KR20140049031A - 혼섬 장섬유 부직포 - Google Patents

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Abstract

더스트(dust) 등을 고효율로 포집하는 성능과, 필터에 있어서 기체가 통과할 때의 흡기 저항이 낮은 저압력 손실의 성질을 겸비하는, 벌키(bulky)하며 질감이 양호한 부직포를 제공한다. 2종의 (長纖維)가 혼섬(混纖)되어 이루어지는 부직포로서, 상기 2종의 장섬유가 서로 다른 열가소성 수지를 사용하여 구성되어 있고, 상기 부직포 중에 존재하고 있는 장섬유의 섬유 직경의 합산값을 그 장섬유의 구성 개수로 나눗셈하여 얻어진 평균 섬유 직경이 0.1∼10 ㎛이며, 또한 부직포의 비용적(比容積)이 12 cm3/g 이상인 혼섬 장섬유 부직포; 부직포를 구성하고 있는 장섬유에 있어서, 섬유 직경 0.1∼3 ㎛인 장섬유의 비율이 50 구성개수% 이상이며, 3㎛를 초과하는 장섬유의 비율이 50 구성개수% 이하인, 상기 혼섬 장섬유 부직포; 부직포가 멜트블로우(melt-blow) 제법으로 만들어지는, 상기 혼섬 장섬유 부직포.

Description

혼섬 장섬유 부직포{BLENDED FILAMENT NONWOVEN FABRIC}
본 발명은, 혼섬(混纖) 장섬유(長纖維) 부직포에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 서로 다른 열가소성 수지를 사용하여 얻어진 2종의 장섬유가 혼섬되어 이루어지는, 벌키(bulky)하며 질감(texture)이 양호한 혼섬 장섬유 부직포에 관한 것이다. 특히, 필터로서 사용하는 경우에, 압력 손실이 낮고(저압력손실), 포집 효율이 높으며(고포집효율), 또한 장시간 사용할 수 있는 혼섬 장섬유 부직포에 관한 것이다.
종래부터, 꽂가루나 분진 등의 미세한 더스트(dust)를 제거하기 위한 에어 필터로서 부직포제 시트가 많이 사용되고 있다. 이와 같은 에어 필터에는, 더스트를 고효율로 포집하는 성능과 에어 필터를 기체가 통과할 때의 흡기 저항이 적은 저압력 손실이 요구되고 있다. 이들 에어 필터는, 섬유 직경이 가는 섬유로 형성된, 치밀한 매트릭스나, 필터를 일렉트릿(electret) 가공함으로써 물리 작용 뿐만아니라 정전기적인 흡인력 등에 의해 꽃가루이나 분진 등의 미세한 더스트의 포집을 가능하게 하고 있다.
이들 에어 필터에는, 치밀한 매트릭스를 형성하기 위하여, 평균 섬유 직경 15㎛ 이하의 장섬유로 이루어지는 부직포가 많이 사용되고 있다.
필터에 사용되는 부직포에는, 섬유 직경이 가는 멜트블로우(melt-blow) 부직포가 많이 사용되고 있다. 멜트블로우 부직포로 이루어지는 필터는 섬유 직경이 가늘기 때문에 치밀한 구조를 가져, 미세한 더스트의 포집 효율이 높으므로, 필터의 소재로서 바람직하게 사용되고 있다. 그러나, 멜트블로우 부직포로 이루어지는 필터는, 일반적으로 벌키성이 낮고 페이퍼라이크(paper-like)한 것이 많고, 필터로서 사용한 경우, 압력 손실의 상승이 빨라, 장시간 사용이 곤란하다. 특허 문헌 1에는, 열가소성 복합 섬유로 이루어지는, 벌키성이 큰 복합 섬유 부직포가 제안되어 있다. 이것은, 주름 가공(pleating) 적성(適性)을 목적으로 한 것이며, 방사(紡絲)시에 섬유를 부분적으로 응집시켜 융착한 섬유괴(纖維塊)를 부직포 중에 다수 존재시킴으로써 벌키화를 행하고 있으므로, 섬유괴를 균일하게 분산시킬 수 없고, 부직포 중에 밀도 차가 생기므로, 압력 손실은 낮지만, 포집 효율이 낮아지는 경향이 있다.
또한, 특허 문헌 2에는, 상이한 직경의 섬유를 혼섬함으로써, 저압력 손실, 고포집의 멜트블로우 부직포가 제안되어 있다. 그러나, 가느다란 섬유로 이루어지는 멜트블로우 부직포에 비해, 저압력 손실화의 경향이 있지만, 단일 성분 수지 섬유로 이루어지는 부직포이므로, 부직포 밀도가 높고, 저압력 손실화도가 불충분하였다.
일본 특허 제4142903호 명세서 일본 특허출원 공개번호 2006-37295호 공보
본 발명은, 상기 종래 기술에 있는 문제점을 해결하기 위하여, 더스트 등을 고효율로 포집하는 성능과 필터에 있어서 기체가 통과할 때의 흡기 저항이 낮은 저압력 손실의 성질을 겸비하는, 벌키하며 질감이 양호한 부직포를 제공하는 것을 목적으로 한다.
여기서, 저압력 손실 또는 압력 손실이 낮다는 것은, 필터에 있어서 기체가 통과할 때의 흡기 저항이 낮고, 또한 장시간 사용해도 흡기 저항을 비교적 낮게 유지할 수 있는 성질, 즉 압력 손실의 상승을 억제할 수 있는 성질을 의미한다.
본 발명자들은, 상기 과제를 달성하기 위해 검토를 거듭하였다. 그 결과, 2종의 장섬유를 혼섬하여 부직포로 만들고, 여기서 상기 2종의 장섬유가 서로 다른 열가소성 수지로 구성되어 있고, 또한 부직포를 구성하고 있는 장섬유의 평균 섬유 직경을 특정한 범위가 되도록 구성하여, 비용적(比容積)이 일정값 이상의 벌키성이 큰 부직포로 만듦으로써, 상기 문제점을 해결할 수 있는 것을 발견하고, 이 지견에 따라, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서 본 발명의 구성은 하기와 같다.
[1] 2종의 장섬유가 혼섬되어 이루어지는 부직포로서, 상기 2종의 장섬유가 서로 다른 열가소성 수지를 사용하여 구성되어 있고, 상기 부직포 중에 존재하고 있는 장섬유의 섬유 직경의 합산값을 그 장섬유의 구성 개수로 나눗셈하여 얻어진 평균 섬유 직경이 0.1∼10 ㎛이며, 또한 부직포의 비용적이 12 cm3/g 이상인 혼섬 장섬유 부직포.
[2] 부직포를 구성하고 있는 장섬유에 있어서, 섬유 직경 0.1∼3 ㎛인 장섬유의 비율이 50 구성개수% 이상이며, 3㎛를 초과하는 장섬유의 비율이 50 구성개수% 이하인 것을 특징으로 하는 상기 [1]에 기재된 혼섬 장섬유 부직포.
[3] 부직포가 멜트블로우 제법으로 만들어져 있는 것을 특징으로 하는 상기 [1] 또는 [2]의 혼섬 장섬유 부직포.
[4] 2종의 장섬유가, 모두 폴리올레핀을 주체로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 [1]∼[3] 중 어느 하나의 혼섬 장섬유 부직포.
[5] 2종의 장섬유가, 폴리올레핀을 주체로 구성되어 있는 장섬유와, 폴리에스테르를 주체로 구성되어 있는 장섬유인 것을 특징으로 하는 상기 [1]∼[3] 중 어느 하나의 혼섬 장섬유 부직포.
[6] 상기 [1]∼[5] 중 어느 하나에 기재된 혼섬 장섬유 부직포를 사용하여 얻어진 필터.
[7] 상기 [1]∼[5] 중 어느 하나에 기재된 혼섬 장섬유 부직포를 일렉트릿 가공하여 얻어진 에어 필터.
[8] 상기 [6]에 기재된 필터 또는 [7]에 기재된 에어 필터의 적어도 편면(片面)에, 다른 부직포가 적층 일체화되어 있는 것을 특징으로 하는 필터.
본 발명의 혼섬 장섬유 부직포는, 필터로서 사용한 경우, 압력 손실이 낮고, 포집 효율이 높고, 또한 장시간, 압력 손실의 상승을 억제할 수 있다. 본 발명의 혼섬 장섬유 부직포는, 벌키하며 질감이 양호하다. 본 발명의 혼섬 장섬유 부직포는, 압력 손실이 낮고, 포집 효율이 높으며, 또한 압력 손실의 상승이 적기 때문에, 프리필터, 중성능으로부터 고성능 클래스의 필터로서 유용하다.
이하에서, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 혼섬 장섬유 부직포는, 서로 다른 열가소성 수지를 사용하여 얻어진 2종의 장섬유가 혼섬되어 이루어지는 부직포로서, 상기 부직포를 구성하고 있는 장섬유의 평균 섬유 직경이 0.1∼10 ㎛이며, 또한 부직포의 비용적이 12 cm3/g 이상인 혼섬 장섬유 부직포이다. 이후, 2종의 장섬유를, 장섬유 A1과 장섬유 A2라고 하는 경우가 있다. 혼섬이란, 상이한 열가소성 수지를 사용하여 얻어진 2종류의 장섬유가 방사 단계에서 혼합되어, 거의 균일한 상태로 서로 섞인 것을 말한다.
본 발명의 혼섬 장섬유 부직포는, 상기 부직포 중에 존재하고 있는 장섬유의 섬유 직경의 합산값을 그 장섬유의 구성 개수로 나눗셈하여 얻어진 평균 섬유 직경이 0.1∼10 ㎛의 범위로 되도록 혼섬되어 있다. 평균 섬유 직경이 0.1㎛ 이상이면, 제조가 용이하며 생산성이 높아 비용면에서도 양호하며, 또한, 10㎛ 이하이면 포집 효율이 충분하다. 상기 평균 섬유 직경은 더욱 바람직하게는 0.3∼7 ㎛이다. 이와 같은 범위의 평균 섬유 직경은, 혼섬의 수단인, 예를 들면, 멜트블로우 제법에 있어서의 각종 조건을 적절하게 설정함으로써 달성할 수 있다.
2종류의 장섬유 A1과 장섬유 A2는, 서로 다른 열가소성 수지로 구성되어 있고, 상기 2종류의 열가소성 수지의 조합은 방사 가능한 열가소성 수지이면 특별한 제한은 없다. 예를 들면, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 직선형 저밀도 폴리에틸렌 등의 폴리에틸렌, 프로필렌 단독 중합체, 프로필렌과 에틸렌 및 α-올레핀로부터 선택된 1종 또는 2종과의 공중합체 등의 폴리프로필렌의 폴리올레핀류, 폴리아미드류, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 디올과 테레프탈산/이소프탈산 등을 공중합한 저융점 폴리에스테르, 폴리에스테르 일래스터머 등의 폴리에스테르류, 불소 수지, 상기 수지의 혼합물 중으로부터 적절한 조합을 채용할 수 있다. 또한 폴리머의 성질을 손상시키지 않는 범위에서 다른 성분이 공중합되어 있어도 된다.
장섬유 A1과 A2를 구성하는 열가소성 수지에는, 본 발명의 효과를 방해하지 않는 범위 내에서 산화 방지제, 광 안정제, 자외선 흡수제, 중화제, 조핵제, 에폭시 안정제, 윤활제, 항균제, 난연제, 안료, 가소제 및 다른 열가소성 수지 등을 첨가할 수 있다.
장섬유 A1 또는 장섬유 A2를 구성하는 열가소성 수지의 적어도 한쪽에는, 내후성(耐候性)을 향상시키고, 필터로서 사용하는 경우에는, 일렉트릿 성능을 향상시킬 목적으로 힌더드아민계 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종이 포함되어 있는 것이 바람직하다.
힌더드아민계 화합물로서는, 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)](지바가이기 제조, 키마소프 944LD), 숙신산 디메틸-1-(2-하이드록시에틸)-4-하이드록시-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘 중축합물(지바·스페셜티·케미컬즈 제조, 티누빈 622LD), 2-(3,5-디-tert-부틸-4-하이드록시벤질)-2-n-부틸말론산 비스(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딜)(지바·스페셜티·케미컬즈 제조, 티누빈 144) 등을 예로 들 수 있다.
장섬유 A1 또는 장섬유 A2에 배합되는 상기 힌더드아민계 화합물의 함유량은, 특별히 한정되지 않지만, 혼섬 장섬유 부직포 중의 함유량이 0.5∼5 질량%의 범위로 되도록 배합되어 있는 것이 바람직하다. 혼섬 장섬유 부직포 중의 힌더드아민계 화합물의 함유량이 0.5 질량% 이상이면 내후성과 일렉트릿 성능을 충분히 발휘하게 할 수 있고, 또한, 5 질량% 이하이면 생산성이 양호하여 비용면에서도 양호하다.
본 발명에 있어서 장섬유 A1과 장섬유 A2를 구성하는 열가소성 수지는, 전단 점도에 차이가 있는 조합인 것이 바람직하고, 장섬유 A1과 장섬유 A2를 구성하는 열가소성 수지의 전단 점도 중, 높은 값의 전단 점도의 값을, 낮은 값의 전단 점도의 값으로 나눈 수치로, 그 차이를 나타낸 경우, 1.5배 이상인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 2배 이상이다.
장섬유 A1과 장섬유 A2를 구성하는 열가소성 수지는, 필터로서 사용하는 경우에 올레핀을 주체로 하는 것이 일렉트릿 성능을 특히 발휘하는 점에서 바람직하다. 또한, 포집 성능을 향상시키기 위하여, 한쪽이 폴리올레핀 종류 중 내열성이 우수하고, 가는 섬유가 방사하기 쉬운 폴리프로필렌인 것이 바람직하고, 비용적을 높이기 위하여, 다른 한쪽이 폴리에틸렌 중에서도 상기 폴리프로필렌보다 전단 점도가 높은 폴리에틸렌을 선택하는 것이 바람직하다. 또한 폴리머의 성질을 손상시키지 않는 범위에서 다른 성분이 공중합되어 있어도 된다.
장섬유 A1과 장섬유 A2를 구성하는 열가소성 수지는, 필터로서 사용하는 경우에 사용시의 벌키성을 유지하기 위하여, 한쪽은 일렉트릿 성능을 발휘하기 위하여, 폴리올레핀 종류를 주체로 하는 것이 바람직하다. 폴리올레핀 종류 중에서는, 내열성이 우수하고, 가느다란 섬유가 방사하기 쉬운 폴리프로필렌이 바람직하다. 다른 한쪽은, 폴리에스테르류를 주체로 하는 것이 바람직하고, 폴리에스테르류 중에서는, 폴리에틸렌테레프탈레이트가 바람직하고, 폴리에틸렌테레프탈레이트 중에서도 상기 폴리프로필렌보다 전단 점도가 높은 폴리에틸렌테레프탈레이트를 선택하는 것이 바람직하다. 또한 폴리머의 성질을 손상시키지 않는 범위에서 다른 성분이 공중합되어 있어도 된다. 그리고, 본 발명에 있어서, 「주체로 하는」, 또는 「주체에 구성되어 있는」이란, 그 자체가, 구성 성분 등의 총량에서, 각 구성 성분 중 최대량을 차지하는 것을 말한다.
본 발명의 혼섬 장섬유 부직포를 구성하는 장섬유의 섬유 직경은 특별히 한정되지 않지만, 섬유 직경 0.1∼3 ㎛인 장섬유의 비율이 50 구성개수% 이상이며, 또한 3㎛를 초과하는 장섬유의 비율이 50 구성개수% 이하인 것이 바람직하다. 혼섬 장섬유 부직포를 구성하는 장섬유에 있어서의 소정의 섬유 직경에 의한 구성개수%가 전술한 범위에 있으면, 포집 성능이 충분하여 바람직하다. 필터로서 사용하는 경우에는, 섬유 직경 0.1∼1.5 ㎛인 장섬유의 비율이 30 구성개수%를 초과하고, 또한 3∼10 ㎛인 장섬유의 비율이 30 구성개수%미 만인 것이 바람직하다. 이와 같은 부직포는, 예를 들면, 멜트블로우 제법에 있어서, 2종의 수지가 유출하는 방사공이 교대로 일렬로 배열된 방사 구금(spinneret)을 사용하고, 2종의 열가소성 수지를 사용함으로써, 2종의 수지의 토출비, 방사 온도, 압축 공기의 온도, 압력 등의 방사 조건을 조정함으로써 용이하게 제조할 수 있다.
본 발명의 혼섬 장섬유 부직포는, 멜트블로우 제법에 의해 얻어지는 부직포인 것이 바람직하고, 2종류의 열가소성 수지를 각각 독립적으로 용융 압출하고, 혼섬 멜트블로우 방사 구금으로부터 방사하여 얻어지고, 또한 고온, 고속의 기체에 의해 극세섬유류(極細纖維流)로서 멜트블로우 방사되고, 포집 장치에서 혼섬 장섬유 부직포로서 얻어진다. 본 발명의 혼섬 장섬유 부직포를 구성하는 양쪽 장섬유가 멜트블로우 제법에 따라 혼섬되는 경우에는, 예를 들면, 일본 특허 제3360377호 명세서에 기재된 1개의 방사 구금에 이종(異種)의 수지가 유출되는 방사공이 교대로 일렬로 배열된 구조의 혼섬용 방사 구금을 사용할 수 있다.
본 발명의 혼섬 장섬유 부직포에 있어서, 장섬유 A1과 장섬유 A2의 구성비는 특별히 한정되지 않지만, 필터로서 사용하는 경우, 한쪽 장섬유가 20∼80 질량% 포함되어 있는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 한쪽 장섬유가 35∼65 질량% 포함되어 있는 것이 바람직하다. 한쪽 장섬유가 20 질량% 이상 포함되어 있으면, 포집 효율이 저하되기 어렵고, 또는 비용적이 저하되기 어렵고, 방사성이 양호하여, 생산성이 저하되지 않는다.
본 발명의 혼섬 장섬유 부직포가 멜트블로우 제법에 의해 얻어진 섬유층인 경우, 멜트블로우 제법에 있어서의 멜트블로우 방사할 때의 기체는, 통상, 공기, 질소 가스 등의 불활성 기체가 사용된다. 상기 기체의 온도는 약 200∼500 ℃, 바람직하게는 약 250∼450 ℃, 압력은 약 9.8∼588.4 kPa, 바람직하게는 약 19.6∼539.4 kPa이다. 이 방사 조건은, 사용하는 수지의 물성이나 조합, 목적으로 하는 섬유 직경, 방사 구금 등의 장치 등에 따라, 적절하게 설정된다.
본 발명의 혼섬 장섬유 부직포의 비용적은 12 cm3/g 이상이면 특별히 한정되지 않지만, 필터로서 사용하는 경우, 사용시의 압력 손실의 상승을 억제하기 위하여, 부직포의 비용적이 15 cm3/g 이상인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 20 cm3/g 이상이다.
본 발명에 있어서 혼섬 장섬유 부직포에 있어서의 장섬유 A1을 구성하는 열가소성 수지와 장섬유 A2를 구성하는 열가소성 수지는, 상이한 열가소성 수지이며, 상기 상이한 열가소성 수지를 선택하는데 있어서, 서로의 전단 점도에 차이가 있는 것을 선택하는 것이 바람직하다. 전단 점도에 차이가 있으면, 특히, 멜트블로우 제법과 같은 직접 부직화법에 의해, 혼섬용 방사 구금을 사용하여, 장섬유 A1과 장섬유 A2를 동시에 방사하면, 전단 점도가 낮은 열가소성 수지는 가느다란 섬유로 되고, 가느다란 섬유와 굵은 섬유를 균일하게 혼섬할 수 있으므로, 비용적이 12 cm3/g 이상인 부직포를 유효하게 얻을 수 있다. 열가소성 수지의 전단 점도는, 일반적으로 캐필러리 레오메터(IMATEK사 R6000)를 사용하여 온도 300℃에서 측정한, 전단 속도 10000 s-1일 때의 전단 점도를 지표로하여 알 수 있다. 이것을 바탕으로, 장섬유 A1과 장섬유 A2의 각각에 사용하는 수지로서 전단 점도에 차이가 있는 수지를 선택할 수 있다. 전단 점도가 낮은 수지를 사용하여 얻어진 장섬유를 A1,전단 점도가 그보다 높은 수지를 사용하여 얻어진 장섬유를 A2로 하면, 전단 점도가, A2>A1인 관계를 만족시킨다는 조건 하에서, 그 구체적인 열가소성 수지의 조합(A1/A2)으로서, 예를 들면, 폴리프로필렌/폴리프로필렌, 폴리프로필렌/폴리에틸렌, 폴리프로필렌/폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌/폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌/폴리락트산, 폴리프로필렌/폴리부틸렌숙시네이트, 폴리에틸렌/폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리락트산/폴리부틸렌숙시네이트, 프로필렌 단독 중합체/프로필렌과 에틸렌 및 α-올레핀로부터 선택된 1종 또는 2종과의 공중합체 등이 있다.
본 발명의 혼섬 장섬유 부직포의 1제곱미터당 사용 총중량은, 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 5∼200 g/cm2, 보다 바람직하게는, 10∼120 g/cm2이다. 더욱 바람직하게는 20∼60 g/cm2이다. 1제곱미터당 사용 총중량이 5 g/cm2 이상이면, 혼섬 장섬유 부직포는 균일한 질감을 얻을 수 있다. 또한, 1제곱미터당 사용 총중량이 200 g/cm2 이하이면, 벌키성가 쉽게 저하되지 않는다. 필터로서 사용하는 경우에는, 사용하는 상황과 요구되는 압력 손실, 포집 성능으로부터, 20∼100 g/m2의 범위가 바람직하지만, 이 범위로 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 혼섬 장섬유 부직포는, 압력 손실이 낮고, 포집 효율이 높으며, 또한 압력 손실의 상승이 억제되므로, 프리필터, 중성능으로부터 고성능 클래스의 필터로서 사용할 수 있다. 또한, 마찬가지의 이유로, 장기간 사용하는 에어 필터나 분진이 많은 장소에서 사용되는 마스크용 필터로서 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 혼섬 장섬유 부직포는, 복수장 중첩하여 사용할 수도 있다.
본 발명의 혼섬 장섬유 부직포는, 에어 필터로서 사용하는 경우에는 일렉트릿 가공되어 있는 것이 바람직하다. 여기서, 일렉트릿 가공이란, 장섬유의 저융점 성분이 용융하지 않을 정도의 가열 분위기 하에서 전하를 부여하는 열일렉트릿법이나, 코로나 방전에 의해 전하를 부여하는 코로나 방전법 등의 일렉트릿 처리를 행함으로써 적층 부직포에 전하를 대전시켜 포집 기능 등의 특성을 적층 부직포에게 부여하는 가공 방법이다. 단, 일렉트릿 처리법에 대하여는 전술한 것으로 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 혼섬 장섬유 부직포는, 공기 청정기나 공조 설비에 사용되는 프리필터로부터 중성능, 고성능 HEPA 클래스의 에어 필터, 의료용 마스크, 방진 마스크 등의 프리필터, 메인 필터로서 사용할 수 있다. 또한, 요구되는 성능에 따라서는 일반용 마스크 등에 바람직하게 사용할 수 있다.
본 발명의 혼섬 장섬유 부직포는, 다른 부직포를 적어도 한쪽 면에 적층 일체화하여 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 부직포와 다른 부직포를 적층하고 일체화하는 방법에는, 열접착, 케미컬 본드, 핫멜트 등의 방법이 있지만 적층 일체화 방법은 전술한 것으로 한정되지 않는다.
본 발명의 혼섬 장섬유 부직포를 적층 일체화하여 필터로서 사용하는 경우, 압력 손실의 상승을 억제하기 위하여, 벌키성을 유지하는 것이 바람직하고, 핫멜트에 의해 적층 일체화하는 것이 바람직하다. 열접착에 의해 적층 일체화하는 경우에는, 벌키성을 유지하고, 통기성을 저해하지 않기 위해서라도 접착부의 면적은 적층된 부직포의 0.5∼20 %가 바람직하다. 더욱 바람직하게는 1∼10 %이다. 0.5% 이상이면, 부직포 강도가 약해지지 않고, 필터 성형시나 주름 가공 시 등에 형상을 유지할 수 있다. 20% 이하이면, 압력 손실이 지나치게 증대하지 않아, 필터의 성능이 저하되지 않는다.
본 발명의 혼섬 장섬유 부직포와 적층 일체화하는 다른 부직포는, 특별히 한정되지 않지만, 스판 본드 부직포, 멜트블로우 부직포, 레진 본드 부직포, 서멀 본드 부직포, 니들 펀치 부직포, 스판 레이스 부직포 등을 예로 들 수 있다. 또한, 다른 부직포를 2장 이상 적층하여 사용할 수도 있다.
혼섬 장섬유 부직포를 메인 필터로 하고, 적층 부직포를 필터로서 사용하는 경우, 다른 부직포는, 통기성을 저해하지 않는 것이 바람직하므로, 혼섬 장섬유 부직포보다 통기도가 높은 것이 바람직하다. 또한, 다른 부직포의 적어져도 1장은, 공기 유입측에 배치하는 것이 바람직하다. 다른 부직포의 통기도는 50 cm3/cm2·sec 이상, 보다 바람직하게는 100 cm3/cm2·sec 이상이다. 더욱 바람직하게는 200 cm3/cm2·sec 이상이다. 1제곱미터당 사용 총중량은, 특별히 한정되지 않지만, 다른 부직포를 혼섬 장섬유 부직포의 보강재로서 사용하는 경우에는, 10∼300 g/m2, 보다 바람직하게는 20∼200 g/m2, 더욱 바람직하게는 40∼100 g/m2이다. 10 g/m2 이상이면, 혼섬 장섬유 부직포를 보강하는 효과가 적절하여, 주름 가공 시나 마스크 성형 시 등에 형상을 유지할 수 있다. 300 g/m2 이하이면, 주름 가공 시나 마스크 성형시의 생산성이 양호하다.
혼섬 장섬유 부직포를 프리필터로 하고, 다른 부직포와 적층한 적층 부직포를 필터로서 사용하는 경우, 다른 부직포가 조진(coarse dust) 필터를 겸한 보강재를 목적으로 하는 경우에는, 통기성을 저해하지 않는 것이 바람직하고, 혼섬 장섬유 부직포보다 통기도가 높은 것이 바람직하다. 다른 부직포의 적어져도 1장은 공기 유입 측에 배치하는 것이 바람직하다. 상기 다른 부직포의 통기도는 100 cm3/cm2·sec 이상, 보다 바람직하게는 200 cm3/cm2·sec 이상이다. 더욱 바람직하게는 400 cm3/cm2·sec 이상이다. 다른 부직포가 메인 필터를 목적으로 하는 경우에는, 통기도는 전술한 것으로 한정되지 않는다.
[실시예]
이하에서, 실시예, 비교예에 의해 본 발명을 설명하지만, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다. 그리고, 실시예, 비교예 중에 나타낸 물성값의 측정법 또는 정의를 이하에 나타낸다.
부직포 물성에 대하여 나타낸다.
섬유 직경: 부직포로부터 소편을 절취하여, 주사형 현미경에 의해 배율 2000∼5000 배의 사진을 찍어, 합계 400개 이상의 장섬유의 각각의 직경을 노기스 등에 의해 측정하였다(㎛).
평균 섬유 직경: 각각의 장섬유의 측정값의 합계값을 그 장섬유의 구성 개수로 나눗셈하여 평균 섬유 직경을 산출하였다(㎛).
장섬유의 구성 개수의 비율: 각 섬유 직경의 구성 개수의 비율은 하기 식에 의해 구하였다.
섬유 직경 0.1∼3.0 ㎛의 장섬유의 구성 개수의 비율(개수%) = (섬유 직경 0.1∼3.0 ㎛의 장섬유의 구성 개수/총 섬유 개수)×100
섬유 직경 3.0㎛를 초과하는 장섬유의 구성 개수의 비율(개수%) = (섬유 직경 3.0㎛의 장섬유의 구성 개수/총 섬유 개수)×100
섬유 직경 0.1∼1.5 ㎛의 장섬유의 구성 개수의 비율(개수%) = (섬유 직경 0.1∼1.5 ㎛의 장섬유의 구성 개수/총 섬유 개수)×100
섬유 직경 3.0∼10 ㎛의 장섬유의 구성 개수의 비율(개수%) = (섬유 직경 3.0∼10 ㎛의 장섬유의 구성 개수/총 섬유 개수)×100
1제곱미터당 사용 총중량: 부직포를 25cm×25cm로 잘라낸 성형체 전체의 중량을 칭량하고, 단위 면적당의 중량으로 나타내었다(g/m2).
두께: JIS L1913(6.1.1 A): 2010에 준하여 DIGI THICKNESS TESTER(도요정기)로 측정하였다(㎜).
비용적(cm3/g): 하기 식에 의해 구하였다.
비용적(cm3/g) = 두께(㎜)/1제곱미터당 사용 총중량(g/m2)×1000
통기도: JIS L1913: 2010(6.8.1)에 준하여 측정하였다(cm3/cm2/sec).
멜트메스플로우레이트(melt mass flow rate): JIS K7210: 1999에 준거하여, 멜트메스플로우레이트의 측정을 행하였다. MI는, 부속서 A 표 1의 조건 D(시험 온도 190℃, 하중 2.16 kg)에 준거하여 측정한 값이다. 또한, MFR은, 조건 M(시험 온도 230℃, 하중 2.16 kg)에 준거하여 측정한 값이다.
필터 성능 시험에 대하여 나타낸다.
압력 손실(Pa): 필터 효율 자동 검출 장치(TSI 제조, Model8130)에 의해 NaCl(입자직경: 0.07㎛(개수 중앙 직경), 입자 농도: 10∼25 mg/m3)을 측정 유량 40 L/min(측정 면적 128.5 cm2)로 샘플을 통과시켰을 때의 압력 손실을 측정하였다. 이 값이 적을수록, 공기가 통과하기 쉬운 것을 나타내며, 즉 압력 손실이 낮아서 바람직하다.
포집 효율(%): 필터 효율 자동 검출 장치(TSI 제조, Model8130)에 의해 NaCl(입자직경: 0.07㎛(개수 중앙 직경), 입자 농도:10∼25 mg/m3)을 측정 유량 85 L/min(측정 면적 128.5 cm2)로 샘플을 통과시켰을 때의 포집 효율을 측정하였다.
압력 손실 100 Pa시의 NaCl 부하량(mg): 필터 효율 자동 검출 장치(TSI 제조, Model8130)에 의해 NaCl(입자직경: 0.07㎛(개수 중앙 직경), 입자 농도: 10∼25 mg/m3)을 측정 유량 85 L/min(측정 면적 128.5 cm2)로 샘플을 통과시켜, 압력 손실이 100 Pa에 이르렀을 때의 NaCl량을 하기 식에 의해 구하였다.
압력 손실 100 Pa시의 NaCl 부하량(mg) = 측정전 샘플 중량(mg)-측정 후 샘플 중량(mg)
이 값이 많을수록, 압력 손실의 상승이 억제되어 있어 포집 성능이 높은 것을 나타낸다.
실시예 및 비교예에서 사용한 열가소성 수지는 하기와 같다.
폴리프로필렌: 프로필렌 단독 중합체, MFR 80g/10 min(230℃), 융점 160℃, 전단 점도 6.5 Pa·s(측정 온도 300℃, 전단 속도 10000 s-1) 폴리에틸렌: 고밀도 폴리에틸렌, MI 40g/10 min(190℃), 융점 125℃, 전단 점도 15.5 Pa·s(측정 온도 300℃, 전단 속도 10000 s-1)
폴리에틸렌테레프탈레이트: 폴리에틸렌테레프탈레이트, 융점 240℃, 전단 점도 34.3 Pa·s(측정 온도 300℃, 전단 속도 10000 s-1)
[실시예 1]
부직포의 장섬유 A1 성분으로서 폴리프로필렌, 장섬유 A2 성분으로서 폴리에틸렌을 원료로서 사용하였다. 스크류(50 ㎜ 직경), 가열체 및 기어 펌프를 가지는 2기의 압출기, 혼섬용 방사 구금(구멍 직경 0.3 ㎜, 공수 501 홀이 일렬, 이성분 섬유를 토출하는 구멍이 교대로 일렬로 배열, 유효 폭 500 ㎜), 압축 공기 발생 장치 및 공기 가열기, 폴리에스테르제 네트를 구비한 포집 컨베이어, 및 권취기로 이루어지는 멜트블로우 부직포 제조 장치를 사용하여, 혼섬 장섬유 부직포의 제조를 행하였다.
각각의 압출기에 원료 수지를 투입하고, 가열체에 의해, 폴리프로필렌을 230℃, 폴리에틸렌을 270℃에서 가열 용융시키고, 기어 펌프를 폴리프로필렌/폴리에틸렌의 중량비가 50/50이 되도록 설정하고, 방사 구금으로부터 단일공(孔)당 0.3 g/min의 방사 속도로 용융 수지를 토출시키고, 토출한 장섬유를 400℃로 가열한 압축 공기를 85 kPa(게이지압)의 압력으로 방사 구금으로부터 25 cm의 거리로 설정한 폴리에스테르제 컨베이어 상에 분사하고 포집 컨베이어의 속도를 조정함으로써 부직포를 얻었다. 얻어진 부직포를 80℃ 분위기 하에서 1분간 유지한 후 -10 kV의 전압을 5초간 인가함으로써 일렉트릿 가공된 혼섬 장섬유 부직포를 얻었다.
[실시예 2]
실시예 1의 혼섬 장섬유 부직포의 제조에 있어서, 폴리프로필렌/폴리에틸렌의 중량비를 60/40으로 하고, 압축 공기의 압력을 95 kPa로 한 점 이외는 동일한 방법으로 부직포를 얻었다. 얻어진 부직포를 100℃ 분위기 하에서 2분간 유지한 후 -10 kV의 전압을 5초간 인가함으로써 일렉트릿 가공된 혼섬 장섬유 부직포를 얻었다.
[실시예 3]
실시예 1의 혼섬 장섬유 부직포의 제조에 있어서, A2 성분으로서 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하여, 300℃에서 가열 용융한 점 이외는 동일한 방법으로 부직포를 얻었다. 얻어진 부직포를 100℃ 분위기 하에서 2분간 유지한 후 -10 kV의 전압을 5초간 인가함으로써 일렉트릿 가공된 혼섬 장섬유 부직포를 얻었다.
[실시예 4]
실시예 1의 혼섬 장섬유 부직포의 제조와 압축 공기의 압력을 75 kPa로 하고, 컨베이어 속도를 조정한 점 이외는, 동일한 방법으로 부직포를 얻었다. 얻어진 부직포를 100℃ 분위기 하에서 2분간 유지한 후 -10 kV의 전압을 5초간 인가함으로써 일렉트릿 가공된 혼섬 장섬유 부직포를 얻었다.
[실시예 5]
실시예 1의 혼섬 장섬유 부직포의 제조에 있어서, 폴리프로필렌/폴리에틸렌의 중량비를 70/30으로 하고, 압축 공기의 압력을 65 kPa로 한 점 이외는 동일한 방법으로 부직포를 얻었다. 얻어진 부직포를 100℃ 분위기 하에서 2분간 유지한 후 -10 kV의 전압을 5초간 인가함으로써 일렉트릿 가공된 혼섬 장섬유 부직포를 얻었다.
[비교예 1]
실시예 1의 혼섬 장섬유 부직포의 제조에 있어서, A2 성분으로서 폴리프로필렌을 사용하여 230℃에서 가열 용융한 점 이외는 동일한 방법으로 부직포를 얻었다. 얻어진 부직포를 100℃ 분위기 하에서 2분간 유지한 후 -10 kV의 전압을 5초간 인가함으로써 일렉트릿 가공된 혼섬 장섬유 부직포를 얻었다.
[비교예 2]
비교예 1의 혼섬 장섬유 부직포의 제조에 있어서, 압축 공기의 압력을 60 kPa로 한 점 이외는 동일한 방법으로 부직포를 얻었다.
얻어진 부직포를 100℃ 분위기 하에서 2분간 유지한 후 -10 kV의 전압을 5초간 인가함으로써 일렉트릿 가공된 혼섬 장섬유 부직포를 얻었다.
[비교예 3]
비교예 1의 혼섬 장섬유 부직포의 제조에 있어서, 압축 공기의 압력을 75 kPa로 하고, 컨베이어 속도를 조절한 점 이외는 동일한 방법으로 부직포를 얻었다. 얻어진 부직포를 100℃ 분위기 하에서 2분간 유지한 후 -10 kV의 전압을 5초간 인가함으로써 일렉트릿 가공된 혼섬 장섬유 부직포를 얻었다.
각각의 실시예, 비교예의 수지 구성, 비용적, 섬유 직경의 구성에 대하여 표 1에 나타내었다.
Figure pct00001
그리고, 표 1 중, 수지의 표기는 하기와 같다.
PP(폴리프로필렌의 약칭), PE(폴리에틸렌의 약칭), PET(폴리에틸렌테레프탈레이트의 약칭)
실시예 1∼5, 비교예 1∼3의 부직포에 대하여 필터 특성인 압력 손실 및 포집 효율, 100 Pa로 압력 손실이 상승했을 때의 NaCl 부하량을 표에 2에 나타내었다.
Figure pct00002
표 1, 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 혼섬 장섬유 부직포는, 압력 손실이 낮고, 포집 효율이 높으며, 또한 장시간 압력 손실의 상승을 억제할 수 있다. 본 발명의 혼섬 장섬유 부직포는, 압력 손실이 낮고, 포집 효율이 높으며, 또한 압력 손실의 상승이 적기 때문에, 프리필터, 중성능으로부터 고성능 클래스의 필터로서 사용할 수 있다.
[산업상 이용가능성]
본 발명의 혼섬 장섬유 부직포를 사용한 필터는 장시간 경제적으로 사용할 수 있는 공조용 에어 필터, 공기 청정기 필터를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 혼섬 장섬유 부직포는, 의료용이나 꽃가루용 마스크, 분진이 많은 장소에서 사용되는 방진 마스크를 사용할 때, 장시간 장착하더라도 답답하지 않은 마스크를 제공할 수 있다.

Claims (8)

  1. 2종의 장섬유(長纖維)가 혼섬(混纖)되어 이루어지는 부직포로서, 상기 2종의 장섬유가 서로 다른 열가소성 수지를 사용하여 구성되어 있고, 상기 부직포 중에 존재하고 있는 장섬유의 섬유 직경의 합산값을 상기 장섬유의 구성 개수로 나눗셈하여 얻어진 평균 섬유 직경이 0.1∼10 ㎛이며, 또한 부직포의 비용적(比容積)이 12 cm3/g 이상인, 혼섬 장섬유 부직포.
  2. 제1항에 있어서,
    부직포를 구성하고 있는 장섬유에 있어서 섬유 직경 0.1∼3 ㎛인 장섬유의 비율이 50 구성개수% 이상이며, 3㎛를 초과하는 장섬유의 비율이 50 구성개수% 이하인, 혼섬 장섬유 부직포.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    부직포가 멜트블로우(melt-blow) 제법으로 만들어지는, 혼섬 장섬유 부직포.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    2종의 장섬유가, 모두 폴리올레핀을 주체로 구성되어 있는, 혼섬 장섬유 부직포.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    2종의 장섬유가, 폴리올레핀을 주체로 구성되어 있는 장섬유와, 폴리에스테르를 주체로 구성되어 있는 장섬유인, 혼섬 장섬유 부직포.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 혼섬 장섬유 부직포를 사용하여 얻어진, 필터.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 혼섬 장섬유 부직포를 일렉트릿(electret) 가공하여 얻어진, 에어 필터.
  8. 제6항에 기재된 필터 또는 제7항에 기재된 에어 필터의 적어도 편면(片面)에, 다른 부직포가 적층 일체화되어 있는, 필터.
KR1020147005031A 2011-08-12 2012-08-08 혼섬 장섬유 부직포 KR101975428B1 (ko)

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