KR20210003158A - 큰 파열 강도의 습식 부직물 여과 여재 및 그 생산 프로세스 - Google Patents

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테일러 이
제임스 박
매튜 전
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알스트롬-문크스죄 오와이제이
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Abstract

섬유질 여과 여재 및 그 제조 방법이 제공된다. 바람직한 실시예에 따라, 여과 여재는, 섬유질 웹의 총 중량을 기준으로, 약 20 중량% 내지 약 80 중량% 사이의, 섬유질 웹에 걸쳐 분산된 시스-코어 2성분 스테이플 섬유로부터의 합성 스테이플 섬유를 포함하는 습식 고온 면적-캘린더링 부직물 섬유질 웹을 포함한다. 섬유질 웹은 약 10 바아 초과, 바람직하게 약 12 바아 초과, 예를 들어 약 15 바아 초과의 건조 및 습윤 파열 강도를 나타낸다.

Description

큰 파열 강도의 습식 부직물 여과 여재 및 그 생산 프로세스
본원에서 개시된 실시예는 일반적으로 부직물 여과 여재에 관한 것이다. 바람직한 형태에서, 부직물 여과 여재는, 기체 및 액체를 위한 여과 여재로서 사용하기에 특히 적합한, 저밀도(예를 들어, 약 0.45 g/cm3 미만) 섬유질 웹을 포함하고, 저밀도 섬유질 웹은 큰 건조 및 습윤 파열 강도(예를 들어, 약 10 바아 초과) 및 비교적 작은(예를 들어, 약 40 ㎛ 미만, 그리고 일부 실시예에서, 약 25 ㎛ 미만) 평균 유동 기공 크기를 나타낸다.
스펀본드 부직물(Spunbond nonwovens)이 오늘날, 분진 수집기 필터, 가스 터빈 흡입 공기 필터, 분말 코팅 필터 및 브래스팅 필터(blasting filter)에서와 같이 공기 여과를 위해서, 그리고 수영장 및 스파 필터, 폐수 필터, 냉각제 필터와 같은 액체 필터를 위해서 널리 이용되고 있는데, 이는 적용예들이 10 바아(bar) 초과의 큰 건조 및 습윤 파열 강도를 필요로 하기 때문이다. 큰 파열 강도 요건은 여과 여재(filtration media)로서 스펀본드 부직물을 이용하는 것에 의해서 충족될 수 있으나, 전형적으로 다른 유형의 여과 여재, 예를 들어 셀룰로오스계 섬유 습식 부직물 여재(wet-laid nonwoven media) 및 멜트블로운(meltblown) 여재(meltblown media)로 형성된 여재에 의해서는 충족될 수 없다.
그러나, 스펀본드 여재는 높은 여과 효율 및 긴 수명과 관련된 현재의 요건을 충족시킬 수 없다. 이와 관련하여, 스펀본드 여재는 여과 효율에 있어서 고유의 한계를 갖는데, 이는 그 섬유 직경이 비교적 두꺼운 15 내지 18 ㎛의 범위이고, 그에 의해서 통상적인 스펀본드 여재가 EN779:2012 표준에 따른 M-분류 필터의 효율 표준을 극복하지 못하기 때문이다.
또한, 통상적인 스펀본드 여재는, 섬유질 웹 내의 점 결합(point bonding)으로 인해서, 작은 분진 유지 용량을 갖는다. 일반적으로, 큰 건조 및 습윤 파열 강도 적용예를 위한 스펀본드 여재는, 웹 내의 섬유 상호 결합을 보장하기 위해서, 고온 점-캘린더링(hot point-calendering)에 의해서 처리된다. 점 결합은 전체 스펀본드 여과 여재 면적의 약 20%가 본질적으로 "사공간(dead space)"이 되게 하는데, 이는 섬유-대-섬유 점 결합 때문이다(즉, 스펀본드 여재가 전체적으로, 점-캘린더링의 조건 하에서 용융되는 열가소성 섬유로 이루어지기 때문이다). 그에 따라, 결과적으로, 통상적인 스펀본드 여재는, 다른 유형의 여과 여재에 비해서 작은 분진 유지 용량을 갖는다.
통상적인 스펀본드 여재의 낮은 효율을 극복하기 위해서, 나노섬유 코팅 또는 ePTFE 멤브레인을 이용한 적층과 같은 다른 기술을 스펀본드 여재에 부가할 수 있다. 그러나, 이러한 부가적인 프로세싱 요건은 필수적으로 여과 여재의 비용을 증가시키고 및/또는 필터의 매우 짧은 수명을 초래한다.
습식 부직 여과 여재는 일반적으로, 전형적인 스펀본드 여재보다 높은 여과 효율 및 분진 유지 용량을 갖는다. 습식 프로세스에 의해서 습식 부직물 여재가 넓은 범위의 가능한 섬유 직경으로 형성될 수 있기 때문에, 통상적인 스펀본드 여재를 형성하는 것보다 상당히 작은 직경의 섬유, 예를 들어 (약 9 ㎛의 직경을 갖는) 0.8 데니어(denier) 섬유, (약 5.5 ㎛의 직경을 갖는) 0.3 데니어 섬유, 및 (약 2.6 ㎛의 직경을 갖는) 0.06 dtex 섬유가 이용될 수 있다. 그러나, 전형적인 습식 부직물 여과 여재는, 큰 건조 및 습윤 파열 강도를 요구하는 여과 적용예를 위해서 이용될 수 있는 것으로 알려져 있지 않은데, 이는, 비록 습식 여과 여재가 결합제 수지로 포화될 수 있고 및/또는 결합제 섬유를 구비할 수 있음에도 불구하고, 통상적인 습식 여과 여재의 건조 및 습윤 파열 강도가 10 바아 미만이기 때문이다.
그에 따라, 스펀본드 여재가 통상적으로 사용되어 왔던 적용예에서 이용될 수 있도록 큰(즉, 10 바아 초과의) 건조 및 습윤 파열 강도를 갖는 섬유질 습식 여과 여재를 제공하는 것이 매우 바람직할 수 있다. 본원에서 개시된 실시예가 지향하는 것은, 이러한 요구를 만족시키는 것이다.
본원에서 개시된 실시예에 따른 여과 여재는, 10 바아 초과의, 일반적으로 12 바아 초과의, 예를 들어 약 15 바아 초과의 큰 건조 및 습윤 파열 강도를 갖는, 면적-캘린더링된(area-calendered) 습식 부직물 섬유질 웹(wet-laid nonwoven fibrous web)을 포함한다. 캘린더링된 습식 부직물 섬유질 웹은 또한, 통상적인 스펀본드 여과 여재에 의해서 달성될 수 없는, 큰 여과 효율 및 분진 유지 용량을 나타낼 것이다.
본원에서 개시된 실시예는, 섬유질 웹의 총 중량을 기준으로, 약 20 내지 약 80 중량% 사이의 대칭적인 시스-코어(sheath-core) 유형의 2성분 스테이플 섬유(bicomponent staple fibers), 및 나머지 다른 합성 스테이플 섬유를 포함하는 습식 부직물 섬유질 웹을 제공하는 것에 의해서 실현되고, 부직물 웹에는 고온 면적 캘린더 결합이 실시된다. 20 중량% 초과의 시스-코어 유형의 2성분 섬유의 존재는, 스펀본드 여재에서 전형적으로 이용되는 점-캘린더 결합(point-calender bonding)에 비해서, 상당히 적은 여과 "사공간"을 달성하기 위한 면적 결합(area bonding)이 실행될 수 있게 한다. 높은 비율의 시스-코어 유형의 2성분 섬유 및 부직물 습식 매트(mat)의 전체에 걸친 그러한 섬유의 균질한 분산은, 비록 본 발명의 섬유질 웹이 연속적인 필라멘트를 가지지 않고 비교적 짧게 컷팅된(예를 들어, 1 내지 24 mm) 스테이플 섬유의 매스(mass)를 포함하지만, 본원에서 개시된 실시예의 여과 여재가, 연속적인 필라멘트로 이루어진 스펀본드 여재의 건조 및 습윤 파열 강도에 비해서, 적어도 유사한(comparable), 그리고 일반적으로 그보다 더 양호한 건조 및 습윤 파열 강도를 달성할 수 있게 한다.
본 발명에 따른 여러 실시예의 이러한 속성 및 다른 속성은 그에 관한 이하의 구체적인 설명을 참조할 때 보다 잘 이해될 것이다.
첨부 도면을 참조할 것이다.
도 1은, 해당 여재의 두께를 따라서 취한, 이하에서 설명되는 바와 같은, 예 1에 따른 통상적인 습식 섬유질 웹의 횡단면의 주사 전자 현미경(SEM) 이미지이다.
도 2는, 해당 여재의 두께를 따라서 취한, 본원에서 개시된 그리고 예 2로서 이하에서 설명되는 실시예에 따른 섬유질 웹의 횡단면의 SEM 이미지이고, 여재가 여재의 깊이 전체를 통해서 열적으로 결합된 결합제 섬유를 포함하는 것을 보여주고, 결합제 섬유의 포함은, 그에 의해서 나타나는 큰 건조 및 습윤 파열 강도에 기여하는 것으로 생각된다.
도 3은, 이하의 비교예 1의 비교되는 스펀본드 여재의, 그 두께를 따라서 취한, 횡단면의 SEM 이미지이다.
도 4는, 이하의 비교예 2의 비교되는 스펀본드 여재의, 그 두께를 따라서 취한, 횡단면의 SEM 이미지이다.
도 5는 이하에서 설명되는 예 1의 표준 습식 여재 및 예 2의 본 발명의 여재의 기공 크기 범위의 그래프 비교이다.
도 6은 이하에서 설명되는 바와 같은 예 2의 본 발명의 여재와, 이하에서 설명되는 바와 같은 비교예 1 및 2의 전형적인 스펀본드 여재의 기공 크기 범위의 그래프 비교이다.
도 7은 이하에서 설명되는 바와 같은 예 2의 본 발명의 여재의 표면의 SEM 이미지이다.
도 8 및 도 9는 이하에서 설명되는 바와 같은 비교예 1 및 2의 전형적인 스펀본드 여재의 표면의 SEM 이미지이다.
도 10은 본원에서 개시된 발명의 실시예에 따라서 이용되는 캘린더링 프로세스의 개략도이다.
도 11 내지 도 13은 이하의 예 2, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 여재에 대한 선택된 압력 강하 곡선의 그래프이다.
정의
본원에서 그리고 첨부된 청구항에서 사용된 바와 같이, 이하의 용어는 다음과 같은 정의를 갖도록 의도된다.
"섬유(fiber)"는 길이 대 직경의 높은 종횡비를 갖는 섬유질 또는 필라멘트형 구조물이다.
"필라멘트(filament)"는 극단적인 길이(extreme length) 또는 무한한 길이의 섬유를 나타낸다.
"스테이플 섬유(staple fiber)"는, 자연적으로, 유한하고 비교적 짧은, 유한한 또는 개별적인 길이의 세그먼트를 가지거나, 세그먼트를 갖도록 컷팅되거나 추가적으로 프로세스된 섬유를 의미한다.
"섬유질(fibrous)"은, 주로 섬유 및/또는 스테이플 섬유로 구성된 재료를 의미한다.
"부직물(non-woven)", "웹(web)", 또는 "매트(mat)"라는 용어는, 자가-지지되는 구조적 요소를 형성하기 위해서 서로 무작위적으로 상호 결속되고, 얽히고, 및/또는 결합되는, 섬유의 매스 내의 섬유 및/또는 스테이플 섬유의 집합체를 지칭한다.
"합성 섬유(synthetic fiber)" 및/또는 "사람이 만든 섬유(man-made fiber)"라는 용어는, 화학적 화합물로부터 합성된 중합체, 개질(modified)되거나 변형된 자연 중합체, 및 규산질(유리) 재료를 포함하는 섬유-형성 물질로 제조된 섬유를 지칭한다. 섬유는 통상적인 용융-스피닝(melt-spinning), 용액-스피닝, 용매-스피닝, 및 유사한 필라멘트 생산 기술에 의해서 생산될 수 있다.
"셀룰로오스계 섬유(cellulosic fiber)"는 셀룰로오스로 이루어진 또는 셀룰로오스로부터 유도된 섬유이다.
"열가소성(thermoplastic)"이라는 용어는, 특정 온도 초과에서 유연해지거나 몰딩 가능해지고 이어서 냉각 시에 고체 상태로 복귀되는 중합체 재료를 의미한다.
구체적인 설명
본원에서 개시된 실시예의 캘린더링된 부직물 습식 여재(calendered nonwoven wet-laid media)는 100% 합성 스테이플 섬유, 예를 들어, 합성 중합체 섬유로 전체적으로 이루어진 섬유질 여재의 형태일 수 있고, 선택적으로 다른 합성 스테이플 섬유(예를 들어, 유리 섬유 또는 다른 무기질 섬유)를 포함할 수 있다. 따라서, 바람직한 형태에서, 본원에서 개시된 실시예의 부직물 여재는 셀룰로오스계 스테이플 섬유 또는 다른 천연 스테이플 섬유를 실질적으로 가지지 않을 것이다(또는 전적으로 가지지 않을 것이다). 특히 바람직한 형태에서, 본원에서 개시된 실시예의 캘린더링된 여재는, 20 내지 80%의 2성분 스테이플 섬유 및 나머지 합성 스테이플 섬유, 바람직하게 합성 중합체 스테이플 섬유로 이루어진 습식 부직물 웹을 포함할 것이다.
A. 2성분 스테이플 섬유(BICOMPONENT STAPLE FIBERS)
본원에서 개시된 실시예에 따른 부직물 섬유질 웹은 합성 2성분 스테이플 섬유를 포함한다. 자체적으로 알려져 있는 바와 같이, 2성분 스테이플 섬유는, 별개의 압출기들로부터 중합체 공급물을 압출하는 것에 의해서 형성될 것이고, 함께 스피닝되어 단일 섬유를 형성할 것이다. 전형적으로, 2개의 별개의 중합체들이 압출되나, 2성분 섬유는, 각각의 압출기 내의 중합체 재료가 다소 상이한 특성(예를 들어, 융점)을 갖는, 동일한 중합체 재료를 별개의 압출기들로부터 압출하는 것을 포함할 수 있다. 압출된 중합체들은, 2성분 섬유의 횡단면에 걸쳐 실질적으로 일정하게 배치된 구분된 구역들 내에 배열되고, 2성분 섬유의 길이를 따라서 실질적으로 연속적으로 연장된다. 본원에서 개시된 실시예의 실행에서 이용되는 2성분 섬유의 구성은 바람직하게 실질적으로 대칭적인 시스-코어 2성분 섬유이고, 그에 의해서, 약 25/75 내지 약 75/25 사이의, 전형적으로 약 50/50 내지 약 70/30 사이의 시스 대 코어의 면적비로, 중합체 시스가 중합체 코어를 완전히 둘러싸고 봉입한다(envelop).
2성분 스테이플 섬유는 바람직하게, 고융점 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET) 코어를 둘러싸는 저융점 PET 시스를 갖는, 2성분 PET 스테이플 섬유이다. 바람직한 형태에서, 2성분 PET 스테이플 섬유는 약 120 ℃ 내지 약 190 ℃ 사이의, 전형적으로 약 140 ℃ 내지 약 190 ℃ 사이의, 더 바람직하게 150 ℃ 내지 약 180 ℃ 사이의, 예를 들어 약 165 ℃(+/- 3 ℃)의 융점(melting point)을 갖는 PET 시스, 및 PET 시스의 융점보다 적어도 약 50 ℃, 전형적으로 적어도 약 75 ℃, 예를 들어 약 100 ℃(+/- 5 ℃) 더 높은 융점을 가지는 PET 코어를 포함할 것이다. 2성분 스테이플 섬유의 PET 코어는 그에 따라 약 220 ℃ 내지 약 280 ℃, 전형적으로 약 250 ℃ 내지 약 270 ℃ 사이의, 예를 들어 약 260 ℃(+/- 5 ℃) 사이의 융점을 가질 수 있다. 본원에서 개시된 실시예의 실행에서 이용되는 하나의 바람직한 2성분 스테이플 섬유는, 약 4의 데니어(denier) 및 약 6 mm의 길이를 가지는, 회사(Huvis Corporation)로부터 상업적으로 입수할 수 있는 LMF50 2성분 스테이플 섬유이다. 2성분 섬유의 시스 부분은 또한, 폴리알킬렌(polyalkylenes)(예를 들어, 폴리에틸렌(polyethylenes), 폴리프로필렌(polypropylenes) 및 기타), 그리고 폴리아미드(polyamides)(나일론(nylons), 예를 들어 나일론-6, 나일론 6,6, 나일론-6,12, 및 기타)를 포함한다, 다른 열가소성 중합체 재료로 이루어질 수 있다.
2성분 스테이플 섬유는, 섬유질 웹 내의 섬유의 총 중량을 기준으로, 20 중량% 내지 약 80 중량%, 예를 들어 약 25 중량% 내지 약 60 중량% 사이의, 또는 심지어 약 30 중량% 내지 50 중량%(+/- 0.5 중량%) 사이의 양으로 여과 여재 내에 존재할 것이다.
B. 합성 스테이플 섬유(SYNTHETIC STAPLE FIBERS)
본원에서 개시된 실시예의 부직물 섬유질 웹은 합성 섬유를 포함하고, 합성 섬유는, 섬유질 웹의 총 중량을 기준으로, 약 20 중량% 내지 약 80 중량% 사이의, 예를 들어 약 40 중량% 내지 약 75 중량% 사이의 열가소성 스테이플 섬유를 포함한다. 바람직하게, 열가소성 스테이플 섬유는 약 20 ㎛ 미만, 예를 들어 약 2.5 ㎛ 내지 약 15 ㎛ 사이의 평균 직경, 및 약 1 mm 내지 약 24 mm 사이의, 예를 들어 약 3 mm 내지 약 12 mm 사이의 길이를 가질 것이다.
본원에서 개시된 실시예의 실시에서 이용되는 합성 스테이플 섬유는 사실상 열가소성 중합체 재료로 형성된 임의의 스테이플 섬유일 수 있다. 그에 따라, 예시적인 열가소성 스테이플 섬유는 폴리에스테르(polyesters)(예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybutylene terephthalate; PBT) 및 기타와 같은 폴리알킬렌 테레프탈레이트(polyalkylene terephthalates)), 폴리알킬렌(예를 들어, 폴리에틸렌(polyethylenes), 폴리프로필렌(polypropylenes) 및 기타), 폴리아크릴로니트릴(poyacrylonitriles; PAN) 및 폴리아미드(polyamides)(나일론, 예를 들어 나일론-6, 나일론 6,6, 나일론-6,12, 및 기타)를 포함한다. 여과 최종 용도 적용예에 적합한 양호한 내화학성 및 내열성을 나타내는 PET 섬유가 바람직하다.
특정의 바람직한 형태에서, 부직물 섬유질 웹은 상이한 크기의 합성 섬유들의 혼합물을 포함할 것이다. 이와 관련하여, 여재는, 섬유질 웹의 총 중량을 기준으로, 약 20 중량% 내지 약 80 중량% 사이의, 약 2.5 ㎛ 내지 약 10 ㎛ 사이의 평균값 직경을 갖는 적어도 하나의 유형의 합성 중합체 섬유, 및 섬유질 웹의 총 중량을 기준으로, 약 30 중량% 내지 약 60 중량% 사이의, 약 10 ㎛ 내지 약 20 ㎛ 사이의 평균 직경을 갖는 제2 유형의 합성 중합체 섬유의 혼합물을 포함할 수 있다. 제1 유형의 합성 섬유는 약 1 mm 내지 약 6 mm 사이의 평균값 길이를 가질 수 있는 반면, 제2 유형의 합성 섬유는 5 mm 내지 약 24 mm 사이의 평균값 길이를 가질 수 있다.
습식 섬유질 여재 내에서 이용되는 합성 스테이플 섬유는 또한, 섬유질 웹의 총 중량을 기준으로, 약 5 중량% 내지 약 30 중량% 사이의, 전형적으로 10중량% 내지 약 20 중량% 사이의 재생된 셀룰로오스계 섬유(regenerated cellulosic fiber), 바람직하게 라이오셀 스테이플 섬유(lyocell staple fiber)를 포함할 수 있다. 라이오셀 스테이플 섬유는 약 25 ㎛ 또는 그 미만, 전형적으로 15 ㎛ 또는 그 미만, 예를 들어 약 10 ㎛ 내지 약 15 ㎛ 사이의 평균 직경을 가질 수 있다. 라이오셀 스테이플 섬유의 평균 길이는 전형적으로 약 1 mm 내지 약 8 mm 사이의, 또는 약 2 mm 내지 약 6 mm 사이의, 또는 약 3 mm 내지 약 4 mm 사이이다. 바람직한 라이오셀 섬유는, 1.7 데니어 및 약 4 mm의 스테이플 길이를 가지는, 코네티컷 셀톤에 소재하는 회사(Engineered Fibers Technology, LLC)로부터 상업적으로 입수할 수 있는 상표명 TENCEL®의 라이오셀 섬유이다.
유리 미세 섬유(glass microfibers)가 또한, 전술한 바와 같은 다른 합성 섬유와 혼합되어, 필터로서의 섬유질 여재의 효율을 개선하기에 충분한 양으로, 선택적으로 존재할 수 있다. 전형적으로, 유리 미세 섬유는, 존재하는 경우에, 섬유질 웹의 총 중량을 기준으로, 약 0 내지 20 중량%, 전형적으로 약 10 중량% 미만의 양으로 이용될 수 있다. 약 0.2 ㎛ 내지 약 5 ㎛ 사이의, 전형적으로 약 0.5 ㎛ 내지 약 2.5 ㎛ ± 약 0.1 ㎛ 사이의 평균값 섬유 직경을 가지는 유리 미세 섬유가 이용될 수 있다. 본원에서 개시된 실시예의 섬유질 여재를 위한 바람직한 유리 미세 섬유는, 미국 사우스 캐롤라이나의 섬머빌에 소재하는 회사(Lauscha Fiber International)로부터 C04 유리 섬유(0.5 ㎛의 평균값 섬유 직경), C06 유리 섬유(0.65 ㎛의 평균값 섬유 직경) 및 C26 유리 섬유(2.6 ㎛의 평균값 섬유 직경)로서 상업적으로 입수될 수 있다.
C. 선택적인 성분(OPTIONAL COMPONENTS)
예를 들어 습윤 강도 첨가제(wet strength additives), 광학적 광택제(optical brighteners), 섬유 보존제(fiber retention agent), 착색제(colorants), 분리 보조제(separation aides)(예를 들어, 실리콘 첨가제 및 연관된 촉매), (예를 들어, 미립자 또는 섬유 형태의) 발화 지연제 또는 난연제(fire or flame retardants), 및 기타와 같은, 습식 여과 여재에서 통상적으로 이용되는 첨가제가 또한 섬유질 웹 내에 존재할 수 있다. 이러한 첨가제는, 존재하는 경우에, 섬유질 웹의 총 중량을 기준으로, 약 30 중량% 이하, 바람직하게 약 20 중량% 이하, 예를 들어 약 1 중량% 내지 약 20 중량% 사이의 양으로 포함될 수 있다. 난연성 섬유가 섬유질 웹 내로 통합되는 경우에, 섬유질 웹의 총 중량을 기준으로, 약 40 내지 약 80 중량% 사이의 난연성 섬유가 사용될 수 있다.
D. 제조 방법(METHODS OF MAKING)
본원에서 설명된 부직물 섬유질 웹은 임의의 통상적인 "습식(wet-laid)" 제지 기술에 의해서 제조될 수 있다. 따라서, 예를 들어, (유리 섬유, 기본적인 열가소성 섬유 및/또는 첨가제와 같은 임의의 선택적인 성분과 함께) 미리 결정된 양의 합성 섬유 및 시스-코어 2성분 섬유 및 물이 펄퍼(pulper) 또는 비터(beater) 내에 배치될 수 있다. 섬유들이 혼합되고, 펄퍼 또는 비터에 의해서 물 내에서 균일하게 분산되어 슬러리 배치물(slurry batch)을 형성한다. 일부 기계적 작업을 또한 섬유에 대해서 실시하여, 투과성, 표면 특성 및 섬유 구조와 같은 물리적 매개변수에 영향을 미칠 수 있다. 그 후에, 슬러리 배치물은 혼합 체스트(mixing chest)로 전달될 수 있고, 혼합 체스트에서 부가적인 물이 첨가되고 섬유가 균질하게 혼합된다. 이어서, 혼합된 슬러리는 기계 체스트(machine chest)로 전달될 수 있고, 기계 체스트에서 하나 이상의 슬러리 배치물이 조합될 수 있고, 그에 따라 배치물로부터 연속 프로세스로의 전달을 가능하게 할 수 있다. 섬유의 균일한 분산을 보장하기 위해서, 교반에 의해서 슬러리의 항상성이 형성되고 유지된다. 이와 관련하여, 물리적 매개변수를 조정하기 위해서, 슬러리가 선택적으로 정제기를 통과할 수 있다.
이어서, 슬러리는 이동 와이어 스크린(moving wire screen)에 전달되고, 이동 와이어 스크린에서 물이 중력 및 흡입에 의해서 제거된다. 물이 제거됨에 따라, 섬유는, 예를 들어 슬러리 유량(slurry flow rate), 기계 속력(machine speed), 및 배액(drainage) 매개변수를 포함하는, 많은 수의 프로세스 변수에 의해서 결정되는 특성을 갖는 섬유질 부직물 웹 또는 시트로 형성된다. 형성된 웹은, 여전히 습윤되어 있는 동안, 선택적으로 압축될 수 있고, 그에 따라 페이퍼(paper)를 압밀(compact)시킬 수 있고 및/또는 그 표면 특성을 변경할 수 있다. 이어서, 습윤 섬유질 웹은, 가열된 롤러(또는 업계 용어로 "캔(can)")를 포함하는 건조 섹션을 통해서 이동되고, 건조 섹션에서 남아 있는 포획된 물의 대부분이 제거된다. 이어서, 건조된 섬유질 웹은, 침지, 분무 코팅, 롤러(그라비어(gravure)) 도포 및 기타와 같은, 임의의 통상적인 수단에 의해서 도포된 결합제 수지를 가질 수 있다. 이어서, 열을 후속하여 인가하여 웹을 건조시킬 수 있다.
이어서, 도 10에 도시된 바와 같이, 부직물 섬유질 웹은 마감 시트로 더 프로세스하기 위해서 롤 상에서 권취(taken up)될 수 있거나, 대향된 캘린더링 롤의 적어도 하나의 쌍, 바람직하게 일련의 2개의 쌍을 포함하는 캘린더링 섹션으로 직접 전달된다. 캘린더링 롤은 기본 시트 내의 부직물 습식 섬유의 매스(mass)를 프레스(강화(consolidate))하도록, 그에 따라 본원에서 개시된 바와 같은 여과 여재의 부직물 섬유질 웹을 형성하도록 동작한다. 바람직한 형태에서, 캘린더링 롤은, 2성분 스테이플 섬유 성분의 시스가 용융되게 하기에 충분한 그리고 부직물 웹 내의 다른 합성 섬유 성분과 결합을 형성하게 하기에 충분한, 약 1 kN/m 내지 약 150 kN/m의 캘린더링 압력 및 110 ℃ 내지 약 250 ℃의 캘린더링 온도에서, 부직물 섬유질 웹을 프레스하도록 동작할 것이다. 캘린더링 기계 라인 속력은 약 1 m/분 내지 약 50 m/분 사이가 되도록 선택될 수 있다. 본원에서 설명된 바와 같은, 캘린더링 기계 라인 속력 및 증가된 온도/압력은 섬유질 웹의 고온 면적-캘린더링(hot area calendering)을 초래한다.
캘린더링 롤은 부직물 섬유질 웹을 점 결합(point bond)시키지 않는다. 그 대신, 캘린더링 롤은 전술한 방식으로 웹의 전체 표면적에 걸쳐 실질적으로 균일한 압력 및 온도를 부여하고, 그에 따라 웹을 균일하게 캘린더링한다(즉, 면적-캘린더링). 그에 의해서, 고온 면적-캘린더링은 부직물 웹 내의 2성분 스테이플 섬유의 저융점 시스 중합체의 (전체적인 부분이 아니더라도) 상당한 부분이 용융되게 하고, 그에 의해서 2성분 스테이플 섬유의 나머지 열가소성 코어 성분이 서로 그리고 웹 내의 다른 합성 스테이플 섬유와 결합되게 한다.
결과적인 부직물 섬유질 웹은 그 상태로 여과 여재의 형태로 이용될 수 있거나, 부가적인 섬유질 여재, 예를 들어 미리-형성된 섬유질 층 또는 습식 프로세스에서 다수의 층으로 형성된 웹과 함께 플라이 가공될(plied)될 수 있다. 다수의 섬유질 웹 층이 여과 여재를 제공할 때, 본원에서 개시된 실시예의 고온 면적-캘린더링된 섬유질 웹 층은 바람직하게, 여과 여재의 최외측 층이 되도록 배치된다. 예를 들어, 섬유질 웹은 기본 중량이 예를 들어 약 1 내지 약 50 g/m2인 발포된 폴리테트라플루오로에틸렌(expanded polytetrafluoroethylene; ePTFE)으로 형성된 멤브레인에 적층될 수 있거나, 다층(예를 들어, 2개 또는 3개의 섬유질 웹 층) 여과 여재가 제공될 수 있고, 그에 의해서 다수의 층 중 하나는 본원에서 개시된 실시예에 따른 고온 면적 캘린더링된 섬유질 웹 층이다.
E. 여재 특성(MEDIA PROPERTIES)
결과적인 고온 면적-캘린더링 섬유질 웹은 10 바아 초과의, 전형적으로 12 바아 초과의, 예를 들어 15 바아 초과의 큰 건조 및 습윤 파열 강도를 나타낼 것이다. 이러한 큰 건조 및 습윤 파열 강도는 본원에서 설명된 바와 같은 고온 면적 캘린더링에 의해서 달성될 수 있고, 고온 면적 캘린더링은 웹에 걸쳐(through) 2성분 스테이플 섬유의 시스를 용융시키고 그에 따라 2성분 스테이플 섬유의 나머지 코어 성분 및 합성 스테이플 섬유가 섬유질 웹의 전체에 걸쳐(throughout) 서로 결합되게 한다.
섬유질 웹의 밀도는 전형적으로 약 0.45 g/cm3 미만, 예를 들어 약 0.40 g/cm3 미만이 될 것이다.
섬유질 웹의 기공 크기 범위는 전형적으로 25 ㎛ 또는 그 미만, 더 전형적으로 22 ㎛ 또는 그 미만, 일반적으로 20 ㎛ 또는 그 미만일 것이고, 최소 기공 크기(minimum pore size)는 또한 전형적으로 25 ㎛ 또는 그 미만, 또는 보다 전형적으로 22 ㎛ 또는 그 미만일 것이다. 평균 유동 기공 크기(mean flow pore size)는 40 ㎛ 또는 그 미만, 전형적으로 35 ㎛ 또는 그 미만, 예를 들어 30 ㎛ 또는 그 미만일 수 있고, 최대 기공 크기(maximum pore size)는 50 ㎛ 또는 그 미만, 전형적으로 45 ㎛ 또는 그 미만, 예를 들어 40 ㎛ 또는 그 미만일 수 있다.
여과 여재는 EN779:2012 표준에 따라 F7 여과 여재로 분류될 수 있고, 다시 말해서 여과 여재는, 0.4 ㎛ 미립자에 대해서, 60 내지 80%의 평균 여과 효율 및 적어도 35%의 최소 여과 효율을 가질 수 있다.
본 발명은 이하의 비제한적인 예에 의해서 더 설명될 것이다.
예(EXAMPLES)
1. 테스트 방법(Test Methods)
이하의 테스트 방법을 이용하여, 이하의 표에 기재된 데이터를 획득하였다.
기공 크기(pore size): 기공 크기(㎛)는 (본원에서 전체가 참조로 포함되는) 미국 시험 재료 학회(American Society of Testing and Materials; ASTM) 표준 316-03 (2011)에 의해서 결정되었다. 이하의 여재 예의 최소, 최대, 및 평균 유동 기공 크기, 그리고 기공의 수는 회사(Quantachrome Instruments)(1900 Corporate Drive Boynton Beach, FL 33426 USA)에 의해서 생산된 Porometer 3G로 테스트되었고, 보고된 기공 크기 및 기공 수 데이터는 2개의 샘플의 평균이고, 각각의 샘플은 여재의 각각의 측면 상에서 측정되었다. (즉, 습식 여재의 경우에, 와이어측 및 펠트측).
기공 크기 및 기공 수 데이터는 모세관 유동 기공측정법(capillary flow porometry)으로 알려진 기술을 이용하여 측정하였다. 샘플 내의 모든 기공이 충진되도록, 샘플을 먼저 습윤 유체로 습윤시킨다. 증가된 압력의 비반응 가스가 습윤 샘플의 일 측면에 인가되어 액체를 기공으로부터 변위시킨다. 습윤 샘플에 대해서, 가스 압력 및 샘플 하류의 가스 유량을 측정하고 표시한다. 샘플이 건조된 후에, 테스트를 반복하여 건조 샘플에 대한 가스 유동 대 인가된 압력을 표시하였다. 모세관 유동 기공측정 기술을 이용하여, "최대 기공 크기(maximum pore size)", "최소 기공 크기(minimum pore size)", 및 "평균 유동 기공 크기(mean flow pore size)"를 결정할 수 있다.
최대 기공 크기(maximum pore size): 전술한 모세관 유동 기공측정 기술을 이용할 때 여재를 통한 공기 유동이 최초로 검출되는 가스 압력(즉, 기포가 최초로 유동하기 시작하는 압력)을 이용하여 최대 기공 크기를 계산한다.
최소 기공 크기(minimum pore size)는, 전술한 모세관 유동 기공측정 기술을 이용할 때, 습윤 유량 곡선이 건조 곡선과 만나는 압력으로부터 결정된다.
평균 유동 기공 크기(mean flow pore size)는, 전술한 모세관 유동 기공측정 기술을 이용할 때, 동일한 압력 강하에서, 습윤된 여재를 통한 유동이 건조 여재를 통한 유동의 50%가 되는 기공 직경이다.
기공 크기 범위(pore size range)는, 최대 기공 크기와 최소 기공 크기 사이의 차이로서 정의된다(즉, 기공 크기 범위 = 최대 기공 크기 - 최소 기공 크기).
캘리퍼(caliper): 여재의 캘리퍼(두께)는 (전체가 본원에서 참조로 포함되는) 국제 표준화 기구(ISO) 표준 ISO 534(2011), "Paper and board-Determination of thickness, density and specific volume"에 따라 측정되었다.
공기 투과도(air permeability): 여재의 공기 투과도는, (전체가 본원에서 참조로 포함되는) ASTM 표준 D737: Standard Test Method for Air Permeability of Textile Fabrics에 따라, 125 Pa 수압에서 측정되었다. 여재를 통한 공기 유동을 샘플의 평방 피트 당 분당 입방 피트(cfm/sf 또는 cfm)로 기록하였다.
파열 강도(burst strength): 건조("건조 파열 강도(dry burst strength)") 또는 습윤("습윤 파열 강도(wet burst strength)") 상태일 때, 여재 샘플의 파단에 필요한 압력이 (전체가 본원에서 참조로 포함되는) ISO 표준 2758 (2014), "Paper-Determination of bursting strength"에 따라 측정되었다. 결과를 여재 파단 시의 평방 미터 당 킬로그램의 힘으로 기록하였고, 이어서 바아의 단위로 변환하였다.
공극 비율(void ratio): 공극 비율은 이하의 과정에 의해서 결정되었다: 초기 중량(w1)을 갖는 여재의 40 mm x 40 mm 건조 테스트 단편을 200 cc의 n-부틸 알코올(n-butyl alcohol)을 갖는 비이커 내에 배치하였고, 그 후에 데시케이터(desiccator) 내에 배치하였고, 데시케이터는, 테스트 단편으로부터 나오는 기포가 시각적으로 관찰되지 않을 때까지, 배기되었다. 테스트 단편을 비이커 내의 n-부틸 알코올로부터 제거하였고, 제거 직후에 중량을 측정하여 초기 중량(w2)을 획득하였고, 제거로부터 30초 후에 다시 중량을 측정하여 최종 습윤 중량(w3)을 획득하였다. 이어서, 공극 비율(%)을 이하의 공식: 공극 비율(%) = (w3-w1)/(w3-w2) x 100에 의해서 계산하였다.
공기 필터 분류(air filter classification): 공기 여과 성능은 (전체가 본원에서 참조로 포함되는) 테스트 표준 EN779:2012, "Particulate air filters for general ventilation"에 따라 결정되었다. 이러한 표준에 따라, 공기 여과 여재의 성능은 3개의 그룹: 조대 필터(coarse filters): "G1-G4", 중간 필터: "M5-M6" 및 미세 필터: "F7-F9" 내의 9개의 필터 분류로 등급화된다. M 및 F 분류 필터는 0.4 ㎛ 입자에 대한 평균 효율(즉, 필터 상에서 유지되는 0.4 ㎛ 입자의 수치적 비율(the number fraction))을 기초로 한다. F-분류의 필터는 또한, 최소 효율이 이하의 3개의 값: 초기 효율, 방출된 효율(discharged efficiency), 테스트의 로딩 과정(test's loading procedure) 전체를 통한 효율 중에서 가장 작은 임의의 값인, 부가적인 최소 효율 기준을 충족시킬 필요가 있다.
공기 여과 성능(air filtration performance): 공기 여과 성능은 (전체가 본원에서 참조로 포함되는) 국제 표준화 기구(ISO) 16890, "Air filters for general ventilation"에 의해서 결정되었다.
펄스제트 세정성(pulsejet cleanability): 세정 가능한 여과 여재의 세정성은 (전체가 본원에서 참조로 포함되는) ISO 11057:2011, "Air quality - Test method for filtration characterization of cleanable filter media"에 의해서 결정되었다.
2. 재료(Materials)
이하의 재료가 이용되었다:
LMF50: 회사(Huvis Corporation)로부터 상업적으로 입수할 수 있는 4 데니어, 6 mm 길이(4 De*6 mm) 스테이플 2성분 저융점 섬유.
PET: 회사(Toray Industries)로부터 상업적으로 입수할 수 있는 1.4 데니어, 12 mm 길이(1.4 De*12 mm), 회사(Huvis corporation)로부터 상업적으로 입수할 수 있는 0.5 데니어, 5 mm 길이(0.5 De*5 mm), 및 회사(Teijin Ltd.)로부터 상업적으로 입수할 수 있는 0.3 dtex, 5 mm 길이(0.3 Dt*5 mm)를 가지는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유가 이용되었다.
3. 여재 예(Media Examples)
이하의 예 1 및 2의 샘플을 전술한 습식 프로세스에 의해서 생산하였고, 예 2의 샘플에 대해서 면적-캘린더링을 실시하였다.
예 1: 기본 기판(base substrate)을 전술한 방법으로 제조하여, 30 중량% LMF50 4 De*6 mm 2성분 스테이플 섬유, 그리고 30 중량% PET 0.5 De*5 mm 스테이플 섬유(Huvis), 20 중량% PET 1.4 De*12 mm(Toray), 및 20 중량% PET 0.3 dt*5 mm(Teijen)로 이루어진 PET 스테이플 섬유의 혼합물을 포함하는 100% 합성 섬유 습식 부직물 여재를 형성하였다. 기판은 210g/m2의 기본 중량, 0.94 mm의 편평 시트(flat sheet) 캘리퍼, 및 80 cfm의 공기 투과도를 갖는다.
예 2: 여재 예 1의 기본 기판을 75 kN/m의 캘린더링 협지부 압력(calendering nip pressure) 및 210 ℃의 캘린더링 온도에서 캘린더링하여, 210g/m2의 기본 중량, 0.60 mm의 편평 시트 캘리퍼, 및 26 cfm의 공기 투과도를 갖는 캘린더링된 습식 부직물 여재를 획득하였다.
비교예 1(Kolon Finon L2270NW): 비교예 1의 비교 여재는, 277g/m2의 기본 중량, 0.61 mm의 캘리퍼, 및 25 cfm의 공기 투과도를 갖는, 회사(Kolon Industries)(대한민국, 경기도, 과천시, 코오롱로, KOLON 타워, 11)에 의해서 생산된 것과 같은, 통상적으로 APC(공기 오염 제거(Air Pollution Control)) 여과 여재를 위해서 사용되는, 상업적으로 입수할 수 있는 PET 스펀본드 여재다.
비교예 2(Toray FSE21602A): 비교예 2의 비교 여재는, 204 g/m2의 기본 중량, 0.48 mm의 캘리퍼, 및 28 cfm의 공기 투과도를 갖는, 회사(Toray Advanced Materials Korea Inc.)(대한민국, 서울, 영등포구, 여의도로 24, FKI 타워, 35, 36층)에 의해서 생산된 것과 같은, 통상적으로 APC(공기 오염 제거) 여과 여재를 위해서 사용되는, 다른 상업적으로 입수할 수 있는 PET 스펀본드 여재다.
4. 실험 결과(Experimental Results)
4.1 실험 결과 1(Experimental Result 1)
전술한 여재 예를 테스트하여, 기공 크기 데이터(최소 기공 크기, 평균 유동 기공 크기, 및 최대 기공 크기)를 결정하였고 기공의 수를 결정하였다. 또한, 여재 예의 각각에 대해서 건조 및 습윤 파열 강도를 테스트하였다. 데이터를 이하의 표 1에 기재하였다.
Figure pct00001
전술한 데이터는, 본 발명의 여재(예 2)가, 표준 습식 기판(예 1) 및 비교 스펀본드 여재 예의 것에 비해서, 훨씬 더 작은 최대 기공 크기 및 평균 유동 기공 크기를 갖는다는 것을 보여준다. 본 발명의 여재(예 2)는 또한, 표준 습식 샘플 또는 전형적인 스펀본드 여재보다 큰, 단위 면적 당 기공의 수를 나타냈다. 본 발명의 여재(예 2)는, 표준 습식 기판(예 1)에 비해서, 증가된 기공의 수를 가졌는데, 이는, 고온 캘린더링 롤의 프레싱으로 인해서 여재 표면 부근에서의 몇 개의 하위-영역들의 통합에 의해서 유발되는 것으로 생각된다. 본 발명의 여재(예 2)는 또한, 전형적인 스펀본드 여재(비교예 1 및 2)에 비해서, 훨씬 더 많은 수의 기공을 가졌는데, 이는, 전형적인 스펀본드 여재에서의 섬유의 점 결합 대신, 본 발명의 여재의 고온 캘린더링에 의해서 달성되는 면적 결합의 결과인 것으로 생각된다. 본 발명의 여재(예 2)는 또한 더 큰 공극 비율을 나타냈는데, 이는 본 발명의 여재가 전형적인 스펀본드 여재(비교예 1 및 2)보다 더 다공성이라는 것을 나타낸다.
중요하게, 본 발명의 여재(예 2)는, 다른 예에 비해서, 매우 타이트하고(tight) 좁은 기공-크기 범위를 나타냈다(도 5 및 도 6 참조). 기공-크기 범위는 중요한 매개변수인데, 이는 기공-크기 범위가 여재 내의 기공의 크기의 변동을 나타내기 때문이다. 더 좁은 기공-크기 범위는 여재 내의 기공의 보다 균일한 분포를 나타내고, 이는 여재 여과 성능을 증가시킨다. 더욱이, 캘린더링된 본 발명의 여재는 또한, 전형적인 스펀본드 여재보다, 더 작은 기공 크기 및 훨씬 더 낮은 웹 밀도를 가졌다. 여재의 기공 크기 범위, 패킹(packing)(밀도), 및 기공 구조의 차이가 더 높은 여과 효율 및 더 큰 분진 유지 용량을 초래하는 것으로 생각된다.
4.2 실험 결과 2(Experimental Result 2)
EN779: 2012 테스트 표준에 따라, 회사(Palas GmbH)(Greschbachstrasse 3 b 76229 Karlsruhe Germany)에 의해서 생산된 Palas MFP 3000을 이용하여, 여과 성능 테스트를 실시하였다. 본 발명의 여재 및 비교예는, 테스트 표준 EN779:2012의 Annex A의 IPA 방출 방법을 기초로, IPA 방출이 없이 그리고 IPA 방출을 가지고 테스트되었다. 데이터를 이하의 표 2에 제공하였다.
Figure pct00002
전술한 표 2의 데이터는, 예 2의 본 발명의 여재가, 비교예 1 및 2의 전형적인 스펀본드 여재보다, 훨씬 더 높은 효율을 가졌다는 것을 보여준다. 예 2의 효율은 IPA로 여재를 방출한 후에 영향을 받지 않는다. 이는, 비교예 1 및 2의 스펀본드 여재에 비교할 때, 특히 상이하다. 예 2의 본 발명의 여재는, (섬유의 표면 상에서 유지되는, 제조 프로세스에서 이용되는 오일 및 계면활성제로 인해서) 친수성인(hydrophilic) 짧게-컷팅된(short-cut) 합성 섬유를 포함하였다. 그러나, 스펀본드 여재 내의 섬유는 오일화(oiled)되지 않고, 그에 따라 섬유는 IPA 방출 후에, 본원에서 개시된 실시예의 본 발명의 여재보다, 더 큰 정전하 및 훨씬 더 큰 효율 강하를 갖는다.
표 2의 데이터가 나타내는 바와 같이, 본원에서 개시된 발명의 실시예에 따른 본 발명의 여재는, 비교예 1 및 2의 통상적인 스펀본드 여재에 비해서, 0.4 ㎛ 입자에 대한 현저하게 양호한 초기 효율 및 방출 효율뿐만 아니라 전체적으로 양호한 평균 효율 및 보다 양호한 분진 유지 용량을 나타낸다. 그에 따라, 본 발명의 여재는 EN779:2012 표준에 따른 F7 여과 여재로서 등급화되는 반면, 비교예 1 및 2의 통상적인 스펀본드 여과 여재는 각각 더 낮은 M5 및 M6 등급만을 달성할 수 있다.
4.3 실험 결과 3(Experimental Result 3)
ISO 11057:2011 테스트 표준에 따라, 회사(FilTEq GmbH) 테스터(Amthausstr. 14, D-76227 Karlsruhe, Germany)를 이용하여, 예 2의 본 발명의 여재 및 비교예 1 및 2의 비교 여재를 또한 펄스 제트(pulse jet) 세정에 대해서 테스트하였다. 각각의 테스트는 이하의 4개의 단계(phase)로 구성된다:
단계 1(컨디셔닝(conditioning)): 차압 제어형 펄스-제트 세정 및 1000 Pa의 세정 설정점을 이용한 30번의 로딩 사이클(30 loading cycle)
단계 2 (에이징(Aging)): 각각 5초의 간격을 가지는 10,000 번의 펄스-제트 세정 사이클
단계 3(안정화(stabilizing)): 차압 제어형 펄스-제트 세정을 이용한 10번의 로딩 사이클
단계 4(측정(measuring)): 차압 제어형 펄스-제트 세정을 이용한 2 시간의 로딩 사이클
펄스 제트 세정 테스트의 데이터를 이하의 표 3에 기재하였다.
Figure pct00003
전술한 표 3의 데이터는, 본 발명의 여재가 유리하게, 비교예 1 및 2의 비교 스펀본드 여재보다, 30번째의 사이클에서 약 2배 내지 5배의 더 긴 사이클 시간(cycle time)을 갖는다는 것을 보여준다. 도 11 내지 도 13에서 확인될 수 있는 바와 같이, 예 2의 본 발명의 여재는 또한 목표로 하는 압력 강하에 도달하는데 더 긴 시간이 소요되며, 이는 더 긴 사이클 시간을 초래한다. 에이징 후에, 습식 캘린더링된 여재의 사이클 시간은, 스펀본드 여재보다, 상당히 더 길게(3배 내지 10배 더 길게) 계속 유지된다. 또한, 습식 캘린더링된 예 2의 본 발명의 여재는 또한 30번째 사이클에서 그리고 에이징 후에 측정될 때 모두에서, 비교예 1 및 2의 비교 여재보다, 훨씬 적은 분진 침투를 나타냈다.
4.4 실험 결과 - 난연성 섬유를 포함하는 섬유질 웹(Experimental Result - Fibrous web comprising flame retardant fibers)
어떠한 부가적인 화학적 처리도 없이, 난연성 PET 섬유로 제조된 실시예가 이하에서 개시된다.
섬유질 웹은 예 2에 대해서 개시된 것과 동일한 방법을 이용하여 제조되었고 100% PET 섬유로 구성되었으며, 여기에서 약 65 중량%의 섬유가 회사(Toray Industries)로부터 상업적으로 입수할 수 있는 난연성 PET 섬유였다. 섬유질 웹은 25 중량% RM PET 4 De*6 mm 섬유(Huvis), 10 중량% PET 0.3 dt*5 mm 섬유(Teijin), 45 중량% FR PET 1.4 D*6 mm 섬유(Toray), 및 20 중량% FR PET 3 D*12 mm 섬유(Toray)로 이루어졌다.
결과적인 섬유질 여과 여재는 DIN 53 438 표준에 의해서 테스트될 때 F1 분류 난연성이다. 물리적 특성을 이하의 표 4에 기재하였다.
Figure pct00004
4.5 실험 결과 - 다층 여과 여재(Experimental Result - Multi-layer filtration media)
이하의 예(예 A 내지 D)에서, 본 발명의 부직물 섬유질 웹을 부가적인 섬유질 여재와 함께 플라이 가공하여(plied), 다층 여과 여재를 제공하였다.
예 A: 고온 면적 캘린더링 섬유질 웹이 얇은 알루미늄화된(aluminized) 스펀본드 층에 대해서 적층되는, 다층 여과 여재. 결과적인 다층 여과 여재는 1000 오옴(ohms) 미만의 매우 작은 전기 저항을 가졌다.
예 B: 섬유질 웹은 PVDF 나노섬유로 코팅되었다.
예 C 및 D: 섬유질 웹은 발포된 폴리테트라플루오로에틸렌(ePTFE)으로 적층되었다. 결과적인 2개의 층 여과는 높은 여과 효율을 가지고, EN 1822-1 테스트 표준에 따라 E12 또는 H13 분류의 여과 여재로 분류될 수 있다.
예 A 내지 D의 물리적 특성을 표 5에 기재하였다.
Figure pct00005
실시예
본 발명의 실시예는 이하를 포함한다:
1. 습식, 고온 면적-캘린더링된 부직물 섬유질 웹을 포함하는 섬유질 여과 여재로서:
합성 스테이플 섬유; 및
섬유질 웹의 총 중량을 기준으로, 섬유질 웹에 걸쳐 분산된 약 20 중량% 내지 약 80 중량%의 시스-코어 2성분 스테이플 섬유를 포함하고,
섬유질 웹이 10 바아 초과의 건조 파열 강도를 나타내는, 섬유질 여과 여재.
2. 실시예 1에 있어서,
섬유질 웹이 약 12 바아 초과, 바람직하게 약 15 바아 초과의 건조 파열 강도를 가지는, 섬유질 여과 여재.
3. 실시예 1에 있어서,
섬유질 웹이 약 10 바아 초과, 바람직하게 약 12 바아 초과, 더 바람직하게 약 15 바아 초과의 습윤 파열 강도를 가지는, 섬유질 여과 여재.
4. 실시예 1에 있어서,
섬유질 웹이 25 ㎛ 또는 그 미만, 바람직하게 22 ㎛ 또는 그 미만의 최소 기공 크기를 가지는, 섬유질 여과 여재.
5. 실시예 3에 있어서,
섬유질 웹이 40 ㎛ 또는 그 미만, 바람직하게 35 ㎛ 또는 그 미만, 더 바람직하게 약 30 ㎛ 또는 그 미만의 평균 유동 기공 크기를 가지는, 섬유질 여과 여재.
6. 실시예 4에 있어서,
섬유질 웹이 50 ㎛ 또는 그 미만, 전형적으로 45 ㎛ 또는 그 미만, 예를 들어 약 40 ㎛ 또는 그 미만의 최대 기공 크기를 가지는, 섬유질 여과 여재.
7. 실시예 3에 있어서,
섬유질 웹이 25 ㎛ 또는 그 미만, 전형적으로 22 ㎛ 또는 그 미만의 기공 크기 범위를 가지는, 섬유질 여과 여재.
8. 실시예 1에 있어서,
는, EN779:2012 표준에 따라 F7 여과 여재로서 분류될 수 있는, 섬유질 여과 여재.
9. 실시예 1에 있어서,
섬유질 웹의 총 중량을 기준으로, 10 중량% 미만의 유리 섬유를 포함하는, 섬유질 여과 여재.
10. 실시예 8에 있어서,
유리 섬유가 유리 미세 섬유인, 섬유질 여과 여재.
11. 실시예 1에 있어서,
합성 섬유가 적어도 2개의 상이한 유형의 합성 섬유의 혼합물을 포함하는, 섬유질 여과 여재.
12. 실시예 10에 있어서,
합성 섬유가 약 2.5 ㎛ 내지 약 10 ㎛ 사이의 평균 직경을 갖는 제1 유형의 합성 섬유, 및 약 10 ㎛ 내지 약 20 ㎛ 사이의 평균 직경을 갖는 제2 유형의 합성 섬유를 포함하는, 섬유질 여과 여재.
13. 실시예 11에 있어서,
제1 유형의 합성 섬유는 약 1 mm 내지 약 6 mm 사이의 평균 길이를 가지고, 제2 유형의 합성 섬유는 약 5 mm 내지 약 24 mm 사이의 평균 길이를 가지는, 섬유질 여과 여재.
14. 실시예 1에 있어서,
합성 스테이플 섬유가, 섬유질 웹의 총 중량을 기준으로, 약 5 중량% 내지 약 30 중량% 사이의, 전형적으로 10 중량% 내지 약 20 중량% 사이의 재생된 셀룰로오스계 섬유를 포함하는, 섬유질 여과 여재.
15. 실시예 13에 있어서,
재생된 셀룰로오스계 섬유는 라이오셀 섬유를 포함하는, 섬유질 여과 여재.
16. 실시예 1에 있어서,
여과 여재는, 습윤 강도 첨가제, 광학적 광택제, 섬유 보존제, 착색제, 연료-물 분리 보조제, 및 발화 지연제 또는 난연제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 첨가제를 더 포함하는, 섬유질 여과 여재.
17. 실시예 15에 있어서,
적어도 하나의 첨가제는, 섬유질 웹의 총 중량을 기준으로, 약 40 내지 약 80 중량%의 양으로 난연성 섬유를 포함하는, 섬유질 여과 여재.
18. 실시예 1에 있어서,
합성 스테이플 섬유는, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 나일론-6, 나일론 6,6, 나일론-6,12, 및 그 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 중합체로 구성되는, 섬유질 여과 여재.
19. 실시예 1에 있어서,
2성분 스테이플 섬유의 시스 및 코어는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 형성되고, 시스를 형성하는 PET는 코어를 형성하는 PET의 용융 온도보다 낮은 용융 온도를 가지는, 섬유질 여과 여재.
20. 섬유질 웹을 제조하는 방법으로서:
(a) 합성 스테이플 섬유들을 포함하는 수성 섬유질 슬러리로부터 그리고, 섬유질 웹의 총 중량을 기준으로, 약 20 중량% 내지 약 80 중량%의 시스-코어 2성분 스테이플 섬유로부터, 습식 섬유질 웹을 형성하는 단계; 및
(b) 2성분 스테이플 섬유의 시스를 용융시켜 합성 스테이플 섬유들을 서로 결합시키기 위해서 그리고 10 바아 초과의 건조 파열 강도를 갖는 섬유질 웹을 달성하기 위해서, 단계(a)로부터의 습식 섬유질 웹에 고온 면적 캘린더링을 실시하는 단계를 포함하는, 방법.
21. 실시예 19에 있어서,
단계(b)는 약 1 kN/m 내지 약 150 kN/m 사이의 캘린더링 압력 조건 및 약 110 ℃ 내지 약 250 ℃ 사이의 캘린더링 온도 조건에서, 약 1 m/분 내지 약 50 m/분 사이의 캘린더링 라인 속력으로 실시되는, 방법.
가장 실용적이고 바람직한 실시예로 현재 간주되는 것과 관련하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 개시된 실시예로 제한되지 않고, 대조적으로, 그 사상 및 범위에 포함되는 여러 가지 수정예 및 균등한 배열체를 커버하도록 의도된 것임을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (23)

  1. 습식, 고온 면적-캘린더링된(area-calendered) 부직물 섬유질 웹을 포함하는 섬유질 여과 여재(fibrous filtration media)로서:
    합성 스테이플 섬유; 및
    상기 섬유질 웹의 총 중량을 기준으로, 상기 섬유질 웹에 걸쳐 분산된 약 20 중량% 내지 약 80 중량%의 시스-코어(sheath-core) 2성분 스테이플 섬유를 포함하고,
    상기 섬유질 웹이 10 바아(bar) 초과의 건조 파열 강도를 나타내는,
    섬유질 여과 여재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 섬유질 웹이 약 12 바아 초과, 바람직하게 약 15 바아 초과의 건조 파열 강도를 가지는,
    섬유질 여과 여재.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 섬유질 웹이 약 10 바아 초과, 바람직하게 약 12 바아 초과, 더 바람직하게 약 15 바아 초과의 습윤 파열 강도를 가지는,
    섬유질 여과 여재.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    섬유질 웹이 약 0.45 g/cm3 미만, 예를 들어 약 0.40 g/cm3 미만의 밀도를 가지는,
    섬유질 여과 여재.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 섬유질 웹이 25 ㎛ 또는 그 미만, 바람직하게 22 ㎛ 또는 그 미만의 최소 기공 크기를 가지는,
    섬유질 여과 여재.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 섬유질 웹이 40 ㎛ 또는 그 미만, 바람직하게 35 ㎛ 또는 그 미만, 더 바람직하게 약 30 ㎛ 또는 그 미만의 평균 유동 기공 크기를 가지는,
    섬유질 여과 여재.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 섬유질 웹이 50 ㎛ 또는 그 미만, 전형적으로 45 ㎛ 또는 그 미만, 예를 들어 약 40 ㎛ 또는 그 미만의 최대 기공 크기를 가지는,
    섬유질 여과 여재.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 섬유질 웹이 25 ㎛ 또는 그 미만, 전형적으로 22 ㎛ 또는 그 미만의 기공 크기 범위를 가지는,
    섬유질 여과 여재.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 여과 여재는, EN779:2012 표준에 따라 F7 여과 여재로서 분류될 수 있는,
    섬유질 여과 여재.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 섬유질 웹의 총 중량을 기준으로, 10 중량% 미만의 유리 섬유를 포함하는,
    섬유질 여과 여재.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 유리 섬유가 유리 미세 섬유인,
    섬유질 여과 여재.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 합성 섬유가 적어도 2개의 상이한 유형의 합성 섬유의 혼합물을 포함하는,
    섬유질 여과 여재.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 합성 섬유가, 약 2.5 ㎛ 내지 약 10 ㎛ 사이의 평균 직경을 갖는 제1 유형의 합성 섬유 및 약 10 ㎛ 내지 약 20 ㎛ 사이의 평균 직경을 갖는 제2 유형의 합성 섬유를 포함하는,
    섬유질 여과 여재.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 유형의 합성 섬유는 약 1 mm 내지 약 6 mm 사이의 평균 길이를 가지고, 상기 제2 유형의 합성 섬유는 약 5 mm 내지 약 24 mm 사이의 평균 길이를 가지는,
    섬유질 여과 여재.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 합성 스테이플 섬유가, 상기 섬유질 웹의 총 중량을 기준으로, 약 5 중량% 내지 약 30 중량% 사이의, 전형적으로 10 중량% 내지 약 20 중량% 사이의 재생된 셀룰로오스계 섬유를 포함하는,
    섬유질 여과 여재.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 재생된 셀룰로오스계 섬유는 라이오셀 섬유를 포함하는,
    섬유질 여과 여재.
  17. 1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 여과 여재는, 습윤 강도 첨가제, 광학적 광택제, 섬유 보존제, 착색제, 연료-물 분리 보조제, 및 발화 지연제 또는 난연제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 첨가제를 더 포함하는,
    섬유질 여과 여재.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 첨가제는, 상기 섬유질 웹의 총 중량을 기준으로, 약 40 내지 약 80 중량%의 양으로 난연성 섬유를 포함하는,
    섬유질 여과 여재.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 합성 스테이플 섬유는, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 나일론-6, 나일론 6,6, 나일론-6,12, 및 그 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 중합체로 구성되는,
    섬유질 여과 여재.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2성분 스테이플 섬유의 시스 및 코어는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 형성되고, 상기 시스를 형성하는 PET는 상기 코어를 형성하는 PET의 용융 온도보다 낮은 용융 온도를 가지는,
    섬유질 여과 여재.
  21. 섬유질 웹을 제조하는 방법으로서:
    (a) 합성 스테이플 섬유들을 포함하는 수성 섬유질 슬러리로부터 그리고 섬유질 웹의 총 중량을 기준으로 약 20 중량% 내지 약 80 중량%의 시스-코어 2성분 스테이플 섬유로부터, 습식 섬유질 웹을 형성하는 단계; 및
    (b) 상기 2성분 스테이플 섬유의 시스를 용융시켜 상기 합성 스테이플 섬유들을 서로 결합시키기 위해서 그리고 10 바아 초과의 건조 파열 강도를 갖는 섬유질 웹을 달성하기 위해서, 단계(a)로부터의 습식 섬유질 웹에 고온 면적 캘린더링을 실시하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 단계(b)는 약 1 kN/m 내지 약 150 kN/m 사이의 캘린더링 압력 조건 및 약 110 ℃ 내지 약 250 ℃ 사이의 캘린더링 온도 조건에서, 약 1 m/분 내지 약 50 m/분 사이의 캘린더링 라인 속력으로 실시되는,
    방법.
  23. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 따른 섬유질 여과 여재를 큰 건조 및 습윤 파열 강도를 요구하는 기체 및 액체를 위한 여과 여재로서 사용하기 위한 용도.
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