KR20150093791A - 부직 일렉트릿 섬유질 웨브 및 그의 제조 방법 - Google Patents

부직 일렉트릿 섬유질 웨브 및 그의 제조 방법 Download PDF

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헨드릭 보쓰
앤드류 알. 폭스
놀망 쟝 르
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

일렉트릿 섬유, 다성분 섬유, 및 흡착 입자를 포함하는 부직 일렉트릿 섬유질 웨브, 및 그로부터 제조되는 주름진 필터.

Description

부직 일렉트릿 섬유질 웨브 및 그의 제조 방법{NON-WOVEN ELECTRET FIBROUS WEBS AND METHODS OF MAKING SAME}
본 발명은 공기 여과 재료로서; 예를 들어, 난방, 환기 및 냉방(heating, ventilation and cooling, HVAC) 장치를 위한 공기 필터(air filter); 차량용 객실 공기 필터; 실내 공기 정화기; 호흡기(respirator) 등으로서 유용한 주름진 부직 일렉트릿 섬유질 웨브(pleated non-woven electret fibrous web)에 관한 것이다.
공기 품질은 생명에 중대한 것이고, 많은 회사들이 미립자 및 휘발성 유기 화합물(volatile organic compound, VOC)과 같은 부유 오염물을 높은 효율 및 낮은 공기-유동 저항으로 제거하기 위한 여과 재료를 연구하고 있다.
일렉트릿 섬유, 다성분 섬유(multicomponent fiber) 및 흡착 입자(sorbent particle)를 포함하는 부직 일렉트릿 섬유질 웨브와 그로부터 제조되는 주름진 필터가 본 명세서에 개시된다. 본 발명의 이들 및 다른 태양은 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나, 어떠한 경우에도, 상기 요약은 청구가능한 발명 요지를, 그러한 발명 요지가 최초 출원된 바와 같은 출원의 청구범위에 제시된 것이든 절차 중 보정되거나 달리 제시된 청구범위에 제시된 것이든 간에, 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
도 1은 본 개시 내용의 예시적인 실시예에 따른 부직 일렉트릿 섬유질 웨브 내에서의 섬유의 배열 방식을 예시하는 개략도.
도 2는 본 개시 내용의 예시적인 실시예에 따른 부직 일렉트릿 섬유질 웨브로 미립자 물질이 들어간 후 섬유 및 다른 것의 표면에 부착된 미립자 물질 중 일부가 섬유로 구성된 웨브-형상의 구조체에 의해 포획된 것의 개략도.
도 3은 예시적인 부직 일렉트릿 섬유질 웨브의 100배의 단면 SEM 현미경 사진.
도 4는 예시적인 주름-안정화 부재(pleat-stabilizing member)를 포함하는 예시적인 주름진 필터의 사시도.
도 5는 다른 예시적인 주름-안정화 부재를 포함하는 예시적인 프레임형 주름진 필터(framed pleated filter)의 사시도.
도 6은 다른 예시적인 주름-안정화 부재를 포함하는 다른 예시적인 프레임형 주름진 필터의 부분 절결 사시도.
도 7은 다른 예시적인 주름-안정화 부재를 포함하는 다른 예시적인 프레임형 주름진 필터의 부분 절결 사시도.
도 8은 다른 예시적인 주름-안정화 부재를 포함하는 다른 예시적인 프레임형 주름진 필터의 부분 절결 사시도.
다양한 도면의 유사한 도면 부호는 유사한 요소를 나타낸다. 달리 지시되지 않는 한, 본 명세서의 모든 도면은 축척대로 그려진 것은 아니며, 본 발명의 상이한 실시예들을 예시하는 목적을 위해 선택된다. 특히, 다양한 구성요소의 치수는 단지 예시적인 관점에서 도시되며, 다양한 구성요소의 치수들 사이의 관계는 그렇게 지시되지 않는 한 도면으로부터 추론되어서는 안 된다.
"일렉트릿"(예컨대, 일렉트릿(예컨대, 스플릿-필름(split-film) 정전기) 섬유, 또는 일렉트릿 섬유를 포함하는 부직 일렉트릿 섬유질 웨브)은 반-영구적으로 매립된 정전하(재료의 높은 저항으로 인해, 최대 수백년의 장기간 동안 감쇠되지 않을) 및/또는 반-영구적으로 배향된 쌍극자 분극을 가진 안정한 유전체이다.
섬유의 수집물과 관련하여 사용되는 "하이드로대전된(hydrocharged)"은 섬유가 극성 유체(예컨대, 물, 알코올, 케톤, 또는 극성 유체들의 혼합물)와 밀착 접촉되어 배치된 다음에 섬유가 대전되기에 충분한 조건 하에서 건조된 것을 의미한다.
"주름진"이라는 것은 그의 적어도 일부분이 대체로 평행한, 반대로 배향된 절첩부(fold)의 열을 포함하는 구성으로 형성(예컨대, 절첩)된 웨브를 의미한다. 이와 같이, 웨브 전체로서의 주름형성(pleating)은 예컨대 개별 섬유의 크림핑(crimping)과 구별된다.
"부직 섬유질 웨브"는 편직 천에서와 같이 식별가능한 방식으로 있는 것이 아닌, 사이에 끼워넣어진 개별 섬유 또는 섬유의 구조를 갖는 물품 또는 시트를 의미한다. 부직 천 또는 웨브는 예를 들어 멜트블로잉(meltblowing) 공정, 에어-레잉(air-laying) 공정, 및 본디드 카디드 웨브(bonded carded web) 공정과 같은 많은 공정으로부터 형성되었다.
"응집성 부직 일렉트릿 섬유질 웨브"는 자립형(self-supporting) 웨브를 형성하기에 충분한 섬유의 얽힘 또는 접합에 의해 특징지어지는 섬유질 웨브를 의미한다.
"자립형"은 상당한 인열 또는 파열 없이 걸쳐질 수 있고(drapable) 취급될 수 있기에 충분한 응집성 및 강도를 갖는 웨브를 의미한다.
"멜트블로운(meltblown) 섬유"는 멜트블로잉 또는 멜트블로운 공정에 의해 제조된 섬유를 의미한다.
"스펀-본딩(spun-bonding)" 및 "스펀 본드 공정(spun bond process)"은 용융된 섬유-형성 재료를 방사구(spinneret)의 복수의 미세한 모세관으로부터 연속적인 또는 반-연속적인 섬유로서 압출하고 섬유를 가늘게 하며(즉, 인발하며) 그 후에 가늘어진 섬유를 수집함으로써 부직 일렉트릿 섬유질 웨브를 형성하기 위한 방법을 의미한다. 예시적인 스펀-본딩 공정이 예를 들어 미국 특허 제3,802,817호에 개시되어 있다.
"스펀 본드 섬유" 및 "스펀-본디드(spun-bonded) 섬유"는 스펀-본딩 또는 스펀 본드 공정을 사용하여 제조된 섬유를 의미한다. 그러한 섬유는 일반적으로 연속적인 섬유이고, 하나의 완성된 스펀 본드 섬유를 그러한 섬유의 매스(mass)로부터 제거하는 것이 대개 가능하지 않도록 응집성 부직 일렉트릿 섬유질 웨브를 형성하기에 충분하게 얽히거나 점 접합된다(point bonded).
"자가 접합(autogenous bonding)"은 점-접합 또는 캘린더링(calendering)에서와 같은 확고한 접촉 압력의 가해짐이 없이 (오븐, 통기 본더(through-air bonder) 등에서 얻어지는 바와 같은) 상승된 온도에서의 섬유들 사이의 접합을 의미한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 "캘린더링"은 압축되고 접합된 섬유질 부직 웨브를 얻기 위해 부직 일렉트릿 섬유질 웨브를 압력의 가해짐과 함께 가열된 롤러로 통과시키는 공정을 의미한다.
"(공)중합체"는 단일중합체 또는 공중합체를 의미한다.
"단-성분 열가소성 섬유"는 25℃보다 높은 규정된 온도에서 연화 또는 용융 온도를 나타내는, 단일 (공)중합체 성분을 함유하는 섬유를 의미한다.
"다성분 섬유"는 섬유의 일부분이 25℃보다 높은 규정된 온도에서 연화 또는 용융 온도를 나타내는 한편, 섬유의 나머지 부분이 그 규정된 온도에서 고체의 연화되지 않은 그리고 용융되지 않은 상태로 유지되도록, 2개 이상의 (공)중합체 성분을 함유하는 섬유(예컨대, 이성분(bicomponent) 섬유)를 의미한다.
"다공도(porosity)"는 재료 내의 공극 체적의 척도를 의미한다. 기공 및 공극의 크기, 빈도, 개수 및/또는 상호연결성이 재료의 다공도에 기여한다.
"공극 체적"은 웨브 또는 필터의 중량 및 체적을 측정한 다음에 이 중량을 그 동일한 체적의 동일한 구성 재료의 고체 매스의 이론적 중량과 비교함으로써 계산될 수 있는, 웨브 또는 필터와 같은 다공성 또는 섬유질 본체 내의 충전되지 않은 공간에 대한 백분율 또는 분율 값을 의미한다.
"고형도(solidity)"는 웨브의 고체 재료(예컨대, 섬유와 입자)에 의해 점유되는 섬유질 웨브의 총 체적의 비율을 나타내는 무차원 분율(대개 퍼센트로 보고됨)을 의미한다.
본 개시 내용의 다양한 예시적인 실시예가 이제 도면을 구체적으로 참조하여 기술할 것이다. 본 발명의 예시적인 실시예에 대해 본 개시 내용의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고서 다양한 수정 및 변경이 취해질 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 하기에 기술되는 예시적인 실시예로 제한되는 것이 아니라, 청구범위 및 그의 임의의 등가물에 기재된 제한에 의해 제한되어야 한다는 것이 이해되어야 한다.
일 태양에서, 본 개시 내용은 단일 층 내에 복수의 일렉트릿 섬유, 복수의 흡착 입자(바람직하게는 과립형 활성탄(GAC) 입자) 및 복수의 다성분 (접합) 섬유를 포함하는, 공기 여과에 유용한 부직 일렉트릿 섬유질 웨브를 기술한다. 부직 일렉트릿 섬유질 웨브는 공기 오염물의 포획 또는 흡착에 이용가능한 전체 표면적을 증가시키기 위해 주름진 구조를 포함할 수 있다. 많은 실시예에서, 섬유와 입자는 웨브의 두께 전반에 걸쳐 대체로 무작위로 그리고 균질하게 혼합되고, 섞이고, 기타 등등으로 될 수 있다. 또는, 다른 실시예에서, 웨브의 두께를 가로질러 조성의 구배가 존재할 수 있다.
도 1은 본 개시 내용의 예시적인 실시예에 따른 부직 일렉트릿 섬유질 웨브에서의 섬유의 배열을 예시하는 개략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 섬유(11)(예컨대, 다성분 섬유)와 섬유(2)(예컨대, 일렉트릿 섬유)가 부직 일렉트릿 섬유질 웨브(3)의 단일 층 내에 무작위로 배열된다. 또한, 흡착 입자(8)가 섬유질 웨브의 단일 층 전반에 걸쳐 분포, 예컨대 무작위로 분포된다.
도 2는 섬유로 구성된 웨브-형상의 구조체가 물리적 포획에 의해 및/또는 일렉트릿 섬유로의 전하 끌림에 의해 부직 일렉트릿 섬유질 웨브(3)를 통과한 공기 스트림 내의 부유 미립자 물질의 적어도 일부분을 포획한 것을 도시하는, 도 1의 부직 일렉트릿 섬유질 웨브(3)의 일부분의 개략적인 확대도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 부유 미립자 물질(4)이 부직 일렉트릿 섬유질 웨브(3)에 들어갈 때, 기체(예컨대, 공기) 스트림(6, 6')이 웨브(3)를 통과함에 따라, 미립자 물질(4) 중 일부가 일렉트릿 섬유와의 정전기 상호작용으로 인해 일렉트릿 섬유(2)의 표면에 부착될 수 있고, 다른 것들이 다성분 섬유(11)와 일렉트릿 섬유(2)에 의해 형성된 섬유질 네트워크에 의해 물리적으로 포획될 수 있다.
도 3은 일렉트릿 섬유(2), 다성분 섬유(11) 및 흡착 입자(8)를 포함하는, 본 발명의 예시적인 부직 일렉트릿 섬유질 웨브(3)의 주사 전자 현미경 사진(100배 배율의 단면도)을 도시한다.
본 개시 내용의 몇몇 예시적인 실시예에서, 부직 일렉트릿 섬유질 웨브는 제곱 미터당 40 내지 250 그램(gsm)의 평량을 가질 수 있다. 이러한 유형의 특정 실시예에서, 부직 일렉트릿 섬유질 웨브는 제곱 미터당 80 내지 150 그램(gsm)의 평량을 가질 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 부직 일렉트릿 섬유질 웨브는 적어도 약 80, 160, 240, 320, 또는 400 gsm의 평량을 가질 수 있다. 추가의 예시적인 실시예에서, 부직 일렉트릿 섬유질 웨브는 최대 약 1000, 800, 600, 또는 400 gsm의 최대 평량을 가질 수 있다. (부직 일렉트릿 섬유질 웨브에 대한 평량의 계산에서, 본 명세서에 기술된 바와 같은 임의의 지지 층의 기여는 배제될 수 있다.)
본 개시 내용의 부직 일렉트릿 섬유질 웨브는 적어도 별개의 일렉트릿 섬유와 별개의 다성분 섬유를 포함한다. 본 맥락에서, 별개라는 것은 섬유가 약 100 mm보다 작은 길이로, 예컨대 100 mm보다 작은 사전결정된(예컨대, 평균) 길이로 절단(예컨대, 쵸핑(chopped))되었음을 의미한다. 즉, 그러한 섬유가 원래 훨씬 더 긴 길이로 생성(예컨대, 멜트-스펀(melt-spun))되었을 수 있지만, 이들이 그 후에 별개의 형태로 쵸핑되었다. 사전결정된 길이로 쵸핑된 그러한 섬유가 흔히 스테이플(staple) 섬유로 지칭된다.
본 개시 내용의 부직 일렉트릿 섬유질 웨브는 일렉트릿 섬유를 포함하는 다수의 무작위로 배향된 별개의 섬유를 포함한다. 잠재적으로 적합한 일렉트릿 섬유가 미국 특허 제4,215,682호; 제5,641,555호; 제5,643,507호; 제5,658,640호; 제5,658,641호; 제6,420,024호; 제6,645,618호, 제6,849,329호; 및 제7,691,168호에 기술되어 있다. 본 개시 내용의 예시적인 실시예에서, 일렉트릿 섬유는 대전되지 않은 섬유에 정전기 전하를 인가하기 위한 방법(즉, 정전기 인가 기술)을 사용하여 제조된 섬유, 바람직하게는 (공)중합체 섬유로부터 선택될 수 있다. 따라서, 적합한 일렉트릿 섬유는 전기장에서 섬유를 멜트블로잉함으로써, 예컨대 극성 분자를 함유하는 중합체 또는 왁스와 같은 적합한 유전체 재료를 용융시키고, 용융된 재료를 별개의 섬유를 형성하도록 멜트-블로잉 다이(die)로 통과시키고, 이어서 별개의 섬유가 강한 정전기장에 노출되는 동안 용융된 중합체가 재-고형화되게 함으로써 생성될 수 있다. 일렉트릿 섬유는 또한 예컨대 전자 빔, 코로나 방전, 전자로부터의 주입, 간극 또는 유전체 장벽을 가로지르는 전기 절연 파괴 등에 의해, 중합체 또는 왁스와 같은 고도의 절연 유전체 재료 내에 과잉 전하를 매립함으로써 제조될 수 있다.
특히 적합한 일렉트릿 섬유는 하이드로대전된 섬유이다. 섬유의 하이드로대전은 극성 유체를 섬유 상으로 충돌, 소킹(soaking) 또는 응축시킨 후에 건조시켜서, 섬유가 대전되게 하는 것을 포함하는 다양한 기술을 사용하여 수행될 수 있다. 바람직하게는, 물이 극성 하이드로대전 액체로서 채용되고, 매체는 바람직하게는 임의의 적합한 분무 수단에 의해 제공되는 액적의 스트림 또는 액체의 제트를 사용하여 극성 하이드로대전 액체에 노출된다. 하이드로대전에 더하여 또는 그에 대한 대안으로서, 정전기 대전, 마찰대전, 또는 플라즈마 플루오르화를 포함하는 다른 대전 기술을 일렉트릿 섬유에 가할 수 있다. 코로나 대전 후의 하이드로대전 및 플라즈마 플루오르화에 이은 하이드로대전이 조합되어 사용되는 특히 적합한 대전 기술이다.
몇몇 예시적인 실시예에서, 일렉트릿 섬유는 10 내지 100 mm의 길이를 가질 수 있고, 그의 단면은 원형, 삼각형, 정사각형, 직사각형, 다른 다각형 형상 등, 또는 다른 단면 형상(즉, 십자-형상, X-형상 등)일 수 있다. 본 개시 내용의 예시적인 일 실시예에서, 일렉트릿 섬유는 38 내지 90 mm의 길이를 가질 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 일렉트릿 섬유는 약 20, 약 10, 약 6, 약 4, 또는 약 3 mm의 최대 길이를 가질 수 있다. 추가의 실시예에서, 일렉트릿 섬유는 약 1, 약 2, 또는 약 3 mm의 최소 길이를 가질 수 있다. 다양한 실시예에서, 일렉트릿 섬유는 적어도 약 1, 5, 10, 또는 20 마이크로미터의 평균 크기(예컨대, 직경, 또는 둥글지 않거나 불규칙한 단면을 가진 섬유의 경우에는 등가 직경)를 포함할 수 있다. 추가의 실시예에서, 일렉트릿 섬유는 최대 약 100, 60, 40, 또는 20 마이크로미터의 평균 크기를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 일렉트릿 섬유는 쵸핑된 스테이플 섬유일 수 있다.
일렉트릿 섬유는 만족스러운 일렉트릿 특성을 획득하고 유지시킬 수 있는 임의의 적합한 중합체 섬유-형성 재료로 제조될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 그러한 재료는 22℃에서 1014 옴-센티미터 이상의 체적 저항률을 갖는 반결정질 중합체 수지를 포함할 수 있다. 추가의 실시예에서, 체적 저항률은 약 1016 옴-센티미터 이상일 수 있다. (중합체 섬유-형성 재료의 저항률은 예컨대 ASTM D 257-93에 따라 측정될 수 있다.) 특정 실시예에서, 중합체 섬유-형성 재료에는 전기 전도율을 현저히 증가시키거나 그렇지 않으면 정전기 전하를 수용하고 보유하는 섬유의 능력을 방해할 수 있는 정전기 방지제와 같은 성분이 실질적으로 없을 수 있다. 적합할 수 있는 중합체의 몇몇 예는 폴리올레핀, 예컨대 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리(4-메틸-1-펜텐) 및 환형 올레핀 공중합체와, 그러한 중합체들의 조합을 포함한다. 특정 실시예에서, 일렉트릿 섬유는 폴리프로필렌 단일중합체 섬유일 수 있다.
몇몇 실시예에서, 만족스러운 일렉트릿 특성을 획득하고 유지시키는 중합체 재료의 능력을 향상시키기 위해 첨가제가 중합체 재료 내에 포함될 수 있다. 대표적인 일렉트릿-대전 향상 첨가제는 예컨대 장애 아민계 첨가제, 트라이아진계 첨가제, 트라이스테아릴 멜라민, 및 시바 스페셜티 케미칼즈(Ciba Specialty Chemicals)로부터 상표명 치마소브(CHIMASSORB)로 입수가능한 다양한 첨가제를 포함한다. 잠재적으로 적합한 첨가제가 예컨대 미국 특허 제6,969,484호에 기술되어 있다. 그러한 첨가제의 유형 및 양은 당업자에게 친숙할 것이다. 예를 들어, 다양한 실시예에서, 일렉트릿-대전 향상 첨가제는 0.1 중량%보다 많은 또는 0.5 중량%보다 많은 그리고 약 5 중량%, 3 중량% 또는 2 중량%보다 적은 양으로 존재할 수 있다.
부직 일렉트릿 섬유질 웨브는 적어도 제1 영역과 제2 영역을 갖는 무작위로 배향된 별개의 다성분 섬유를 포함하며, 여기서 제1 영역은 제2 영역보다 낮은 용융 온도를 갖는다. 다양한 상이한 유형과 구성의 다성분 섬유가 존재한다. 적합한 다성분 섬유가 예를 들어 미국 특허 제7,695,660호, 제6,057,256호, 제5,486,410호, 제5,662,728호, 및 제5,972,808호에 기술되어 있다. 소정의 예시적인 실시예에서, 다성분 섬유는 이성분 섬유이다. 적합한 이성분 섬유의 일례는 시스/코어(sheath/core) 섬유이며, 여기서 코어를 둘러싸는 시스가 섬유의 제1 영역을 형성하고, 코어가 섬유의 제2 영역을 형성한다. 제1 영역은 예컨대 코폴리에스테르 또는 폴리에틸렌과 같은 재료로 구성될 수 있다. 제2 영역은 예컨대 폴리프로필렌 또는 폴리에스테르와 같은 재료로 구성될 수 있다. 적합한 이성분 섬유가 예를 들어 미국 특허 제4,552,603호에 기술되어 있다.
가열 동안, 제1 영역은 (적어도 부분적으로) 용융될 것이고, 한편 더 높은 용융 온도를 가진 제2 영역은 대부분 그대로(예컨대, 용융되지 않거나 연화되지 않고) 유지될 수 있다. 용융 동안, 제1 영역은 섬유가 서로 접촉하는 접속점에 수집되는 경향이 있을 수 있다. 그러면, 냉각 시에, 제1 영역의 재료는 함께 웨브를 고정시키도록 재고형화될 것이다. 따라서, 다성분 섬유의 제1 영역의 재료는 섬유를 함께 고정시켜 웨브를 형성할 수 있다(예컨대, 응집성 자립형 네트워크로). 따라서, 그러한 다성분 섬유는 접합 섬유로 고려될 수 있고, 많은 실시예에서, 부직 일렉트릿 섬유질 웨브를 형성하기 위해, 별도의 결합제가 사용될 필요가 없을 수 있다.
본 명세서에 개시된 공정을 사용함으로써, 다성분 섬유의 용융된 제1 영역을 사용하여 흡착 입자를 다성분 섬유에, 그리고 그에 따라 부직 일렉트릿 섬유질 웨브에 고정시키는 것이 가능하다. 즉, 적어도 몇몇 실시예에서, 흡착 입자는, 다른 추가되는 결합제가 존재할 필요 없이, 다성분 접합 섬유에 의해 웨브 내에 대체로 또는 완전히 보유될 수 있다. 일반적으로, 더 많은 양의 다성분 섬유가 입자를 부직 일렉트릿 섬유질 웨브에 고정시키는 기능을 할 수 있기 때문에, 일렉트릿 섬유질 웨브에 사용되는 다성분 섬유가 많을수록, 입자의 가능한 로딩이 많아질 수 있다. 그러나, 다성분 섬유가 부직 일렉트릿 섬유질 웨브의 총 중량의 0 중량%보다 많고 10 중량%보다 적게 포함하도록 다성분 섬유의 양을 유지시킴으로써, 몇몇 그러한 실시예에서, 예컨대 제1 영역의 용융된 재료로 입자 표면의 상당한 부분이 폐색됨이 없이, 입자가 부직 일렉트릿 섬유질 웨브에 적절히 고정될 수 있는 것을 알아내었다.
몇몇 예시적인 실시예에서, 다성분 섬유는 부직 일렉트릿 섬유질 웨브의 총 중량의 적어도 10 중량%, 20 중량%, 30 중량%, 40 중량%, 50 중량% 또는 심지어 60 중량% 이상의 양으로 섬유질 웨브 내에 포함되고; 추가의 실시예에서, 다성분 섬유는 부직 일렉트릿 섬유질 웨브의 총 중량의 100 중량%, 90 중량%, 80 중량%, 70 중량% 또는 심지어 60 중량% 이하의 양으로 섬유질 웨브 내에 포함된다. 다른 실시예에서, 다성분 섬유는 섬유와 입자를 포함하는(그러나 임의의 지지 층이 존재하는 경우 이를 포함하지 않는) 웨브의 총 중량을 기준으로 적어도 약 4, 6, 또는 8 중량%의 중량%로 섬유질 웨브 내에 존재한다. 다른 실시예에서, 다성분 섬유는 섬유와 입자를 포함하는(그러나 임의의 지지 층이 존재하는 경우 이를 포함하지 않는) 웨브의 총 중량을 기준으로 최대 약 18, 16, 14, 12, 또는 10 중량%의 중량%로 섬유질 웨브 내에 존재한다.
다양한 실시예에서, (역시, 존재할 수도 있는 임의의 지지 층(들)의 임의의 섬유를 포함하지 않는) 섬유질 웨브의 다성분 섬유 대 섬유질 웨브의 일렉트릿 섬유의 중량비는 적어도 1:4, 1:2, 3:4, 또는 1:1일 수 있다. 추가의 실시예에서, (역시, 존재할 수도 있는 임의의 지지 층(들)의 임의의 섬유를 포함하지 않는) 섬유질 웨브의 다성분 섬유 대 섬유질 웨브의 일렉트릿 섬유의 중량비는 최대 2:1, 1:1, 1:2, 또는 1:4일 수 있다.
바람직한 다성분 섬유는 합성 중합체(예컨대, 공중합체, 삼중합체 등)를 포함한다. 적합한 중합체와 공중합체 성분은 예컨대 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리올레핀, 환형 폴리올레핀, 폴리올레핀 열가소성 탄성중합체, 폴리(메트)아크릴레이트, 폴리비닐 할라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리우레탄, 폴리 락트산 및 다른 것들과, 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다. 적합한 다성분 섬유(예컨대, 이성분 섬유)는 코어 및 시스 구조를 포함할 수 있다. 구매가능한 코어 및 시스 다성분 중합체의 하나의 잠재적으로 적합한 부류가 상표명 셀본드(CELBOND)(등록상표)(미국 캔자스주 위치타 소재의 코사 코.(KoSa Co.)로부터 입수가능함), 예를 들어 시스가 110℃의 용융 온도를 갖는 셀본드(등록상표) 254로 입수가능하다. 다른 잠재적으로 적합한 다성분(이성분) 섬유가 독일 보빙겐 소재의 트레비라 게엠베하(Trevira GmbH)로부터 상표명 T255로 입수가능하다. 다른 구매가능한 다성분 중합체 섬유가 본 개시 내용의 범주 내에 있다. 몇몇 다른 예시적인 실시예에서, 잠재적으로 적합한 다성분 중합체 섬유는 130 내지 170℃, 140 내지 160℃, 또는 145 내지 155℃ 범위 내의 용융 온도를 가진 제1(예컨대, 시스) 영역을 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 다성분 섬유는 길이가 적어도 0.25 인치(0.635 cm)일 수 있고, 적어도 1의 데니어(denier)를 가질 수 있다. 추가의 실시예에서, 다성분 섬유는 길이가 적어도 0.5 인치(1.27 cm)일 수 있고, 적어도 2의 데니어를 가질 수 있다. 그러나, 섬유는 섬유로부터 절단될 수 있는, 또는 편리하게 취급될 수 있는 한, 섬유의 최단 길이만큼 작아질 수 있는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 몇몇 예시적인 실시예에서, 다성분 섬유는 약 20, 약 10, 약 6, 약 4, 또는 약 3 mm의 최대 길이를 가질 수 있다. 추가의 실시예에서, 다성분 섬유는 약 1, 약 2, 또는 약 3 mm의 최소 길이를 가질 수 있다.
일렉트릿 섬유와 혼합되는 다성분 섬유의 능력을 향상시키기 위해(예컨대, 본 명세서에 후술되는 섬유 혼합 및 침착 공정에서), 각각의 섬유의 길이가 유사한 것이 유리할 수 있는 것이 인식될 것이다. 따라서, 다양한 실시예에서, 다성분 섬유의 평균 길이 대 일렉트릿 섬유의 평균 길이의 비는 적어도 약 1:2, 2:3, 3:4 또는 4:5일 수 있다. 추가의 실시예에서, 다성분 섬유의 평균 길이 대 일렉트릿 섬유의 평균 길이의 비는 최대 약 2:1, 3:2, 4:3, 또는 5:4일 수 있다. 특정 실시예에서, 다성분 섬유의 평균 길이 대 일렉트릿 섬유의 평균 길이의 비는 1:1 +/- 10%일 수 있다.
다양한 실시예에서, 다성분 섬유는 적어도 약 1, 5, 10, 또는 20 마이크로미터의 평균 크기(직경 또는 등가량)를 포함할 수 있다. 추가의 실시예에서, 다성분 섬유는 최대 약 100, 60, 40, 또는 20 마이크로미터의 평균 크기를 포함할 수 있다.
필요할 경우, 본 개시 내용에 따른 부직 일렉트릿 섬유질 웨브는 원하는 대로 복수의 임의의 다른 별개의 섬유를 선택적으로 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 그러한 섬유는 예컨대 광-촉매 섬유(예컨대, 이산화티타늄-함유 섬유), 예컨대 단성분 섬유, 결합제 섬유, 탄소 섬유, 금속 섬유, 세라믹 섬유, 천연 섬유로부터 선택되는 충전 섬유 등을 포함할 수 있다. 이들 섬유 중 임의의 것의 혼합물이 원하는 대로 포함될 수 있다.
위에 언급된 바와 같이, 본 개시 내용에 따른 부직 일렉트릿 섬유질 웨브는 실온에서 고체인 임의의 별개의 입자일 수 있는 복수의 흡착 입자를 포함한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같은 용어 흡착 입자는 임의의 원하는 분자(예컨대, 기체, 증기, 에어로졸, 특히 유독하고, 냄새가 날 수 있는 것 등과 같은 재료)를 포획하기에(화학흡착, 물리흡착, 흡수, 흡착, 화학 반응 등 중 어느 것에 의해서든) 유용할 수 있는 임의의 입자를 광범위하게 포함한다. 즉, 용어 흡착제는 일반적으로 흡착성으로 고려될 수 있는 재료와 또한 흡수성으로 고려될 수 있는 재료를 광범위하게 포함한다.
임의의 원하는 미립자 흡착제가 사용될 수 있다. 잠재적으로 유용한 흡착제는 예컨대 활성탄; 실리카 겔; 활성 알루미나 및 다른 금속 산화물; 흡착 또는 화학 반응에 의해 유체로부터 성분을 제거할 수 있는 금속 입자(예컨대, 은 입자); (일산화탄소의 산화를 촉매할 수 있는) 홉칼라이트와 같은 미립자 촉매제; 아세트산과 같은 산성 용액 또는 수성 수산화나트륨과 같은 알칼리성 용액으로 처리된 점토 및 다른 광물; 목탄; 중탄산나트륨; 실리카 겔 입자, 건조제 입자; 분자체(molecular sieve) 입자 및 제올라이트, 규조토 입자 등을 포함한다. 과립형 활성탄(GAC)이 많은 응용에 특히 바람직한 흡착제일 수 있다. 흡착제의 혼합물이 또한 예컨대 기체의 혼합물을 흡수하기 위해 채용될 수 있다.
일반적으로, 몇몇 실시예에서, 흡착 입자, 예컨대 GAC는 예컨대 냄새가 나거나 유독하거나 달리 바람직하지 않은 기체 또는 증기의 제거를, 그러한 기체 또는 증기와 반응함으로써 및/또는 그러한 기체 또는 증기의 반응을 촉매함으로써 향상시키는 역할을 할 수 있는 바와 같은, 그 상에 통합되거나(예컨대, 그 상에 코팅되거나) 그 내에 통합되는(예컨대, 그 내로 함침되는) 하나 이상의 화학적 활성 재료를 가질 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 일산화탄소의 산화에 적합한 촉매(예컨대, 나노-스케일 금 입자)가 흡착제 내에 또는 그 상에, 예컨대 과립형 활성탄 내에 또는 그 상에 통합될 수 있다.
흡착 입자는 비드(bead), 플레이크(flake), 과립(granule) 또는 응집체(agglomerate)를 포함하는 임의의 사용가능한 형태일 수 있다. 원하는 흡착 입자 크기는 특정 응용에 대해 원하는 대로 달라질 수 있다. 소정의 예시적인 실시예에서, 흡착 입자는 적어도 약 12 메시(mesh)(대략 1680 마이크로미터), 적어도 약 16 메시(대략 1190 마이크로미터), 적어도 약 20 메시(대략 840 마이크로미터), 또는 적어도 약 30 메시(대략 600 마이크로미터)의 표준 미국 메시 크기 등급을 가질 수 있다. 추가의 실시예에서, 흡착 입자는 약 70 메시(대략 210 마이크로미터) 이하, 약 60 메시(대략 250 마이크로미터) 이하, 약 50 메시(대략 300 마이크로미터) 이하, 및 약 45 메시(대략 355 마이크로미터) 이하의 표준 미국 메시 크기 등급을 가질 수 있다. 예시적인 재료는 12×20 메시, 20×40 메시, 25×45 메시, 30×60 메시, 또는 40×70 메시의 입자 크기 분포를 갖는 것으로 공급업체에 의해 특징지어진 과립형 활성탄을 포함한다. (예로서, 재료의 입자 크기가 12×20 메시로 기술되는 경우, 재료의 90% 이상이 12-메시 체를 통과할 것이고(즉, 약 1680 마이크로미터보다 작은 입자가 12-메시 체를 통과할 것임), 20-메시 체에 의해 보유될 것이다(즉, 약 841 마이크로미터보다 큰 입자가 20-메시 체를 통과하지 않을 것임). 적합한 흡착 입자는 예컨대 미국 캘리포니아주 카노가 파크 소재의 쿠라레이 케미칼 코포레이션(Kuraray Chemical Corporation)으로부터 입수가능한 12×20, 20×40, 25×45, 및 30×60 메시 크기의 과립형 활성탄을 포함한다. 상이한 크기 범위를 갖는 흡착 입자의 혼합물(예컨대, 이중모드 혼합물(bimodal mixture))이 또한 채용될 수 있다.
다양한 예시적인 실시예에서, 흡착 입자의 중량을 기준으로 웨브(웨브의 섬유와 입자를 포함하지만 임의의 지지 층을 포함하지 않음)의 총 재료의 백분율로 표현되는 바와 같이, 적어도 80 중량% 흡착 입자, 적어도 84 중량% 흡착 입자, 또는 적어도 90 중량% 흡착 입자가 웨브 내에 함유될(예컨대, 얽힐(enmeshed)) 수 있다. 다른 실시예에서, 적어도 65 중량% 흡착 입자, 적어도 70 중량% 흡착 입자, 또는 적어도 75 중량% 흡착 입자가 웨브 내에 함유될 수 있다. 추가의 실시예에서, 최대 90, 85, 80, 또는 75 중량% 흡착 입자가 웨브 내에 함유될 수 있다.
웨브 평량에 관하여 표현될 때, 흡착제 로딩 수준은 웨브의 단위 면적당 흡착 입자의 중량을 기준으로 표현되는, 예를 들어 적어도 약 500 gsm, 또는 적어도 약 2,000 gsm일 수 있다. 다른 실시예에서, 흡착제 로딩 수준은 적어도 약 100, 200, 300, 400, 또는 500 gsm일 수 있다. 추가의 실시예에서, 흡착제 로딩 수준은 최대 약 800, 600, 500, 300, 또는 200 gsm일 수 있다.
언급된 바와 같이, 다양한 크기와 양의 흡착 입자가 부직 일렉트릿 섬유질 웨브에 사용될 수 있다. 몇몇 예시적인 실시예에서, 흡착 입자는 1 mm보다 큰 직경의 중간값 크기(median size)를 가질 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 흡착 입자는 1 cm보다 작은 직경의 중간값 크기를 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 입자 크기들의 조합이 사용될 수 있다. 몇몇 예시적인 실시예에서, 흡착 입자는 큰 입자와 작은 입자의 혼합물을 포함한다. 따라서, 요약하면, 원하는 흡착 입자의 크기는 상당히 달라질 수 있고, 대개 의도된 사용 조건에 부분적으로 기초하여 선택될 것이다. 일반적인 지침으로써, 특히 유체 여과 응용에 유용한 흡착 입자는 약 0.001 내지 약 3000 μm 중간값 직경으로 크기가 달라질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 흡착 입자는 약 0.01 내지 약 1500 μm 중간값 직경, 또는 약 0.02 내지 약 750 μm 중간값 직경, 또는 약 0.05 내지 약 300 μm 중간값 직경일 수 있다. 특정 실시예에서, 흡착 입자는 약 200 내지 약 900 μm 중간값 직경, 또는 약 250 내지 약 850 μm 중간값 직경, 또는 약 400 내지 약 600 μm 중간값 직경일 수 있다.
언급된 바와 같이, 미립자 흡착제의 임의의 적합한 크기 또는 형상이 선택될 수 있다. 적합한 입자는 다양한 물리적 형태(예컨대, 고체 입자, 다공성 입자, 중공형 기포, 응집체, 불연속 섬유, 스테이플 섬유, 플레이크 등); 형상(예컨대, 구형, 타원형, 다각형, 바늘형 등); 형상 균일성(예컨대, 단분산, 실질적으로 균일하거나, 불균일하거나 불규칙한 등); 조성(예컨대, 무기 입자, 유기 입자, 또는 이들의 조합); 및 크기(예컨대, 마이크로미터-이하-크기, 마이크로-크기 등)를 가질 수 있다.
예컨대 흡착 입자가 부직 일렉트릿 섬유질 웨브 내에 얽히거나 물리적으로 포획되거나 기타 등등으로 되는 정도를 향상시키기 위해, 흡착 입자의 집단의 크기를 제어하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 다양한 실시예에서, 입자의 집단은 적어도 50 μm, 적어도 75 μm, 또는 적어도 100 μm의 중간값 직경을 갖도록 선택될 수 있으며, 이때 특히 유용한 크기 범위(이들 예시적인 하한 위의 그리고 그를 넘는)가 위에 제시되어 있다. 일반적인 상한에 관하여, 몇몇 실시예에서, 흡착 입자는 1 cm보다 작은 직경의 중간값 크기를 가질 수 있다. 추가의 실시예에서, 입자는 1 mm보다 작은 중간값 크기를 가질 수 있다. 추가의 예시적인 실시예에서, 입자는 최대 약 2,000 μm, 최대 약 1,000 μm, 또는 최대 약 500 μm의 집단 중간값 직경을 갖는 마이크로-크기 입자의 집단을 포함할 수 있다. 역시, 특히 유용한 크기 범위(이들 일반적인 지침을 넘는)가 위에 제시되어 있다.
예를 들어 입자의 밀도, 입자의 크기, 및/또는 최종 부직 일렉트릿 섬유질 웨브 물품의 원하는 속성에 따라, 입자의 다양한 상이한 로딩이 섬유질 웨브의 총 중량에 대해 사용될 수 있다. 하나의 몇몇 실시예에서, 입자는 총 부직 물품 중량의 90 중량%보다 적게 포함한다. 몇몇 실시예에서, 입자는 총 부직 물품 중량의 적어도 10 중량%를 포함한다. 또 역시, 입자의 특히 유용한 로딩이 위에 제공되어 있다.
전술한 실시예들 중 임의의 것에서, 입자는 부직 일렉트릿 섬유질 웨브의 전체 두께 전반에 걸쳐 편리하게 분포될 수 있다. 그러나, 전술한 실시예들 중 몇몇에서, 입자는 우선적으로 실질적으로 부직 일렉트릿 섬유질 웨브의 주 표면에 또는 그 부근에 분포될 수 있다. 또한, 전술된 흡착 입자들 중 하나 이상의 임의의 조합이 본 개시 내용에 따른 부직 일렉트릿 섬유질 웨브에 사용될 수 있는 것이 이해되어야 한다.
전술한 실시예들 중 임의의 것에서, 부직 일렉트릿 섬유질 웨브에는 임의의 추가된 결합제가 실질적으로 없을 수 있다. 그러나, 전술한 실시예들 중 몇몇에서, 부직 일렉트릿 섬유질 웨브는 복수의 무작위로 배향된 별개의 섬유의 적어도 일부분을 덮는 결합제 코팅을 추가로 포함할 수 있다. 몇몇 예시적인 실시예에서, 결합제는 액체 또는 고체 분말일 수 있다.
본 개시 내용의 부직 일렉트릿 섬유질 웨브는 추가의 층 또는 층들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 추가의 층은 부직 일렉트릿 섬유질 웨브의 외측 표면 위 및/또는 아래에 존재할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 추가의 층은 지지 층일 수 있다. 현재 바람직한 실시예에서, 지지 층은 다공성이다. 그러한 지지 층은 예컨대 섬유의 접합을 촉진시키기 위해 웨브가 통과할 수 있는 가열된 캘린더 롤에 대한 부직 일렉트릿 섬유질 웨브의 섬유의 임의의 고착을 최소화시키는 데 유용할 수 있다. 그러나, 그러한 지지 층은 또한 웨브를 롤 형태로 권취하는 것, 웨브를 롤로부터 제거하는 것, 몰딩(molding), 주름형성, 절첩, 스테이플링(stapling), 직조(weaving) 등을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는 추가의 처리를 웨브에 가하기 위해 웨브의 강도를 향상시킬 수 있다.
다양한 다공성 지지 층이 본 개시 내용에 사용될 수 있다. 적합한 지지 층은 부직 천, 직조 천, 편직 천, 폼(foam) 층, 필름, 종이 층, 중합체 네팅(netting), 접착제-배킹된(adhesive-backed) 층, 포일(foil), 메시, 탄성 천(즉, 탄성 특성을 갖는 전술된 직조, 편직 또는 부직 천 중 임의의 것), 개구를 가진 웨브, 접착제-배킹된 층, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 예시적인 일 실시예에서, 다공성 지지 층은 중합체 부직 천을 포함한다. 적합한 부직 중합체 천은 에어-레이드(air-laid) 천, 멜트블로운 천, 카디드 웨브, 니들-펀치드(needle-punched) 천, 스플릿 필름 웨브, 웨트-레이드 하이드로-인탱글드(wet-laid hydro-entangled) 웨브, 에어-레이드 스테이플 부직 일렉트릿 섬유질 웨브, 또는 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 적합할 수 있는 중합체 네팅은 예를 들어 미국 미네소타주 미니애폴리스 소재의 콘웨드 코프.(Conwed Corp.)로부터 입수가능한 소정 재료를 포함한다. 소정의 예시적인 실시예에서, 지지 층은 접합된 스테이플 섬유들의 웨브를 포함한다. 그러한 접합은 예를 들어 열 접합, 접착제 접합, 분말형 결합제 접합, 하이드로인탱글링(hydroentangling), 니들펀칭(needlepunching), 캘린더링, 또는 이들의 조합을 사용하여 달성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 지지 층은 스펀-본드 부직 웨브를 포함한다.
지지 층은 복합 부직 섬유질 물품의 특정 최종 용도에 따른 평량 및 두께를 가질 수 있다. 본 개시 내용의 몇몇 실시예에서, 복합 부직 섬유질 물품의 전체 평량 및/또는 두께가 최소 수준으로 유지되는 것이 바람직할 수 있다. 다른 실시예에서, 전체 최소 평량 및/또는 두께가 주어진 응용에 대해 요구될 수 있다. 많은 실시예에서, 지지 층은 약 150 gsm보다 작은 평량을 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 지지 층은 약 5.0 gsm 내지 약 100 gsm의 평량을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 지지 층은 약 10 gsm 내지 약 75 gsm의 평량을 가질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 지지 층은 약 2.0 gsm 내지 약 20 gsm; 추가의 실시예에서, 약 5.0 gsm 내지 약 15 gsm, 또 다른 실시예에서, 약 8.0 gsm 내지 약 12 gsm의 평량을 가질 수 있다.
평량에서와 같이, 지지 층은 복합 부직 섬유질 물품의 특정 최종 용도에 따라 달라지는 두께를 가질 수 있다. 전형적으로, 지지 층은 약 150 밀리미터(mm)보다 작은, 100 mm보다 작은, 또는 50 mm보다 작은 두께를 갖는다. 또 다른 실시예에서, 지지 층은 약 150 마이크로미터보다 작은, 약 100 마이크로미터보다 작은, 약 50 마이크로미터보다 작은, 또는 약 20 마이크로미터보다 작은 두께를 갖는다. 다른 실시예에서, 지지 층은 적어도 약 0.1 mm, 또는 적어도 0.5 mm, 또는 적어도 1.0 mm의 두께를 갖는다. 본 개시 내용의 몇몇 실시예에서, 지지 층은 예컨대 폴리프로필렌 섬유를 포함하는 스펀-본디드 천을 포함한다.
몇몇 예시적인 실시예에서, 본 개시 내용의 부직 일렉트릿 섬유질 웨브는 또한 하나 이상의 선택적인 추가의 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 프리-필터(pre-filter) 층(예컨대, 조립자(coarse particle)의 여과를 수행하는 역할을 하는), 장식 층, 내마모(abrasion-resistant) 층 등인 층이 제공될 수 있다. 필요할 경우, 일렉트릿-함유 제2 여과 층(예컨대, 대전된 블로운 마이크로-섬유 층)이 제공될 수 있다.
본 개시 내용의 예시적인 실시예는 전술된 바와 같은 부직 일렉트릿 섬유질 웨브를 제조하기 위한 공정을 제공하며, 이러한 공정은 일반적으로 일렉트릿 섬유, 다성분 섬유, 및 복수의 흡착 입자에 하기의 공정 단계, 즉 개방하고 혼합하며 이송 장치로 전달하는 단계와, 이어서 혼합되고 전달된 섬유와 입자를 성형 챔버(forming chamber) 내에서 중력-레잉(gravity-laying)하여 섞인 섬유와 입자의 수집물을 형성하는 단계와, 이어서 적어도 수집된 섬유의 다성분 섬유와 입자를 접합하는 단계를 가하여 부직 일렉트릿 섬유질 웨브를 형성하는 단계를 포함한다. 당업자는 "개방하는" 단계가 섬유를 기계적으로 교반시켜 섬유를 고도로 압축된 상태(예컨대, 베일(bale)로 입수된 그대로)로부터, 섬유가 예컨대 추가로 탈응집되거나 다른 섬유와 혼합되거나 기타 등등으로 될 수 있는 더욱 이완되고 개방된 상태로 변형시키는 것을 의미하는 것을 인식할 것이다.
예시적인 실시예에서, 부직 일렉트릿 섬유질 웨브는, 일반적으로 상부 단부와 하부 단부를 갖는 그리고 돌출부(일반적인 용어로 스파이크(spike)로 지칭되지만, 이는 임의의 적합한 설계를 가질 수 있음)를 포함하는 회전 섬유-분리 롤러를 포함하는 성형 챔버를 제공하는 단계를 포함하는, 본 명세서의 예 B1 내지 B9에 상세히 기술된 유형의 에어-레잉 방법과 장치를 사용하여 형성될 수 있다. 인접한 롤러들의 스파이크는 상호맞물리는 관계에 있으며(그러나 이들은 전형적으로 서로 접촉하지 않음), 따라서 섬유의 응집체에 전단력을 가하고(특히 응집체가 2개의 이동하는, 예컨대 반대 방향으로 회전하는 스파이크들 사이에 잠시 포획될 때) 응집체를 개별 섬유로 또는 보다 작은 다수의 섬유의 응집체로 적어도 부분적으로 분리시킬 수 있으며, 또한 섬유(및 입자)를 서로 혼합시킬 수 있다. 필요할 경우, 순환 벨트 스크린(예컨대, 섬유 및/또는 입자 중 적어도 일부가 통과할 수 있는 충분한 크기의 관통-구멍을 가짐)이 섬유와 입자의 임의의 원하는 재순환을 향상시키기 위해 챔버 내에 제공될 수 있다. 따라서, 이 방법은 복수의 별개의 섬유를 성형 챔버의 상부 단부 내로 도입하는 단계, 섬유의 집단을 실질적으로 별개의 섬유(이때 섬유는 성형 챔버를 통한 그들의 이동 동안 이동 스파이크에 의해 탈응집, 혼합 등으로 됨)로서 성형 챔버의 하부 단부로 수송하는 단계, 및 실질적으로 별개의 혼합된 그리고 무작위로 섞인 섬유의 집단을 부직 일렉트릿 섬유질 웨브로서 수집기 표면 상에 수집하는 단계를 포함한다. 전형적으로, 섬유와 입자는 중력에 의해 성형 챔버의 상부 단부로부터 하부 단부로 유인된다(그러나 이들의 이동은 이들이 이동 스파이크에 충돌하거나 챔버 내에서 위로 편향되거나(예컨대, 재순환되거나) 기타 등등으로 됨으로써 연장될 수 있음). 설명의 편의상 그러한 공정이 본 명세서에서 에어-레잉 공정의 일반 범주 내에 속하는 것으로 기술될 수 있지만, 때때로 "중력-레잉" 공정(예컨대 미국 특허 출원 공개 제2011/0247839호 참조)으로 불리는 그러한 성형 공정이 종래의 에어-레잉 공정과 상당히 상이한(그리고 따라서 본 명세서에 개시된 웨브를 형성하기에 특유하게 적합할 수 있음) 것이 인식될 것이다. 구체적으로, 이하에서 중력-레잉 공정으로 지칭될 그러한 공정은 성형 챔버를 통한 섬유의, 실질적으로 중력에 의해 구동되는(그러나 침착을 돕기 위해 진공이 수집기 표면의 밑면에 가해질 수 있음) 저속 수송을 포함하며, 이때 섬유의 혼합이 그 내부의 이동 스파이크에 의해 달성되는 바와 같이 수송 동안 일어난다. 반면에, 종래의 에어-레잉 공정(미국 뉴욕주 메이스던 소재의 란도 머신 코프.(Rando Machine Corp.)에 의해 상표명 "란도 웨버(RANDO WEBBER)"로 시판되는 것과 같은 구매가능한 웨브 성형 기계를 사용하는 것과 같은)은 전형적으로 섬유를 수집 표면 상으로 운반하기 위한 리커인 롤(lickerin roll)(일반적으로 비교적 고속으로 회전함)과 고속 공기 스트림의 사용을 포함한다. 따라서, 본 명세서에 개시된 바와 같은 섬유질 일렉트릿 웨브를 제조하는 방법은 정의상 종래의 에어-레잉 공정의 통상적인 작업을 포함하지 않는다.
몇몇 예시적인 중력-레잉 실시예에서, 수집기는 이동 수집기(예컨대, 성형 챔버의 하부 단부 아래에서 이동하고 섬유와 입자의 수집된 혼합물을 성형 챔버로부터 멀어지게 운반할 수 있는 순환 벨트)일 수 있다. 그러한 이동 수집기의 운동으로 인해, 섬유가 평균적으로 수집기의 운동 방향으로 약간 배향되는 배열로 섬유가 수집되는 경향이 있을 수 있는 것이 인식될 것이다. 그러나, 임의의 그러한 경향은 전형적으로 작을 것이고, 무작위로 배열되는(그리고 혼합, 섞임 등으로 되는) 수집된 섬유의 특성화를 손상시키지 않을 것이다.
몇몇 예시적인 중력-레잉 실시예에서, 수집기 표면은 패턴화된 수집기 표면 상에 식별가능한 패턴을 구비할 수 있으며, 여기서 식별가능한 패턴은 부직 일렉트릿 섬유질 웨브(돌기가 없는 것을 고려되는 바와 같은)의 주 표면으로부터 연장되는 복수의 비-중공형 돌기와, 주 표면에 의해 한정되고 실질적으로 주 표면과 평행한 평면 내에서 각각의 인접한 돌기 사이에 형성되는 복수의 실질적으로 평탄한 랜드(land) 영역을 포함할 수 있다.
본 개시 내용의 추가의 예시적인 실시예에서, 개방 처리(예컨대 압축된 베일로 입수된 상태 그대로로부터 섬유를 개방하기 위해 사용되는 바와 같은)에서의 개방 롤러는 30 내지 50 ㎐의 주파수를 가질 수 있다. 본 개시 내용의 추가의 예시적인 실시예에서, 개방 처리에서의 개방 롤러는 40 내지 50 ㎐의 주파수를 가질 수 있다. 본 개시 내용의 추가의 예시적인 실시예에서, 부직 일렉트릿 섬유질 웨브는 40 내지 250 gsm의 평량을 가질 수 있다. 본 개시 내용의 다른 추가의 예시적인 실시예에서, 부직 일렉트릿 섬유질 웨브는 80 내지 150 gsm의 평량을 가질 수 있다. 본 개시 내용의 다른 추가의 예시적인 실시예에서, 웨브 섬유의 접합 중 적어도 일부가 가열된 공기에 의해(예컨대, 통기 접합에 의해) 달성될 수 있으며, 여기서 고온 공기 온도는 예컨대 약 130℃ 내지 약 150℃이다. 본 개시 내용의 예시적인 특정 실시예에서, 고온 공기 온도는 135 내지 145℃이다. 본 개시 내용의 다른 예시적인 특정 실시예에서, 고온 공기 온도는 145 내지 155℃이다.
더욱 구체적으로, 부직 일렉트릿 섬유질 웨브는 유리하게는 상이한 부직 일렉트릿 섬유질 웨브를 생성하기 위해 특유의 순서의 단계들을 적용하는 상이한 공정에 의해 제조될 수 있다. 상세한 공정이 아래에 예시적인 방식으로 기술된다.
원하는 섬유는 처리 요구에 따라 계량되고, 조질 개방 장치 내에 놓여지며, 30 내지 50 ㎐의 고속으로 회전하는 장치 내에서 스파이크를 이용하여 개방된다. 이어서, 섬유는 섬유를 기계적으로 혼합하는 혼합 장치로 보내진다. 이어서, 섬유를 더 미세하게 개방하기 위해 조질 개방 처리의 그것과 유사한 방식으로 미세 개방 처리를 섬유에 가한다. 섬유는 섬유를 균일하게 공급하는 공급 장치 내에 도입되고, 공급량이 제어된다. 이어서, 섬유는 다음 공정, 즉 실질적으로 균일한 부직 일렉트릿 섬유질 웨브를 형성하기 위한 에어-레잉 기계(구체적으로, 본 명세서의 작동예에 기술된 그리고 또한 예컨대 본 명세서에 전체적으로 참고로 포함되는 미국 특허 출원 공개 제2011/0247839호에 기술된 일반적인 유형의 중력-레잉 기계)로 보내진다. 중력-레잉된 부직 일렉트릿 섬유질 웨브(이때(접합 전에) 반드시 자립형 웨브이기에 충분한 응집 강도를 갖지 않을 수 있음)에, 적어도 부분적으로 접합된 웨브를 형성하기 위해 예컨대 130 내지 150℃의 온도의 오븐 내에서 자가 접합, 즉 가열된-공기 접합(예컨대, 통기 접합)을 이어서 가할 수 있다. 웨브는 이어서 최종 접합된 웨브(즉, 본 명세서에 정의된 바와 같이 자립형이기에 충분한 강도를 갖는 응집성 웨브)를 형성하기 위해 예컨대 130 내지 160℃의 온도에서 캘린더링될 수 있다. 임의의 자가 접합 및/또는 캘린더링 단계의 온도는 물론 다성분 섬유의 성분의 조성(그리고 생성되는 용융점)에 비추어 그리고 또한 일렉트릿 섬유가 그들의 대전 상태에 유해하게 영향을 미침이 없이 노출될 수 있는 온도를 고려하여 선택될 수 있다.
부직 섬유질 웨브를 제조하는 전술한 방법에 더하여, 하기의 공정 단계들 중 하나 이상이 일단 형성된 부직 섬유질 웨브에 단독으로 또는 조합되어 수행될 수 있다:
(1) 부직 섬유질 웨브를 공정 경로를 따라 추가의 처리 작업을 향해 전진시키는 단계;
(2) 하나 이상의 추가의 층을 부직 섬유질 웨브의 외측 표면과 접촉시키는 단계;
(3) 부직 섬유질 웨브를 캘린더링하는 단계;
(4) 특히 캘린더링 후에, 부직 섬유질 웨브를 주름형성하는 단계;
(5) 부직 섬유질 웨브를 표면 처리 또는 다른 조성물(예컨대, 난연 조성물, 접착제 조성물, 또는 인쇄 층)로 코팅하는 단계;
(6) 부직 섬유질 웨브를 카드보드 또는 플라스틱 튜브에 부착하는 단계;
(7) 부직 섬유질 웨브를 롤의 형태로 권취하는 단계;
(8) 부직 섬유질 웨브를 슬리팅하여 2개 이상의 슬릿 롤 및/또는 복수의 슬릿 시트를 형성하는 단계;
(9) 부직 섬유질 웨브를 몰드(mold) 내에 배치하고 부직 섬유질 웨브를 새로운 형상으로 몰딩하는 단계;
(10) 존재할 때, 노출된 선택적 감압 접착제 층 위에 이형 라이너를 적용하는 단계; 및
(11) 부직 섬유질 웨브를 접착제 또는 클립, 브라켓, 볼트/스크류, 못, 및 스트랩을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 다른 부착 장치를 통해 다른 기재에 부착하는 단계.
본 개시 내용은 또한 전술한 실시예들 중 임의의 것에 따른, 복수의 흡착 입자, 바람직하게는 과립형 활성탄을 포함하는 부직 일렉트릿 섬유질 웨브를 제조하는 다양한 방법을 제공한다. 입자를 포함하는 부직 일렉트릿 섬유질 웨브를 제조하기에 적합한 공정은 일반적으로 일렉트릿 섬유와 다성분 섬유(그리고 존재하는 경우 단-성분 열가소성 섬유, 존재하는 경우 탄소계 섬유 등)에 개방 공정을 가하는 단계와, 이어서 하기의 단계, 즉 섬유와 입자를 하나 이상의 공급 장치로 전달하는 단계, 섬유와 입자를 혼합하는 단계 및 혼합된 섬유와 입자를 에어 레잉(즉, 중력-레잉)하는 단계, 이어서 섬유와 입자를 함유하는 부직 일렉트릿 섬유질 웨브를 접합하는 단계를 수행하여 흡착 입자를 함유하는 부직 일렉트릿 섬유질 웨브를 형성하는 단계를 포함한다.
따라서, 전술한 에어-레잉 방법에 관하여 더욱 상세히 살펴보면, 이 방법은 또한 복수의 흡착 입자를 성형 챔버 내로 도입하고 실질적으로 별개의 섬유의 집단을 부직 일렉트릿 섬유질 웨브로서 포획하기 전에 복수의 별개의 섬유를 성형 챔버 내에서 복수의 흡착 입자와 혼합시켜 섬유질 미립자 혼합물을 형성하는 단계와, 흡착 입자의 적어도 일부분을 부직 일렉트릿 섬유질 웨브에 고정시키는 단계를 포함한다. 전술한 에어-레잉 실시예들 중 임의의 것에서, 입자는 상부 단부에서, 하부 단부에서, 상부 단부와 하부 단부 사이에서, 또는 이들의 조합에서 성형 챔버 내로 도입될 수 있다. 편리하게는, 섬유질 미립자 혼합물을 성형 챔버의 하부 단부로 수송하여 부직 일렉트릿 섬유질 웨브를 형성하는 단계는 별개의 섬유를 성형 챔버 내로 낙하시키는 단계와 섬유(그리고 입자)가 중력 하에 성형 챔버를 통해 낙하하도록 허용하는 단계를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 섬유질 미립자 혼합물을 성형 챔버의 하부 단부로 수송하여 부직 일렉트릿 섬유질 웨브를 형성하는 단계는 별개의 섬유를 성형 챔버 내로 낙하시키는 단계와 섬유가 성형 챔버의 하부 단부에 가해지는(예컨대, 순환 벨트와 같은 수집기의 밑면에 가해지는) 진공력의 도움으로 중력 하에 성형 챔버를 통해 낙하하도록 허용하는 단계를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 논의된 바와 같이, 전술된 에어-레잉 방법에 의해 형성된 바와 같은 부직 일렉트릿 섬유질 웨브는 부유 오염물의 포획 또는 흡착에 이용가능한 전체 표면적을 증가시키기 위해 파형(corrugated) 또는 주름진 구조체를 갖는 주름진 웨브를 얻도록 처리될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 그러한 주름진 웨브는 웨브 성분을, 예를 들어 복수의 V-형상의 랜드와 홈을 포함하는 3차원 파형 패턴을 갖는 패턴화된 천공된 수집기 상에 에어-레잉하면서, 패턴화된 천공된 수집기 내의 천공부를 통해 공기 스트림을 통과시킴으로써 형성될 수 있다. 이렇게 형성된 부직 섬유질 웨브에 이어서 섬유 접합 공정이 가해진다.
몇몇 실시예에서, 주름형성은 예컨대 블레이드 플리터(blade pleater), 기어 플리터(gear pleater), 나이프 플리터(knife pleater), 또는 회전식 플리터(rotary pleater)와 같은 종래의 주름형성 장치의 사용에 의해 수행될 수 있다. 그러한 주름형성 장치와 공정은 당업자에게 잘 알려져 있고, 예컨대 미국 특허 제4,798,575호, 제4,976,677호, 제5,389,175호, 및 제6,521,011호에 언급되어 있다. 몇몇 경우에, 예컨대 웨브의 영역의 파쇄(crushing) 또는 스코어링(scoring)(예컨대, 회전식-스코어 플리터의 사용으로 발생할 수 있는 바와 같은)을 수반하지 않는 방법을 선택하는 것이 바람직할 수 있는데, 이는 그러한 스코어링이 스코어링된 영역 내의 흡착 입자(예컨대, 활성탄 과립) 중 일부를 불리하게 파쇄할 수 있기 때문이라는 것이 인식될 것이다. 따라서, 특정 실시예에서, 웨브는 블레이드 플리터에 의해 주름형성될 수 있다.
특정 방법에 상관없이, 그러한 방법은 부직 일렉트릿 섬유질 웨브(3)(그리고 예컨대 그에 접합된 임의의 지지 층)를 도 4에 도시된 일반적인 유형의 주름진 필터(13)로 변형시킬 수 있으며, 여기서 필터는 복수의 하류 주름 팁(pleat tip)(14)과 상류 주름 팁(15)을 포함하고, 각각의 주름 팁은 (주름형성 방향을 따라, 이러한 주름 방향이 도 4에 화살표(Pd)로 표시됨) 제1 및 제2 경사 주름 벽에 이웃한다. (예를 들어, 도 4의 각각의 하류 주름 팁(14)은 제1 및 제2 주름 벽(16, 17)에 이웃한다.) 전형적으로, 각각의 주름 팁은 주름 방향(Pd)에 수직한 방향으로 선형으로 연장되며, 이때 연속적인 주름 팁은 주름 방향(Pd)을 따라, 예컨대 사전결정된 주름 간격으로 이격된다(전형적으로, 균일하게 이격됨). 그러한 실시예에서, 주름진 필터의 제1 및 제2(하류 및 상류) 주 표면(21, 22)은 주름진 필터의 대체로 모든 위치에서 서로 국소적으로 평행하고 국소적으로 대향할 것이다. (부직 일렉트릿 섬유질 웨브에 수행된 임의의 그러한 주름형성 공정이 또한 그에 접합된 임의의 지지 층의 상응하는 주름형성을 유발할 것이 이해될 것이다.) 그러한 주름형성 공정은 필요할 경우 열-안정화 단계를 포함할 수 있다(여기서 주름진 매체는 원하는 시간 동안 상승된 온도로, 예컨대 65 내지 80℃의 범위 내에서 유지됨).
전술한 예시적인 실시예들 중 임의의 것에서, 입자를 부직 일렉트릿 섬유질 웨브에 및/또는 그 내에 고정시키는 단계는 열 접합, 자가 접합, 접착제 접합, 분말형 결합제 접합, 하이드로인탱글링, 니들펀칭, 캘린더링, 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상세히 기술된 바와 같이, 열 접합이 특히 유용하게 채용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 그러한 열 접합은 다성분 섬유를 서로(그리고 선택적으로 일렉트릿 섬유에) 접합하여, 흡착 입자를 내부에 물리적으로 포획할 수 있는 섬유질 네트워크를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 그러한 열 접합은 다성분 섬유를 흡착 입자에 접합하는 단계를 포함할 수 있다. 많은 실시예에서, 두 메커니즘 중 일부가 일어날 수 있다. 특정 실시예에서, 입자를 부직 일렉트릿 섬유질 웨브에 고정시키는 단계는 웨브의 다성분 섬유를 적어도 다성분 섬유의 제1 영역의 제1 용융 온도로 그리고 다성분 섬유의 제2 영역의 제2 용융 온도보다 낮은 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있으며, 이에 의해 입자의 적어도 일부분이 다성분 섬유의 적어도 일부분의 적어도 제1 영역에 접합되고, 별개의 섬유의 적어도 일부분이 다성분 섬유의 제1 영역과의 복수의 교점에서 함께 접합된다(섬유가 섬유의 제1 영역을 재고형화시키기에 충분히 냉각된 후에). 전술한 예시적인 실시예들 중 임의의 것에서, 액체가 별개의 섬유의 적어도 일부분을 습윤시키기 위해 성형 챔버 내로 도입될 수 있으며, 이에 의해 입자의 적어도 일부분이 성형 챔버 내의 습윤된 별개의 섬유에 부착된다.
전술한 실시예들 중 임의의 것에서, 부직 일렉트릿 섬유질 웨브는 수집기 상에 형성될 수 있으며, 여기서 수집기는 스크린, 스크림(scrim), 메시, 금속 메시(예컨대, 전신-금속(expanded-metal) 메시), 부직 천, 직조 천, 편직 천, 폼 층, 다공성 필름, 천공된 필름, 섬유의 어레이, 용융-피브릴화된(melt-fibrillated) 부직 일렉트릿 섬유질 웨브, 멜트블로운 섬유질 웨브, 스펀 본드 섬유질 웨브, 에어-레이드 섬유질 웨브, 웨트-레이드 섬유질 웨브, 카디드 섬유질 웨브, 하이드로-인탱글드 섬유질 웨브, 및 이들의 조합으로부터 선택된다. 특정 실시예에서, 그러한 수집기는 다공성 재료(예컨대, 와이어 메시 또는 스크린)로 제조되는 이동 벨트(예컨대, 위에 언급된 바와 같은 순환 이동 벨트)를 포함할 수 있다. 편리하게는, 벨트가 성형 챔버에 들어가기 전에 또는 들어갈 때 본 명세서에 기술된 바와 같은 섬유질 제1 지지 층이 이동 벨트 상에(즉, 성형 챔버 내에서 낙하 섬유와 입자를 향하는 벨트의 표면 상에) 제공될 수 있어서, 섬유와 흡착 입자의 혼합물이 제1 지지 층 상에 침착되며, 이때 수집된 섬유/입자는 이어서 추가의 처리(예컨대, 열 접합)를 위해 여전히 제1 지지 층 상에 남아 있는 상태에서 순환 벨트에 의해 성형 챔버 밖으로 운반된다.
전술한 실시예들 중 임의의 것의 다른 예에서, 이 방법은 또한 부직 일렉트릿 섬유질 웨브 위에 놓이는 (예컨대, 예비-성형된) 섬유질 제2 지지 층을 적용하는 단계를 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 그러한 제2 지지 층은 층이 성형 챔버를 떠날 때 또는 떠난 후에 침착된/수집된 섬유와 입자의 층 위에 적용될 수 있다. 설명의 편의상, 섬유와 입자가 그 상에 침착되는 제1 지지 층이 하부 지지 층으로 지칭될 수 있는 한편, 침착된/수집된 섬유와 입자의 층 상에 배치되는 제2 지지 층이 상부 지지 층으로 지칭될 수 있다. (그러나, 상부 및 하부 지지 층이 동일할 수 있고/있거나 그들이 항상 상부/하부 관계로 유지되지는 않을 수 있는 것(예컨대, 다층 구조체가 뒤집힘 등으로 될 수 있음)이 이해될 것이다.) 따라서, 몇몇 실시예에서, 침착된/수집된 섬유의 층은 침착된/수집된 층 아래의 섬유질 제1 지지 층과, 침착된 수집된 층 위의 섬유질 제2 지지 층을 구비할 수 있다(침착된/수집된 섬유의 층이 2개의 지지 층들 사이에 개재되어 스택(stack)을 형성하도록). 전체 스택에 이어서, 다성분 섬유 중 적어도 일부를 서로 부분적으로 접합하는 그리고 가능하게는 다성분 섬유를 흡착 입자, 일렉트릿 섬유, 및 섬유질 지지 층(들)의 섬유 중 임의의 것 또는 모두에 접합하는 역할을 할 수 있는 접합 공정, 예컨대 열 접합 공정이 가해질 수 있다.
몇몇 특정 실시예에서, 예컨대 하부 지지 층 위에 있는, 섬유/입자의 침착된/수집된 층에, 다성분 섬유 중 적어도 일부를 서로(그리고 가능하게는 흡착 입자에, 일렉트릿 입자에, 그리고 하부 지지 층에) 적어도 부분적으로 접합하기 위해 자가 접합 공정이 가해질 수 있다(예컨대, 오븐, 통기 본더 등에 의해 공급되는 바와 같은, 예컨대 가열된 공기의 적용에 의해). 상부 지지 층이 이어서 침착된/수집된/부분적으로 접합된 층 위에 배치될 수 있고, 전체 스택이 이어서 원하는 대로 추가로 열 처리될 수 있다(예컨대, 가열된 캘린더를 통과함으로써). 다른 실시예에서, 임의의 자가 접합 전에, 제2 상부 지지 층이 침착된/수집된 층 위에 배치될 수 있으며, 이러한 층은 이어서 임의의 자가 접합과 또한 임의의 후속하는 가열 캘린더링 전반에 걸쳐 적소에 유지될 것이다. 어느 경우든, 제2 지지 층은 결국 부직 일렉트릿 섬유질 층에 영구적으로 부착될 수 있다(제1 지지 층이 그러할 수 있는 바와 같이). 몇몇 실시예에서, 부직 일렉트릿 섬유질 웨브에 대한 제1 및/또는 제2 지지 층의 부착은 예컨대 니들-펀칭, 별도로 추가된 결합제(액체 형태이든 분말 형태이든 섬유 형태이든 간에)의 사용 등과 같은 다른 접합 방법에 의해 증대될 수 있다. 다른 실시예에서, 열 접합은 이들 층을 부직 일렉트릿 섬유질 웨브에 부착하는 데 사용되는 유일한 접합이다. 어느 경우에도, 본 명세서에 개시된 바와 같은 지지 층은 정의상 지지 층이 주름진 부직 일렉트릿 섬유질 웨브의 윤곽을 따르도록, 지지 층이 접합되는 부직 일렉트릿 섬유질 웨브와 함께 주름형성되는 층이다. 그러한 섬유질 제1 또는 제2 지지 또는 커버 층은 예컨대 에어-레잉, 웨트-레잉, 카딩(carding), 멜트 블로잉, 멜트 스피닝(melt spinning), 일렉트로스피닝(electrospinning), 플렉시필라멘트 형성(plexifilament formation), 가스 제트 피브릴화(gas jet fibrillation), 섬유 스플릿팅(fiber splitting), 또는 이들의 조합에 의해 형성되었던 층일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 그러한 제1 또는 제2 지지 층은 자립형 웨브를 형성하기 위해 스펀-본드 부직 웨브, 예컨대 열 점-접합되어 있는 멜트스펀 섬유를 포함하는 웨브를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 예컨대 상부 지지 층(주름진 필터의 영구적인 부분으로 남아 있는)의 사용을 회피할 수 있는 것이 인식될 것이다. 그러한 실시예에서, 일회용 라이너가 수집된 섬유와 가열된 캘린더링 롤의 표면 사이에 배치될 수 있거나; 섬유가 롤에 고착되는 임의의 경향을 최소화시키기 위해 캘린더링에 예컨대 비-고착 표면이 제공될 수 있다.
본 명세서에 기술된 바와 같이, 적어도 몇몇 실시예에서, 캘린더링 공정은 다성분 섬유의 서로에 대한, 일렉트릿 섬유에 대한, 흡착 입자에 대한, 그리고 제1 및 제2 지지 층(하나 또는 둘 모두가 존재하는 경우)의 섬유에 대한 최종 접합을 수행하는 역할을 할 수 있다. 그러나, 그러한 캘린더링이 또한 부직 일렉트릿 섬유질 웨브를 그의 침착된 상태 그대로(섬유와 입자가 예컨대 중력의 영향 하에 비교적 이완된 저-고형도 상태로 침착될 수 있는)로부터 고 고형도 상태, 구체적으로 웨브가 그것을 주름형성되도록 변경가능하게 하는 비교적 높은 강성을 포함하는 상태로 치밀화시킬 수 있는 것으로 밝혀졌다. 다양한 실시예에서, 그러한 캘린더링 공정은 캘린더링된 웨브의 두께가 침착된 그대로의 웨브의 두께의 약 90, 80, 60, 40 또는 20% 이하인 것을 제공할 수 있다. 추가의 실시예에서, 그러한 캘린더링 공정은 캘린더링된 웨브의 두께가 침착된 그대로의 웨브의 두께의 적어도 약 10, 20, 40, 또는 60%인 것을 제공할 수 있다. 다양한 실시예에서, 본 명세서에 개시된 바와 같은 캘린더링된 웨브는 적어도 약 12, 16, 18, 20, 또는 22%의 고형도를 포함할 수 있다. 추가의 실시예에서, 본 명세서에 개시된 바와 같은 캘린더링된 웨브는 최대 약 32, 28, 26, 24, 또는 20%의 고형도를 포함할 수 있다. 그러한 고형도가 예컨대 전형적으로 공기 여과 등을 위해 사용되는 바와 같은 종래의 섬유질 웨브에 비해 상당히 높은 것이 인식될 것이다. 그러나, 예상외로, 본 명세서의 작동예(예컨대, 예 세트 A)에서 입증되는 바와 같이, 그러한 높은 고형도에서도, 본 명세서에 개시된 부직 일렉트릿 섬유질 웨브가 우수한 여과 효율을 유지하면서 유리하게 낮은 압력 강하를 나타낼 수 있는 것으로 밝혀졌다.
이 공정의 몇몇 실시예에서, 입자를 우선적으로 부직 물품의 하나의 표면에서 또는 그 부근에서 얻는 것이 가능할 수 있다. 또한, 부직 물품의 두께 전반에 걸쳐 입자의 분포를 얻는 것이 가능할 수 있다. 따라서, 그러한 실시예에서, 입자는 웨브의 두 작업 표면에서 그리고 웨브의 두께 전반에 걸쳐 입수가능할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 섬유는 섬유가 용융되어 입자를 고정시킬 수 있을 때까지 입자를 섬유에 점착시키는 데 도움을 주기 위해 습윤될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 부직 물품의 두께 전반에 걸쳐 입자를 끌어당기는 데 도움을 주기 위해 진공이 도입될 수 있다.
따라서, 적어도 몇몇 실시예에서, 본 명세서에 기술된 부직 일렉트릿 섬유질 웨브는 본 명세서에 기술된 에어-레잉(구체적으로, 중력-레잉) 공정에 의해 형성된 접합된 부직 섬유질 웨브를 캘린더링한 다음에 기계적으로 주름형성함으로써 형성될 수 있다. 주름진 웨브는 일렉트릿 섬유 및 복수의 흡착 입자, 바람직하게는 과립형 활성탄 입자와; 복수의 다성분 섬유(그리고 본 명세서에 기술된 바와 같은 다른 선택적인 성분)를 포함한다.
많은 실시예에서, 본 명세서에 기술된 부직 일렉트릿 섬유질 웨브가 흡착 입자에 대한 다성분 (접합) 섬유의 낮은 중량비와 또한 일렉트릿 섬유에 대한 다성분 섬유의 낮은 중량비를 포함할 수 있는 것이 인식될 것이다. 이들 요인이 조합되어, 많은 실시예에서, 다성분 섬유가 웨브의 성분의 총 중량의 매우 낮은 백분율로 존재할 수 있는 것을 제공한다. 예를 들어, 본 명세서에 제시된 예시적인 작동예에서, 흡착 입자에 대한 다성분 섬유의 중량비는 범위가 대략 5.7% 내지 12.5%이고; 일렉트릿 섬유에 대한 다성분 섬유의 중량비는 범위가 대략 50% 내지 111%이며; 웨브(임의의 지지 층을 포함하지 않음)의 성분의 총 중량에 대한 다성분 섬유의 중량비는 범위가 대략 5.5% 내지 9.7%이다. 예상외로, 여전히 웨브 내에의 입자의 만족스러운 접합/포획을 달성하면서, 그리고 여전히 만족스러운 물리적 특성을 가진 웨브를 달성하면서(즉, 자립형이고 주름형성가능한 웨브를 제공하면서), 다성분 (접합) 섬유가 웨브 내에 접합/포획되도록 의도되는 입자에 비해 그러한 낮은 수준으로, 특히 웨브의 총 재료에 비해 그러한 낮은 수준으로 제공될 수 있는 것이 인식될 것이다.
다양한 실시예에서, 본 명세서에 기술된 부직 일렉트릿 섬유질 웨브는 약 4% 내지 약 14%, 또는 약 6% 내지 약 13%; 또는 약 8% 내지 약 12%의 흡착 입자에 대한 다성분 섬유의 중량비를 포함할 수 있다. 이들 실시예 중 임의의 것 내의 특정 실시예에서, 본 명세서에 기술된 부직 일렉트릿 섬유질 웨브는 약 4% 내지 약 10%, 또는 약 6% 내지 약 9%의 웨브(임의의 지지 층을 포함하지 않음)의 성분의 총 중량에 대한 다성분 섬유의 중량비를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 부직 일렉트릿 섬유질 웨브에 대전 공정을 가할 수 있다. 그러한 웨브-대전 공정은 예컨대 일렉트릿 섬유에 의해 보유된 임의의 전하를 추가로 향상시킬 수 있고/있거나 이들 전하를 유지시키는 섬유의 능력을 향상시킬 수 있다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 일렉트릿 섬유에 웨브 형성 전에 초기 대전 공정을 가할 수 있고; 일렉트릿 섬유의 원하는 최종 대전 상태에 도달하기 위해 추가의 (최종) 대전 공정이 웨브 상에 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 웨브는, 예컨대 일렉트릿 대전 향상 첨가제를 포함할 수 있지만 섬유가 웨브로 형성되기 전에 대전 공정을 거치지 않았던 섬유를 포함할 수 있다. 그러한 특정 실시예에서, 웨브-형성-후 공정은 그러한 섬유가 겪는 유일한 대전 공정일 수 있다. 다양한 실시예에서, 웨브-형성-후 대전 공정은 예컨대 코로나 대전, 마찰대전, 하이드로대전, 코로나 처리 후의 하이드로대전, 및 플라즈마 처리 후의 하이드로대전 중 임의의 것 또는 모두를 포함할 수 있다. 그러한 대전 공정은 예컨대 부직 일렉트릿 섬유질 웨브에 대한 전술된 상부 지지 층의 적용 전이나 후에 수행될 수 있다(따라서, 몇몇 실시예에서, 어느 정도의 대전이 지지 층(들)의 재료에 부여될 수 있음). 그러한 웨브-대전 공정은 임의의 캘린더링 단계 전이나 후에 수행될 수 있다.
본 명세서에 기술된 주름진 부직 일렉트릿 섬유질 웨브는 부직 일렉트릿 섬유질 웨브를 포함하는 주름진 필터의 주 에지에 프레임을 임의의 편리한 방식으로 장착함으로써 프레임형 필터로 제조될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 그러한 프레임형 필터는 제1(하류)(21) 및 제2(22)(상류) 대향 주 표면들과 주연부 에지(perimeter edge) 영역(23)을 갖는 주름진 필터(매체)(13)를 포함할 수 있으며, 이때 주연부 프레임(perimeter frame)(24)이 적어도 주름진 필터(13)의 주연부 에지 영역 주위에 배열된다. 프레임에 적합한 재료는 칩 보드, 또는 판지, 및 합성 플라스틱 재료를 포함한다. 다른 적합한 프레임이 예컨대 측부 밴드 프레이밍(side band framing), 인서트 몰딩(insert molding) 등에 의해 형성될 수 있다. 적합한 프레임 구조물은 미국 특허 제6,126,707호의 도 1 내지 도 4에 예시된 "핀치(pinch)" 프레임 구조물, 미국 특허 제6,126,707호의 도 5와 도 6에 예시된 "박스" 프레임 구조물, 미국 특허 제6,126,707호의 도 7 내지 도 11에 예시된 하이브리드 프레임 구조물, 미국 특허 제7,503,953호에 개시된 프레임 구조물들 중 임의의 것, 및 미국 특허 제7,235,115호에 개시된 프레임 구조물들 중 임의의 것을 포함한다. 특정 실시예에서, 그러한 프레임은 대체로 U-형상의 단면을 가진 채널 프레임(예컨대, 본 명세서의 도 7의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같은)을 포함할 수 있으며, 이때 U의 개방 단부가 주름진 공기 필터를 향하고, U의 아암이 필터 매체에 부착(예컨대, 접착식 접합, 스테이플링 등)된다.
몇몇 실시예에서, 주름진 필터(13)(도 4에서와 같이 비프레임형이든 도 5 내지 도 8에서와 같이 프레임형 주름진 필터(99)의 형태이든 간에)는 주름진 필터의 주측(major side), 예컨대 하류측(12) 상에 하나 이상의 주름-안정화 부재(30)를 포함할 수 있다. 이러한 맥락에서, 하류는 여과된 공기가 그를 통해 필터를 빠져나가는 필터의 주측을 지칭하며, 이러한 하류측은 그에 충돌하는 여과가능한 공기의 압력을 받는 상류측(18)의 반대편이다. (따라서, 하류측(12)은 도 4 내지 도 8의 도면에서 상부측이다.) 따라서, 주름진 필터의 하류측에 하나 이상의 주름-안정화 부재를 제공하는 것은 충돌하는 공기의 압력 하에 하류 방향으로 변형(예컨대, 편향, 부풀어 오름, 펼쳐짐 등)되는 주름진 필터의 임의의 경향을 최소화시킬 수 있다. 몇몇 경우에, 하나 이상의 주름-안정화 부재(30)를 주름진 필터의 하류측(12)에 제공하는 것과 또한 하나 이상의 주름-안정화 부재(30)를 주름진 필터의 상류측(18)에 제공하는 것(몇몇 경우에, 주름진 필터가 대칭일 수 있어서, 상류측과 하류측이 상호대체가능할 수 있는 것을 인식하여)이 유리할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 그러한 주름-안정화 부재가 충돌하는 공기의 압력 하에 하류 방향으로 변형되는 주름진 필터의 임의의 경향을 최소화시키는 방식으로 상류 주름 팁들 중 적어도 일부에(그리고 선택적으로 상류 주름 벽들 중 적어도 일부에) 접합되면, 주름-안정화 부재는 단지 필터의 상류측에만 제공될 수 있다. 다양한 실시예에서, 주름-안정화 부재(30)는 주연부 프레임(24)이 존재하는 경우 그러한 프레임에 부착 또는 연결될 수 있거나 그렇지 않을 수 있다.
주름-안정화 부재(30)는 정의상 적어도 부재가 다수의(즉, 3개 이상의) 주름 팁을 가로질러 연장되도록(드리고 접촉하도록) 적어도 대체로 주름진 필터의 (예컨대, 도 4에 도시된 바와 같은) 주름 방향(Pd)으로 연장되는 장축을 갖는다. 다양한 실시예에서, 주름-안정화 부재는 주름진 필터의 주어진 면의 주름 팁들 중 4개, 6개, 8개, 10개, 또는 심지어 대체로 모두(즉, 주연부 프레임으로부터 측방향으로 내부에 있는 필터 매체의 (가용) 영역 내에서 노출되는 모든 주름 팁)를 가로질러 연장될(그리고 접촉할) 수 있다. 그러나, 예컨대 도 6의 실시예의 추후 논의로부터 명확할 바와 같이, 그러한 부재가 주름 방향과 정확히, 또는 심지어 실질적으로 정렬되는 장축을 갖는 것이 요구되지 않는다. 주름-안정화 부재는 정의상 부재가 안정화시키는 주름진 필터의 주름이 주거용 HVAC 시스템에 전형적인 공기 압력 하에 허용불가능하게 변형되는 것을 방지하기 위해 적절한 강도를 갖는다(그러한 부재가 예컨대 단일 스트립의 형태이든 필라멘트의 어레이(예컨대, 금속 메시)의 형태이든 기타 등등의 형태이든 간에). 예시적인 예시에서, 주름-안정화 부재는 초당 1.5 미터의 면 속도를 가진 공기 스트림에 노출될 때, 본 명세서에 개시된 일반적인 조성을 갖는 그리고 10 mm의 주름 간격과 19 mm의 주름 높이를 포함하는 공칭 51×64 cm(20" × 25") 크기의 주름진 필터의 변형을 만족스럽게 최소화시킬 수 있다.
몇몇 실시예에서, 그러한 주름-안정화 부재(30)는 적어도 대체로 주름진 필터의 주름 방향으로 연장되는 그리고 주름진 필터와 적어도 그의 일부 주름 팁에서 접촉하는 그리고 또한 주름 벽(16, 17)의 적어도 일부분과 접촉하는 (고형화된) 접착제의 연속 스트랜드(strand)를 포함할 수 있다. 이러한 유형의 2개의 예시적인 주름-안정화 부재(31)가 도 4에 도시되어 있다(이러한 유형의 주름-안정화 부재는 예컨대 미국 특허 제7,896,940호에서 더욱 상세히 논의됨). 도 4에서 주름진 필터의 하류측에 도시되지만, 그러한 주름-안정화 부재는 주름진 필터의 상류측에 또한 존재하거나 대신에 상류측에 존재할 수 있다. (여기서 그리고 다른 곳에서, 주름진 필터, 예컨대 그의 표면과 접촉하는 것은 부직 일렉트릿 섬유질 웨브의 표면과 접촉하는 경우 및 그에 접합된 지지 층의 표면과 접촉하는 경우 둘 모두를 포함한다.)
몇몇 실시예에서, 주름-안정화 부재는 주름진 필터의 주름의 팁에 접합될 수 있다. 도 4의 실시예에서, 그러한 부재는 양쪽 주름 팁에 그리고 주름 벽들 중 적어도 일부분에 접합된다. 다른 실시예에서, 주름-안정화 부재(30)는 주름 벽이 아니라 주름 팁에 접합될 수 있다. 흔히 그러한 주름-안정화 부재는 대체로 평탄할 수 있다. 도 5에 도시된 이러한 일반적인 유형의 특정 실시예에서, 주름-안정화 부재(30)는 적어도 대체로 주름진 필터의 주름 방향으로 연장되는 그리고 주름진 필터의 하류측(12)의 다수의 주름 팁(14)에 접합되는 대체로 평탄한 신장형 스트립(33)을 포함할 수 있지만, 이러한 스트립(33)은 주름 벽(16 또는 17)의 임의의 상당한 부분에 접합되지 않는다. 이러한 일반적인 유형의 2개의 예시적인 주름-안정화 부재(33)가 도 5에 도시된다. 도 5에서 주름진 필터의 하류측에 도시되지만, 그러한 주름-안정화 부재(33)는 주름진 필터의 상류측에 또한 존재하거나 대신에 상류측에 존재할 수 있다. 그러한 주름-안정화 부재(33)는 주연부 프레임(24)에 부착될 수 있거나 그렇지 않을 수 있다.
몇몇 실시예에서, 대체로 평탄한 주름-안정화 부재는 주연부 프레임(24)의 일부분에 일체로 연결될 수 있다. 특정 실시예에서, 이는 주연부 프레임(24)에 일체로 연결되는 그리고 주연부 프레임에 의해 한정되고 노출된 필터 매체를 포함하는 측방향-내부 영역의 적어도 일부분을 가로질러 연장되는 하나 이상의 부재의 형태를 취할 수 있으며, 이러한 부재는 다수의 주름 팁을 가로질러 연장되고, 이러한 부재 사이에 이동 공기가 노출된 필터 매체와 접촉하도록 허용하는 관통-통로가 배치된다. 이러한 일반적인 유형의 예시적인 주름-안정화 부재(35)가 도 6에 도시된다. 주연부 프레임의 일부분에 일체로 연결되는 주름-안정화 부재의 경우에, 부재는 반드시 주름 팁에(또는 주름의 임의의 부분에) 접합될 필요는 없지만, 필요할 경우 이것이 행해질 수 있다. 그러나, 그러한 부재가 주름 팁에 접합되지 않으면, 부재는 적어도 주름진 필터의 하류측에 제공되어야 한다(그러나 이들은 상류측에도 또한 제공될 수 있음). 그러나, 종래의 주연부 프레임 그 자체는(즉, 주름진 필터의 노출된 측방향-내부 영역을 가로질러 연장되고 그의 다수의 주름 팁을 가로질러 연장되는 부분이 없는) 정의상 주름-안정화 부재를 구성하지 않는 것이 인식될 것이다.
몇몇 실시예에서, 대체로 평탄한 주름-안정화 부재는 적어도 대체로 주름진 필터의 주름 방향으로 연장되는 그리고 그의 다수의 주름 팁에 접합되지만 주름 벽에 접합되지 않는 네팅 또는 메시(예컨대, 필라멘트의 2차원 네트워크)를 포함할 수 있다. 이러한 일반적인 유형의 예시적인 주름-안정화 부재(37)가 도 7에 도시된다. 이러한 예시적인 실시예에서, 부재(37)는 실질적으로 주름 방향으로 연장되는 부분(예컨대, 필라멘트)을 구비할 뿐만 아니라, 그에 실질적으로 수직한 방향으로 연장되는 부분도 구비한다. 또한, 이러한 예시적인 실시예에서, 부재(37)는 하류 주름 팁(14)에 접합되지만, 하류 주름 벽(16 또는 17)에는 접합되지 않는다. 다양한 실시예에서, 부재(37)는 프레임(24)에 접합될 수 있거나 그렇지 않을 수 있다. 또한, 추가의 다양한 실시예에서, 부재(37)는 하류측에 더하여 주름진 필터의 상류측 상에 제공될 수 있거나 그렇지 않을 수 있다. 그러한 네팅 또는 메시는 그의 필라멘트가 주름-안정화 부재의 위의 정의를 충족시키기에 충분한 인장 강도를 집합적으로 제공하는 임의의 재료로 구성될 수 있다. 특정 실시예에서, 그러한 네팅 또는 메시는 전신-금속 메시를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 주름-안정화 부재는 적어도 대체로 주름진 필터의 주름 방향으로 연장되는 그리고 그의 다수의 주름 팁에 접합되고 또한 주름 벽의 실질적으로 모든 표면에 접합되는(주름-안정화 부재가 예컨대 대체로 주름진 필터의 윤곽을 따를 수 있도록) 금속 네팅 또는 금속 메시를 포함할 수 있다. 이러한 일반적인 유형의 그러한 예시적인 주름-안정화 부재(39)의 일부분이 도 8에 도시된다. 이러한 예시적인 실시예에서, 부재(39)는 실질적으로 주름 방향으로 연장되는 부분(예컨대, 필라멘트)을 구비할 뿐만 아니라, 그에 실질적으로 수직한 방향으로 연장되는 부분도 구비한다. 또한, 이러한 예시적인 실시예에서, 부재(39)는 하류 주름 팁(14)에 접합되고, 또한 하류 주름 벽(16, 17)의 표면(22)의 실질적으로 전부에 접합된다. 다양한 실시예에서, 부재(39)는 프레임(24)에 접합될 수 있거나 그렇지 않을 수 있다. 또한, 추가의 다양한 실시예에서, 부재(39)는 하류측에 더하여 주름진 필터의 상류측 상에 제공될 수 있거나 그렇지 않을 수 있다.
정의상, 웨브의 공칭 영역의 실질적으로 전부에 걸쳐 부직 일렉트릿 섬유질 웨브에 접합되는 그리고 웨브와 함께 주름형성되는 앞서 본 명세서에 개시된 유형의 지지 층, 예컨대 저-gsm 중합체 스크림은 주름-안정화 부재가 아니다. 즉, 그러한 지지 층이 주름형성 전에 웨브에 접합될 때 증가된 강성을 부여하여 주름형성되는 매체의 능력을 향상시킬 수 있지만, 그것은 공기 압력 하에서 위에 규정된 변형 저항을 제공하지 않을 것이다(그러나, 그러한 층이 웨브와 함께 주름형성되기보다는 예컨대 도 7의 방식으로 대체로 주름 팁에만 접합되는 대체로 평탄한 층으로서 제공될 때 그러한 변형 저항을 달성할 수 있는 것에 유의하여야 함). 예컨대 도 8에 관하여 전술된 일반적인 유형의 금속 메시 및 금속 네팅과 같은 재료가 그들이 부직 일렉트릿 섬유질 웨브와 함께 주름형성되더라도 그러한 변형 저항을 제공할 수 있는 것이 인식될 것이다.
본 개시 내용은 또한 본 개시 내용의 부직 섬유질 웨브를 다양한 응용에 사용하는 방법에 관한 것이다. 따라서, 또 다른 태양에서, 본 개시 내용은 전술한 방법들 중 임의의 것에 따라 제조된 전술된 부직 섬유질 웨브들 중 임의의 것을 포함하는 물품에 관한 것이다. 소정 실시예에서, 전술한 실시예들 중 임의의 것의 부직 일렉트릿 섬유질 웨브는 부직 일렉트릿 섬유질 웨브를 적어도 부분적으로 둘러싸는 기체-불투과성 하우징을 포함하는 기체 여과 물품을 제조하기 위해 사용될 수 있으며, 하우징은 부직 일렉트릿 섬유질 웨브의 제1 주 표면과 유체 연통하는 하나 이상의 기체 입구와, 부직 일렉트릿 섬유질 웨브의 제1 주 표면 반대편의 부직 일렉트릿 섬유질 웨브의 제2 주 표면과 유체 연통하는 하나 이상의 기체 출구를 포함한다.
다양한 기체 여과 물품이 바람직하게는 과립형 활성탄 입자인 흡착 입자를 함유하는 다양한 부직 일렉트릿 섬유질 웨브로부터 제조될 수 있는 것이 이해되어야 한다. 기체(예컨대, 공기) 여과 매체, 노 필터(furnace filter), 호흡기 등이 유익하게는 흡착 입자, 예컨대 과립형 활성탄 입자를 함유하는 부직 일렉트릿 섬유질 웨브를 포함하도록 제조될 수 있다. 언급된 바와 같은 예시적인 실시예에서, 추가의 위에 놓이거나 아래에 놓이는 웨브를 제공함으로써 추가의 층(예컨대, 상부 및/또는 하부 지지 층)이 포함될 수 있다. 그러한 기체 여과 물품은 다양한 형상과 형태를 취할 수 있다. 추가의 태양은 기체를 여과하는 방법을 제공하고, 이 방법은 기체 여과 물품을 침투 기체와 접촉시키는 단계를 포함한다. 소정 실시예에서, 기체 여과 물품은 웨브 내에 포획되는 주름진 부직 일렉트릿 섬유와 복수의 흡착 입자(예컨대, 과립형 활성탄 입자)를 포함한다. 특정 실시예에서, 본 명세서에 개시된 바와 같은 프레임형 주름진 필터가 이동 공기로부터 미립자 및/또는 기체 또는 증기 재료를 제거하는 것이 요구되는 임의의 상황에 사용될 수 있다. 특정 실시예에서, 그러한 프레임형 필터는 강제 공기 난방/냉방 시스템(즉, HVAC 시스템), 실내-공기 정화기, 차량용 객실-공기 필터, 진공 청소기용 필터 등에 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 본 명세서에 개시된 부직 일렉트릿 섬유질 웨브를 포함하는 프레임형 주름진 공기 필터에 프레임형 필터의 상류측과 하류측(그러한 측들이 특정되는 경우)을 표시하기 위한 정보 표지가 제공될 수 있다. 다양한 실시예에서, 그러한 정보 표지는 원하는 정보를 전달할 수 있는 인쇄된 화살표, 기록된 설명, 그림 표현, 또는 임의의 다른 적합한, 예컨대 인쇄, 엠보싱 등으로 된 표지를 포함할 수 있다.
본 출원은 PCT 출원 제PCT/US2012/044279호(대리인 관리 번호 68223WO002 하에 2012년 6월 27일자로 출원된 발명의 명칭이 부직 일렉트릿 섬유질 웨브 및 그의 제조 방법(Non-Woven Electret Fibrous Webs and Methods of Making Same)임)와 미국 가출원 제61/503363호(대리인 관리 번호 67764US002 하에 2011년 6월 30일자로 출원된 발명의 명칭이 패턴화된 에어-레이드 부직 일렉트릿 섬유질 웨브 및 그의 제조와 사용 방법(Patterned Air-laid Nonwoven Electret Fibrous Webs and Methods of Making and Using Same)임)를 전체적으로 참고로 포함한다. 그러나, 기술된 바와 같은 본 출원의 명세서와 본 명세서에 참고로 포함되는 이들 또는 임의의 다른 문헌의 개시 내용 사이에 임의의 상충 또는 불일치가 있는 경우에, 기술된 바와 같은 본 출원의 명세서가 우선할 것에 유의하여야 한다.
예시적인 실시예의 목록
실시예 1. 주름진 공기 필터로서, 별개의 일렉트릿 섬유, 별개의 다성분 접합 섬유, 및 흡착 입자의 무작위한 섞인 혼합물을 포함하는 주름진 부직 일렉트릿 섬유질 웨브를 포함하고, 상기 주름진 부직 일렉트릿 섬유질 웨브는, 상기 주름진 공기 필터의 하류측 또는 상류측 상에 배열되고 상기 주름진 공기 필터의 다수의 주름 팁을 가로질러 연장되는 하나 이상의 주름-안정화 부재를 포함하는, 주름진 공기 필터.
실시예 2. 실시예 1의 주름진 공기 필터로서, 상기 하나 이상의 주름-안정화 부재는, 적어도 대체로 상기 주름진 공기 필터의 주름 방향으로 연장되고, 상기 주름진 공기 필터의 적어도 일부 주름 팁에 접합되며, 상기 주름진 공기 필터의 주름 벽의 적어도 일부분과 접촉하고 그에 접합되는, 고형화된 접착제의 하나 이상의 연속 스트랜드; 적어도 대체로 상기 주름진 공기 필터의 상기 주름 방향으로 연장되고, 상기 주름진 공기 필터의 적어도 일부 주름 팁에 접합되며, 상기 주름진 공기 필터의 주름 벽의 임의의 상당한 부분과도 접촉하지 않고 그에 접합되지 않는, 하나 이상의 대체로 평탄한 신장형 스트립; 상기 주름진 공기 필터의 주연부 에지의 적어도 일부분 주위에 배열되는 주연부 프레임에 일체로 연결되는 하나 이상의 대체로 평탄한 부재 - 공기 유동이 통과하도록 허용하는 관통-통로가 상기 대체로 평탄한 부재 사이에 배치됨 -; 적어도 대체로 상기 주름진 공기 필터의 상기 주름 방향으로 연장되고, 상기 주름진 공기 필터의 적어도 일부 주름 팁에 접합되며, 상기 주름진 공기 필터의 주름 벽의 임의의 상당한 부분과도 접촉하지 않고 그에 접합되지 않는, 대체로 평탄한 네팅 또는 메시; 및 적어도 대체로 상기 주름진 공기 필터의 상기 주름 방향으로 연장되고, 상기 주름진 공기 필터의 적어도 일부 주름 팁에 접합되며, 상기 주름진 공기 필터의 주름 벽의 적어도 일부분과 접촉하고 그에 접합되는, 금속 네팅 또는 금속 메시로 이루어진 군으로부터 선택되는, 주름진 공기 필터.
실시예 3. 실시예 1 또는 실시예 2의 주름진 공기 필터로서, 상기 흡착 입자는 과립형 활성탄 입자를 포함하는, 주름진 공기 필터.
실시예 4. 실시예 3의 주름진 공기 필터로서, 상기 과립형 활성탄 입자는 12×20, 20×40, 25×45, 30×60, 40×70으로부터 선택되는 메시 크기, 및 이들 메시 크기 중 임의의 크기 또는 모든 크기의 입자의 혼합물을 포함하는, 주름진 공기 필터.
실시예 5. 실시예 1 내지 실시예 4 중 어느 한 실시예의 주름진 공기 필터로서, 상기 일렉트릿 섬유는 약 2 내지 약 6 mm의 평균 길이를 포함하고, 상기 다성분 접합 섬유는 약 2 내지 약 6 mm의 평균 길이를 포함하는, 주름진 공기 필터.
실시예 6. 실시예 5의 주름진 공기 필터로서, 상기 다성분 섬유의 상기 평균 길이 대 상기 일렉트릿 섬유의 상기 평균 길이의 비는 약 3:4 내지 약 4:3인, 주름진 공기 필터.
실시예 7. 실시예 1 내지 실시예 6 중 어느 한 실시예의 주름진 공기 필터로서, 상기 주름진 부직 일렉트릿 섬유질 웨브는 캘린더링된 웨브인, 주름진 공기 필터.
실시예 8. 실시예 1 내지 실시예 7 중 어느 한 실시예의 주름진 공기 필터로서, 상기 주름진 부직 일렉트릿 섬유질 웨브는 약 20% 내지 약 28%의 고형도를 포함하는, 주름진 공기 필터.
실시예 9. 실시예 1 내지 실시예 8 중 어느 한 실시예의 주름진 공기 필터로서, 상기 흡착 입자에 대한 상기 다성분 섬유의 중량비는 약 6% 내지 약 13%이고, 상기 웨브의 성분들의 총 중량에 대한 상기 다성분 섬유의 중량비는 약 4% 내지 약 10%인, 주름진 공기 필터.
실시예 10. 실시예 1 내지 실시예 9 중 어느 한 실시예의 주름진 공기 필터로서, 상기 주름진 공기 필터는 상기 주름진 공기 필터의 주연부 에지의 적어도 일부분 주위에 배열되는 주연부 프레임을 포함하는 프레임형 공기 필터인, 주름진 공기 필터.
실시예 11. 실시예 1 내지 실시예 10 중 어느 한 실시예의 주름진 공기 필터로서, 상기 주름진 공기 필터는, 상기 부직 일렉트릿 섬유질 웨브의 주 표면에 접합되고 그와 함께 주름형성되는 하나 이상의 지지 층을 추가로 포함하고, 상기 지지 층은 제곱 미터당 약 150 그램보다 작은 평량을 가진 부직 섬유질 웨브인, 주름진 공기 필터.
실시예 12. 실시예 1 내지 실시예 11 중 어느 한 실시예의 주름진 공기 필터로서, 상기 흡착 입자는 화학적 활성 재료를 포함하는, 주름진 공기 필터.
실시예 13. 별개의 일렉트릿 섬유, 별개의 다성분 접합 섬유, 및 흡착 입자의 무작위한 섞인 혼합물을 포함하는 주름진 부직 일렉트릿 섬유질 웨브를 포함하는 주름진 공기 필터를 제조하기 위한 방법으로서, 상기 일렉트릿 섬유, 상기 다성분 접합 섬유, 및 상기 흡착 입자를 성형 챔버의 상부 단부 내에 공급하는 단계, 상기 일렉트릿 섬유, 상기 다성분 접합 섬유, 및 상기 흡착 입자를 상기 성형 챔버의 하부 단부로 수송하는 단계, 상기 일렉트릿 섬유, 상기 다성분 접합 섬유, 및 상기 흡착 입자를 입자와 섬유의 무작위한 섞인 혼합물로서 제1 지지 층 상에 수집하는 단계, 상기 입자와 섬유의 무작위한 섞인 혼합물을 지니는 상기 제1 지지 층을 상기 성형 챔버로부터 멀어지게 수송하는 단계, 상기 입자와 섬유의 무작위한 섞인 혼합물 위에 제2 지지 층을 배치하는 단계, 상기 입자와 섬유의 무작위한 섞인 혼합물을 상기 다성분 접합 섬유의 제1 영역을 적어도 부분적으로 용융시키기에 충분한 온도에 노출시켜서, 상기 입자와 섬유의 무작위한 섞인 혼합물과 상기 제1 지지 층 및 제2 지지 층을, 제1 지지 층 및 제2 지지 층이 주 표면에 열 접합되는 부직 일렉트릿 섬유질 웨브를 포함하는 자립형 필터 매체로 변형시키기에 충분하게, 상기 다성분 섬유가 적어도 서로 그리고 상기 제1 지지 층 및 제2 지지 층의 섬유에 열 접합되도록 하는 단계, 상기 자립형 필터 매체를 주름형성하는 단계, 및 상기 주름진 자립형 필터 매체의 상류측 또는 하류측에 하나 이상의 주름-안정화 부재를 배열하는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 14. 실시예 13의 방법으로서, 상기 하나 이상의 주름-안정화 부재의 적어도 일부분을 상기 주름진 자립형 필터 매체의 일부분에 접합하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
실시예 15. 실시예 13 또는 실시예 14의 방법으로서, 상기 입자와 섬유의 무작위한 섞인 혼합물을 상기 다성분 접합 섬유의 제1 영역을 적어도 부분적으로 용융시키기에 충분한 온도에 노출시키는 것은 적어도 캘린더링 단계를 포함하는, 방법.
실시예 16. 실시예 15의 방법으로서, 상기 입자와 섬유의 무작위한 섞인 혼합물을 상기 다성분 접합 섬유의 제1 영역을 적어도 부분적으로 용융시키기에 충분한 온도에 노출시키는 것은 상기 입자와 섬유의 무작위한 섞인 혼합물의 상기 다성분 접합 섬유 중 적어도 일부를 자가 접합하는 초기 단계, 및 캘린더링 단계인 최종 단계를 포함하는, 방법.
실시예 17. 실시예 13 내지 실시예 16 중 어느 한 실시예의 방법으로서, 상기 주름형성하는 단계는 블레이드 플리터로 수행되는, 방법.
실시예 18. 실시예 13 내지 실시예 17 중 어느 한 실시예의 방법으로서, 상기 주름진 자립형 필터 매체를 소정 형상으로 성형하고 형상화된 필터 매체의 주연부 에지 주위에 주연부 프레임을 배열하고 상기 주연부 프레임을 필터 매체에 부착하여 프레임형 공기 필터를 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
실시예 19. 실시예 13 내지 실시예 18 중 어느 한 실시예의 방법으로서, 상기 성형 챔버는 회전 롤러들을 포함하고, 상기 롤러들 중 적어도 일부는 그로부터 돌출되는 복수의 스파이크를 포함하는, 방법.
실시예 20. 실시예 13 내지 실시예 19 중 어느 한 실시예의 방법으로서, 상기 일렉트릿 섬유, 상기 다성분 접합 섬유, 및 상기 흡착 입자를 상기 성형 챔버의 상기 상부 단부로부터 상기 성형 챔버의 상기 하부 단부로 수송하는 것은 적어도 부분적으로 중력에 의해 유발되는, 방법.
실시예 21. 실시예 20의 방법으로서, 상기 일렉트릿 섬유, 상기 다성분 접합 섬유, 및 상기 흡착 입자를 무작위한 섞인 혼합물로서 제1 지지 층 상에 수집하는 단계는 상기 제1 지지 층의 밑면에 가해지는 진공에 의해 보조되는, 방법.
실시예 22. 실시예 13 내지 실시예 21 중 어느 한 실시예의 방법으로서, 상기 제1 지지 층은 순환 이동 벨트인 수집기 상에 제공되는, 방법.
실시예 23. 실시예 1 내지 실시예 12 중 어느 한 실시예의 주름진 공기 필터로서, 실시예 13 내지 실시예 22 중 어느 한 실시예의 방법에 의해 제조되는, 주름진 공기 필터.
부직 일렉트릿 섬유질 웨브의 다양한 예시적인 실시예가 전술되었고, 아래에서 하기의 예들에 의해 추가로 예시되며, 이 예들은 어떤 방식으로든 본 발명의 범주에 대해 제한을 가하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 그와 반대로, 다양한 다른 실시예, 변경 및 그 등가물이 사용될 수 있으며, 당업자는 본 명세서의 설명을 읽은 후에, 본 개시 내용의 사상 및/또는 첨부된 청구범위의 범주로부터 벗어남이 없이 이들을 떠올릴 수 있음이 분명하게 이해되어야 한다.
예
본 개시 내용의 넓은 범주를 기재하는 수치 범위 및 파라미터가 근사치임에도 불구하고, 특정 예에 기재되는 수치 값은 가능한 한 정확하게 보고된다. 그러나, 임의의 수치 값은 본질적으로 소정의 오차를 포함하는데, 이러한 오차는 그들 각각의 시험 측정치에서 발견되는 표준 편차로부터 필연적으로 기인된 것이다. 최소한, 그리고 청구범위의 범주에 대한 균등론의 적용을 제한하려고 시도함이 없이, 각각의 수치 파라미터는 적어도 보고된 유효 숫자의 수의 관점에서 그리고 보통의 반올림 기법을 적용함으로써 해석되어야 한다.
작동예 세트 B
재료
하기의 제조예, 예 및 비교예에 사용되는 원재료는 아래의 표 B-1에 상세히 기술된 바와 같이 모두 구매가능하다.
[표 B-1]
Figure pct00001
시험 방법
평량 측정
과립형 활성탄 및 일렉트릿 섬유를 함유하는 예시적인 부직 일렉트릿 섬유질 웨브에 대한 평량을 저울(weighing scale)기 메틀러 톨레도(Mettler Toledo) XS4002S(프랑스 비로플레이 소재의 메틀러-톨레도 에스에이에스(Mettler-Toledo SAS)로부터 구매가능함)로 측정하였다.
두께 측정
평평한 필터 매체의 두께를 미츠토요 캘리퍼(MITUTOYO Caliper) 모델 ID-C1050B(프랑스 파리 소재의 미츠토요(Mitutoyo)로부터 구매가능함)를 사용하여 측정하였다.
압력 강하, 미립자 포획 효율 및 로딩 성능
주름진 프레임형 필터의 압력 강하, 분획 효율(fractional efficiency) 및 로딩 성능을 수직 덕트 시스템에서 측정하였다. DIN 71 460 파트 1이 지침으로서 사용된다.
주 시험 장비: 입자 카운터 APS 모델 3400A(미국 미네소타주 쇼어뷰 소재의 티에스아이, 인크.(TSI, Inc.)로부터 구매가능함), 에어로졸 발생기: 팔라스 브러시 발생기(Palas Brush Generator) RGB 1000 SEA 파인 로딩(fine loading)(독일 칼스루에 소재의 팔라스 게엠베하(Palas GmbH)로부터 구매가능함). 주름진 프레임형 필터는 대략 30 mm의 주름 높이를 가진 21 × 24 cm의 공칭 크기, 또는 몇몇 경우에 대략 22 mm의 주름 높이를 가진 19 × 19 cm의 공칭 크기를 갖는 것으로 여겨졌다.
공기 투과율
다양한 웨브의 공기 투과율을 텍스테스트(TEXTEST) FX3000 공기 투과율 시험기 III(스위스 슈베르젠바흐 소재의 텍스테스트 아게(TEXTEST AG)로부터 구매가능함)를 사용하여 측정하였다.
냄새 필터 성능: 기체 및 증기 성능 시험(흡착 효율)
주름진 필터를 냄새 필터 능력에 대해 시험하였다. 기체 및 증기 효율은 지침으로서 DIN 71-460-2에 의해 결정되었다. 사용된 특정 필터 과제는 n-부탄, 이산화황(SO2) 및 톨루엔이었다. 사용된 시험 장비는 SO2에 대한 모델 ML9850 기체 분석기(미국 콜로라도주 잉글우드 소재의 텔레다인 모니터 랩스, 인크.(Teledyne Monitor Labs, Inc.)로부터 구매가능함), 및 n-부탄 및 톨루엔에 대한 모델 FID 2010T 크로마토그래프(chromatograph)(독일 뮌헨 소재의 테스타 게엠베아(Testa GmbH)로부터 구매가능함)였다.
과립형 활성탄을 포함하는 주름진 에어-레이드 부직 일렉트릿 섬유질 웨브의 제조
하기의 예들 각각에서, 스파이크(SPIKE) 에어-레잉(구체적으로, 중력-레잉) 성형 장치(덴마크 소재의 폼파이버 엔브이(FormFiber NV)로부터 구매가능함)를 사용하여 복수의 별개의 섬유와 복수의 입자를 함유하는 부직 일렉트릿 섬유질 웨브를 제조하였다. 스파이크 장치와 에어-레이드 웨브를 형성하는 데 스파이크 장치를 사용하는 방법의 상세 사항이 미국 특허 제7,491,354호 및 제6,808,664호와 미국 특허 출원 공개 제2011/0247839호에 기술되어 있다.
이성분 섬유의 제조
필터 재료의 성능은 섬유의 표면 상의 윤활제 및 정전기 방지제(집합적으로 "스핀 피니시(spin finish)"로 알려짐)의 존재에 의해 상당히 영향을 받는다. 실제로, 상업적으로 생산된 중합체 섬유는 스핀 피니시를 가지며, 따라서 섬유를 블렌딩하기 전에 섬유로부터 윤활제 및 정전기 방지제를 실질적으로 제거하는 것이 필요하다.
판매자로부터 입수된 그대로의 이성분 섬유를 냉수 내로의 3회의 연속적인 침지에 의해 임의의 스핀 피니시가 없도록 세척하였다. 세척된 섬유를 각각의 침지 사이에서 과잉의 물을 제거하기 위해 압착하였다. 이어서, 임의의 남아 있는 물을 완전히 제거하기 위해 세척된 섬유를 송풍 공기로 건조시켰다. 이러한 건조 공정을 각각의 유형의 섬유에 적용하였다.
일렉트릿(필트레트™) 섬유의 제조
필트레트 섬유를 미니파이버즈, 인크.(MiniFibers, Inc.)(미국 테네시주 존슨 시티 소재)에 의해 소정 길이로 절단하였고, 이어서 개방된(분리된(de-clumped)) 개별 섬유를 생성하도록 송풍 공기를 사용하여 개방시켰다.
부직 일렉트릿 섬유질 웨브의 주름형성
JCEM 플리터 모델 P-CNC, P2-제너레이션(P-CNC, P2-Generation)(스위스 풀렌바흐 소재의 제이시이엠 게엠베하(JCEM GmbH)로부터 구매가능함) 상에서 하기의 파라미터를 사용하여 주름형성 공정을 수행하였다:
주름형성 속도: 분당 30 내지 150개 주름
블레이드/주름 간극: 0.5 mm 내지 1.6 mm
소프트 터치(Soft touch): 0.8 내지 1.2
온도: 150℃
테플론 테이프: 양쪽 블레이드를 감쌈
압력 슈(Pressure Shoe): 2.0 바 내지 4.0 바
예 B1(로트 C) - 에어-레이드 부직 일렉트릿 섬유질 웨브
일렉트릿 섬유와 세척된 이성분 섬유를 0.6 m의 폭을 갖는 컨베이어 벨트로 0.74 m/분의 속도로 2개의 회전 스파이크 롤러를 가진 스플릿 사전-개방 및 블렌딩 챔버 내로 공급하였다.
세척된 이성분 섬유(6.7 데시텍스 × 3 mm)를 22.2 g/분의 질량 유량으로 컨베이어 벨트 상에서 챔버로 공급하였다. 일렉트릿 섬유를 22.2 g/분의 질량 유량으로 컨베이어 벨트 상에서 챔버로 공급하였다. 과립형 활성탄(GAC)을 480 g/분으로 스파이크 장비로부터 상부 벨트(top belt) 상에서 공급하였다.
그 후, 블렌드를 동일한 컨베이어 벨트로 2300 ㎥/시의 유량을 갖고 그의 공칭 용량의 100%로 설정된 송풍기를 갖는 성형 챔버의 상부 내로 공급하였다.
섬유질 재료를 챔버의 상부에서 개방하고 부풀린(fluffed) 후에 스파이크 롤러들의 상부 열 및 순환 벨트 스크린을 통해 성형 챔버의 저부로 낙하시켜, 스파이크 롤러들의 하부 열 및 다시 동일한 순환 벨트 스크린으로 통과시켰다. 다공성 성형 벨트/와이어의 하부 단부로부터 성형 챔버에 가해지는 중력 및 진공의 조합에 의해 섬유를 다공성 순환 벨트/와이어 상으로 당겨 내렸다.
유형 페가텍스 10 gsm의 지지 층(하부 지지 층)을 1.5 m/분의 속도로 이동하는 성형 챔버의 하부 단부에서 주행하는 순환 성형 벨트/와이어의 상부 표면 상에서 성형 챔버 내로 공급하였다. 재료를 운반 벨트 상에 수집하여, 아래의 지지 층에 의해 지지되는 GAC 입자를 함유하는 3차원 부직 일렉트릿 섬유질 웨브를 형성하였다.
웨브를 이어서 이성분 섬유의 시스를 용융시키는 가스 오븐(150℃) 내로 1.5 m/분의 선 속도로 운반하였다. 오븐은 가스-연소식 오븐(스위스 토벨 소재의 산텍스 그룹(SANTEX group)으로부터 구매가능함)이었다. 오븐은 길이가 총 4 미터인 2개의 가열 챔버를 구비하고; 원리는 상부와 저부로부터 챔버 내에서의 공기 송풍이다. 순환은, 송풍 공기의 일부(20 내지 100% 설정)는 소기될 수 있고 일부(20 내지 100% 설정)는 재순환될 수 있도록 설정될 수 있다. 이러한 예에서, 공기를 80% 설정으로 소기시켰고 20%로 재순환시켰으며, 온도는 챔버 내에서 150℃였다. 생성되는 웨브는 가요성 웨브였고, 획득된 3차원 웨브 내에서 균질하게 분포된 GAC 입자를 갖는 것으로 시각적으로 관찰되었다.
이러한 생성된 웨브를 이어서 동일한 페가텍스 10 gsm 스펀본드 부직 섬유질 웨브의 추가의 상부 층(상부 지지 층)과 함께 캘린더링하였다. 캘린더는 1.5 m/분으로 주행하였으며, 이때 양쪽 강재 실린더를 150℃로 가열하였고, 1.25 mm의 실린더들 사이의 간극을 갖도록 조절하였다. 캘린더는 에너지 솔루션즈 인터내셔널, 인크.(Energy Solutions International, Inc.)(미국 미네소타주 세인트 폴 소재)에 의해 가공되고 제조된 2개의 강재 롤 캘린더였다. 총 웨브 중량은 560 g/㎡이었고, 두께는 1.8 mm였다. 평균 투과율은 800 L/㎡/초 내지 900 L/㎡/초의 범위였다. 이러한 매체는 위에서 언급된 주름형성 파라미터 범위 내에서 JCEM 플리터에 의해 주름형성이 가능하지 않았다. 그러나, 본 명세서의 교시 내용에 의해 안내되는 바와 같이, 예컨대 보다 강성의 상부 및 하부 지지 층의 사용이 B1 조성(다성분 섬유, 일렉트릿 섬유, 및 흡착 입자의)의 웨브가 만족스럽게 주름형성가능한 결과를 가져오는 것으로 당업자에 의해 예측될 것이 인식될 것이다.
예 B2(로트 E) - 에어-레이드 부직 일렉트릿 섬유질 웨브
예 B1과 유사한 방식으로, 세척된 이성분 섬유(6.7 데시텍스 × 4 mm)를 0.68 m/분의 속도로 주행하는 이러한 컨베이어 벨트 상에서 챔버로 43.5 g/분의 질량 유량으로 공급하였다. 일렉트릿 섬유를 동일한 속도에서 이러한 컨베이어 벨트 상에서 이러한 챔버로 43.5 g/분의 질량 유량으로 공급하였다. GAC를 432 g/분으로 스파이크 장비로부터 상부 벨트 상에 공급하였다. 하기를 제외하고는, 모든 다른 설정은 예 B1과 동일하였다:
매체를 하기의 파라미터, 즉 1 m/분의 속도에서 1.15 mm의 간극, 이어서 0.5 m/분의 속도에서 1 mm의 간극을 사용하여 2회 캘린더링하였다.
생성되는 웨브는 1.6 mm의 평균 두께를 가진 536 g/㎡이었다. 평균 투과율은 550 L/㎡/초 내지 700 L/㎡/초의 범위였다. 이러한 매체는 일정한 주름팩(pleatpack)을 전달하는 JCEM 플리터 상에서 주름형성되기에 충분하게 강성이었다.
주름진 필터 상에서, 200 [m3/시]에서 측정된 압력 강하는 131 파스칼이었다. 분획 효율: (SAE 파인 0.5-1 마이크로미터)는 82.8%였다.
예 B3(로트 F) - 에어-레이드 부직 일렉트릿 섬유질 웨브
예 B1과 유사한 방식으로, 세척된 이성분 섬유를 0.68 m/분의 속도로 주행하는 이러한 컨베이어 벨트 상에서 이러한 챔버로 20.5 g/분의 질량 유량으로 공급하였다. 일렉트릿 섬유를 동일한 속도에서 이러한 컨베이어 벨트 상에서 이러한 챔버로 43.5 g/분의 질량 유량으로 공급하였다. GAC를 432 g/분으로 스파이크 장비로부터 상부 벨트 상에 공급하였다. 하기를 제외하고는, 모든 다른 설정은 예 B1과 동일하였다:
매체를 이어서 1 m/분으로 오븐 내에 배치하였고, 이어서 1 m/분의 속도로 0.85 mm의 간극을 갖고서 캘린더링하였다.
생성되는 웨브는 1.3 mm의 평균 두께를 가진 472 g/㎡이었다. 평균 투과율은 700 L/㎡/초 내지 750 L/㎡/초의 범위였다. 이러한 매체는 로트 F보다 덜 강성이었지만, 여전히 JCEM 플리터 상에 일정한 주름팩을 전달하였다.
주름진 필터 상에서, 200 [m3/시]에서 측정된 압력 강하는 91 파스칼이었다. 분획 효율: (SAE 파인 0.5-1 마이크로미터)는 58.1%였다. 부탄(5분)에 대한 기체 및 증기 성능 시험(흡착 효율)은 58.9%였다. SO2(5분)에 대한 기체 및 증기 성능 시험(흡착 효율)은 56.1%였다.
예 B4(로트 H) - 에어-레이드 부직 일렉트릿 섬유질 웨브
예 B1과 유사한 방식으로, 세척된 이성분 섬유를 0.68 m/분의 속도로 주행하는 이러한 컨베이어 벨트 상에서 이러한 챔버로 43.5 g/분의 질량 유량으로 공급하였다. 일렉트릿 섬유를 동일한 속도에서 이러한 컨베이어 벨트 상에서 이러한 챔버로 43.5 g/분의 질량 유량으로 공급하였다. GAC를 432 g/분으로 스파이크 장비로부터 상부 벨트 상에 공급하였다. 하기를 제외하고는, 모든 다른 설정은 예 B1과 동일하였다:
매체를 이어서 1 m/분으로 오븐 내에 배치하였고, 이어서 1 m/분의 속도로 1.1 mm의 간극을 갖고서 캘린더링하였다. 생성되는 웨브는 1.5 mm의 평균 두께를 가진 553 g/㎡이었다. 평균 투과율은 약 780 L/㎡/초였다. 이러한 매체는 (로트 E & F보다) 비교적 연성이었지만, 여전히 JCEM 플리터 상에서 주름형성될 수 있었다.
주름진 필터 상에서, 200 [㎥/시]에서 측정된 압력 강하는 59.6 파스칼이었다. 분획 효율: (SAE 파인 0.5-1 마이크로미터)는 87.9%였다. 부탄(5분)에 대한 기체 및 증기 성능 시험(흡착 효율)은 53.6%였다. SO2(5분)에 대한 기체 및 증기 성능 시험(흡착 효율)은 41.1%였다. 톨루엔(5분)에 대한 기체 및 증기 성능 시험(흡착 효율)은 91.9%였다.
예 B5(로트 M) - 에어-레이드 부직 일렉트릿 섬유질 웨브
예 B1과 유사한 방식으로, 세척된 이성분 섬유(9 데시텍스 × 3 mm)를 0.68 m/분의 속도로 주행하는 이러한 컨베이어 벨트 상에서 이러한 챔버로 24.5 g/분의 질량 유량으로 공급하였다. 일렉트릿 섬유를 동일한 속도에서 이러한 컨베이어 벨트 상에서 이러한 챔버로 43.5 g/분의 질량 유량으로 공급하였다. GAC를 432 g/분으로 스파이크 장비로부터 상부 벨트 상에 공급하였다. 하기를 제외하고는, 모든 다른 설정은 예 B1과 동일하였다:
매체를 이어서 1 m/분으로 오븐 내에 배치하였고, 이어서 1 m/분의 속도로 1.1 mm의 간극을 갖고서 캘린더링하였다. 생성되는 웨브는 1.8 mm의 평균 두께를 가진 508 g/㎡이었다. 평균 투과율은 약 900 L/㎡/초였다. 이러한 매체는 (로트 H보다) 매우 연성이었지만, 여전히 JCEM 플리터 상에서 주름형성될 수 있었다. 시험은 600 ㎥/시로 주름이 접히는 경향을 나타냈다.
예 B6(로트 O) - 에어-레이드 부직 일렉트릿 섬유질 웨브
예 B1과 유사한 방식으로, 세척된 이성분 섬유(9 데시텍스 × 3 mm)를 0.68 m/분의 속도로 주행하는 이러한 컨베이어 벨트 상에서 이러한 챔버로 24.5 g/분의 질량 유량으로 공급하였다. 일렉트릿 섬유를 동일한 속도에서 이러한 컨베이어 벨트 상에서 이러한 챔버로 40.8 g/분의 질량 유량으로 공급하였다. GAC를 432 g/분으로 스파이크 장비로부터 상부 벨트 상에 공급하였다. 하기를 제외하고는, 모든 다른 설정은 예 B1과 동일하였다:
매체를 이어서 1 m/분으로 오븐 내에 배치하였고, 이어서 1 m/분의 속도로 1.1 mm의 간극을 갖고서 캘린더링하였다. 생성되는 웨브는 1.8 mm의 평균 두께를 가진 507 g/㎡이었다. 평균 투과율은 약 845 L/㎡/초였다. 이러한 매체는 일정한 주름팩을 전달하는 JCEM 플리터 상에서 (로트 M보다 양호하게) 주름형성되기에 충분하게 강성이었다.
주름진 필터 상에서, 200 [㎥/시]에서 측정된 압력 강하는 45.2 파스칼이었다. 분획 효율: (SAE 파인 0.5-1 마이크로미터)는 84.0%였다. 부탄(5분)에 대한 기체 및 증기 성능 시험(흡착 효율)은 31.7%였다. SO2(5분)에 대한 기체 및 증기 성능 시험(흡착 효율)은 45.5%였다. 톨루엔(5분)에 대한 기체 및 증기 성능 시험(흡착 효율)은 91.9%이었다.
예 B7(로트 P) - 에어-레이드 부직 일렉트릿 섬유질 웨브
예 B1과 유사한 방식으로, 세척된 이성분 섬유(9 데시텍스 × 3 mm)를 0.68 m/분의 속도로 주행하는 이러한 컨베이어 벨트 상에서 이러한 챔버로 24.5 g/분의 질량 유량으로 공급하였다. 일렉트릿 섬유를 동일한 속도에서 이러한 컨베이어 벨트 상에서 이러한 챔버로 40.8 g/분의 질량 유량으로 공급하였다. GAC는 이러한 시도를 위해 더 낮추었다. 이를 384 g/분으로 스파이크 장비로부터 상부 벨트 상에 공급하였다. 하기를 제외하고는, 모든 다른 설정은 예 B1과 동일하였다:
매체를 이어서 1 m/분으로 오븐 내에 배치하였고, 이어서 1 m/분의 속도로 0.9 mm의 간극을 갖고서 캘린더링하였다. 생성되는 웨브는 1.6 mm의 평균 두께를 가진 349 g/㎡이었다. 평균 투과율은 약 845 l/㎡/초였다. 이러한 매체는 연성이었지만, 여전히 JCEM 플리터 상에서 주름형성될 있었다.
주름진 필터 상에서, 200 [㎥/시]에서 측정된 압력 강하는 44.1 파스칼이었다. 분획 효율: (SAE 파인 0.5-1 마이크로미터)는 80.8%였다. 부탄(5분)에 대한 기체 및 증기 성능 시험(흡착 효율)은 24.5%였다. SO2(5분)에 대한 기체 및 증기 성능 시험(흡착 효율)은 36.1%였다.
작동예 세트 A
주름진 부직 일렉트릿 섬유질 웨브의 추가의 세트를 예 세트 B와 대체로 유사한 방식으로 생성하였고, 이때 상세 사항은 후술되는 바와 같으며, 예 세트 B와의 유사점과 차이점이 필요에 따라 강조되었다.
시험 방법
고형도
고형도는 대개 백분율로 보고되는 무차원 분율이고, 입자의 임의의 내부 다공도를 무시하고, 웨브의 고체 재료(예컨대, 섬유와 입자)에 의해 점유되는 섬유질 웨브의 총 체적의 비율을 나타낸다. 고형도는 섬유질 웨브의 실제 측정된 체적당 질량(즉, 벌크 밀도(bulk density))을 웨브의 고체 재료의 성분들 각각에 의해 집합적으로 기여되는 예상 (이론적) 체적당 질량으로 나눔으로써 결정될 수 있다. 웨브의 실제 벌크 밀도는 우선 중량(예컨대, 웨브의 135 mm 직경 원형 샘플의)을 측정함으로써 결정될 수 있다. 웨브의 측정된 중량을 웨브 면적으로 나누어 g/m2 단위로 보고되는 웨브의 평량을 제공한다. 웨브의 두께는 이어서 예컨대 대략 100 mm 직경의 대략 140 g 중량체를 135 mm 직경 웨브 샘플 웨브 위에 중심설정하고 그들 표준화된 조건 하에서 웨브 두께를 측정함으로써 측정될 수 있다. 웨브의 실제 벌크 밀도는 이어서 웨브의 평량을 웨브의 두께로 나눔으로써 결정될 수 있고, g/㎥으로 보고된다.
고형도는 이어서 웨브의 위의 실험적으로 얻어진, 실제 벌크 밀도를 웨브의 고체 재료를 구성하는 다양한 성분(예컨대, 중합체 섬유와 입자)의 양을 고려하는 집합 (이론적) 밀도와 그들 성분의 고유 밀도로 나눔으로써 결정될 수 있다. 섬유에 대해, 사용될 밀도는 개별 섬유의 고유 밀도이다(예컨대, 폴리프로필렌 섬유에 대해, 밀도는 흔히 대략 0.9 g/cc일 수 있음). 과립형 활성탄과 같은 흡착 입자에 대해, 입자의 임의의 내부 다공도와 또한 함께 패킹되는 다수의 입자의 능력(무능력)은 무시될 수 있다. 즉, 사용될 적절한 밀도는, 각각의 입자의 골격을 제공하는 탄소의 실제 밀도보다는, 그리고 수집물로서의 입자의 공칭 패킹 밀도보다는, 단일 입자의 고유 밀도(즉, 대체로 입자의 최외측 표면에 의해 한정되는 체적으로 나누어지는 입자의 질량, 이러한 밀도는 예컨대 0.7 내지 1.0 g/cc의 범위 내에 있을 수 있음)일 것이다.
% 투과 및 압력 강하
평평한 웨브 샘플의 퍼센트 투과 및 압력 강하가 (달리 지시되지 않는 한) 20 cm/초의 면 속도를 제공하도록 60 리터/분의 유량으로 전달되는, NaCl(염화나트륨) 입자를 함유하는 챌린지 에어로졸(challenge aerosol)을 사용하여 결정되고, TSI™ 모델 8130 고속 자동 필터 시험기(티에스아이 인크.로부터 구매가능함)를 사용하여 평가된다. NaCl 시험에 대해, 자동 필터 시험기는 히터가 켜지고 입자 중화기(particle neutralizer)가 켜진 상태로 작동될 수 있다. 교정된 광도계가 필터 입구 및 출구에서 채용되어 입자 농도 및 필터를 통한 % 입자 투과를 측정할 수 있다. 필터 시험기 내의 압력 트랜스듀서가 필터를 통한 압력 강하(ΔP, mm H2O)를 측정하기 위해 채용될 수 있다.
매체 톨루엔 효율 측정
매체 톨루엔 제거 효율을 평평한 필터 매체의 3.25 인치 직경(0.00535 m2)의 노출된 원을 사용하여 결정하였다. 50% 상대 습도로 가습되고 체적 기준으로 10 백만분율의 톨루엔을 함유하는 245 리터/분(lpm)의 공기를 필터 매체로 통과시켰다. 필터를 원래 상태 그대로, 즉 조절 단계 없이 시험하였다. 액체 질소 냉각식 MCT 검출기 및 경로 길이가 대략 10 미터인 기체 셀을 갖춘 M4001 FTIR 분광계(미국 캘리포니아주 어빈 소재의 마이닥 코포레이션(Midac Corporation)으로부터 입수가능함)를 사용하여 하류 톨로엔 농도를 측정하였다. 단일-패스 톨루엔 효율을 다음과 같이 계산하였다:
효율 = [1 - [하류 톨루엔 피크 높이] / [(10 ppm 톨루엔 피크 높이) - (0 ppm 톨루엔 피크 높이)]] × 100%.
예 A1
부직 일렉트릿 섬유질 웨브를 예 세트 B에 기술된 절차와 대체로 유사한 방식으로 중력-레잉 (스파이크) 성형 장치 상에 형성하였다. 웨브는 과립형 활성탄, 일렉트릿 스테이플 섬유, 및 다성분(구체적으로, 이성분) 스테이플 섬유를 함유하였고, 전체 구조물의 상부 및 저부 면 상에 스크림(지지 층)을 포함하였다. 이성분 섬유를 존재하였을 수 있는 임의의 스핀-피니시를 제거하기 위해 세척하였고, 일렉트릿 섬유와 이성분 섬유를 대략 3 mm의 평균 길이로 절단하였다. A1 웨브의 질량 백분율과 조성을 표 A-1에 나타낸다.
[표 A-1]
Figure pct00002
스펀본드 스크림의 제1 층을 성형 장치의 순환 벨트 수집기 상에 제공하여 완성된 구조물의 하부 지지 층이 되도록 하였다. 섬유와 입자를 하부 지지 층 상에 침착시키고 성형 챔버를 빠져나간 후에, 그 상에 수집된 섬유와 입자를 가진 하부 지지 층을 예 세트 B에 기술된 것과 대체로 유사한 방식으로 오븐(150℃로 설정됨)을 통해 이동시켰다. 그 후에, 스펀본드 스크림의 제2 층을 섬유와 입자의 침착된 혼합물 위에 배치하였고(완성된 구조물의 상부 지지 층을 형성하도록), 그 후에 전체 스택을 역시 예 세트 B에 기술된 것과 대체로 유사한 방식으로, 150℃로 설정된 가열된 캘린더(즉, 2개의 금속 롤의 세트)를 통해 이동시켰다.
생성된 A1 평평한 웨브(주름형성 전에, 지지 층이 적소에 있는)의 실제의 측정된 특성을 표 A-2에 나타낸다.
[표 A-2]
Figure pct00003
웨브를 절첩형 블레이드 플리터를 사용하여 예 세트 B에 기술된 절차와 대체로 유사한 방식으로 주름형성하였다. 웨브를 실온에서 주름형성하였고, 이어서 주름진 웨브가 원하는 시간 동안 대략 65 내지 80℃ 범위 내의 온도로 유지되는 열-안정화 단계를 가하였다. 주름 높이는 대략 19 mm였고, 주름 간격은 대략 10 mm였다. 주름형성 후에, 고도로-개방된, 대체로 평평한 와이어 메시(미국 캘리포니아주 랜초 쿠카몽가 소재의 월너 툴링 엑스팍(Wallner Tooling Expac)으로부터 입수가능한, 대략 52 mm의 긴 거리(long-way distance) 및 대략 19 mm의 짧은 거리(short-way distance)를 가진 대체로 다이아몬드-형상의 개구를 포함하는, 대략 0.025 mm의 스트랜드 두께 및 대략 0.053 mm의 스트랜드 폭을 가진 전신-강재 네팅)를 각각의 와이어 메시의 필터-매체-지향 표면 상에 스프레이 코팅된 감압 접착제(미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터 상표명 슈퍼(SUPER) 77로 입수가능함)에 의해 주름진 필터의 양쪽 주 면 상의 주름 팁에 부착하여, 하류 및 상류 주름-안정화 부재의 역할을 하게 하였다. 이러한 방식으로 안정화된 후에, 주름진 매체의 안정성은 휴지 상태에서 그리고 전형적인 공기유동 조건 하에서 필터 내에서 변형됨이 없이 주름이 그들의 형상을 유지시키기에 충분하였다. U-형상의 채널 프레임을 주름진 필터의 모든 4개의 면에 부착하여, 51×64 cm (20×25")의 공칭 필터 외부 치수로 생성하였다. 필터에 1.5 m/초의 면 속도에서 압력 강하와 효율을 결정하기 위해 ASHRAE 52.2 시험 방법을 가하였고; 그 결과를 표 a-5에 나타낸다. 수개의 그러한 웨브를 제조하고 주름형성하고 프레임에 끼워 시험하였다.
예 A2
다른 세트의 캘린더링된, 주름진 부직 일렉트릿 섬유질 웨브를 예 A1과 유사한 방식으로 생성하였다. 웨브는 전체 구조물의 상부 및 저부 면 상에 과립형 활성탄, 정전기 대전된 (일렉트릿) 스테이플 섬유, 다성분(구체적으로, 이성분) 스테이플 섬유, 및 스크림(지지 층)을 함유하였다. 이성분 섬유를 세척하지 않았고(오히려, 그들은 공급업체에 의해 세척된 것으로 여겨짐); 일렉트릿 섬유와 이성분 섬유를 대략 3 mm의 평균 길이로 쵸핑하였다. A2 웨브의 질량 백분율과 조성을 표 A-3에 나타낸다.
[표 A-3]
Figure pct00004
스펀본드 스크림의 제1 층을 성형 장치의 순환 벨트 수집기 상에 제공하여 완성된 구조물의 하부 지지 층이 되도록 하였다. 섬유와 입자를 하부 지지 층 상에 침착시키고 성형 챔버를 빠져나간 후에, 스펀본드 스크림의 제2 층을 침착된 섬유와 입자 위에 배치하였고, 그 후에 전체 스택을 우선 예 세트 B에 기술된 것과 대체로 유사한 방식으로 오븐(150℃로 설정됨)을 통해 이동시켰고, 이어서 역시 예 세트 B에 기술된 것과 대체로 유사한 방식으로, 150℃로 설정된 가열된 캘린더(즉, 2개의 금속 롤의 세트)를 통해 이동시켰다.
생성된 A2 평평한 웨브(주름형성 전에, 지지 층이 적소에 있는)의 실제의 측정된 특성을 표 A-4에 나타낸다.
[표 A-4]
Figure pct00005
웨브를 예 A1과 유사한 방식으로 주름형성하고 프레임에 끼웠으며, 이때 하류 및 상류 주름-안정화 부재(와이어 메시)를 예 A1에서와 같이 사용하였다. 필터에 1.5 m/초의 면 속도에서 압력 강하와 효율을 결정하기 위해 ASHRAE 52.2 시험 방법을 가하였고; 그 결과를 표 A-5에 나타낸다. 수개의 그러한 프레임형 주름진 필터를 제조하고 시험하였다.
[표 A-5]
Figure pct00006
표 A-5로부터의 필터 효율 결과는 주름진 필터가 낮은 압력 강하(즉, 약 0.81 cm보다 작은 수주 초기 압력 강하)를 갖는 것과, 그들이 높은 미립자 제거 효율(즉, 10%보다 큰 E1 최소 효율 및/또는 70%보다 큰 E3 최소 효율)을 갖는 것을 나타낸다. 또한, A2 매체의 2개의 샘플(평평한, 주름형성되지 않은 구성)을 공기 스트림으로부터 톨루엔 증기를 제거하는 그들의 능력에 대해 시험하였다. 10 ppmv 톨루엔 증기와 50% 상대 습도를 포함하는 공기 스트림을 0.76 m/초(150 fpm)의 속도로 평평한 매체로 통과시켰다. 평균 초기 제거 효율은 45%였으며, 이는 톨루엔 증기의 상당한 제거를 의미한다.
본 명세서는 소정의 예시적인 실시예를 상세히 기술하였지만, 당업자는 전술한 내용에 대해 이해할 때, 이들 실시예에 대한 변경, 그의 변형, 및 그의 등가물을 용이하게 알 수 있는 것이 인식될 것이다. 따라서, 본 개시 내용이 전술된 예시적인 실시예로 부당하게 제한되어서는 안 된다는 것이 이해되어야 한다. 다양한 예시적인 실시예가 기술되었다. 이들 및 다른 실시예는 하기의 청구범위의 범주 내에 있다.

Claims (22)

  1. 주름진 공기 필터(pleated air filter)로서,
    별개의 일렉트릿 섬유(electret fiber), 별개의 다성분 접합 섬유(multicomponent bonding fiber), 및 흡착 입자(sorbent particle)의 무작위한 섞인 혼합물을 포함하는 주름진 부직 일렉트릿 섬유질 웨브(non-woven electret fibrous web)를 포함하고,
    상기 주름진 부직 일렉트릿 섬유질 웨브는, 상기 주름진 공기 필터의 하류측 또는 상류측 상에 배열되고 상기 주름진 공기 필터의 다수의 주름 팁(pleat tip)을 가로질러 연장되는 하나 이상의 주름-안정화 부재(pleat-stabilizing member)를 포함하는, 주름진 공기 필터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 주름-안정화 부재는,
    적어도 대체로 상기 주름진 공기 필터의 주름 방향으로 연장되고, 상기 주름진 공기 필터의 적어도 일부 주름 팁에 접합되며, 상기 주름진 공기 필터의 주름 벽의 적어도 일부분과 접촉하고 그에 접합되는, 고형화된 접착제의 하나 이상의 연속 스트랜드(strand);
    적어도 대체로 상기 주름진 공기 필터의 상기 주름 방향으로 연장되고, 상기 주름진 공기 필터의 적어도 일부 주름 팁에 접합되며, 상기 주름진 공기 필터의 주름 벽의 임의의 상당한 부분과도 접촉하지 않고 그에 접합되지 않는, 하나 이상의 대체로 평탄한 신장형 스트립(strip);
    상기 주름진 공기 필터의 주연부 에지(perimeter edge)의 적어도 일부분 주위에 배열되는 주연부 프레임(perimeter frame)에 일체로 연결되는 하나 이상의 대체로 평탄한 부재 - 공기 유동이 통과하도록 허용하는 관통-통로가 상기 대체로 평탄한 부재 사이에 배치됨 -;
    적어도 대체로 상기 주름진 공기 필터의 상기 주름 방향으로 연장되고, 상기 주름진 공기 필터의 적어도 일부 주름 팁에 접합되며, 상기 주름진 공기 필터의 주름 벽의 임의의 상당한 부분과도 접촉하지 않고 그에 접합되지 않는, 대체로 평탄한 네팅(netting) 또는 메시(mesh);
    및
    적어도 대체로 상기 주름진 공기 필터의 상기 주름 방향으로 연장되고, 상기 주름진 공기 필터의 적어도 일부 주름 팁에 접합되며, 상기 주름진 공기 필터의 주름 벽의 적어도 일부분과 접촉하고 그에 접합되는, 금속 네팅 또는 금속 메시로 이루어진 군으로부터 선택되는, 주름진 공기 필터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 흡착 입자는 과립형 활성탄(granular activated carbon) 입자를 포함하는, 주름진 공기 필터.
  4. 제3항에 있어서, 상기 과립형 활성탄 입자는 12×20, 20×40, 25×45, 30×60, 40×70으로부터 선택되는 메시 크기, 및 이들 메시 크기 중 임의의 크기 또는 모든 크기의 입자의 혼합물을 포함하는, 주름진 공기 필터.
  5. 제1항에 있어서, 상기 일렉트릿 섬유는 약 2 내지 약 6 mm의 평균 길이를 포함하고, 상기 다성분 접합 섬유는 약 2 내지 약 6 mm의 평균 길이를 포함하는, 주름진 공기 필터.
  6. 제5항에 있어서, 상기 다성분 섬유의 상기 평균 길이 대 상기 일렉트릿 섬유의 상기 평균 길이의 비는 약 3:4 내지 약 4:3인, 주름진 공기 필터.
  7. 제1항에 있어서, 상기 주름진 부직 일렉트릿 섬유질 웨브는 캘린더링된 웨브(calendered web)인, 주름진 공기 필터.
  8. 제1항에 있어서, 상기 주름진 부직 일렉트릿 섬유질 웨브는 약 20% 내지 약 28%의 고형도(solidity)를 포함하는, 주름진 공기 필터.
  9. 제1항에 있어서, 상기 흡착 입자에 대한 상기 다성분 섬유의 중량비는 약 6% 내지 약 13%이고, 상기 웨브의 성분들의 총 중량에 대한 상기 다성분 섬유의 중량비는 약 4% 내지 약 10%인, 주름진 공기 필터.
  10. 제1항에 있어서, 상기 주름진 공기 필터는 상기 주름진 공기 필터의 주연부 에지의 적어도 일부분 주위에 배열되는 주연부 프레임을 포함하는 프레임형 공기 필터(framed air filter)인, 주름진 공기 필터.
  11. 제1항에 있어서, 상기 주름진 공기 필터는, 상기 부직 일렉트릿 섬유질 웨브의 주 표면에 접합되고 그와 함께 주름형성되는 하나 이상의 지지 층을 추가로 포함하고, 상기 지지 층은 제곱 미터당 약 150 그램보다 작은 평량(basis weight)을 가진 부직 섬유질 웨브인, 주름진 공기 필터.
  12. 제1항에 있어서, 상기 흡착 입자는 화학적 활성 재료를 포함하는, 주름진 공기 필터.
  13. 별개의 일렉트릿 섬유, 별개의 다성분 접합 섬유, 및 흡착 입자의 무작위한 섞인 혼합물을 포함하는 주름진 부직 일렉트릿 섬유질 웨브를 포함하는 주름진 공기 필터를 제조하기 위한 방법으로서,
    상기 일렉트릿 섬유, 상기 다성분 접합 섬유, 및 상기 흡착 입자를 성형 챔버(forming chamber)의 상부 단부 내에 공급하는 단계;
    상기 일렉트릿 섬유, 상기 다성분 접합 섬유, 및 상기 흡착 입자를 상기 성형 챔버의 하부 단부로 수송하는 단계;
    상기 일렉트릿 섬유, 상기 다성분 접합 섬유, 및 상기 흡착 입자를 입자와 섬유의 무작위한 섞인 혼합물로서 제1 지지 층 상에 수집하는 단계;
    상기 입자와 섬유의 무작위한 섞인 혼합물을 지니는 상기 제1 지지 층을 상기 성형 챔버로부터 멀어지게 수송하는 단계;
    상기 입자와 섬유의 무작위한 섞인 혼합물 위에 제2 지지 층을 배치하는 단계;
    상기 입자와 섬유의 무작위한 섞인 혼합물을 상기 다성분 접합 섬유의 제1 영역을 적어도 부분적으로 용융시키기에 충분한 온도에 노출시켜서, 상기 입자와 섬유의 무작위한 섞인 혼합물과 상기 제1 지지 층 및 제2 지지 층을, 제1 지지 층 및 제2 지지 층이 주 표면에 열 접합되는 부직 일렉트릿 섬유질 웨브를 포함하는 자립형 필터 매체(self-supporting filter media)로 변형시키기에 충분하게, 상기 다성분 섬유가 적어도 서로 그리고 상기 제1 지지 층 및 제2 지지 층의 섬유에 열 접합되도록 하는 단계;
    상기 자립형 필터 매체를 주름형성하는 단계; 및
    상기 주름진 자립형 필터 매체의 상류측 또는 하류측에 하나 이상의 주름-안정화 부재를 배열하는 단계를 포함하는, 주름진 공기 필터를 제조하기 위한 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 하나 이상의 주름-안정화 부재의 적어도 일부분을 상기 주름진 자립형 필터 매체의 일부분에 접합하는 단계를 추가로 포함하는, 주름진 공기 필터를 제조하기 위한 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 입자와 섬유의 무작위한 섞인 혼합물을 상기 다성분 접합 섬유의 제1 영역을 적어도 부분적으로 용융시키기에 충분한 온도에 노출시키는 것은 적어도 캘린더링 단계를 포함하는, 주름진 공기 필터를 제조하기 위한 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 입자와 섬유의 무작위한 섞인 혼합물을 상기 다성분 접합 섬유의 제1 영역을 적어도 부분적으로 용융시키기에 충분한 온도에 노출시키는 것은 상기 입자와 섬유의 무작위한 섞인 혼합물의 상기 다성분 접합 섬유 중 적어도 일부를 자가 접합(autogenously bonding)하는 초기 단계, 및 캘린더링 단계인 최종 단계를 포함하는, 주름진 공기 필터를 제조하기 위한 방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 주름형성하는 단계는 블레이드 플리터(blade pleater)로 수행되는, 주름진 공기 필터를 제조하기 위한 방법.
  18. 제13항에 있어서, 상기 주름진 자립형 필터 매체를 소정 형상으로 성형하고 형상화된 필터 매체의 주연부 에지 주위에 주연부 프레임을 배열하고 상기 주연부 프레임을 필터 매체에 부착하여 프레임형 공기 필터를 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 주름진 공기 필터를 제조하기 위한 방법.
  19. 제13항에 있어서, 상기 성형 챔버는 회전 롤러들을 포함하고, 상기 롤러들 중 적어도 일부는 그로부터 돌출되는 복수의 스파이크(spike)를 포함하는, 주름진 공기 필터를 제조하기 위한 방법.
  20. 제13항에 있어서, 상기 일렉트릿 섬유, 상기 다성분 접합 섬유, 및 상기 흡착 입자를 상기 성형 챔버의 상기 상부 단부로부터 상기 성형 챔버의 상기 하부 단부로 수송하는 것은 적어도 부분적으로 중력에 의해 유발되는, 주름진 공기 필터를 제조하기 위한 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 일렉트릿 섬유, 상기 다성분 접합 섬유, 및 상기 흡착 입자를 무작위한 섞인 혼합물로서 제1 지지 층 상에 수집하는 단계는 상기 제1 지지 층의 밑면에 가해지는 진공에 의해 보조되는, 주름진 공기 필터를 제조하기 위한 방법.
  22. 제13항에 있어서, 상기 제1 지지 층은 순환 이동 벨트인 수집기 상에 제공되는, 주름진 공기 필터를 제조하기 위한 방법.
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