KR20170135833A - 여과재 및 이로부터 제조된 필터 - Google Patents

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KR20170135833A
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아르투어 제이. 노니
찰스 이. 코우어첸네
크리스토퍼 엠. 슬론
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게페 첼루로제 게엠베하
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Abstract

산화된 셀룰로스 크래프트 섬유를 포함하는 여과재를 기재한다. 상기 여과재는 항균 성질 및 냄새방지 특성을 포함한 개선된 필터 특성을 제공한다. 상기 여과재를 공기 필터 및 정수 필터 모두에 사용할 수 있다.

Description

여과재 및 이로부터 제조된 필터
산화된 크래프트 셀룰로스 섬유를 포함하는 섬유성 여과재를 제공한다. 보다 구체적으로, 개선된 필터 성능을 나타내는 여과재를 제공한다.
고성능 필터를 비롯한 필터는 상업 및 주택시장에 통상적으로 사용된다. 여과재는 다양한 용도에서 오염을 제거하는데 사용될 수 있다. 용도에 따라, 여과재는 상이한 성능 특성을 갖도록 설계된다. 여과재는 통상적으로 섬유의 부직웹으로 형성되며, 성능 특성은 상기 부직웹의 성질들, 예를 들어 상기 섬유의 조성, 상기 섬유의 크기, 상기 섬유의 이격, 및 섬유 첨가제 또는 코팅제의 변화에 의해 조작된다. 부직웹은 일반적으로 다량의 미립자 부하, 긴 수명 또는 액체 또는 기체 스트림의 일반적인 등명화가 요구될 때 선택되는 여과재이다.
상기 섬유웹은 유체(예를 들어 기체, 공기, 물)가 상기 여과재를 관통하게 하는 다공성 구조를 갖는다. 상기 유체내의 오염 입자들은 상기 섬유성 웹상에 포집된다. 여과재 특성, 예를 들어 압력 강하, 표면적 및 기본 중량은 필터 효율 및 상기 필터를 통한 유체 흐름에 대한 저항을 포함한 필터 성능에 영향을 미친다. 일반적으로, 보다 높은 필터 효율은 유체 흐름에 대한 보다 높은 저항을 생성시키며, 이는 상기 필터를 가로지르는 주어진 유량에 대한 보다 높은 압력 강하 및 증가된 에너지 소모를 유도한다. 현행의 상업적인 필터는 전형적으로 합성 물질, 예를 들어 폴리에스테르, 폴리프로필렌 및 유리섬유를 포함한다. 상기와 같은 필터는 때때로 천연 섬유, 예를 들어 면을 함유한다.
필터는 다양한 공기 처리 용도, 예를 들어 비제한적으로 환기 시스템, 산업용 공기 처리장치, 클린룸, HVAC, 호흡기 보호, 및 산업 공정, 예를 들어 자동차 조립에 사용된다. 필터는 HAVC 용도, 석유화학 용도, 펄프 및 종이 용도, 음료수, 금속 가공 용도, 폐수 용도, 식품 산업 용도 및 플라스틱 생산 용도에서의 수여과를 포함한 다양한 액체 처리 용도, 예를 들어 비제한적으로 일회용 정수필터, 생활용수 정제 필터, 공업용수 정제 필터에 사용된다.
양질의 합성 공기 필터는 상기 필터의 생산 원료 물질이 비싸기 때문에 종종 값비싸다. 고효율 미립자 공기(HEPA) 필터는 0.3 마이크론 입자 범위에서 99.9%까지의 효율을 갖는, 시중에서 가장 깨끗한 공기 필터의 하나임이 당해 분야에 주지되어 있다. HEPA 필터는 일반적으로 고밀도 여과재 팩을 포함한다. 상기 HEPA 여과재의 큰 접촉면적이 그의 필터 효율을 개선시킨다. HEPA 필터는 가장 큰 개구보다 더 큰 입자는 통과할 수 없게 하는 체처럼 작용할 뿐만 아니라, 훨씬 더 작은 오염물질 및 입자를 표적화하도록 설계된다. 보다 작은 입자는, 입자가 섬유에 아주 가까워지고 상기 섬유에 부착되는 공기 스트림 중의 유선을 따르는 경우 중간차단을 통해; 보다 큰 입자가 공기 스트림의 곡선 윤곽을 따름으로써 섬유를 피할 수 없고 직접 상기 중 하나에 강제로 박히는 경우 관성출돌을 통해; 및 확산을 통해 포집된다. 지금까지, HEPA 필터는 매우 미세한 입자를 유효하게 구속하도록 설계되었지만, 기체 및 냄새 분자는 여과하지 못한다.
일회용 HVAC 필터는 가장 통상적으로 인정되는 공기 필터 중 하나이며 종종 판지 프레임내에 함유된 주름진 필터이다. 상기 여과재는 종종, 실내 공기의 질과 관련된 다수의 오염물질을 제거하면서 상기 필터의 표면적을 개선시키고 상기 필터를 통한 압력 강하를 최소화하기 위해 주름을 잡아놓은 유리섬유 또는 폴리에스테르 여과재이다. 일회용 공기 필터는 규칙적으로 교환하도록 되어 있으며 일반적으로는 항균 조성물(상기 조성물은 값이 비싸며 따라서 흔하게는 영구 필터에 통합된다)로 처리되지 않는다.
가열, 환기, 냉장 및 에어콘디셔닝 용도에서의 용도를 위해서, 상기 여과재를 미국 냉난방공조 협회(ASHRAE)에 의해 승인된 성능 특성을 갖도록 설계할 수 있다. 상기와 같은 여과재를 ASHRAE 여과재라 칭한다. 다른 상업적인 공기 필터처럼 상술한 바와 같은 ASHRAE 필터는 주로 값비싼 합성 섬유 물질로 제조된다. 본 명세서에 기재된 바와 같은 여과재는 상업적으로 허용 가능한 필터 효율을 유지하면서 합성 물질에 대한 저렴한 대용물을 제공하여, 냄재 억제를 개선시키고 미생물 생육을 최소화한다.
필터는 또한 다양한 수 정제 및 액체 분리 공정에 사용된다. 정수 필터는 상기 필터가 사용되는 제품 또는 공정에 따라 다수의 형태를 취한다. 예를 들어, 소비자는 물병에 끼우거나, 싱크대에 부착하거나, 또는 냉장고로의 워터 라인에 끼우는 정수 필터와 친숙하다. 보다 큰 주거용 정수 필터는 온천 또는 수영장 필터를 포함한다. 다른 덜 친숙한 액체 정제 필터는 예를 들어 물, 우유, 도료 또는 다른 화학제품을 거르기 위해 파이프 배출구에 부착할 수 있는 백 필터를 포함한다.
값비싼 첨가제의 필요 없이 개선된 항균 성질을 제공하면서 상업적으로 적합한 유체 여과를 제공하는 저렴하고, 매우 유효한 여과재가 여전히 필요하다. 또한, 첨가제의 필요 없이 개선된 냄새 감소를 제공하면서 상업적으로 적합한 공기 여과를 제공하는 저렴하고, 매우 유효한 여과재가 여전히 필요하다.
본 명세서에 기재된 바와 같이, 여과재는 산화된 크래프트 셀룰로스 섬유, 및 일부의 경우에 산화된 크래프트 셀룰로스 섬유 및 합성 섬유의 조합을 포함하는, 무작위로 배열된 섬유들로 구성된다. 상기 산화된 크래프트 셀룰로스 섬유는 상기 합성 섬유 원료 물질에 대한 저렴한 대안을 제공하며 또한 여과 효율을 손상시키지 않으면서 상기 공기 또는 정수 필터의 항균 품질을 개선시킨다.
본 명세서는 합성 섬유 및 산화된 크래프트 셀룰로스 섬유를 포함한, 무작위로 배열된 섬유의 기재를 포함하는 여과재를 둘러싸는 물리적 프레임을 포함하는 공기 필터를 추가로 기재한다. 보다 특히, 상기 공기 필터는 냄새 여과를 제공한다.
최종적으로, 공기 또는 물을, 합성 섬유 및 산화된 크래프트 셀룰로스 섬유 모두를 포함하는 여과재에 통과시킴으로써 상기 공기 또는 물을 여과하는 방법을 기재한다.
하기의 논의는 본 발명의 다양한 실시태양에 관한 것이다. 도면은 반드시 축적으로 나타낼 필요는 없다. 실시태양의 몇몇 특징을, 규모를 확대하거나 다소 개략적인 형태로 나타낼 수 있으며 통상적인 요소들의 일부 세부사항을, 명확성 및 간결성을 위해서 나타내지 않을 수도 있다. 이들 실시태양 중 하나 이상이 바람직할 수도 있지만, 개시된 실시태양들을, 특허청구범위를 포함하여 명세의 범위를 제한하는 것으로서 해석하거나, 또는 달리 사용해서는 안 된다. 하기에 논의된 실시태양의 상이한 교시들을 별도로 또는 임의의 적합한 조합으로 사용하여 목적하는 결과를 생성시킬 수 있음을 충분히 인식해야 한다. 또한, 당해 분야의 숙련가는 하기의 기재가 광범위한 용도를 가지며, 임의의 실시태양의 논의가 단지 상기 실시태양의 예시일뿐이며, 특허청구범위를 포함한 상기 명세의 범위가 상기 실시태양으로 제한됨을 암시하고자 하는 것은 아님을 알 것이다.
몇몇 용어가 하기의 기재 및 특허청구범위 전체를 통해 특정한 특징 또는 성분들을 지칭하는데 사용된다. 당해 분야의 숙련가가 이해하는 바와 같이, 다른 사람들은 동일한 조립체 또는 성분을 다른 명칭으로 지칭할 수 있다. 본 문서는 명칭은 상이하지만 구조나 기능은 상이하지 않은 성분들 또는 특징들을 구분하고자 하지 않는다.
하기의 논의 및 특허청구범위에서, "포함하는" 및 "내포하는"이란 용어는 오픈-엔드 방식으로 사용되며, 따라서 "비제한적으로 포함하는"을 의미하는 것으로 이해해야 한다. "상부", "기부", "상기", "하기", 및 이들 용어의 변형은 편의상 사용되지만, 성분들의 임의의 특정한 배향을 요구하지는 않는다.
상기 기재된 바와 같은 유체 여과재는 산화된 셀룰로스 크래프트 섬유를 포함한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이 "유체"란 용어는 액체 및 기체 모두를 지칭한다. 크래프트 섬유는 종종 다른 재생 셀룰로스 물질 또는 합성 물질에 대한 덜비싼 대안이다. 산화된 크래프트 셀룰로스 섬유를 미국특허 제 8,778,136 호, 공개된 미국 출원 US20120175073, US2014/0274680, US2014/0371442, 및 US2014/0318725 및 공개된 국제출원 WO2014/140852, WO2014/140940 및 WO2014/122533(이들은 모두 내용 전체가 본 발명에 참고로 인용된다)에 기재된 바와 같은 산화 공정을 사용하여 생성시킬 수 있다. 이들 출원 및 특허에 기재된 바와 같은 산화 방법은 항균/항바이러스 특성, 냄새방지 특성, 및 개선된 비용 프로파일을 갖는 여과재 제품을 생성시키기에 적합한 섬유 특성 및 화학적 기능성을 제공한다.
상기 산화된 셀룰로스 크래프트 섬유를 합성 섬유의 부가 없이 여과재로서 사용하는 경우, 상기 섬유는 상기 비용의 일부분으로 상업적으로 허용 가능한 여과를 나타낸다. 또한, 세균 및 바이러스 생육을 억제하는 상기 산화된 섬유의 능력은 다른 유사한 여과재에 비해 장점을 갖는 섬유 여과재를 생성시킨다. 상기 기재된 바와 같은 산화된 셀룰로스 크래프트 섬유 여과재는 항균 성질, 예를 들어 이콜라이, 스타필로코커스 아우레우스, 알라모넬라 엔테리카 풀로룸, 및 리스테리아 모노사이토게네스에 대한 내성을 나타낸다. 상기 산화된 섬유 여과재는 또한 리노바이러스 및 인플루엔자로 시험시 항바이러스 성질을 나타내었다.
상기 산화된 섬유와 관련된 기능성은 상기 여과재의 항균/항바이러스 성질을 개선시킬뿐만 아니라 상기 산화된 섬유를 합성 섬유와 함께 사용할 때 상기 합성 섬유에 대한 섬유의 결합을 추가로 개선시킨다. 하나의 실시태양에 따라, 상기 필터는 합성 섬유를 추가로 포함한다. 상기 합성 섬유는 임의의 당해 분야에서 인정된 합성 섬유 물질, 예를 들어 비제한적으로 유리섬유, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 아크릴, 레이온, 나일론, 플루오로중합체 등뿐만 아니라 이들의 조합일 수 있다. 상기 합성 섬유는 2성분 섬유, 예를 들어 코어 및 외장 섬유(이때 상기 코어 부분의 합성 물질은 상기 외장 부분의 합성 물질과 상이하다)일 수 있다.
여과재를 임의의 당해분야에서 인정된 방법을 사용하여 생성시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 여과재를 에어레이드, 스펀본디드, 웨트레이드, 용융취입, 전기방사, 니들펀치드, 스펀레이스드, 카디드, 또는 열 결합에 의해 생성시킬 수 있다.
하나의 실시태양에 따라 상기 산화된 섬유를 합성 섬유와 함께 사용할 때 상기 산화된 섬유를 상기 합성 섬유와 블렌딩할 수 있으며 상기 합성 섬유는 상기 산화된 섬유의 결합제로서 작용한다. 상기 산화된 셀룰로스 크래프트 섬유를 합성 섬유와 블렌딩하고 웨트레이드하여 기재 생성물을 생성시킬 수 있다. 합성 물질 및 천연 물질로부터 부직포를 형성시키기 위한 임의의 당해 분야에서 인정된 방법을 사용하여 본 명세서에 기재된 여과재를 생성시킬 수 있다.
본 명세서에 기재된 바와 같은 여과재에 임의의 적합한 후생산처리, 예를 들어 비제한적으로 엠보싱 캘린더링, 코로나-방전, 니들링, 일렉트릿 성질 또는 트리오벨렉트릭 전위를 생성시키기 위한 몇몇 섬유의 코-밍글링(co-mingling)을 가할 수 있다. 상기 여과재를 임의의 적합한 마무리 처리, 예를 들어 비제한적으로 수성 유체반발제, 항균 처리, 난연제 또는 미세-캡슐화제로 처리할 수 있다.
본 명세서에 기재된 바와 같은 필터 및 여과재는 여과재에서의 용도에 대해 당해 분야에서 이해되는 바와 같은 다른 섬유, 물질 또는 입자를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 정수 필터는 종종 부직포 섬유물질로부터 제조되지만, 종종 다른 물질, 예를 들어 섬유웹에 분산된 활성탄을 가질 수 있다. 본 명세서에 기재된 바와 같은 산화된 크래프트 셀룰로스 여과재를 당해 분야에서 인정된 첨가제와 함께 사용할 수 있다.
본 명세서에 기재된 바와 같은 여과재를 다양한 필터 용도, 예를 들어 비제한적으로 환기 시스템, 예를 들어 산업용 공기 처리장치, 공기 샘플링, 클린룸, 호흡기 보호, 및 산업 공정에 사용할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 명세서에 기재된 여과재를 다양한 필터 포맷, 예를 들어 비제한적으로 패널 필터, 패드 필터, HEPA 필터, 클린룸 필터, 팬 필터, 팬코일 유닛, 자동차 필터, 분무실 필터, 자동조립 필터, 백 필터, 연장된 표면 강성 필터, 카트리지 필터, 블랭킷 필터, 프리필터, 터빈 흡입 시스템으로서, 박스프레임 필터, 맥주 필터, 진공청소기 필터 백에 사용할 수 있다. 본 명세서에 기재된 바와 같은 여과재를 바람직하게는 자동차 흡입 및 공기 필터 및 HVAC 필터의 생산에 사용한다. 하나의 실시태양에 따라, 상기 여과재가 단지 산화된 크래프트 셀룰로스 섬유만을 포함할 때, 상기 필터 또는 프리필터는 자연분해되고/되거나 재활용 가능하다.
본 명세서에 기재된 방법 및 생성물을, 제공되는 실시예로 제한해서는 안 됨에 유의해야 한다. 오히려, 실시예들은 사실상 단지 예시적일뿐이다.
실시예
산화된 셀룰로스 크래프트 섬유를 방법 JIS L 1902:2008(ISO 20743)을 사용하여 항균 활성에 대해 평가하였다. 상기 평가 방법은 TAPPI가 항균 시험 방법을 제공하지 않기 때문에 사용되었으며 상기 방법은 일본의 개인위생산업 표시에 대한 기준이다. 산화되지 않은 크래프트 셀룰로스를, 여과재 중 세균 및 바이러스 증식을 감소시키거나 예방하는 상기 산화 처리의 효능을 확인하기 위해서 본 명세서에 언급된 방법에 따라 생성된 2개의 산화된 크래프트 셀룰로스 물질과 비교하였다. 상기 섬유를 이콜라이, 스타필로코커스 아우레우스, 살모넬라 엔테리카-풀로람, 리스테리아 모노사이토게네스, 리노바이러스 및 인플루엔자에 대해 시험하였다.
상기 시험 샘플을 0.4 그램의 물질로 제조하였다. 상기를 용기에 넣고 증기 살균하고 건조시켰다. 상기 샘플에 0.2 ㎖의, 시험하고자 하는 세균 또는 바이러스를 함유하는 혈청을 접종하였다. 상기 샘플을 하기 표 2에 명시된 시간 동안 37 ℃에서 배양하였다. 배양 후에 상기 샘플을 20 ㎖의 염수로 세척하였다. 포자를 카운트하고 이어서 표 1에 기재된 바와 같이 보고하였다.
[표 1]
세균발육저지(항균) 활성값에 대한 개념도
Figure pct00001
하기에 대조용 섬유에 대한 새균 생육의 감소 퍼센트를 보고한다.
섬유 세균 배양시간 대조용과 비교된 억제 퍼센트
대조용 살모넬라 7시간
샘플 1 살마오넬라 7시간 95.10%
샘플 2 살모넬라 7시간 97.66%
대조용 이콜라이 7시간
샘플 1 이콜라이 7시간 99.97%
샘플 2 이콜라이 7시간 99.94%
대조용 스타프 7시간
샘플 1 스타프 7시간 99.91%
샘플 2 스타프 7시간 99.48%
대조용 리스테리아 72시간
샘플 1 리스테리아 72시간 99.91%
샘플 2 리스테리아 72시간 99.78%
동일한 샘플들을 리노바이러스 및 인플루엔자로 시험하였다. 샘플 1은 리노바이러스의 99.2% 및 인플루엔자의 99.95%를 죽인 반면 샘플 2는 리노바이러스의 93%를 죽였지만 인플루엔자에는 효과가 없었다.
특정한 실시태양들을 본 명세서에 예시하고 기재하였지만, 동일한 목적을 성취하기 위해 구성된 임의의 배열을 상기 나타낸 특정한 실시태양들에 대신할 수도 있음을 알아야 한다. 본 명세는 다양한 실시태양들의 모든 적응 또는 변화를 포함하고자 한다. 상기 실시태양들의 조합, 및 본 명세서에 기재되지 않은 다른 실시태양들은 상기 기재의 검토시 당해 분야에 숙련가들에게 자명할 것이다.

Claims (20)

  1. 무작위로 배열된 섬유를 포함하는 기재
    를 포함하는 유체 여과재로, 상기 섬유가 산화된 크래프트 셀룰로스 섬유를 포함하는 여과재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    기재가 항균 성질을 나타내는 여과재.
  3. 제 1 항에 있어서,
    필터가 합성 섬유를 또한 포함하는 여과재.
  4. 제 3 항에 있어서,
    합성 섬유가 유리섬유, 폴리프로필렌 섬유 및 폴리에스테르 섬유 중 하나 이상으로부터 선택되는 여과재.
  5. 여과재를 둘러싸는 프레임
    을 포함하는 공기 필터로, 상기 여과재가 무작위로 배열된 섬유의 매트를 포함하고, 상기 섬유가 합성 섬유 및 산화된 크래프트 셀룰로스 섬유를 포함하는 공기 필터.
  6. 제 5 항에 있어서,
    여과재가 항균 성질을 나타내는 공기 필터.
  7. 제 6 항에 있어서,
    공기 필터가 HVAC 필터이고, 합성 섬유가 유리섬유인 공기 필터.
  8. 제 7 항에 있어서,
    여과재가 주름진 공기 필터.
  9. 제 5 항에 있어서,
    필터가 HEPA 필터인 공기 필터.
  10. 제 9 항에 있어서,
    HEPA 필터가 여과재의 고밀도 팩을 포함하는 공기 필터.
  11. 무작위로 배열된 섬유의 기재
    를 포함하는 액체 필터로, 상기 섬유가 산화된 크래프트 셀룰로스 섬유를 포함하는 액체 필터.
  12. 제 11 항에 있어서,
    여과재가 항균 성질을 나타내는 액체 필터.
  13. 제 11 항에 있어서,
    섬유가 합성 섬유를 또한 포함하는 액체 필터.
  14. 제 11 항에 있어서,
    여과재가 주름진 액체 필터.
  15. 제 11 항에 있어서,
    여과되는 액체가 물인 액체 필터.
  16. 유체의 여과 방법으로,
    합성 섬유 및 산화된 크래프트 셀룰로스 섬유로 구성된 무작위로 배열된 섬유를 포함하는 여과재를 제공하고;
    여과하려는 유체를 필터에 통과시키고;
    상기 여과재 중의 유체 스트림으로부터 오염물질을 수집함
    을 포함하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    유체가 공기 또는 물인 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    여과재가 항균 성질을 나타내는 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    필터가 정수 필터인 방법.
  20. 제 16 항에 있어서,
    필터가 HVAC 필터인 방법.
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