로 향상된 공기 필터 매체 및 웨트 레이드 공정에 의해, 보다 구체적으로는 유리 섬유의 사용에 의해 제조된 매체는 현재 한계를 갖는다. 미국 특허 제4,874,659호 및 제4,178,157호에 기술된 바와 같은 정전기적으로 처리된 멜트블로운(meltblown) 필터 매체는 초기에는 잘 작용하지만, 매체가 입자를 포획하기 시작하여서 정전하가 절연되어짐에 따라 먼지 로딩(dust loading)으로 인해 사용 중 여과 효율을 급격히 상실한다. 게다가, 미립자의 효과적인 포획은 정전하에 기초하기 때문에, 그러한 필터의 성능은 공기 습도에 의해 크게 영향을 받아, 전하 소산(charge dissipation)을 야기한다.

마이크로 유리 섬유 및 마이크로 유리 섬유를 함유한 블렌드를 사용하는 여과 매체는 전형적으로 화학적 공격에 대한 상당한 저항 및 비교적 작은 다공도(porosity)를 갖는, 직조 또는 부직 구조로 배열된 작은 직경의 유리 섬유를 함유한다. 그러한 유리 섬유 매체는 다음의 미국 특허에 개시되어 있다: 스미스(Smith) 등의 미국 특허 제2,797,163호; 와고너(Waggoner)의 미국 특허 제3,228,825호; 락젝(Raczek)의 미국 특허 제3,240,663호; 영(Young) 등의 미국 특허 제3,249,491호; 보덴도르펫(Bodendorfet) 등의 미국 특허 제3,253,978호; 아담스(Adams)의 미국 특허 제3,375,155호; 및 퓨스(Pews) 등의 미국 특허 제3,882,135호. 마이크로 유리 섬유 및 마이크로 유리 섬유를 함유한 블렌드는 전형적으로 주름질 때 비교적 부서지기 쉬워, 바람직하지 않은 수율 손실을 일으킨다. 부서진 마이크로 섬유 유리는 또한 마이크로 유리 섬유를 함유한 필터에 의해 공기 중으로 방출될 수 있어, 마이크로 유리가 흡입되는 경우에 잠재적 건강 위험을 초래할 수 있다.

공기 여과 매체에 사용되는 부직 웨브가 개시되었다. 듀폰(DuPont)의 미국 특허 출원 공개 제2006/0137317(A1)호에서, 공기 필터를 위한 2층 스크림-나노섬유(scrim-nanofiber)(SN) 구조로 이루어진 여과 매체가 청구되고 있다.

SN 매체는 양호한 유속(flux)/장벽 특성(즉, 고효율 및 낮은 압력 강하)을 제공한다. 그러나, 먼지-로딩 용량은 필터가 매우 작은 먼지 입자를 겪게 되는 소정의 산업 HVAC 응용에서 원하는 값보다 작으며, 이는 HVAC 시스템이 고효율의 최종 필터 전방에 보다 낮은 효율의 사전 필터(pre-filter)를 구비하도록 설계 및 구성될 때 일어날 수 있다. SN 구조에서, 스크림은 전형적으로 크기가 약 5 마이크로미터보다 큰 입자를 사전 여과해낼 수 있는 14 내지 30 마이크로미터의 섬유 직경의 부직 웨브로 제조된다. 나머지 입자는 얇은 나노섬유 층에 도달하여, 빠르게 기공을 채우고, 필터를 막는다. 결과적으로, 필터 저항이 급속히 증가하여서, 필터 수명을 단축시킨다. 스크림 층의 평량 및 두께를 증가시킴으로써 먼지-로딩 용량을 증가시키려는 시도가 이루어졌지만, 그 결과는 더욱 요구가 많은 상황에 대해 여전히 불만족스럽다.

문제를 더욱 복잡하게 하는 것은 유입 공기의 습도가 높을 때, 필터 매체의 나노섬유 층 상에 로딩된 먼지가 습기를 흡수하여 팽창될 수 있다는 것이다. 높은 백분율의 대기 에어로졸이 특성 면에서 흡습성(hydroscopic)인 것은 널리 알려져 있다. 이는 나머지 기공 크기를 더욱 감소시키고, 추가적인 유동 제약 및 필터를 가로지른 증가된 압력 강하를 야기한다. 이러한 압력 강하의 급격한 증가는 HVAC 시스템에 상당한 문제를 야기할 수 있다.

도날드슨(Donaldson)에게 허여된 미국 특허 제6521321호는 적어도 6 내지 7개의 조대(coarse) 섬유 웨브 및 미세 섬유 웨브를 구배-구조(gradient-structure) 매체(예컨대, SNSNSN)로 교대로 적층함으로써 공기 필터의 수명을 연장시키려고 시도한다. 요구되는 적층의 개수는 이러한 접근법을 경제적으로 매력적이지 않게 한다.

밀리포어 코포레이션(Millipore Corporation)의 미국 특허 제7125434호는 생물의약(biopharmaceutical) 유체를 여과하기 위해 3개의 재료 구역으로 이루어진 딥 구배-밀도(deep gradient-density) 필터를 사용하려고 시도한다. 이 필터는 적어도 1.27 ㎝(0.5 인치)의 깊이를 갖고, 액체 여과를 위해 설계된다. 이 두께는 주름형 공기 여과 용도에 대해서는 금지된다.

따라서, 공조 목적 및 환기 목적 둘 모두를 위한 공기의 정화에 대해, 지금까지 생산된 공기 여과 매체 및 공기 필터는 소정의 제한된 먼지 보유 용량을 갖는다. 높은 먼지 용량 필터는 비경제적이거나 또는 이 응용에 적합하지 못하다. 사용 일수 또는 차압에 의하여 표현될 수 있는 소정 한계에 도달된 후, 매체는 교체되어야 한다. 결과적으로 먼지 보유 용량은 공기 필터를 통과하는 소정량의 공기에 대한 하한(lower limit) 및 결과적으로 그의 유효 수명(service life)의 말기에 도달되기 전에 공기 필터가 수용할 수 있는 먼지의 최대량에 따라 측정된다.

매체 설계의 목적은 수용가능한 여과 효율의 조건 하에서 최대 먼지 저장 용량 및 이에 따른 유효 수명을 달성하는 것이다. 그러나, 한편으로는 효율 그리고 다른 한편으로는 유효 수명이 서로 부정적으로 상관되기 때문에, 설치된 필터의 크기가 단순히 증가되지 않는 한, 단일의 균질한 플라이(ply) 매체의 경우에 효율을 희생하여 유효 수명의 증가를 달성할 수 있을 뿐이다. 그러나, 크기는 비용 증가에 의해 제한되지만, 더 특별하게는 한정된 설치 공간에 의해서 또한 제한되어, 예를 들어 주름형 패널 필터의 경우에, 절첩부의 개수가 필요한 정도로 증가될 수 없게 한다.

개선책으로서, 패널 필터 내의 함침된 종이의 주름은 예를 들어 유입측에서, 먼지의 일부분을 보유하거나 또는 입자의 운동 에너지를 적어도 감소시켜 유효 수명의 증가가 있도록 하는 폼(foam) 재료 플라이로 덮일 수 있다. 그러나, 이 방법은 생산 기술에 관하여 상당한 단점을 수반하는데, 그 이유는 패널의 생산 후 추가의 가공 단계에서 예를 들어 고온 용융 접착제의 비드(bead)를 사용하여 폼 재료의 층이 주름형 패널에 접합되어야 하기 때문이다.

내연 기관에 대해서는, 합성 섬유로부터 생산되어 필터를 통한 유동 방향으로 점차 더 치밀해지는 구배 필터가 또한 채용된다. 이 경우에, 조대 입자는 표면에서 분리되고, 미세 입자는 필터 내에 더 깊이 침착된다. 여기서의 단점은 주어진 양의 설치 공간에 대해 실질적으로 적은 주름들이 포함될 수 있다는 것이다. 그러나, 이는 충격 또는 유입 유동 속도를 증가시키는데, 이와 연관된 모든 단점들은 다음과 같다: 본질적으로 보다 높은 유동 속도로 인해 필터 내에서 압력 손실이 더 높아지는 것 및 요구되는 먼지량이 보다 작은 필터 영역 상에 침착되어 이 경우에 비(specific) 먼지 저장 용량이 수 배 더 높아야 하는 것. 부가적으로, 그러한 필터 매체는 현재의 생산 시스템의 완전한 변경을 필요로 하게 하는데, 그 이유는 종래의 고온 용융 기술을 사용하여서는 주름의 단부의 밀봉이 더 이상 가능하지 않기 때문이다. 실제로, 그러한 매체의 경우에 벨로우즈-유사 절첩부가 플라스틱 프레임 내에 사출 성형 방법으로 직접 사출 - 비교적 수반되는 것임 - 된다.

예를 들어 공조 및 환기 응용을 위해 유효 수명을 연장시키기 위한 다른 현재의 방법이 독일 실용신안 공보 제9,218,021.3호에 또는 유럽 특허 공보 제0 687 195호에 또한 기술되어 있다. 여기에서, 효율을 결정하는 멜트블로운 마이크로-섬유 부직 재료의 미세 필터층이 유입측에서 조대 필터층으로 덮여, 먼지 보유 용량이 증대되게 한다. 여기에서 단점은 주름형성가능 설계에 대해, 기계적 강도(보다 구체적으로는 강성(stiffness))를 제공하여 주름형 구조체가 자립식(self-supporting)이도록 하는 제3 층이 일반적으로 필요하다는 것이다.

멜트블로잉의 원리가 웬트, 반 에이.(Wente, Van A.)에 의해 문헌["Superfine Thermoplastic Fibers" in Industrial Engineering Chemistry, Vol. 48, pages 1342-1346]에서 기술되었다. 가스 또는 공기 여과 각각에서, 일반적으로 멜트블로운 층은 1 ㎛ 내지 10 ㎛의 직경 또는 통상적으로 다소 그 아래의 직경을 갖는 미세 섬유로 인해 그리고 종종 인가되는 일렉트릿 전하(electret charge)로 인해 고효율 분리 필터층으로서 역할하며, 예를 들어 유럽 특허 공보 제0 687 195호, 독일 실용신안 공보 제9,218,021호 또는 독일 특허 공보 제19,618,758호에 기술되어 있는데, 미세한 멜트블로운 층은 항상 유출측에서 (제2 필터층으로서) 채용된다. 유입 유동측의 지지 재료는 심층 여과(depth filtration)의 관점에서 먼지 저장 수단으로서 역할하고, 멜트블로운 층은 미세 먼지 필터의 관점에서 제2 필터 스테이지로서 역할한다. 유입 유동이 "잘못된 측"에 있는 상태에서, 즉 멜트블로운 측이 상류측에 있는 상태에서 먼지 시험이 수행되면, 초기 분리도는 다소 동일할 것이지만, 먼지 입자 저장 용량은 저하되는데, 즉 멜트블로운 층 표면을 갖는 유입측에서 압력 손실을 증가시키는 바람직하지 않은 필터 케이크(cake)가 형성된다.

독일 특허 공보 제4,443,158호는 유입측의 멜트블로운 층을 갖는 그러한 구조를 기술하는데, 멜트블로운 재료의 극히 높은 분리력은 높은 정도의 표면 여과로 이어지는 반면에, 지지 재료는 순전히 기계적 기능을 수행한다. 여기에서의 멜트블로운 층은 효율 증가를 유발하지만, 동시에 극히 개방된 기공들을 갖는 제2 층에 비해 유효 수명의 단축을 유발한다.

미국 특허 제6,315,805호에서는, 전통적인 필터 종이의 유입측에 사용될 때, 특정 설계에 따라 유효 수명을 실질적으로, 즉 대략 30 내지 300% 초과만큼 증가시키는 극히 조대한, 개방된, 예컨대 보풀보풀한(fluffy) 멜트블로운 부직 재료가 생성될 수 있는 것이 개시되었다. 이와 관련하여, 자체적으로 멜트블로운 층 내에 매립되고 실질적으로 더 느슨한 구조를 취하며 따라서 보다 작은 압력 손실을 야기하는 종이의 유입측에서의 필터 케이크의 형성이라는 문제에 비하면 멜트블로운 부직 재료가 진정한 여과 기능을 수행하는 문제는 덜한 것이다. '805 특허는 이 목적을 위해 10 ㎛ 초과 또는 심지어 15 ㎛ 초과의 섬유 직경을 선택하는 것을 개시한다.

비교적 높은 오물-보유 및/또는 공기 오염물질 용량과 비교적 낮은 압력 강하를 나타내는 이들 여과 응용을 위한 비교적 저비용 고효율의 필터 매체뿐만 아니라, 비교적 높은 오물-보유 용량 및 비교적 낮은 압력 강하를 나타내는 저효율 및 중효율 필터 매체를 제공할 필요성이 여전히 남아 있다.

본 발명의 하나의 목적은 효율의 어떠한 상당한 변화도 없이 그리고 필터 매체의 두께의 어떠한 큰 증가도 없이 먼지 보유 용량이 증가되게 할 수 있는 필터 매체 및 공기 필터를 제공하는 것이다.

본 발명의 필터 매체는 하나가 나노섬유 웨브인 적어도 2개의 부직 층과, 나노섬유 웨브와 대면 관계로 있는 제2 상류측 부직 층을 포함한다. 필터 매체는 1 마이크로미터 미만의 수평균(number average) 섬유 직경을 갖는 나노섬유 웨브와, 나노섬유 웨브와 대면 관계로 있는 상류측 마이크로섬유(microfiber) 웨브 층을 포함하며, 여기서 나노섬유 웨브의 평균 유동 기공 크기(mean flow pore size)에 대한 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는 약 1 내지 약 10, 바람직하게는 약 1 내지 약 8, 더 바람직하게는 약 1 내지 약 6이다.

다른 실시 형태에서, 필터 매체는 1 마이크로미터 미만의 수평균 섬유 직경을 갖는 나노섬유 웨브와, 나노섬유 웨브와 대면 관계로 있는 상류측 마이크로섬유 웨브 층을 포함하며, 여기서 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기는 약 12 내지 약 40 마이크로미터, 바람직하게는 약 15 내지 약 25 마이크로미터, 더 바람직하게는 약 18 내지 약 22 마이크로미터이다.

또 다른 실시 형태에서, 필터 매체는 1 마이크로미터 미만의 수평균 섬유 직경을 갖는 나노섬유 웨브와, 나노섬유 웨브와 대면 관계로 있는 상류측 마이크로섬유 웨브 층을 포함하며, 여기서 시도되는 입자(challenge particle)의 질량 평균 직경에 대한 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는 매체가 이 입자 크기의 입자와의 충돌시 50% 내지 99.97%의 효율을 가질 때 약 50 내지 약 154이다.

본 발명의 하나의 실시 형태에서, 상류측 층의 평량은 약 5 gsm, 바람직하게는 10 gsm, 더 바람직하게는 15 gsm 또는 30 gsm 초과일 수 있다.

상류측 층의 효율은 약 50% 초과, 바람직하게는 약 55% 초과, 더 바람직하게는 약 60% 초과일 수 있다.

상류측 층은 또한 멜트블로운 중합체 웨브를 포함할 수 있다.

나노섬유 웨브는 일렉트로블로잉(electroblowing), 전기 방사(electrospinning), 원심 방사(centrifugal spinning) 및 멜트블로잉(melt blowing)으로 이루어진 군으로부터 선택된 방법에 의해 제조되는 부직 웨브를 포함할 수 있다. 매체는 나노섬유 웨브 또는 상류측 층과 접촉하는 스크림 지지층을 추가로 포함할 수 있다.

본 발명은 또한, 1 마이크로미터 미만의 수평균 섬유 직경을 갖는 나노섬유 웨브와, 나노섬유 웨브와 대면 관계로 있는 상류측 마이크로섬유 웨브 층을 포함하는 매체 - 여기서 나노섬유 웨브의 평균 유동 기공 크기에 대한 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는 약 1 내지 약 10임 - 를 통해 공기를 통과시키는 단계를 포함하는 공기 여과 방법에 관한 것이다.

다른 실시 형태에서, 공기 여과 방법은, 1 마이크로미터 미만의 수평균 섬유 직경을 갖는 나노섬유 웨브와, 나노섬유 웨브와 대면 관계로 있는 상류측 마이크로섬유 웨브 층을 포함하는 매체 - 여기서 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기는 약 12 내지 약 40 마이크로미터, 바람직하게는 약 15 내지 약 25 마이크로미터, 더 바람직하게는 약 18 내지 약 22 마이크로미터임 - 를 통해 공기를 통과시키는 단계를 포함한다.

공기 여과 방법은 또한, 1 마이크로미터 미만의 수평균 섬유 직경을 갖는 나노섬유 웨브와, 나노섬유 웨브와 대면 관계로 있는 상류측 마이크로섬유 웨브 층을 포함하는 매체 - 여기서 입자 크기에 대한 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는 매체가 이 입자 크기의 입자와의 충돌시 50% 내지 99.97%의 효율을 가질 때 약 50 내지 약 154임 - 를 통해 공기를 통과시키는 단계를 포함할 수 있다.

입자 크기에 대한 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는 매체가 이 입자 크기의 입자와의 충돌시 50% 내지 99.97%의 효율을 가질 때 약 57 내지 약 96일 수 있다.

더욱이, 입자 크기에 대한 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는 매체가 이 입자 크기의 입자와의 충돌시 50% 내지 99.97%의 효율을 가질 때 약 69 내지 약 85일 수 있다.

본 방법의 하나의 실시 형태에서, 상류측 층의 평량은 약 5 gsm, 바람직하게는 10 gsm, 더 바람직하게는 15 gsm 또는 30 gsm 초과일 수 있다.

본 방법의 상류측 층의 효율은 약 50% 초과, 바람직하게는 약 55% 초과, 더 바람직하게는 약 60% 초과일 수 있다.

본 방법의 상류측 층은 멜트블로운 중합체 웨브를 포함할 수 있다.

본 방법의 나노섬유 웨브는 일렉트로블로잉, 전기 방사, 원심 방사 및 멜트블로잉으로 이루어진 군으로부터 선택된 방법에 의해 제조되는 부직 웨브를 포함할 수 있다. 매체는 나노섬유 웨브 또는 상류측 층과 접촉하는 스크림 지지층을 추가로 포함할 수 있다.

<도 1>
도 1은 실시예들의 압력 강하의 증가를 평균 유동 기공 크기 비(ratio)의 함수로서 도시하는 도면.
<도 2>
도 2는 실시예들의 압력 강하의 증가를 상류측 웨브의 평균 유동 기공 크기의 함수로서 도시하는 도면.
<도 3>
도 3은 실시예들 및 비교예들의 압력 강하의 증가를 여과 시간의 함수로서 도시하는 도면.

정의

"스크림"은 지지층이고, 필터 매체가 접합, 부착 또는 라미네이팅될 수 있는 임의의 구조체일 수 있다. 유리하게는, 본 발명에 유용한 스크림 층은 스펀본드(spunbond) 부직 층이지만, 부직 섬유의 카디드(carded) 웨브, 멜트블로운 부직 층, 직조 천, 네트(net) 등으로부터 제조될 수 있다. 일부 필터 응용에 유용한 스크림 층은 주름 형상을 유지하기에 충분한 강성을 필요로 한다. 본 발명에 사용되는 바와 같은 스크림은 매체의 먼지 보유 구조체와 간섭되지 않기에 충분한 개방된 구조를 가져야 한다.

"부직포"라는 용어는 다수의 섬유들을 포함한 웨브를 의미한다. 섬유는 서로 접합되거나 접합되지 않을 수 있다. 섬유는 스테이플(staple) 섬유 또는 연속 섬유일 수 있다. 섬유는 단일 재료, 또는 상이한 섬유들의 조합으로서 또는 각각 상이한 재료들로 구성된 유사한 섬유들의 조합으로서 다수의 재료를 포함할 수 있다.

2개 이상의 웨브가 "대면 관계"에 있다는 것은 임의의 하나의 웨브의 표면이 하나 이상의 다른 웨브의 표면에 본질적으로 평행하게 그리고 웨브 표면들이 적어도 부분적으로 중첩하는 방식으로 위치되는 것을 의미한다. 웨브들은 서로 접합될 필요는 없지만, 그들은 표면 또는 에지의 적어도 일부분에 걸쳐 서로 부분적으로 또는 완전히 접합될 수 있다.

본 명세서에 사용되는 바와 같은 "나노섬유 웨브" 및 "나노웨브"라는 용어는 동의어이다.

본 발명의 실시 형태들에 유용한 부직 섬유질 웨브는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 탄성중합체, 폴리에스테르, 레이온, 셀룰로오스, 나일론의 섬유들, 및 그러한 섬유들의 블렌드를 포함할 수 있다. 부직 섬유질 웨브에 대해 다수의 정의가 제안되었다. 섬유는 통상적으로 스테이플 섬유 또는 연속 필라멘트를 포함한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "부직 섬유질 웨브"는 비교적 평탄하고 가요성이며 다공성인 대체로 평면인 구조체를 정의하도록 그의 포괄적 의미로 사용되고, 스테이플 섬유 또는 연속 필라멘트로 구성된다. 부직포의 상세한 설명에 대해서는, 문헌["Nonwoven Fabric Primer and Reference Sampler" by E. A. Vaughn, ASSOCIATION OF THE NONWOVEN FABRICS INDUSTRY, 3d Edition (1992)]을 참조하라. 부직포는 상업에서 잘 알려져 있는 그러한 제품과 같이 카디드, 스펀본디드, 웨트 레이드, 에어 레이드(air laid) 및 멜트블로운될 수 있다.

부직 천의 예에는 멜트블로운 웨브, 스펀본드 웨브, 카디드 웨브, 에어-레이드 웨브, 웨트-레이드 웨브, 스펀레이스드(spunlaced) 웨브, 및 하나보다 많은 부직 층을 포함한 복합 웨브가 포함된다.

본 명세서에 사용되는 바와 같은 "나노섬유"라는 용어는 약 1000 ㎚ 미만, 심지어 약 800 ㎚ 미만, 심지어 약 50 ㎚ 내지 500 ㎚, 심지어 약 100 내지 400 ㎚의 수평균 직경을 갖는 섬유를 지칭한다. 비원형 단면의 나노섬유의 경우, 본 명세서에 사용되는 바와 같은 "직경"이라는 용어는 최대 단면 치수를 지칭한다.

필터 매체의 여과 특성이 측정되는 실험 조건은 실시예들로부터 가장 잘 이해된다. 그러나, 본 명세서에 달리 특정되지 않는 한, 여과 데이터는 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량, 및 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸의 0.5시간의 연속적인 로딩에 처해지는 시험으로부터 취해진다. 시험의 시작시 여과 효율 및 초기 압력 강하가 측정되고, 시험의 종료시 최종 압력 강하가 측정된다. 최종 압력 강하로부터 초기 압력 강하를 빼서 압력 강하 증가가 계산된다.

본 발명의 필터 매체는 하나가 나노섬유 웨브인 적어도 2개의 부직 층과, 나노섬유 웨브와 대면 관계로 있는 제2 상류측 부직 층을 포함하며, 여기서 나노섬유 웨브의 평균 유동 기공 크기에 대한 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는 약 1 내지 약 10, 바람직하게는 약 1 내지 약 8, 더 바람직하게는 약 1 내지 약 6이다.

다른 실시 형태들에서, 나노웨브 층에 대한 마이크로웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는 바람직하게는 나노웨브의 기공 크기에 의해 제어될 수 있는 매체의 요구되는 전체 효율에 관계된다. 예를 들어, 매체의 다른 실시 형태들에서, 나노섬유 웨브의 평균 유동 기공 크기에 대한 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는 매체가 약 60% 초과의 효율을 가질 때 약 1 내지 약 3이다. 나노섬유 웨브의 평균 유동 기공 크기에 대한 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는 매체가 약 70% 초과의 효율을 가질 때 약 2 내지 약 4이다. 나노섬유 웨브의 평균 유동 기공 크기에 대한 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는 매체가 약 80% 초과의 효율을 가질 때 약 4 내지 약 6이다.

본 발명의 매체는 또한 상류측 매체의 기공 크기에 의해 규정될 수 있다. 예를 들어, 필터 매체는 1 마이크로미터 미만의 수평균 섬유 직경을 갖는 나노섬유 웨브와, 나노섬유 웨브와 대면 관계로 있는 상류측 마이크로섬유 웨브 층을 포함할 수 있으며, 여기서 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기는 약 12 내지 약 40 마이크로미터, 바람직하게는 약 15 내지 약 25 마이크로미터, 더 바람직하게는 약 18 내지 약 22 마이크로미터이다.

본 발명의 매체는 또한 1 마이크로미터 미만의 수평균 섬유 직경을 갖는 나노섬유 웨브와, 이 나노섬유 웨브와 대면 관계의 상류측 마이크로섬유 웨브 층을 포함할 수 있으며, 여기에서 입자 크기에 대한 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는 매체가 이 입자 크기의 입자와의 충돌시 50% 내지 99.97%의 효율을 가질 때 약 50 내지 약 154이다. 다른 실시 형태에서, 입자 크기에 대한 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는 매체가 이 입자 크기의 입자와의 충돌시 50% 내지 99.97%의 효율을 가질 때 약 57 내지 약 96이다.

또 다른 실시 형태에서, 입자 크기에 대한 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는 매체가 이 입자 크기의 입자와의 충돌시 50% 내지 99.97%의 효율을 가질 때 약 69 내지 약 85이다.

전술된 실시 형태들 중 임의의 것에서, 또는 본 명세서에 첨부된 특허청구범위에서, 본 발명의 매체는 또한 공기 스트림 내의 입자에 노출될 때 낮은 효율 변화를 보여줄 수 있다. 예를 들어, 필터 매체는, 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량 및 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸에 처해지는 시험에서, 0.26 마이크로미터 크기의 입자를 여과할 때 0.5시간에 걸쳐 5% 미만의 효율 저하를 나타낼 수 있다.

본 발명의 매체는 그의 실시 형태들 중 임의의 것에서 공기 스트림 내의 입자에 노출될 때 낮은 압력 강하를 또한 나타낼 수 있다. 예를 들어, 필터 매체는, 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량 및 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸에 처해지는 시험에서, 0.26 마이크로미터 크기의 입자를 여과할 때 0.5시간에 걸쳐 200 Pa 미만의 압력 강하를 나타낼 수 있다.

본 발명의 하나의 실시 형태에서, 상류측 층의 평량은 약 10 gsm, 바람직하게는 15 gsm, 더 바람직하게는 20 gsm 또는 30 gsm 초과일 수 있다.

상류측 층의 효율은 약 50% 초과, 바람직하게는 약 55% 초과, 더 바람직하게는 약 60% 초과일 수 있다. 상류측 층은 멜트블로운 중합체 웨브를 포함할 수 있다.

나노섬유 웨브는 일렉트로블로잉, 전기 방사, 원심 방사 및 멜트블로잉으로 이루어진 군으로부터 선택된 방법에 의해 제조되는 부직 웨브를 포함할 수 있다. 나노웨브는 약 2 그램/제곱미터 (gsm) 초과, 바람직하게는 약 3 gsm 초과의 평량을 가질 수 있다. 매체는 나노섬유 웨브 또는 상류측 층과 접촉하는 스크림 지지층을 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 매체는, 매체에 먼지가 로딩되고 매체가 습기에 노출될 때 일어날 수 있는 투과도 감소에 대한 저항을 또한 가질 수 있다. 예를 들어, 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸이 150 내지 300 Pa의 최종 저항까지 로딩될 때, 본 매체는 25℃에서 98%의 상대 습도를 갖는 공기에 8시간 동안 노출시 약 25% 미만의 투과도 손실을 나타낼 수 있다.

본 발명은 또한, 하나가 나노섬유 웨브인 적어도 2개의 부직 층과, 나노섬유 웨브와 대면 관계로 있는 제2 상류측 부직 층을 포함하는 매체 - 여기서 나노섬유 웨브의 평균 유동 기공 크기에 대한 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비가 약 1 내지 약 10, 바람직하게는 약 1 내지 약 8, 더 바람직하게는 약 1 내지 약 6임 - 를 통해 공기를 통과시키는 단계를 포함하는, 공기를 포함한 가스의 여과 방법에 관한 것이다.

본 방법의 다른 실시 형태들에서, 나노웨브 층에 대한 마이크로웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는 바람직하게는 나노웨브의 기공 크기에 의해 제어될 수 있는 매체의 요구되는 전체 효율에 관계된다. 예를 들어, 매체의 다른 실시 형태들에서, 나노섬유 웨브의 평균 유동 기공 크기에 대한 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는 매체가 약 60% 초과의 효율을 가질 때 약 1 내지 약 3이다. 나노섬유 웨브의 평균 유동 기공 크기에 대한 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는 매체가 약 70% 초과의 효율을 가질 때 약 2 내지 약 4이다. 나노섬유 웨브의 평균 유동 기공 크기에 대한 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는 매체가 약 80% 초과의 효율을 가질 때 약 4 내지 약 6이다.

11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량 및 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸에 처해지는 시험에서 0.26 마이크로미터 크기의 입자를 여과할 때, 매체가 약 90% 초과의 효율을 가지는 경우, 본 발명의 방법 및 웨브 둘 모두에서 나노섬유 웨브의 평균 유동 기공 크기에 대한 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는 약 5 내지 약 7일 수 있다.

본 발명의 매체는 또한 1 마이크로미터 미만의 수평균 섬유 직경을 갖는 나노섬유 웨브와, 이 나노섬유 웨브와 대면 관계의 상류측 마이크로섬유 웨브 층을 포함할 수 있으며, 여기에서 입자 크기에 대한 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는 매체가 이 입자 크기의 입자와의 충돌시 50% 내지 99.97%의 효율을 가질 때 약 50 내지 약 154이다. 다른 실시 형태에서, 입자 크기에 대한 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는 매체가 이 입자 크기의 입자와의 충돌시 50% 내지 99.97%의 효율을 가질 때 약 50 내지 약 154이다.

본 방법의 또 다른 실시 형태에서, 입자 크기에 대한 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는 매체가 이 입자 크기의 입자와의 충돌시 50% 내지 99.97%의 효율을 가질 때 약 50 내지 약 154이다.

본 발명의 방법에 사용되는 매체는 그의 실시 형태들 중 임의의 것에서 공기 스트림 내의 입자에 노출될 때 낮은 압력 강하를 또한 나타낼 수 있다. 예를 들어, 필터 매체는, 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량 및 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸에 처해지는 시험에서, 0.26 마이크로미터 크기의 입자를 여과할 때 0.5시간에 걸쳐 200 Pa 미만의 압력 강하를 나타낼 수 있다.

나노섬유 웨브는 일렉트로블로잉, 전기 방사, 원심 방사 및 멜트블로잉으로 이루어진 군으로부터 선택된 방법에 의해 제조되는 부직 웨브를 포함할 수 있다. 나노웨브는 약 2 gsm 초과, 바람직하게는 약 3 gsm 초과의 평량을 가질 수 있다. 매체는 나노섬유 웨브 또는 상류측 층과 접촉하는 스크림 지지층을 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 매체는, 먼지-로딩된 매체가 습기 또는 습공기에 노출될 때 일어날 수 있는 투과도 감소에 대한 저항을 또한 가질 수 있다. 예를 들어, 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸이 150 내지 300 Pa의 최종 저항까지 로딩될 때, 본 매체는 25℃에서 98%의 상대 습도를 갖는 공기에 8시간 동안 노출시 약 25% 미만의 투과도 손실을 나타낼 수 있다.

본 방법의 하나의 실시 형태에서, 상류측 층의 평량은 약 10 gsm, 바람직하게는 15 gsm, 더 바람직하게는 20 gsm 또는 30 gsm 초과일 수 있다.

본 방법의 상류측 층의 효율은 약 55% 초과, 바람직하게는 약 60% 초과, 더 바람직하게는 약 65% 초과일 수 있다.

상류측 층은 멜트블로운 중합체 웨브를 포함할 수 있다.

이러한 방사된 상태 그대로의 나노웨브는 전기 방사, 예를 들어 고전적 전기 방사 또는 일렉트로블로잉에 의해, 그리고 소정의 환경에서는 멜트블로잉 또는 기타 그러한 적합한 공정에 의해 유리하게 생성된 나노섬유를 주로 또는 나노섬유만을 포함할 수 있다. 전통적인 전기 방사는, 나노섬유 및 부직 매트(nonwoven mat)를 생성하기 위해 고전압이 용액 내의 중합체에 인가되는, 전체적으로 본 명세서에 포함된 미국 특허 제4,127,706호에 예시된 기술이다. 그러나, 전기 방사 공정의 전체 처리량은 너무 낮아서 더 무거운 평량의 웨브를 형성함에 있어서 상업적으로 실용적이지 않다.

"일렉트로블로잉" 공정은, 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된 국제특허공개 WO 03/080905호에 개시되어 있다. 중합체 및 용매를 포함하는 중합체 용액의 스트림이 저장 탱크로부터, 고전압이 인가되고 중합체 용액이 배출되는 방사구(spinneret) 내의 일련의 방사 노즐로 공급된다. 한편, 선택적으로 가열되는 압축 공기가 방사 노즐의 측면 또는 그 주연부에 배치된 공기 노즐로부터 방출된다. 공기는, 새로 방출된 중합체 용액을 둘러싸서 전진시키고 진공 챔버 위의 접지된 다공성 수집 벨트 상에 수집되는 섬유질 웨브의 형성을 돕는 송풍 가스 스트림으로서 대체로 하향으로 지향된다. 일렉트로블로잉 공정은 약 1 gsm을 초과하는, 심지어 약 40 gsm 이상만큼 높은 평량의 나노웨브의 상업적 크기 및 수량의 형성을 비교적 단기간에 가능하게 한다.

나노웨브는 또한 본 발명을 위해 원심 방사 방법에 의해 제조될 수 있다. 원심 방사는, 적어도 하나의 중합체가 적어도 하나의 용매 중에 용해된 방사 용액을 오목한 내부 표면 및 전방 표면 배출 에지를 갖춘 회전 원추형 노즐을 구비한 회전식 분무기에 공급하는 단계; 방사 용액을 회전식 분무기로부터 오목한 내부 표면을 따라 방출하여 상기 방사 용액을 노즐의 배출 에지의 전방 표면을 향해 분배하는 단계; 및 전기장의 존재 또는 부재 하에 중합체 섬유를 생성하도록 용매가 기화되면서 방사 용액으로부터 개별 섬유질 스트림을 형성하는 단계를 포함하는 섬유 형성 방법이다. 형상화 유체가 노즐 둘레에서 유동하여 방사 용액을 회전식 분무기로부터 멀리 지향시킬 수 있다. 섬유는 수집기 상으로 수집되어 섬유질 웨브를 형성할 수 있다.

나노웨브는 또한 본 발명의 매체를 위해 멜트블로잉과 같은 멜트 방법에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 나노섬유는 중합체 용융물로부터 제조된 섬유를 포함할 수 있다. 중합체 용융물로부터 나노섬유를 제조하는 방법은, 예를 들어 유니버시티 오브 애크론(University of Akron)의 미국 특허 제6,520,425호, 미국 특허 제6,695,992호 및 미국 특허 제6,382,526호와; 토로빈(Torobin) 등의 미국 특허 제6,183,670호, 미국 특허 제6,315,806호 및 미국 특허 제4,536,361호와; 미국 특허 공개 제2006/0084340호에 기술되어 있다.

기재 또는 스크림은 수집기 상에 배열되어 기재 상에 방사된 나노섬유 웨브를 수집 및 조합하여, 조합된 섬유 웨브가 고성능 필터, 와이퍼 등으로서 사용되게 한다. 기재의 예에는 다양한 부직 천, 예를 들어 멜트블로운 부직 천, 니들-펀칭되거나 스펀 레이싱된 부직 천, 직조 천, 편직 천 및 종이 등이 포함될 수 있으며, 나노섬유 층이 기재 상에 부가될 수 있는 한 제한 없이 사용될 수 있다. 부직 천은 스펀본드 섬유, 드라이-레이드(dry-laid) 또는 웨트-레이드 섬유, 셀룰로오스 섬유, 멜트블로운 섬유, 유리 섬유, 또는 이들의 블렌드를 포함할 수 있다.

본 발명의 나노웨브를 형성하는 데 사용될 수 있는 중합체 재료는 특정하게 제한되지 않으며, 부가 중합체 및 축합 중합체 재료 둘 모두, 예컨대 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 셀룰로오스 에테르 및 에스테르, 폴리알킬렌 설파이드, 폴리아릴렌 옥사이드, 폴리설폰, 개질된 폴리설폰 중합체, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 이들 포괄 부류에 속하는 바람직한 재료는 가교결합 및 비-가교결합 형태의 다양한 가수분해도(87% 내지 99.5%)의 폴리비닐알코올, 폴리(비닐리덴 클로라이드), 폴리(비닐리덴 플루오라이드), 그리고 폴리(비닐클로라이드), 폴리메틸메타크릴레이트(및 다른 아크릴 수지), 폴리스티렌, 및 (ABA형 블록 공중합체를 포함하는) 이들의 공중합체를 포함한다. 바람직한 부가 중합체는 유리질인 경향이 있다(T_g가 실온보다 높음). 이는 폴리비닐클로라이드 및 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리스티렌 중합체 조성물 또는 얼로이(alloy) 또는 저결정성 폴리비닐리덴 플루오라이드 및 폴리비닐알코올 재료의 경우에 해당한다. 폴리아미드 축합 중합체의 하나의 바람직한 부류는 나일론 재료, 예컨대 나일론-6, 나일론-6,6, 나일론 6,6-6,10 등이다. 본 발명의 중합체 나노웨브가 멜트블로잉에 의해 형성될 때, 폴리올레핀, 예컨대 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리부틸렌, 폴리에스테르, 예컨대 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 및 폴리아미드, 예컨대 상기 열거된 나일론 중합체를 포함하여, 나노섬유로 멜트블로잉될 수 있는 임의의 열가소성 중합체가 사용될 수 있다.

섬유 중합체의 T_g를 감소시키기 위해, 당업계에 공지된 가소제를 전술한 다양한 중합체에 첨가하는 것이 유리할 수 있다. 적합한 가소제는 전기 방사되는 또는 일렉트로블로잉되는 중합체, 및 나노웨브가 채용될 특정한 최종 용도에 좌우될 것이다. 예를 들어, 나일론 중합체는 물 또는 심지어 전기 방사 또는 일렉트로블로잉 공정으로부터 잔존하는 잔류 용매로 가소화될 수 있다. 중합체 T_g를 낮추는 데 유용할 수 있는 당업계에 공지된 다른 가소제로는 지방족 글리콜, 방향족 설파노미드, 다이부틸 프탈레이트, 다이헥슬 프탈레이트, 다이사이클로헥실 프탈레이트, 다이옥틸 프탈레이트, 다이아이소데실 프탈레이트, 다이운데실 프탈레이트, 다이도데칸일 프탈레이트 및 다이페닐 프탈레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하지만 이에 제한되지 않는 프탈레이트 에스테르 등을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 본 명세서에 참고로 포함된 문헌[Handbook of Plasticizers, edited by George Wypych, 2004 Chemtec Publishing]은 본 발명에 사용될 수 있는 다른 중합체/가소제 조합을 개시한다.

실시예

웨브 제조

실시예에 대하여, 포름산 중의 폴리아미드-6,6의 24% 용액을 국제특허공개 WO 03/080905호에 설명된 바와 같은 일렉트로블로잉에 의해 방사하여 나노웨브를 형성하였다. 수평균 섬유 직경은 대략 350 ㎚였다.

시험 방법

미세 입자 평탄 시트 로딩 시험

전형적으로 ASHRAE 먼지 및 ISO 미세 먼지를 필터뿐만 아니라 필터 매체에 대한 먼지 보유 용량 시험에서 시험 에어로졸로서 사용한다. 그러나, 이들 두 가지 유형의 먼지의 크기(15 마이크로미터의 질량 평균 입자 직경보다 큼)는, 현장 응용에서, 특히 큰 입자를 제거하기 위해 사전 필터가 사용될 때, 고효율 공기 필터가 겪게 되는 먼지의 크기를 반영하지 않는다. 사전 필터를 갖는 공기 취급 시스템에서 본 발명자의 현장 측정은 3 마이크로미터 초과의 입자가 드물고 0.3 내지 10 마이크로미터 크기 범위이며, 약 60 질량%의 입자가 0.3 내지 0.5 마이크로미터 크기 범위에 속함을 나타낸다. 따라서, ASHRAE 및 ISO 미세 시험 에어로졸을 사용한 기존의 먼지 보유 시험은 실제 생활 상황에서의 필터 매체 먼지 보유 용량을 정확히 예측하지 못한다. 이러한 문제를 극복하기 위해, 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 시험 에어로졸을 사용하는 미세 입자 먼지-로딩 시험을 개발하였다.

미세 입자 먼지-로딩 시험을 11.3 ㎝ 직경(면적 = 100 ㎠)의 원형 개구를 갖는 자동화된 필터 시험(TSI 모델 번호 8130)을 사용하여 평탄 시트 매체에 대해 수행하였다. 2 중량%의 염화나트륨 수용액을 사용하여, 로딩 시험에 사용되는 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 미세 에어로졸을 생성하였다. 공기 유량은 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분이었다. 장비 제조업체에 따르면, 에어로졸 농도는 약 16 ㎎/㎥이었다. 시험의 시작시 여과 효율 및 초기 압력 강하가 측정되고, 시험의 종료시 최종 압력 강하가 측정된다. 최종 압력 강하로부터 초기 압력 강하를 빼서 압력 강하 증가가 계산된다.

섬유 크기 측정

각각의 나노섬유 층 샘플에서 5,000x 배율의 주사 전자 현미경(scanning electron microscope, SEM) 이미지 10개를 취하였다. 이 사진으로부터 11개의 명확하게 구별가능한 나노섬유의 직경을 측정하여 기록하였다. 결함(즉, 나노섬유의 덩어리(lump), 중합체 소적(drop), 나노섬유의 교차(intersection))은 포함되지 않았다. 각각의 샘플의 평균 섬유 직경을 계산하였다.

마이크로섬유 층 샘플에 대해, 5개의 SEM 이미지를 취하였다. 각각의 사진으로부터 적어도 10개의 마이크로섬유의 직경을 측정하여 기록하였다. 각각의 샘플의 평균 섬유 직경을 계산하였다.

공기 투과도

여과 매체 공기 유동 투과도는 일반적으로 프레지어(Frazier) 측정(ASTM D737)을 사용하여 측정된다. 이러한 측정에서, 124.5 N/㎡(1.27 ㎝(0.5 인치) 수주(water column))의 압력차를 적절하게 클램핑된 매체 샘플에 가하며, 생성된 공기 유량을 프레지어 투과도 또는 더 간단하게는 "프레지어"로서 측정한다. 여기에서, 프레지어 투과도는 ft3/분/ft2 단위로 보고된다. 높은 프레지어는 높은 공기 유동 투과도에 해당하고, 낮은 프레지어는 낮은 공기 유동 투과도에 해당한다.

습도 시험

습도 시험의 목적은 먼지 또는 에어로졸이 로딩된 여과 매체에 대한 상대 습도의 영향을 연구하기 위한 것이다. 평탄 시트 매체 샘플에 (전술된) NaCl의 미세 에어로졸을 150 내지 300 Pa의 최종 저항까지 로딩시켰다. 샘플을 적어도 8시간 동안 상이한 상대 습도로 25℃에서 컨디셔닝시켰다. 샘플을 컨디셔닝 챔버로부터 제거한 직후에 샘플의 공기 투과도를 측정하여 기록하였다.

여과 효율 측정

여과 효율 측정을 11.3 ㎝ 직경(면적 = 100 ㎠)의 원형 개구를 갖는 자동화된 필터 시험(TSI 모델 번호 8130)을 사용하여 평탄 시트 매체에 대해 수행하였다. 2 중량%의 염화나트륨 수용액을 사용하여 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 미세 에어로졸을 생성하였다. 공기 유량은 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분이었다. 시험의 시작시 여과 효율 및 초기 압력 강하를 측정하여 기록하였다.

평균 유동 기공 측정

평균 유동 기공(MFP) 크기를, 모세관 유동 다공도측정기(porosimeter) (미국 뉴욕주 이타카 소재의 포러스 머티리얼즈, 인크(Porous Materials, Inc.)(PMI)의 모델 번호 CFP-34RTF8A-3-6-L4)를 사용하여 ASTM 규정 F 316으로부터의 자동화된 기포점 방법을 사용함으로써 0.05 ㎛ 내지 300 ㎛의 기공 크기 직경을 갖는 막의 기공 크기 특징을 대략적으로 측정하는 ASTM 규정 E 1294-89인 "자동화된 액체 다공도측정기를 사용한 막 필터의 기공 크기 특징을 위한 표준 시험 방법(Standard Test Method for Pore Size Characteristics of Membrane Filters Using Automated Liquid Porosimeter)"에 따라 측정하였다. 개별 샘플(8, 20 또는 30 ㎜ 직경)을 낮은 표면 장력의 유체(16 dyne/㎝의 표면 장력을 갖는 1,1,2,3,3,3-헥사플루오로프로펜 또는 "갈윅(Galwick)")로 습윤시켰다. 각각의 샘플을 홀더에 두었으며, 공기의 차동 압력을 가하여 샘플로부터 유체를 제거하였다. 습윤 유동이 건조 유동(습윤 용매가 없는 유동)의 절반과 같아지는 차동 압력을 사용하여, 제공된 소프트웨어를 이용하여 평균 유동 기공 크기를 계산한다. 기포점은 최대 기공 크기를 지칭한다.

결과

0.35 마이크로미터의 평균 섬유 크기를 갖는 나노섬유 웨브를 사용하였으며, 평량은 2.2 내지 2.5 g/㎡ 범위였다. 1.7 내지 3.6 마이크로미터의 평균 섬유 크기 및 8.5 내지 61 마이크로미터의 MFP를 갖는 마이크로섬유 웨브를 사용하였으며, 평량은 8 내지 50 g/㎡ 범위였다. 시험 방법 섹션에서 설명한 바와 같이, 다층 복합재에 2 중량% NaCl로부터 생성된 미세 에어로졸(0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경)을 로딩시켰다. 초기 및 최종 저항으로부터 압력 강하 증가를 계산하여 표에 요약하였다. 표 1에 도시된 바와 같이, 압력 강하 증가는 마이크로섬유 층의 선택에 의해 크게 영향받는다. 실시예 1 내지 실시예 3에서, 2.5 내지 3.4 마이크로미터의 섬유 크기 및 18.5 내지 22.5 마이크로미터의 MFP와 64 내지 86%의 여과 효율을 갖는 마이크로섬유 웨브를 사용하였으며, 압력 강하 증가는 88 내지 134 Pa이었다. 실시예 4 및 실시예 5에서, 3.3 내지 4.0 마이크로미터의 섬유 크기 및 36.3 내지 61.2 마이크로미터의 MFP와 41% 내지 52%의 여과 효율을 갖는 마이크로섬유 웨브를 사용하였으며, 압력 강하 증가는 313 내지 325 Pa이었다. 실시예 6 및 실시예 7에서, 1.7 마이크로미터의 섬유 크기 및 11.6 내지 8.5 마이크로미터의 MFP와 52% 내지 94.1%의 여과 효율을 갖는 미세 마이크로섬유 웨브를 사용하였으며, 압력 강하 증가는 448 내지 255 Pa이었다. 200 Pa 미만의 낮은 압력 강하 증가를 초래할 평균 유동 기공 크기 및 효율의 최적 범위가 있다. 매체의 작용 메커니즘에 의해 제한되고자 함이 없이, 마이크로섬유 크기가 클 때, 이는 나노섬유에 충분한 사전 여과를 제공하는 것으로 보이지 않는다. 마이크로섬유가 너무 작을 때, 이는 실시예 6 및 실시예 7에서 나타난 바와 같이, 마이크로섬유 자체에 높은 저항을 생성하는 것으로 보인다.

비교예 1 및 비교예 2는 매체를 스크림 및 나노섬유로 제조한 점을 제외하고는, 동일한 미세 에어로졸 로딩 절차를 사용하였다. 마이크로섬유 층이 없는 상태에서, 에어로졸은 나노섬유 상에 빠르게 로딩되었으며, 압력 강하 증가는 높았다. 비교예 1에서, 나노섬유 웨브는 어떠한 사전 여과층도 구비하지 않았으며, 저항은 886 Pa만큼 증가하였다. 비교예 2에서, 14 마이크로미터 섬유 크기로 제조된 스크림 층이 나노섬유 웨브 앞에 놓였다. 큰 섬유는 미세 에어로졸에 대한 많은 사전 여과를 제공하지 못하며, 저항 증가는 674 Pa이었다.

실시예 8을 본 발명에 기술된 마이크로섬유 웨브 및 폴리프로필렌으로 제조된 나노섬유 웨브를 사용하여 수행하였다. 섬유 크기는 220 ㎚였으며, 평량은 2 gsm이었다. 로딩 시험을 이전에 기술된 바와 동일한 절차를 따라 수행하였다. 저항 증가는 84 Pa이었으며, 이는 비교예 3에서 보여진 바와 같이, 마이크로섬유가 없는 상태에서의 674 Pa의 저항 증가보다 상당히 더 낮다.

결과가 표 1 및 표 2에 요약되어 있다. 표 1에서, 공기 유동은 구조 명칭의 좌측으로부터 우측으로이다. 예를 들어, MNS 구조는 멜트블로운, 나노섬유 웨브, 스펀본드를 지칭하며, 이때 공기는 우선 멜트블로운 면에 충돌한다. 표 1에서의 "마이크로섬유"는 멜트블로운 웨브를 지칭한다. "스크림"은 스펀본드 스크림을 지칭한다. 데이터는 본 발명에 기술된 새로운 접근법을 사용하는 것에 의한 먼지-보유 용량의 증가를 명확히 보여준다. 본 발명의 특허청구범위 내에 속하는 실시예 4는 50%를 약간 넘는 효율 및 모든 실시예들 중 최고 압력 증가를 갖는 마이크로섬유 층을 구비한다. 실시예 6은 보다 높은 효율을 갖지만 보다 낮은 평량을 갖는 마이크로섬유 층을 포함하고, 실시예 4의 압력 증가와 기타 실시예의 압력 증가 사이에 있는 압력 증가를 나타낸다. 비교예들은 상류측 층을 구비하지 않거나, 또는 본 발명의 특허청구범위 밖의 섬유 크기를 갖는 상류측 층을 구비한다. 압력 증가는 본 발명의 실시예들에 대해서보다 상당히 더 크다.

[표 1]

[표 1]

[표 2]

표 3은 전술된 습도 시험으로부터의 결과를 요약한다. 샘플에 NaCl을 로딩시켜, 25℃ 및 각각 65% 또는 98% 상대 습도에서 적어도 8시간 동안 컨디셔닝하였다. 컨디셔닝 후 샘플의 공기 투과도를 측정하여 기록하였다. 실시예 9에서, 나노섬유 층은 마이크로섬유 층의 상류측 층을 구비하였으며, 이 복합 매체에 6.67 ㎝/s의 면 속도에서 측정될 때 98 Pa의 최종 저항까지 NaCl을 로딩시켰다. 컨디셔닝 환경에서의 상대 습도가 65%로부터 98%로 변화됨에 따라, 샘플의 공기 투과도는 12.3 ㎥/min/㎡으로부터 9.2 ㎥/min/㎡으로(39.2 CFM/ft²으로부터 29.2 CFM/ft²으로) 저하되었는데, 이는 26%였다. 실시예 10에서, 동일한 구성의 샘플에 180 Pa의 보다 높은 최종 저항까지 NaCl을 로딩시켰다. 공기 투과도의 저하는 22%였다.

비교예 4에서, 나노섬유 층은 스크림 재료의 상류측 층을 구비하였다. 이 샘플에 147 Pa의 최종 저항까지 NaCl을 로딩시켰다. 컨디셔닝 환경에서의 상대 습도가 65%로부터 98%로 변화되었을 때, 샘플의 공기 투과도는 10.6 ㎥/min/㎡으로부터 0.9 ㎥/min/㎡으로(33.6 CFM/ft²으로부터 3.0 CFM/ft²으로) 저하되었는데, 즉 91%의 아주 상당한 저하이다.

이들 실시예는 먼지 및 습기의 동시 영향으로부터 나노섬유 층을 보호하는데 있어서 마이크로섬유 층의 효과를 보여준다. 스크림 층은 그러한 보호를 제공할 수 없다.

[표 3]

다른 실시예들에서, 포름산 중의 폴리아미드-6, 6의 24% 용액을 국제특허공개 WO 03/080905에 기술된 바와 같은 일렉트로블로잉에 의해 방사하여 나노웨브를 형성하였다. 수평균 섬유 직경은 대략 350 ㎚ 또는 600 ㎚였다. 표 4는 나노웨브 특성을 요약한다.

[표 4]

도 1 및 도 2는 웨브를 가로질러 0.5시간에 걸쳐 압력 강하 증가에 대한 나노웨브 층의 기공 크기를 변화시키는 것의 영향을 보여준다. 도 1에서, 상류측 매체와 나노웨브 사이의 평균 유동 기공 크기 비에 대해 압력 강하 증가가 점으로 표시되어 있다. 도 2에서, 마이크로미터 단위의 상류측 매체 절대 기공 크기에 대해 압력 강하 증가가 점으로 표시되어 있다. 둘 모두의 데이터 세트에서, 압력 강하는 바람직한 최소값을 갖는다. 기공 크기 비에 대한 압력 강하 증가의 플롯(plot)에서, 최소값의 위치는 나노웨브 기공 크기가 증가함에 따라, 즉 나노웨브의 효율 등급이 증가함에 따라 보다 높은 비로 이동한다.

도 3은 실시예들 및 비교예들의 압력 강하의 증가를 여과 시간의 함수로서 도시한다.

본 발명은 본 명세서에 예로서 예시되며, 다양한 수정이 당업자에 의해 이루어질 수 있다. 예를 들어, 다양한 기하학적 형상, 재료 및 웨브 조합이 본 발명의 범주 내에 속한다.

따라서, 본 발명은 전술된 설명으로부터 명백해질 것으로 여겨진다. 도시되거나 기술된 방법 및 물품이 바람직한 것으로 특징지워졌지만, 하기의 특허청구범위에서 한정된 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 그로부터 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수 있음은 자명할 것이다.

Claims

1 마이크로미터 미만의 수평균(number average) 섬유 직경을 갖는 나노섬유 웨브(nanofiber web)와, 나노섬유 웨브와 대면 관계로 있는 상류측 마이크로섬유(microfiber) 웨브 층을 포함하며, 여기서 나노섬유 웨브의 평균 유동 기공 크기(mean flow pore size)에 대한 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는 약 1 내지 약 10인 필터 매체.

제1항에 있어서, 나노섬유 웨브의 평균 유동 기공 크기에 대한 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는 약 1 내지 약 8인 매체.

제1항에 있어서, 나노섬유 웨브의 평균 유동 기공 크기에 대한 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는 약 1 내지 약 6인 매체.

제1항에 있어서, 필터 매체는 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도, 6.67 ㎝/s의 면 속도(face velocity)에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량 및 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸에 처해지는 시험에서 0.26 마이크로미터 크기의 입자를 여과할 때 0.5시간에 걸쳐 5% 미만의 효율 저하를 나타내는 매체.

제1항에 있어서, 매체는 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸이 150 내지 300 Pa의 최종 저항까지 로딩될 때, 25℃에서 98%의 상대 습도를 갖는 공기에 8시간 동안 노출시 약 25% 미만의 투과도 손실을 나타내는 매체.

제1항에 있어서, 필터 매체는 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량 및 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸에 처해지는 시험에서 0.26 마이크로미터 크기의 입자를 여과할 때 0.5시간에 걸쳐 200 Pa 미만의 압력 강하 증가를 나타내는 매체.

제1항에 있어서, 나노웨브는 적어도 약 2 gsm의 평량을 갖는 매체.

제7항에 있어서, 나노웨브는 적어도 약 3 gsm의 평량을 갖는 매체.

제1항에 있어서, 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량 및 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸에 처해지는 시험에서 0.26 마이크로미터 크기의 입자를 여과할 때, 매체가 약 60% 초과의 효율을 가지는 경우, 나노섬유 웨브의 평균 유동 기공 크기에 대한 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는 약 1 내지 약 3인 매체.

제1항에 있어서, 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량 및 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸에 처해지는 시험에서 0.26 마이크로미터 크기의 입자를 여과할 때, 매체가 약 70% 초과의 효율을 가지는 경우, 나노섬유 웨브의 평균 유동 기공 크기에 대한 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는 약 2 내지 약 4인 매체.

제1항에 있어서, 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량 및 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸에 처해지는 시험에서 0.26 마이크로미터 크기의 입자를 여과할 때, 매체가 약 80% 초과의 효율을 가지는 경우, 나노섬유 웨브의 평균 유동 기공 크기에 대한 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는 약 4 내지 약 6인 매체.

제1항에 있어서, 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량 및 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸에 처해지는 시험에서 0.26 마이크로미터 크기의 입자를 여과할 때, 매체가 약 90% 초과의 효율을 가지는 경우, 나노섬유 웨브의 평균 유동 기공 크기에 대한 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는 약 5 내지 약 7인 매체.

제1항에 있어서, 마이크로섬유 웨브 층은 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량 및 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸에 처해지는 시험에서 0.26 마이크로미터 크기의 입자를 여과할 때, 95% 이하의 효율을 갖는 매체.

1 마이크로미터 미만의 수평균 섬유 직경을 갖는 나노섬유 웨브와, 나노섬유 웨브와 대면 관계로 있는 상류측 마이크로섬유 웨브 층을 포함하며, 여기서 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기는 약 13 내지 약 40 마이크로미터인 필터 매체.

제14항에 있어서, 상류측 마이크로섬유 웨브 층은 약 15 내지 약 25 마이크로미터의 평균 유동 기공 크기를 갖는 필터 매체.

제14항에 있어서, 상류측 마이크로섬유 웨브 층은 약 18 내지 약 22 마이크로미터의 평균 유동 기공 크기를 갖는 필터 매체.

제14항에 있어서, 필터 매체는 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량 및 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸에 처해지는 시험에서 0.26 마이크로미터 크기의 입자를 여과할 때 0.5시간에 걸쳐 5% 미만의 효율 저하를 나타내는 매체.

제14항에 있어서, 필터 매체는 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량 및 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸에 처해지는 시험에서 0.26 마이크로미터 크기의 입자를 여과할 때 0.5시간에 걸쳐 200 Pa 미만의 압력 강하 증가를 나타내는 매체.

제14항에 있어서, 나노웨브는 적어도 2 gsm의 평량을 갖는 매체.

제14항에 있어서, 나노웨브는 적어도 3 gsm의 평량을 갖는 매체.

제14항에 있어서, 매체는 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량 및 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸에 처해지는 시험에서 0.26 마이크로미터 크기의 입자를 여과할 때, 약 50% 내지 99.97%의 효율을 갖는 매체.

1 마이크로미터 미만의 수평균 섬유 직경을 갖는 나노섬유 웨브와, 나노섬유 웨브와 대면 관계로 있는 상류측 마이크로섬유 웨브 층을 포함하며, 여기서 입자 크기에 대한 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는 매체가 이 입자 크기의 입자와의 충돌시 50% 내지 99.97%의 효율을 가질 때 약 50 내지 약 154인 필터 매체.

제22항에 있어서, 입자 크기에 대한 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는 매체가 이 입자 크기의 입자와의 충돌시 50% 내지 99.97%의 효율을 가질 때 약 57 내지 약 96인 매체.

제22항에 있어서, 입자 크기에 대한 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는 매체가 이 입자 크기의 입자와의 충돌시 50% 내지 99.97%의 효율을 가질 때 약 69 내지 약 85인 매체.

제22항에 있어서, 필터 매체는 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량 및 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸에 처해지는 시험에서 0.26 마이크로미터 크기의 입자를 여과할 때 0.5시간에 걸쳐 5% 미만의 효율 저하를 나타내는 매체.

제22항에 있어서, 필터 매체는 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량 및 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸에 처해지는 시험에서 0.26 마이크로미터 크기의 입자를 여과할 때 0.5시간에 걸쳐 200 Pa 미만의 압력 강하 증가를 나타내는 매체.

제22항에 있어서, 나노웨브는 적어도 2 gsm의 평량을 갖는 매체.

제22항에 있어서, 나노웨브는 적어도 3 gsm의 평량을 갖는 매체.

제22항에 있어서, 매체는 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량 및 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸에 처해지는 시험에서 0.26 마이크로미터 크기의 입자를 여과할 때, 약 50% 내지 99.97%의 효율을 갖는 매체.

제22항에 있어서, 나노섬유 웨브와 상류측 부직 층 사이에 스크림(scrim)이 위치되는 매체.

제22항에 있어서, 상류측 층의 평량은 약 10 gsm 초과인 매체.

제22항에 있어서, 상류측 층의 평량은 약 15 gsm 초과인 매체.

제22항에 있어서, 상류측 층의 평량은 약 20 gsm 초과인 매체.

제22항에 있어서, 상류측 층의 평량은 약 30 gsm 초과인 매체.

제22항에 있어서, 상류측 층의 효율은 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량 및 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸에 처해지는 시험에서 0.26 마이크로미터 크기의 입자를 여과할 때, 약 55% 초과인 매체.

제22항에 있어서, 상류측 층의 효율은 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량 및 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸에 처해지는 시험에서 0.26 마이크로미터 크기의 입자를 여과할 때, 약 60% 초과인 매체.

제22항에 있어서, 상류측 층의 효율은 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량 및 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸에 처해지는 시험에서 0.26 마이크로미터 크기의 입자를 여과할 때, 약 65% 초과인 매체.

제1항에 있어서, 상류측 층은 멜트블로운(melt blown) 중합체 웨브를 포함하는 매체.

제1항에 있어서, 나노섬유 웨브는 일렉트로블로잉(electroblowing), 전기 방사(electrospinning), 원심 방사(centrifugal spinning) 및 멜트블로잉(melt blowing)으로 이루어진 군으로부터 선택된 방법에 의해 제조되는 부직 웨브를 포함하는 매체.

제1항에 있어서, 나노섬유 웨브 또는 상류측 층 또는 이들 둘 모두와 접촉하는 스크림 지지층을 추가로 포함하는 매체.

1 마이크로미터 미만의 수평균 섬유 직경을 갖는 나노섬유 웨브와, 나노섬유 웨브와 대면 관계로 있는 상류측 마이크로섬유 웨브 층을 포함하는 매체 - 여기서 나노섬유 웨브의 평균 유동 기공 크기에 대한 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는 약 1 내지 약 10임 - 를 통해 공기를 통과시키는 단계를 포함하는 공기 여과 방법.

제41항에 있어서, 나노섬유 웨브의 평균 유동 기공 크기에 대한 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는 약 1 내지 약 8인 방법.

제41항에 있어서, 나노섬유 웨브의 평균 유동 기공 크기에 대한 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는 약 1 내지 약 6인 방법.

제41항에 있어서, 필터 매체는 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량 및 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸에 처해지는 시험에서 0.26 마이크로미터 크기의 입자를 여과할 때 0.5시간에 걸쳐 5% 미만의 효율 저하를 나타내는 방법.

제41항에 있어서, 매체는 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸이 150 내지 300 Pa의 최종 저항까지 로딩될 때, 25℃에서 98%의 상대 습도를 갖는 공기에 8시간 동안 노출시 약 25% 미만의 투과도 손실을 나타내는 방법.

제41항에 있어서, 필터 매체는 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량 및 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸에 처해지는 시험에서 0.26 마이크로미터 크기의 입자를 여과할 때 0.5시간에 걸쳐 200 Pa 미만의 압력 강하 증가를 나타내는 방법.

제41항에 있어서, 나노웨브는 적어도 2 gsm의 평량을 갖는 방법.

제47항에 있어서, 나노웨브는 적어도 3 gsm의 평량을 갖는 방법.

제41항에 있어서, 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량 및 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸에 처해지는 시험에서 0.26 마이크로미터 크기의 입자를 여과할 때, 매체가 약 60% 초과의 효율을 가지는 경우, 나노섬유 웨브의 평균 유동 기공 크기에 대한 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는 약 1 내지 약 3인 방법.

제41항에 있어서, 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량 및 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸에 처해지는 시험에서 0.26 마이크로미터 크기의 입자를 여과할 때, 매체가 약 70% 초과의 효율을 가지는 경우, 나노섬유 웨브의 평균 유동 기공 크기에 대한 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는 약 2 내지 약 4인 방법.

제41항에 있어서, 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량 및 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸에 처해지는 시험에서 0.26 마이크로미터 크기의 입자를 여과할 때, 매체가 약 80% 초과의 효율을 가지는 경우, 나노섬유 웨브의 평균 유동 기공 크기에 대한 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는 약 4 내지 약 6인 방법.

제41항에 있어서, 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량 및 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸에 처해지는 시험에서 0.26 마이크로미터 크기의 입자를 여과할 때, 매체가 약 90% 초과의 효율을 가지는 경우, 나노섬유 웨브의 평균 유동 기공 크기에 대한 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는 약 5 내지 약 7인 방법.

제41항에 있어서, 마이크로섬유 웨브 층은 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량 및 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸에 처해지는 시험에서 0.26 마이크로미터 크기의 입자를 여과할 때, 95% 이하의 효율을 갖는 방법.

1 마이크로미터 미만의 수평균 섬유 직경을 갖는 나노섬유 웨브와, 나노섬유 웨브와 대면 관계로 있는 상류측 마이크로섬유 웨브 층을 포함하는 매체 - 여기서 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기는 약 12 내지 약 40 마이크로미터임 - 를 통해 공기를 통과시키는 단계를 포함하는 공기 여과 방법.

제54항에 있어서, 상류측 마이크로섬유 웨브 층은 약 15 내지 약 25 마이크로미터의 평균 유동 기공 크기를 갖는 방법.

제54항에 있어서, 상류측 마이크로섬유 웨브 층은 약 18 내지 약 22 마이크로미터의 평균 유동 기공 크기를 갖는 방법.

제54항에 있어서, 필터 매체는 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량 및 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸에 처해지는 시험에서 0.26 마이크로미터 크기의 입자를 여과할 때 0.5시간에 걸쳐 5% 미만의 효율 저하를 나타내는 방법.

제54항에 있어서, 필터 매체는 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량 및 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸에 처해지는 시험에서 0.26 마이크로미터 크기의 입자를 여과할 때 0.5시간에 걸쳐 200 Pa 미만의 압력 강하 증가를 나타내는 방법.

제54항에 있어서, 나노웨브는 적어도 2 gsm의 평량을 갖는 방법.

제54항에 있어서, 나노웨브는 적어도 3 gsm의 평량을 갖는 방법.

제54항에 있어서, 매체는 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량 및 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸에 처해지는 시험에서 0.26 마이크로미터 크기의 입자를 여과할 때, 약 50% 내지 99.97%의 효율을 갖는 방법.

1 마이크로미터 미만의 수평균 섬유 직경을 갖는 나노섬유 웨브와, 나노섬유 웨브와 대면 관계로 있는 상류측 마이크로섬유 웨브 층을 포함하는 매체 - 여기서 입자 크기에 대한 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는 매체가 이 입자 크기의 입자와의 충돌시 50% 내지 99.97%의 효율을 가질 때 약 50 내지 약 154임 - 를 통해 공기를 통과시키는 단계를 포함하는 공기 여과 방법.

제62항에 있어서, 입자 크기에 대한 마이크로섬유 웨브 층의 평균 유동 기공 크기의 비는 매체가 이 입자 크기의 입자와의 충돌시 50% 내지 99.97%의 효율을 가질 때 약 50 내지 약 154인 방법.

제62항에 있어서, 필터 매체는 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량 및 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸에 처해지는 시험에서 0.26 마이크로미터 크기의 입자를 여과할 때 0.5시간에 걸쳐 5% 미만의 효율 저하를 나타내는 방법.

제62항에 있어서, 필터 매체는 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량 및 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸에 처해지는 시험에서 0.26 마이크로미터 크기의 입자를 여과할 때 0.5시간에 걸쳐 200 Pa 미만의 압력 강하 증가를 나타내는 방법.

제62항에 있어서, 나노웨브는 적어도 2 gsm의 평량을 갖는 방법.

제62항에 있어서, 나노웨브는 적어도 3 gsm의 평량을 갖는 방법.

제62항에 있어서, 매체는 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량 및 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸에 처해지는 시험에서 0.26 마이크로미터 크기의 입자를 여과할 때, 약 50% 내지 99.97%의 효율을 갖는 방법.

제41항에 있어서, 나노섬유 웨브와 상류측 부직 층 사이에 스크림이 위치되는 방법.

제41항에 있어서, 상류측 층의 평량은 약 10 gsm 초과인 방법.

제41항에 있어서, 상류측 층의 평량은 약 15 gsm 초과인 방법.

제41항에 있어서, 상류측 층의 평량은 약 20 gsm 초과인 방법.

제41항에 있어서, 상류측 층의 평량은 약 30 gsm 초과인 방법.

제41항에 있어서, 상류측 층의 효율은 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량 및 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸에 처해지는 시험에서 0.26 마이크로미터 크기의 입자를 여과할 때, 약 55% 초과인 방법.

제41항에 있어서, 상류측 층의 효율은 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량 및 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸에 처해지는 시험에서 0.26 마이크로미터 크기의 입자를 여과할 때, 약 60% 초과인 방법.

제41항에 있어서, 상류측 층의 효율은 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량 및 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸에 처해지는 시험에서 0.26 마이크로미터 크기의 입자를 여과할 때, 약 65% 초과인 방법.

제41항에 있어서, 상류측 층은 멜트블로운 중합체 웨브를 포함하는 방법.

제41항에 있어서, 나노섬유 웨브는 일렉트로블로잉, 전기 방사, 원심 방사 및 멜트블로잉으로 이루어진 군으로부터 선택된 방법에 의해 제조되는 부직 웨브를 포함하는 방법.

제41항에 있어서, 나노섬유 웨브 또는 상류측 층 또는 이들 둘 모두와 접촉하는 스크림 지지층을 추가로 포함하는 방법.

제1항에 있어서, 나노섬유 웨브와 상류측 부직 층 사이에 스크림이 위치되는 매체.

제1항에 있어서, 상류측 층의 평량은 약 10 gsm 초과인 매체.

제1항에 있어서, 상류측 층의 평량은 약 15 gsm 초과인 매체.

제1항에 있어서, 상류측 층의 평량은 약 20 gsm 초과인 매체.

제1항에 있어서, 상류측 층의 평량은 약 30 gsm 초과인 매체.

제1항에 있어서, 상류측 층의 효율은 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량 및 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸에 처해지는 시험에서 0.26 마이크로미터 크기의 입자를 여과할 때, 약 55% 초과인 매체.

제1항에 있어서, 상류측 층의 효율은 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량 및 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸에 처해지는 시험에서 0.26 마이크로미터 크기의 입자를 여과할 때, 약 60% 초과인 매체.

제1항에 있어서, 상류측 층의 효율은 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량 및 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸에 처해지는 시험에서 0.26 마이크로미터 크기의 입자를 여과할 때, 약 65% 초과인 매체.

제14항에 있어서, 나노섬유 웨브와 상류측 부직 층 사이에 스크림이 위치되는 매체.

제14항에 있어서, 상류측 층의 평량은 약 10 gsm 초과인 매체.

제14항에 있어서, 상류측 층의 평량은 약 15 gsm 초과인 매체.

제14항에 있어서, 상류측 층의 평량은 약 20 gsm 초과인 매체.

제14항에 있어서, 상류측 층의 평량은 약 30 gsm 초과인 매체.

제14항에 있어서, 상류측 층의 효율은 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량 및 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸에 처해지는 시험에서 0.26 마이크로미터 크기의 입자를 여과할 때, 약 55% 초과인 매체.

제14항에 있어서, 상류측 층의 효율은 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량 및 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸에 처해지는 시험에서 0.26 마이크로미터 크기의 입자를 여과할 때, 약 60% 초과인 매체.

제14항에 있어서, 상류측 층의 효율은 11.3 ㎝ 직경의 원형 개구를 갖는 평탄 시트 매체가 16 ㎎/㎥의 에어로졸 농도, 6.67 ㎝/s의 면 속도에 대응하는 40 리터/분의 공기 유량 및 0.26 마이크로미터의 질량 평균 직경을 갖는 염화나트륨 에어로졸에 처해지는 시험에서 0.26 마이크로미터 크기의 입자를 여과할 때, 약 65% 초과인 매체.