KR20240038047A - 고성능 에어 필터용 여과재 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 개시의 과제는, PFAS 및 실록산 화합물을 포함하지 않고, 또한, PF값 및 발수성이 높은 에어 필터용 여과재를 제공하는 것이다. 본 개시에 따른 에어 필터용 여과재는, 섬유경 1㎛ 미만의 유리 섬유를 포함하는 습식 부직포로 이루어지는 에어 필터용 여과재에 있어서, 상기 습식 부직포는 분자 중에 불소 및 규소를 포함하지 않는 탄화수소계 폴리머를 주성분으로 하는 발수제를 포함하며, 또한 바인더 수지를 포함하지 않는 것을 특징으로 한다.
Description
본 개시는, 반도체, 액정, 식품 공업용 클린 룸, 빌딩 공조(空調) 또는 공기 청정기 등에 설치되는 에어 필터에 이용되는 에어 필터용 여과재(濾材)에 관한 것이다.
공기 중의 서브 미크론 또는 미크론 단위의 입자를 포집 제거하기 위해서는, 일반적으로, 에어 필터용 여과재를 구비한 에어 필터가 이용된다. 에어 필터는, 포집 가능한 입자경, 및 그 포집 효율에 따라, 조진용(粗塵用) 필터, 중고성능 필터, HEPA 필터, ULPA 필터 등으로 분류된다. 후자(後者)가 될수록, 입자경이 작은 입자를 포집 가능하며, 또한 포집 효율이 높은 필터이다.
에어 필터용 여과재에는, 필요로 하는 입자의 포집 효율을 갖는 것과 함께, 송풍 에너지를 올리지 않도록, 압력 손실이 낮은 것이 요구된다. 포집 효율과 압력 손실의 지표값으로서는, 수 1에 나타내는 PF값이 있고, 이 값이 높을수록, 포집 효율이 높고 압력 손실이 낮은, 우수한 여과재인 것을 나타낸다.
[수 1]
여기에서, 투과율[％] ＝ 100 ― 포집 효율[％]
또한, 에어 필터용 여과재에 요구되는 물성으로서, 발수성(撥水性)이 있다. 충분한 발수성을 가짐으로써, 기온의 변화에 따른 결로나 습도가 높은 공기가 통풍했을 때에, 물방울에 의해 여과재의 구멍을 막는 문제의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 바다에 가까운 장소에서는, 여과재에 포집된 해염(海鹽) 입자가 공기 중의 수분에 의해 액화되어 유출되는, 조해(潮解) 현상을 방지할 수 있다. 한편, 발수성이 낮으면, 여과재를 에어 필터 유닛에 가공할 때에 이용하는 시일제나 핫멜트 등이 스며드는 문제가 있다.
여과재에 발수성을 부여하기 위해서는, 불소계 발수제 및／또는 실리콘계 발수제를 부착시키는 방법(예를 들면, 특허문헌 1 또는 특허문헌 2 참조)이 널리 이용되고 있다.
불소계 및 실리콘계 이외의 발수제를 이용한 여과재의 예로서, 합성 파라핀을 이용하는 방법(예를 들면, 특허문헌 3 참조), 알킬케텐 다이머를 이용하는 방법(예를 들면, 특허문헌 4 참조)을 들 수 있다.
또한, 에어 필터용 여과재에는, 가공 시 및 통풍 사용 시에 갈라짐이나 찢어짐을 일으키지 않기 위해, 충분한 강도(强度)를 갖는 것이 요구된다. 에어 필터용 여과재에 강도를 부여하기 위해서는, 바인더 수지를 부착시키는 방법이 널리 이용되고 있지만, 바인더 수지를 부착시킴으로써, 바인더막을 형성하여, 여과재의 세공(細孔)을 막음으로써, 압력 손실이 상승함과 함께, 입자 포집에 기여하는 세경(細徑) 섬유의 표면을 피복함으로써, 포집 효율이 저하되는 문제가 있었다.
바인더 수지를 사용하지 않고 에어 필터용 여과재의 강도를 부여하는 방법으로서는, 바인더 섬유를 사용하는 방법(예를 들면, 특허문헌 5 또는 특허문헌 6 참조)을 들 수 있다.
그러나, 특허문헌 1 또는 특허문헌 2에 개시되는 기술에 있어서, 불소계 발수제를 구성하는 퍼플루오로알킬 화합물(이하, PFAS라고 약기함)은, 난분해성이며 또한 생물 축적성이 높기 때문에, 세계적으로 그 사용을 규제하는 움직임이 있다. 또한, 실리콘계 발수제를 구성하는 실록산 화합물 및 그 축합물인 환상(環狀) 실록산은, 반도체 기판이나 유리 기판의 표면에 부착되어 제품 수율의 저하나 시싱(cissing) 발생의 원인이 되는 문제를 갖고 있다. 또한, 환상 실록산은, PFAS와 마찬가지로 난분해성이며 또한 생물 축적성이 높기 때문에, 그 사용을 규제하는 움직임이 있다.
또한, 특허문헌 3 또는 특허문헌 4에 개시되는 기술에 있어서, 어느 방법도, 여과재의 PF값 및 발수성의 물성 밸런스를 취하는 것이 어려웠다.
상기와 같이, PFAS 및 실록산 화합물을 포함하지 않는 에어 필터용 여과재가 요구되고 있지만, 종래의 기술에서는, PF값 및 발수성이 모두 높은 여과재를 얻는 것이 어려웠다. 따라서, 본 개시의 과제는, PFAS 및 실록산 화합물을 포함하지 않고, 또한, PF값 및 발수성이 높은 에어 필터용 여과재를 제공하는 것이다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해 예의(銳意) 검토한 바, 섬유경 1㎛ 미만의 유리 섬유를 포함하는 습식 부직포에 분자 중에 불소 및 규소를 포함하지 않는 탄화수소계 폴리머를 주성분으로 하는 발수제를 포함시키며, 또한, 바인더 수지를 포함시키지 않음으로써, 의외로, PF값 및 발수성이 높은 에어 필터용 여과재가 얻어지는 것을 발견하여, 본 발명을 완성시켰다. 즉, 본 발명에 따른 에어 필터용 여과재는, 섬유경 1㎛ 미만의 유리 섬유를 포함하는 습식 부직포로 이루어지는 에어 필터용 여과재에 있어서, 상기 습식 부직포가 분자 중에 불소 및 규소를 포함하지 않는 탄화수소계 폴리머를 주성분으로 하는 발수제를 포함하며, 또한 바인더 수지를 포함하지 않는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 에어 필터용 여과재에서는, 상기 습식 부직포가 바인더 섬유를 더 포함하는 형태를 포함한다. 이러한 구성에 의하면, 보다 강도가 높은 에어 필터용 여과재를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 에어 필터용 여과재에서는, 상기 바인더 섬유의 배합률은, 여과재 중의 섬유의 전체 섬유 질량에 대하여 10 ∼ 70질량％인 것이 바람직하다. 여과재의 강도를 확보한 후, PF값을 높일 수 있다.
본 발명에 따른 에어 필터용 여과재에서는, 상기 습식 부직포가 보강재로 보강되어 있는 형태를 포함한다. 필요에 따라, 여과재의 강도를 더 높일 수 있다.
본 발명에 따른 에어 필터용 여과재에서는, 상기 습식 부직포가 바인더 섬유를 포함하지 않으며, 또한, 상기 습식 부직포가 보강재로 보강되어 있는 형태를 포함한다. 바인더 섬유가 포함되지 않으면 습식 부직포 자체의 강도가 충분하지 않는 경우가 있는 바, 습식 부직포를 보강재로 보강함으로써, 높은 PF값 및 강도를 확보할 수 있다.
본 발명에 따른 에어 필터용 여과재에서는, 상기 습식 부직포가, 평균 섬유경 1㎛ 미만의 유리 울 섬유와 평균 섬유경 1㎛ 이상의 유리 울 섬유를 포함하며, 또한, 평균 섬유경 1㎛ 미만의 유리 울 섬유의 배합률이 평균 섬유경 1㎛ 이상의 유리 울 섬유의 배합률보다 높은 것이 바람직하다. 여과재에, 입자 포집에 기여하는 높은 표면적을 부여할 수 있다.
본 발명에 따른 에어 필터용 여과재에서는, 상기 탄화수소계 폴리머가 아크릴폴리머인 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하면, 보다 높은 발수성을 갖는 에어 필터용 여과재를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 에어 필터용 여과재에서는, 상기 습식 부직포가 계면활성제를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하면, 보다 높은 PF값을 갖는 에어 필터용 여과재를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 에어 필터용 여과재에서는, 상기 발수제와 상기 계면활성제의 고형분 질량 비율(발수제／계면활성제)이, 상기 발수제 100질량부에 대하여 2 ∼ 70질량부인 것이 바람직하다. PF값 및 발수성의 물성의 밸런스가 좋은 여과재를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 에어 필터용 여과재의 제조 방법은, 섬유경 1㎛ 미만의 유리 섬유를 포함하는 슬러리를 습식 초지법에 의해 시트화하여, 습윤 상태의 시트를 형성하는 공정과, 상기 습윤 상태의 시트를, 분자 중에 불소 및 규소를 포함하지 않는 탄화수소계 폴리머를 주성분으로 하는 발수제를 포함하며, 또한 바인더 수지를 포함하지 않는 수성 분산액에 함침하는 공정과, 상기 수성 분산액에 함침한 습윤 상태의 시트를 건조하여, 건조 시트를 얻는 공정을 갖는 것을 특징으로 한다. 이 제조 방법에 의해, PFAS 및 실록산 화합물을 포함하지 않고, 또한, PF값 및 발수성의 물성 밸런스가 좋은 에어 필터용 여과재를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 에어 필터용 여과재의 제조 방법에서는, 상기 슬러리가 바인더 섬유를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 제조 방법이면, 보다 높은 강도를 갖는 에어 필터용 여과재를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 에어 필터용 여과재의 제조 방법에서는, 상기 탄화수소계 폴리머가 아크릴폴리머인 것이 바람직하다. 이러한 제조 방법이면, 보다 높은 발수성을 갖는 에어 필터용 여과재를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 에어 필터용 여과재의 제조 방법에서는, 상기 수성 분산액이 계면활성제를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 제조 방법이면, 보다 높은 PF값을 갖는 에어 필터용 여과재를 얻을 수 있다.
본 개시에 의해, PFAS 및 실록산 화합물을 포함하지 않고, 또한, PF값 및 발수성이 높은 에어 필터용 여과재를 얻을 수 있다.
다음으로, 본 발명에 대해서 실시형태를 나타내어 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 기재에 한정하여 해석되지 않는다. 본 발명의 효과를 발휘하는 한, 실시형태는 여러 가지의 변형을 해도 된다.
본 실시형태에 따른 에어 필터용 여과재는, 유리 섬유를 포함하는 습식 부직포로 이루어진다. 유리 섬유는 높은 강성(剛性)을 갖고 있기 때문에, 여과재 내에서, 공기가 통과하기 위해 필요한 공극(空隙)을 충분히 유지할 수 있어, 높은 PF값을 얻을 수 있다. 유리 섬유로서는 유리 울 섬유와 쵸프트(chopped) 유리 섬유를 사용할 수 있다. 여기에서 말하는 유리 울 섬유는, 화염 연신법 또는 로터리법에 의해 연신되어 제조되는, 섬유경이 어느 정도의 분포 폭을 갖는 부정형이고 불연속적인 울 형상의 유리 섬유이다. 섬유경의 범위는 일반적으로 약 0.1 ∼ 약 10㎛이며, 어느 정도의 분포 폭을 갖기 때문에 섬유경의 값은 일반적으로 평균 섬유경으로서 나타나고, 본 실시형태에서 이용하고 있는 유리 울 섬유의 섬유경도 평균 섬유경이다. 한편, 쵸프트 유리 섬유는, 소정의 직경을 갖는 구금(口金)으로부터 방사(紡絲)된 연속적인 유리 섬유를 소정의 섬유 길이로 절단한 정형이고 직선상인 유리 섬유이며, 섬유경의 범위는 일반적으로 약 4 ∼ 약 30㎛, 섬유 길이의 범위는 일반적으로 약 1.5 ∼ 약 25㎜이다. 본 실시형태의 여과재에 있어서, 섬유경이 가늘고 부정형인 유리 울 섬유는, 포집 효율을 높게 함과 함께 여과재 중의 공극을 보지(保持)하는 효과를 갖는다. 섬유경이 굵고 직선상인 쵸프트 유리 섬유는, 필터 유닛의 가공 시 및 사용 시에 필요해지는 강도(强度) 및 강도(剛度)를 부여하는 효과를 갖지만, 여과재의 제조 중에 섬유가 수평 방향으로 퇴적되기 쉽기 때문에, 쵸프트 유리 섬유의 배합 비율이 높으면, 여과재의 밀도를 높게 하는 경향이 있다.
습식 부직포는, 적어도 일부에 섬유경 1㎛ 미만의 유리 섬유(이하, 서브 미크론 유리 섬유라고 함)를 포함한다. 이는, 유리 울 섬유로 이루어진다. 서브 미크론 유리 섬유를 포함하는 이유는, 입자 포집에 기여하는 높은 표면적을 갖고 있기 때문이다. 본 실시형태에서, 서브 미크론 유리 섬유를 포함하는 유리 울 섬유의 배합률은, 여과재 중의 전체 섬유 질량에 대하여, 5 ∼ 90질량％가 바람직하고, 25 ∼ 80질량％가 보다 바람직하고, 45 ∼ 70질량％가 더 바람직하다. 본 실시형태에서, 서브 미크론 유리 섬유의 배합률은, 여과재 중의 전체 섬유 질량에 대하여, 5 ∼ 85질량％가 바람직하고, 20 ∼ 75질량％가 보다 바람직하고, 30 ∼ 65질량％가 더 바람직하다. 또한, 쵸프트 유리 섬유의 배합률은, 여과재 중의 전체 섬유 질량에 대하여, 1 ∼ 50질량％인 것이 바람직하고, 3 ∼ 30질량％가 보다 바람직하고, 5 ∼ 10질량％가 더 바람직하다.
본 실시형태에 따른 에어 필터용 여과재에서는, 습식 부직포가, 평균 섬유경 1㎛ 미만의 유리 울 섬유와 평균 섬유경 1㎛ 이상의 유리 울 섬유를 포함하며, 또한, 평균 섬유경 1㎛ 미만의 유리 울 섬유의 배합률이 평균 섬유경 1㎛ 이상의 유리 울 섬유의 배합률보다 높은 것이 바람직하다. 여과재에, 입자 포집에 기여하는 높은 표면적을 부여할 수 있다. 평균 섬유경 1㎛ 미만의 유리 울 섬유의 배합률이 평균 섬유경 1㎛ 이상의 유리 울 섬유의 배합률보다 1.2배 ∼ 10배 높은 것이 바람직하고, 2.0배 ∼ 8.4배 높은 것이 보다 바람직하다.
습식 부직포는, 바인더 섬유를 포함하는 것이 바람직하다. 바인더 섬유를 첨가함으로써 용접 접착, 수소 결합, 물리적인 얽힘 등에 의해 강도(强度)를 부여할 수 있다. 용접 접착에는, 바인더 섬유가 유리 울에 점접착하는 형태가 포함된다. 바인더 섬유의 예로서는, 폴리비닐알코올 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리올레핀 섬유 등을 들 수 있다. 본 실시형태에서는, 이들 중에서도 용융 접착 바인더 섬유를 이용하는 것이 바람직하다. 용융 접착 바인더 섬유의 형태로서는, 용융하는 부분과 용융하지 않는 부분이 인접하여 복합화된 사이드 바이 사이드형 바인더 섬유, 용융하지 않는 심부(芯部)와 용융하는 초부를 갖는 심초형 바인더 섬유, 전체가 용융하여 유리 섬유 등의 주체 섬유끼리의 접착에 기여하는 전융형(全融型) 바인더 섬유 등이 있다. 바인더 섬유의 배합률은, 여과재 중의 섬유의 전체 섬유 질량에 대하여, 10 ∼ 70질량％가 바람직하고, 20 ∼ 60％질량％가 보다 바람직하고, 30 ∼ 50질량％가 더 바람직하다. 여과재의 강도를 확보한 후에, PF값을 높일 수 있다. 용융 접착 바인더 섬유는, 사이드 바이 사이드형 바인더 섬유, 심초형 바인더 섬유 및 전융형 바인더 섬유 중, 어느 1종을 습식 부직포에 포함시키는 형태 외, 2종 또는 3종을 포함시켜도 된다. 2종을 포함시키는 예로서는, 사이드 바이 사이드형 바인더 섬유와 심초형 바인더 섬유의 조합, 사이드 바이 사이드형 바인더 섬유와 전융형 바인더 섬유의 조합, 또는 심초형 바인더 섬유와 전융형 바인더 섬유의 조합이 있다.
용융 접착 바인더 섬유는, 습윤 상태의 시트일 때에는, 배합 시의 형상을 유지하고 있지만, 가열 건조 공정에서 바인더 섬유가 가열되면, 일부 또는 전체가 용융하여, 주체 섬유와 결합하거나 또는 바인더 섬유끼리 결합한다. 가열 건조 공정을 거친 에어 필터용 여과재에 포함되는 용융이 끝난 바인더 섬유는, 섬유의 형상을 유지하고 있거나, 또는, 끊어져 있는 부분은 있지만 섬유의 형상을 관찰할 수 있고, 점 또는 선의 형상만이 관찰된다. 보다 구체적으로는, 전융형 바인더 섬유가 가열되면, 전체가 용융하여, 유리 섬유와 결합하거나 또는 전융 바인더 섬유끼리 결합한다. 용융이 끝난 전융 바인더 섬유는, 끊어짐, 찌그러짐, 구부러짐 등 변형해 있는 부분이 존재하고 있는 경우가 있지만 섬유의 형상을 관찰할 수 있고, 선상 또는 점상의 형상만이 관찰된다. 본 실시형태에서는, 전융 바인더 섬유는, 가열 건조 공정의 전후에 섬유상인 것에 대하여 섬유상이었던 흔적이 있는 것의 차이가 있을 뿐이므로, 용융 전의 전융 바인더 섬유와 용융이 끝난 전융 바인더 섬유를 전융 바인더 섬유라고 표기한다. 또한, 사이드 바이 사이드형 바인더 섬유 또는 심초형 바인더 섬유가 가열되면, 사이드 바이 사이드형 바인더 섬유의 용융하는 부분 또는 심초형 바인더 섬유의 초부가 용융하여, 유리 섬유와 결합하거나, 사이드 바이 사이드형 바인더 섬유끼리 결합하거나 또는 심초 바인더 섬유끼리 결합한다. 용융이 끝난 사이드 바이 사이드형 바인더 섬유 또는 용융이 끝난 심초 바인더 섬유는, 사이드 바이 사이드형 바인더 섬유의 용융하지 않는 부분 또는 심초 바인더 섬유의 심부가 섬유의 형상을 유지하고 있다. 본 실시형태에서는, 사이드 바이 사이드형 바인더 섬유 또는 심초형 바인더 섬유는, 가열 건조 공정의 전후에 모두 섬유상이기 때문에, 용융 전의 사이드 바이 사이드형 바인더 섬유 또는 심초형 바인더 섬유와, 용융이 끝난 사이드 바이 사이드형 바인더 섬유 또는 심초형 바인더 섬유 모두 「사이드 바이 사이드형 바인더 섬유 또는 심초형 바인더 섬유」라고 표기한다. 또, 바인더 수지는, 가열 건조 공정 등에 의해, 바인더 수지가 가열되면, 용융하거나 또는 에멀젼 입자끼리 융합함으로써 피막을 형성하고, 여과재 전체에 퍼져 평면상으로 분포한다.
본 실시형태에서는, 습식 부직포를 구성하는 섬유로서, 바인더 섬유, 유리 섬유 이외의 섬유를 이용해도 된다. 이들 섬유로서는, 목재 펄프 등의 천연 섬유, 레이온 섬유 등의 재생 섬유, 폴리올레핀 섬유, 폴리우레탄 섬유, 비닐론 섬유 등의 합성 섬유를 들 수 있다. 이들 섬유의 배합량은, 유리 섬유가 갖는 PF값을 높이는 효과를 방해하지 않는 범위로 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 섬유 전체의 30질량％ 이하, 보다 바람직하게는 20질량％ 이하, 더 바람직하게는 10질량％ 이하이다.
본 실시형태에서는, 본 발명의 효과를 방해하지 않는 범위에서, 습식 부직포가 보강재로 보강되어 있는 형태를 포함한다. 예를 들면, 에어 필터용 여과재가 되는 습식 부직포와 다른 부직포와의 첩합을 행해도 된다. 에어 필터용 여과재가 되는 습식 부직포와 다른 부직포를 융착시켜도 된다. 다른 부직포와의 첩합 또는 융착을 행함으로써, 보다 강도를 높게 할 수 있다. 다른 부직포란, 예를 들면 폴리에스테르 부직포, 폴리올레핀 부직포 등이다. 습식 부직포가 바인더 섬유를 포함하는 경우에도 습식 부직포가 보강재로 보강되어 있는 형태로 해도 된다. 필요에 따라, 여과재의 강도를 더 높일 수 있다. 또한, 습식 부직포가 바인더 섬유를 포함하지 않는 형태일 때, 습식 부직포가 보강재로 보강되어 있는 형태인 것이 바람직하다. 습식 부직포에 바인더 섬유가 포함되지 않으면 습식 부직포 자체의 강도가 충분하지 않는 경우가 있는 바, 습식 부직포를 보강재로 보강함으로써, 높은 PF값 및 강도를 확보할 수 있다. 또, 본 명세서에서, 여과재 중에서의 함유율 등의 배합을 나타내는 경우는, 다른 부직포는 포함하지 않고 습식 부직포를 기준으로 하여 계산을 행한다.
발수제는, 습식 부직포의 섬유에 부착되고, 에어 필터용 여과재에 필요해지는 발수성을 부여하기 위해 이용된다. 발수제의 주성분은, 분자 중에 불소 및 규소를 포함하지 않는 탄화수소계 폴리머로 이루어진다. 발수제는, 분자 중에 불소 및 규소를 포함하지 않는 탄화수소계 폴리머를 50질량％ 이상, 바람직하게는 80질량％ 이상, 더 바람직하게는 90질량％ 이상 포함한다. 탄화수소계 폴리머란, 탄화수소를 골격으로 하는 유기 화합물로 이루어지는 폴리머이다. 폴리머를 구성하는 유기 화합물은 산소나 질소 등을 포함하고 있어도, 포함하지 않아도 좋다. 탄화수소계 폴리머 중에서도 아크릴폴리머가 보다 바람직하다. 아크릴폴리머란, 아크릴산에스테르 또는 메타크릴산에스테르를 주된 원료 모노머로 하여 중합된 폴리머이다. 아크릴폴리머는, 상기 원료 모노머를 50질량％ 이상, 바람직하게는 80질량％ 이상, 더 바람직하게는 90질량％ 이상 포함하여 합성된다. 아크릴폴리머의 에스테르 부분은 탄화수소기인 것이 바람직하다. 이 탄화수소기는, 직쇄상이어도 분기상이어도 좋고, 포화 탄화수소여도 불포화 탄화수소여도 좋고, 더욱이는 지환식 또는 방향족의 환상을 갖고 있어도 좋다. 이들 중에서도, 직쇄상인 것이 바람직하고, 직쇄상의 알킬기인 것이 보다 바람직하다. 상기 에스테르 부분의 탄소수는, 9 이상인 것이 바람직하고, 12 이상인 것이 보다 바람직하다. 탄소수가 8 이하이면, 발수 처리제로서 충분한 발수성을 발휘할 수 없다. 또한, 탄화수소계 발수제의 이온성은 양이온성인 것이 바람직하다. 유리 섬유의 표면은 음으로 대전하고 있기 때문에, 발수제가 섬유 표면에 흡착되기 쉬워져, 보다 높은 발수성이 얻어진다. 이러한 탄화수소계 발수제의 예로서는, 아크릴폴리머로 이루어지는 UNIDYNE XF 시리즈(DAIKIN INDUSTRIES, LTD. 제조), 탄화수소계 폴리머로 이루어지는 메이쉴드 시리즈(Meisei Chemical Works, Ltd. 제조) 등을 들 수 있고, 이들 시판품 중에서 선택해도 된다.
본 실시형태에 따른 에어 필터용 여과재는, 바인더 수지를 포함하지 않는다. 바인더 수지는 에어 필터용 여과재에 강도를 부여하는 한편, 형성된 피막이 에어 필터용 여과재의 구멍을 막아, PF값을 저하시키기 때문이다. 바인더 수지는 수용성 수지 또는 수성 에멀젼이며, 이 점에서 바인더 섬유와 구별된다. 바인더 수지로서 주로 이용되는 수지는 폴리(메타)아크릴산에스테르 수지, 폴리아세트산비닐 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리비닐알코올 등을 들 수 있다. 이 중, 폴리(메타)아크릴산에스테르 수지로 이루어지는 바인더 수지는, 에스테르 부분의 탄소수가 8 이하인 부분이 주(아크릴산에스테르 또는 메타크릴산에스테르 중에서 바람직하게는 80질량％ 이상, 보다 바람직하게는 90질량％ 이상)인 것을 특징으로 한다. 한편, 아크릴폴리머로 이루어지는 발수제는 탄소수가 8을 초과하는 부분이 주(아크릴산에스테르 또는 메타크릴산에스테르 중에서 바람직하게는 80질량％ 이상, 보다 바람직하게는 90질량％ 이상)인 것을 특징으로 하는 것이며, 이 점에서 바인더 수지와 발수제는 구별된다.
본 실시형태에 따른 계면활성제는, 에어 필터용 여과재의 밀도를 작게 하여, PF값을 향상시키기 위해 이용된다. 계면활성제의 첨가에 의해, 발수성이 저하되기 때문에, 발수성의 저하에의 기여가 작은 양이온성 또는 비이온성인 것이 바람직하다. 계면활성제의 예로서는, 1 ∼ 3급 아민염, 4급 암모늄염, 지방산 에스테르, 지방족 에테르 등을 들 수 있다.
본 실시형태에서, 발수제와 계면활성제의 고형분 질량 비율(발수제／계면활성제)은, 발수제를 100부로 했을 때에 계면활성제가 2 ∼ 70부인 것이 바람직하다. 바람직하게는 5 ∼ 60부이며, 보다 바람직하게는 10 ∼ 50부이다. 이 비율임으로써, PF값 및 발수성의 물성 밸런스가 좋은 여과재가 얻어진다. 계면활성제의 질량 비율이 2부보다 낮으면, PF값의 상승에 기여하기 어려워진다. 계면활성제의 질량 비율이 70부보다 높으면, 충분한 발수성이 얻어지지 않을 우려가 있다.
본 실시형태에서, 여과재 중에서의 발수제의 고형분 질량 함유율은, 여과재 전체에 대하여 0.1 ∼ 5％인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.2 ∼ 3％이다. 이들 성분의 함유율이 0.1％보다 낮으면, 충분한 발수성이 얻어지지 않을 우려가 있다. 한편, 함유율이 5％보다 높으면, 충분한 PF값이 얻어지지 않을 우려가 있다.
본 실시형태에서, 발수제는 수성 분산액으로서, 습윤 상태에 있는 습식 부직포에 함침 부여된 후에, 가열함으로써 건조된다. 습식 부직포에 계면활성제를 첨가하는 경우에는, 발수제를 포함하는 수성 분산액에 첨가하는 것이 바람직하다. 이때의 가열 방법은, 초지기에 있어서는, 다통식 드라이어, 양키 드라이어, 열풍 건조기 등, 수초(手抄) 장치에 있어서는, 로터리 드라이어, 순환 건조기 등이 이용된다. 가열 온도는, 80 ∼ 150℃, 보다 바람직하게는 100 ∼ 140℃이다.
본 실시형태에서는, 함침에 이용하는 수성 분산액에, 본 발명의 효과를 방해하지 않는 범위에서, 가교제, 소포제 등의 첨가제를 적절히 첨가할 수 있다.
본 실시형태에 따른 에어 필터용 여과재의 제조 공정에서는, 원료 섬유를 수중(水中)에서 분산하여 원료 슬러리를 얻고, 이를 습식 초지법에 의해 시트화하여, 습윤 상태의 시트를 얻는다. 원료 섬유로서 유리 섬유를 많이 이용하는 경우는, 분산 및 초지에 이용하는 물이 산성인 것이 바람직하고, pH2 ∼ 4인 것이 보다 바람직하다. 산성하에서 분산 및 초지를 행함으로써, 유리 섬유끼리 접착하기 쉬워져, 강도를 높게 할 수 있다.
실시예
이하에 본 발명에 대해서 구체적인 실시예를 나타내어 설명하지만, 본 발명은 이들 기재에 한정되는 것은 아니다. 또, 예 중의 「부」는, 원료 슬러리 중의 섬유의 고형분 질량 비율, 또는 함침액 중의 성분의 고형분 질량 비율을 나타내고, 원료 슬러리에 있어서는 모든 섬유의 합계량을 100부로 하고, 함침액에 있어서는 바인더 수지를 100부로 했다. 또, 예 중의 「％」는, 여과재 중의 성분의 고형분 질량 함유율을 나타낸다.
<실시예 1>
평균 섬유경 0.65㎛의 유리 울 섬유(B-06-F, Unifrax Co. 제조)를 60부, 평균 섬유경 2.44㎛의 유리 울 섬유(B-26-R, Unifrax Co. 제조)를 30부, 평균 섬유경 6㎛, 컷 길이 6㎜의 쵸프트 유리 섬유(EC-6-6-SP, Unifrax Co. 제조) 10부를 테이블 이해기(離解機)로 pH3.0의 산성수를 이용하여 이해하고, 원료 슬러리를 얻었다. 다음으로, 원료 슬러리를 초지하여, 습식 부직포를 얻었다. 또한, 분자 중에 불소 및 규소를 포함하지 않는 탄화수소계 폴리머를 주성분으로 하는 양이온성 아크릴계 발수제(UNIDYNE XF-4001, DAIKIN INDUSTRIES, LTD. 제조) 100부 및 물을 혼합하여 조제한 함침액을 상기 습식 부직포에 함침 부여시키고, 130℃의 로터리 드라이어에서 건조시켜, 평량 70g／㎡의 에어 필터용 여과재를 얻었다. 또, 여과재 중의 함침 성분의 함유율은 2.5％였다.
<실시예 2>
분자 중에 불소 및 규소를 포함하지 않는 탄화수소계 폴리머를 주성분으로 하는 양이온성 아크릴계 발수제(UNIDYNE XF-4001, DAIKIN INDUSTRIES, LTD. 제조) 100부, 양이온성 계면활성제(CATIOGEN TMP, DKS Co. Ltd. 제조) 25부 및 물을 혼합하여 조제한 함침액을 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 평량 70g／㎡의 에어 필터용 여과재를 얻었다. 또, 여과재 중의 함침 성분의 함유율은 1.7％였다.
<실시예 3>
평균 섬유경 0.65㎛의 유리 울 섬유(B-06-F, Unifrax Co. 제조)를 42부, 평균 섬유경 2.44㎛의 유리 울 섬유(B-26-R, Unifrax Co. 제조)를 5부, 평균 섬유경 6㎛, 컷 길이 6㎜의 쵸프트 유리 섬유(EC-6-6-SP, Unifrax Co. 제조) 5부, 전융 바인더 섬유(MELTY 4000, UNITIKA Ltd. 제조) 30부, 심초 바인더 섬유(TJ04CN, TEIJIN LIMITED 제조) 18부를 이해한 슬러리를 사용하고, 분자 중에 불소 및 규소를 포함하지 않는 탄화수소계 폴리머를 주성분으로 하는 양이온성 아크릴계 발수제(UNIDYNE XF-4001, DAIKIN INDUSTRIES, LTD. 제조) 100부 및 물을 혼합하여 조제한 함침액을 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 평량 70g／㎡의 에어 필터용 여과재를 얻었다. 또, 여과재 중의 함침 성분의 함유율은 1.3％였다.
<실시예 4>
실시예 3에 기재한 섬유를 이해한 슬러리를 사용하고, 분자 중에 불소 및 규소를 포함하지 않는 탄화수소계 폴리머를 주성분으로 하는 양이온성 아크릴계 발수제(UNIDYNE XF-4001, DAIKIN INDUSTRIES, LTD. 제조) 100부, 양이온계 계면활성제(CATIOGEN TMP, Meisei Chemical Works, Ltd. 제조) 25부 및 물을 혼합하여 조제한 함침액을 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 평량 70g／㎡의 에어 필터용 여과재를 얻었다. 또, 여과재 중의 함침 성분의 함유율은 0.6％였다.
<실시예 5>
평균 섬유경 0.65㎛의 유리 울 섬유(B-06-F, Unifrax Co. 제조)를 42부, 평균 섬유경 2.44㎛의 유리 울 섬유(B-26-R, Unifrax Co. 제조)를 35부, 평균 섬유경 6㎛, 컷 길이 6㎜의 쵸프트 유리 섬유(EC-6-6-SP, Unifrax Co. 제조) 5부, 심초 바인더 섬유(TJ04CN, TEIJIN LIMITED 제조) 18부를 이해한 슬러리를 사용하고, 분자 중에 불소 및 규소를 포함하지 않는 탄화수소계 폴리머를 주성분으로 하는 양이온성 아크릴계 발수제(UNIDYNE XF-4001, DAIKIN INDUSTRIES, LTD. 제조) 100부, 양이온계 계면활성제(CATIOGEN TMP, Meisei Chemical Works, Ltd. 제조) 25부 및 물을 혼합하여 조제한 함침액을 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 평량 70g／㎡의 에어 필터용 여과재를 얻었다. 또, 여과재 중의 함침 성분의 함유율은 1.3％였다.
<실시예 6>
평균 섬유경 0.33㎛의 유리 울 섬유(B-00-F, Unifrax Co. 제조)를 22부, 평균 섬유경 2.44㎛의 유리 울 섬유(B-26-R, Unifrax Co. 제조)를 5부, 평균 섬유경 6㎛, 컷 길이 6㎜의 쵸프트 유리 섬유(EC-6-6-SP, Unifrax Co. 제조) 5부, 전융 바인더 섬유(MELTY 4000, UNITIKA Ltd. 제조) 50부, 심초 바인더 섬유(TJ04CN, TEIJIN LIMITED 제조) 18부를 이해한 슬러리를 사용하고, 분자 중에 불소 및 규소를 포함하지 않는 탄화수소계 폴리머를 주성분으로 하는 양이온성 아크릴계 발수제(UNIDYNE XF-4001, DAIKIN INDUSTRIES, LTD. 제조) 100부, 양이온계 계면활성제(CATIOGEN TMP, Meisei Chemical Works, Ltd. 제조) 25부 및 물을 혼합하여 조제한 함침액을 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 평량 70g／㎡의 에어 필터용 여과재를 얻었다. 또, 여과재 중의 함침 성분의 함유율은 0.6％였다.
<실시예 7>
실시예 3에 기재한 섬유를 이해한 슬러리를 사용하고, 분자 중에 불소 및 규소를 포함하지 않는 탄화수소계 폴리머를 주성분으로 하는 양이온성 아크릴계 발수제(UNIDYNE XF-4001, DAIKIN INDUSTRIES, LTD. 제조) 100부, 양이온계 계면활성제(CATIOGEN TMP, Meisei Chemical Works, Ltd. 제조) 5부 및 물을 혼합하여 조제한 함침액을 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 평량 70g／㎡의 에어 필터용 여과재를 얻었다. 또, 여과재 중의 함침 성분의 함유율은 1.1％였다.
<실시예 8>
실시예 3에 기재한 섬유를 이해한 슬러리를 사용하고, 분자 중에 불소 및 규소를 포함하지 않는 탄화수소계 폴리머를 주성분으로 하는 양이온성 아크릴계 발수제(UNIDYNE XF-4001, DAIKIN INDUSTRIES, LTD. 제조) 100부, 양이온계 계면활성제(CATIOGEN TMP, Meisei Chemical Works, Ltd. 제조) 67부 및 물을 혼합하여 조제한 함침액을 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 평량 70g／㎡의 에어 필터용 여과재를 얻었다. 또, 여과재 중의 함침 성분의 함유율은 0.5％였다.
<실시예 9>
실시예 2에서 얻어진 에어 필터용 여과재에, 보강재로서 평량 20g／㎡의 올레핀계 스펀본드 부직포(ELEVES T0203WDO, UNITIKA Ltd. 제조)를 열압에 의해 첩합가공했다.
<비교예 1>
함침의 공정을 제외한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 평량 70g／㎡의 에어 필터용 여과재를 얻었다.
<비교예 2>
아크릴계 바인더 수지(BONKOTE AN-1190S, DIC Corporation 제조) 100부, 분자 중에 불소 및 규소를 포함하지 않는 탄화수소계 폴리머를 주성분으로 하는 양이온성 아크릴계 발수제(UNIDYNE XF-4001, DAIKIN INDUSTRIES, LTD. 제조) 20부 및 물을 혼합한 함침액을 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 평량 70g／㎡의 에어 필터용 여과재를 얻었다. 또, 여과재 중의 함침 성분의 함유율은 5.1％였다.
<비교예 3>
불소계 발수제(AsahiGuard AG-E060, AGC Inc. 제조) 100부 및 물을 혼합하여 조제한 함침액을 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 평량 70g／㎡의 에어 필터용 여과재를 얻었다. 또, 여과재 중의 함침 성분의 함유율은 1.2％였다.
<비교예 4>
실시예 3에 기재한 섬유를 이해한 슬러리를 사용하며, 또한 함침의 공정을 제외한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 평량 70g／㎡의 에어 필터용 여과재를 얻었다.
<비교예 5>
실시예 3에 기재한 섬유를 이해한 슬러리를 사용하고, 아크릴계 바인더 수지(BONKOTE AN-1190S, DIC Corporation 제조) 100부, 분자 중에 불소 및 규소를 포함하지 않는 탄화수소계 폴리머를 주성분으로 하는 양이온성 아크릴계 발수제(UNIDYNE XF-4001, DAIKIN INDUSTRIES, LTD. 제조) 20부 및 물을 혼합한 함침액을 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 평량 70g／㎡의 에어 필터용 여과재를 얻었다. 또, 여과재 중의 함침 성분의 함유율은 5.0％였다.
<비교예 6>
실시예 3에 기재한 섬유를 이해한 슬러리를 사용하고, 불소계 발수제(AsahiGuard AG-E060, AGC Inc. 제조) 100부 및 물을 혼합하여 조제한 함침액을 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 평량 70g／㎡의 에어 필터용 여과재를 얻었다. 또, 여과재 중의 함침 성분의 함유율은 0.8％였다.
실시예 및 비교예에서 얻어진 에어 필터용 여과재의 평가는, 이하에 나타내는 방법을 이용하여 행했다.
<압력 손실>
압력 손실은, 유효 면적 100㎠의 에어 필터용 여과재에 면 풍속 5.3㎝／초로 통풍했을 때의 차압(差壓)으로서, 마노미터(마노스타 게이지 WO81, Yamamoto Electric Works Co., Ltd. 제조)를 이용하여 측정했다.
<투과율>
투과율은, 라스킨 노즐(laskin nozzle)에서 발생시킨 다분산 폴리알파올레핀(PAO) 입자를 포함하는 공기가 유효 면적 100㎠의 에어 필터용 여과재에 면 풍속 5.3㎝／초로 통풍했을 때의 상류 및 하류의 PAO 입자의 개수를 레이저 파티클 카운터(KC-22B, RION CO., LTD. 제조)를 이용하여 측정하고, 상류와 하류의 입자수의 비로부터 구했다. 대상 입자경은 0.10 ∼ 0.15㎛ 및 0.30㎛로 했다.
<PF값>
PF값은, 압력 손실 및 입자 투과율의 값으로부터, 수 1에 나타내는 식을 이용하여 계산했다. 대상 입자경은 0.10 ∼ 0.15㎛ 및 0.30㎛로 했다.
<인장 강도>
인장 강도는, 오토그래프 AGX-S(Shimadzu Corporation 제조)를 이용하여 시험 폭 1inch, 시험 길이 100㎜, 인장 속도 15㎜／min의 조건으로 측정을 행했다. 원칙적으로 응력 변형 선도의 최대점을 인장 강도로 했지만, 보강재의 첩합을 행한 실시예 9에서는, 상항복점을 인장 강도로 했다.
<발수성>
발수성은, MIL-STD-282에 준거하여 측정을 행했다.
상기의 방법으로 행한 에어 필터용 여과재의 평가 결과를 표 1 및 표 2에 나타냈다.
[표 1]
[표 2]
비교예 1 및 비교예 4는, 습식 부직포에 발수제를 첨가하지 않았기 때문에, 발수성이 없었다. 실시예 1과 비교예 1을 비교하면, 실시예 1은 높은 발수성이 얻어지는데 더하여, PF값도 향상되고 있었다. 실시예 3과 비교예 4를 비교하면, 실시예 3은 높은 발수성이 얻어지는데 더하여, PF값도 향상되고 있었다.
실시예 1과 비교예 2를 비교하면, 불소 및 규소를 포함하지 않는 발수제를 포함하며, 또한 바인더 수지를 포함하지 않는 수성 분산액에 함침한 실시예 1의 에어 필터용 여과재는, 비교예 2의 바인더 수지를 부착시킨 에어 필터용 여과재보다 높은 PF값, 발수성이 얻어지는 것으로 확인되었다.
실시예 1에 대하여 실시예 2에서는 불소 및 규소를 포함하지 않는 발수제에 더하여 계면활성제를 수성 분산액에 첨가함으로써, 발수성은 저하되었지만 더 높은 PF값이 얻어지는 것으로 확인되었다.
실시예 1 및 실시예 2와 비교예 3을 비교하면, 본 발명에 의해, 불소 및 규소를 포함하지 않는 발수제를 이용함으로써, 비교예 3의 불소계 발수제를 이용한 경우와 동등하거나 그 이상으로 실시예 1 및 실시예 2에서는 PF값, 발수성의 물성 밸런스가 좋은 여과재가 얻어지는 것으로 확인되었다.
실시예 3 및 실시예 4에서는 섬유 슬러리에 바인더 섬유를 첨가함으로써 실시예 1 및 실시예 2보다 PF값이 저하되었지만, 보다 에어 필터용 여과재의 강도가 높아지는 것으로 확인되었다.
실시예 3 및 실시예 4와 비교예 5를 비교하면, 실시예 1 및 실시예 2의 바인더 섬유를 첨가하지 않은 섬유 슬러리계와 마찬가지로, 실시예 3 및 실시예 4의 불소 및 규소를 포함하지 않는 발수제를 포함하며, 또한 바인더 수지를 포함하지 않는 수성 분산액에 함침한 에어 필터용 여과재는, 비교예 5의 바인더 수지를 부착시킨 에어 필터용 여과재보다 높은 PF값, 발수성이 얻어지는 것으로 확인되었다.
실시예 3, 실시예 4, 실시예 7 및 실시예 8과 비교예 6을 비교하면, 실시예 1 및 실시예 2의 바인더 섬유를 첨가하지 않은 섬유 슬러리계와 마찬가지로, 실시예 3, 실시예 4, 실시예 7 및 실시예 8의 불소 및 규소를 포함하지 않는 발수제를 이용한 에어 필터용 여과재는, 비교예 6의 불소계 발수제를 이용한 에어 필터용 여과재의 경우 이상으로 PF값, 발수성 및 강도의 물성 밸런스가 좋은 여과재인 것이 확인되었다.
실시예 2, 실시예 4, 실시예 5 및 실시예 6을 비교하면, 바인더 섬유의 첨가량을 늘림으로써 PF값, 발수성은 저하되지만 강도는 향상되기 때문에, 바인더 섬유의 첨가량을 변화시킴으로써, 에어 필터용 여과재의 물성 밸런스를 조정할 수 있다.
실시예 2 및 실시예 9를 비교하면, 첩합을 행함으로써 PF값은 저하되지만 강도는 향상되었다. 또한, 실시예 4 및 실시예 9를 비교하면, 바인더 섬유를 48부 첨가한 경우와 바인더 섬유를 포함하지 않고 첩합 가공을 행한 경우에는 PF값, 강도의 값은 동(同) 정도였기 때문에, 용도에 따라 선택할 수 있다.
Claims (13)
- 섬유경 1㎛ 미만의 유리 섬유를 포함하는 습식 부직포로 이루어지는 에어 필터용 여과재에 있어서,
상기 습식 부직포는 분자 중에 불소 및 규소를 포함하지 않는 탄화수소계 폴리머를 주성분으로 하는 발수제를 포함하며, 또한 바인더 수지를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는, 에어 필터용 여과재. - 제1항에 있어서,
상기 습식 부직포는 바인더 섬유를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 에어 필터용 여과재. - 제2항에 있어서,
상기 바인더 섬유의 배합률은, 여과재 중의 섬유의 전체 섬유 질량에 대하여 10 ∼ 70질량％인 것을 특징으로 하는, 에어 필터용 여과재. - 제2항에 있어서,
상기 습식 부직포는 보강재로 보강되어 있는 것을 특징으로 하는, 에어 필터용 여과재. - 제1항에 있어서,
상기 습식 부직포는 바인더 섬유를 포함하지 않으며, 또한, 상기 습식 부직포는 보강재로 보강되어 있는 것을 특징으로 하는, 에어 필터용 여과재. - 제1항에 있어서,
상기 습식 부직포는, 평균 섬유경 1㎛ 미만의 유리 울 섬유와 평균 섬유경 1㎛ 이상의 유리 울 섬유를 포함하며, 또한,
평균 섬유경 1㎛ 미만의 유리 울 섬유의 배합률이 평균 섬유경 1㎛ 이상의 유리 울 섬유의 배합률보다 높은 것을 특징으로 하는, 에어 필터용 여과재. - 제1항에 있어서,
상기 탄화수소계 폴리머는 아크릴폴리머인 것을 특징으로 하는, 에어 필터용 여과재. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 습식 부직포는 계면활성제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 에어 필터용 여과재. - 제8항에 있어서,
상기 발수제와 상기 계면활성제의 고형분 질량 비율(발수제／계면활성제)은, 상기 발수제 100질량부에 대하여 2 ∼ 70 질량부인 것을 특징으로 하는, 에어 필터용 여과재. - 섬유경 1㎛ 미만의 유리 섬유를 포함하는 슬러리를 습식 초지법에 의해 시트화하여, 습윤 상태의 시트를 형성하는 공정과,
상기 습윤 상태의 시트를, 분자 중에 불소 및 규소를 포함하지 않는 탄화수소계 폴리머를 주성분으로 하는 발수제를 포함하며, 또한 바인더 수지를 포함하지 않는 수성 분산액에 함침하는 공정과,
상기 수성 분산액에 함침한 습윤 상태의 시트를 건조하여, 건조 시트를 얻는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는, 에어 필터용 여과재의 제조 방법. - 제10항에 있어서,
상기 슬러리는 바인더 섬유를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 에어 필터용 여과재의 제조 방법. - 제10항에 있어서,
상기 탄화수소계 폴리머는 아크릴폴리머인 것을 특징으로 하는, 에어 필터용 여과재의 제조 방법. - 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수성 분산액은 계면활성제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 에어 필터용 여과재의 제조 방법.
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