KR20220024679A - 코어-시스 섬유, 부직 섬유질 웨브, 및 이를 포함하는 호흡기 - Google Patents

코어-시스 섬유, 부직 섬유질 웨브, 및 이를 포함하는 호흡기 Download PDF

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KR20220024679A
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fibers
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나탄 이 슐츠
다니엘 씨 두안
세스 엠 키르크
마이클 알 베리건
자카리 제이 베커
푸밍 비 리
존 엠 스바스티안
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 캄파니
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Abstract

열가소성 코어-시스 섬유는 동연적인 시스(coextensive sheath) 층이 위에 배치된 중합체 섬유 코어, 및 정전기 전하 증대 첨가제를 포함한다. 시스 층은 폴리(4-메틸-1-펜텐)을 포함하고 섬유 코어 및 시스 층은 상이한 조성을 가질 수 있다. 섬유 코어 또는 시스 층 중 적어도 하나는 일렉트릿(electret) 전하를 포함한다. 코어-시스 섬유를 포함하는 부직 섬유질 웨브 및 부직 섬유질 웨브를 포함하는 호흡기가 또한 개시된다.

Description

코어-시스 섬유, 부직 섬유질 웨브, 및 이를 포함하는 호흡기
본 발명은 대체로 텍스타일(textile) 섬유, 부직 섬유질 웨브, 및 이를 포함하는 물품에 관한 것이다.
독성 또는 유해 미립자 물질을 함유하는 공기는 종종 그러한 물질을 제거하기 위해 (예컨대, 호흡기 또는 HVAC 필터를 사용하여) 여과된다.
호흡기 성능은 미국 국립 직업 안전 위생 연구소(National Institute for Occupational Safety and Health, NIOSH)에 의해 규제된다. NIOSH는 다양한 오염물에 대처해 온 호흡기에 대한 다양한 제거 효율 표준을 설정한다. 예를 들어, 다이옥틸 프탈레이트(DOP)의 현탁된 소적(droplet)을 사용하는 유성-미스트 제거 효율에 대한 표준은 오일이 존재하는 환경에서 사용하도록 지정된 필터 매체에 의해서 충족되어야 한다. 제거 효율은 오일 로딩(oil-loading)에 따라 변할 수 있기 때문에, 이 표준은 시험 에어로졸(challenge aerosol)에 대한 고정 노출에 대한 최소 제거 효율을 규정한다.
1995년 7월부터, NIOSH는 무동력 공기 정화 미립자 호흡기에 대한 표준을 제정하였다(문헌[42 C.F.R. Part 84, published Jun. 8, 1995] 참조). 규정은 몇 가지 다양한 분류를 포함하고, 그 중 하나는 통상 "P-시리즈'로 지칭되며 오일-기반 액체 미립자를 제거하고자 하는 필터에 관한 것이다. P-시리즈 인증을 위해, 호흡기 필터 매체는 DOP 제거 효율 시험의 종료점에 감소하지 않는 효율을 나타내야 한다.
다수의 공기 필터가 일부 구성의 부직 섬유질 웨브를 포함한다. 그러한 매체는 폴리에틸렌 및/또는 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀의 섬유, 또는 오일 흡착 및/또는 흡수 특성을 나타내는 일부 다른 재료를 포함할 수 있다.
오일을 흡착 및/또는 흡수하는 친화성을 갖는 재료에는 폴리(4-메틸-1-펜텐)이 포함된다. 그러나, 이러한 재료는 비교적 비용이 많이 들고 비교적 약한 인장 특성을 가져서, 여과 매체를 위한 섬유로서 매력적이지 않다. 본 발명은 코어-시스 섬유를 제공함으로써 이들 문제 중 하나 또는 둘 모두를 극복하는데, 섬유 코어는 비교적 저렴한 중합체일 수 있는 한편, 폴리(4-메틸-1-펜텐)의 얇은 시스는 섬유의 외부 표면을 형성한다. 더욱이, 섬유 코어 내에 전하 증대 첨가제(들)를 갖는 본 발명의 그러한 실시 형태는 시스 층 내에 전하 증대 첨가제(들)를 갖는 것과 비교하여 향상된 대전 및/또는 일렉트릿(electret) 안정성을 나타낼 수 있다.
일 태양에서, 본 발명은 열가소성 코어-시스 섬유를 제공하며, 이는
동연적인 시스(coextensive sheath) 층이 위에 배치된 중합체 섬유 코어로서, 시스 층은 폴리(4-메틸-1-펜텐)을 포함하고, 섬유 코어 및 시스 층은 상이한 조성을 갖는, 상기 중합체 섬유 코어; 및
정전기 전하 증대 첨가제를 포함한다.
다른 태양에서, 본 발명은 열가소성 코어-시스 섬유를 포함하는 부직 섬유질 웨브를 제공하며, 열가소성 코어-시스 섬유는
동연적인 시스 층이 위에 배치된 중합체 섬유 코어로서, 시스 층은 폴리(4-메틸-1-펜텐)을 포함하는, 상기 중합체 섬유 코어; 및
정전기 전하 증대 첨가제를 포함한다.
다른 태양에서, 본 발명은 코어-시스 섬유와 섞인 희석 섬유(diluent fiber)를 추가로 포함하는, 제10 실시 형태에 따른 코어-시스 섬유를 제공한다.
다른 태양에서, 본 발명은 본 발명에 따른 코어-시스 섬유를 포함하는 부직 섬유질 웨브를 제공한다.
다른 태양에서, 본 발명은, 본 발명에 따른 부직 섬유질 웨브를 포함하는 호흡기를 제공한다.
다른 태양에서, 본 발명은 열가소성 코어-시스 섬유를 제공하며, 이는
동연적인 시스 층이 위에 배치된 중합체 섬유 코어로서, 섬유 코어 및 시스 층은 상이한 조성을 갖는, 상기 중합체 섬유 코어; 및
정전기 전하 증대 첨가제를 포함하며,
섬유 코어 또는 시스 층 중 적어도 하나는 일렉트릿 전하를 포함한다.
둘 모두의 태양의 일부 실시 형태에서, 코어-시스 섬유는 일렉트릿 전하를 갖는다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이,
용어 "4-메틸펜텐"은 4-메틸-1-펜텐을 지칭하고;
용어 "폴리(4-메틸-1-펜텐)은 90 중량% 이상의 4-메틸펜탄-1,2-다이일)(즉,
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)단량체 단위 및 선택적으로 10 중량% 이하(예를 들어, 10 중량% 이하, 9 중량% 이하, 8 중량% 이하, 7 중량% 이하, 6 중량% 이하, 5 중량% 이하, 4 중량% 이하, 3 중량% 이하, 2 중량% 이하, 1 중량% 이하)의 적어도 알킬렌(예를 들어, 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 펜틸렌, 헥실렌, 아이소옥틸렌) 단량체 단위를 함유하는 중합체(단일중합체 및 공중합체)를 지칭하고;
용어 "일렉트릿 전하"는 적어도 반영구적인 전하가 존재함을 의미하며, 여기서 "반영구적'은 전하가 표준 대기 조건(22℃, 101,300 파스칼 대기압, 및 50% 상대 습도) 하에서 유의미하게 측정가능할 만큼 충분히 긴 기간 동안 존재함을 의미한다. 전하는 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제9,815,067호(슐츠(Schultz) 등)의 18 컬럼 12 내지 42줄에 기재된 바와 같은 X-선 방전 시험에 의해 특징지어질 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점이 상세한 설명뿐만 아니라 첨부된 청구범위를 고려할 때 추가로 이해될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 예시적인 코어-시스 섬유의 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 부직 섬유질 웨브의 개략 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 예시적인 호흡기(40)의 개략 정면도이다.
도 4는 도 3의 마스크 본체(42)의 개략 단면도이다.
본 명세서 및 도면에서 도면 부호의 반복되는 사용은 본 발명의 동일하거나 유사한 특징부 또는 요소를 나타내도록 의도된다. 본 발명의 원리의 범주 및 사상에 속하는 다수의 다른 변형 및 실시 형태가 당업자에 의해 안출될 수 있음을 이해하여야 한다. 도면은 축척대로 도시되지 않을 수 있다.
이제 도 1을 참고하면, 코어-시스 섬유(100)는 시스 층(120)이 위에 배치된 섬유 코어(110)를 포함한다. 도시되지는 않았지만, 시스 층(120)은 섬유 길이를 따라 동연적이다(섬유 단부 제외).
도 1에 도시된 코어-시스 섬유 및 섬유 코어는 원형 단면을 갖지만, 예를 들어 삼각형, 정사각형, 직사각형, 오각형, 육각형, 칠각형, 팔각형, 별 모양, 타원형, 삼엽형(trilobal), 및 사엽형(tetralobal)과 같은 다른 단면이 또한 사용될 수 있다. 마찬가지로, 도 1은 중심에 위치된 섬유 코어를 도시하지만, 이는 중심에서 벗어나 위치될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 다수의 섬유 코어(예를 들어, 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 또는 8개의 섬유 코어)가 존재할 수 있다.
섬유 코어는 임의의 유기 또는 무기 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 섬유 코어는 세라믹 섬유, 유리 섬유, 유리-세라믹 섬유, 천연 섬유, 또는 합성 섬유를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 합성 섬유는 적어도 하나의 열가소성 중합체를 포함한다. 예시적인 열가소성 중합체에는 스티렌 블록 공중합체(예를 들어, SIS, SEBS, SBS), 열가소성 폴리올레핀, 탄성중합체성 합금(예를 들어, 탄성중합체성 열가소성 아크릴레이트 블록 공중합체, 예컨대 일본 오카야마 소재의 쿠라레이 컴퍼니, 리미티드.(Kuraray Company, Ltd.)로부터 쿠라리티(Kurarity)로 구매가능한 폴리메틸 메타크릴레이트-블록-폴리(부틸 아크릴레이트)-블록-폴리메틸 메타크릴레이트, 열가소성 폴리우레탄(TPU), 열가소성 폴리에스테르 및 코폴리에스테르; 폴리비닐 클로라이드; 폴리스티렌; 폴리카르보네이트; 열가소성 폴리에스테르(예를 들어, 폴리락타이드 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트); 퍼플루오르화된 중합체 및 공중합체, 열가소성 폴리아미드, 및 전술한 것들 중 임의의 것의 블렌드가 포함된다.
열가소성 코폴리에스테르는 제1 성분으로서 유용할 수 있다. 폴리락트산, 폴리카프로락톤, 및 다른 생분해성 중합체를 추가로 포함할 수 있는 열가소성 지방족 폴리에스테르가 특히 유용하다. 용융-가공 가능한 (필라멘트-형성) 폴리락트산 중합체 재료(예를 들어, L-D 공중합체)는 예를 들어, 미국 미네소타주 미네통카 소재의 네이처웍스 엘엘씨(Natureworks LLC)로부터 상표명 INGEO 6100D, 6202D, 및 6260D로 구매가능하다. 용융-가공 가능한 폴리락트산 중합체 재료(예를 들어, D-락트산 단일중합체)는 예를 들어, 네덜란드 소재의 신브라 테크놀로지즈(Synbra Technologies)로부터 신테라(SYNTERRA) PDLA 1010으로 입수가능하다. 많은 다른 잠재적으로 적합한 폴리락트산 재료가 또한 사용가능하다.
예시적인 열가소성 폴리우레탄(TPU)은 폴리에스테르계 TPU 및 폴리에테르계 TPU를 포함한다. 한 가지 예시적인 폴리에스테르계 열가소성 폴리우레탄은 헌츠맨 코포레이션(Huntsman Corporation; 미국 텍사스주 더 우드랜즈 소재)으로부터 이로그란(IROGRAN)(모델 PS 440-200)으로 입수할 수 있다. 예시적인 폴리에테르 TPU 수지에는 비.에프. 굿리치 컴퍼니(B.F. Goodrich Company; 미국 오하이오주 클리블랜드 소재)로부터 에스탄(Estane)으로 구매가능한 것들이 포함된다.
예시적인 열가소성 폴리올레핀은 프로필렌, 에틸렌, 1-부텐, 1-헥센, 1-옥텐, 1-데센, 4-메틸-1-펜텐, 및 1-옥타데센의 단일중합체 및 공중합체를 포함한다. 이들 중, 에틸렌 및/또는 프로필렌의 단일중합체 및 공중합체가 바람직하며, 프로필렌이 일반적으로 바람직하다. 대표적인 예에는 폴리에틸렌(예를 들어, HDPE, LDPE, LLDPE, VLDPE; ULDPE, UHMW-PE 등급), 폴리프로필렌, 폴리(1-부텐), 폴리(3-메틸부텐), 폴리(4-메틸-1-펜텐)(예를 들어, 일본 도쿄 소재의 미츠이 케미칼스, 인크.(Mitsui Chemicals, Inc.)로부터 구매가능한 폴리-4-메틸-1-펜텐 수지 TPX-DX820, TPX-DX470, TPX-MX002), 및 본 명세서에 논의된 올레핀계 단량체의 공중합체가 포함된다.
적합한 열가소성 물질의 예에는, 예를 들어, 폴리프로필렌: 미국 텍사스주 어빙 소재의 엑손-모빌 코포레이션(Exxon-Mobil Corporation)으로부터 구매가능한 에스코렌(ESCORENE) PP 3746G; 미국 텍사스주 휴스턴 소재의 토탈 페트로케미칼스 유에스에이 인크.(Total Petrochemicals USA Inc.)로부터 구매가능한 토탈(TOTAL) PP3960, 토탈 PP3860, 및 토탈 PP3868; 및 네덜란드 로테르담 소재의 리온델바젤 인더스트리즈, 인크.(LyondellBasell Industries, Inc.)로부터 구매가능한 메토센(METOCENE) MF 650W; 및 폴리-4-메틸-1-펜텐 수지: 일본 도쿄 소재의 미츠이 케미칼스, 인크.로부터 구매가능한 TPX-MX002가 포함된다.
일부 실시 형태에서, 섬유 코어는 다량의 포획 정전기 전하(trapped electrostatic charge)를 보유할 수 있는 열가소성 중합체를 포함한다.
본 발명에 유용한 열가소성 수지는 웨브로 형성되어 대전되는 경우에 다량의 포획 정전기 전하를 보유할 수 있는 임의의 열가소성 비전도성 중합체를 포함한다. 전형적으로, 이러한 수지는 의도된 용도의 온도에서 DC(직류) 저항률이 1014ohm-cm초과이다. 포획 전하를 획득할 수 있는 중합체에는 폴리올레핀, 예컨대, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌(예를 들어, HDPE, LDPE, LLDPE, VLDPE; ULDPE, UHMW-PE 등급), 및 폴리-4-메틸-1-펜텐; 폴리비닐 클로라이드; 폴리스티렌; 폴리카르보네이트; 폴리락타이드를 포함하는 폴리에스테르; 및 퍼플루오르화 중합체 및 공중합체가 포함된다. 특히 유용한 재료는 폴리프로필렌, 폴리-4-메틸-1-펜텐, 이들의 블렌드 또는 프로필렌 및 4-메틸-1-펜텐 중 적어도 하나로 형성된 공중합체를 포함한다.
섬유 코어는 산화방지제, 광안정제, 가소제, 산 중화제, 충전제, 항미생물제, 계면활성제, 블로킹 방지제, 안료, 프라이머, 분산제, 및 다른 접착 촉진제와 같은 하나 이상의 소정 종래의 보조제를 추가로 포함할 수 있다. 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제7,879,746호(클룬(Klun) 등)에서 논의된 항미생물제 및 증강제를 포함시키는 것이 의료 응용에 특히 유익할 수 있다. 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 출원 공개 제2012/0077886호(숄츠(Scholz) 등)에서 논의된 계면활성제를 포함시키는 것이 소정 응용에 특히 유익할 수 있다.
섬유 코어는 임의의 평균 직경을 가질 수 있지만, 바람직하게는 1 내지 100 마이크로미터, 더욱 바람직하게는 5 내지 50 마이크로미터, 그리고 더욱 더 바람직하게는 10 내지 25 마이크로미터의 범위이다.
시스 층은 폴리(4-메틸-1-펜텐)을 포함한다. 이는, 시스 층으로 코팅될 수 있거나 코팅되지 않을 수 있는 섬유 코어의 단부를 제외하고는, 섬유 코어의 외부 표면과 동연적인 시스 층을 형성한다. 필요조건은 아니지만, 시스 층은 바람직하게는 실질적으로 균일하고 완전하다. 시스 층은 임의의 두께를 가질 수 있지만, 바람직하게는 평균 두께가 1 내지 8 마이크로미터, 더욱 바람직하게는 1 내지 5 마이크로미터이다. 일부 바람직한 실시 형태에서, 시스 층은 열가소성 코어-시스 섬유의 1 내지 40 중량%를 구성하지만; 다른 양이 또한 사용될 수 있다.
섬유 코어 및 시스 층 중 적어도 하나는 정전기 전하 증대 첨가제를 함유할 수 있다. 일렉트릿-함유 섬유 웨브를 제조하기 위한 다수의 전하 증대 첨가제가 당업계에 알려져 있다. 예시적인 정전기 전하 증대 첨가제는 안료, 광안정제, 1차 및 2차 산화방지제, 금속 불활성화제, 장애 아민, 장애 페놀, 금속 염, 포스파이트 트라이에스테르, 인산 염, 불소-함유 화합물, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다.
예시적인 전하 증대 첨가제는 열적으로 안정한 유기 트라이아진 화합물 또는 올리고머를 포함하며, 이러한 트라이아진 화합물 또는 올리고머는 트라이아진 고리 내의 것 외에도 적어도 하나의 질소 원자를 포함하고, 예를 들어, 모두 루소(Rousseau) 등의 미국 특허 제6,268,495호, 제5,976,208호, 제5,968,635호, 제5,919,847호 및 제5,908,598호를 참고한다.
일렉트릿을 향상시키는 것으로 알려진 다른 전하 증대 첨가제는 독일 루트비히스하펜 소재의 바스프(BASF)로부터 입수가능한 "치마소르브(CHIMASSORB) 944": (폴리[[6-(1,1,3,3-테트라메틸부틸) 아미노]-s-트라이아진-2,4-다이일][[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜) 이미노] 헥사메틸렌 [(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜) 이미노]])가 있다.
전하 증대 첨가제는 N-치환된 아미노 방향족 화합물, 특히 트라이-아미노 치환된 화합물, 예컨대 독일 루트비히스하펜 소재의 바스프로부터 "유비눌(UVINUL) T-150"으로 입수가능한 2,4,6-트라이아닐리노-p-(카르보-2'-에틸헥실-1'-옥시)-1,3,5-트라이아진일 수 있다. 다른 전하 첨가제는 트라이스테아릴 멜라민("TSM")으로도 알려진 2,4,6-트리스-(옥타데실아미노)-트라이아진이다.
전하 증대 첨가제의 추가의 예가 미국 특허 출원 공개 제2011/0137082호 (리(Li) 등), 미국 특허 제8613795호(리 등), 제7,390,351호(레어(Leir) 등), 미국 특허 제5,057,710호(니시우라(Nishiura) 등), 및 미국 특허 제4,652,282호 및 제4,789,504호(둘 모두 스스무(Susumu) 등), 및 미국 특허 제8,790,449 B2호(리 등)에 제공되어 있다.
또한, 섬유 및/또는 부직 섬유질 웨브는 그의 표면을 화학적으로 개질하도록 처리될 수 있다.
전하 증대 첨가제(들)는 임의의 적합한 양으로 첨가될 수 있다. 본 발명의 전하 증대 첨가제는 심지어 비교적 소량에서도 효과적일 수 있다. 전형적으로, 전하 증대 첨가제는 열가소성 수지와 전하 증대 첨가제 블렌드 중에, 블렌드의 총 중량을 기준으로 최대 약 10 중량%, 더욱 전형적으로는 0.02 내지 5 중량% 범위의 양으로 존재한다. 일부 실시 형태에서, 전하 증대 첨가제는 0.1 내지 3 중량%, 0.1 내지 2 중량%, 0.2 내지 1.0 중량%, 또는 0.25 내지 0.5 중량% 범위의 양으로 존재한다.
열가소성 수지와 전하 증대 첨가제의 블렌드는 잘 알려진 방법들에 의해 제조될 수 있다. 전형적으로, 블렌드는 용융 압출 기술을 사용하여 처리하므로, 배치(batch) 공정으로 블렌드를 예비블렌딩(preblend)하여 펠릿을 형성할 수 있거나, 또는 연속 공정으로 열가소성 수지와 전하 증대 첨가제를 압출기에서 혼합할 수 있다. 연속 공정이 사용되는 경우, 열가소성 수지 및 전하 증대 첨가제를 고체로서 예비혼합하거나, 또는 압출기에 별도로 첨가하여 용융 상태에서 혼합할 수 있다.
예비블렌딩된 펠릿을 형성하는 데 사용될 수 있는 용융 혼합기의 예에는 분산 혼합(dispersive mixing), 분배 혼합(distributive mixing), 또는 분산 혼합과 분배 혼합의 조합을 제공하는 것들이 포함된다. 배치 방법의 예에는 브라벤더(BRABENDER)(예를 들어, 미국 뉴저지주 사우스 핵켄삭 소재의 씨.더블유. 브라벤더 인스트루먼츠, 인크.(C.W. Brabender Instruments, Inc.)로부터 구매가능한 브라벤더 프레프 센터(BRABENDER PREP CENTER)); 또는 밴버리(BANBURY) 내부 혼합 및 롤 밀링 장비(예를 들어, 미국 코네티컷주 안소니아 소재의 파렐 컴퍼니(Farrel Co.)로부터 입수가능한 장비)를 사용하는 것들이 포함된다. 배치 혼합 후에, 생성된 혼합물을 즉시 켄칭하고(quenched) 후속 처리를 위해 혼합물의 용융 온도 미만으로 저장할 수 있다.
연속 방법의 예에는 단축 압출, 이축 압출, 디스크 압출, 왕복동식(reciprocating) 단축 압출, 및 핀 배럴(pin barrel) 단축 압출이 포함된다. 연속 방법은, 분배 요소, 예를 들어, 캐비티 트랜스퍼(cavity transfer) 혼합기(예를 들어, 영국 쉬류스버리 소재의 라프라 테크놀로지, 리미티드(RAPRA Technology, Ltd.)로부터 구매가능한 CTM)와 핀 혼합 요소 둘 모두, 정전 혼합 요소 또는 분산 혼합 요소(예를 들어, 매드독(MADDOCK) 혼합 요소 또는 색슨(SAXTON) 혼합 요소로 구매가능)를 이용하는 것을 포함할 수 있다.
배치 방법에 의해 제조되는 예비블렌딩된 펠릿을 압출하는 데 사용될 수 있는 압출기의 예에는 연속 가공에 관하여 전술된 것과 동일한 유형의 기기가 포함된다. 유용한 압출 조건은 일반적으로 첨가제 없이 수지를 압출하는 데 적합한 것이다.
본 발명의 실시에 사용되는 섬유(코어-시스 섬유를 포함함)는 임의의 평균 섬유 직경을 가질 수 있으며, 연속, 랜덤, 및/또는 스테이플 섬유일 수 있다. 예를 들어, 일부 실시 형태에서, 섬유(즉, 개별 섬유)는 평균 섬유 직경이 11 마이크로미터 이상(예를 들어, 12 마이크로미터 이상, 15 마이크로미터 이상, 20 마이크로미터 이상) 25 마이크로미터 이하, 26 마이크로미터 이하, 27 마이크로미터 이하, 28 마이크로미터 이하, 29 마이크로미터 이하, 30 마이크로미터 이하, 35 마이크로미터 이하, 40 마이크로미터 이하, 또는 심지어 50 마이크로미터 이하이다. 일부 바람직한 실시 형태에서, 섬유는 평균 직경이 바람직하게는 10 내지 50 마이크로미터, 더욱 바람직하게는 15 내지 40, 더욱 바람직하게는 20 내지 30 마이크로미터 또는 심지어 20 내지 25 마이크로미터이다.
코어-시스 섬유의 제조 방법은 잘 알려져 있으며 본 명세서에서 상세히 설명할 필요는 없다. 코어 시스 섬유를 형성하기 위하여, 일반적으로, 2가지 이상의 중합체가 개별적으로 압출되고 중합체 분배 시스템으로 공급되며, 여기서 중합체는 세그먼트화된 방사구(spinneret) 플레이트 내로 도입된다. 중합체들은 섬유 방사구에 대한 별개의 경로를 따르며, 예를 들어 2개 이상의 동심 원형 구멍을 포함하는 방사구 구멍 내에서 조합되어 코어-시스 유형 섬유를 제공한다. 다른 구성이 또한 고려된다. 조합된 중합체 필라멘트는 이어서 냉각되고, 고형화되고, 일반적으로 기계적 롤 시스템에 의해 중간 필라멘트 직경으로 인발되고(drawn) 수집된다. 후속적으로, 필라멘트는 그의 연화 온도 미만의 온도에서 원하는 최종 섬유 직경으로 "냉간 인발(cold drawn)"될 수 있고, 크림핑되거나 텍스처화되고 바람직한 섬유 길이로 절단될 수 있다. 다성분 섬유는, 길이가 일반적으로 약 25 내지 약 50 밀리미터 범위인 스테이플 섬유 및 훨씬 더 짧으며 길이가 일반적으로 약 18 밀리미터 미만인 숏컷 섬유(short-cut fiber)와 같이 비교적 짧은 길이로 절단될 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 제4,789,592호(타니구치(Taniguchi) 등) 및 제5,336,552호(스트랙(Strack) 등)를 참조하며, 이들 둘 모두는 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다.
본 명세서에 기재된 섬유(필라멘트)는 일반적으로 섬유 제조 분야에 공지된 기술을 사용하여 제조될 수 있다. 그러한 기술에는 습식 방사, 건식 방사, 용융 방사, 멜트 블로잉, 또는 겔 방사가 포함된다.
코어-시스 필라멘트를 형성하는 데 특히 유리한 것은 용융 방사이다. 용융 방사에서는, 중합체가 가열되고, 방사구에 통과되고, 냉각 시에 섬유가 고형화된다. 예를 들어, 다성분 필라멘트를 수집하기 위해 용융 방사 공정을 수행할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "용융방사된"은 일 세트의 오리피스로부터 용융된 필라멘트를 압출하고 이 필라멘트를 냉각 및 (적어도 부분적으로) 고형화되게 하여 필라멘트를 형성함으로써 형성되는 필라멘트를 지칭하며, 이때 필라멘트는 필라멘트를 냉각 및 고형화시키는 것을 돕기 위해 공기 공간(air space)(이동 공기의 스트림을 포함할 수 있음)을 통과하고, 이에 따라 형성된 섬유는 이어서 섬유를 인발하기 위해 세장화(즉, 인발) 유닛을 통과한다.
용융 방사는, 압출 오리피스에 매우 근접하게 위치된 에어-블로잉(air-blowing) 오리피스에 의해 도입되는 수렴하는 고속 공기 스트림 내로 용융된 필라멘트를 압출하는 것을 포함하는 멜트 블로잉과 구별될 수 있다. 전기방사는 니드로부터 용매 용액을 압출하는 것으로 설명될 수 있다는 점에서 용융 방사는 또한 전기방사와 구별될 수 있다. 방사구의 변형은 다성분(예를 들어, 코어-시스) 섬유를 생성한다(예를 들어, 미국 특허 제4,406,850호(힐스(Hills)), 제5,458,972호(하겐(Hagen)), 제5,411,693호(유스트(Wust)), 제5,618,479호(리지텐(Lijten)), 및 제5,989,004호(쿡(Cook)) 참조). 본 발명에 따른 필라멘트는 또한, 직사각형 단면을 갖는 필라멘트를 제공할 수 있는, 필름의 피브릴화(fibrillation)에 의해 제조될 수 있다.
이제 도 2를 참조하면, 예시적인 부직 섬유질 웨브(200)는 코어-시스 섬유(210) 및 선택적인 2차 섬유(220)를 포함한다. 코어-시스 섬유(210)는 2 내지 100 마이크로미터의 평균 섬유 직경을 가지며 본 발명에 따른 코어-시스 섬유를 포함한다. 선택적인 2차 섬유는 임의의 섬유 유형일 수 있고/있거나 임의의 평균 섬유 직경을 가질 수 있다.
부직 섬유질 웨브는, 예를 들어, 통상적인 에어 레이드(air laid), 카디드(carded), 스티치 본디드(stitch bonded), 스펀본디드(spunbonded), 웨트 레이드(wet laid), 및/또는 멜트블로운(meltblown) 절차에 의해 제조될 수 있다.
스펀본디드 부직 섬유질 웨브는, 용융 방사된 섬유가 이동 벨트 상에 침착되고 이들이 섬유간 결합을 갖는 부직 연속 섬유 웨브를 형성하는 잘 알려진 통상적인 방법에 따라 형성될 수 있다. 멜트블로운 부직 섬유질 웨브는, 압출된 섬유에 고속 가스가 충돌하여 이들 섬유가 회전 드럼 상에 수집되기 전에 신장 및 박화되는 점을 제외하고는, 유사한 공정에 의해 제조된다. 멜트블로운 섬유 웨브가 마찬가지로 섬유간 결합을 갖지만, 이러한 웨브는 일반적으로 상응하는 스펀본디드 섬유 웨브의 응집 강도를 갖지 않는다.
일부 실시 형태에서, 부직 웨브는 섬유(예를 들어, 코어-시스 섬유 및 선택적인 2차 섬유)의 에어-레잉에 의해 제조될 수 있다. 에어-레이드 부직 섬유질 웨브는, 예를 들어, 미국 뉴욕주 마케돈 소재의 란도 머신 컴퍼니(Rando Machine Company)로부터 "란도 웨버"(RANDO WEBBER)로 입수가능한 것과 같은 장비를 사용하여 제조될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 예컨대 개시 내용이 본 명세서에 참고로 포함된, 랄로치(Lalouch)의 미국 특허 출원 공개 제2011/0247839호에 기재된 바와 같은, 그래비티-레잉(gravity-laying)으로 지칭되는, 에어-레잉의 유형이 사용될 수 있다. 부직 섬유질 웨브는, 예를 들어 크로스래핑(crosslapping), 스티치본딩(stitchbonding), 니들태킹(needletacking), 하이드로인탱글링(hydroentangling), 화학 접합, 및/또는 열 접합과 같은 기술에 의해 치밀화되고 강화될 수 있다.
본 발명에 따른 부직 섬유질 웨브는 달리 명시되지 않는 한 임의의 평량, 두께, 다공도, 및/또는 밀도를 가질 수 있다. 일부 실시 형태에서, 부직 섬유질 웨브는 로프티(lofty) 개방 부직 섬유질 웨브이다. 일부 실시 형태에서, 부직 섬유질 웨브의 섬유는 유효 섬유 직경이 5, 10, 15, 20, 25, 30, 또는 40 마이크로미터 이상이고 125, 100, 90, 80, 75, 또는 50 마이크로미터 이하이다.
코어-시스 섬유, 및/또는 코어-시스 섬유를 포함하는 부직 섬유질 웨브는 형성될 때 대전될 수 있거나 또는 형성된 후에 대전될 수 있다. 일렉트릿 필터 매체(예를 들어, 부직 섬유질 웨브)의 경우, 매체는 일반적으로 섬유 웨브가 형성된 후에 대전된다.
일반적으로, 당업계에 알려진 임의의 표준 대전 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 대전은 마찰대전 및 코로나 방전을 포함하는 다양한 방식으로 수행될 수 있다. 방법들의 조합이 또한 사용될 수 있다. 상기에 언급된 바와 같이, 일부 실시 형태에서, 본 발명의 일렉트릿 웨브는 추가적인 대전 방법을 필요로 하지 않으면서, 코로나 방전 단독으로, 특히 DC 코로나 방전에 의해서 대전될 수 있는 바람직한 특징을 갖는다. 적합한 코로나 방전 공정의 예는 미국 재등록 특허 제30,782호(반 턴호우트(van Turnhout)), 미국 재등록 특허 제31,285호(반 턴호우트), 미국 재등록 특허 제32,171 호(반 턴호우트), 미국 특허 제4,215,682호(데이비스(Davis) 등), 미국 특허 제4,375,718호(워즈워스(Wadsworth) 등), 미국 특허 제5,401,446호(워즈워스 등), 미국 특허 제4,588,537호(클라세(Klaase) 등), 미국 특허 제4,592,815호(나카오(Nakao)), 미국 특허 제6,365,088호(나이트(Knight) 등), 영국 특허 제384,052호(한센(Hansen)), 미국 특허 제5,643,525호(맥긴티(McGinty) 등), 일본 특허 제4,141,679 B2호(카와베(Kawabe) 등)에 기재되어 있다. 추가의 방법은 문헌[Journal of Physics D: Applied Physics (2001), vol. 34, pp. 2482-2488]에서 엠. 파자넨(M. Paajanen) 등에 의해 그리고 문헌[Journal of Electrostatics (1975), 1, pp. 111-123]에서 지. 엠. 세슬러(G. M. Sessler) 및 제이. 이. 웨스트(J. E. West)에 의해 논의된다.
일렉트릿 웨브를 대전하는 데 사용될 수 있는 또 다른 기술은 하이드로대전이다. 웨브의 하이드로대전은 섬유에 전하를 부여하기에 충분한 방식으로 섬유를 물과 접촉시키고, 이어서 웨브를 건조시킴으로써 수행된다. 하이드로대전의 한 예는 웨브에 여과 증대 일렉트릿 전하를 제공하기에 충분한 압력으로 웨브 상에 분사수 또는 수적류를 충돌시키고, 이어서 웨브를 건조시키는 것을 포함한다. 최적의 결과를 달성하는 데 필요한 압력은 사용된 분무기의 유형, 웨브를 형성하는 중합체의 유형, 중합체에 대한 첨가제의 유형 및 농도, 웨브의 두께 및 밀도, 및 전처리, 예컨대, 코로나 표면 처리가 하이드로대전 이전에 행해졌는지의 여부에 따라 달라진다. 일반적으로, 약 10 내지 500 psi(69 내지 3450 ㎪) 범위의 수압이 적합하다. 분사수 또는 수적류는 임의의 적합한 분무 장치에 의해서 제공될 수 있다. 유용한 분무 장치의 한 예는 섬유를 수압에 의해 얽히게(hydraulically entangling) 하기 위해 사용되는 장치이다. 적합한 하이드로대전 방법의 예는 미국 특허 제5,496,507호(안가드지반트(Angadjivand) 등)에 기재되어 있다. 다른 방법은 미국 특허 제6,824,718호(에이츠만(Eitzman) 등), 미국 특허 제6,743,464호(인슬레이(Insley) 등), 미국 특허 제6,454,986호(에이츠만 등), 미국 특허 제6,406,657호(에이츠만 등), 및 미국 특허 제6,375,886호(안가드지반트 등)에 기재되어 있다. 웨브의 하이드로대전은 또한 미국 특허 제7,765,698호(세바스티안(Sebastian) 등)에 개시된 방법을 사용하여 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 코어-시스 섬유는, 예를 들어 부직 필터 매체, 특히 부직 일렉트릿 필터 매체의 제조에 유용하다.
일 실시 형태에서, 코어 시스 섬유는 호흡기에 포함될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "호흡기"는 오염물질이 착용자의 기도로 유입되는 것을 방지하고/하거나 다른 사람이나 물체가 호흡 중 착용자에 의해 방출된 병원균 또는 다른 오염물질에 노출되는 것을 막기 위해, 사람의 호흡 통로에 걸쳐 착용되는, 여과용 안면 마스크를 포함하지만 이에 한정되지 않는, 시스템 또는 장치를 의미한다.
이제 도 3 및 도 4를 참조하면, 예시적인 호흡기(40)는 만곡된 반구형 형상일 수 있거나 원하는 대로 다른 형상을 취할 수 있는 마스크 본체(42)를 포함한다(예를 들어, 미국 특허 제5,307,796호(크론저(Kronzer) 등) 및 제4,827,924호(자푼티치(Japuntich)) 참조). 마스크(40)에서, 본 발명에 따른 일렉트릿 부직 섬유질 웨브(즉, 필터 매체)(200)는 커버 웨브(43)와 내부 형상화 층(45) 사이에 개재된다. 형상화 층(45)은 마스크 본체(42)에 구조를 제공하며 여과 매체(200)에 대한 지지를 제공한다.
형상화 층(45)은 필터 매체(200)의 양측에 위치될 수 있으며, 예를 들어 컵-형상의 구성으로 성형된 열접합성 섬유의 부직 웨브로부터 제조될 수 있다. 형상화 층은 공지된 절차에 따라 성형될 수 있다(예컨대, 개시 내용이 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제5,307,796호(크론저 등) 참조). 전형적으로, 형상화 층 또는 층들은, 형상화 층이 주형 내에서 가열될 때 주형의 형상에 일치하고 실온으로 냉각될 때 이러한 형상을 유지하도록, 저융점 재료의 시스에 의해 둘러싸인 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 같은 고융점 재료의 코어를 갖는 2성분 섬유로 제조된다. 필터 층과 같은 다른 층과 함께 가압될 때, 저융점 시스 재료는 또한 층들을 함께 접합하는 역할을 할 수 있다.
마스크(40)를 착용자의 안면 상에 꼭 맞게 유지하기 위해, 마스크 본체(42)는 그에 부착된 스트랩(52), 타이 스트링(tie string), 마스크 하네스 등을 가질 수 있다. 착용자의 코 상에 원하는 피팅 관계로 마스크(40)를 유지하도록 형상화되게 하기 위해 알루미늄과 같은 금속의 유연한 연질 밴드(54)가 마스크 본체(42) 상에 제공될 수 있다(예컨대, 미국 특허 제5,558,089호(카스티글리온(Castiglione) 등) 참조). 본 발명에 따른 호흡기는 추가 층, 밸브(예컨대, 미국 특허 제5,509,436호(자푼티치 등)), 성형된 안면 피스 등을 또한 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 일렉트릿 필터 매체를 포함할 수 있는 호흡기의 예에는 미국 특허 제4,536,440호(베르그(Berg)), 제4,827,924호(자푼티치), 제5,325,892호(자푼티치 등), 제4,807,619호(다이루드(Dyrud) 등), 제4,886,058호(브로스트롬(Brostrom) 등), 및 RE35,062호(브로스트롬 등)에 기재된 것들이 포함된다.
본 발명의 선택된 실시 형태
제1 실시 형태에서, 본 발명은 열가소성 코어-시스 섬유를 제공하며, 상기 열가소성 코어-시스 섬유는,
동연적인 시스 층이 위에 배치된 중합체 섬유 코어로서, 시스 층은 폴리(4-메틸-1-펜텐)을 포함하고, 섬유 코어 및 시스 층은 상이한 조성을 갖는, 상기 중합체 섬유 코어; 및
정전기 전하 증대 첨가제를 포함한다.
제2 실시 형태에서, 본 발명은 중합체 섬유 코어가 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 또는 폴리스티렌을 포함하는, 제1 실시 형태에 따른 코어-시스 섬유를 제공한다.
제3 실시 형태에서, 본 발명은 정전기 전하 증대 첨가제가 안료, 광안정제, 1차 및 2차 산화방지제, 금속 불활성화제, 장애 아민, 장애 페놀, 금속 염, 포스파이트 트라이에스테르, 인산 염, 불소-함유 화합물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 제1 실시 형태 또는 제2 실시 형태에 따른 코어-시스 섬유를 제공한다.
제4 실시 형태에서, 본 발명은 시스 층이 열가소성 코어-시스 섬유의 1 내지 40 중량%를 구성하는, 제1 실시 형태 내지 제3 실시 형태 중 임의의 실시 형태에 따른 코어-시스 섬유를 제공한다.
제5 실시 형태에서, 본 발명은 코어-시스 섬유가 일렉트릿 전하를 갖는, 제1 실시 형태 내지 제4 실시 형태 중 임의의 실시 형태에 따른 코어-시스 섬유를 제공한다.
제6 실시 형태에서, 본 발명은 중합체 섬유 코어가 정전기 전하 증대 첨가제를 포함하는, 제1 실시 형태 내지 제5 실시 형태 중 임의의 실시 형태에 따른 코어-시스 섬유를 제공한다.
제7 실시 형태에서, 본 발명은 시스 층이 정전기 전하 증대 첨가제를 포함하는, 제1 실시 형태 내지 제6 실시 형태 중 임의의 실시 형태에 따른 코어-시스 섬유를 제공한다.
제8 실시 형태에서, 본 발명은 중합체 섬유 코어 및 시스 층 둘 모두가 정전기 전하 증대 첨가제를 포함하는, 제1 실시 형태 내지 제7 실시 형태 중 임의의 실시 형태에 따른 코어-시스 섬유를 제공한다.
제9 실시 형태에서, 본 발명은 코어-시스 섬유가 20 내지 30 마이크로미터의 평균 섬유 직경을 갖는, 제1 실시 형태 내지 제8 실시 형태 중 임의의 실시 형태에 따른 코어-시스 섬유를 제공한다.
제10 실시 형태에서, 본 발명은 제1 실시 형태 내지 제9 실시 형태 중 임의의 실시 형태에 따른 코어-시스 섬유를 포함하는 부직 섬유질 웨브를 제공한다.
제11 실시 형태에서, 본 발명은 코어-시스 섬유와 섞인 희석 섬유를 추가로 포함하는, 제10 실시 형태에 따른 코어-시스 섬유를 제공한다.
제12 실시 형태에서, 본 발명은 제10 실시 형태 또는 제11 실시 형태에 따른 부직 섬유질 웨브를 포함하는 호흡기를 제공한다.
제13 실시 형태에서, 본 발명은 열가소성 코어-시스 섬유를 제공하며, 상기 열가소성 코어-시스 섬유는,
동연적인 시스 층이 위에 배치된 중합체 섬유 코어로서, 섬유 코어 및 시스 층은 상이한 조성을 갖는, 상기 중합체 섬유 코어; 및
정전기 전하 증대 첨가제를 포함하며,
섬유 코어 또는 시스 층 중 적어도 하나는 일렉트릿 전하를 포함한다.
제14 실시 형태에서, 본 발명은 섬유 코어가 일렉트릿 전하를 포함하는, 제13 실시 형태에 따른 열가소성 코어-시스 섬유를 제공한다.
본 발명의 목적 및 이점이 하기의 비제한적인 실시예에 의해 추가로 예시되지만, 이들 실시예에 인용된 특정 재료 및 그 양뿐만 아니라 기타 조건 및 상세사항은 본 발명을 부당하게 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
실시예
달리 언급되지 않는 한, 실시예 및 본 명세서의 나머지 부분에서의 모든 부, 백분율, 비 등은 중량 기준이다. 이들 실시예에서, "CE-"는 비교예를 나타내고, "E-"는 실시예를 나타낸다.
[표 1]
Figure pct00002
[표 2]
Figure pct00003
섬유 및 부직 섬유질 웨브 샘플 제조
단계 A - 부직 섬유질 웨브 형성:
먼저, 배합된 대전 첨가제를 열가소성 수지 등급들 중 하나와 건식 블렌딩하고, 이어서 섬유를 압출하여 BMF 또는 스펀본드 웨브를 형성함으로써 부직 섬유질 웨브를 형성하였다. 시스/코어 샘플의 경우에, 시스 및 코어는 개별적으로 하나의 첨가제 또는 첨가제들의 블렌드를 함유할 수 있거나, 또는 일부 경우에 첨가제를 함유하지 않을 수 있다.
단계 B - 일렉트릿 제조:
상기 단계 A에서 제조된 부직 섬유질 웨브를 하기의 두 가지 일렉트릿 대전 방법 중 하나에 의해 대전시켰다: 코로나 대전, 코로나 전처리와 하이드로대전, 또는 하이드로대전. 이 방법을 각각 대전 방법 C 및 대전 방법 H로 표기한다.
대전 방법 C - 코로나 대전:
(상기) 단계 A에서 제조된 부직 섬유질 웨브를 DC 코로나 방전에 의해 대전시켰다. 약 3 센티미터/초의 속도로 방전 소스(discharge source) 길이 센티미터당 약 0.01 밀리암페어의 코로나 전류로 코로나 와이어 소스(corona wire source) 하에 접지 표면에 웨브를 통과시킴으로써, 코로나 대전을 달성하였다. 코로나 소스는 웨브가 운반되는 접지 표면 위로 약 3.5 cm에 있었다. 코로나 소스는 양의 DC 전압에 의해 구동되었다.
대전 방법 H - 하이드로대전:
전도도가 5 마이크로지멘스/센티미터 미만인 고순도 물의 미세 스프레이를, 896 킬로파스칼(130 psig)의 압력 및 대략 1.4 리터/분의 유량에서 작동하는 노즐로부터 연속하여 발생시켰다. 진공에 의해 물을 아래로부터 웨브를 통과해 끌어당기면서 동시에, (상기) 단계 A에서 제조된 부직 섬유질 웨브를 대략 10 센티미터/초의 속도로 물 스프레이를 통과해 다공성 벨트로 운반하였다. 각각의 멜트-블로운 웨브를 2회(순차적으로 각 면에 1회씩) 하이드로대전기(hydrocharger)에 통과시킨 다음, 여과 시험 전에 하룻밤 동안 완전히 건조시켰다.
여과 성능 시험 방법, 부직 멜트-블로운 미세섬유 웨브
초기 여과 성능:
샘플을 % 에어로졸 침투율(% Pen) 및 압력 강하(ΔP)에 대해 시험하고, 이들 두 값으로부터 품질 계수(QF)를 계산하였다. 부직 미세섬유 웨브의 여과 성능(% Pen 및 QF)은 시험 에어로졸로서 다이옥틸 프탈레이트(DOP)를 사용하는 자동화 필터 시험기 AFT 모델 8130(미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 티에스아이, 인크.(TSI, Inc.)로부터 입수가능) 및 필터를 가로지르는 압력 강하(ΔP(mmH2O))를 측정하는 압력 변환기를 사용하여 평가하였다. DOP 에어로졸은 상류 농도가 50 내지 200 mg/㎥이고 목표가 100 mg/㎥인 공칭 단분산 0.33 마이크로미터 질량 중위(MMD) 직경이었다. 85 리터/분의 보정된 유량(13.8 cm/s의 면 속도)으로 필터 매체의 샘플에 에어로졸을 통과시켰다. 이러한 시험 동안 에어로졸 이오나이저를 껐다. 총 시험 시간은 23초(15초의 상승 시간(rise time), 4초의 샘플 시간, 및 4초의 퍼지 시간)였다. DOP 에어로졸의 농도는 보정된 광도계를 사용하여 필터 매체의 상류 및 하류 둘 모두에서 광 산란시킴으로써 측정하였다. DOP % Pen은 다음과 같이 정의한다: % Pen = 100 × (하류 DOP 농도/상류 DOP 농도). 각각의 재료에 대하여, 멜트-블로운 웨브의 상이한 위치에서 6회의 개별 측정을 행하고, 그 결과를 평균하였다.
% Pen 및 ΔP를 사용하여, 하기 식에 의해 QF를 계산하였다:
QF = - ln(% Pen/100) / ΔP
상기 식에서, ln은 자연 로그를 나타낸다. 제조된 그대로의 샘플에 대한 QF는 Q0으로 지칭된다. 추가 시험은 6개의 샘플을 3일 동안 72℃에서 열적으로 에이징한 후에 QF를 측정하는 것이다. 이러한 6개의 QF의 평균은 Q3으로 표시된다.
로딩 시험
DOP 로딩은 유성 미스트 에어로졸에 대한 노출로 인한 열화에 대한 필터 매체의 저항성의 직접적인 척도이다. 명시된 조건 하에서 DOP 에어로졸에 대한 샘플의 장기간 노출 동안 샘플을 통한 침투 및 샘플을 가로지르는 압력 강하를 모니터링하였다. 필터 성능을 측정하기 위해 표준 장비 및 시험 절차를 사용하였다.
오일 에어로졸 발생기가 설치된 자동 필터 시험기(AFT) 모델 8130을 사용하여 측정을 행하였다. 상류 및 하류에서의 농도를 광 산란에 의해 측정하는 AFT 기기에 의해 DOP % 침투율이 자동으로 계산되었다. 달리 지시되지 않는 한, 에어로졸 중화기(aerosol neutralizer)를 끄고 샘플을 통한 유량이 85 리터/분(L/min)인 상태에서 측정을 수행하였다.
샘플을 하기 방식으로 시험하였다. 샘플을 절단하고 샘플 홀더 내에 장착하여, 샘플의 11.45 cm(4.5 인치) 직경 부분을 에어로졸에 노출시켰다. 면 속도는 13.8 센티미터/초(cm/sec)였다. 특정 시험에 따라 샘플에 대한 노출이 100 mg 또는 200 mg DOP에 노출될 때까지 각각의 시험을 계속하였다. AFT에 의해 DOP% 침투율 및 상응하는 압력 강하 데이터를 결정하고 연결된 컴퓨터로 전송하여 데이터를 저장하였다.
또한 초기 DOP 침투율 및 100 mg 및 200 mg 로딩 후의 DOP 침투율을 사용하여 로딩 곡선으로부터 QF를 계산할 수 있다. 이들 값은 각각 Q0', Q100, 및 Q200으로 지칭된다.
유효 섬유 직경(EFD) 및 고형률(Solidity)의 결정:
유효 섬유 직경 및 고형률을 본 명세서에 참고로 포함된 문헌[Davies, C. N., The Separation of Airborne Dust and Particulates, Institution of Mechanical Engineers, London Proceedings, IB (1952)]에 기재된 바와 같은 방법에 따라 결정하였다.
비교예 CE-1 및 실시예 E-1 내지 실시예 E-8
시스에, 코어에, 그리고 이들의 조합에 정전기 대전 첨가제를 사용하여 코어-시스 섬유를 제조하였다. 초기 성능을 초기 품질 계수 Q0 및 노화 후 품질 계수 Q3에 의해 측정하였다. 웨브 특성, 조성, 대전 방법, 및 여과 성능이 (하기) 표 3에 열거되어 있으며, 웨브는 모두 스펀본드 웨브였다.
[표 3]
Figure pct00004
표 3의 결과는 전하 증대 첨가제가 일렉트릿 전하 안정성을 증가시켰음을 입증한다.
비교예 CE-2 내지 비교예 CE-4 및 실시예 E-9 내지 실시예 E-12
이들 예는 PP 웨브 및 PMP 웨브에 대한 오일 로딩 결과를 보고한다. 보고된 값은 0 mg, 100 mg, 및 200 mg의 DOP 노출에서의 % 침투율이다. 100 mg에서의 %Chg(%Chg @ 100 mg) 및 200 mg에서의 %Chg(%Chg @ 200 mg)를 보고함으로써 전하가 얼마나 급속히 저하되는지를 측정하였으며, 여기서 이들 값은 하기와 같이 보고된다:
%Chg @ 100 = (%Pen100mg─%Pen0mg)/%Pen100mg×100
%Chg @ 200 = (%Pen200mg─%Pen0mg)/%Pen100mg×200.
2층 구조물의 웨브 특성, 조성 및 오일 로딩 결과가 표 4 및 표 5에 보고되어 있다. 결과는 프리필터(prefilter)로서의 PMP 웨브의 유용성을 보여준다.
[표 4]
Figure pct00005
[표 5]
Figure pct00006
비교예 CE-5 및 비교예 CE-6과 실시예 E-13 및 실시예 E-14
이들 예에서, 오일 침투에 대한 다층 로딩의 효과는 높은 표면적의 대전된 PMP 웨브가 감소하는 에어로졸 침투를 가질 수 있음을 보여준다. 비-PMP 비교와 함께, 데이터가 (하기) 표 6에 보고되어 있다.
[표 6]
Figure pct00007
비교예 CE-7 내지 비교예 CE-10 및 실시예 E-15 내지 실시예 E-22
이들 예에서, Q0, Q100, 및 Q200 값은 대전 첨가제가 없는 웨브에 대한 오일 로딩 값으로부터 계산된다. 모든 구조물은 PMP 시스를 갖는 코어-시스이다. 웨브 특성이 표 7에 열거되어 있으며 결과가 표 8에 열거되어 있다.
[표 7]
Figure pct00008
[표 8]
Figure pct00009
비교예 CE-11 내지 비교예 CE-14 및 실시예 E-23 내지 실시예 E-30
이들 예에서는, 선택된 부직 섬유질 웨브를 일렉트릿-PP 웨브용 프리필터로서 사용하였다. 프리필터로서 사용되는 웨브의 대부분은 전술되어 있다. 전술되지 않은 프리필터 웨브에 대해서는, 하기 표 9 에 정보가 주어져 있다. 라미네이트 구성에 관한 정보 및 결과가 표 10에 제공되어 있다.
[표 9]
Figure pct00010
[표 10]
Figure pct00011
[표 11]
Figure pct00012
비교예 CE-15 및 실시예 E-31
(하기) 표 12는 필터 구조물 CE-15 및 E-31에 대해 1,000 mg의 DOP의 오일 로딩에 대한 결과를 보고한다.
[표 12]
Figure pct00013
참고로 포함된 본 출원의 모든 인용된 참고 문헌, 특허, 및 특허 출원은 일관된 방식으로 포함된다. 본 출원과 포함되는 참고 문헌의 부분들 사이에 불일치 또는 모순이 있는 경우, 본 출원에서의 정보가 우선할 것이다. 당업자가 청구되는 발명을 실시할 수 있게 하기 위해 주어진 전술한 설명은, 청구범위 및 그에 대한 모든 등가물에 의해 한정되는 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.

Claims (14)

  1. 동연적인 시스(coextensive sheath) 층이 위에 배치된 중합체 섬유 코어로서, 상기 시스 층은 폴리(4-메틸-1-펜텐)을 포함하고, 상기 섬유 코어 및 상기 시스 층은 상이한 조성을 갖는, 상기 중합체 섬유 코어; 및
    정전기 전하 증대 첨가제
    를 포함하는, 열가소성 코어-시스 섬유.
  2. 제1항에 있어서, 상기 중합체 섬유 코어는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 또는 폴리스티렌을 포함하는, 열가소성 코어-시스 섬유.
  3. 제1항에 있어서, 상기 정전기 전하 증대 첨가제는 안료, 광안정제, 1차 및 2차 산화방지제, 금속 불활성화제, 장애 아민, 장애 페놀, 금속 염, 포스파이트 트라이에스테르, 인산 염, 불소-함유 화합물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 열가소성 코어-시스 섬유.
  4. 제1항에 있어서, 상기 시스 층은 상기 열가소성 코어-시스 섬유의 1 내지 40 중량%를 구성하는, 열가소성 코어-시스 섬유.
  5. 제1항에 있어서, 상기 코어-시스 섬유는 일렉트릿(electret) 전하를 갖는, 열가소성 코어-시스 섬유.
  6. 제1항에 있어서, 상기 중합체 섬유 코어는 상기 정전기 전하 증대 첨가제를 포함하는, 열가소성 코어-시스 섬유.
  7. 제1항에 있어서, 상기 시스 층은 상기 정전기 전하 증대 첨가제를 포함하는, 열가소성 코어-시스 섬유.
  8. 제1항에 있어서, 상기 중합체 섬유 코어 및 상기 시스 층 둘 모두는 상기 정전기 전하 증대 첨가제를 포함하는, 열가소성 코어-시스 섬유.
  9. 제1항에 있어서, 상기 코어-시스 섬유는 평균 섬유 직경이 20 내지 30 마이크로미터인, 열가소성 코어-시스 섬유.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 코어-시스 섬유를 포함하는, 부직 섬유질 웨브.
  11. 제10항에 있어서, 상기 코어-시스 섬유와 섞인 희석 섬유(diluent fiber)를 추가로 포함하는, 부직 섬유질 웨브.
  12. 제10항 또는 제11항의 부직 섬유질 웨브를 포함하는, 호흡기.
  13. 동연적인 시스 층이 위에 배치된 중합체 섬유 코어로서, 상기 섬유 코어 및 상기 시스 층은 상이한 조성을 갖는, 상기 중합체 섬유 코어; 및
    정전기 전하 증대 첨가제
    를 포함하며,
    상기 섬유 코어 또는 상기 시스 층 중 적어도 하나는 일렉트릿 전하를 포함하는, 열가소성 코어-시스 섬유.
  14. 제13항에 있어서, 상기 섬유 코어는 상기 일렉트릿 전하를 포함하는, 열가소성 코어-시스 섬유.
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