KR20230036111A

KR20230036111A - 여과 매체

Info

Publication number: KR20230036111A
Application number: KR1020237001388A
Authority: KR
Inventors: 마르셀로 폴로찌
Original assignee: 알스트롬-문크스죄 오와이제이
Priority date: 2020-07-07
Filing date: 2021-07-07
Publication date: 2023-03-14
Also published as: EP3936209A1; US20230271123A1; EP4434604A2; EP4178706A1; CN115884818A; WO2022008614A1; JP2023532785A; EP4178706B1; BR112022026992A2

Abstract

본 개시 내용은 리그닌을 포함하는 수지 조성물로 함침된 섬유질 웹을 포함하는 여과 매체에 관한 것이다. 섬유질 웹은 섬유질 웹의 중량을 기준으로 0.1 내지 30 중량%의 양으로 상기 리그닌을 포함하고, 리그닌은 1.2 g/cm³ 미만의 밀도 또는 20,000 g/mol 미만의 중량 평균 분자량을 갖는다. 본 개시 내용은 또한 여과 매체를 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

여과 매체

본 발명은 여과 매체에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 예를 들어 자동차, 산업 및 가정 응용 분야에서 유체를 여과하는 데 사용될 수 있는 수지-함침 여과 매체에 관한 것이다.

자동차, 산업 및 가정 응용 분야에서 사용되는 여과 매체는 일반적으로 섬유질 기재(예를 들어, 종이)를, 예를 들어 페놀-포름알데하이드(레졸 또는 노볼락 또는 노볼락과 레졸의 블렌드) 수지 또는 라텍스 수지와 같은 화학 결합제로 함침시킴으로써 형성된다. 수지는, 여과 동안 가압되고 가열된 유체에 노출될 때 발생할 수 있는 찢어짐 또는 파열에 대한 구조적 강성 및 내성을 기재에 제공한다. 수지로 함침되면, 기재는, 수지를 가교시키고 존재할 수 있는 과잉 용매를 제거하기 위해 열 경화된다. 이후, 기재는 원하는 형상으로 주름 잡히고, 절단되고, 접힐 수 있다. 접힌 기재는 추가적인 지지 요소와 함께 최종 형태로 조립될 수 있는데, 이 최종 형태는, 일부 응용 분야에서는 원통형(예를 들어, 자동차 엔진용 오일 및 연료 필터)일 수 있고, 다른 응용 분야에서는 패널 형태(예를 들어, 공기 조화 필터)일 수 있다. 조립된 기재는 제 자리에 고정시키기 위해 추가적인 열 처리를 받을 수 있다.

전술한 공정에 사용되는 통상적인 레졸 수지는 페놀이 있는 비스페놀-A와 포름알데하이드의 염기-촉매 반응으로 합성된다. 전술한 공정에 사용되는 통상적인 노볼락 수지는 크레졸(메틸페놀)의 산-촉매 반응으로 합성된다. 이러한 수지들은 내수성, 내유성 및 내화학성이라는 바람직한 특성을 가지며 고온에서 안정적이어서, 자동차 여과 용도에 사용하기에 특히 적합하다. 그러나, 이러한 수지들의 단점은 독성 페놀 및 포름알데하이드 가스를 방출하는 경향이 있어, 이에 노출된 사람의 건강에 부정적인 영향을 미치고 환경에 부정적인 영향을 미칠 수 있다는 것이다.

통상적인 페놀-포름알데하이드 수지의 또 다른 단점은, 이들의 출발 물질이 일반적으로 재생 불가능한 탄화수소 공급원으로부터 수득되며, 생산을 위해 대량의 시약, 용매, 에너지 및 제조 투입물을 필요로 한다는 것이다. 결과적으로, 이들은 환경적으로나 재정적으로나 비용이 많이 든다.

순수한 페놀-포름알데하이드 수지를 사용하는 것에 대한 한 가지 대안은 이를 빈솔(Vinsol®) 수지와 결합하는 것이다. Vinsol® 수지는 소나무에서 유래된 열가소성 리그닌-유형 수지 재료이다. 공보들(US5656733A, US5683497A 및 US5702521A)에 개시된 바와 같이, 이는 고분자량 페놀 화합물, 로진산, 중성 물질 및 몇 가지 부성분의 복합 혼합물로 구성된다.

공보(US3294582)는 자동차 응용 분야에 사용하기 위한 여과지 요소를 제조하기 위한 공정을 개시한다. 이 여과지는, 본질적으로 열 경화성 레졸-유형 페놀-포름알데하이드 수지, 물, 레조르시놀 및 Vinsol® 수지의 혼합물로 이루어진 수지 바니시로 함침된다. 공보(US3294582)는 Vinsol® 수지가 바람직하게는 페놀-포름알데하이드 수지 고형물의 100 중량부에 대해 약 25 중량부의 양으로 존재하고, 레조르시놀은 약 3 중량부의 양으로 존재하는 것을 개시한다.

여과 매체를 함침시키기 위해 Vinsol® 수지를 사용하는 것의 단점은, 높은 밀도(~1.33 g/ml) 및 점도(25℃에서 20 내지 300 mPa.s)를 갖기 때문에 여과 매체 기재에 함침시키는 것이 어렵다는 것이다. 이로 인해 여과 매체가 일관성이 없거나 불완전한 코팅을 갖게 되어 사용 중에 구조적 결함이 발생할 수 있다. 높은 점도는 Vinsol®의 주 리그닌 성분의 20,000 g/mol의 높은 분자량에 기인할 수 있다. Vinsol® 수지의 또 다른 단점은 여과 매체 코팅에 적합한 대부분의 용매 시스템에서 잘 녹지 않는다는 것이다.

따라서, 적어도 어느 정도는 전술한 문제점들을 해결하는 여과 매체가 필요하다. 보다 상세하게는, 본 발명은 페놀 및 포름알데하이드 방출량의 감소로 인해 기존 공정보다 친환경적이고 안전하게 작동할 수 있는 공정으로 제조된 여과 매체를 제공한다. 본 발명은 이러한 이점을 달성하는 동시에, 효율적이고 균일하게 가공 및 함침될 수 있는 물성을 갖는 수지 조성물을 이용한다. 본 개시 내용의 추가적인 목적은 여과 매체가 당업계에 공지된 여과 매체에 필적하는 작동 성능을 나타내게 하는 것이다.

본 발명의 제 1 양상에 따르면, 리그닌을 포함하는 수지 조성물로 함침된 섬유질 웹을 포함하는 여과 매체가 제공되며,

섬유질 웹은, 섬유질 웹의 중량을 기준으로 0.1 내지 30 중량%의 양으로 리그닌을 포함하고,

리그닌은, ASTM D4001-13 표준에 따라 측정되는 경우, 1.2 g/cm³ 미만의 밀도 또는 20,000 g/mol 미만의 중량 평균 분자량을 갖는다.

리그닌의 pH는, 7 미만, 바람직하게는 3 내지 5, 또는 가장 바람직하게는 4 내지 4.5일 수 있다.

수지 조성물은, ISO 2555:2008 표준에 따라 측정되는 경우, 15 mPa.s 미만, 바람직하게는 5 내지 13 mPa.s, 보다 바람직하게는 7.5 내지 9.5 mPa.s 의 역학 점도를 가질 수 있다.

수지 조성물의 pH는 4 내지 7, 바람직하게는 5 내지 6일 수 있다.

리그닌의 밀도는, 1 g/cm³ 미만, 바람직하게는 0.20 g/cm³ 내지 0.75 g/cm³, 보다 바람직하게는 0.25 g/cm³ 내지 0.45 g/cm³ 일 수 있다.

수지 조성물은 적어도 하나의 1차 또는 2차 아민 작용기를 갖거나 폴리아민인 포름알데하이드 제거제를 더 함유할 수 있고, 포름알데하이드 제거제는 요소(urea), 암모니아, 멜라민, 다이사이안다이아마이드, 폴리에틸렌이민, 또는 폴리바이닐아민으로부터 선택될 수 있으며, 바람직하게는 요소일 수 있다.

수지 조성물은, 폴리에폭사이드 또는 에폭시 수지로도 알려진 에폭시계 성분을 포함할 수 있다. 에폭시계 성분은 예를 들어 비스페놀과 에피클로리드린으로부터, 또는 노볼락과 에피클로리드린으로부터, 또는 지방족 알코올과 에피클로리드린으로부터 형성된 반응 생성물과 같은 방향족 또는 지방족 폴리에폭사이드로부터 선택될 수 있으며, 바람직하게는 비스페놀 A-다이글리시딜 에테르일 수 있다.

수지 조성물은 리그닌 및 페놀 수지를 포함할 수 있고, 바람직하게는 리그닌:페놀 수지 중량비는, 1:1 내지 1:9, 바람직하게는 1:1 내지 1:4, 보다 바람직하게는 1:2일 수 있다.

여과 매체는 10 중량% 내지 50 중량%, 바람직하게는 10 중량% 내지 40 중량%, 보다 바람직하게는 10 중량% 내지 30 중량%의 수지 조성물을 포함할 수 있다.

섬유질 웹은, 섬유의 총 중량을 기준으로 적어도 80 중량%, 바람직하게는 적어도 90 중량%, 또는 보다 바람직하게는 적어도 95 중량%의 셀룰로스 섬유를 포함할 수 있다.

섬유질 웹은, 섬유의 총 중량을 기준으로 적어도 80 중량%, 바람직하게는 적어도 90 중량%, 또는 보다 바람직하게는 적어도 95 중량%의 합성 섬유를 포함할 수 있다.

섬유질 웹은, 셀룰로스 섬유와 합성 섬유의 혼합물을 포함할 수 있다. 합성 섬유는, 웹 중의 섬유의 총 중량의 최대 50 중량%, 또는 바람직하게는 10 중량% 내지 30 중량%의 양으로 섬유질 웹에 존재할 수 있다.

셀룰로스 섬유는, 연목 섬유, 경목 섬유, 식물성(vegetable) 섬유 및 재생(regenerated) 셀룰로스 섬유 중 하나 이상으로부터 선택될 수 있다.

여과 매체는 오일 여과 매체, 공기 여과 매체, 연료 여과 매체, 유압 여과 매체, 산업용 여과 매체, 유전체 유체 여과 매체, 및 물 여과 매체로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 공기 여과 매체는, 헤비 패널 필터(heavy panel filter) 또는 듀티 공기 패널 필터(duty air panel filter)에 사용될 수 있다.

본 발명의 제 2 양상에 따르면, 전술한 바와 같은 여과 매체를 제조하는 방법이 제공되며, 이 방법은 섬유질 웹을 리그닌-함유 수지 조성물로 함침시키는 단계; 및 함침된 섬유질 웹을 경화시키는 단계를 포함한다.

본 발명은, 예시적인 방식으로 제공되고 제한적인 방식으로 해석되어서는 안 되는 다음의 예들 및 첨부된 도면들에 비추어 더 잘 이해될 것이다.

도 1은 10%, 20%, 30%, 40% 및 50%의 리그닌을 함유하는 경화된 수지 조성물의 파열 강도를 나타내는 그래프이다.
도 2는 160℃에서 24 시간 동안 에이징 후 10%, 20%, 30%, 40% 및 50%의 리그닌을 함유하는 경화된 수지 조성물의 파열 강도를 나타내는 그래프이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 수지 조성물들의 경화 속도를 나타내는 그래프이다.
도 4는 헥사민 및 파라포름알데하이드를 함유하는 수지 조성물의 파열 강도를 나타내는 그래프이다.
도 5는 160℃에서 24시간 동안 에이징 후 도 4의 수지 조성물의 파열 강도를 나타내는 그래프이다.
도 6은 페놀-포름알데하이드 수지 및 본 발명에 따른 30%의 리그닌을 함유하는 페놀-포름알데하이드 수지로 함침된 여과 매체의 포름알데하이드 및 페놀의 방출 수준을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 30%의 리그닌을 포함하는 오일 필터 여과 매체의 차압(kPa) 대 유량(L/분)으로 측정된 여과 성능을 나타내는 그래프이다.
도 8은 도 7의 오일 필터의 평균 필터 효율 대 입자 크기를 나타내는 그래프이다.
도 9는 도 7 및 도 8의 오일 필터에 대해 측정된 차압 대 시간을 나타내는 그래프이다.
도 10은 30%의 리그닌 수지 조성물을 포함하는 여과 매체 및 리그닌이 없는 수지 조성물을 포함하는 여과 매체에 대한 140℃에서의 고온 오일 파열 강도를 비교하는 그래프이다.
도 11은 (i) 본 발명에 따른 30%의 리그닌을 함유하는 페놀-포름알데하이드 수지로 함침된 평면형 여과 매체, 및 (ii) 페놀-포름알데하이드 수지만으로 함침된 평면형 여과 매체의 입자 크기 여과 효율을 비교하는 그래프이다.

상세한 설명 및 첨부된 청구범위에서 사용된 바와 같이, 내용이 달리 요구하지 않는 한, 아래의 용어들은 다음과 같은 정의들을 갖도록 의도된다.

"포함하다" 또는 "포함하는"과 같은 변형은 명시된 정수 또는 정수들의 그룹을 포함하지만 임의의 다른 정수 또는 정수들의 그룹을 배제하지 않음을 의미하는 것으로 이해될 것이다.

"섬유(fibre)"는 길이 대 직경의 종횡비가 높은 섬유질 또는 필라멘트 구조이다.

"스테이플 섬유(staple fibre)"는 유한하고 비교적 짧은 세그먼트들 또는 개별 길이들을 자연적으로 갖거나, 이러한 세그먼트들 또는 개별 길이들을 갖도록 절단되거나 추가적으로 가공된 섬유를 의미한다.

"섬유질(fibrous)"은 주로 섬유 및/또는 스테이플 섬유로 구성된 재료를 의미한다.

"부직물(non-woven)" 또는 "웹(web)"이라는 용어들은, 자체-지지 구조적 요소를 형성하기 위해 서로 무작위적으로 맞물리거나, 얽히거나 및/또는 결합되는, 매트(mat) 또는 웹의 섬유들 및/또는 스테이플 섬유들의 집합을 의미한다.

"합성 섬유(synthetic fibre)"는 화학 화합물로부터 합성된 중합체, 개질 또는 변형된 천연 중합체, 및 규산질(유리) 물질을 포함하는 섬유-형성 물질로부터 제조된 섬유를 의미한다. 이러한 섬유들은 통상적인 용융 방사(spinning), 용액 방사, 용매 방사 및 유사한 필라멘트 제조 기술에 의해 제조될 수 있다.

"포름알데하이드 제거제(formaldehyde scavenger)"는 포름알데하이드 가스 방출물을 포획할 수 있는 화합물을 의미한다.

이하에서, "수용성(water-soluble)"이라는 용어는 대기압 하의 실온(20℃)에서 적어도 10%가 물에 용해될 수 있는 화합물로서 이해되어야 한다.

본 개시 내용은 다양한 자동차, 산업 및 가정용 유체 정화 용도에 사용하기에 적합한 여과 매체(filtration media)를 제공한다.

여과 매체는 리그닌(lignin)을 포함하는 수지 조성물로 함침된 섬유질 웹을 포함한다. 리그닌은 섬유질 웹의 중량을 기준으로, 0.1 내지 30 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 20 중량%, 보다 바람직하게는 0.1 내지 15 중량%의 양으로 섬유질 웹에 존재한다.

리그닌은 (i) 1.2 g/cm³ 미만의 밀도, 및 (ii) ASTM D4001-13 표준(이는 광 산란 검출에 의해 중합체의 중량 평균 분자량을 결정하기 위한 표준 테스트 방법임)에 따라 측정된 20,000 g/mol 미만의 중량 평균 분자량 중 하나 또는 둘 다를 갖는다.

리그닌의 밀도는 1 g/cm³미만, 바람직하게는 0.20 g/cm³내지 0.75 g/cm³, 보다 바람직하게는 0.25 g/cm³내지 0.45 g/cm³, 가장 바람직하게는 0.35 g/cm³내지 0.40 g/cm³일 수 있다.

리그닌의 pH는 7 미만, 바람직하게는 3 내지 5, 또는 가장 바람직하게는 4 내지 4.5이다. pH는 리그닌의 희석된 30% 수용액에서 표준 ISO 10523:2008 절차에 따라 결정될 수 있다. 이 표준은 두 개의 반쪽 전지들 중 하나가 측정 전극이고 다른 하나가 기준 전극인 전기 화학 전지의 전위차를 측정함으로써 리그닌의 pH를 결정한다. 측정 전극의 전위는 측정된 용액의 수소 이온 활성도의 함수이다.

낮은 밀도, 산성 pH 및 비교적 낮은 분자량은 본 개시 내용의 리그닌이 15 mPa.s 미만의 바람직하게 낮은 점도를 갖게 하며, 이는 리그닌이 수지 조성물에 용해되어 비교적 용이하게 섬유질 웹에 함침될 수 있게끔 한다. 또한, 수지의 낮은 점도는 섬유질 웹의 균일성 및 함침 속도를 향상시킬 수 있다. 이는 1.33 g/cm³의 높은 밀도, 25℃에서 20 내지 300 mPa.s의 높은 점도, 및 대부분의 용매 시스템에서의 낮은 용해도를 갖는 상업적으로 이용 가능한 Vinsol® 수지와 대조될 수 있다.

리그닌은, 예를 들어 크래프트(Kraft) 공정으로부터 수득될 수 있다. 당업계에서 잘 알려진 바와 같이, 크래프트 공정(크래프트 펄핑 또는 황산염 공정으로도 알려져 있음)은 목재를 셀룰로스 섬유 펄프로 전환하는 공정이다. 이 공정은 목질 칩(wood chip)을 물, 수산화나트륨(NaOH) 및 황화나트륨(Na₂S)의 뜨거운 혼합물로 처리하여 리그닌, 헤미셀룰로스 및 셀룰로스 사이의 결합을 절단하는 것을 포함한다. 이 방법은 셀룰로스 섬유 스트림 및 리그닌 스트림이라는 2 개의 생성물 스트림들의 형성을 초래하는 몇 가지 기계적 및 화학적 단계들을 포함한다. 리그닌이 수득되는 크래프트 공정에 사용되는 목재는 연목(softwood)(즉, 침엽수와 같은 겉씨식물 나무, 예를 들어 소나무로부터의 것), 경목(hardwood)(즉, 속씨식물 나무로부터의 것), 또는 이들의 조합일 수 있다. 크래프트 공정으로부터 수득되는 리그닌은 오일계 탄화수소 공급원으로부터 수득되는 수지보다 환경 영향이 적은 재생 가능한 수지의 공급원을 나타낸다. 크래프트 리그닌은 크래프트 공정의 부산물이기 때문에, 이를 수득하기 위해서는 최소한의 가공이 필요하다.

리그닌을 포함하는 것 이외에도, 수지 조성물은 페놀(phenolic)(레졸 또는 노볼락과 같은 페놀-포름알데하이드 수지) 수지를 포함한다. 페놀 수지(bisphenol A - diglycidyl ether)는 수지 조성물의 총 중량을 기준으로 50 중량% 내지 90 중량%, 바람직하게는 60 중량% 내지 90 중량%, 보다 바람직하게는 70 중량% 내지 90 중량%의 양으로 수지 조성물에 존재할 수 있다. 레졸 수지는 페놀이 있는 비스페놀-A와 포름알데하이드의 염기-촉매 반응에 의해 형성될 수 있다. 노볼락 수지는 크레졸(메틸페놀)의 산-촉매 반응에 의해 형성될 수 있다.

리그닌 및 페놀 수지는 1:1 내지 1:9, 바람직하게는 1:1 내지 1:4, 보다 바람직하게는 1:2의 리그닌:페놀 수지 중량비로 수지 조성물에 존재할 수 있다. 리그닌:페놀 수지의 중량비는 수지가 건조되는 경우 변화하지 않고, 건조 단계 이후에도 실질적으로 동등하게 유지되어 섬유질 웹의 함침에 사용되는 용매의 제거를 가능하게 하고, 또는 경화 단계 이후에도 실질적으로 동등하게 유지되어 수지 조성물의 가교(cross-linking)를 가능하게 한다.

수지 조성물은 또한 가교제, 예를 들어 헥사민(hexamine), 파라포름알데하이드(paraformaldehyde) 또는 다이사이안다이아마이드-포름알데하이드(dicyandiamide-formaldehyde) 축합물을 함유할 수 있다. 다이사이안다이아마이드-포름알데하이드 축합물은 바람직하게는 공보(US 4,383,077A)에 기재된 바와 같은 s를 함유하는 수용성 열 경화성 수지계 조성물이다. 다이사이안다이아마이드-포름알데하이드 축합물은 공보(US 4,383,077)에 청구된 방법에 의해 수득될 수 있으며, 바람직하게는 공보(US 4,383,077)의 예들에 개시된 다이사이안다이아마이드-포름알데하이드 축합물이다. 이러한 가교제는 경화 단계 동안 수지 조성물이 섬유질 웹과 가교될 수 있게끔 한다. 이러한 가교제는 수지 조성물의 총 중량을 기준으로 최대 20 중량%의 양으로 수지 조성물에 존재할 수 있다.

수지 조성물은, 적어도 하나의 1차 또는 2차 아민 작용기(functional group)를 갖거나 폴리아민(polyamine)인 포름알데하이드 제거제를 더 함유할 수 있다. 포름알데하이드 제거제는 요소, 암모니아, 멜라민, 다이사이안다이아마이드, 폴리에틸렌이민, 및 폴리바이닐아민 중에서 선택될 수 있다. 포름알데하이드 제거제가 요소인 경우 특히 유용하다. 포름알데하이드 제거제의 아민기는 수지 중의 잔류 포름알데하이드와 반응하여 포름알데하이드를 휘발성 및 독성이 감소된 시프 염기(Schiff base) 화합물로 전환시킬 수 있다. 이러한 유형의 반응들은 일반적으로 산-촉매화(acid-catalysed)되므로, 수지 조성물의 pH는 7 미만인 것이 바람직하다. 수지 조성물은 일반적으로 4 내지 7의 pH를 가지며, 바람직하게는 5 내지 6의 pH를 갖는다. 보다 구체적으로, 포름알데하이드 제거제의 사용은 포름알데하이드의 방출량을 0에 가깝게 할 수 있다.

다른 실시 예에 따르면, 수지 조성물은 폴리에폭사이드(polyepoxide) 또는 에폭시 수지로도 알려진 에폭시계 성분을 포함할 수 있다. 이러한 에폭시계 성분은, 예를 들어 비스페놀과 에피클로리드린(epichloridrine)으로부터, 또는 노볼락과 에피클로리드린으로부터, 또는 지방족 폴리올과 에피클로리드린으로부터 형성된 반응 생성물과 같은 방향족 또는 지방족 폴리에폭사이드로부터 선택될 수 있으며, 바람직하게는 비스페놀 A-다이글리시딜 에테르(bisphenol A-diglycidyl ether)일 수 있다. 이러한 에폭시계 성분은 페놀 수지의 일부 또는 전부를 대체하고 또한 수지 조성물 중의 그러한 화합물의 함량을 감소시키는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 수지 조성물 중의 리그닌, 에폭시 수지 및 페놀 수지의 총 중량을 기준으로, 리그닌은 바람직하게는 10 내지 80 중량%(보다 바람직하게는 25 내지 50 중량%)의 양으로 존재하고, 에폭시 수지는 바람직하게는 10 내지 80 중량%(보다 바람직하게는 25 내지 50 중량%)의 양으로 존재하고, 페놀 수지는 바람직하게는 10 내지 80 중량%(보다 바람직하게는 25 내지 50 중량%)의 양으로 존재한다. 다른 실시 예에 따르면, 수지 조성물은 5 중량% 미만(바람직하게는 0 중량%)의 페놀 수지를 함유하고, 수지 조성물 중의 리그닌:에폭시 수지 중량비는 예를 들어 1:1 내지 1:9이다. 두 경우 모두에서, 리그닌:에폭시 수지, 및 페놀 수지(존재하는 경우)의 중량비는 수지가 건조되는 경우 변화하지 않고, 건조 단계 이후에도 실질적으로 동등하게 유지되어 섬유질 웹의 함침에 사용되는 용매의 제거를 가능하게 하고, 또는 경화 단계 이후에도 실질적으로 동등하게 유지되어 수지 조성물의 가교를 가능하게 한다. 에폭시계 성분의 에폭시 작용은 리그닌 및 페놀 수지와 반응할 수 있으며, 포름알데하이드와 마찬가지로 수지 조성물의 가교제로서 작용한다. 따라서, 이러한 에폭시계 성분의 첨가는 여과 매체의 최종 특성에 부정적인 영향을 주지 않으면서 사용자로 하여금 수지 조성물 중의 포름알데하이드의 함량을 감소시킬 수 있게 한다.

수지 조성물은 ISO 2555:2008 (회전 점도계를 사용하여 액체 또는 이와 유사한 상태에서 수지의 겉보기 점도를 결정하기 위한 표준 프로토콜. 브룩필드(Brookfield) 테스트 방법이라고도 함)에 따라 측정되는 경우 15 mPa.s 미만, 바람직하게는 5 내지 13 mPa.s, 보다 바람직하게는 7.5 내지 9.5 mPa.s의 역학 점도(dynamic viscosity)를 갖는다.

수지 조성물에 리그닌을 포함시키는 것은 수지로부터 방출되는 페놀 및 포름알데하이드 가스의 양을 감소시키는 유리한 효과를 갖는다. 이러한 가스의 방출 감소는 수지 조성물 중의 리그닌의 양과 상관 관계가 있을 수 있어, 리그닌의 양이 많을수록 방출량이 더 많이 감소하고 리그닌의 양이 적을수록 방출량이 더 적게 감소한다. 따라서, 수지 조성물 중의 리그닌의 존재는 보다 친환경적인 제품을 초래한다. 또한, 당업계에 알려진 통상적인 여과 매체를 제조하는 데 이용되는 제조 공정에 비해, 이러한 여과 매체를 제조하기 위해 제조 공정을 운영하는 작업자들에 대한 부정적인 건강 영향을 감소시킨다. 이론에 얽매이지 않고, 레졸 수지로부터의 페놀 및 포름알데하이드의 방출은 미반응 출발 물질로부터의 침출 또는 페놀 수지의 구성 성분으로의 분해에 기인할 수 있다고 믿어진다. 수지 조성물에 리그닌을 포함시킴으로써, 페놀 수지 및 그 출발 물질의 총량이 감소된다. 대안적으로, 또는 부가적으로, 리그닌은 페놀 수지를 분해로부터 보호하는 역할을 할 수 있다. 여과 매체로부터 방출되는 페놀 및 포름알데하이드의 양은, 여과 매체 1 kg당 방출되는 페놀 또는 포름알데하이드의 mg으로 측정될 수 있다. 리그닌-함유 수지 조성물로 함침된 여과 매체는 리그닌-무함유 페놀 수지로 함침된 여과 매체보다 페놀 및/또는 포름알데하이드를 50%, 60%, 70%, 80%, 90% 또는 99% 적게 방출할 수 있다. 또한, 리그닌은, 화석 연료로부터 공급되는 페놀 수지와 달리, 재생 가능한 자원으로부터 유래된다는 주목해야 한다. 이는 본 명세서에 기재된 수지 조성물의 친환경적 특성에 더욱 기여한다.

수지 조성물은, 예를 들어 스타이렌 아크릴, 아크릴, 폴리에틸렌 바이닐 클로라이드, 스타이렌 뷰타다이엔 고무, 폴리스타이렌 아크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리바이닐 클로라이드, 폴리니트릴, 폴리바이닐 아세테이트, 폴리바이닐 알코올 유도체, 전분 중합체, 페놀류 및 이들의 조합과 같은, 페놀 수지에 대한 추가적 또는 대안적 중합체를 포함할 수 있으며, 이는 수성(waterborne) 및 용매 버전 모두를 포함한다. 일부 경우들에서, 추가적 또는 대안적 수지는 수성 에멀젼과 같은 라텍스의 형태일 수 있다.

섬유들 간의 내부 결합을 향상시키기 위해, 섬유질 웹은 바인더 섬유들을 포함할 수 있다.

이들은 코어보다 낮은 융점을 갖는 열가소성 중합체의 용융성 코팅으로 둘러싸인 열가소성 코어 섬유를 포함하는 2 성분 열가소성 섬유들이다. 따라서, 저-융점 코팅은 섬유질 웹의 가공 동안 가열에 의해 연화되거나 부분적으로 용융되는 경우 열가소성 결합제로서 작용하여 웹의 인접한 섬유들에 접착될 수 있다. 코어를 형성하는 고-융점 재료는 구조적 재료(structural material)로서 작용할 수 있다.

수지 조성물은 하나 이상의 첨가제 성분을 더 포함할 수 있다. 첨가제 성분은 여과제에 선호하는 외관을 부여하기 위해 요구될 수 있는 염색제; 섬유 보유제; 분리 보조제(예를 들어, 실리콘 첨가제 및 이와 관련 촉매제); 화염 지연제 또는 난연제; 친수성 또는 소수성 제제; 습윤제; 정전기 방지제; 또는 항균제일 수 있다. 존재하는 경우, 이들 첨가제는 수지 조성물의 총 중량을 기준으로, 0 중량%, 0.01 중량%, 0.1 중량%, 1 중량%, 5 중량%, 10 중량% 초과 및/또는 약 30 중량%, 25 중량%, 20 중량%, 15 중량%, 10 중량%, 9 중량%, 8 중량%, 7 중량%, 6 중량%, 5 중량%, 4 중량%, 3 중량%, 2 중량%, 1 중량% 미만, 또는 이들의 임의의 조합의 양으로 포함될 수 있으며, 예를 들어 0.01 중량% 내지 1 중량%의 양으로 포함될수 있다. 특정 실시 예에 따르면, 수지 조성물은 예를 들어 인산과 같은 난연제를 10중량% 내지 20중량% 함유할 수 있다.

여과 매체는 10 중량% 내지 50 중량%, 바람직하게는 10 중량% 내지 40 중량%, 보다 바람직하게는 10 중량% 내지 30 중량%의 수지 조성물을 포함할 수 있다. 여과 매체의 나머지 부분은 주로 섬유질 웹으로 구성된다.

섬유질 웹은 섬유의 총 중량을 기준으로, 적어도 80 중량%, 바람직하게는 적어도 90 중량%, 또는 보다 바람직하게는 적어도 95 중량%의 셀룰로스 섬유를 포함할 수 있다. 셀룰로스 섬유는 연목 섬유, 경목 섬유, 식물성 섬유 및 재생 셀룰로스 섬유 중 하나 이상으로부터 선택될 수 있다.

대안적으로, 섬유질 웹은 섬유의 총 중량을 기준으로, 적어도 80 중량%, 바람직하게는 적어도 90 중량%, 또는 보다 바람직하게는 적어도 95 중량%의 합성 섬유를 포함할 수 있다. 합성 섬유는 합성 중합체 섬유, 개질 또는 변형된 천연 중합체 섬유, 또는 규산질(유리) 섬유 중 하나 이상으로부터 선택될 수 있다. 섬유질 웹에 적합한 예시적인 섬유들은 폴리에스터(예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET), 폴리뷰틸렌 테레프탈레이트(polybutylene terephthalate; PBT) 등과 같은 폴리알킬렌 테레프탈레이트), 폴리알킬렌(polyalkylene)(예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile; PAN), 및 폴리아마이드(나일론, 예를 들어 나일론-6, 나일론 6,6, 나일론-6,12 등)를 포함한다.

다른 대안에 따르면, 섬유질 웹은 셀룰로스 섬유와 합성 섬유의 혼합물을 포함할 수 있다. 합성 섬유는 웹 중의 섬유의 총 중량의 최대 50 중량%, 바람직하게는 10 중량% 내지 30 중량%, 또는 바람직하게는 15 중량% 내지 25 중량%의 양으로 섬유질 웹에 존재할 수 있다.

여과 매체는 공기 여과 매체, 연료 여과 매체, 오일 여과 매체, 유압(hydraulic) 여과 매체, 산업용 여과 매체, 유전체 유체 여과 매체, 및 물 여과 매체로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.

본 개시 내용은 본 명세서에 정의된 여과 매체를 제조하는 방법으로 확장된다. 방법은 섬유질 웹을 리그닌-함유 수지 조성물로 함침시키는 단계 및 함침된 섬유질 웹을 건조 및 경화시키는 단계를 포함한다.

리그닌-함유 수지 조성물이 형성되면, 수지 조성물이 도징(dosing) 롤러를 통해 적용되는 함침 장치로 이송되어 섬유질 웹 전체에 걸쳐 균일한 정도의 함침이 달성된다. 웹에 적용되는 수지의 양은 여과 매체의 최종 용도에 따라 다르다. 수지가 섬유질 웹에 적용되면, 함침된 웹은 건조 오븐으로 들어가고, 건조 단계에서 용매가 제거된다. 건조 단계는 일반적으로 80℃ 내지 150℃ 의 온도에서 수행된다. 이후, 수지는 120℃ 내지 200℃, 150℃ 내지 180℃, 또는 180℃ 내지 200℃의 온도에서 경화 오븐에서 함침된 웹을 가열함으로써 경화 단계에서 섬유질 웹에 가교된다. 대안적으로, 경화는 자외선 또는 적외선 방사에 의해 달성될 수 있다. 완전히 경화되면, 함침된 섬유질 웹은 최종 특성을 갖는다. 이러한 특성에는 중량, 두께, 주름, 파열 강도 폭발, 투과성, 기공 직경, 수지 함량 백분율, 습도 또는 경화 수준이 포함된다. 특정 실시 예에 따르면, 건조 단계 및 경화 단계는, 특히 가교제가 사용되는 경우에, 동시에, 즉 단일 단계로 수행될 수 있다.

여과 매체가 형성되면, 이는 골지게 되고, 절단되고, 접히고, 주름 잡히고, 추가적인 경화 단계를 거치고, 궁극적으로 사용될 여과 제품으로 조립될 수 있다.

여과 매체는 공기 여과 매체일 수 있다. 공기 여과 매체는 자동차 실내 공기를 여과하도록 구성될 수 있다. 특히, 여과 매체는 미립자(예를 들어, 먼지, 꽃가루, 그을음, 박테리아 및 PM2.5), 가스(예를 들어, 오존, 벤젠, SOx 및 NOx) 또는 실내 공기로부터의 악취를 여과하도록 구성될 수 있다. 여과 매체는 실내 공기로부터 바람직하지 않은 가스 및 미립자를 여과하는 것을 돕기 위해 탄소(활성 탄소일 수 있음) 층을 포함할 수 있다.

공기 여과 매체는 자동차 엔진으로 들어가는 공기로부터 미립자(예를 들어 먼지, 꽃가루, 그을음, 박테리아 및 PM2.5)를 여과하도록 구성될 수 있는 자동차 공기 흡입 필터로서 구성될 수 있다. 여과 매체는 강도 및 여과 성능을 향상시키기 위해 난연제 층, 발수 층, 또는 나노섬유 층, 미세 섬유 멜트블로운 층, 또는 합성 라미네이트 층 중 하나 이상을 포함하도록 선택적으로 처리될 수 있다.

공기 여과 매체는, 예를 들어 가스 터빈 공기 흡입 필터, 공기-오일 분리 필터(예를 들어, 압축 공기 응용 분야에서), 공기 오염 제어 및 집진 필터 요소(예를 들어, 산업 소스로부터 대기 중으로의 입자의 방출을 감소시키거나 제거하는 데 사용될 수 있음), 또는 가열, 환기 및 공기 조화(heating, ventilation and air conditioning; HVAC) 필터 요소와 같은, 산업용 여과 매체를 위해 구성될 수 있다.

여과 매체는 연료로부터 유기 및 무기 불순물을 여과하도록 구성될 수 있는 연료 필터 요소로서 구성될 수 있다. 연료 필터 요소는 여과 매체의 다중 층들을 포함할 수 있고, 연료로부터 미립자 및 물 불순물을 분리하고 보유하도록 구성될 수 있다.

여과 매체는 오일 여과 매체로 구성될 수 있다. 오일 여과 매체는 오일로부터 그을음, 먼지 및 미립자와 같은 불순물을 여과하도록 구성될 수 있다. 이러한 실시 예들에서, 여과 매체는 고온 오일에서의 높은 내구성, 특히 높은 고온 오일 파열 내성을 가질 수 있다.

여과 매체는 방전 가공(electrical discharge machining; EDM) 공정에 사용되는 유전체 유체를 여과하는데 사용하도록 구성될 수 있다.

여과 매체는 유압 응용 분야에서 사용하기 위한 유압 필터 매체로서 구성될 수 있다.

여과 매체는 물의 여과에서 사용되도록 구성될 수 있다. 여과 매체는 물로부터 유기산, 바이러스, 박테리아, 포낭, 세포 파편 및 미량 약제를 포함하는 서브미크론(submicron) 수준의 오염물을 여과하도록 구성될 수 있다. 여과 성능을 향상시키기 위해, 여과 매체는 정전기 대전 층 또는 활성 탄소 층으로 코팅될 수 있다.

본 발명은 다음의 비-제한적인 예들에 의해 더 설명될 것이다.

예들

절차들

수정된 TAPPI T205 절차를 이용하여 실험실 습식 핸드 시트 몰드(wetlaid hand sheet mold)를 이용하여 샘플들을 제조하였으며, 본 명세서에 수정 사항이 설명되어 있다. 레시피에 설명된 퍼니시(furnish)를 2 리터의 수돗물과 혼합하고 표준 실험실 분해기(Noram)로 1500 회전 동안 분해하였다. 이후, 퍼니시를 습식 몰드에 붓고 약 25 리터의 수돗물로 희석하고, 페달 교반으로 3회 교반하고, 표준 초지기 와이어를 통해 배수하였다.

이후, 3회에 걸쳐 롤링된 카우칭 롤러(couching roller)로 핸드 시트를 압착 건조시키고, 350℉(177℃)에서 5분 동안 플랫베드 속도 오븐(flatbed speed oven)에서 재-건조한 다음, 350℉(177℃)에서 5분 동안 오븐에서 건조시켰다. 오븐 건조(oven dried; OD) 시트에서 오븐 건조 직후 미가공 평량, 캘리퍼, 통기성 등의 미가공(raw) 물리적 데이터를 수집하였다.

이후, 샘플들을 총 시트 중량을 기준으로 25 중량%의 함량으로 표준 페놀 수지로 포화시켰다(수지 배스(bath)의 배스 고형물은 용매로서 메탄올 중에 18%였음). 이후, 샘플들을 주변 조건에서 24 시간 동안 공기 건조시키고, 350℉(177℃)에서 5 분 동안 포화 건조 경화(saturated dried cured; SDC) 수준에 도달하도록 경화시켰다. 경화 직후 SDC 평량을 기록하였고, 이후 SDC 캘리퍼, SDC 통기성 등과 같은 기타의 SDC 데이터를 측정하였다.

테스트 방법들

다음의 표에 기록된 데이터를 얻기 위해 다음과 같은 테스트 방법을 이용하였다.

여과 성능(Filtration performance): 이는 다중 통과 테스트를 이용하여 결정하였다. 이 테스트는 필터 요소를 통한 여과되지 않은 유체의 재순환 및 다양한 가능한 파라미터에 따라 측정된 여과 성능을 필요로 한다. 일부 경우들에서 차압 다중 통과 테스트를 수행하였다. ISO 4548-12 표준에 정의되어 있다.

차압 테스트(Differential pressure test): 필터가 설치된 하우징 내부의 필터를 둘러싸는 압력에 대한 테스트 필터 내의 압력 측정을 의미한다. 차압은 유체가 필터를 통해 얼마나 효율적으로 이동하는지를 결정한다. 차압이 높으면 필터가 용량에 근접함을 나타낸다.

여과 효율(Filtration efficiency): ISO 4548-12에 정의되어 있다. 이는 필터가 입자를 보유할 수 있는 능력을 의미하며, 테스트 중인 필터에 의해 보유되는 주어진 크기의 입자들의 백분율로 표현된다. 입자 계수기를 이용하여 여과 매체 전후에서 테스트 동안 액체 또는 가스 샘플들을 측정하였다. 입자의 농도를 측정하고 필터 양 측의 입자들의 양의 차이에 기초하여 여과 효율을 계산하였다.

흐름 제한 테스트(Flow restriction test): ISO 4548-12 표준에 정의되어 있다. 이 테스트 절차는 필터의 오염물 용량, 미립자 제거 특성 및 차압을 결정한다. 이 테스트는 10μm 초과의 입자 크기에서 99% 미만의 효율을 갖는 필터 요소에 적용하기 위한 것이다. 이 테스트는 내연 기관용 풀-플로우(full-flow) 윤활유 필터의 성능을 평가하기 위해 온라인 입자 계수 방법을 사용하고 연속적인 오염물 주입이 있는 다중 통과 여과 테스트에 해당한다. 이는 정상 상태 조건으로 제한되며 유속의 변동을 다루지 않는다.

통기성(Air Permeability): 매체의 통기성은 Textest AG(모델 FX3300)를 사용하여 0.5 인치(2.7 mm) 수차(water differential)로 TAPPI 표준 T 251 cm-85("Air Permeability of Porous Paper, Fabric and Pulp Handsheets")에 따라 측정하였으며, 분당 샘플 면적의 평방 피트 당 입방 피트의 공기 흐름 속도(cfm/sf)로 기록하였고, 종종 더 간단하게 cfm이라고도 한다.

평균 흐름 기공(Mean Flow Pore; MFP) 크기: 표준 테스트 절차 ASTM F-316에 따라 측정하였다.

파열 강도(Burst Strength): 매체 샘플을 파열시키는 데 필요한 압력은 TAPPI 표준 T403에 따라 MULLEN® 파열 강도 테스트기를 이용하여 측정하였다. 결과는 매체 파열 시 평방 인치 당 파운드(psi)로 기록하였다.

캘리퍼(Calliper): SDC 매체의 캘리퍼(두께)는 TAPPI 표준 T41 1, "Thickness (calliper) of paper, paperboard and combined board"(본원에 참조로서 완전히 병합됨)에 따라 회사(Thwing-Albert Instrument Company)의 89-100 두께 테스트기를 이용하여 측정하였다.

강성(Stiffness): OD 및 SDC 매체의 강성은 GURLEY^TM 굽힘 내성 테스트기 MOD 4 17 1D (Gurley Precision Instruments)를 이용하여 TAPPI T489 om-92에 의해 얻어졌다.

고온 오일 파열 강도(Hot Oil Burst Strength): 매체 샘플의 고온 오일 파열 강도는, 제어되고 지속적으로 증가하는 압력이 7.07cm²의 영역에 고무 다이어프램을 통해 가해지는 경우 매체 샘플의 파열을 초래하는 데 필요한 최대 정수압(hydrostatic pressure)이다. 고온 오일 파열 강도는 매체 샘플(크기 14 cm x 10 cm)을 144 시간 동안 140℃ ± 약 0.1℃로 유지되는 전형적인 엔진 오일(예를 들어, MOBIL 1^TM 모터 오일)의 오일 배스에 배치함으로써 결정하였다. 이후, 매체 샘플을 고온 오일 배스에서 꺼내고 매체 샘플로부터 과잉 오일을 제거하여 약 5 분 동안 냉각시켰다. 이후, 수분이 없는 샘플을 MULLEN® 파열 강도 테스트기를 이용하여 테스트하고, 그 결과를 매체 파열 시의 단위 면적당 힘, 즉 평방 인치당 파운드(psi)로 기록하였다.

예 1

수지 중의 리그닌의 양을 최적화하기 위해, 다음과 같이 10%, 20%, 30%, 40% 및 50% (부피/부피) 리그닌을 함유하는 페놀(레솔) 수지 샘플들을 제조하였다.

수지 조성물들을 경화된 여과지 샘플들에 적용하고 전술한 시험 방법에 따라 3 회 테스트 하였다. 이들의 특징은 아래 표 1 내지 표5에 요약되어 있다. 다음 표들에서, "목표(Target)"는 파라미터들의 목표 기술 성능을 나타낸다.

표 1 - 테스트 1, 수지 조성물 중 10중량%의 리그닌

표 2 - 테스트 1, 수지 조성물 중 20중량%의 리그닌

표 3 - 테스트 1, 수지 조성물 중 30중량%의 리그닌

도 1 및 도 2는 각각 경화 이후 및 160℃에서 24시간 동안의 에이징 이후, 10 중량%, 20 중량%, 30 중량%, 40 중량% 및 50 중량%의 리그닌을 함유하는 수지 조성물에 대한 상대적 파열 강도를 나타낸다. 최대 30 중량%의 리그닌 조성으로 만족스러운 결과가 얻어졌다. 이보다 높은 수준의 리그닌은 파열 내성을 현저하게 감소시켰다.

도 3은 리그닌 함량이 증가함에 따라 수지 조성물의 165℃에서의 경화 시간이 증가함을 나타낸다.

예 2

바람직한 첨가제를 확인하기 위해, 수지 조성물들을 헥사민 및 파라포름알데하이드로 제조하여 이들 첨가제들이 파열 강도 및 강성에 미치는 영향을 평가하였다. 다양한 양의 리그닌과 헥사민 또는 리그닌과 파라포름알데하이드를 함유하는 샘플들을 아래 표 6에 나타낸 바와 같이 제조하여 전술한 테스트 방법에 따라 테스트하였다.

표 6

도 4및 도 5는 테스트된 수지 조성물에서 파라포름알데하이드가 헥사민보다 더 큰 파열 내성을 생성한다는 것을 보여준다.

예 3

빈솔(vinsol) 및 크래프트 리그닌의 용해도를 비교하기 위해, 4개의 혼합물을 제조하고 평가하였다.

표 7

예 4

선행 기술 문헌(US 3,294,582)에 개시된 용매 시스템이 빈솔 및 리그닌 수지의 조성물을 용해시키는 능력을 평가하기 위한 테스트를 수행하였다. 에탄올, 아이소프로판올 및 물의 용매 혼합물들을 US 3,294,582에 개시된 양에 따라 제조하였다. 빈솔 및 리그닌을 함유하는 4개의 상이한 제형들을 제조하고 이들의 용해도를 평가하였다.

표 7

예 5

여과 매체의 형성:

표 8에 열거된 성분 및 양에 따라 수지 조성물을 제조하였다.

표 8

먼저, 리그닌을 레졸 수지에 용해시켰다. 수지/리그닌 혼합물을 반응기로 옮기고, 가교제를 첨가하고, 메탄올 및 염료를 첨가하였다. 이후, 조합된 성분들을 혼합하여 고형분 함량이 64%, 점도가 830.5 mPa.s, 밀도가 1.107 g/cm³, pH가 5.53인 진한 용액을 제조하였다.

수지 조성물을 적용기 및 도징 롤러를 이용하여 섬유질 웹에 함침시켜 균일한 함침을 달성하였다. 섬유질 웹은 95 중량% 초과의 셀룰로스 섬유로 구성되었다. 함침된 섬유질 웹을 분석하였고, 그 결과를 아래의 표 9에 요약하였다.

표 9

예 6

전술한 함침된 여과 매체를 포름알데하이드 및 페놀 방출량에 대해 평가하였다. 여과 매체 종이의 무-페놀 또는 무-포름알데하이드를 결정하는 방법은 UV-VIS 분광법을 구현한다. 종이의 무-페놀을 결정하기 위해, 510 nm의 파장에서 헥사사이아노페레이트(hexacyanoferrate)(III)의 존재 하에 4-아미노안티피린(4-aminoantipyrine)으로 테스트를 수행하였다. 종이의 무-포름알데하이드를 결정하기 위해, 628 nm의 파장에서 3-메틸-2-벤조시아졸리논하이드라존 하이드로클로라이드 하이드레이트(3-methyl-2-benzothiazolinonehydrazone hydrochloride hydrate; MBTH)와 철 (III) 클로라이드 헥사하이드레이트의 반응을 이용하여 테스트를 수행하였다. 종이가 포름알데하이드를 함유하는 경우, 이 반응은 청색 유도체로 진행된다.

그 결과는 도 6에 나타나 있으며, 레졸 수지만으로 함침된 여과 매체에 비해, 30%의 리그닌을 함유하는 수지로 함침된 여과 매체가 포름알데하이드 방출량이 80.3% 감소하고 페놀 방출량이 81.6% 감소한 것을 보여준다.

예 7

오일 필터 매체를 제조하고, 전술한 리그닌을 함유하는 수지 조성물로 함침시켰다. 오일 필터 매체에 대해 ISO 4548-12 표준에 정의된 흐름 제한 테스트, 여과 효율 테스트 및 차압 테스트를 수행하였고 그 결과를 도 7, 도 8 및 도 9에 나타내었다. 사용된 표준 테스트는 연속적인 오염물 주입을 통한 다중 통과 여과 테스트에 해당하며 내연 기관용 풀-플로우 윤활유 필터 매체의 성능을 평가하기 위해 온라인 입자 계수 방법을 사용하였다. 또한 오일 필터 매체는 주름이 잡히기 쉽고 사용 중에 연기 또는 냄새를 방출하지 않았다는 점에 유의하였다.

예 8

140℃에서의 고온 오일 내성 테스트. 고온 오일 내성 테스트는 다음과 같이 수행되었다. 샘플이 완전히 경화되면, MULLEN® 파열 강도 테스트를 수행하고 이 테스트의 값(초기 내성 값)을 기록하였다. 5 개의 다른 종이 샘플들을 약 12 리터의 SLX OW30 또는 5W-30 오일로 채워진 오일 배스 장비에 수용하였다. 오일 배스 장비를 140℃의 온도로 조정하였다. 오일 배스 장비에 있는 종이 샘플들을 단계적으로 제거하였다. 보다 구체적으로, 24시간, 48시간, 72시간, 168시간 및 500시간 이후에 오일 배스 장비로부터 하나의 종이 샘플을 제거하였다. 종이 샘플이 오일 배스 장비로부터 제거되면, 과잉 오일을 흡수성 종이로 제거하고, 이 샘플을 25℃ 및 50%의 상대 습도로 조정된 환경 챔버에 2 시간 동안 배치하였다. 환경 챔버에서 이 시간이 경과한 이후, 이 샘플에 대해 MULLEN® 파열 강도 테스트를 수행하였고 얻어진 값을 기록하였다.

그 결과는 도 10에 도시되어 있으며, 리그닌을 함유하는 수지 조성물이 리그닌-무함유 수지보다 모든 시간 간격에서 더 높은 파열 강도를 나타내는 것을 보여준다.

예 9

(i) 30% 리그닌-함유 페놀 수지, 및 (ii) 리그닌-무함유 페놀 수지로 함침된 평면형 여과 매체 샘플들의 여과 효율을 전술한 테스트 프로토콜에 따라 테스트하였다. 그 결과는 도 11에 제공되어 있으며, 리그닌-함유 수지 조성물로 함침된 여과 매체가 리그닌-무함유 페놀 수지로 함침된 여과 매체에 필적하는 여과 효율을 나타낸 것을 보여준다.

본 발명은 다음의 문장들을 참조하여 더 이해될 수 있다.

문장 1: 리그닌을 포함하는 수지 조성물로 함침된 섬유질 웹을 포함하는 여과 매체로서, 섬유질 웹은 섬유질 웹의 중량을 기준으로 0.1 내지 30 중량%의 양으로 리그닌을 포함하고, 리그닌은 1.2 g/cm³ 미만의 밀도 또는 20,000 미만의 중량 평균 분자량을 갖는다.

문장 2: 문장 1에 기재된 여과 매체로서, 리그닌의 pH는, 7 미만, 바람직하게는 3 내지 5, 가장 바람직하게는 4 내지 4.5이다.

문장 3: 문장 1 또는 문장 2에 기재된 여과 매체로서, 수지 조성물은, 15 mPa.s 미만의 역학 점도(dynamic viscosity)를 갖는다.

문장 4: 문장 3에 기재된 여과 매체로서, 수지 조성물은 7.5 내지 9.5 mPa.s 의 역학 점도를 갖는다.

문장 5: 문장 1 내지 문장 4 중 어느 하나에 기재된 여과 매체로서, 리그닌의 밀도는, 1 g/cm³ 미만, 바람직하게는 0.20 g/cm³ 내지 0.75 g/cm³, 보다 바람직하게는 0.25 g/cm³ 내지 0.45 g/cm³ 이다.

문장 6: 문장 1 내지 문장 5 중 어느 하나에 기재된 여과 매체로서, 수지 조성물은, 적어도 하나의 1차 또는 2차 아민 작용기를 갖거나 폴리아민인 포름알데하이드 제거제(formaldehyde scavenger)를 더 포함한다.

문장 7: 문장 1 내지 문장 6 중 어느 하나에 기재된 여과 매체로서, 수지 조성물은 예를 들어 폴리에폭사이드 또는 폴리에폭시 수지와 같은 에폭시계 성분을 더 함유할 수 있다.

문장 8: 문장 1 내지 문장 7 중 어느 하나에 기재된 여과 매체로서, 수지 조성물은 리그닌 및 페놀 수지를 포함하고, 바람직하게는 리그닌:페놀 수지 중량비는, 1:1 내지 1:9, 바람직하게는 1:1 내지 1:4, 보다 바람직하게는 1:2이다.

문장 9: 문장 8에 기재된 여과 매체로서, 페놀 수지는 레졸 수지이다.

문장 10: 문장 8에 기재된 여과 매체로서, 페놀 수지는 노볼락 수지이다.

문장 11: 문장 1 내지 문장 7 중 어느 하나에 기재된 여과 매체로서, 수지 조성물은 리그닌 및 라텍스(latex) 수지를 포함하고, 바람직하게는 리그닌:라텍스 수지 중량비는, 1:1 내지 1:9, 바람직하게는 1:1 내지 1:4, 보다 바람직하게는 1:2이다.

문장 12: 문장 1 내지 문장 11 중 어느 하나에 기재된 여과 매체로서, 이는 수지 조성물을 10 중량% 내지 50 중량%로 포함한다.

문장 13: 문장 1 내지 문장 11 중 어느 하나에 기재된 여과 매체로서, 이는 수지 조성물을 10 중량% 내지 40 중량%로 포함한다.

문장 14: 문장 1 내지 문장 11 중 어느 하나에 기재된 여과 매체로서, 이는 수지 조성물을 10 중량% 내지 30 중량%로 포함한다.

문장 15: 문장 1 내지 문장 10 중 어느 하나의 여과 매체로서, 리그닌은 4 내지 4.5의 pH 및 0.25 g/cm³ 내지 0.45 g/cm³ 의 밀도를 갖고, 수지 조성물은 1:1 내지 1:4의 리그닌:페놀 수지 중량비로 리그닌 및 페놀 수지를 포함하며, 여과 매체는 10 중량% 내지 30 중량%의 수지 조성물을 포함한다.

문장 16: 문장 1 내지 문장 10 중 어느 하나의 여과 매체로서, 리그닌은 4 내지 4.5의 pH 및 0.25 g/cm³ 내지 0.45 g/cm³ 의 밀도를 갖고, 수지 조성물은 1:1 내지 1:4의 리그닌:페놀 수지 중량비로 리그닌 및 페놀 수지를 포함하고, 수지 조성물은 적어도 하나의 1차 아민 작용기를 갖는 포름알데하이드 제거제를 더 함유하며, 여과 매체는 10 중량% 내지 30 중량%의 수지 조성물을 포함한다.

문장 17: 문장 1 내지 문장 10 중 어느 하나의 여과 매체로서, 리그닌은 4 내지 4.5의 pH 및 0.25 g/cm³ 내지 0.45 g/cm³ 의 밀도를 갖고, 수지 조성물은 1:1 내지 1:4의 리그닌:페놀 수지 중량비로 리그닌 및 페놀 수지를 포함하고, 수지 조성물은 적어도 하나의 2차 아민 작용기를 갖는 포름알데하이드 제거제를 더 함유하며, 여과 매체는 10 중량% 내지 30 중량%의 수지 조성물을 포함한다.

문장 18: 문장 1 내지 문장 10 중 어느 하나의 여과 매체로서, 리그닌은 4 내지 4.5의 pH 및 0.25 g/cm³ 내지 0.45 g/cm³ 의 밀도를 갖고, 수지 조성물은 1:1 내지 1:4의 리그닌:페놀 수지 중량비로 리그닌 및 페놀 수지를 포함하고, 수지 조성물은 폴리아민인 포름알데하이드 제거제를 더 함유하며, 여과 매체는 10 중량% 내지 30 중량%의 수지 조성물을 포함한다.

문장 19: 문장 1 내지 문장 18 중 어느 하나의 여과 매체로서, 섬유질 웹은 섬유의 총 중량을 기준으로 적어도 80 중량%, 바람직하게는 적어도 90 중량%, 보다 바람직하게는 적어도 95 중량%의 셀룰로스 섬유를 포함한다.

문장 20: 문장 1 내지 문장 18 중 어느 하나의 여과 매체로서, 섬유질 웹은 섬유의 총 중량을 기준으로 적어도 80 중량%, 바람직하게는 적어도 90 중량%, 보다 바람직하게는 적어도 95 중량%의 합성 섬유를 포함한다.

문장 21: 문장 1 내지 문장 18 중 어느 하나의 여과 매체로서, 섬유질 웹은 셀룰로스 섬유와 합성 섬유의 혼합물을 포함한다.

문장 22: 문장 21의 여과 매체 또는 방법으로서, 합성 섬유는 섬유의 총 중량의 10 중량% 내지 30 중량%의 양으로 섬유질 웹에 존재한다.

문장 23: 문장 19 또는 문장 21의 여과 매체로서, 셀룰로스 섬유는 연목(softwood) 섬유, 경목(hardwood) 섬유, 식물성(vegetable) 섬유 및 셀룰로스 섬유 중 하나 이상으로부터 선택된다.

문장 24: 문장 23의 여과 매체로서, 셀룰로스 섬유는 재생(regenerated) 셀룰로스 섬유이다.

문장 25: 문장 1 내지 문장 24 중 어느 하나의 여과 매체로서, 여과 매체는, 오일 여과 매체, 공기 여과 매체, 연료 여과 매체, 유압(hydraulic) 여과 매체, 산업용 여과 매체, 유전체 유체(dielectric fluid) 여과 매체, 및 물 여과 매체로 이루어진 군으로부터 선택된다.

문장 26: 문장 25에 따른 여과 매체의 용도로서, 공기 여과 매체는 헤비 패널 필터(heavy panel filter) 또는 듀티 공기 패널 필터(duty air panel filter)에 사용된다.

문장 27: 문장 1 내지 문장 14 중 어느 하나에 기재된 여과 매체의 제조 방법으로서, 섬유질 웹을 리그닌-함유 수지 조성물로 함침시키는 단계 및 함침된 섬유질 웹을 경화시키는 단계를 포함한다.

Claims

리그닌을 포함하는 수지 조성물로 함침된 섬유질 웹을 포함하는 여과 매체로서,
상기 섬유질 웹은, 상기 섬유질 웹의 중량을 기준으로 0.1 내지 30 중량%의 양으로 상기 리그닌을 포함하고,
상기 리그닌은, 1.2 g/cm³ 미만의 밀도 또는 20,000 g/mol 미만의 중량 평균 분자량을 갖는,
여과 매체.
제 1 항에 있어서,
상기 리그닌의 pH는, 7 미만, 바람직하게는 3 내지 5, 가장 바람직하게는 4 내지 4.5인,
여과 매체.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 수지 조성물은, 15 mPa.s 미만의 역학 점도(dynamic viscosity)를 갖는,
여과 매체.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 리그닌의 밀도는, 1 g/cm³ 미만, 바람직하게는 0.20 g/cm³ 내지 0.75 g/cm³, 보다 바람직하게는 0.25 g/cm³ 내지 0.45 g/cm³ 인,
여과 매체.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 수지 조성물은, 적어도 하나의 1차 또는 2차 아민 작용기를 갖거나 폴리아민인 포름알데하이드 제거제(formaldehyde scavenger)를 더 포함하는,
여과 매체.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 수지 조성물은 리그닌 및 페놀 수지를 포함하고,
바람직하게는 리그닌:페놀 수지 중량비는, 1:1 내지 1:9, 바람직하게는 1:1 내지 1:4, 보다 바람직하게는 1:2인,
여과 매체.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 수지 조성물을 10 중량% 내지 50 중량%로 포함하는,
여과 매체.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 하나의 항에 따른 여과 매체를 제조하는 방법으로서,
상기 섬유질 웹을 리그닌-함유 수지 조성물로 함침시키는 단계; 및
상기 함침된 섬유질 웹을 경화시키는 단계;
를 포함하는, 방법.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 하나의 항에 따른 여과 매체, 또는 제 8 항에 따른 방법으로서,
상기 섬유질 웹은, 섬유의 총 중량을 기준으로 적어도 95 중량%의 셀룰로스 섬유를 포함하는,
여과 매체 또는 방법.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 하나의 항에 따른 여과 매체, 또는 제 8 항에 따른 방법으로서,
상기 섬유질 웹은, 섬유의 총 중량을 기준으로 적어도 95 중량%의 합성 섬유를 포함하는,
여과 매체 또는 방법.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 하나의 항에 따른 여과 매체, 또는 제 8 항에 따른 방법으로서,
상기 섬유질 웹은, 셀룰로스 섬유와 합성 섬유의 혼합물을 포함하는,
여과 매체 또는 방법.
제 11 항에 따른 여과 매체 또는 방법으로서,
상기 합성 섬유는, 섬유의 총 중량의 최대 50 중량%, 바람직하게는 10 중량% 내지 30 중량%의 양으로 상기 섬유질 웹에 존재하는,
여과 매체 또는 방법.
제 1 항 내지 제 7 항 및 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 하나의 항에 따른 여과 매체, 또는 제 8 항 내지 제 12 항 중 어느 하나의 항에 따른 방법으로서,
상기 셀룰로스 섬유는, 연목(softwood) 섬유, 경목(hardwood) 섬유, 식물성 섬유 및 재생 셀룰로스 섬유 중 하나 이상으로부터 선택되는,
여과 매체 또는 방법.
제 1 항 내지 제 7 항 및 제 9 항 내지 제 13 항 중 어느 하나의 항에 따른 여과 매체, 또는 제 8 항 내지 제 13 항 중 어느 하나의 항에 따른 방법으로서,
상기 여과 매체는, 오일 여과 매체, 공기 여과 매체, 연료 여과 매체, 유압 여과 매체, 산업용 여과 매체, 유전체 유체 여과 매체, 및 물 여과 매체로 이루어진 군으로부터 선택되는,
여과 매체 또는 방법.
제 14 항에 따른 여과 매체의 용도로서,
상기 공기 여과 매체는, 헤비 패널 필터(heavy panel filter) 또는 듀티 공기 패널 필터(duty air panel filter)에 사용되는,
용도.