KR20120051640A - 적층 일렉트릿 부직포를 이용한 에어 필터재 - Google Patents

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KR20120051640A
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야스시 마츠다
준지 이와타
미츠루 고지마
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제이엔씨 파이버스 주식회사
제이엔씨 주식회사
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Abstract

본 발명은, 평균 섬유 직경 0.1?15㎛인 2종류의 융점이 다른 섬유(융점이 낮은 섬유를 섬유 D, 융점이 높은 섬유를 섬유 E로 한다)를 혼섬하여 얻어지는 부직포(부직포 A로 칭한다)의 적어도 한쪽면에, 평균 섬유 직경이 10㎛?100㎛이며, 또한 부직포 A를 구성하는 섬유의 평균 섬유 직경보다도 큰 평균 섬유 직경의 섬유로 이루어지는 부직포(부직포 B로 칭한다)를 부직포 A의 적어도 한쪽면에 1층 또는 복수층 적층하고, 일렉트릿 가공을 실시한 적층 일렉트릿 부직포를 이용한, 에어 필터재이며, 압력 손실이 낮고, 포집 효율이 높은 적층 일렉트릿 필터재를 제공한다. 본 발명의 필터재는, 의료용 마스크나 산업용 마스크, 일반용 마스크 등에 적합하게 이용할 수 있다.

Description

적층 일렉트릿 부직포를 이용한 에어 필터재{AIR FILTER MATERIAL USING MULTILAYER ELECTRET NONWOVEN FABRIC}
본 발명은, 적층 일렉트릿 부직포를 이용한 에어 필터재에 관한 것이다. 더욱 상세하게 말하면, 저압력 손실, 더스트의 포집 효율이 높아 장시간의 사용을 견뎌내는 마스크재 등에 적합한 고성능 적층 일렉트릿 부직포를 이용한 에어 필터재에 관한 것이다.
종래부터, 꽃가루나 분진 등의 미세한 더스트를 제거하기 위한 에어 필터재로서, 부직포제 시트가 많이 이용되고 있다. 이러한 에어 필터재에는, 더스트를 고효율로 포집하는 성능과 에어 필터재를 기체가 통과할 때의 흡기 저항이 적은 저압력 손실이 요구되고 있다. 이들은 섬유 직경이 가는 섬유로 형성한 치밀한 매트릭스나, 필터를 일렉트릿 가공함에 의한 물리적인 포집 작용에 추가하여, 정전기적인 흡인력 등으로 꽃가루나 분진 등의 미세한 더스트의 포집을 가능하게 하고 있다.
이들 에어 필터재에는, 치밀한 매트릭스를 형성하기 위해서 평균 섬유 15㎛ 이하의 멜트블로우 부직포가 많이 이용되고 있다. 사용되는 형상은 컵 형상으로 한 것이나, 플리트(pleat) 성형한 것이 사용되고 있다.
한편, 멜트블로우 부직포는 섬유가 가늘고, 유연하기 때문에, 에어 필터재로서 이용할 경우에는, 패킹재 또는 보강재가 필요했다. 특허문헌 1에는, 생분해성 섬유로 이루어지는, 멜트블로우 부직포와 스펀본드 부직포를 적층한 에어 필터가 제안되어 있다. 이 필터재는, 멜트블로우 부직포와 스펀본드 부직포가 엠보스 롤에 의해 층간이 다수의 부분적 융착부에 의해 접착되어 있으므로, 압력 손실이 높아진다는 결점이 있다.
특허문헌 2에는, 용융 개시 온도가 다른 복수의 합성 섬유 시트로 이루어지는 적층 필터가 제안되어 있다. 이 적층 필터재는, 일렉트릿 가공된 멜트블로우 부직포와 스펀본드 부직포의 조합이며, 스펀본드 부직포측은, 일렉트릿 가공되어 있지 않으므로, 포집 효율이 낮다고 하는 결점이 있다.
특허문헌 1: 일본국 특허공개 2003-260321호 공보 특허문헌 2: 일본국 특허공개 평 5-287682호 공보
본 발명은, 압력 손실이 낮고, 더스트의 포집 효율이 높은 적층 일렉트릿 필터재를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명자들은, 종래 기술의 문제를 해결하기 위해 예의 검토를 행한 결과, 평균 섬유 직경이 0.1㎛?15㎛인 부직포 A의 적어도 한쪽면에, 평균 섬유 직경이 10㎛?100㎛인 부직포 B를, 1층 또는 복수층 적층한 구조로 일렉트릿 가공된 적층 일렉트릿 부직포를 사용함으로써, 압력 손실이 낮고, 또한 더스트의 포집 성능이 뛰어난 에어 필터재를 제공할 수 있는 것을 찾아내고, 그 지견에 의거하여 본 발명을 완성하는데 이르렀다.
본 발명에는 하기의 것이 포함된다.
〔1〕평균 섬유 직경 0.1?15㎛인 2종류의 융점이 다른 섬유로서, 융점이 낮은 섬유를 섬유 D, 융점이 높은 섬유를 섬유 E로 한 경우에, 섬유 D와 섬유 E를 혼섬(混纖)하여 얻어지는 부직포를 부직포 A로 할 경우,
상기 부직포 A의 적어도 한쪽면에, 평균 섬유 직경이 10㎛?100㎛이며, 또한 부직포 A를 구성하는 섬유의 평균 섬유 직경보다도 큰 평균 섬유 직경의 섬유로 이루어지는 부직포 B가 1층 또는 복수층 적층되어 있는 적층 부직포에 일렉트릿 가공이 실시되어 있는 적층 일렉트릿 부직포가 이용된 에어 필터재.
〔2〕부직포 A를 구성하는 섬유 D가 엘라스토머를 포함하고, 섬유 D의 융점을 d(℃), 섬유 E의 융점을 e(℃)로 하면, e－d가 20?150℃인 상기 〔1〕항에 기재된 에어 필터재.
〔3〕부직포 A를 구성하는 섬유 D의 융점을 d(℃), 부직포 B를 구성하는 섬유의 표면의 적어도 일부를 구성하는 성분 중 가장 융점이 낮은 성분의 융점을 b(℃)로 하면, b－d가 20℃ 이상인 상기 〔1〕또는 〔2〕항에 기재된 적층 일렉트릿 부직포를 이용한 에어 필터재.
〔4〕부직포 A를 구성하는 섬유 D와 섬유 E의 중량비 “섬유 D의 중량/섬유 E의 중량”이 20/80?80/20인 상기〔1〕?〔3〕중 어느 한 항에 기재된 적층 일렉트릿 부직포를 이용한 에어 필터재.
〔5〕섬유 D가 폴리올레핀 엘라스토머로 구성되어 있는 상기 〔1〕?〔4〕중 어느 1항에 기재된 적층 일렉트릿 부직포를 이용한 에어 필터재.
〔6〕섬유 D 및 섬유 E를 구성하는 수지 성분에 힌더드 아민계 화합물이 첨가되어 있는 상기 〔1〕?〔5〕중 어느 1항에 기재된 적층 일렉트릿 부직포를 이용한 에어 필터재.
〔7〕부직포 A가 멜트블로우 부직포이며, 부직포 A에 적층되는 상기 부직포 B의 적어도 하나가 스펀본드 부직포인 상기〔1〕?〔6〕중 어느 1항에 기재된 적층 일렉트릿 부직포를 이용한 에어 필터재.
〔8〕상기 에어 필터재가, 부직포 A의 양면에 부직포 B가 각각 1층 이상 적층되어 있는 에어 필터재이며, 부직포 A가 멜트블로우 부직포이며, 부직포 A의 양면에 적층되어 있는 부직포 B 중, 부직포 A의 각 면에 적층되어 있는 적어도 1층의 부직포 B가 스펀본드 부직포인 상기 〔1〕?〔7〕중 어느 1항에 기재된 적층 일렉트릿 부직포를 이용한 에어 필터재.
〔9〕부직포 B의 스펀본드 부직포를 구성하는 섬유가 폴리에스테르로 구성되어 있는 상기 〔7〕또는 〔8〕항에 기재된 적층 일렉트릿 부직포를 이용한 에어 필터재.
〔10〕스펀본드 부직포로 이루어지는 상기 부직포 B 중 적어도 하나가, 당해 스펀본드 부직포를 구성하는 섬유가 시쓰-코어(sheath-core) 구조의 복합 섬유이며, 코어 성분이 폴리에스테르이고, 시쓰 성분이 코어 성분보다 융점이 낮은 수지로 구성되어 있는 상기 〔7〕? 〔9〕중 어느 1항에 기재된 적층 일렉트릿 부직포를 이용한 에어 필터재.
본 발명은, 압력 손실이 낮고, 더스트의 포집 효율이 높은 적층 일렉트릿 필터재를 제공할 수 있다. 특히 마스크에 적합한 일렉트릿 필터재를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 적층 일렉트릿 부직포는, 평균 섬유 직경 0.1?15㎛인 부직포 A의 적어도 한쪽면에, 평균 섬유 직경이 10㎛?100㎛인 부직포 B를 적어도 1층 적층하고, 일렉트릿 가공을 실시한 적층 일렉트릿 부직포를 이용한, 에어 필터재이다. 부직포 A를 구성하는 섬유는 섬유 D와 섬유 D보다 융점이 높은 섬유 E가 혼섬되어 있다. 본 발명에 있어서의 「혼섬」이란, 적어도 2종류의 섬유가 균일하게 혼합되어 부직포를 구성하고 있는 상태를 말한다.
본 발명의 부직포 A를 구성하는 섬유는, 평균 섬유 직경이 0.1㎛?15㎛인 섬유 D와 섬유 D보다 융점이 높은 섬유 E가 혼섬되어 있으면 그 제법은 한정되지 않는다. 또한, 본 발명에 있어서는, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서 부직포 A중에 섬유 D 및 섬유 E 이외의 섬유가 혼섬되는 것은 무방하다.
본 발명의 부직포 A를 구성하는 섬유 E에 대하여 상대적으로 융점이 낮은 섬유 D는 적층시의 접착성을 얻기 위해서, 엘라스토머로 이루어지는 섬유인 것이 바람직하다.
섬유 D의 융점을 d(℃), 섬유 E의 융점을 e(℃)로 하면, e－d가 20?150℃인 것이 바람직하고, 30?120℃이면 더욱 바람직하다. e－d가 20℃ 이상인 경우, 부직포 A에 부직포 B를 적층했을 때, 융점이 높은 섬유 E를 용융시키지 않고 일체화가 가능하다. 이에 따라 섬유 E는 섬유 형태를 유지하여, 충분한 통기성을 유지할 수 있다. 또한, 균일하게 혼섬하기 위해서는 섬유 D와 섬유 E를 동일한 방사 구금(spinneret)으로부터 방사하는 것이 바람직한데, 이 경우에, 섬유 D와 섬유 E의 융점이 극단적으로 다르면 방사성을 확보하기 어려워지는 경향이 있다. e－d가 150℃ 이하이면, 충분한 방사성이 확보된다.
본 발명의 부직포 A는, 멜트블로우법에 의해 얻어지는 부직포인 것이 바람직하다. 바람직하게는, 융점에 20℃?150℃의 차가 있는 2종의 열가소성 수지를 각각 독립으로 용융 압출하여, 혼섬 멜트블로우 방사 구금으로부터 방사하여 얻어지고, 또한 고온, 고속의 기체에 의해 극세 섬유류로서 블로우 방사되어, 포집 장치에서 혼섬 부직포로서 얻어진다. 혼섬 멜트블로우 방사 구금으로는, 어느 1개의 섬유 성분 방사용 홀과 다른 섬유 성분 방사용 홀이 번갈아 다수개 일렬로 형성되어 있는 멜트블로우 방사 구금 등이다.
본 발명의 적층 일렉트릿 부직포는 평균 섬유 직경이 0.1㎛?15㎛인 부직포 A의 적어도 한쪽면에 평균 섬유 직경이 10㎛?100㎛인 부직포 B를 적어도 1층 적층한 구조로 일렉트릿 가공된 적층 일렉트릿 부직포이면, 그 제법은 한정되지 않는다.
부직포 A를 구성하는 섬유 D의 융점을 d(℃), 부직포 A와 적층하는 부직포 B를 구성하는 섬유 표면의 적어도 일부를 구성하는 저융점측 섬유의 융점을 b(℃)로 한 경우, b－d가 20?200℃인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 30?200℃이다. b－d가 20℃ 이상인 경우, 부직포 A와 적층했을 때, 부직포 B는 섬유형태를 유지하고, 또한 충분한 접착성을 유지할 수 있다.
본 발명의 부직포 A가 멜트블로우법에 의해 얻어진 섬유층인 경우, 멜트블로우법에 있어서의 블로우 방사할 때의 기체는 통상, 공기, 질소 가스 등의 불활성 기체가 사용된다. 그 기체의 온도는 약 200?500℃, 바람직하게는 약 250?450℃, 압력은 약 0.1?6.0kgf/㎠(98?588KPa), 바람직하게는 약 0.2?5.5kgf/㎠(196?539Pa)이다. 이 방사 조건은, 사용하는 수지의 물성이나 조합, 목적으로 하는 섬유 직경, 방사 구금 등의 장치 등에 의해, 적절히 설정된다.
본 발명의 부직포 A는, 섬유 D와 섬유 E의 섬유 직경이 같거나 달라도 되는데, 섬유 D와 섬유 E를 합친 평균 섬유 직경이 0.1?15㎛인 혼섬 섬유로 이루어지는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 0.3?10㎛이다. 평균 섬유 직경 0.1㎛ 이상이면 제조가 용이하고, 생산성이 좋아 가격도 낮은 비용으로 된다. 평균 섬유 직경이 15㎛ 이하이면 더스트의 포집 효율이 충분히 높다.
본 발명의 부직포 A의 단위 면적당 질량은 특별히 한정되지 않지만, 필터재에 이용할 경우에는, 5?200g/㎡인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 10?100g/㎡이다. 마스크재에 이용할 수 있는 경우에는, 요구되는 통기 성능과 더스트의 포집 성능의 정도로부터, 이에 한정되는 것은 아니지만 20?120g/㎡의 범위가 적합하다.
본 발명의 부직포 A를 구성하는 섬유는 접착성을 얻기 위해서 접착 성분인 저융점 섬유 D(바람직하게는 엘라스토머로 이루어지는 저융점 섬유)가 포함되어 있을 필요가 있고, 또한, 통기성을 얻기 위해서 섬유 E가 포함되어 있을 필요가 있다. 이들 관점에서, 바람직한 섬유 D와 섬유 E의 중량비는, 섬유 D의 중량/섬유 E의 중량＝20/80?80/20의 범위이다. 더욱 바람직하게는, 섬유 D의 중량/섬유 E의 중량＝30/70?70/30이다. 부직포 A중의 섬유 D의 중량비가 20중량% 이상이면, 부직포 A와 부직포 B의 층간 접착력은 충분히 강하고, 마스크 성형시나 플리트 가공시 등에 이들 부직포간의 박리가 발생하지 않는다. 부직포 A중의 섬유 D의 중량비가 80중량% 이하이면, 부직포 A의 접착 성분인 섬유 D의 용융량은 적절한 범위로 유지되므로, 압력 손실이 증대하지 않는다. 부직포 A에 포함되는 섬유 D의 중량이, 적층 부직포의 중량 기준으로, 5?50중량%의 범위인 것이, 적층 부직포의 강도와 여과 성능의 밸런스의 점에서 바람직하다. 더욱 바람직하게는 10?30중량%이다.
섬유 D를 구성하는 열가소성 수지(바람직하게는 저융점 엘라스토머 수지)란, 상기 조건을 만족하고 있으면 특별한 제한은 없다. 예를 들면, 폴리올레핀, 폴리스티렌, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리우레탄 등의 열가소성 수지를 들 수 있고, 바람직하게는 폴리올레핀 엘라스토머, 폴리스티렌 엘라스토머, 폴리에스테르 엘라스토머, 폴리아미드 엘라스토머, 폴리우레탄 엘라스토머 등을 들 수 있다. 특히 가는 섬유를 방사하기 쉬운 폴리올레핀 엘라스토머가 바람직하고, 폴리머의 성질을 손상시키지 않는 범위에서 다른 성분이 공중합되어 있어도 된다.
상기 폴리올레핀 엘라스토머로는, 올레핀 모노머로 구성된 랜덤 공중합체가 있다. 폴리올레핀 엘라스토머의 랜덤 공중합체란, 2중 결합을 가지는 탄화수소이고, CnH2n(n은 2이상의 정수, 상한은 특별히 제한이 없지만 n＝10 이하가 바람직하다)로 표시되는 에틸렌, 프로필렌, 부텐 등의 모노머와, 이들 이외의 적어도 1종의 다른 모노머와의 공중합체이며, 특히 모노머가 랜덤으로 배열된 랜덤 공중합체이다.
상기 랜덤 공중합체는, 에틸렌과 탄소수 3?10의 올레핀의 공중합체 또는 프로필렌과 탄소수 4?10의 올레핀의 공중합체인 것이 바람직하다. 에틸렌과 탄소수 3?10의 올레핀으로 이루어지는 공중합체가 더욱 바람직하고, 예를 들면 프로필렌, 1?부텐, 3?메틸?1?부텐, 4?메틸?1?부텐, 1?펜텐, 1?헥센, 4?메틸?1?펜텐, 1?헵텐, 1?옥텐, 1?노넨, 1?데센 등과의 공중합체를 들 수 있다. 상기 올레핀 중에서는, 특히 1?부텐, 1?펜텐, 1?헥센, 1?옥텐이 바람직하다. 특히 이들 올레핀은, 1종 단독 또는 2종 이상을 조합시켜서 이용할 수 있다. 이들을 조합시킨 에틸렌?옥텐 공중합체, 에틸렌?부텐 공중합체 등의 에틸렌?올레핀 공중합체가 바람직하다. 또한 본 발명에 이용되는 에틸렌과 탄소수 3?10의 올레핀의 공중합체 또는 프로필렌과 탄소수 4?10의 올레핀의 공중합체의 분자량 분포(Mw/Mn)는, 방사성의 점에서 1.5?4인 것이 바람직하다. 이러한 폴리올레핀 공중합체 엘라스토머의 시판품으로는, 예를 들면 “인게이지” (상품명, 더다우케미컬컴퍼니사 제), “비스타맥스” (상품명, 엑손모빌코포레이션사 제)가 예시된다. 또한 본 발명에서 이용되는 폴리올레핀 공중합체는 메탈로센 촉매에 의해 제조된 공중합체여도 된다. 또한, 상기 폴리올레핀 엘라스토머에는, 올레핀에 가교용 디엔모노머를 추가한 3원 공중합체도 포함되고, 구체적으로는, 에틸렌?프로필렌?디엔고무, 에틸렌?부텐?디엔고무가 예시된다.
상기 폴리올레핀 엘라스토머로는, 이 외에, 엘라스토머릭 폴리프로필렌, 프로필렌?에틸렌 블록 공중합체를 적합하게 사용할 수 있다. 엘라스토머릭 폴리프로필렌은, 중합체쇄가 결정성의 아이소태틱폴리프로필렌 또는 신디오택틱폴리프로필렌과, 비정성의 어택틱폴리프로필렌으로 구성되는 스테레오 블록 구조를 취하고, 아이소태틱폴리프로필렌 또는 신디오택틱폴리프로필렌을 하드 세그먼트로 하고, 어택틱폴리프로필렌을 소프트 세그먼트로서 공중합한 구조물이다. 또한, 본 발명에서는, 예를 들면 미국 특허 제4335225호 명세서, 동 제4522982호 명세서, 동 제5188768호 명세서에 기재되어 있는 엘라스토머릭 폴리프로필렌을 사용할 수 있다. 이들은 단독 중합체 및 공중합체의 양쪽을 의미한다. 공중합체는 프로필렌 단위에 추가하여, 분자 중에 프로필렌 단위 이외의 다른 올레핀 단위, 예를 들면 에틸렌, 부틸렌, 펜텐 또는 헥센 단위를 함유해도 된다. 이들은 사슬 구조중에 실질적으로 입체 규칙성 블록 배열을 가지고, 예를 들면, 중합체 사슬 중에 선택적으로 배열된 아이소태틱폴리프로필렌 및 어택틱폴리프로필렌 서열의 블록으로 이루어진다.
프로필렌?에틸렌 블록 공중합체란, 폴리프로필렌과 폴리(에틸렌?co?프로필렌)이 블랜드(blend)의 상태로 존재하고 있는 것이 아니라, 국제공개 제00/23489호 팸플릿(대응 미국 특허 6,815,508B1)에 나타내는 것과 같은, 폴리프로필렌 세그먼트와 폴리(에틸렌?co?프로필렌)세그먼트가 화학적으로 결합한 진짜 블록 공중합체이다. 구체적으로는, 티탄 및 할로겐 또는 티탄, 마그네슘 및 할로겐으로 이루어지는 고체 촉매 성분과 트리에틸알루미늄 등의 유기 금속 화합물로 이루어지는 올레핀 중합 촉매의 존재 하에, 필요에 따라 전자 공여성 화합물을 첨가하고, 중합 반응기, 바람직하게는 국제공개 제99/26986호 팸플릿에 예시되어 있는 관형 중합 반응기를 사용하여, 소정량의 폴리(에틸렌?co?프로필렌)세그먼트를 합성함으로써, 폴리프로필렌 세그먼트와 폴리(에틸렌?co?프로필렌)세그먼트가 화학적으로 결합(공유 결합)한 프로필렌?에틸렌 블록 공중합체를 제조할 수 있다. 이와 같이 하여 얻어진 프로필렌?에틸렌 블록 공중합체는, 중량 평균 분자량(Mw)이 10만 이상이며, 폴리(에틸렌?co?프로필렌)세그먼트 함유량이 5?100중량% 미만이며, 또한 전체 에틸렌 함유량이 2?95중량%이다.
섬유 D보다 융점이 높은 섬유 E를 구성하는 열가소성 수지는 섬유 D를 구성하는 열가소성 수지보다 융점이 높은 방사 가능한 열가소성 수지이면 특별한 제한은 없다. 예를 들면 폴리프로필렌, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형상 저밀도 폴리에틸렌, 프로필렌과 다른 올레핀의 2 또는 3원 공중합체 등의 폴리올레핀류, 폴리아미드류, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 디올과 테레프탈산/이소프탈산 등을 공중합한 저융점 폴리에스테르, 폴리에스테르 엘라스토머 등의 폴리에스테르류, 불소 수지, 상기 수지의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 이 중에서도, 폴리올레핀을 주체로 하는 것은 일렉트릿 성능을 특히 발휘하는 점에서 바람직하고, 폴리올레핀 중에서는, 내열성이 뛰어나고, 가는 섬유를 방사하기 쉬운 폴리프로필렌계 수지가 더욱 바람직하다. 또한 폴리머의 성질을 손상시키지 않는 범위에서 다른 성분이 공중합되어도 된다.
섬유 D 및 섬유 E를 구성하는 열가소성 수지에는 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위 내에서 산화 방지제, 광 안정제, 자외선 흡수제, 중화제, 조핵제, 에폭시 안정제, 활제, 항균제, 난연제, 안료, 가소제 및 다른 열가소성 수지 등을 첨가할 수 있다. 또한, 내열성을 향상시켜, 일렉트릿 성능을 향상시키는 목적에서 시클로올레핀코폴리머를 첨가할 수 있다.
섬유 D 및 섬유 E를 구성하는 열가소성 수지에는, 내후성을 향상시켜, 일렉트릿 성능을 향상시키는 목적에서 힌더드 아민계 화합물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종이 첨가되어 있는 것이 바람직하다.
힌더드 아민계 화합물로는, 폴리[(6?(1, 1, 3, 3?테트라메틸부틸)이미노?1, 3, 5?트리아진?2, 4?디일)((2, 2, 6, 6?테트라메틸?4?피페리딜)이미노)헥사메틸렌((2, 2, 6, 6?테트라메틸?4?피페리딜)이미노)](치바가이기 제, “키마소프 944LD”), 호박산 디메틸?1?(2?하이드록시에틸)?4?하이드록시?2, 2, 6, 6?테트라메틸피페리딘 중축합물(치바?스페셜티?케미컬 제, “티누빈 622LD”), 2?(3, 5?디?t?부틸?4?하이드록시벤질)?2?n?부틸말론산비스(1, 2, 2, 6, 6?펜타메틸?4?피페리딜)(치바?스페셜티?케미컬 제, “티누빈 144”) 등을 들 수 있다.
본 발명의 적층 일렉트릿 부직포에는, 배합되는 상기 힌더드 아민계 화합물의 첨가량은, 특별히 한정되지 않지만 바람직하게는 0.5?5중량%, 더욱 바람직하게는 0.6?3중량%의 범위이다. 첨가량이 0.5중량% 이상이면, 목적으로 하는 고성능 필터재 레벨의 일렉트릿 성능이 용이하게 얻어진다. 또한, 첨가량이 5중량% 이하이면, 방사성은 양호하고, 또한 비용적으로도 유리하다.
본 발명의 적층 일렉트릿 부직포는, 평균 섬유 직경이 0.1㎛?15㎛인 부직포 A의 적어도 한쪽면에 평균 섬유 직경이 10㎛?100㎛인 부직포 B를 적층한 구조로 일렉트릿 가공되어 있으면 된다.
여기서, 일렉트릿 가공이란, 섬유의 저융점 성분이 용융되지 않는 온도의 가열 분위기 하에서 전하를 부여하는 열 일렉트릿법이나, 코로나 방전에 의해 전하를 부여하는 코로나 방전법 등의 일렉트릿 처리를 행함으로써 적층 부직포에 전하를 대전시켜 포집 기능 등의 특성을 적층 부직포에 부여하는 가공 방법이다. 단, 일렉트릿 처리법에 대해서는 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 적층 일렉트릿 부직포의 적층 패턴, 즉 “부직포 A의 적어도 한쪽면에, 부직포 B가 1층 또는 복수층 적층되어 있는 적층 부직포”로는, 부직포 A의 한쪽면에 부직포 B를 1층 또는 2층 이상 적층한 적층 부직포, 부직포 A의 양면에 부직포 B를 1층 또는 2층 이상 적층한 적층 부직포(단, 부직포 A의 한쪽의 면에 적층되는 부직포 B의 적층수와 다른쪽의 면에 적층되는 부직포 B의 적층수는 동일하거나 달라도 된다)를 들 수 있다. 여기에서, 부직포 A에 적층 되는 부직포 B의 총 적층 매수가 복수매인 경우에는, 각각의 부직포 B는, 동일한 부직포 B여도 되고, 「평균 섬유 직경이 10㎛?100㎛이고, 또한 부직포 A를 구성하는 섬유의 평균 섬유 직경보다도 큰 평균 섬유 직경의 섬유로 이루어지는 부직포」라는 조건을 만족하기만 하면 서로 달라도 된다. 서로 다른 부직포 B란, 예를 들면, 어느 한쪽의 부직포 B와 다른 부직포 B를 구성하는 섬유의 평균 섬유 직경이 다른 경우, 구성하는 섬유의 종류(재질)가 다른 경우, 구성하는 섬유가 어느 한쪽의 섬유가 복합 섬유, 다른쪽의 섬유가 단섬유인 경우, 어느 한쪽의 부직포 B와 다른 부직포 B의 단위면적당 질량이나 두께, 강도, 기체의 투과성(압력 손실)이 다른 경우, 구성하는 섬유의 융점이 다른 경우, 이들 조합 등, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는한, 어떠한 상이점이어도 된다. 그리고 목적에 따라 적절히 선정하여 이용할 수 있다.
예를 들면, 에어 필터재를 마스크재로서 사용할 경우에 예를 들면, (1) 간이 마스크의 경우, 프리필터/메인 필터/프리필터의 3층 적층 필터재로 이루어지는 것이고, 메인 필터가 부직포 A로 이루어지고, 저렴한 것은 양면에 프리필터로서 동일한 부직포 B로 이루어지는 스펀본드 부직포 등을 이용하여 보강재도 겸하고 있는 예를 들 수 있다. (2) 고성능 마스크의 경우, 프리필터/메인 필터/보강재(피부면의 촉감을 손상시키지 않도록, 촉감이 좋은 소재를 이용하기도 한다)나, 프리필터/기능성 필터/메인 필터/보강재 등의 4층 이상의 적층 등인 경우, 메인 필터가 부직포 A로 이루어지고, 다른 층은 부직포 B로 이루어지는데, 각 층의 부직포 B는, 그 성능을 발휘하는데 적합한 구성의 부직포 B를 채용하므로, 서로 다른 부직포가 된다. (3) 컵형 방진 마스크의 경우, 프리필터(분진 발생 현장에서 사용하는 경우도 메인 필터를 손상시키지 않도록 필터 성능과 강도가 필요)/메인 필터/보강재(피부와의 밀착성과 성형성을 유지하기 위해서, 부피가 큰 것이 바람직하다)로 이루어지는데, 메인필터가 부직포 A로 이루어지고, 다른 층은 부직포 B로 이루어지는데, 각 층의 부직포 B는, 그 성능을 발휘하는데 적합한 구성의 부직포 B를 채용하므로, 서로 다른 부직포가 되는 경우가 있다.
필터재로서 이용할 경우, 공기 유입층 측에 평균 섬유계의 가는 부직포 A를 배치하면 필터재의 그물눈 막힘이 빨라지므로, 특히 공기 유입측에는 평균 섬유 직경이 큰 부직포 B를 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 용도에 따라 요구되는 성능과의 적합에 따라서는, 부직포 B를 부직포 A의 한쪽의 면측에 2매 이상 적층하여 이용할 수도 있다.
본 발명의 적층 일렉트릿 부직포를 구성하는 부직포 B는, 평균 섬유 직경이 10㎛?100㎛이면, 그 제법은 한정되지 않는다. 부직포 B를 구성하는 섬유 재료도 열가소성 수지이면 특별히 한정되지 않는다.
예를 들면, 본 발명의 적층 일렉트릿 부직포의 적층 패턴을 부직포 A의 양면에 부직포 B를 적층하여 필터재로서 이용하는 경우에는, 공기 유입층 측의 부직포 B를 프리필터로서 이용하고, 반대측에 적층된 부직포 B를 보강재로 한 배치로 하는 것이 바람직하다.
부직포 B를 구성하는 섬유의 열가소성 수지는, 예를 들면 폴리프로필렌, 고밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형상 저밀도 폴리에틸렌, 프로필렌과 다른 올레핀의 2 또는 3원 공중합체 등의 폴리올레핀류, 폴리아미드류, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 디올과 테레프탈산/이소프탈산 등을 공중합한 저융점 폴리에스테르, 폴리에스테르 엘라스토머 등의 폴리에스테르류, 불소 수지, 상기 수지의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 부직포 B를 구성하는 섬유의 형태는, 단성분 섬유여도 되고, 복합 섬유여도 되지만, 이들 섬유의 표면의 적어도 일부를 구성하는 수지의 융점은, 섬유 D의 융점보다 높은 것이 바람직하다.
부직포 B를 구성하는 열가소성 수지에는, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위 내에서 산화 방지제, 광 안정제, 자외선 흡수제, 중화제, 조핵제, 에폭시 안정제, 활제, 항균제, 난연제, 안료, 가소제 및 다른 열가소성 수지 등을 첨가할 수 있다. 또한, 내후성을 향상시켜, 일렉트릿 성능을 향상시킬 목적에서 힌더드 아민계 화합물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종이 첨가되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 적층 일렉트릿 부직포를 구성하는 부직포 B의 단위 면적당 질량은 특별히 한정되지 않지만, 필터재의 보강재로서 이용하는 경우에는, 바람직하게는 10?300g/㎡, 보다 바람직하게는 20?200g/㎡, 더욱 바람직하게는 40?100g/㎡이다. 단위 면적당 질량이 10g/㎡ 이상이면, 부직포 A를 보강하는 효과가 충분하고, 마스크 형성 시나 플리트 가공시 등에 형상이 양호하게 유지된다. 300g/㎡ 이하이면, 마스크 성형시나 플리트 가공시의 생산성이 좋다.
또한, 본 발명의 적층 일렉트릿 부직포를 구성하는 부직포 B를 필터재의 프리필터로서 이용할 경우에는, 부직포 B의 단위 면적당 질량은 특별히 한정하는 것은 아니지만, 바람직하게는 5?200g/㎡, 보다 바람직하게는 10?100g/㎡, 더욱 바람직하게는 15?60g/㎡이다. 단위 면적당 질량이 5g/㎡ 이상이면, 부직포 강도는 충분히 강하고, 마스크 성형시나 플리트 가공시 등에 형상이 양호하게 유지된다. 200g/㎡ 이하이면, 부직포의 유연성이 충분히 높고, 마스크를 장착할 경우, 장착성도 좋다.
부직포 A를 메인 필터로 하고, 여기에, 보강 재료로서 이용하는 부직포 B와 프리필터로서 이용하는 부직포 B의 양자를 적층하여 이용하는 경우에는, 상술의 단위 면적당 질량의 범위에서, 또한, 필터재의 보강재로서 이용하는 쪽의 당해 부직포 B의 단위 면적당 질량은, 필터재의 프리필터로서 이용하는 쪽의 당해 부직포 B보다도 큰 단위 면적당 질량의 것을 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 일반적으로 프리필터는, 여과 처리 대상이 되는 기체의 유입측에 설치되고, 보강재는, 처리 대상이 되는 기체의 배출측에 설치되는 것이 일반적이고, 마스크의 경우 등에서 말하면, 프리필터는, 외기에 가까운 측에 위치하고, 보강재는, 인체에 가까운 측에 위치하도록 설치되는 것이 일반적인데, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 적층 일렉트릿 부직포를 구성하는 부직포 B는, 스펀본드법에 의해 얻어지는 부직포인 것이 바람직하다. 스펀본드법은, 용융 방사하여 얻어지는 장섬유를 그대로 개섬(開纖) 및 집적하여 부직포로 가공할 수 있으므로, 생산성이 매우 뛰어나고, 저렴한 비용으로 제조할 수 있다. 또한, 인장 강도 등의 기계적 물성이 뛰어난 부직포를 용이하게 얻을 수 있다고 하는 특징을 가지므로 바람직하다.
본 발명의 적층 일렉트릿 부직포를 구성하는 부직포 B를 보강재로서 이용하는 경우에는, 부직포 B는, 부직포 A를 구성하는 저융점의 섬유 D와 융점차가 넓고, 마스크 성형 시나 플리트 가공시 등에 형상 유지성이 양호한 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르가 주성분으로 구성되어 있는 스펀본드 부직포인 것이 바람직하다.
본 발명의 적층 일렉트릿 부직포를 구성하는 부직포 B를 프리필터로 하여 스펀본드 부직포를 이용할 경우에는, 스펀본드 부직포를 구성하는 섬유가 시쓰-코어 구조의 복합 섬유이며, 시쓰 성분이 부직포 A를 구성하는 섬유 D와의 접착성이 양호한 폴리올레핀, 코어 성분이 부직포 A를 구성하는 저융점의 섬유 D와 융점차가 넓고, 마스크 성형시나 플리트 가공시 등에 형상 유지성이 양호한 폴리에스테르로 이루어지는 복합 섬유이며, 시쓰 성분이 코어 성분보다 융점이 낮은 수지를 주성분으로 구성되어 있는 것이 바람직하다.
이러한 복합 섬유의 시쓰 성분과 코어 성분의 구체적인 조합예로는, 고밀도 폴리에틸렌/폴리에틸렌테레프탈레이트, 저밀도 폴리에틸렌/폴리에틸렌테레프탈레이트, 선형상 저밀도 폴리에틸렌/폴리에틸렌테레프탈레이트, 에틸렌?프로필렌 공중합체/폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌/폴리에틸렌테레프탈레이트, 고밀도 폴리에틸렌/폴리부틸렌테레프탈레이트, 저밀도 폴리에틸렌/폴리부틸렌테레프탈레이트, 선형상 저밀도 폴리에틸렌/폴리부틸렌테레프탈레이트, 에틸렌?프로필렌 공중합체/폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌/폴리부틸렌테레프탈레이트, 고밀도 폴리에틸렌/폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 저밀도 폴리에틸렌/폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 선형상 저밀도 폴리에틸렌/폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 에틸렌?프로필렌 공중합체/폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌/폴리트리메틸렌테레프탈레이트 등을 예시할 수 있다. 바람직하게는, 고밀도 폴리에틸렌/폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌/폴리에틸렌테레프탈레이트 등을 들 수 있다.
스펀본드법은, 예를 들면, 복합 섬유인 경우에는, 2기의 압출기를 가지는 범용의 복합 스펀본드 방사기를 사용하여, 각각의 압출기에 각각의 수지를 투입하고, 고온으로 보온한 복합 방사 구금으로부터 용융 수지를 장섬유로서 토출시킨다. 토출한 장섬유군을 에어 서커(air sucker)에 도입하여 견인 연장하고, 계속해서 에어 서커로부터 장섬유군을 배출시켜, 컨베이어 상에 포집한다. 이 때 석션 컨베이어 상에, 직접, 장섬유 웹으로서 장섬유군을 포집하는 방법이나, 컨베이어 상에 포집하기 전에 개섬하고, 그 후, 포집하는 방법이 있다. 개섬하는 방법으로는, 예를 들면 장섬유군의 배출 도중에 한쌍의 진동하는 날개형상물(플랩(flap))의 사이에 장섬유군을 통과시키는 방법, 장섬유군을 반사판 등에 충돌시키는 방법 또는 코로나 대전법에 의해 장섬유군을 대전시키는 방법을 들 수 있다. 포집한 장섬유 웹을, 석션 컨베이어로 반송하여, 케미컬 본드나 열처리 가공을 실시한다. 열처리 가공으로는, 포인트 본드 가공 등을 들 수 있는데 이에 한정되는 것은 아니다.
부직포 A와 부직포 B를 적층하고, 일체화하는 방법은 특별히 한정되지 않지만, 통기성을 유지하기 위해서는, 열 압착에 의해 일체화되고, 라텍스 등의 접착제를 사용하지 않는 것이 바람직하다.
본 발명의 부직포 A와 부직포 B를 적층할 경우, 얻어지는 부직포의 두께나 통기도를 조정할 수 있는 캘린더 가공에 의해, 가열?가압 접착하여 일체화시키는 것이 바람직하다. 이 때의 접착 온도는 상대적으로 융점이 낮은 저융점 엘라스토머 성분을 포함하는 섬유 D만이 용융하고, 상대적으로 융점이 높은 섬유 E가 충분히 용융하지 않는 온도에서 가공하는 것이 바람직하다. 이에 따라 적층 후에 섬유 D만이 용융하여, 접착 기능을 발휘하고, 섬유 E는 섬유 형태를 유지하므로, 접착력과 통기성도 뛰어난 적층 일렉트릿 부직포를 이용한 에어 필터재를 얻을 수 있으므로 바람직하다. 이 때, 부직포 B를 구성하는 섬유도 당연히, 충분히 용융하지 않는 온도에서 가공되게 된다.
캘린더 가공에 있어서는, 플랫 롤러를 이용하여, 1쌍의 가열 플랫 롤러의 간극을 조정하여 원하는 통기도로 부직포를 가공하는 방법이 바람직하다. 가열 플랫 롤러의 온도는, 부직포 A와 접하는 가열 플랫 롤 A를 섬유 D(저융점)의 융점보다 0℃ 이상 낮게 설정하는 것이 바람직하고, 10℃ 이상 낮게 하는 것이 바람직하다. 가열 플랫 롤 A의 온도를 섬유 D의 융점에서 0℃ 이상 낮게 설정함으로써, 부직포 A를 구성하는 섬유 D가 부직포 전체에서 변형하지 않으므로, 에어 필터로서 사용하는 경우에 압력 손실이나 더스트의 포집 성능이 양호하게 유지된다. 부직포 B와 접하는 가열 플랫 롤 B는 섬유 D(저융점)의 융점보다 0℃?70℃ 높게 설정하는 것이 바람직하고, 10℃?40℃ 높게 설정하는 것이 더욱 바람직하다. 가열 플랫 롤 B의 온도를 섬유 D의 융점 이상으로 설정함으로써, 부직포 A와 부직포 B의 접착은 충분히 강하게 유지되고, 마스크 성형시나 플리트 가공시 등에 이들 부직포간에서의 박리가 발생하지 않는다. 한편, 가열 플랫 롤 B의 온도를 섬유 D의 융점에서 70℃를 넘지 않는 온도로 설정하면, 부직포 A를 구성하는 섬유 D가 부직포 전체에서 변형하지 않으므로, 에어 필터로서 사용하는 경우에 압력 손실이나 더스트의 포집 성능이 양호하게 유지된다. 가열 플랫 롤 B의 설정 온도가 섬유 D의 융점보다 10℃?40℃ 높은 경우는, 부직포 B와 접해 있는 부직포 A의 섬유 D부분이 용융하여, 부직포 B와의 접착은 매우 양호하다. 다만, 플랫 롤의 설정 온도는, 본 발명의 적층 부직포를 구성하는 섬유 D이외의 어떠한 섬유의 융점보다도 낮게 할 필요가 있다. 또한, 이들을 원하는 두께나 통기도로 가공하는데 적합한 조건은, 본 발명의 작용이나 효과를 저해하지 않는 범위에서, 플랫 롤 처리시의 온도, 압력, 클리어런스, 속도 등을 적절히 선택함으로써 조정할 수 있다.
본 발명에서는, 열 접착에 기여하는 섬유 D가, 부직포 A에 있어서, 전체의 일부를 구성하는데 머물기 때문에, 한쪽의 캘린더 롤의 표면을 요철 형상의 엠보스 롤로 한 경우에도, 에어 필터재인 적층 부직포로서, 과도하게 압력 손실이 증대하지 않는다. 가열 플랫 롤과 엠보스 롤에서 적층 부직포로 하는 경우에 있어서는, 가열 플랫 롤의 온도는 섬유 D(저융점)의 융점보다 0℃ 이상 낮게 설정하는 것이 바람직하고, 10℃ 이상 낮게 하는 것이 바람직하다. 가열 플랫 롤의 온도를 섬유 D의 융점에서 0℃ 이상 낮게 설정함으로써, 부직포 A를 구성하는 섬유 D가 부직포 전체에서 변형하지 않으므로, 에어 필터로서 사용하는 경우에 압력 손실이나 더스트의 포집 성능은 양호하게 유지된다. 가열 엠보스 롤의 온도는 섬유 D의 융점에 대하여, －20℃?＋50℃의 범위, 더욱 바람직하게는 －10℃?＋30℃의 범위로 하는 것이 바람직하다. 단, 부직포 A가 한쪽의 면에 노출되어 있는 경우에는, 부직포 A와 접하는 롤은 가열 플랫 롤로 하는 것이 바람직하다. 따라서, 가열 엠보스 롤은, 부직포 B에 맞닿아 이용된다. 부직포 A의 양면에 부직포 B가 적층되는 경우에는, 한쪽의 부직포 B에 가열 플랫 롤이 맞닿고 다른쪽의 부직포 B에 엠보스 롤이 맞닿는다.
엠보스 롤에 의한 접착부의 면적은 적층된 부직포의 0.5?20%가 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 1?8%이다. 0.5% 이상이면, 부직포 강도는 충분하고, 마스크 성형시나 플리트 가공시 등의 형상 유지가 양호하다. 20% 이하이면, 압력 손실은 충분히 억제되고, 에어 필터, 특히 마스크로서의 성능이 양호하게 유지된다. 또한, 본 발명의 작용이나 효과를 저해하지 않는 범위에서, 엠보스 롤 처리시의 온도, 압력, 클리어런스, 속도를 적절히 선택할 수 있다.
본 발명의 부직포 A와 부직포 B, 나아가 부직포 B끼리(B가 적어도 한쪽면에 적어도 2층 이상 적층되는 경우) 초음파 접착, 고주파 접착에 의해 층간을 부분적으로 접착할 경우, 압력 손실을 억제하기 위해서, 접착부의 면적은 적층된 부직포의 0.5?20%가 바람직하다. 더욱 바람직하게는 1?8%이다. 0.5% 이상이면, 부직포 강도는 충분하고, 마스크 성형 시나 플리트 가공 시 등의 형상 유지가 양호하다. 20% 이하이면, 압력 손실은 충분히 억제되고, 에어 필터, 특히 마스크로서의 성능이 양호하게 유지된다.
본 발명의 적층 일렉트릿 부직포는, 의료용 마스크나 산업용 마스크, 일반용 마스크 등에 적합하게 이용할 수 있다. 또한, 요구되는 성능과의 적합에 따라서는, 에어컨이나 공조 설비에 이용되는 고성능에서부터 HEPA 클래스의 에어 필터(High Efficiency Particulate Air Filter)로 할 수 있다. 이들 용도에 대해서는, 본 발명의 적층 일렉트릿 부직포를 플리트 가공하여 이용해도 바람직하다. 또한, 본 발명의 적층 일렉트릿 부직포를 가공한 경우, 그 가공품을 구성하는 각종 섬유의 융점은 DSC(시차 주사 열량 측정법)에 의해 확인할 수 있다.
실시예
이하, 실시예, 비교예에 의해 본 발명을 설명하는데, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다. 또한, 실시예, 비교예 중에 나타낸 물성치의 측정법 또는 정의를 이하에 나타낸다.
섬유 물성에 대해서 나타낸다.
융점:JIS?K7121?1987에 준하여 측정했다(℃).
부직포 물성에 대해서 나타낸다.
평균 섬유 직경: 부직포로부터 소편(小片)을 잘라내, 주사형 현미경으로 배율 1000?5000배의 사진을 찍고, 계 100개의 섬유 직경을 측정하여, 평균치로부터 평균 섬유 직경을 산출했다(㎛).
단위 면적당 질량: 부직포를 25㎝각으로 자른 성형체 전체의 중량을 칭량하여, 단위 면적당 중량으로 표시했다(g/㎡).
통기도:JIS?L?1084?2009, JIS?L?1018?1999에 준하여 측정했다 (㎝/sec).
필터 특성 시험에 대하여 나타낸다.
더스트의 포집 효율(%): 파티클 측정기(리온 주식회사 제 파티클 카운터 KC?01로, 대기 먼지(입자 직경:0.3?5㎛, 입자수:1500?7000개/L)를 속도 5㎝/sec로 28.3L(1Ft3에 상당)을 샘플에 통과시켰을 때에, 부직포에 포집된 먼지의 양을 측정하고, 통과시킨 먼지의 전체의 양으로부터 백분률로 산출한 값(%).
압력 손실(Pa): 대기 먼지(입자 직경:0.3?5㎛, 입자수:1500?7000개/L)를 속도 5㎝/sec로 28.3L(1Ft3에 상당)을 샘플에 통과시켰을 때의 대기압에 대한 차압을 게이지로부터 읽어낸다(Pa).
Figure pct00001
주) 인게이지(상품명, 더다우케미컬 컴퍼니사 제):에틸렌?옥텐 랜덤 공중합 융점:100℃
비스터맥스(상품명, 엑손모빌코포레이션사 제):폴리프로필렌?에틸렌 랜덤 공중합 융점:40℃
PP: 결정성 호모 폴리프로필렌 융점 :160℃
PET?SB: PET 레귤러 스펀본드 부직포 단위 면적당 질량 60g/㎡ 융점:240℃ 평균 섬유 직경:40㎛
PE/PET?SB:HDPE/PET＝50/50(wt%) 시쓰-코어 복합 스펀본드 부직포(시쓰 성분이 HDPE)
단위 면적당 질량 17g/㎡ 시쓰 성분의 융점:125℃ 코어 성분의 융점:240℃ 평균 섬유 직경:17㎛
또한, 상기에 있어서 PET는 폴리에틸렌테레프탈레이트, HDPE는 고밀도 폴리에틸렌을 나타낸다.
실시예 1
부직포 A의 D성분으로서 폴리에틸렌계 엘라스토머, E성분으로서 폴리프로필렌을 원료로서 이용했다. 스크류(50㎜ 직경), 가열체 및 기어 펌프를 가지는 2기의 압출기, 혼섬용 방사 구금(구멍 직경 0.3㎜, 구멍 수 501홀이 일렬, 다른 성분 섬유가 번갈아 일렬로 늘어선, 유효 폭 500㎜), 압축 공기 발생 장치 및 공기 가열기, 폴리에스테르 제 네트를 구비한 포집 컨베이어, 및 권취기로 이루어지는 부직포 제조 장치를 이용하여 멜트 블로우 부직포의 제조를 행했다.
각각의 압출기에 원료 수지를 투입하고, 폴리에틸렌계 엘라스토머를 230℃, 폴리프로필렌을 230℃에서 가열 용융시키고, 기어 펌프를 폴리에틸렌계 엘라스토머/폴리프로필렌의 중량비가 50/50이 되도록 설정하여, 방사 구금으로부터 단일 구멍당 0.3g/min의 방사 속도로 용융 수지를 토출시키고, 토출한 섬유를 400℃로 가열한 98kPa(계이지압)의 압축 공기에 의해 방사 구금으로부터 30㎝의 거리로 설정한 폴리에스테르 제 컨베이어 상의 부직포 B(단위 면적당 질량 60g/㎡의 스펀본드 부직포)에 분사하여 포집 컨베이어의 속도를 조정함으로써 부직포 A의 단위 면적당 질량이 30g/㎡인 부직포 A와 부직포 B(B1로 한다)의 적층 시트를 얻었다.
다음에, 부직포 B/부직포 A의 적층 시트의 부직포 A측에 다른 부직포 B(B2로 한다)를 적층하기 위해서, 부직포 B(B1)/부직포 A의 적층 시트와 또 다른 별도의 부직포 B(B2)를 110/110℃로 가열한, 압력 3.4MPa의, 한쌍의 플랫 롤간을 통과시켜 캘린더 가공함으로써 부직포 B(B1)/부직포 A/부직포 B(B2)로 이루어지는 적층 부직포를 얻었다. 얻어진 부직포를 100℃ 분위기 하에서 5분간 유지한 후 －10kV의 전압을 5초간 인가함으로써 적층 일렉트릿 적층 부직포를 제작했다.
실시예 2
실시예 1과 동일한 방법으로, 포집 컨베이어의 속도를 조정함으로써 부직포 A의 단위 면적당 질량이 60g/㎡인 부직포 A와 부직포 B(B1)의 적층 시트를 얻었다. 다음에 부직포 B(B1)/부직포 A의 적층 시트를 부직포 B(B1)측에 해당하는 엠보스 롤의 온도를 90℃, 부직포 A측에 해당하는 플랫 롤의 온도를 60℃로 가열한, 압력 1.0MPa, 엠보스 볼록부의 면적율이 5.6%인 엠보스 롤과 상기 플랫 롤의 사이를 통과시켜 엠보스 가공함으로써 적층 부직포를 얻었다. 얻어진 부직포를 100℃ 분위기 하에서 5분간 유지한 후 －10kV의 전압을 5초간 인가함으로써 적층 일렉트릿 적층 부직포를 제작했다.
실시예 3
실시예 1의 부직포 A와 부직포 B(B1)의 적층 시트의 제조에 있어서, D성분으로서 폴리프로필렌계 엘라스토머를 원료로서 이용한 이외는 동일한 방법으로 부직포 A의 단위 면적당 질량이 30g/㎡인 부직포 A와 부직포 B(B1)의 적층 시트를 얻었다.
다음에, 부직포 B(B1)/부직포 A의 적층 시트를 부직포 B(B1)측에 해당하는 엠보스 롤의 온도를 70℃, 부직포 A측에 해당하는 플랫 롤의 온도를 40℃로 가열한, 압력 1.0MPa, 엠보스 볼록부의 면적율이 5.6%인 엠보스 롤과 상기 플랫 롤의 사이를 통과시켜, 엠보스 가공함으로써 적층 부직포를 얻었다. 얻어진 부직포를 100℃ 분위기 하에서 5분간 유지한 후 －10kV의 전압을 5초간 인가함으로써 적층 일렉트릿 적층 부직포를 제작했다.
실시예 4
실시예 3과 동일한 방법으로, 포집 컨베이어의 속도를 조정함으로써 부직포 A의 단위 면적당 질량이 60g/㎡인 부직포 A와 부직포 B(B1로 한다)의 적층 시트를 얻었다. 다음에 부직포 B(B1)/부직포 A의 적층 시트의 부직포 A측에 또 다른 별도의 부직포 B(B2로 한다)를 적층하기 위해서, 부직포 B(B1)/부직포 A의 적층 시트와 부직포 B(B2)를 80℃/80℃로 가열한, 압력 3.4MPa의 한쌍의 플랫 롤간을 통과시켜 캘린더 가공함으로써 부직포 B(B1)/부직포 A/부직포 B(B2)로 이루어지는 적층 부직포를 얻었다. 얻어진 부직포를 100℃ 분위기 하에서 5분간 유지한 후 －10kV의 전압을 5초간 인가함으로써 적층 일렉트릿 적층 부직포를 제작했다.
비교예 1
실시예 1의 부직포 A와 부직포 B(B1)의 적층 시트의 제조에 있어서, 섬유 D로서 폴리프로필렌을 원료로서 이용한 이외는 동일한 방법으로 부직포 A의 단위 면적당 질량이 30g/㎡인 부직포 A와 부직포 B(B1)의 적층 시트를 얻었다.
다음에, 부직포 B(B1)/부직포 A의 적층 시트의 부직포 A측에 또 다른 별도의 부직포 B(B2로 한다)를 적층하기 위해서, 부직포 B(B1)/부직포 A의 적층 시트와 별도의 부직포 B(B2)를 부직포 B(B1)측에 해당하는 플랫 롤의 온도를 160℃, 부직포 B(B2)측에 해당하는 플랫 롤의 온도를 110℃로 가열한, 압력 3.4MPa의 한쌍의 플랫 롤간을 통과시켜 캘린더 가공함으로써 부직포 B(B1)/부직포 A/부직포 B(B2)로 이루어지는 적층 부직포를 얻었다. 얻어진 부직포를 100℃ 분위기 하에서 5분간 유지한 후 －10kV의 전압을 5초간 인가함으로써 적층 일렉트릿 적층 부직포를 제작했다.
비교예 2
비교예 1과 동일한 방법으로, 포집 컨베이어의 속도를 조정함으로써 부직포 A의 단위 면적당 질량이 60g/㎡인 부직포 A와 부직포 B(B1)의 적층 시트를 얻었다. 다음에 부직포 B(B1)/부직포 A의 적층 시트의 부직포 A측에 또 다른 별도의 부직포 B(B2)를 적층하기 위해서, 부직포 B(B1)/부직포 A의 적층 시트와 부직포 B(B2)를 부직포 B(B1)측에 해당하는 엠보스 롤의 온도를 140℃, 부직포 B(B2)측에 해당하는 플랫 롤의 온도를 110℃로 가열한, 압력 1.0MPa, 면적율이 5.6%인 엠보스 롤과 상기 플랫 롤간을 통과시켜 엠보스 가공함으로써 적층 부직포를 얻었다. 얻어진 부직포를 100℃ 분위기 하에서 5분간 유지한 후 －10kV의 전압을 5초간 인가함으로써 적층 일렉트릿 적층 부직포를 제작했다.
비교예 3
비교예 1에서 얻어진 부직포 B(B1)/부직포 A의 적층 시트를 부직포 B(B1)측에 해당하는 엠보스 롤의 온도를 140℃, 부직포 A측에 해당하는 플랫 롤의 온도를 120℃로 가열한, 압력 1.0MPa, 엠보스 볼록부의 면적율이 5.6%인 엠보스 롤과 상기 플랫 롤의 사이를 통과시켜 엠보스 가공함으로써 적층 부직포를 얻었다. 얻어진 부직포를 100℃ 분위기 하에서 5분간 유지한 후 －10kV의 전압을 5초간 인가함으로써 적층 일렉트릿 적층 부직포를 제작했다.
실시예 1?4, 비교예 1?3의 제품에 대해서 필터 특성인 포집 효율 및 압력손실, 가공성의 측정을 실시했다. 그 결과를, 표 2에 표시한다.
Figure pct00002
주) 가공성:가공 속도＝1m/min, 가공 온도＝40℃, 플리트＝1㎝/산의 가공 조건에서 플리트 가공한 후의 시트의 상태로 판단했다.
○: 융착 부분이 박리하지 않아, 가공성이 좋다.
×: 융착 부분이 박리하여, 가공성이 나쁘다.
표 2로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 적층 일렉트릿 부직포는, 가공성이 뛰어나고, 작은 압력 손실로 높은 더스트 포집 효율을 가지는 것을 알았다. 본 발명의 실시예의 적층 일렉트릿 부직포와 동일한 단위 면적당 질량인 비교예의 시험 결과를 비교함으로써 본 발명에서는, 압력 손실을 대폭 작게 하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 부직포 A에는, 상대적으로 융점이 낮은 섬유 D를 혼섬함으로써, 부직포 B와 저온에서 적층할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 적층 계면에서의 레진 본드나 라텍스 등의 접착 성분이 불필요해져, 압력 손실을 억제한 섬유 일렉트릿 부직포를 얻을 수 있는 것이 가능해졌다. 나아가, 적층 후에 일렉트릿 가공을 행함으로써, 대전 효과를 쇠퇴시키지 않고 더스트 포집 성능을 높이는 것이 가능해졌다. 본 발명의 적층 일렉트릿 부직포는 작은 압력 손실을 유지하면서 고성능으로 HEPA 클래스의 더스트 포집 성능을 얻을 수 있다.
본 발명의 적층 일렉트릿 부직포는, 고성능 클래스나 HEPA 클래스의 높은 포집 성능을 가지면서도, 압력 손실을 억제할 수 있으므로, 의료용 마스크나 산업용 마스크, 일반용 마스크 등에 적합하게 이용할 수 있다. 또한, 요구되는 성능과의 적합에 따라서는, 에어컨이나 공조설비 등의 필터재에 이용할 수 있다.

Claims (10)

  1. 평균 섬유 직경 0.1?15㎛인 2종류의 융점이 다른 섬유로서, 융점이 낮은 섬유를 섬유 D, 융점이 높은 섬유를 섬유 E로 한 경우에, 섬유 D와 섬유 E를 혼섬하여 얻어지는 부직포를 부직포 A로 할 경우,
    상기 부직포 A의 적어도 한쪽면에, 평균 섬유 직경이 10㎛?100㎛이며, 또한 부직포 A를 구성하는 섬유의 평균 섬유 직경보다도 큰 평균 섬유 직경의 섬유로 이루어지는 부직포 B가 1층 또는 복수층 적층되어 있는 적층 부직포에 일렉트릿 가공이 실시되어 있는 적층 일렉트릿 부직포를 이용한 에어 필터재.
  2. 청구항 1에 있어서,
    부직포 A를 구성하는 섬유 D가 엘라스토머를 포함하고, 섬유 D의 융점을 d(℃), 섬유 E의 융점을 e(℃)로 하면, e－d가 20?150℃인 에어 필터재.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    부직포 A를 구성하는 섬유 D의 융점을 d(℃), 부직포 B를 구성하는 섬유의 표면의 적어도 일부를 구성하는 성분 중 가장 융점이 낮은 성분의 융점을 b(℃)로 하면, b－d가 20℃ 이상인, 적층 일렉트릿 부직포를 이용한 에어 필터재.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    부직포 A를 구성하는 섬유 D와 섬유 E의 중량비 “섬유 D의 중량/섬유 E의 중량”이 20/80?80/20인, 적층 일렉트릿 부직포를 이용한 에어 필터재.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    섬유 D가 폴리올레핀 엘라스토머로 구성되어 있는, 적층 일렉트릿 부직포를 이용한 에어 필터재.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    섬유 D 및 섬유 E를 구성하는 수지 성분에 힌더드 아민계 화합물이 첨가되어 있는, 적층 일렉트릿 부직포를 이용한 에어 필터재.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    부직포 A가 멜트블로우 부직포이며, 부직포 A에 적층되는 상기 부직포 B의 적어도 하나가 스펀본드 부직포인, 적층 일렉트릿 부직포를 이용한 에어 필터재.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에어 필터재가, 부직포 A의 양면에 부직포 B가 각각 1층 이상 적층되어 있는 에어 필터재이고,
    부직포 A가 멜트블로우 부직포이며,
    부직포 A의 양면에 적층되어 있는 부직포 B 중, 부직포 A의 각 면에 적층되어 있는 적어도 1층의 부직포 B가 스펀본드 부직포인, 적층 일렉트릿 부직포를 이용한 에어 필터재.
  9. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
    부직포 B의 스펀본드 부직포를 구성하는 섬유가 폴리에스테르로 구성되어 있는, 적층 일렉트릿 부직포를 이용한 에어 필터재.
  10. 청구항 7 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    스펀본드 부직포로 이루어지는 상기 부직포 B 중 적어도 하나가, 당해 스펀본드 부직포를 구성하는 섬유가 시쓰-코어(sheath-core) 구조의 복합 섬유이며, 코어 성분이 폴리에스테르이고, 시쓰 성분이 코어 성분보다 융점이 낮은 수지로 구성되어 있는, 적층 일렉트릿 부직포를 이용한 에어 필터재.
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