KR20180008468A - 필터 - Google Patents

Abstract

분말체의 응집(브리지)이 쉽게 발생되지 않고, 차압 상승이 발생될 때까지의 시간이 긴, 즉 여과 라이프가 긴 필터를 제공한다. 기초재층, 여과층 및 표피층을 갖는 필터에 있어서, 기초재층은 부직포가 다중으로 감기고, 열압착되어 이루어지는 층이며, 여과층은 적어도 스루에어 부직포와 네트를 적층한 적층체가 다중으로 감기고, 또한 열압착되지 않은 층이며, 상기 표피층은 부직포를 포함하는 층이며, 상기 기초재층 및 상기 표피층을 구성하는 부직포의 평균 세공 직경은 상기 여과층을 구성하는 스루에어 부직포의 평균 세공 직경보다 큰 필터가 제공된다.

Description

필터

본 발명은 슬러리나 고형분을 포함하는 겔상 유동체를 여과하기 위한 필터에 관한 것이다.

일반적으로 분말체 미립자를 포함하는 유체에 있어서, 고형분 농도가 낮고, 유동성이 높은 유체의 정제 여과에는 필터가 사용되고 있다.

필터 성능의 지표의 하나로서, 필터를 사용할 수 있는 시간의 길이나 누적 유량을 나타내는 여과 라이프가 있다. 여과 라이프를 개선하기 위한 시도에는, 예를 들어 부직 섬유 집합체로 이루어지는 필터 내에 전여과층과 정밀 여과층의 적어도 2층을 마련하여, 전여과층은 구성 섬유의 섬유 직경이 여과 방향으로 가늘어지도록 구성하고, 정밀 여과층은 전여과층의 최소 섬유 직경보다도 가는 섬유를 포함하는 부직섬유 집합체로 구성한 것이 알려져있다(특허 문헌 1).

그러나, 섬유 직경이 여과 방향으로 가늘어지도록 전여과층을 구성하기 위해서는 평균 섬유 직경이 길이 방향으로 변화된 부직 섬유 집합체를 미리 준비할 필요가 있었다. 이러한 부직 섬유 집합체를 제조하려면 특수한 방사 조건을 설정해야 하므로 비용면에서 불리하며, 또한 제조되는 부직 섬유 집합체의 최소 섬유 직경에는 한계가 있기 때문에 정밀 여과성 면에서도 반드시 충분한 것은 아니었다.

또한, 형태 유지성이 좋고, 필터 여과 정밀도와 여과 라이프의 균형이 우수한 고정밀도 여과 필터를 얻기 위해 적어도 2층의 부직포가 적층되어 있고, 상층측의 부직포의 충진율을 0.3-0.8로 하며, 하층측의 부직포의 충진율을 0.01-0.25로 한 필터용 부직포가 제안되어 있다(특허 문헌 2). 이러한 발명은 필터의 하층측에 충진율이 낮은 부직포층을 배치함으로써, 부직포층과 서포트재의 접촉면에 미세한 공간을 유지하며, 또한 쿠션재로서도 작용시켜 필터의 이용 효율과 형태 유지성을 향상시키는 것이다.

그러나, 상기 문헌에서 대상으로 되어 있는 여과물은 0.6㎛의 알루미나 입자가 50ppm의 농도로 분산된 수용액이며, 결국 매우 작은 입자 직경이면서 저농도의 액체를 여과하는 것이다.

한편, 최근에는 여과 후의 건조시간의 단축이나 휘발한 액체의 응축량의 감용화 등을 도모하기 위해 고형분의 고농도화가 요구되고 있다.

고형분이 고농도가 되면 유체는 유동성을 잃고, 고형분인 분말체끼리의 상호작용이 강해진다. 그 때문에, 종래의 수용(水用) 카트리지 필터의 경우, 비록 필터의 평균 공경보다 작은 분말체라도 분말체의 입자가 필터를 통과할 때에 래쉬 현상이 발생하고, 분말체의 응집(브리지)이 생겨 외관 입자 직경이 증대하여, 필터의 망목 막힘을 일으키는 문제가 알려져 있다.

특허 문헌 3은 점성 유체의 여과에 있어서, 여과 정밀도가 차압에 의해 변화되거나, 필터의 수명이 짧아지는 문제를 해소하거나 하는 동시에, 맥압이나 고차압이 발생되어도 부드러운 겔 형상 고형물을 포착할 수 있는 필터를 제안하고 있다. 특허문헌 3의 발명은 필터의 주여과층에 있어서, 압착 처리하여 공극율 50%-80%로 한 제1 주여과층과 압착 처리하지 않은 공극율 80% 이상의 제2 주여과층을 가지며, 제2 주여과 부직포는 공극율이 제1 주여과 부직포의 1.2배 이상이 되도록 구성하는 것이다.

[특허문헌]

특허 문헌 1: 국제 공개특허 공보 제98-13123호

특허 문헌 2: 일본 공개특허 공보 특개2000-218113호

특허 문헌 3: 일본 공개특허 공보 특개2010-137121호

상술한 바와 같이 필터에 대하여 다양한 개량이 행해져 왔지만, 보다 고농도의 여과물을 여과하는 것이 가능하며, 여과 라이프가 긴 필터가 요구되고 있다.

즉, 본 발명은 분말체의 응집(브리지)이 쉽게 발생되지 않고, 차압 상승이 발생되기까지의 시간이 긴, 즉 여과 라이프가 긴 필터를 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명자들은 여과층용 부직포를 포함하는 적층체의 층 구성을 검토하는 중에 종래 고려되고 있던 섬유 직경이나 공극률 등의 여과층용 부직포의 구성에 덧붙여서, 필터의 두께 방향(여과물의 통과 방향)의 구성을 제어하는 것에 착상하였다. 그리고, 필터를 구성하는 여과층용 부직포의 두께 방향의 섬유 밀도를 소밀화하는 것, 즉 적층된 부직포의 사이에 적절한 간극을 부여함으로써, 여과물에 포함되는 분말체의 분산을 도모하는 것이 가능하며, 브리지의 형성이 억제되는 것을 발견하였다. 또한, 특정 구성에 의해 적절한 여과층을 작성할 수 있는 것, 다른 층의 세공 직경도 제어함으로써, 브리지의 발생이 억제되어 여과 라이프가 길고, 분급성에도 우수한 필터가 얻어지는 것을 발견하여 본 발명을 완성하였다.

즉, 본 발명은 이하의 구성을 가진다.

[1] 기초재층, 여과층 및 표피층을 갖는 필터에 있어서,

상기 기초재층은 부직포가 다중으로 감기고, 열압착되어 이루어지는 층이며,

상기 여과층은 적어도 스루에어 부직포와 네트를 적층한 적층체가 다중으로 감기고, 또한 열압착되지 않은 층이며,

상기 표피층은 부직포를 포함하는 층이며,

상기 기초재층 및 상기 표피층을 구성하는 부직포의 평균 세공 직경은 상기 여과층을 구성하는 스루에어 부직포의 평균 세공 직경보다 큰 필터.

[2] 상기 여과층을 구성하는 적층체에 있어서, 상기 스루에어 부직포와 네트에 추가적으로 멜트 블로우 부직포가 적층되어 있는 상기 사항 [1]에 기재된 필터.

[3] 상기 기초재층을 구성하는 부직포는 10매 중첩시에 200CC/㎠/sec-300CC/㎠/sec의 범위의 통기도를 갖는 멜트 블로우 부직포 또는 스루에어 부직포인 상기 사항 [1] 또는 사항 [2]에 기재된 필터.

[4] 상기 여과층을 구성하는 부직포는 0.1㎛-200㎛의 범위의 평균 섬유 직경을 갖는 스루에어 부직포인 상기 사항 [1] 내지 사항 [3] 중에서 어느 하나에 기재된 필터.

[5] 상기 네트는 1mm-5mm의 범위의 망목 크기이며, 50㎛-300㎛의 범위의 평균 섬유 직경을 갖는 상기 사항 [1] 내지 사항 [4] 중에서 어느 하나에 기재된 필터.

[6] 상기 여과층을 구성하는 스루에어 부직포는, 부직포 중의 섬유의 교점에서 섬유끼리 융착 및/또는 접착되어 있는 상기 사항 [1] 내지 사항 [5] 중에서 어느 하나에 기재된 필터.

[7] 상기 사항 [1] 내지 사항 [6] 중에서 어느 하나에 기재된 필터를 포함하는 원통형 필터.

본 발명에 의하면, 고농도이고 점성을 갖는 유체에 대해서도 분말체의 응집(브리지)이 쉽게 발생되지 않으며, 차압 상승이 발생되기까지의 시간이 긴, 즉 여과 라이프가 긴 필터를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 및 비교예의 필터의 여과 라이프를 비교한 시험결과를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예 및 비교예의 필터의 초기 포집 성능을 비교한 시험결과를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예(하단) 및 비교예 2(상단)의 필터의 단면을 나타내는 사진이다.

본 발명의 필터는 기초재층, 여과층 및 표피층을 갖는 필터로서, 상기 기초재층은 부직포가 다중으로 감기고, 열압착되어 이루어지는 층이며, 상기 여과층은 적어도 스루에어 부직포와 네트를 적층한 적층체가 다중으로 감기고, 또한 열압착되지 않은 층이며, 상기 표피층은 부직포를 포함하는 층이며, 상기 기초재층 및 상기 표피층을 구성하는 부직포의 평균 세공 직경은 상기 여과층을 구성하는 스루에어 부직포의 평균 세공 직경보다 크다.

상술한 바와 같이 본 발명의 필터의 여과층은, 적어도 스루에어 부직포와 네트를 적층한 적층체가 감기고, 또한 열압착되지 않은 층이다. 스루에어 부직포는 부피가 크고, 부직포의 두께 방향(여과하는 유체의 흐름 방향)으로도 섬유 배향이 분포한다는 특징을 가진다. 이 때문에, 유체의 압력 손실이 저감되고, 고농도이고 점성을 갖는 유체라도 체류하지 않고 여과를 행할 수 있다. 또한, 스루에어 부직포와 네트를 적층함으로써 실질적으로 여과 기능을 담당하는 스루에어 부직포의 사이에 적절한 간극이 형성된다. 그 때문에, 여과층 내에서 유체나 유체 중의 분말체의 유동성이 향상되어 브리지의 형성이 억제되기 때문에 여과 라이프가 긴 필터를 얻을 수 있다. 또한, 부직포의 사이에 간극을 가짐으로써, 부직포의 중층에 의한 세공의 소경화나 폐쇄가 회피되기 때문에, 포집 효율 및 여과 효율에도 우수하다. 또한, 열압착을 행하지 않음으로써, 부직포 사이의 간극이 유지되는 동시에, 여과층 내에서 부직포가 간신히 움직일 수 있고, 유체나 유체 중의 분말체의 유동성이 더욱 향상되는 동시에, 네트에 의해 여과층의 형태가 유지되기 때문에 여과 성능이 안정적으로 발휘된다.

여과층용 부직포

여과층은 상기와 같이 적어도 스루에어 부직포와 네트를 적층한 적층체를 이용하여 형성된다. 본 발명에 있어서, 스루에어 부직포란, 열풍접착 프로세스에서 얻어진 부직포를 말한다. 열풍 접착 프로세스란, 오븐 중에 컨베이어 벨트 또는 로터리 드럼을 구비하여 웹을 통과시킨 후, 한쪽으로 흡인함으로써 접착효과를 높이고, 두께 방향으로 균일한 부직포를 얻기 위한 방법으로, 일명 에어스루 방식이라고도 한다.

일반적으로, 열풍 접착 프로세스는, 1) 부품성을 갖는 부직포의 생산, 2) 비교적 간단한 균일한 온도의 컨트롤, 3) 수축의 컨트롤이 가능하다는 등의 장점들을 가진다.

이러한 장점들을 이용하여 권축을 갖는 단섬유를 카드기에 통과시켜 웹으로 하고, 얻어진 웹을 열풍 처리하고, 단섬유끼리 교락점을 열용착시켜서 스루에어 부직포를 얻는다. 교락점이 열융착된 부직포를 이용함으로써, 부직포에서의 평균 세공 직경이 일정하게 유지되고, 본래 갖는 여과 성능을 안정적으로 발휘할 수 있기 때문에 필터로서 안정된 성능을 유지할 수 있다.

스루에어 부직포를 구성하는 단섬유로서는 안정된 성능을 유지하기 위해 단섬우의 교점에서 단섬유끼리 융착 및/또는 접착되어 있는 것이 바람직하다. 이 때문에, 단섬유로서 열융착성 복합 섬유가 바람직하게 이용될 수 있다. 열융착성 복합 섬유의 종류는, 특별히 한정되지 않으며, 공지의 복합 섬유를 사용할 수 있다. 열융착성 복합 섬유로서는, 융점차를 갖는 2종류 이상의 성분으로 이루어지는 복합 섬유가 사용될 수 있고, 구체적으로는 고융점 성분과 저융점 성분으로 이루어지는 복합 섬유를 들 수 있다. 복합 섬유의 고융점 성분으로서는, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 나일론6, 나일론6,6, 폴리-L-유산 등의 열가소성 수지를 들 수 있고, 복합 섬유의 저융점 성분으로서는, 저밀도 폴리에틸렌, 직쇄상 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌 등의 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체, 폴리-DL-유산, 프로필렌 공중합체, 폴리프로필렌 등의 열가소성 수지를 들 수 있다. 열융착성 복합 섬유의 고융점 성분과 저융점 성분의 융점차는 특별히 한정되지는 않지만, 열융착의 가공 온도폭을 넓게 하기 위해서는 15℃ 이상인 것이 바람직하고, 30℃ 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 복합의 형태는 특별히 한정되지는 않지만, 동심 초심형, 편심 초심형, 병렬형, 해도형, 방사상형 등의 복합 형태를 채용할 수 있다. 특히 부품성을 갖게 하기 위해서는 편심 초심형 복합 섬유가 적합하다.

또한, 열융착성 복합 섬유의 단면 형상도 특별히 제한되지는 않지만, 예를 들어 원, 타원, 삼각, 사각, U형, 부메랑형, 8엽형 등의 이형, 중공 등, 어떤 단면 형상이어도 된다. 복합 섬유로서, 예를 들면 PE/PP 복합 섬유, PE/PET 복함 섬유 등을 들 수 있다. 또한, 여과물의 특성이나 목적에 따라 불소계 섬유나 유리 섬유 등의 특수 섬유가 혼방되어 있어도 된다.

본 발명에 이용되는 열융착성 복합 섬유는 본 발명의 효과를 방해하지 않는 범위에서 기능제를 포함하고 있어도 되고, 기능제로서는 항균제, 소취제, 대전방지제, 평활제, 친수제, 발수제, 산화방지제, 내후제 등을 들 수 있다. 또한, 열융착성 복합 섬유는 그 표면이 섬유 마감제로 처리되어 있어도 되고, 이에 따라 친수성이나 발수성, 제전제, 표면평활성, 내마모성 등의 기능을 부여할 수 있다.

여과층용 부직포를 구성하는 섬유는 0.1㎛-200㎛ 범위의 섬유 직경인 것이 바람직하고, 1㎛-180㎛ 범위의 섬유 직경인 것이 보다 바람직하며, 15㎛-160㎛ 범위의 섬유 직경인 것이 가장 바람직하다. 0.1㎛-200㎛ 범위의 섬유 직경으로 함으로써, 얻어지는 여과층용 부직포는 부품성과 쿠션성이 우수하다. 가는 섬유 직경의 섬유를 사용하면 포집 효율은 향상되지만, 여과 라이프(수명)가 짧아지는 경향이 있다. 그 때문에, 15㎛-160㎛ 범위의 섬유 직경으로 함으로써, 여과 라이프와 포집 효율의 균형이 특히 양호하게 된다.

여과층용 부직포의 평균 세공 직경은 기초재층용 부직포 및 네트의 평균 세공 직경과 조정할 필요가 있으나, 여과액의 성상이나 여과의 목적에 따라 적절히 선택하는 것이 가능하며, 통상, 포집을 목적으로 하는 입자 직경에 맞추어 설계한다. 예를 들면, 포집을 목적으로 하는 입자 직경이 50㎛인 경우, 평균 세공 직경은 40㎛-60㎛의 범위가 바람직하고, 45㎛-50㎛가 보다 바람직하다, 또한, 일반적으로 브리지 형성 한계는 분말체 입자 직경에 의하지만, 세공 직경(De)과 입자 직경(Dp)의 관계가 De＞5Dp가 되도록 설계하는 것이 기준으로 되어 있고, 이러한 지표에 기초하여 평균 세공 직경을 설정할 수 있다. 상기 식이나 필터를 이용하여 제거하고 싶은 대입자 직경, 통과시킬 소입자 직경 등의 물성, 구하는 포집 효율 등에 따라 세공 직경이 선택된다.

여과층용 부직포의 목부(目付)는 섬유의 재질, 섬유 직경이나 평균 세공 직경과의 관계로 어느 정도 규정되지만, 예를 들어 5g/㎡-40g/㎡의 것을 이용할 수 있고, 보다 바람직하게는 10∼30g/㎡의 것이다. 목부가 5g/㎡-40g/㎡이면 여과층의 두께와 평균 세공 직경을 조정하기 위한 선택범위가 넓어지므로 바람직하다.

네트

여과층에 삽입되는 네트는 필터의 포집 효율에는 영향을 주지 않지만, 스루에어 부직포 사이에 간극을 만들어내는 동시에, 여과층의 형태를 유지하고, 내압을 유지ㆍ향상시키기 위해 이용된다. 그 때문에, 네트는 50㎛-300㎛의 범위의 섬유 직경의 모노필라멘트를 이용하는 것이 바람직하고, 60㎛-280㎛의 범위의 섬유 직경의 모노필라멘트를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 네트의 망 크기는 1mm-5mm의 범위로 하는 것이 바람직하고, 1mm-4mm의 범위로 하는 것이 보다 바람직하다. 이 범위의 네트를 이용함으로써 포집 효율에 영향을 주지 않고, 또한 필터의 강도가 확보되기 때문에 보다 여과 라이프이 긴 필터를 얻을 수 있다.

모노필라멘트는 열가소성 수지로 구성되어 있는 것이 바람직하고, 단일구성 섬유, 복합 섬유, 혼섬 섬유 등이 이용될 수 있다. 모노필라멘트에 사용될 수 있는 열가소성 수지는 용융 방사 가능한 열가소성 수지이면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 열융착성 복합 섬유에서 예시한 바와 같은 열가소성 수지가 사용될 수 있고, 단일의 열가소성 수지를 이용해도 되고, 2종류 이상의 열가소성 수지의 혼합물을 이용해도 된다. 모노필라멘트가 복합 섬유인 경우, 예를 들어 열융착성 복합 섬유에서 예시한 바와 같은 열가소성 수지의 조합이 사용될 수 있다. 예를 들어 PE, PP, PET, 나일론6, 나일롤6,6, 나일론6,12 등을 들 수 있고, PP 또는 나일론이 특히 바람직하다.

여과층의 구성

필터의 여과층은 적어도 상기의 여과층용 스루에어 부직포와 네트를 적층한 적층체를 다중으로 감아 형성된다. 스루에어 부직포와 네트의 적층 순서는 특별히 한정되지는 않지만, 스루에어 부직포와 네트를 각 1매씩, 즉 스루에어 부직포와 네트가 1층씩 엇갈리도록 감는 것이 바람직하다. 이와 같이 형성된 여과층은 스루에어 부직포의 사이에 망목이 거친 네트가 끼워 넣어진 구조가 되어, 스루에어 부직포층 끼리가 밀착되지 않게 적층되어 있다.

또한, 여과층 적층체는 열압착되어 있지 않고, 스루에어 부직포의 부풀기가 유지되어 있다. 단, "열압착되어 있지 않다"란 여과층의 전체가 열압착에 의해 일체적으로 경화된 형태는 아니라는 의미이며, 필터의 형태 유지성을 높이는 등의 목적으로 여과층의 일부가 열압착되어 있어도 된다. 또한, 여과층과 기초재층의 사이나 여과층과 표피층의 사이가 융착 내지 접착되어 있어도 된다.

또한, 필요에 따라 스루에어 부직포와 네트 이외에도 추가로 부직포나 네트 등이 적층되어 있어도 된다. 예를 들면, 스루에어 부직포와 네트에 덧붙여서, 스루에어 부직포보다도 망목이 거친 멜트 블로우 부직포를 삽입하여 3층 구조의 적층체를 감고, 여과층의 보형성이나 포집 효율을 향상시킬 수 있다. 멜트 블로우 부직포를 이용하는 경우, 기초재층이나 표피층에 이용하는 것과 동일한 멜트 블로우 부직포를 바람직하게 이용할 수 있다.

포집 효율은 대수 투과측에서 유체가 통과하는 여과층의 두께에 따라 제어되는 것이 공지이며, 여과층의 두께(적층체의 감김수)는 구하는 포집 효율에 따라 적절히 선택할 수 있다. 여과층의 두께(적층체의 감김수)가 클수록 포집 효율은 향상되고, 입자 직경이 작은 분말체를 포집할 수 있다.

기초재층용 부직포

본 발명에 이용하는 기초재층용 부직포는 10매 중첩시에 200cc/㎠/sec-300cc/㎠/sec 범위의 통기도를 갖고 있다면, 멜트 블로우 부직포 또는 스루에어 부직포 중 어느 쪽이어도 된다. 통기도가 이 범위에 있는 부직포는 저압손 면에서 바람직하다.

멜트 블로우 부직포를 이용하는 경우, 멜트 블로우 부직포를 구성하는 극세섬유의 종류나 그 제조 방법은 특별히 한정되지 않고, 공지의 극세 섬유나 제조 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어, 멜트 블로우 부직포는 열가소성 수지를 용융 압출하고, 멜트 블로우 방사 구금으로부터 방출하고, 또한 고온 고속의 기체에 의해 극세 섬유류로서 블로우 방사하고, 포집 장치로 극세 섬유를 웹으로서 포집하고, 얻어진 웹을 열처리하고, 극세 섬유끼리 열융착시킴으로써 제조할 수 있다. 멜트 블로우 방사에서 이용하는 고온고속의 기체는 통상 공기, 질소가스 등의 비활성 기체가 사용된다. 기체의 온도는 200℃-500℃, 압력은 0.1kgf/㎠-6.5kgf/㎠의 범위가 일반적으로 이용된다.

멜트 블로우 부직포를 기초재층용 부직포에 이용하는 경우, 그 평균 섬유 직경은 1㎛-100㎛인 것이 바람직하고, 6㎛-60㎛인 것이 보다 바람직하며, 8㎛-30㎛인 것이 가장 바람직하다. 멜트 블로우 부직포의 평균 섬유 직경이 1㎛ 이상이면 생산성이 양호하며, 멜트 블로우 부직포를 구성하는 극세섬유의 역학 강도가 높고, 극세섬유의 실자르기나 극세 섬유층의 파열이 쉽게 생기지 않게 된다. 또한, 멜트 블로우 부직포를 구성하는 극세 섬유의 평균 섬유 직경이 100㎛ 이하이면 섬유 직경의 작기(가늘기)에 유래하는 극세 섬유의 본래의 특성이 충분히 발휘된다.

또한, 멜트 블로우 부직포는 단일구성 섬유로 이루어지는 멜트 블로우 부직포, 복합 섬유로 이루어지는 멜트 블로우 부직포, 혼섬 섬유로 이루어지는 멜트 블로우 부직포 등이 이용될 수 있다. 또한, 상기 멜트 블로우 부직포에 사용되는 수지는 용융 방사 가능한 열가소성 수지이면 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 열융착성 복합 수지에서 예시한 바와 같은 열가소성 수지가 사용될 수 있고, 단일 열가소성 수지를 이용해도 되고, 2종류 이상의 열가소성 수지의 혼합물을 이용해도 된다. 또한, 열가소성 수지에는 본 발명의 효과를 방해하지 않는 범위에서 각종 기능제를 포함하고 있어도 되고, 구체적으로는 항균제, 소취제, 친수화제, 발수화제, 계면활성제 등을 들 수 있다. 또한, 멜트 블로우 부직포는 그 효과를 방해하지 않는 범위에서 기능 부여를 위해 2차 가공이 실시되어 있어도 되고, 친수화나 소수화의 코팅 처리, 멜트 블로우 부직포를 구성하는 극세섬유의 표면에 특정의 관능기를 도입하는 화학 처리, 멸균 처리 등을 들 수 있다.

기초재층용 부직포에 이용하는 수지로서는, 예를 들어 PE, PP, PET, 나일론6, 나일론6,6, 나일론6,12 등을 들 수 있다. 또한, 기초재층용 부직포에 스루에어 부직포를 이용하는 경우, 여과층용 부직포에서 예시한 일반적인 스루에어 부직포가 이용될 수 있다.

기초재층용 부직포의 평균 세공 직경은 투과액의 성상이나 여과의 목적에 따라 적절히 선택하는 것이 가능하지만, 여과층용의 스루에어 부직포의 평균 세공 직경보다도 큰 것을 이용한다. 통상, 90㎛-130㎛의 범위가 되도록 하는 것이 바람직하고, 100㎛-120㎛의 범위가 되도록 하는 것이 특히 바람직하다. 기초재층용 부직포의 목적은 섬유의 재질, 섬유 직경이나 평균 세공 직경과의 관계에서, 어느 정도 규정되지만, 예를 들어 5g/㎡-50g/㎡의 목부를 이용할 수 있고, 30g/㎡-45g/㎡의 목부를 이용하는 것이 보다 바람직하다. 이 범위의 목부라면 필터의 외경 조정 및 기초재층의 강도 설계의 조절면에서 적합하다.

기초재층은 주로 필터의 강도를 확보하기 위한 층이며, 멜트 블로우 부직포가 적층되고, 열압착에 의해 일체화된 층인 것이 바람직하다. 기초재층의 두께나 감김수는 사용하는 멜트 블로우 부직포에 따라 적절히 설정되지만, 필터의 강도가 확보되고, 또한 일정한 여과 성능이 얻어지면 특별히 제한되지는 않는다.

표피층

표피층은 필터의 가장 외측(투과액의 상류측)에 위치하는 층이며, 특히 대입자 직경의 응집물이나 협잡물이 여과층 내에 침입하지 않도록 막는 것 외에, 여과층을 보호하고, 필터의 형태를 유지하는 것을 주요 목적으로 하는 층이다.

표피층은 부직포를 포함하는 층이며, 부직포로 이루어지는 층인 것이 바람직하다. 표피층에 이용하는 부직포는 특별히 제한되지는 않지만, 평균 세공 직경이 여과층용 부직포의 평균 세공 직경보다 큰(거친) 부직포인 것이 바람직하다.

부직포의 재질도 특별히 제한되지는 않지만, 예를 들어 기초재층에 이용하는 것과 동일한 멜트 블로우 부직포를 이용하는 것이 바람직하다.

표피층의 감김수나 두께는 특별히 제한되지는 않지만, 감김수나 두께가 커지면 여과액이 여과층에 도달하기 이전에 표피층 내에서 브리지를 형성한다는 결함이 생길 수 있으므로, 가능한 한 얇은 표피층으로 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 멜트 블로우 부직포를 1회-5회, 바람직하게는 1회-2회 감아, 열압착하여 형성하는 것이 바람직하다.

필터의 제조 방법

본 발명의 필터는 기초재층용 부직포, 여과층용 부직포 및 네트의 순으로 적층하면서 감음으로써 제조될 수 있다. 구체적으로는, 예를 들어 기초재층용 부직포인 멜트 블로우 부직포를 우선 열압착시키면서 원기둥형상의 철봉에 감아 올려서 코어가 되는 기초재층을 형성한다. 이어서, 여과층용 부직포인 스루에어 부직포 및 네트를 순서대로 삽입하고, 가열하지 않고 감아올려서 여과층을 형성한다. 마지막으로, 멜트 블로우 부직포를 1회-2회 감아 열압착시켜서 표피층을 형성한다.

상기 방법에서 기초재층을 형성하는 온도는 감김 부분(원기둥 형상의 철봉)에서 기초재층용 부직포가 용융하여, 압착되는 온도이면 된다. 또한, 제조라인의 속도는 제한되지 않지만, 여과층의 형성시는 부직포에 걸리는 텐션은 10N 이하인 것이 바람직하고, 텐션을 걸지 않고 감아올리는 것이 바람직하다.

상기와 같이 제조되는 필터는 적절한 크기로 절단하고, 양단에 엔드갭을 부착하여 원통형 필터로서 적절하게 이용된다.

또한, 상기 제조 방법은 개요이며, 상기 공정 이외에 필요에 따라 열처리, 냉각, 약제처리, 성형, 세정 등의 공지의 공정을 실시할 수 있다.

실시예

이하, 실시예들에 의해 본 발명을 보다 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들에 의해 제한되는 것은 아니다.

실시예들 중에 나타낸 물성치의 측정 방법이나 정의는 다음과 같다.

1) 평균 세공 직경의 측정방법

평균 세공 직경은 버블 포인트법(ASTM F316-86)에 기초하여 PMI사제 펌 포로미터 CFP-1200-A로 측정하였다.

2) 목부의 측정 방법

250mm×250mm로 절단한 부직포의 중량을 측정하고, 단위 면적당 중량(g/㎡)를 구하고, 이것을 목부로 하였다.

3) 통기도의 측정 방법

JIS L 1096에 기재된 프라질형 시험기를 이용하여 측정하였다.

실시예

재료

기초재층용 부직포로서, 목부가 42g/㎡이며, 10매 중첩시의 통기도가 280cc/㎠/sec인 폴리프로필렌 멜트 블로우 부직포를 이용하였다.

여과층용 부직포로서, 폴리프로필렌/폴리에틸렌의 편심 초심형 복합 섬유(평균 섬유 직경 31㎛)로 이루어지는, 목부가 30g/㎠이며, 평균 세공 직경이 46㎛(4매 중첩)인 스루에어 부직포를 이용하였다.

네트로서, 폴리프로필렌 모노필라멘트(평균 섬유 직경 250㎛)로 이루어지는, 망목 크기가 2.0mm인 네트를 이용하였다.

필터의 제조 방법

중심(철봉)을 미리 215℃로 가열하고, 이 중심에 기초재층에 이용하는 멜트 블로우 부직포를 접착시키고, 감았다. 이 때, 감김 히터(감김부 가장 가까이의 히터)의 출력을 대략 7.8kW 정도로 설정하고 가열하였다.

기초재층에 이용하는 멜트 블로우 부직포는 전장 8.6m이며, 기초재층으로서 약 5.6m를, 히터 출력 7.8kW로 가열하고, 열융착시키면서 감아 기초재층을 작성하였다.

멜트 블로우 부직포를 5.6m분 감은 후, 이어서 여과층을 구성하는 스루에어 부직포와 네트의 삽입을 시작하였다. 삽입 길이를 2m로 하고, 멜트 블로우 부직포와 함께 감았다. 이때, 최초의 1m는 히터 출력 7.8kW로 가열함으로써 열융착시키고, 나머지 1m는 히터 출력을 0kW로 하고, 가열하지 않고, 열융착시키지 않고 감아, 여과층을 구성하였다. 이어서, 히터 출력을 7.8kW로 가열하고, 표피층으로서 멜트 블로우 부직포를 열융착시키면서 1m를 감고, 원통형 필터를 제조하였다.

실시예의 필터의 단면 사진을 도 3(하단)에 나타낸다. 도 3(하단)에서, 멜트 블로우 부직포의 표피층(4), 스루에어 부직포/네트의 여과층(5), 열융착된 멜트 블로우 부직포의 기초재층(6)이 나타나 있다.

비교예 1

여과층용 스루에어 부직포를 열압착시키면서 감는 것 이외에는 실시예와 마찬가지로 원통형 필터를 제조하였다.

비교예 2(종래품 상당)

사출 성형 등으로 성형된 성형품 코어(외경 36mm, 두께 3mm, 길이 254mm의 폴리프로필렌제 다공 원통)에 기초재가 되는 멜트 블로우 부직포 및 네트를 감고, 제조 도중에서 기초재의 멜트 블로우 부직포보다도 목부가 작은 멜트 블로우 부직포를 삽입하였다. 그 후, 기초재의 멜트 블로우 부직포만을 감았다. 열압착은 행하지 않았다.

비교예 2의 필터의 단면 사진을 도 3(상단)에 나타낸다. 도 3(상단)에 있어서, 멜트 블로우 부직포의 여과층(1), 멜트 블로우 부직포/네트에 멜트 블로우 부직포를 삽입한 여과층(2), 성형품 코어(3)가 나타나 있다.

성능 시험

1. 여과 라이프

실시예와 비교예 1 및 2의 원통형 필터에 대하여, 하기의 분말체 및 방법에 따라 누적 분말체 첨가량에 대한 필터 전후의 차압 변화를 측정하였다.

시험 분말체는 JIS Z 8901 시험용 분말체에 기재된 7종을 사용하였다.

순환 수량 30L/min의 물 중에 속도 0.3g/min으로 상기 시험 분말체를 첨가한 시험 유체를 필터에 통액하고, 누적 분말체 첨가량에 대한 필터 전후의 압력차 변화를 추적하였다(참고 문헌: 사용자를 위한 필터 가이드북 일본 액체청징화 기술공업회).

결과를 도 1에 나타낸다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 실시예의 필터는 차압 상승이 일어날 때까지의 누적 분말체 첨가량이 비교예 1 및 2보다도 현저하게 많다. 일정 유량으로 분말체를 첨가하고 있으므로, 이것은 차압 상승이 일어날 때까지의 시간이 긴 것, 즉 실시예의 필터는 비교예 1 및 2의 필터보다도 여과 라이프가 긴 것을 나타내고 있다. 실시예의 필터는 부피가 큰 스루에어 부직포를 이용하고, 또한 열압착을 하지 않고 부직포 사이에 적절한 간극이 유지되어 있음으로써, 브리지의 형성이 억제되어, 여과 라이프가 우수한 것으로 생각된다.

2. 포집 효율

실시예 및 비교예 2의 원통형 필터에 대하여 하기의 시험 분말체 및 방법에 따라 초기 포집 성능으로서 포집 효율을 측정하였다.

시험 분말체는 JIS Z 8901 시험용 분말체에 기재된 7종을 사용하였다.

JIS7종 분말체를 속도 0.3g/min으로 수중에 첨가한 시험 유체를 30L/min의 유량으로 필터에 통과시키고, 필터 전후의 입자수를 측정하였다(참고 문헌: 사용자를 위한 필터 가이드북 일본 액체청징화 기술공업회).

입자수는 파티클 센서(KS-63 리온제)를 이용하고, 파티클 카운터(KL-11 리온제)를 사용하여 측정하였다.

포집 효율은 이하의 정의식에 의해 구하였다.

결과를 도 2에 나타낸다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 실시예의 필터는 50㎛ 이상의 입자를 90% 이상 포집하고, 또한 30㎛의 입자의 거의 반을 통과시켰다. 한편, 비교예 2의 필터는 50㎛ 이상의 입자를 90% 이상 포집하였으나, 30㎛의 입자를 70% 포집하였다. 이 결과는 실시예의 필터는 비교예 2의 필터에 비하여 제거해야 할 대입자를 포집하는 한편으로, 통과시켜야 할 소입자를 확실하게 통과시키는 것이 가능한 것, 즉 분급성이 우수한 것을 나타내고 있다.

본 발명의 필터는 분말체의 응집(브리지)의 발생이 억제되기 때문에 여과 라이프가 길고, 분급성도 우수하다. 본 발명의 필터는 저농도∼고농도(10ppm∼70%)의 미립자(분말체)를 포함하는 현탁액, 슬러리, 겔상 유체 등으로부터 응집물이나 협잡물을 제거하고, 입자 직경이 일정 이하인 미립자를 얻기 위해 이용하는 여과 필터로서 적합하게 이용된다.

1, 2, 5: 여과층 3: 성형품 코어
4: 표피층 6: 기초재층

Claims (7)

1. 기초재층, 여과층 및 표피층을 갖는 필터에 있어서,
   상기 기초재층은 부직포가 다중으로 감기고, 열압착되어 이루어지는 층이며,
   상기 여과층은 적어도 스루에어 부직포와 네트를 적층한 적층체가 다중으로 감기고, 또한 열압착되지 않은 층이며,
   상기 표피층은 부직포를 포함하는 층이며,
   상기 기초재층 및 상기 표피층을 구성하는 부직포의 평균 세공 직경은 상기 여과층을 구성하는 스루에어 부직포의 평균 세공 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 필터.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 여과층을 구성하는 적층체에 있어서, 상기 스루에어 부직포와 네트에 추가적으로 멜트 블로우 부직포가 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 필터.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 기초재층을 구성하는 부직포는 10매 중첩시에 200CC/㎠/sec-300CC/㎠/sec의 범위의 통기도를 갖는 멜트 블로우 부직포 또는 스루에어 부직포인 것을 특징으로 하는 필터.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 여과층을 구성하는 부직포는 0.1㎛-200㎛의 범위의 평균 섬유 직경을 갖는 스루에어 부직포인 것을 특징으로 하는 필터.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 네트는 1㎜-5㎜ 범위의 망목 크기이며, 50㎛-300㎛ 범위의 평균 섬유 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 필터.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 여과층을 구성하는 스루에어 부직포는 부직포 중의 섬유의 교점에서 섬유끼리 융착 및/또는 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 필터.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 필터.

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