KR100323320B1 - 여과재및이의제조방법 - Google Patents

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고토 기치
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Abstract

본 발명에 따라 가열 멸균, 고온 필터링 등을 수행하는 경우에도, 인장강도가 여전히 높으며, 플리트 형태로 가공할 수 있고 또한 고정밀 필터링에도 적용 가능한 최대 기공 크기가 변화하지 않는 필터링 매체가 제공되며, 당해 필터링 매체는 저융점 미세섬유를 통해 상호 열융착되는, 저융점 미세섬유 20 내지 80중량％와 융점이 저융점 미세섬유보다 10℃ 이상 높은 고융점 미세섬유 80 내지 20중량％로 이루어진 부직포가 열융착성 네트 위에 열융착된 최대 기공 크기가 120㎛인 생성물이다.

Description

여과재 및 이의 제조방법
본 발명은 전자 제품 세척에 사용되는 액체용 여과기 또는 의약 제조용으로 사용되는 액체 또는 기체용 예비 여과기와 같은 정밀 여과에 사용되는 여과재(filtering medium)에 관한 것이다. 보다 특히, 본 발명은 열융착성 섬유로 제조된 네트에 열융착된 미세섬유의 교차부(intersection)가 존재하는 미세섬유로 이루어진 부직포를 열융착시켜 수득한, 가열로 인한 기공 직경의 변화가 없고 플리트(pleat) 형태에 대한 가공 적성이 탁월한 정밀 여과재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 몇년 동안 전자 공학, 생화학 등과 관련된 산업이 발전되어 왔고, 이들 재료를 제조하기 위한 정제된 기체 또는 액체를 사용하는 경우가 증가하고 있다. 따라서, 정밀 여과용 여과재로서 유리섬유 부직포, 미세섬유로 이루어진 합성섬유 부직포 등이 사용되어 왔다. 그러나, 유리섬유 부직포는 직물의 내알칼리성이 약한 문제점이 있어 넓은 여과 표면적을 수득하기 위해 이들을 플리트 형태로 가공하거나 다양한 모양으로 가공하는 경우, 이들은 소위 성형성 등이 열악하다. 한편, 합성섬유 부직포는 유리섬유 부직포에 비하여, 비중이 낮고 무게가 가벼운 장점이 있으며, 유리섬유 부직포보다 성형성이 양호하고 염가이며, 유리섬유의 경우에서와 같이 여과재 가공시 분산되지 않으므로 취급이 용이하다. 따라서, 합성섬유 부직포의 여과재가 신속하게 널리 사용되게 되었다.
합성섬유 부직포의 여과재에 있어서, 폴리에스테르 스펀 본드 부직포, 폴리프로필렌 용융취입(melt-blown) 부직포 등이 사용되지만 가열, 진동, 마모 등에 의해 부직포의 메시 개면(mesh-opening)이 확대되어 기공 크기가 확장되므로 기공 크기 안정성이 열악하다.
부직포 여과재의 성형성을 개선시킨 재료로서 네트형 시트 위에 부직포를 열융착시켜 제조한 여과재가 공지되어 있다. 일본국 특허공개공보 제89-194912호에는 엘렉트렛(electret) 내로 도입한 미세섬유 부직포를 네트형 재료 위에 열융착시켜 수득한 여과기가 기재되어 있으며, 일본국 공개 특허공보 제92-3468O5호에는 열융착 필라멘트와 금속 게이지 와이어(metal-gage wire)로 이루이진 네트 위에 미세섬유 부직포를 열융착시켜 수득한 여과재가 기술되어 있다.
네트형 시트 위에 부직포를 열융착시켜 수득한 상기 생성물 중 어느 경우든 용융취입 폴리프로필렌, 용융취입 폴리에스테르 등의 통상의 섬유가 사용되고 있다. 즉, 이는 섬유의 교차부가 열융착되지 않도록 미세섬유 웹을 열융착시켜 수득한 생성물, 섬유의 교차부가 형압 롤(emboss roll), 압연 롤 등에 의해 부분적으로 열융착되도록 미세섬유 웹을 열융착시켜 수득한 생성물, 웹 또는 열압착 부직포 위에 네트를 적층시킨 후 압연 롤 또는 건조기와 같은 가열 장치에 의해 네트 위에 부직포를 열융착시켜 수득한 생성물이다.
그러나, 미시적 관점에서 부직포의 열융착성이 관측되지 않을 경우, 상기한 부직포 여과재가 재질의 내통기성을 손상하지 않고서 섬유의 교차부를 통해 충분히 열융착되는 것이 어렵다. 예를 들어, 압형 롤의 경우, 열융착 부분 이외의 부분은 열융착되지 않는다. 압연 롤의 경우에는 부직포의 상하 표면이 대부분 열융착되지만 두개 방향으로 가운데 부분은 거의 열융착되지 않거나, 되더라도 많은 부분이 열융착되지 않기 때문에 약해지기 쉽다. 상기한 바와 같이 섬유의 열융착 상태가 상이한 부직포에 있어서, 부직포의 메시 개면이 직포를 플리트 조직 또는 원통 형태로 가공시의 가열로 인하여, 말단 표면 재질이 합성수지인 원통의 양 말단을 가열 밀봉하거나 가열 멸균을 위해 여과재를 가열함으로써, 또는 진동, 충격, 여과시의 하우징 진동(vibration of housing)으로 인하여 부직포의 메시 개면이 확대될 수 있다. 따라서, 부직포의 최대 기공 크기가 커지게 되는, 즉 기공 크기 안정성이 열화되는 단점이 있다. 특히, 기본 중량이 약 25g/㎡ 이상인 생성물은 부직포의 두께 방향으로 가운데 부분에 근접하여 섬유의 열융착성이 불충분해지기 쉽고, 기공 크기 안정성이 열화되며, 가열 후 최대 기공 크기가 종종 25% 이상 정도로 증가된다.
또한, 압연 롤 등의 방법에 따라 고온, 고압하에 열융착시켜 수득한 여과재는 다소 증진된 기공 크기 안정성을 나타내지만, 섬유가 전반적으로 용융되고 필름형태로 변형되므로 내통기성이 현저히 증가하는 문제점을 야기한다.
본 발명의 목적은 가열 또는 진동 등에 의해, 선행 기술에서 상승되었던, 이의 최대 기공 크기가 변하지 않으며, 매우 강력(tenacity)하고 또한 플리트 형태또는 기타 복잡한 형태로 용이하게 가공할 수 있는 여과재를 제공하는 것이다.
본 발명자들은 상기한 문제점을 해결하고자 집중적인 연구를 거듭한 결과 하기하는 본 발명의 양태 (1) 내지 (6)에 의해 발명의 목적을 달성할 수 있었다.
(1) 지융점 미세섬유를 융착시킴으로써 고융점 미세섬유와 저융점 미세섬유를 서로 열융착시킨, 저융점 미세섬유 20 내지 80중량%와 융점이 저융점 미세섬유보다 10℃ 이상 높은 고융점 미세섬유 80 내지 20중량％의 혼합물로 이루어진 부직포(i)가 열융착성 네트(ii) 위에 열융착되어 있고, 생성된 여과재의 최대 기공 크기가 l2O㎛ 이하인 여과재.
(2) (1)에서,
저융점 미세섬유가 섬유 직경이 10㎛ 이하이고 단일성분 섬유 또는 복합섬유의 성분으로 이루어지며;
고융점 미세섬유가 섬유 직경이 10㎛ 이하이고 단일성분 섬유 또는 복합섬유 성분으로 이루어지고;
열융착성 네트가, 섬도가 30 내지 4,OOO데니어인 용융착성 섬유로 이루어지고, 저융점 성분 및 고융점 성분으로 이루어진 복합섬유를 편직 또는 제직하여 수득되며;
열융착성 네트의 복합섬유의 저융점 성분 및 저융점 미세섬유의 성분이 동일한 종류이고;
열처리 후의 최대 기공 크기의 변화율이 20% 이하인 여과재.
(3) (1) 또는 (2) 중의 어느 하나에 있어서, 플리트 가공처리된 여과재.
(4) (1) 내지 (3) 중의 어느 하나에 있어서, 엘렉트렛으로 제조되고, 통기도가 0.1 내지 100cc/㎠초이며, 인장 강도가 2 내지 100㎏/5㎝인 여과재.
(5) 다량의 수지를 방사구금을 통해 방사시켜 저융점 미세섬유 20 내지 80중량％와 융점이 저융점 미세섬유보다 10℃ 이상 높은 고융점 미세섬유 80 내지 20중량%로 이루어진 웹을 수득한 다음,
웹을 열처리하여 저융점 미세섬유에 의해 서로 열융착된 섬유로 이루어진 부직포를 수득하고,
방사구금을 통해 수지를 방사시켜 섬유를 수득한 후, 섬유를 편직 또는 제직하여 열융착성 네트를 수득하며,
열융착성 네트 위에 부직포를 적층시키고 생성된 적층물을 열처리하여 최대 기공 크기가 l2O/㎛ 이하인 여과재를 수득함을 포함하는 여과재의 제조방법.
(6) (5)에 있어서, 부직포가 용융취입 공정에 따라 방사시켜 수득된 미세섬유를 열처리함으로써 수득되는 여과재의 제조방법.
본 발명의 여과재는 열융착시킨 미세섬유로 이루어진 부직포를 네트 위에 열융착시켜 수득한 생성물이며, 생성된 열융착시킨 여과재의 최대 기공 크기는 120㎛이하이고, 당해 부직포는 저융점 미세섬유 20내지 8O중량％ 및 고융점 미세섬유 80 내지 2O중량％로 이루어지며, 이들 미세섬유는 저융점 미세섬유를 열융착하여 서로 접착시키고, 저융점 미세 섬유와 고융점 미세 섬유와의 융점 차는 10℃ 이상이다.
본 발명의 여과재의 제조방법은 다음과 같은 단계를 포함한다. 다양한 방법으로 융점 차가 10℃ 이상인 2종 이상의 열가소성 수지를 방사구금을 통해 방사시키고 생성된 섬유를 혼합하여 웹을 형성시킨다. 웹을 저융점 미세섬유의 열융착 온도 이상까지 가열하여 이들 미세섬유를 이의 교차부에서 열융착시켜 부직포를 제조한다.
방사구금을 통해 수지를 방사시켜 섬유를 수득한 다음, 섬유를 편직 또는 제직하여 네트을 수득하고, 네트 위에 상기 부직포를 적층시키고, 적층물을 열처리 및 열융착시켜 최대 기공 크기가 l2O㎛ 이하인 여과재를 제조한다.
미세섬유의 방사 공정은, 이들 상이한 성분에 대하여 2개 이상의 방사구금을 사용하여 저융점 성분과 고융점 성분을 개별적으로 압출시키는 소위 단일성분 조합 방사공정 또는 하나의 방사구금에 2종류 이상의 복합성분을 도입하고 이들 성분을 방사구금 중의 각각 하나의 홀(hole)을 통해 복합섬유로서 압출시켜 복합섬유를 형성시킴으로써 수행한다.
또한, 당해 방사공정은, 제1 방사구금이 복합방사에 사용되고 제2 방사구금이 단일성분을 방사시키기 위한 2종류의 방사구금인 공정일 수 있고, 또는 제1 방사구금과 제2 방사구금 둘다 복합 방사를 위한 2종류의 방사구금인 공정일 수 있고, 또는 하나의 방사구금이 소위 단일성분/복합성분 혼합방사라는 복합 방사 부분 및 단일성분 방사부분을 포함하는 공정일 수 있다.
미세섬유를 방사하기 위한 공정은 용융취입공정, 스펀 본드공정, 섬광방사공정, 연신방사공정 등을 포함하고, 추가로 복합방사공정을 포함하며, 이들 각각의 방사공정을 혼용할 수 있다. 상기 공정 중에서, 용융취입공정에 따른 혼합방사공정은 섬유가 양호하게 블렌딩되기 때문에 특히 바람직하다. 또한, 방사구금의 성분도입 홈(groove)이 개개의 성분에 따라 변화될 수 있는 방사구금은, 개개의 성분의 비(저융점 성분과 고융점 성분)를 변화시킬 수 있으므로 바람직하다. 복합방사구금에 있어서, 병렬식(side-by-side) 형태, 시드 및 코어 형태(sheath and core type), 다분할 형태(multi-divisional type). 아일랜드 인 씨 형태(island-In-sea type) 등의 여러가지 방사구금을 사용할 수 있다. 또한, 별도의 방사구금을 통해 2종류의 미세섬유를 한번에 방사하는 공정으로 웹을 제조하고 생성된 웹을 적층시킨 후 니들 펀칭(needle punching), 워터-니들(water-needle) 등으로 혼합하여 본 발명에 사용되는 부직포를 수득한다.
본 발명에 있어서, 발명의 적용 용도가 정밀 여과용 여과재에 있으므로, 직경이 20㎛ 이하, 바람직하게는 0.1 내지 10㎛, 더욱 바람직하게는 0.2 내지 8㎛인 미세섬유를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 여과재료 사용되는 부직포는 주로 상기 미세섬유로 이루어지나, 섬유 직경이 2O㎛ 이상인 섬유가 본 발명의 목적을 손상시키지 않는 범위내에서 블렌딩할 수 있다.
본 발명에 사용되는 미세섬유는 저융점의 미세섬유와 고융점 미세섬유와의 혼합물이다. 이러한 혼합물은 저융점 미세섬유(단일 성분)와 고융점 미세섬유(단일 성분)와의 블렌딩된 섬유, 저융점 미세섬유(단일 성분)와 고융점 미세섬유(복합성분)와의 혼합섬유, 저융점 미세섬유(복합 성분)과 고융점 미세섬유(단일 성분)와의 혼합섬유 또는 저융점 미세섬유(복합 성분)과 고융점 미세섬유(복합 성분)과의 블렌딩 섬유이다. 본원에서 복합 성분 섬유의 융점은 저융점 성분이 열융착되기 때문에 저융점 성분에 대한 융점으로서 정의된다. 또한, 복합 섬유로서 융점 차가 나지않으나 분자량 및 결정도가 상이한 성분을 혼합한 섬유가 사용될 수 있다.
미세섬유 원료로서 사용할 수 있는 열가소성 수지로는 폴리프로필렌: 폴리에틸렌: 폴리-4-메틸펜텐: 다른 α-올레핀, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리아미드, 폴리카보네이트 등과의 폴리프로필렌의 이원중합체 또는 삼원공중합체를 들 수 있다. 저융점 미세섬유의 융점과 고융점 미세섬유의 융점과의 융점 차는 10℃ 이상, 바람직하게는 15 내지 150℃, 더욱 바람직하게는 20 내지 100℃ 이다. 결합방사공정등은 상기 바람직한 융점 차를 갖는 수지를 다양하게 배합함으로써 수행된다.
저융점 미세섬유(단일 성분)와 고융점 미세섬유(단일 성분)와의 혼합섬유에 대한 수지 배합물의 예로는 폴리에틸렌: 폴리프로필렌, 프로필렌-에틸렌-부텐-1 삼원공중합체:폴리프로필렌, 폴리프로필렌:폴리에틸렌 테레프탈레이트, 저융점 폴리에스테르:폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리아미드:폴리에틸렌 테레프탈레이트 등이 있다.
저융점 미세섬유(단일 성분)와 고융점 미세섬유(복합 성분)와의 혼합섬유의 경우에는, 선형 저밀도 폴리에틸렌이 저융점 미세섬유로서 예시되며, 폴리프로필렌(시드)/폴리아미드(코어)는 고융점 미세섬유(복합 성분)으로서 예시된다.
저융점 미세섬유(복합 성분)와 고융점 미세섬유(단일 성분)와의 혼합섬유의 경우에는, 선형 저밀도 폴리에틸렌/폴리프로필렌(병렬식)이 저융점 미세섬유로서 예시되며, 폴리에틸렌 테레프탈레이트가 고융점 미세섬유(단일 성분)로서 예시된다.
저융점 미세섬유(복합 성분)와 고융점 미세섬유(복합 성분)와의 혼합섬유의 경우에는, 선형 저밀도 폴리에틸렌/폴리프로필렌이(병렬식) 저융점 미세섬유(복합성분)로서 예시되며, 폴리프로필렌/폴리에틸렌 테레프탈레이트가(병렬식) 고융점 미세섬유(복합 성분)로서 예시되며, 고밀도 폴리에틸렌(시드)/폴리에틸렌 테레프탈레이트(코어)가 저융점 미세섬유(복합 성분)로서 예시되며, 폴리프로필렌(시드)/폴리에틸렌 테레프탈레이트(코어)가 고융점 미세섬유(복합 성분)로서 예시된다.
융점이 상이한 2종류의 미세섬유를 용융취입 공정 등에 따라 방사시키고, 생성된 2종류의 웹을 저융점 미세섬유의 융점 이상으로 가열하여 열융착 섬유의 교차부를 갖는 부직포가 수득된다.
본 발명에 있어서, 저융점 미세섬유의 함량이 20중량％ 미만인 경우에는, 웹에 대해 후술하는 열처리가 행해지더라도 열융착점에 도달하는 섬유가 극히 소수이기 때문에 기공 크기 안정성이 양호한 제품을 수득할 수 없고, 게다가 솜털같은 불충분한 강성 등의 문제점이 있다. 한편, 저융점 미세섬유의 함량이 80중량%를 초과하는 경우에는, 후술하는 열처리가 행해지더라도 저융점 미세섬유가 완전히 용융되어 섬유 형상을 잃고, 섬유가 필름으로 전환되며, 비드로 수축되고, 내통기성이 증가되어 여과 정밀도가 불량한 제품이 수득되는 문제가 발생한다.
열처리는 건열 순환식 건조기, 공기 순환식 건조기, 압연 롤, 압형 롤 등과 같은 가열 장치를 이용하여 수행된다. 이와 같은 가열 장치 중에서, 압력이 부직포에 크게 가해지지 않는 상태에서 열융착시킬 수 있는 공기 순환식 압연 캘린더와 같은 장치를 이용하여 열처리가 수행되는 경우에는, 생성된 부직포는 높은 통기성을 갖는다. 또한, 고온 압착식 장치를 사용하여 열융착시킬 경우에는, 최대 기공 크기가 작은 부직포가 수득된다.
앞서 언급한 처리는 네트 위의 부직포를 열융착하는데 적용할 수 있다.
본 발명의 여과재에 사용되는 부직포는 열처리에 의해 용용되고 섬유의 교차부를 열융착시킨 열융착성 저융점 미세섬유를 포함한다. 따라서, 저융점 섬유의 연화 온도보다 높고, 고융점 섬유의 융점보다 낮은 온도에서 열처리를 수행하는 경우, 고융점 섬유는 용융되지 않고 섬유 형상을 유지하며, 섬유의 교차부는 저융점 섬유에 의해 열융착되어 안정한 부직포를 형성한다. 따라서, 여과재의 메시 개면은 연속단계에서, 멸균처리, 고온 여과, 진동 등에 의해서 확대되지 않을 것이다. 또한, 섬유가 완전히 용융되기 때문에, 일종의 필름 형성이 발생하지 않으며, 있다 하더라도, 미소하게 발생된다. 따라서, 통기성이 우수하고 기공 크기가 작은 제품이 수득된다.
반면에, 통상적인 용융취입 공정에 따라 수득한 단일 성분의 미세섬유 100％로 이루어진 부직포의 경우에는, 열융착되지 않은 섬유가 섬유두께 방향으로 가운데 부분에서 다량 발견되고, 중심부와 근접하여 열융착부의 결합이 너무 약해서 후술하는, 네트 위에 부직포를 열융착하여 수득한 섬유인 경우, 가열 멸균처리하거나, 고온 여과하거나 또는 진동을 행하는 경우, 섬유의 메시 개면은 확대될 것이다. 또한, 압연 롤 등에 의해 고온에서 이와 같은 부직포를 가열하여 수득한 물질의 경우에는, 섬유가 완전히 용융되어 섬유 형상을 상실하게 되고 필름 형태로 된다. 공기 순환식 가열기에 의해 고온에서 이와 같은 부직포를 가열함으로써 수득한물질의 경우에는, 섬유가 용융 및 수축되어 비드 형태로 응집된다. 이와 같은 물질의 통기도는 낮고 최대 기공 크기는 크다.
여과재에 사용되는 부직포에 있어서, 기본 중량이 약 3 내지 1000g/㎡, 바람직하게는 4 내지 7OOg/㎡인 것을 사용할 수 있다. 또한, 부직포에 있어서, 기본 중량과 가열온도, 압연 롤의 선압력, 처리시간 등과 같은 공정 조건을 변화시킴으로써 부직포의 기공 크기(직경)를 변화시킬 수 있다. 재료가 보다 작은 섬유 섬도 보다 큰 기본 중량 및 보다 높은 압연 롤의 선압력의 조건하에 제조되는 경우, 생성된 부직포는 기공 크기가 보다 작다.
본 발명의 여과재는 네트 위에 상기 부직포를 열융착시킨 제품이며, 네트는 열가소성 수지를 함유하는 섬유를 제직 또는 편직하여 수득한 물질이다.
네트에 사용되는 섬유는 열가소성 섬유를 30중량% 이상 함유하는 것으로서 충분하고 열처리에 의해 열융착되는 것이다. 이와 같은 섬유의 예로는 멀티필라멘트, 모노필라멘트, 방적사 등이 있다. 이들 섬유는 단일성분 섬유, 복합섬유, 혼합섬유 또는 열가소성 섬유와 면과의 혼합물일 수 있다. 특히, 융점 차가 10℃ 이상인 2종류 이상의 열가소성 수지를 복합방사공정으로 처리하여 수득한 복합섬유가 바람직하다.
네트 제품에 있어서, 열융착 복합 모노필라멘트를 네트 형태로 제직 또는 편직하여 수득한 제품, 네트를 열융착 온도 이상으로 가열하고 섬유의 교차부를 열융착함으로써 수득한 제품 등이 사용된다. 열융착성 네트에 사용되는 복합성분의 융점 차는 10℃ 이상, 바람직하게는 15 내지 150℃, 더욱 바람직하게는 20 내지 100℃이다. 또한, 네트로서 총 섬도가 약 30 내지 4,OOO데니어인 네트용 섬유를 약 0.5 내지 25end/25mm의 제직밀도로 제직하여 수득한 제품이 바람직하다.
네트용 섬유의 복합형태의 수지에 있어서, 네트용 섬유에 사용할 수 있는 수지, 수지 등의 배합물, 상기 부직포에 열융착될 수 있는 수지의 적절한 배합물이 선택될 수 있다. 특히, 미세섬유의 저융점 수지의 융점과 네트에 함유된 저융점 수지의 융점과의 온도차가 15℃ 이하인 경우, 개개의 저융점 수지가 열처리에 의해 섬유의 교차부에서 서로 압입되기 때문에, 부직포가 네트 위에 강하게 열융착되고 수지가 그 경계면에서 박리되기 어렵다는 점에서 바람직한 구조를 형성한다. 특히, 제품을 저융점 미세섬유의 수지와 네트의 저융점 수지는 폴리올레핀/폴리올레핀 폴리에스테르/폴리에스테르 등과 동일한 종류에 속하는 것이 바람직하다.
상기한 부직포를 부직포/네트, 네트/부직포/네트 등의 순서로 적층시키거나, 생성된 층들을 추가의 2단계로 적층시키며, 이와 같은 층들을 열융착시켜 여과재를 제조한다. 이 공정은 또한 가열 후 롤 처리하거나 가열-롤을 사용하여 열융착시켜 수행할 수도 있다. 물론, 섬도가 비교적 큰, 스펀 본드 부직포, 스테이플 섬유의 열융착싱 부직포를 상기 층 위에 적층시킬 수 있다.
여과재를 하우징 또는 지지체 상에 있는 상태로 고정시킬 수 있으나, 플리트 형성기, 성형기 등을 사용하여 플리트 형태, 극심한 웨이브 형태, U-형태, 돌출 형태, 함몰 형태 등과 같은 임의의 형태로 성형시킨 다음 사용될 하우징 위에 고정시킬 수 있다. 또한, 각종 형태로 성형시킨 후 여과재를 원통 형태, 엡(ebb) 형태 등으로 제조할 수 있다. 재질을 원통 형태로 제조하는 경우에 있어서, 이의 종단부는열융착법, 접착제 등을 이용하여 접착할 수 있다.
하우징으로서, 여과에 사용하는 용도에 따라 각종 형태를 지닌 재료를 사용할 수 있다. 이의 예에는 측면에 다수의 기포를 지닌 원통형 코어 재료, 다공성의 원통형 외부 프레임 재료, 말단-밀봉 부재를 갖는 원통형 하우징, 사각 프레임 형태의 하우징, 금속 네트 등으로 이루어진 사각 하우징, 여과재가 다중 형태로 쌓인 박스형 하우징, 또는 여과하기 위한 장소에 고정시킬 수 있는 임의의 형태의 하우징이 있다.
또한, 여과재는 엘렉트릿으로 제조된 제품일 수 있다. 이러한 예에는 섬유를 방사 및 수집 접속시킬 때 방사구금과 섬유의 집속면 사이의 엘렉트릿을 제조하는 방법, 방사 후에 웹 등을 회수하는 동안 엘렉트릿을 제조하는 방법 및 이외에, 엘렉트릿, 부직포, 열융착성 네트 위에 열융착된 부직포를 포함하는 제품, 플리트 형태의 여과재, 하우징에 고정된 여과재 등을 제조하는 방법이 있다. 엘렉트릿을 제조하기 위한 처리 방법은 약 1 내지 3OkV의 직류 코로나 방전에 의해 수행한다. 또한 처리된 부직포 등은 표면 전하 밀도가 약 10 내지 45쿨롱/㎠인 것이 바람직하다.
본 발명의 여과재에 있어서, 섬유 직경이 10㎛ 이하인 미세섬유 밀도 구배를 지닐 수 있다. 또한, 본 발명의 여과재는 섬유 원료, 섬유 직경 등이 상이한 기타 부직포 또는 시트 등을 추가로 적층시켜 수득한 제품일 수 있다. 상기한 기타 부직포의 예에는 복합용융취입공정에 따라 제조된, 섬유 직경이 약 50㎛ 이하인 부직포, 섬유 직경이 100㎛ 이하인 열융착 복합섬유 부직포, 열융착 네트 위에 부직포를 적층시킨 시트 등이 있다.
실시예
본 발명은 하기 실시예 및 비교 실시예에 의해 보다 상세히 기술될 것이다. 또한, 이들 실시예에 있어서, 여과재의 물성치, 여과도 등은 하기 방법에 따라 평가한다.
부직포 등의 섬유 직경:
웹, 부직포 또는 여과재로부터 10개의 작은 조각을 절단한 다음, 주사 전자현미경에 의해 100 내지 5,000배의 배율로 사진을 찍고, 100개 말단의 섬유 직경을 측정하여 부직포 등의 평균 섬유직경(㎛)을 계산한다.
인장강도,
5cm 폭의 파단강도(kg/5mm)를 인장강도 시험기에 의해 측정한다.
통기도:
통기도는 파단성 형태의 통기성 시험기를 사용하여 JIS-L1006A에 정의된 방법에 따라 측정한다(단위: cc/㎠ · 초).
최대 기공 크기:
최대 기공 크기(㎛)는 발포점 측정기(bubble point tester)를 사용하여 ASTM-F-316-86에 정의된 방법에 따라 측정한다.
가열 후의 최대 기공 크기 변화율(%).
가열 전의 최대 기공 크기(A)와 80℃ 에서 10분 동안 가열한 후의 최대 기공 크기(F)는 상기한 바와 동일한 발포점 측정기를 사용하여 상기한 방법에 따라 측정한 후 하기 계산식에 따라 백분율로 산출한다:
가열 후의 최대 기공 크기의 변화율(%) = 100(F-A)/A
여과 정밀도:
펌프, 여과재용 하우징 및 여과 장치가 장착된 물 500ℓ를 함유하는 물 용기로 이루어진 순환형 여과 시험기를 사용한다. 하나의 여과재를 여과 장치의 하우징에 고정시킨 다음, 케이크(카보랜덤 # 4,000) 5g을 물 용기에 가하면서, 물을 30ℓ/분의 양으로 순환시키고, 멤브레인 여과기에 의해 케이크를 가하고 1분 후에 수집한 여과수(1OOcc)를 여과하고, 입자 크기 분포 측정용 기계에 의해 멤브레인 여과기에 수집된 입자 크기를 측정하여, 최대 기공 크기(최대 유출 직경. 단위: ㎛), 여과재의 여과 정밀도를 밝혀낸다.
압력 손실도:
상기 순환 형태의 여과 정밀도 시험에 있어서, 케이크를 가하지 않고 물만을 3Oℓ/분의 유속으로 순환시킨다. 압력 손실도(㎏/㎠)는 순환이 시작되고 1분 후에 측정한다.
실시예 1 내지 3 및 비교 실시예 1 내지 3
주로 2개의 압출기 및 노즐 직경이 0.3mm이고 노즐 개수가 501개인 용융취입 방사구금으로 이루어진 혼합섬유 형태의 용융취입 장치에 의해 혼합섬유를 방사한다. 방사구금은, 2개의 압출기로부터 압출된 2종류의 용융 수지가 각각의 홀에서 혼합될 수는 없으나, 각각의 홀로부터 압출될 수 있고, 압출된 2종류의 용융 수지가 다양한 홀의 개수 비율에 따라 가변적일 수 있는 개개의 홀을 갖도록 제작한다.
제1 성분으로서 용융 유속이 120(MFR, g/1O분, 190℃)이고 융점이 121℃인 선형 저밀도 폴리에틸렌 및 제2 성분으로서 용융 유속이 120(MFR. g/1O분. 230℃)이고 융점이 164℃인 폴리프로필렌을 용융 압출시키고 용융취입 방사시킨다. 방사 조건으로서, 제1 성분의 방사 온도는 260℃로 유지하고 제2 성분의 방사 온도는 280℃로 유지하며, 2종류의 성분들을 압출시키는 홀의 개수 비율을 변화시키면서 상기 성분들을 압출시킨다. 공기를 1.2㎏/㎠-G의 압력하에 360℃에서 도입하면서, 방사 노즐로부터 압출된 섬유를 분출된 공기 흡입 장치가 장착된 콘베이어 네트에 취입시킨다. 생성된 미세섬유의 섬유 직경은 약 3㎛이다. 생성된 웹은 공기 순환식 가열기를 사용하여 l35℃에서 15초 동안 가열한다. 열융착된 섬유의 교차부가 있고, 기본 중량이 약 1OOg/㎡인 부직포를 수득한다.
MFR이 18(g/1O분, 190℃)이고, 융점이 124℃인 선형 저밀도 폴리에틸렌으로 이루어진 시드 성분과 MFR이 8(g/1O분, 230℃)이고, 융점이 164℃인 폴리프로필렌으로 이루어진 코어 성분으로 이루어지고, 복합비가 5O/5O(중량비)이고 섬도가 250d/f인 열융착 복합 모노필라멘트를 제직 밀도가 17경 ×17위/25mm인 평직으로 직조한 다음, 생성된 네트를 l35℃에서 텐터형 가열기(tenter type heater)로 가열하여 섬유의 교차점에서 열융착된 네트를 수득한다.
생성된 재료를 적층시켜 네트/부직포/네트의 순서로 3개의 층으로 만든 다음, 140℃에서 15초 동안 공기 순환식 가열기에 의해 가열한 직후 30℃에서 압연 롤로 처리하여 네트 위에 열융착된 부직포를 갖는 여과재를 수득한다.
여과재를 플리트 가공기에 의해 플리트 형태로 제조하여 플리트 높이가 2Omm이고 플리트 형태가 W 형태인 여과재를 수득한다.
플리트 형성 여과재를 측면에 다수의 홀이 있고 외경이 3Omm이며 높이가 25Omm인 중공 금속 코어에 권취하여 내경이 3Omm이고 외경이 7Omm인 여과재를 수득하고 재질의 양 말단을 열융착시키고 양 말단에서 직경이 30mm인 개면 부분을 갖는 금속 말단 표면 밀봉 부재를 결합제로 추가로 접착시켜 원통형의 여과재를 수득한다. 당해 여과재는 외경이 70mm인 생성물에 비해 표면적이 9.1배 증가된 것이고 플리트 형태가 아니다. 하기의 표 1은 가열 전후의 여과도, 중공 및 원통 형태로 가공된 여과재의 물리적 특성을 나타낸다.
표 1에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 여과재(실시예 1 내지 3)는 가열 후의 최대 기공 크기의 변화율이 10% 이하이므로 열에 대한 기공 크기 안정성이 양호하고 플리트 성형 가공후의 생성물은 여전히 약 4 내지 5㎛의 양호한 여과 정밀도를 나타낸다.
반면, 저융점 미세섬유의 함량이 20% 이하인 경우(비교 실시예 1 및 2)에는 가열로 인한 메시 개면이 확대되며 최대 기공 크기가 증가하고 여과 정밀도 또한 열화된다. 또한, 저융점 미세섬유의 함량이 100%인 생성물(비교 실시예 3)은 양호한 여과 정밀도를 나타내지만 투과도 및 압력 손실도는 열악하다.
실시예 4
혼합섬유 형태의 용융취입공정에 따라 수득된 미세 웹을 실시예 2에서와 같이 공기 순환식 가열기로 140℃에서 처리하여 열융착된 섬유의 교차부가 존재하고 기본 중량이 98g/㎡인 부직포를 수득한다.
한편. 시트 성분으로 융점이 133℃인 고밀도 폴리에틸렌 및 코어 성분으로 폴리프로필렌으로 이루어지고, 섬도가 6d/f인 단일 섬유 및 60 필라멘트를 함유하는 멀티필라멘트로 이루어진 시드 및 코어 형태의 필라멘트를 사용하여 3경 × 3위/25mm의 평직을 제조한 후, 텐터형 가열기로 135℃에서 직물을 가열하여 열융착된 섬유의 교차부가 존재하는 네트를 수득한다.
상기한 부직포 및 네트를 네트/부직포/네트의 3개 층의 형태로 적층시킨 다음, 압연 롤에 의해 120℃에서 적층물을 처리하여 네트 위에 열융착시킨 네트를 함유하는 여과재를 수득한다.
실시예 1과 동일한 방법으로 당해 여과재를 플리트 형태로 가공한 후, 생성재료를 원통형 여과재료 가공한다. 당해 여과재의 표면적은 외경이 70mm이고 비플리트 형태인 생성물과 비교하여 약 9.1배가 증가된다. 표 l에 나타낸 바와 같이, 여과재는 가열 후에 최대 기공 크기가 전혀 변하지 않으므로 기공 크기 안정성이 양호하고 플리트 형태로 가공한 후의 제품은 필터링 정밀도가 1.1㎛로 양호하다.
실시예 5
실시예 2에서 수득한 네트 위에 열융착시킨 부직포를 포함하는 여과재를 접지시킨 전극에 직접 연결시킨 다음, 재질을 상기한 전극에 위치하는 방전 전극으로부터 이에 인가된 l4kV/㎝의 직류가 흐르는 고전기장에서 처리하여 엘렉트릿으로 제조된 여과재를 수득한다. 여과재로부터 절단한 3O㎝ × 30㎝ 크기의 분획을 방문객이 많은 사무실의 테이블에 놓고, 여과재가 부유하는 먼지를 자연스럽게 흡수하도록 한다. 60일 후, 여과재 표면의 오염 상태를 JIS-LO805(평가 등급 1: 높은 오염도, 평가 등급 5: 낮은 오염도)에 명시된 오염에 대한 회색 색표(grey scale)로 펑가한다. 그 결과, 오염도는 평가 등급 2.5에 속한다. 한편, 실시예 2에서 수득된, 엘렉트릿으로 제조되지 않은 여과재의 오염 상태를 동시에 관찰한다. 그 결과, 이외 오염도는 평가 등급 4.5에 속한다.
실시예 6
MFR이 43(g/1O분, 190℃)이고 융점이 133℃인 제1 성분으로서의 고밀도 폴리에틸렌과 고유점도가 0:60이고 융점이 253℃인 제2 성분으로서의 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 기공 크기가 0.3mm이고 홀의 개수가 501개인 병렬식 용융-취입 방사구금을 통해 복합용융취입방사하여 저융점의 복합 미세섬유를 수득한다. 이들 성분들을 방사 조건[복합비: 40(제1 성분)/6O(제2 성분)(중량비); 고밀도 폴리에틸렌의 방사 온도:260℃ 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 방사온도:280℃]하에서 압출시킨다. 공기를 1.5kg/㎠의 압력 및 390℃의 온도에서 도입하면서 방사 노즐로부터 압출된 섬유를 분출 공기 흡입 장치가 장착된 콘베이어 네트 위로 취입시킨다. 생성된 저융점의 복합 미세섬유 웹의 기본 중량은 4Og/㎡이고 섬유 직경은 4.0㎛이다.
이러한 웹 및, 상기한 비교 실시예 1에서 수득된, 100％ 폴리프로필렌으로 이루어지고 기본 중량이 101g/㎡이며 섬유 직경이 3.3㎛인 고융점 미세섬유로 이루어진 웹을 적층시킨 다음 7O㎏/㎠-G의 압력 조건하에서 워터-니들 처리한다. 생성된 부직포를 80℃에서 건조시킨 다음, 공기 순환식 가열기에 의해 l45℃에서 20초 동안 열처리한 직후, 압연 롤을 사용하여 30℃에서 처리하여 열융착된 섬유의 교차부를 갖는 부직포를 수득한다.
이러한 부직포 및 실시예 1에서 사용된 네트를 네트/부직포/네트의 순서로 적층시킨 다음, 생성된 적층물을 압연 롤을 사용하여 120℃에서 처리하여 네트 위에 열융착된 부직포를 갖는 여과재를 수득한다.
이러한 여과재를 실시예 1에서와 동일한 방법에 의해 플리트 형태로 가공한 다음, 생성된 재료를 원통형 여과재료 가공한다. 이러한 여과재의 표면적은 제품의 외부직경이 7Omm인데 비해 약 9.1배까지 증가하나 플리트 형태는 아니다.
이러한 여과재의 가열전 인장강도는 46.3㎏/5㎝이고, 최대 기공 크기는 26㎛이다. 80℃에서 10분 동안 가열한 후의 재질의 최대 기공 크기는 27㎛이고, 최대 기공 크기의 변화율(%)은 3.9%이며 통기도는 18.8cc/㎠이다. 또한, 플리트 형태로 가공된 후의 제품의 플리트 정밀도는 3㎛이고 압력 손실도는 0.O4㎏/㎡이다.
실시예 7
2개의 압출기와, 저융점의 단일 성분용 홀(l67개), 저융점 성분과 고융점 성분의 복합 성분 홀(167개)(병렬식) 및 고융점 성분용 홀(l67개)로 이루어진 단일 성분 홀과 복합 성분 홀(노즐 직경 0.3mm)을 함유하는 용융취입용 방사구금을 사용하여, 용융취입 방사법에 따라 혼합섬유를 방사시킨다. 실시예 1에서 사용된 것과 동일한 선형 저밀도 폴리에틸렌을 저융점 성분으로서 사용하고, 실시예 1에서 사용된 것과 동일한 폴리프로필렌을 고융점 성분으로서 사용한다. 방사 조건에 있어서, 저융점 성분의 방사 온도는 245℃이고 고융점 성분의 방사 온도는 260℃이며, 이들 성분은 저융점 성분과 고융점 성분의 1:1 복합비(중량%)로 압출시킨다. 저융점(단일 성분) 미세섬유, 저융점(복합 성분) 미세섬유 및 고융점(단일 성분) 미세섬유를1:1:1(중량%)의 바로 압출시킨다. 공기를 1.2㎏/㎠G의 압력 및 330℃의 온도하에 도입하면서, 방사 홀로부터 압출시킨 생성된 섬유를 실시예 1에서 사용된 바와 같은 콘베이어 네트 위에서 취입시킨다. 생성된 미세섬유의 섬유 직경은 약 4㎛이다. 저융점(단일 성분) 미세섬유의 직경은 3.6㎛이고, 저융점(복합성분) 미세섬유의 직경은 4.5㎛이며, 고융점(단일 성분) 미세섬유의 직경은 3.7㎛이다.
생성된 웹을 실시예 l에서와 같은 가열기를 사용하여 145℃ 에서 3O초 동안 가열하여 열융착된 섬유의 교차부를 갖고 기본 중량이 약 100g/㎡인 부직포를 수득한다.
이러한 부직포와 실시예 1에서와 같은 네트를 네트/부직포/네트의 순서로 세개의 층으로 적층시킨 다음, 공기 순환식 가열기를 사용하여 적층물을 135℃에서 15초 동안 가열한 직후, 30℃에서 압연 롤을 사용하여 처리하여 네트 위에 열융착된 부직포를 갖는 여과재를 수득한다.
여과재를 실시예 1에서와 같은 방법에 의해 플리트 형태로 가공한 다음, 금속과 표면 밀봉 부재를 접착시켜, 원통형 여과재를 수득한다. 당해 재질의 표면적은 제품의 외경이 7Omm인데 이해 약 9.1배까지 증가하나 플리트 형태는 아니다.
이러한 여과재의 가열 전 인장 강도는 31.8㎏/5cm이고, 최대 기공 크기는 40㎛이다. 또한, 80℃에서 10분 동안 가열한 후의 재질의 최대 기공 크기는 41㎛이고, 기공 크기 변화율은 2.5%이며, 통기도는 30cc/㎠이다. 또한, 플리트 형태로 가공한 후의 제품의 여과 정밀도는 5.2㎛이고 압력 손실도는 0.O4㎏/㎠이다.
여과재는 섬유 직경이 비교 실시예 1 및 2의 섬유 직경보다 크지만, 여과 정밀도가 양호하고 가열 후의 최대 기공 크기 변화율(％)이 10% 이하로서 양호하다.
본 발명의 여과재는 섬도가 보다 큰, 열융착성 네트 위에 열융착된 미세섬유의 교차부가 존재하는 부직포를 열융착시켜 수득한 제품이다. 따라서, 당해 여과재는 우수한 인장강도, 낮은 압력 손실도 5㎛ 이하의 미세입자에 대한 우수한 점유력, 우수한 여과 정밀도, 높은 통기도, 가열에 대한 양호한 기공 크기 안정성 및 가열로 인한 메시 개면의 확대가 없다는 등의 탁월한 특성을 갖고 있다. 또한, 당해 여과재는 가열시에 기공 크기 안정성이 양호하므로 가열 멸균, 고온 여과 등을 필요로 하는 경우에 안정한 상태에서 고정밀도 여과를 수행할 수 있다.
또한, 플리트 형태 또는 투영 및 침하 형태 등으로 여과재를 제조할 수 있다. 플리트 형태로 가공함에 따라 여과재는 넓은 여과 면적을 가지므로 상기 효과외에 장시간 여과 수명의 효과를 갖는다.
또한, 용융취입공정에 따른 웹을 사용하는 생성물의 경우, 부직포의 웹에 있어서 섬유에 정전기 방지제와 같은 후처리제를 첨가하지 않기 때문에, 식품 분야에서 정밀 여과용 여과재로서 본 발명의 여과재를 사용할 수 있다.

Claims (6)

  1. 저융점 미세섬유를 융착시킴으로써 고융점 미세섬유와 저융점 미세섬유를 서로 열융착시킨, 저융점 미세섬유 20 내지 80중량%와 융점이 저융점 미세섬유보다 10℃ 이상 높은 고융점 미세섬유 80 내지 20중량%의 혼합물로 이루어진 부직포(i)가 열융착성 네트(ii) 위에 열융착되어 있고 최대 기공 크기가 l2O㎛ 이하인 여과재(filtering medium).
  2. 제1항에 있어서,
    저융점 미세섬유가 섬유 직경이 10㎛ 이하이고 단일성분섬유 또는 복합섬유의 성분으로 이루어지며,
    고융점 미세섬유가 섬유 직경이 10㎛ 이하이고 단일성분 섬유 또는 복합섬유 성분으로 이루어지고;
    열융착성 네트가, 섬도가 30 내지 4,000데니어인 열융착성 섬유로 이루어지고, 저융점 성분과 고융점 성분으로 이루어진 복합섬유를 편직 또는 제직하여 수득되며;
    열융착성 네트의 복합섬유의 저융점 성분과 저융점 미세섬유의 성분이 동일한 종류이고,
    열처리 후의 최대 기공 크기의 변화율이 20% 이하인 여과재.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 플리트(Pleat) 가공처리된 여과재.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 엘렉트릿(electret)으로 제조되고, 통기도가 0.1 내지 1OOcc/㎠ ·sec이며, 인장강도가 2 내지 100㎏/5㎝인 여과재.
  5. 다량의 수지를 방사구금을 통해 방사시켜 저융점 미세섬유 2O 내지 80중량%와 융점이 저융점 미세섬유보다 10℃ 이상 높은 고융점 미세섬유 80 내지 20중량%로 이루어진 웹을 수득한 다음,
    웹을 열처리하여 저융점 미세섬유에 의해 서로 열융착된 섬유로 이루어진 부직포를 수득하고,
    방사구금을 통해 수지를 방사시켜 섬유를 수득한 후, 섬유를 편직 또는 제직하여 열융착성 네트를 수득하며,
    열융착성 네트 위에 부직포를 적층시키고 생성된 적충물을 열처리하여 최대 기공 크기가 l2O㎛ 이하인 여과재를 수득함을 포함하는 여과재의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 부직포가 용융취입공정에 따라 방사시켜 수득한 미세섬유를 열처리함으로써 수득되는 여과재의 제조방법.
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