KR100468551B1 - 고밀도부직필터매체 - Google Patents

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피터 윈드햄 쥬니어 쉽
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킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
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Abstract

본 발명은 서로 다른 융점을 갖는 폴리올레핀 및 다른 열가소성 폴리머를 함유하는 자생적 결합의 비권축 접합 섬유를 갖는 시트 필터 매체를 제공한다. 이 필터 매체는 약 0.07g/cm3 및 약 0.2g/cm3 사이의 밀도를 갖는다. 본 발명은 또한 약 0.07g/cm3 및 약 0.5g/cm3의 사이값의 밀도를 갖는 3차원적으로 열형성된 필터 매체를 제공한다.

Description

고밀도 부직 필터 매체 {High Density Nonwoven Filter Media}
본 발명은 접합 섬유(conjugate fibers)로부터 생산되는 부직 웹(nonwoven web)에 관한 것이다. 더 상세하게는, 접합 섬유 부직 웹의 필터 매체(filter medium)에 관한 것이다.
멜트블로운 또는 용액 분무된 미세섬유 웹 및 통상의 스펀본드 부직 웹을 함유하는 복합물 등의 다공성 부직 시트 매체는 다양한 여과 용도, 예를 들면 냉각제 여과, 절삭액 여과, 수영장 푸울 여과, 전동액 여과, 실내 공기 여과 및 자동차 공기 여과에 사용되어 왔다. 액체 여과 적용에 있어서, 특히 예를 들어, 냉각제 및 절삭액 여과와 같은 대량 여과 적용에 있어서, 오염된 액체는 전형적으로 수평으로 설치된 필터 매체 상에 가해지는 압력이 된다. 결국, 여과 매체는 액체 중량 및 가해지는 구동 압력을 견딜만큼 충분히 강할 필요가 있다. 따라서, 액체 필터 매체는 필터 효율, 용량 및 내구성의 적합한 수준 외에 높은 강도 특성을 필요로 한다.
일반적으로, 미세섬유층은 자기 지지가 될 정도로 충분한 물리적 강도를 가지고 있지 않기 때문에, 복합 섬유 매체는 고도의 다공성 지지층 상에 또는 고도의 다공성 지지층 2개 사이에 미세섬유 웹 층을 적층함으로써 형성된다. 결국, 복합 필터 매체의 생산 방법에는 다른 층 물질들이 필요할 뿐만 아니라, 정교한 층-형성 및 적층 단계가 필요하여, 필터 매체의 비용이 많이 들게 된다. 복합 필터 매체 형성의 복잡성을 피하기 위하여 미세섬유층의 두께를 증가시킴으로써 자기 지지 단층 미세섬유 필터 매체를 생산할 수 있을지라도, 이 미세섬유 매체는 두꺼운 미세섬유 매체를 통한 압력 강하가 매우 높아서 필터 적용, 특히 고배출 여과 적용에 적합하지 않게 된다. 기존의 미세섬유 매체 및 미세섬유 웹을 함유하는 적층 필터 매체의 또 다른 단점은 약한 물리적 성질을 나타내는 경향이 있다는 것이다. 결국, 이들 필터 매체는 다량의 액체 여과 용도로 특히 유용하지 않다.
해당 산업분야에 널리 사용되는 다른 시트 필터 매체는 열기계적 또는 화학적으로 가공된 펄프 섬유의 셀룰로오스 섬유 웹이다. 셀룰로오스 섬유 매체는 예를 들면, 자동차 오일 및 연료 필터 및 진공 청소기 필터에 흔히 사용된다. 그러나, 셀룰로오스 섬유 필터 매체는 제한된 필터 효율을 가지는 경향이 있으며, 고압, 다량 액체 여과 적용에 필요한 고강도 특성을 제공하지 못한다.
액체 여과 적용에 사용되어 온 또 다른 군의 필터 매체는 칼렌더드(calendered) 스펀본드 부직 웹, 특히 폴리에스테르 스펀본드 웹이다. 예를 들면, 칼렌더드 폴리에스테르 스펀본드 필터 매체는 리메이 인크(Reemay Inc.)로부터 리메이R 상표로서 시판된다. 전형적으로, 스펀본드 필터 매체는 구조 필라멘트 및 결속 필라멘트의 물리적 혼합물을 용융-방사하고, 부직 웹을 형성하기 위하여 성형 표면 상에 필라멘트를 무작위, 등방성으로 퇴적시키고, 이어서 결속 필라멘트를 활성화하여 접착 결합이 이루어지도록 부직 웹을 칼렌더함으로써 형성되며, 비교적 균일한 두께를 가진 시트 필터 매체가 형성된다. 이들 칼렌더드 시트 필터 매체는 양호한 강도 특성을 보인다. 그러나, 이들 스펀본드 필터 매체의 필터 효율은 일반적으로 미세섬유 필터 매체의 필터 효율보다 상당히 낮다. 또한, 칼렌더드 스펀본드 필터 매체의 표면 상에 다공성 분포는 불균일한 경향이 있다. 이것은 스펀 필라멘트가 성형 표면 상에 무작위로 퇴적될 때, 주어진 표면적에 대하여 퇴적된 필라멘트 가닥의 수와 같은 퇴적된 웹의 필라멘트 밀도가 한 섹션에서 다른 섹션까지 변화하기 때문이며, 퇴적된 섬유 웹이 칼렌더되고 균일한 두께로 압축되는 경우, 고섬유 밀도 섹션 및 저섬유 밀도 섹션은 각각 저다공성 섹션 및 고다공성 섹션을 형성하기 때문이다. 결론적으로, 칼렌더드 스펀본드 필터 매체는 불균일 다공성 분포를 갖는 경향이 있다.
높은 여과 효율, 용량 및 높은 물리적 강도의 매우 바람직한 조합을 제공하는 경제적 필터 매체에 대한 필요성은 여전하다.
<발명의 요약>
본 발명은 자생적 결합의 비권축 접합 섬유(autogenously bonded uncrimped conjugate fiber)를 가지는 시트 필터 매체를 제공한다. 필터 매체는 약 0.07g/cm3 및 약 0.2g/cm3 사이의 밀도, 3.5m3/min/m2 (50ft3/min/ft 2) 이상의 프라지에르 투과도(Frazier permeability)를 가지며, 접합 섬유는 폴리올레핀 및 폴리올레핀보다 더 높은 융점을 갖는 다른 열가소성 폴리머를 함유한다. 매체는 3.5kg/cm2 이상의 뮬렌 파열 강도(Mullen Burst strength)를 갖고, 매체는 특히 액체 여과를 위하여 적합하다.
본 발명은 또한, 폴리올레핀 및 다른 열가소성 폴리머를 함유하는 스펀본드 섬유 및 스테이플 섬유로부터 선택되는 자생적 결합의 비권축 접합 섬유를 갖는 3차원적으로 열형성된 필터 매체를 제공하며, 여기에서 폴리올레핀 및 다른 열가소성 폴리머는 약 50%의 저온 용융 폴리올레핀 성분이 용융되는 온도에 대한 노출로 다른 열가소성 성분의 약 10% 이하가 용융될 정도로 서로 다른 차별 주사 열량계(differential scanning calorimetry) 용융 곡선을 갖는다. 열형성된 필터 매체는 약 0.07g/cm3 및 약 0.5g/cm3 사이의 밀도를 갖는다.
본 명세서에서 사용된 바와 같은 접합 섬유는 실질적으로 섬유의 전체 길이를 따라 구별되는 단면을 점유하는 둘 이상의 다른 성분 폴리머 조성물을 갖는 섬유를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같은 "섬유"라는 용어는 연속 섬유 및 불연속 섬유의 양자 모두, 예를 들어 스테이플 섬유를 지칭한다. "스펀본드 섬유"라는 용어는, 용융 열가소성 폴리머를 비교적 미세하고 보통 원형인 방사구 모세관으로부터 연속 섬유로서 압출시키고, 이어서 필라멘트에 분자적 배향 및 물리적 강도를 부여하기 위하여 압출된 필라멘트를 추출 또는 다른 공지된 연신 기작에 의하여 재빨리 연신함으로써 형성된 섬유를 말한다. 연신된 연속 필라멘트는 본질적으로 균일한 밀도를 갖는 부직 웹을 형성하기 위하여 천공 성형 표면 상에 매우 무작위한 방식으로 퇴적된다. 진공 장치는 섬유의 적절한 배치 및 분포를 촉진하기 위하여 섬유가 퇴적되는 부위 주변의 성형 표면 밑에 설치될 수 있다. 이어서 퇴적된 부직 웹은 결합되어 물리적 일체성 및 강도를 부여하게 된다. 스펀본드 섬유 및 그로부터의 웹을 생산하는 방법은 예를 들면, 아펠 등의 미국특허 제4,340,563호, 도쉬너 등의 제3,692,618호 및 매추키 등의 미국특허 제3,802,817호에 개시되어 있다. 연속 필라멘트는 개선된 강도를 제공하고 린트(lint)를 생성하지 않는 경향이 있기 때문에, 본 발명에 따른 필터 매체는 연속 접합 섬유, 예를 들어 스펀본드 접합 섬유를 함유하는 것이 바람직하다. 본 명세서에서 사용된 바와 같은 "비권축(uncrimped)"이라는 용어는 섬유 크림핑 또는 텍스처라이징 공정을 거치지 않은 섬유로서, ASTM D-3937-82에 따라 측정될 경우 연장된 인치당 2 이하의 크림프를 갖는 섬유를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같은 "균일한 섬유 피복범위"라는 용어는 무작위적이고 등방성의 섬유 또는 필라멘트의 퇴적 방법에 의하여 이루어지는 균일하거나 또는 실질적으로 균일한 섬유 피복범위를 지칭한다.
본 발명의 부직 필터 매체는 고여과 효율, 물리적 강도, 마찰 저항, 열형성가능성 등을 필요로 하는 다양한 여과 적용에 대하여 매우 적합하다. 또한, 부직 필터 매체는 이를 고플리이트 밀도 필터 매체로 전환시키는데 있어서 매우 적합하다.
도 1은 선형 저밀도 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌에 대한 DSC 용융 곡선이다.
도 2는 선형 저밀도 폴리에틸렌 및 나일론 6에 대한 DSC 용융 곡선이다.
도 3은 본 발명에 적합한 통기 결합기를 예시한 것이다.
도 4는 적합한 플리팅(pleating) 공정을 예시한 것이다.
도 5는 밀도에 관한 다양한 필터 매체의 여과 효율을 나타낸 그래프이다.
도 6은 밀도에 관한 다양한 필터 매체의 필터 수명을 나타낸 그래프이다.
도 7은 밀도에 관한 다양한 필터 매체의 초기 여과 효율을 나타낸 그래프이다.
본 발명은 비권축 또는 실질적으로 비권축의 접합 섬유의 부직 시트 필터 매체를 제공한다. 이 필터 매체는 액체 여과에 있어서 매우 유용하다. 이 필터 매체는 약 0.07g/cm3 및 약 0.2g/cm3 사이, 바람직하게는 약 0.08g/cm3 및 약 0.19g/cm3 사이, 더 바람직하게는 약 0.1g/cm3 및 약 0.15g/cm3 사이의 밀도를 가지며, 연방 시험 방법 5440, 표준 번호 191A에 따라 측정될 경우, 약 15m3/min/m2 (50ft3/min/ft2) 이상, 바람직하게는 약 15m3/min/m2 및 약 90m3/min/m2 사이, 더 바람직하게는 약 18m3/min/m2 및 약 76m3/min/m2 사이, 가장 바람직하게는 약 30m3/min/m2 약 60m3/min/m2 사이의 투과도를 갖는다.
접합 섬유 부직 필터 매체는 고밀도, 고강도, 평활 표면 및 비교적 균일한 다공성 분포를 포함하는 유용한 필터 속성의 바람직한 조합을 갖는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 필터 매체의 바람직한 특징은 시트 부직 필터 매체를 생산하는데 있어서의 특유한 접근법에 기인한다. 본 발명의 필터 매체는 통기 결합되고, 칼렌더 결합되지 않았으나, 필터 매체는 칼렌더드 부직 필터 매체에 필적하는 낮은 높이(loft) 및 고밀도를 갖도록 생산될 수 있다.
접합 섬유는 다른 융점을 갖는 2 이상의 폴리머 성분, 고온 용융 폴리머 및 저온 용융 폴리머를 함유하며, 저온 용융 폴리머는 섬유의 길이를 따라 전체 주변 면적의 약 25% 이상, 바람직하게는 약 40% 이상, 더욱 바람직하게는 약 50% 이상을 점유하여, 저온 용융 폴리머가 열 활성화되어 접착성 있게 될 수 있고 자생적 섬유간 결합을 형성할 수 있는 반면에, 고온 용융 폴리머는 섬유의 구조적 일체성을 보유한다. 자생적 섬유간 결합을 형성하는 접합 섬유를 함유하는 본 발명의 필터 매체는 고강도 특성, 특히 다중방향성 강도를 나타낸다. 그러한 다중방향성 강도는 ASTM D3786-87 시험, 뮬렌 파열 시험으로 측정될 수 있다. 필터 매체는 3.5kg/cm2 이상, 바람직하게는 4kg/cm2, 더욱 바람직하게는 4.5kg/cm2 이상의 뮬렌 파열 강도를 가진다.
본 발명의 접합 섬유는 2 이상의 성분 폴리머를 함유할 수 있지만, 이하 본 발명에서는 2성분 폴리머 (2성분 섬유)를 갖는 접합 섬유를 예시한다. 폴리머 성분은 섬유-형성 열가소성 폴리머로부터 선택되고, 폴리머들은 융점 격차가 약 5℃ 이상, 바람직하게는 약 10℃ 이상이다. 열가소성 폴리머는 일반적으로 특정 온도에서 용융되지 않고 일정 온도 범위에 걸쳐 용융되기 때문에, 저온 용융 폴리머 성분과 고온 용융 폴리머 성분의 용융 온도 격차는 통상의 차별 주사 열량계(differential scanning calorimetry, DSC)에서의 용융 곡선 측정에 의하여 정해진다. 두 폴리머가 DSC 용융 곡선의 정점으로서 일반적으로 정의된 상당히 다른 융점을 가질 수 있다 하더라도, 용융 곡선 온도범위의 중첩에 기인한 일정 온도범위에 걸쳐서는 동시에 용융될 수도 있다. 본 발명에 따르면 폴리머의 DSC 용융 곡선에 의하여 정해진 바와 같이 저온 용융 폴리머의 50%가 용융되는 온도에서 고온 용융 폴리머는 10% 이하, 바람직하게는 5% 이하가 용융되도록 성분 폴리머들이 선택된다. 더욱 바람직하게는, 성분 폴리머들의 DSC 용융 곡선이 전혀 중첩하지 않고, 가장 바람직하게는 성분 폴리머들의 DSC 용융 곡선이 어느 정도 이상 분리된다. 본 발명의 융점 선별 기준에 따라 선택된 성분 폴리머들은, 저온 용융 성분 폴리머가 열적으로 접착성 있게 되고 나머지 성분 폴리머는 섬유의 물리적 일체성을 유지하도록 유익한 열적 및 물리적 특성의 조합을 제공하고, 그로 인하여 부직 웹의 물리적 일체성을 희생하거나 압축 압력을 필요로 함이 없이 강한 섬유간 결합을 형성한다. 더우기, DSC 용융 곡선이 중첩되지 않을 경우, 용융 온도범위의 차이로 인하여 부직 웹은, 심지어 저온 용융 성분 폴리머가 용융되어 흘러서 웹의 구조적 일체성의 흐트러짐 없이 섬유 구조 내에 퍼지는 온도까지 가열될 수 있다. 저온 용융 폴리머의 흐름은 일반적으로 마찰 저항 및 강도를 개선시키고, 웹의 밀도를 증가시켜, 더욱 압축된 필터 매체를 생산한다. 예를 들면, 선형 저밀도 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌은 도 1에 나타난 바와 같이, DSC 용융 곡선이 전혀 중첩되지 않기 때문에 접합 섬유에 매우 적합한 성분 섬유이다. 도 1의 용융 곡선의 제 1 강하(dip)는 선형 저밀도 폴리에틸렌의 용융 곡선이고, 제 2 강하는 폴리프로필렌의 용융 곡선이다. 도 2는 접합 섬유를 위한 적합한 폴리머 조합의 또 다른 예이다. 도 2에 나타난 바와 같이, 선형 저밀도 폴리에틸렌 및 나일론 6의 DSC 용융 곡선은 상당히 분리되어 있다. 도 2의 용융 곡선의 제 1의 큰 강하는 선형 저밀도 폴리에틸렌의 용융 곡선이고, 제 2 강하는 나일론 6의 용융 곡선이다. 이 용융 곡선은 두 폴리머의 용융 온도범위가 상당히 달라서, 이 폴리머들이 본 발명에 매우 적합함을 보여준다.
본 발명에 따라, 저온 용융 성분 폴리머는 폴리올레핀으로부터 선택되고, 저온 용융 폴리머는 섬유 총 중량에 기초한 섬유의 약 10 중량% 및 약 90 중량% 사이, 바람직하게는 약 30 중량% 및 약 80 중량% 사이, 더욱 바람직하게는 약 40 중량% 및 약 70 중량% 사이값을 구성한다. 폴리올레핀은 예를 들어, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌 및 중밀도 폴리에틸렌과 같은 폴리에틸렌; 동일 배열 폴리프로필렌, 규칙 배열 폴리프로필렌, 그의 혼합물 및 동일 배열 폴리프로필렌 및 혼성 배열 폴리프로필렌의 혼합물과 같은 폴리프로필렌; 폴리(1-부텐) 및 폴리(2-부텐)과 같은 폴리부틸렌; 폴리-4-메틸펜텐-1 및 폴리(2-펜텐)과 같은 폴리펜텐; 및 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌-부틸렌 공중합체 등과 같은 그의 혼합물 및 공중합체로부터 선택된다.
접합 섬유를 위한 나머지 성분 폴리머는 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리카르보네이트, 및 그의 혼합물 및 공중합체뿐만 아니라, 아크릴 모노머를 함유하는 공중합체로부터 선택되는데, 단 그 나머지 성분 폴리머는 상기 기술된 융점 선별 기준에 따라 선택된다. 적합한 폴리올레핀에는 선형 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌 및 중밀도 폴리에틸렌과 같은 폴리에틸렌; 이소동일 배열 폴리프로필렌, 규칙 배열 폴리프로필렌, 그의 혼합물 및 동일 배열 폴리프로필렌 및 혼성 배열 폴리프로필렌의 혼합물과 같은 폴리프로필렌; 폴리(1-부텐) 및 폴리(2-부텐)과 같은 폴리부틸렌; 폴리-4-메틸펜텐-1 및 폴리(2-펜텐)과 같은 폴리펜텐; 및 그의 혼합물 및 공중합체가 포함된다. 적합한 폴리아미드에는 나일론 6, 나일론 6/6, 나일론 10, 나일론 4/6, 나일론 10/10, 나일론 12, 나일론 6/12, 나일론 12/12 및 카프로락탐 및 알킬렌 옥사이드 디아민의 공중합체 및 헥사메틸렌 아디파미드 및 알킬렌 옥사이드의 공중합체와 같은 소수성 폴리아미드 공중합체뿐만 아니라 그의 혼합물 및 공중합체가 포함된다. 적합한 폴리에스테르에는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리시클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 및 그의 혼합물 및 공중합체가 포함된다. 본 발명에 적합한 아크릴 공중합체에는 에틸렌 아크릴산, 에틸렌 메타크릴산, 에틸렌 메타크릴레이트, 에틸렌 에틸아크릴레이트, 에틸렌 부틸아크릴레이트 및 그의 혼합물이 포함된다. 상기 예시된 적합한 성분 폴리머의 다양한 조합 중에서, 경제적 허용성 및 바람직한 물리적 특성 때문에, 특히 적합한 접합 섬유는 상기 논의된 융점 차별을 갖는 다른 폴리올레핀의 조합을 포함한다. 특히 더욱 적합한 접합 섬유는 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌 및 그의 혼합물과 같은 폴리에틸렌 성분 및 동일 배열 폴리프로필렌, 규칙배열 폴리프로필렌 및 그의 혼합물과 같은 폴리프로필렌 성분을 갖는 2성분 폴리올레핀 접합 섬유이다.
적합한 접합 섬유 배치로는 동심 쉬트-코아(concentric sheath-core), 이심 쉬트-코아, 아일랜드-인-씨이(island-in-sea) 및 병렬 배치가 포함된다. 대칭적 폴리머 배열은 권축(crimpability) 가능성 또는 잠재성을 갖지 않기 때문에, 동심 쉬트-코아 접합 섬유와 같은 대칭적 배열의 성분 폴리머들을 갖는 접합 섬유가 본 발명에 특히 적합하다. 일반적으로, 상이한 결정 및/또는 수축 특성을 갖는 성분 폴리머를 함유하는, 병렬 접합 섬유와 같은 비대칭 접합 섬유는, 열적으로 또는 기계적으로 활성화될 수 있는 잠재적 권축가능성을 가진다. 성분 폴리머의 수축 불균형 때문에 접합 섬유에 잠재적인 권축가능성이 부여되는 것으로 생각된다. 이 접합 섬유가 열 처리 또는 연신 공정에 노출될 경우, 열 처리 또는 연신 공정 동안 접합 섬유의 성분 폴리머들 중에서의 수축 불균형으로 인해 섬유가 권축(crimp)된다. 그래서, 이심 쉬트-코아 또는 병렬 배치를 갖는 섬유가 사용되는 경우, 섬유는 잠재적인 권축가능성을 가지지 않게하거나 또는 잠재적 권축 가능성이 활성화하지 않도록 가공될 필요가 있을 수 있다. 예를 들면, 본 명세서에 참고문헌으로 혼입되어 있는 나카지마 등의 미국특허 제4,315,881호는 권축 및 잠재적인 권축가능성을 갖지 않는 폴리에틸렌-폴리프로필렌 병렬 스테이플 접합 섬유의 생산 방법을 개시하고 있다. 이 방법은 권축 및 잠재적인 권축가능성이 없는 접합 섬유를 얻기 위하여 특정한 신장 비율 및 온도를 사용한다. 스펀본드 접합 섬유에 관하여, 섬유 생산 방법은 권축 및 잠재적인 권축가능성을 방지하기 위하여 조정될 수 있다. 예를 들면, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌을 갖는 접합 섬유는 스펀본드 섬유 형성 공정 동안 폴리머 배출 속도를 낮추고 섬유 연신력을 증가시킴으로써 고연신 스트레스로 연신시켜, 권축 및 잠재적인 권축가능성이 없는 접합 섬유를 생산할 수 있다.
비교적 균일한 섬유 피복범위를 갖는 본 발명에 적합한 부직 웹은 비권축 접합 섬유를 성형 표면에 등방성으로 퇴적시킴으로써 형성될 수 있다. 퇴적된 미결합 접합 섬유의 부직 웹은 천공 지지 표면 상에 옮겨지고, 이어서 통기 결합기 내에서 결합된다. 도 3은 본 발명에 적합한 전형적인 통기 결합기(10)를 예시한다. 이 결합기(10)는 미결합 부직 웹(12)을 천공 지지 표면(14) 상에 받는다. 통기 결합기(10)에는 공기를 가열시키고 가열된 공기를 부직 웹(12)으로 향하게 하는 온도 조절가능한 가열 공기원(16) 및 지지 표면(14) 아래로 가열공기원(16) 바로 밑에 배치된 진공 장치가 설치되어 있다. 진공 장치(18)는 가열된 공기가 부직 웹(12)을 통하여 순회하는 것을 촉진한다. 통상의 고열 공기 오븐, 또는 부직 웹 표면에만 열을 가하고 웹의 내부 가열은 웹의 열 전도도에 의존하는 방사 히터와는 달리, 통기 결합기는 가열된 공기로 하여금 부직 웹을 통하여 신속히, 고르게 웹의 온도를 목적하는 수준까지 상승시키도록 한다. 가열된 공기의 유동률은 각 부직 웹의 칼리퍼(caliper) 및 섬유 밀도에 맞추기 위해 다양할 수 있지만, 분당 약 100피트(30.48 m) 내지 분당 약 500 피트(152.4 m)의 속도가 매우 바람직하다. 저온 용융 폴리올레핀 성분의 용융 온도, 예를 들어 DSC로 결정된 정점의 용융 온도보다 높지만 접합 섬유의 최고온 용융 성분 폴리머의 융점보다 낮은 온도까지 웹을 가열하기 위하여 가열된 공기의 온도 및 부직 웹의 결합기 내 체재 시간을 조정한다. 바람직하게, 결합기는 DSC 용융 곡선에 의하여 정해진 바에 따라 올레핀 성분 폴리머의 약 50% 이상을 용융시킬 만큼 충분히 높지만 최고온 용융 성분 폴리머의 10% 이상을 용융시킬 만큼은 높지 않은 온도까지 웹을 가열한다. 더욱 바람직하게, 결합기는 접합 섬유의 최고온 용융 성분 폴리머의 DSC 용융 곡선에 의하여 정해진 바에 따라, 저온 용융 폴리올레핀 성분을 완전히 용융시키지만 최고온 용융 성분 폴리머의 10% 이하를 용융시키는 온도까지 웹을 가열한다. 예를 들면, 폴리프로필렌 및 선형 저밀도 폴리에틸렌을 갖는 2성분 접합 섬유의 부직 웹이 사용될 경우, 통기 결합기는 약 260˚F(126.7 ℃) 및 300˚F(148.9 ℃) 사이의 온도를 갖는 가열된 공기의 흐름을 가하는 것이 바람직하고, 결합기 내의 웹의 체재 시간은 약 0.1초 및 약 0.6초 사이인 것이 바람직하다. 섬유 형성 공정 중에 부여될 수 있는 어떠한 잠재적인 권축가능성도 일반적으로 결합 기간이 짧으면 명백히 나타나지 않기 때문에, 결합기 내의 존속 시간은 단기인 것이 매우 바람직함에 유의한다. 또한, 가열된 공기의 유동률은 부직 웹의 칼리퍼 및 다공도를 조절하기 위하여 조정될 수 있다. 일반적으로, 더 높은 유동률은 더 낮은 칼리퍼 및 더 낮은 다공도를 갖는 결합 웹을 생산한다.
상기 논의된 바와 같은 불균일 다공도 및 공극 크기 분포를 갖는 통상의 칼렌더 결합 시트 부직 웹과는 달리, 본 발명의 통기 결합된 필터 매체는 매우 개선된 다공성 및 공극 크기 분포를 제공하며, 이 매체는 매체의 여과 기능을 저해하는 기계적으로 압축된 부위를 함유하지 않는다. 또한, 미결합 웹의 다른 섹션의 칼리퍼에 의존하면서, 기계적 압축 압력을 가하고 부직 웹의 다른 섹션의 공극 크기 및 공극 배치를 불균일하게 변형시키는 칼렌더 결합 공정과는 달리, 본 발명의 접합 섬유의 비권축되고 비권축시키는 성질과 결부시켜 통기 결합 공정은 부직 웹으로 하여금 부직 웹의 공극 크기 및 배치에 중대한 불균일 변화를 주지 않고 결합되게 한다.
본 발명의 부직 필터 매체의 또 다른 장점은 필터 매체의 다공성 및 밀도가 필터 매체의 기초 중량을 변화시키고 접합 섬유의 두께를 변화시키는 것과 같은 통상의 공지된 접근법으로 조절될 수 있을 뿐만 아니라, 결합 공정 중에도 조절될 수 있다는 것이다. 본 발명의 폴리머 선별 기준, 특히 융점 기준은 필터 매체의 다공성 및 밀도를 조절하는데 통상적으로 유용할 수 있는 또 다른 접근법을 제공한다. 상기 논의된 바와 같이, 접합 섬유의 저온 용융 및 고온 용융 성분 폴리머들 사이의 융점 격차 때문에, 이들 섬유로부터 생산된 부직 웹은 저온 용융 성분 폴리머를 용융시킬 만큼 충분히 높고 또한 용융된 폴리머의 용융물 점성을 낮게 하여 용융된 폴리머가 고온 용융 성분 폴리머 및 부직 웹의 물리적 일체성을 보존하면서 퍼지도록 충분히 높은 온도에 노출될 수 있다. 일반적으로, 저온 용융 폴리올레핀 성분이 완전히 용융되는 온도보다 높게 측정되는 결합 온도는 용융된 폴리올레핀이 퍼지는 것을 촉진하고 유도하여 부직 웹의 다공성은 감소시키고 밀도는 증가시킨다. 본 발명의 고밀도 필터 매체는 매체를 고도의 플리티드 필터 매체로 가공하는데 매우 적합한 낮은 칼리퍼 및 높은 마찰 저항을 가짐을 알 수 있다.
본 발명의 또 다른 태양으로서, 부직 필터 매체의 다공성 및 밀도는 접합 섬유의 저온 용융 폴리올레핀 함량을 변화시킴으로써 또한 조절될 수 있다. 일반적으로, 더 많은 함량의 저온 용융 폴리올레핀을 갖는 접합 섬유는 더 낮은 다공성, 더 높은 밀도 및 더 높은 마찰 저항을 갖는 부직 필터 매체를 형성한다. 또한, 부직 필터 매체의 다공성 및 칼리퍼는 결합 공정 중에 가열된 공기의 유동률을 조정함으로써 조절될 수 있다. 일반적으로, 더 높은 가열 공기 유동률은 더 낮은 칼리퍼 및 더 낮은 다공성을 가진 결합 필터 매체를 생산한다.
본 발명의 필터 매체는 이제까지 단층 매체로 예시되어 있다. 그러나, 필터 매체는 1 이상의 층을 가질 수 있다. 예를 들면, 섬유 두께 및/또는 밀도가 다른 본 발명의 접합 섬유 필터 매체는 적층되거나 순차적으로 퇴적된 후, 결합되어 다공성 구배를 갖는 필터를 형성할 수 있다. 또한, 접합 섬유 필터 매체는 미세섬유 필터 매체에 적층될 수 있다.
비록 액체 여과 적용에 결부시켜 필터 매체를 설명하지만, 이 매체는 또한 기체 여과 적용에도 매우 적합하다. 나아가서, 기체 여과 적용을 위하여, 필터 매체의 밀도는 필터 매체의 효율을 증가시키기 위하여 더 높아질 수 있다. 그러한 고밀도 필터 매체의 배출 용량이 낮다고 할지라도, 상기 논의된 바와 같이 필터 매체가 고도로 열성형가능하므로, 매체의 배출은 필터 매체의 3차원적 성형 또는 플리팅에 의하여 조정될 수 있다. 플리티드 필터 매체는 증가된 유효 여과 표면적이 증가되어서 배출 속도가 증가한다. 결국, 기체 여과를 위한 필터 매체는 약 0.5g/cm3 이하, 바람직하게는 약 0.1g/cm3 내지 약 0.5g/cm3, 더욱 바람직하게는 약 0.11g/cm3 내지 약 0.45g/cm3, 가장 바람직하게는 약 0.12g/cm3 내지 약 0.4g/cm3의 밀도를 가질 수 있다.
본 발명의 부직 웹의 필터 매체는 매체의 다공성 및 물리적 특성의 중대한 변화 없이 3차원적 형태로 용이하게 열성형될 수 있다. 통기 결합기 내에 존재하는 결합된 웹은 매우 유연하기 때문에 본 발명의 필터 매체를 위한 접합 섬유 부직 웹은, 웹이 통기 결합된 직후 냉각되기 전에 열성형될 수 있다. 결국, 급냉시키지 않은 웹은 웹이 냉각되어 가한 형태를 보유하기 전에 목적하는 형태로 다듬어질 수 있다. 예를 들면, 급냉각시키지 않은 웹은 공지의 플리팅 공정을 사용하여 플리티드 될 수 있다. 도 4는 적합한 플리팅 공정의 예를 예시한다. 웹(52)은 1 세트의 맞물림 플리팅 판을 통하여 통과하거나, 또는 동일한 간격이고 직각으로 부착된 동등한 길이의 심(shim,58)을 갖는 두 개의 맞물림 플리팅 판(54 및 56) 사이에서 프레스되고, 이어서 플리이트 배치를 부직웹에 영구히 고정하기 위해 웹이 플리팅 판 내에 남아 있는 동안, 저온 용융 폴리올레핀 폴리머가 고형화되도록 냉각시킬 수 있다.
접합 섬유 필터 매체는 고여과 효율 및 바람직한 강도 특성을 갖는 자기-지지적, 고마찰 저항 필터 매체이다. 그럼으로써, 본 발명의 필터 매체는 다량 액체 여과 적용에 매우 적합하다. 필터 매체는 플랫 베드 필터(flat bed filter)와 같이 여과 장치에 계속적으로 공급되는 롤 필터 매체로서, 또는 시트 필터 매체로서 사용될 수 있다. 필터 매체는 또한 필터 프레임 내에 들어맞을 수 있다.
필터 매체는 또한, 편리하게 정전기적으로 처리되어 일렉트렛(electret) 필터 매체를 형성할 수 있고, 매체의 물리적 및 일렉트렛 성질을 희생함이 없이 매우 열성형가능하다. 결국, 부직 필터 매체는 통상의 열성형 장치 내의 3차원적 필터 매체를 형성하기 위하여 또한, 고플리이트 밀도 필터 매체를 형성하기 위하여 매우 적합하다. 견고하고 자기-지지적인 3차원적 열성형 필터 매체는 통상의 필터 프레임 또는 하우징(housing)에 통상의 방식으로 용이하게 들어맞을 수 있다. 필터 매체는 다양한 여과 적용에 매우 적합하다. 특히, 필터 매체는 물 필터, 오일 필터, 다양한 기체 필터 등을 포함하는 액체 및 기체 여과 적용을 위하여 매우 유용하고, 정전기적으로 처리된 필터 매체는 산업용 공기 정화기 필터, HVAC 필터, 자동차 공기 필터, 진공 청소기 필터 등을 포함하는 기체 여과 적용을 위하여 특히 적합하다.
다음의 실시예는 예시 목적으로 제공되는 것이며, 본 발명은 이것에 의하여 제한되지 않는다.
다음의 시험 절차는 필터 매체의 다양한 특성을 측정하는데 유용하였다.
필터 효율 시험: 필터 샘플의 효율 및 유효 수명은 다음과 같이 시험되었다. 필터 시험 장치는 유입구와 유출구를 가지고 유입구를 통해 들어오는 유입 유체가 샘플 필터 매체를 통과하도록 하는 90mm 직경의 필터 홀더 조립체, 유입액을 필터 홀더 조립체로 공급하고 2 갤론/분/in.2의 유동률(1.2 리터/min/cm 2)을 유지할 수 있는 기어 펌프 및 유동 미터기/조절기, 및 필터 홀더 조립체의 유입구 쪽에 위치하는 압력 게이지를 포함하였다. 필터 웹을 90mm 직경의 필터 홀더에 맞도록 절단하여 필터 매체 샘플을 제조하였다. 각 필터 매체를 칭량하여 필터 홀더 조립체 내에 장착하였다. QP 24 비누/오일 유화액 40ml 및 탈이온화 물 1200ml을 함유하는 시험액을 비이커에 넣은 다음 AC 미세 시험 입자 1g을 시험액에 첨가하였다. 시험 입자는 다음과 같은 입자 크기 분포를 가졌다.
크기(미만) 부피 %
5.5μm11μm22μm44μm176μm 38547189100
시험액을 자석 교반기로 계속 교반하고 38℃를 유지하였다. 펌프의 유입구를 비이커 내에 배치하고, 시험액을 샘플 필터를 통하여 펌프하고, 이어서 비이커로 보내, 800ml/min의 유동률에서 연속 루우프를 형성하였다. 초기 압력 및 시간을 기록하였다. 유동 조절기는 시험 입자가 시험 필터 매체에 축적되고 유입구 압력이 증가함에 따라 일정한 유동률을 유지하도록 계속 조정되었다. 시험 입자 1g을 유입구 압력이 필터 매체가 막힌 것으로 간주되는 30psi(2.1kg/cm2)에 도달할 때까지 5분 간격으로 비이커에 첨가하였다.
막힌 시간을 기록하고 필터 매체를 제거하였다. 제거한 필터 매체를 180˚F에서 고정한 오븐 내에서 완전히 건조시킨 후에 칭량하여 포획된 시험 입자의 양을 결정하였다. 포획된 시험 입자의 중량을 비이커에 첨가한 시험 입자의 총 중량으로 나누어 필터 매체의 효율을 결정하였다. 이 효율 시험으로 필터 매체의 전체 유효 수명에 걸쳐 전체 효율을 결정하였다.
초기 필터 효율: 초기 필터 효율은 시험 입자의 상당량이 매체에 축적되기 전에 샘플 필터 매체의 필터 효율을 측정하는 것으로, 이에 의해 매체 본래의 필터 효율을 측정한다. 이 효율 시험을 위하여, 시험 설정이 오픈 루우프 시스템으로 변화되는 것을 제외하고, 상기 기술된 효율 시험 절차가 반복되었다. QP 24 비누/오일 유화액 40ml, 탈이온화 물 1200ml 및 AC 미세 시험 입자 1g을 함유하는 상기 기술된 시험액 1240ml을 시험 필터를 통하여 통과시킨 다음, 필터 효율을 측정하였다.
프라지에르 투과도: 직물의 투과도를 물 0.5 인치(1.27cm)의 압력 강하에서 매체 ft2 당 공기 ft3/min로 나타내는 프라지에르 투과도는 프라지에르 프리시젼 인스트루먼트 캄파니(Frazier Precision Instrument Company)가 시판하는 프라지에르 공기 투과도 시험기를 사용하여 측정하였고, 연방 시험 방법 5450, 표준 번호 191A에 따라 측정하였다.
밀도: 각 필터 매체의 밀도는 스타렛형 벌크 시험기로 0.5psi(35g/cm2)에서 측정한 기초 중량 및 칼리퍼로부터 계산되었다.
뮬렌 파열: 이 시험은 다차원적 신장력에 대한 매체의 강도를 측정한다. 시험은 ASTM D3786-87에 따라 수행하였다.
<실시예 1(Ex1)>
2 개의 단일 스크류 압출기 및 쉬트-코아 방사 팩을 사용하여, 선형 저밀도 폴리에틸렌 쉬트-폴리프로필렌 코아 스펀본드 2성분 접합 섬유로부터 낮은 로프트(loft) 부직 웹을 생산하였다. 2성분 섬유는 20 중량%의 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) 및 80 중량%의 폴리프로필렌을 함유하였다. 다우 케미칼(Dow Chemical)이 시판하는 LLDPE인 아스펀(Aspun) 6811A를 TiO2 50 중량% 및 폴리프로필렌 50 중량%를 함유하는 TiO2 농축물 2 중량%와 혼합(blending)시키고, 혼합물을 제 1의 단일 스크류 압출기로 공급하였다. 엑손(Exxon)이 시판하는 폴리프로필렌인 PD3443을 상기 기술된 TiO2 농축물 2 중량%와 혼합시키고, 혼합물을 제 2의 단일 스크류 압출기로 공급하였다. 0.6mm 스핀홀 직경 및 6:1 L/D 비율을 갖는 2성분 방사 다이(spinning die)를 사용하여 압출된 폴리머를 동심 쉬트-코아 배치를 갖는 둥근 2성분 섬유로 방사시켰다. 방사 다이로 공급된 용융된 폴리머의 온도는 450˚F(232℃)로 유지되었고, 스핀홀 배출 속도는 0.5g/hole/min이었다. 방사 다이를 빠져나가는 2성분 섬유를 방사구 너비 1인치 당 45ft3/min (0.5m3/min/cm)의 유동률 및 65˚F(18℃)의 온도를 갖는 공기의 흐름에 의하여 급냉시켰다. 흡입기로 들어오는 섬유를 공급 공기로 유동률 약 너비 1인치 당 19ft3/min (0.21m3/min/cm)에서 연신시켰다. 연신된 섬유의 단위 길이당 중량은 필라멘트당 약 2.5 데니어로 측정되었다. 이어서 연신된 섬유는 진공 흐름의 도움으로 다공성 성형 표면 상에 퇴적되어 제1의 비결합 섬유웹을 형성한다. 동일한 2성분 섬유 방사기는 제 1섬유 방사기 옆에 연속적으로 배치되었고, 연신된 섬유는 제 1의 비결합 섬유 웹의 윗면 상에 퇴적되어, 단일의 부직 웹을 형성하였다.
다공성 지지 표면 상의 웹을 280˚F(138℃)의 온도 및 500ft/min(152m/min)의 속도로 가열 공기의 흐름을 가하는 통기 결합기를 통하여 통과함으로써 비결합 섬유 웹 결합시켰다. 결합기 내 체재 시간은 2초였다. 생성된 부직 웹은 3 osy(102g/m2)의 기초 중량을 가졌고, 균일하게 결합된 시트 같은 구성을 가졌다. 표 1에 나타낸 바와 같이, 부직 필터 매체의 다양한 성질을 시험하였다.
<실시예 2(Ex2)>
LLDPE:폴리프로필렌의 중량비가 50:50인 것을 제외하고, 실시예 1에 따라 LLDPE 쉬트-폴리프로필렌 코아 스펀본드 2성분 접합 섬유로부터 낮은 로프트의 부직 웹을 생산하였다. 시험 결과는 표 1에 나타내었다.
<실시예 3(Ex3)>
중량비 50:50을 갖는 LLDPE 및 폴리프로필렌의 병렬 2성분 접합 섬유로부터 낮은 로프트의 부직 웹을 생산하였다. 병렬 배치를 갖는 접합 섬유를 생산하기 위하여 병렬 방사 다이가 사용되었음을 제외하고, 실시예 1에서 설명한 생산 공정을 반복하였다. 섬유가 권축 및 권축가능성을 갖지 않게 하기 위하여 공급 공기 유동률을 증가시켰고, 유동률은 약 0.22m3/min/너비cm 였다. 시험 결과는 표 1에 나타내었다.
<실시예 4(Ex4)>
결합 공기 온도가 149℃인 것을 제외하고, 실시예 1에 설명된 공정에 따라 폴리프로필렌 쉬트-나일론 6 코아의 낮은 로프트의 부직 웹을 생산하였다. 폴리프로필렌과 나일론 6의 중량비는 90:10이었다. 나일론은 커스텀 레진(Custom Resin)에서 구입하였고, 황산 점성은 2.2였다. 시험 결과는 표 1에 나타내었다.
<실시예 5(Ex5)>
LLDPE 및 나일론 6의 중량비가 80:20인 것을 제외하고, 실시예 4에 따라 LLDPE-쉬트/나일론 6-코아 스펀본드 섬유의 고밀도 필터 매체를 제조하였다. 실시예 5는 본 발명의 시트 필터 예시를 위한 비교 실시예이지만, 이 필터 매체는 플리티드 필터 적용에 매우 적합하다. 시험 결과는 표 1에 나타내었다.
<실시예 6(Ex6)>
실시예 3에 따라 80 중량% LLDPE/20 중량% 폴리프로필렌 쉬트/코아 스펀본드 섬유의 고밀도 필터 매체를 제조하였다. 실시예 6은 본 발명의 시트 필터 예시를 위한 비교 실시예이지만, 이 필터 매체는 플리티드 필터 적용에 매우 적합하다. 시험 결과는 표 1에 나타내었다.
<비교 실시예 1(C1)>
흡입 공기가 350˚F로 가열되고 23ft3/min/너비inch의 유동률을 갖는 것을 제외하고, 실시예 3의 생산 공정을 반복함으로써 권축된 병렬 스펀본드 접합 섬유 웹을 제조하였다. 공기 온도 272˚F(133 ℃) 및 공기 속도 200ft/min(60.92 m/min)을 갖는 통기 결합기를 통하여 웹을 통과함으로써 비결합 섬유 웹을 결합시켰다. 시험 결과는 표 1에 나타내었다.
<비교 실시예 2(C2)>
어코드(AccordTM)라는 상표로 킴벌리-클라크로부터 상업적으로 시판되며, 약 25%의 결합 면적을 갖는 점 결합된 폴리프로필렌 스펀본드 섬유 웹의 초기 필터 효율을 시험하였다. 시험 결과는 표 1에 나타내었다.
<비교 실시예 3-6(C3-C6)>
비교 실시예 3 및 4는 리메이(ReemayTM) 필터로, 스타일 번호는 각각 2033 및 2440이었다. 리메이 필터는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 폴리에스테르 스펀본드 섬유 및 코폴리에스테르 스펀본드 섬유의 칼렌더 결합 웹이다. 비교실시예 5는 폴리프로필렌 스펀본드 부직 웹인 타이파(TyparTM) 3301이었다. 리메이와 타이파는 미국 테네시주 올드 힉코리 소재의 리메이 인크(Reemay Inc.)로부터 상업적으로 시판된다.
비교 실시예 6은 독일 아우첸바하(Auchenbach)로부터 시판되는 상업용 액체 필터 매체였다. 이 필터 매체는 아크릴 결합기로 스팟 결합된 칼렌더드 폴리에스테르 스펀본드 부직 웹이다. 시험 결과는 표 1에 나타내었다.
<비교 실시예 7(C7)>
리메이 2011의 비결합 3층 적층체의 초기 필터 효율을 시험하였다. 이 물질의 밀도가 본 발명의 필터 매체의 범위 내에 있으므로 리메이 2011을 선택하였다. 시험 결과는 표 1에 나타내었다.
<표 1>
실시예 폴리머 중량비 B.Wt 밀도 데니어 프라지에르 펌 효율 수명 뮬렌파열
전체 초기
(wt%) (g/m2) (g/cc) (%) (%) (min)
Ex1 LLDPE:PP 20:80 102 0.08 2.1 61 36 19 24.7 6.6
Ex2 LLDPE:PP 50:50 102 0.11 2.5 54 31 23 12.8 5.4
Ex3 LLDPE:PP 50:50 102 0.12 2.5 61 37 19 13.9 4.8
Ex4 PP:N6 90:10 108 0.19 2.5 19 38 32 2.3 -
Ex5 LLDPE:N6 80:20 102 0.37 2.5 13 24 49 0.8 -
Ex6 LLDPE:PP 80:20 98 0.29 2.5 22 34 28 1.5 -
C1 LLDPE:PP 50:50 102 0.05 2.5 97 33 14 90 2.7
C2 PP - 102 0.15 - 21 - 20 - 7.0
C3 폴리에스테르 - 98 0.26 4 76 23 12 5.9 5.9
C4 폴리에스테르 - 98 0.18 4 107 28 5 41.8 2.7
C5 PP - 102 0.33 10 46 20 2 38.5 6.5
C6 폴리에스테르 - 85 0.37 - 44 19 10 1.1 11.2
C7 폴리에스테르 - 78 0.14 4 - - 5 - -
주 : B. Wt = 기초 중량 (g/m2)
프라지에르 펌 = 프라지에르 투과도 (m3/분/m2)
뮬렌 파열 kg/cm2
이 결과는 본 발명의 필터 매체가 특히 액체 여과를 위하여 양호한 필터 효율, 필터 수명 및 강도 특성의 매우 바람직한 조합을 나타내고 있음을 명백히 표시한다. 선행 기술인 폴리에스테르 및 폴리프로필렌 스펀본드 필터 매체에 비하여, 본 발명의 접합 섬유 필터 매체는 매우 개선된 전체 및 초기 효율 및 필터 수명의 조합을 가질뿐만 아니라 고강도 특성을 제공한다.
또한, 본 발명의 필터 매체의 실시예는 필터 매체의 밀도, 투과도 및 강도와 같은 물리적 성질이 필터 매체 제조 방법의 다양한 요소를 변화시킴으로써 용이하게 수정될 수 있음을 또한 보여준다. 예를 들면, 성분 폴리머의 중량비의 변화, 성분 폴리머의 변화 및/또는 결합 조건의 변화에 의하여, 필터 매체는 다른 물리적 성질 및 여과 특성을 갖도록 생산될 수 있다.
본 발명의 필터 매체의 효율 및 수명의 매우 유용한 조합을 더욱 명백히 나타내기 위하여, 실시예들이 유사한 기초 중량을 가지고 있고 따라서 직접적으로 비교가능하므로, 실시예 1 내지 6 및 비교 실시예 3 내지 5에 대한 필터 효율 데이타 및 필터 수명 데이타를 그래프로 플롯하였다. 도 5는 실시예 필터 매체의 밀도에 관한 필터 효율을 도시하고, 도 6은 필터 매체의 밀도에 관한 필터 수명을 도시하며, 도 7은 실시예 필터 매체의 초기 필터 효율을 도시한다.
도 5는 본 발명의 필터 매체의 필터 효율이 상업용 폴리에스테르 필터 매체보다 상당히 양호함을 도시하고, 도 6은 본 발명의 필터 매체가 장기의 유효 수명을 가지고 있음을 나타내며, 도 7은 본 발명의 필터 매체가 매우 개선된 초기 필터 효율을 가지고 있음을 나타낸다. 상업용 폴리에스테르 필터 매체의 필터 수명이 도 6으로부터 유익하게 보일 수 있을지라도, 도 5 및 도 7은 이들 필터 매체의 연장된 수명이 불량한 필터 효율의 결과임을 명백히 나타내고 있다. 다시 말해서, 이들 상업용 필터 매체는 오염 입자의 많은 부분이 매체를 통과하게 하고, 따라서 필터 표면 상에 쌓이는 오염물 덩어리를 감소시키고, 불량한 필터 효율을 제공하면서 유효 수명을 연장시킨다.
도 5 및 도 6으로부터, 액체 여과 적용을 위하여 본 발명의 필터 매체가 매체의 밀도가 0.07g/cm3 및 0.2g/cm3 사이일 때, 필터 효율 및 수명의 특히 바람직한 조합을 제공함을 알 수 있다.
상기에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 통기 결합된 접합 섬유 필터 매체는 필터 효율, 강도, 수명 등과 같은 매우 바람직한 필터 속성을 가진다. 따라서, 자기지지, 고효율, 장기적 필터 수명 및 강도를 포함하는 필터 속성을 필요로 하는 다양한 여과 적용을 위하여 본 발명의 필터 매체는 매우 유용하다.

Claims (18)

  1. 자생적 결합의 비권축 접합 섬유를 포함하고, 0.07g/cm3 및 0.2g/cm3 사이의 밀도 및 15m3/min/m2 이상의 프라지에르 투과도를 갖고, 상기 접합섬유는 폴리올레핀 및 상기 폴리올레핀보다 더 높은 융점을 갖는 제 2 열가소성 폴리머를 포함하며, 3.5kg/cm2 이상의 뮬렌 파열 강도를 갖는 시트 필터 매체.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 열가소성 폴리머가, 상기 폴리올레핀의 50%가 용융되는 온도에 노출되었을 때 상기 열가소성 폴리머의 10% 이하가 용융될 정도로 상기 올레핀보다 더 높은 온도의 차별 주사 열량계 용융 곡선을 가지는 것인 시트 필터 매체.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 폴리올레핀 및 상기 제 2 열가소성 폴리머가 완전히 분리된 차별 주사 열량계 용융 곡선을 갖는 것인 시트 필터 매체.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 폴리올레핀이 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리펜텐, 및 그의 혼합물 및 공중합체로부터 선택된 것인 시트 필터 매체.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 열가소성 폴리머가 폴리올레핀, 폴리카르보네이트, 폴리아미드, 폴리에스테르, 아크릴 공중합체, 및 그의 혼합물 및 공중합체로부터 선택된 것인 시트 필터 매체.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 폴리올레핀이 선형 저밀도 폴리에틸렌이고, 상기 제 2 열가소성 폴리머가 폴리프로필렌인 시트 필터 매체.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 폴리올레핀이 선형 저밀도 폴리에틸렌이고, 상기 열가소성 폴리머가 나일론 6인 시트 필터 매체.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 폴리올레핀이 선형 저밀도 폴리에틸렌이고, 상기 제 2 열가소성 폴리머가 폴리에틸렌 테레프탈레이트인 시트 필터 매체.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 매체가 통기 결합되고, 기계적으로 압축된 부위를 갖지 않는 시트 필터 매체.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 매체의 밀도가 0.08g/cm3 및 0.19g/cm3 사이인 시트 필터 매체.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 매체의 뮬렌 파열 강도가 4kg/cm2 이상인 시트 필터 매체.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 매체가 3차원적으로 형성된 것인 시트 필터 매체.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 접합 섬유가 스펀본드 섬유이고, 상기 폴리올레핀 및 상기 제 2 열가소성 폴리머가 상기 폴리올레핀의 50%가 용융되는 온도에 노출되었을 때 상기 열가소성 폴리머의 10% 이하가 용융될 정도로 다른 차별 주사 열량계 용융 곡선을 가지는 것인 시트 필터 매체.
  14. 자생적 결합의 비권축 접합 섬유를 포함하고, 0.07g/cm3 및 0.5g/cm3 사이의 밀도를 가지며 3차원적으로 열형성되고, 상기 접합 섬유가 주사 열량계 용융 곡선에 의하여 정의되는 바와 같은 저온 용융 폴리올레핀 및 고온 용융 폴리머를 포함하며, 상기 저온 용융 폴리올레핀의 50%가 용융되는 온도에 노출되었을 때 상기 고온 용융 폴리머의 10% 이하가 용융되는 필터 매체.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 폴리올레핀이 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리펜텐, 및 그의 혼합물 및 공중합체로부터 선택된 것인 시트 필터 매체.
  16. 제 14항에 있어서, 상기 고온 용융 폴리머가 폴리올레핀, 폴리카르보네이트, 폴리아미드, 폴리에스테르, 아크릴 공중합체, 및 그의 혼합물 및 공중합체로부터 선택된 것인 필터 매체.
  17. 제 14항에 있어서, 상기 폴리올레핀이 선형 저밀도 폴리에틸렌이고, 상기 고온 용융 폴리머가 폴리프로필렌인 필터 매체.
  18. 제 14항에 있어서, 상기 매체의 밀도가 0.1g/cm3 및 0.5g/cm3 사이인 필터 매체.
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