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KR20000011539A - 공기필터용필터매질 - Google Patents

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KR20000011539A
KR20000011539A KR1019990027218A KR19990027218A KR20000011539A KR 20000011539 A KR20000011539 A KR 20000011539A KR 1019990027218 A KR1019990027218 A KR 1019990027218A KR 19990027218 A KR19990027218 A KR 19990027218A KR 20000011539 A KR20000011539 A KR 20000011539A
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membrane
laminate
pressure drop
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나바타노리카네
가와노에이조
마에오카다쿠야
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가마이 고로
닛토덴코 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 막의 수집 성능(collection performance)이 가공, 예를 들면, 플리트 가공(pleating) 및 통기성 지지 부재에 접착시키는 가공 후에도 손상되지 않는 공기 필터용 필터 매질에 관한 것이다.
본 발명의 필터 매질은 최외각 층으로서 위치한 다공성 PTFE 막(4)의 압력 강하가 하나 이상의 중간 층으로서 위치한 다공성 PTFE 막의 압력 강하의 1/2배 이하인 다공성 PTFE 막을 3층 이상 포함하는 적층체(2)를 포함한다. 통기성 지지 부재(3)를 적층체(4)의 양쪽의 최외각 층에 접착시켜 공기 필터용 필터 매질(1)을 수득한다.

Description

공기 필터용 필터 매질{Filter medium for air filters}
본 발명은 다공성 폴리테트라플루오로에틸렌(이후에는, 간략히 하기 위해 "PTFE"라고 함) 막을 사용하는 공기 필터용 필터 매질에 관한 것이다.
공기 필터용 필터 매질로서, 유리 섬유를 결합제(binder)와 블렌딩(blending)시키고 종이로 가공함으로써 제조한 것들이 종종 사용되어 왔다. 그러나, 이러한 필터 매질은, 예를 들면, 내부에 함유된 미세 섬유로 인한 자체 분진화 및 불화수소산과 같은 화학 물질로 인한 열화에 의해 유발되는 분진화와 같은 몇가지 문제점으로 곤란을 받는다. 따라서, 최근에, 반도체 산업 등의 분야에서는 깨끗한 물질이고 화학물질에 대한 내성이 큰 다공성 PTFE 막을 공기 필터용 필터 매질로서 사용해 왔다. 다공성 PTFE 막은 PTFE를 시트(sheet)로 성형시킨 다음 이 시트를 신장시켜 다공성이 되도록 함으로써 제조할 수 있다[참조: JP-A 제7-196831호 및 JP-A 제6-816802호; 본원에서 사용된 "JP-A"라는 용어는 "미심사된 일본 공개특허공보"를 의미한다]. 이와 같이 수득된 다공성 PTFE 막을 단독으로 사용하는 경우에는 강성(rigidity)이 결핍된다. 따라서, 많은 경우에 다공성 PTFE 막은 통기성 지지 부재를 하나의 표면에 접착시킴으로써 사용한다. 통기성 지지 부재에 의해 이와 같이 강화된 필터 매질은 플리트 가공되어 연속성 W형 구조(이후에는, "플리팅"이라고 언급함)를 제공하며 필터 매질 단위로서 사용된다.
다른 한편으로, 다공성 PTFE 막들의 적층체를 제조하는 다양한 방법들이 제안되었다[참조: 예를 들면, JP-A 제57-131236호 및 JP-A 제3-179038호]. JP-A 제9-504737호에는 이러한 적층체를 사용한 필터 매질이 제안되어 있다.
즉, JP-A 제9-504737호에는 압력 강하가 동일한 5층의 다공성 PTFE 막 및 적층체의 양면에 위치한 통기성 지지 부재를 포함하는 적층체를 포함하는 회수 효율이 큰 필터 매질이 기술되어 있다. 이 필터 매질에서, 통기성 지지 부재는 다공성 PTFE 막 적층체과 함께 느슨하게 플리트 가공되지만 이에 접착되지는 않는다.
그러나, 다공성 PTFE 막의 하나의 표면에 접착된 통기성 지지 부재를 갖는 필터 매질에서, 다공성 PTFE 막의 기공 일부는 접착에 의해 막히고, 이에 따라 압력 강하가 상당히 증가한다. 다른 한편으로, 적층체의 양면에 위치한 통기성 지지 부재를 갖는 필터 매질은 적층체에 접착되지 않기 때문에, 어떠한 압력 강하로 인하여 곤란을 받지 않는다. 그러나, 이 경우, 적층체와 지지 부재는 통합되지 않으며, 이에 따라 취급 특성이 불량하다. 이 경우에는 또한 지지 부재가 적층체에 접착되지 않기 때문에, 이는 때때로 플리트 가공 단계에서 일탈되고, 이로써 적층체 또는 지지 부재에서의 바람직하지 않은 굴곡을 유발한다.
본 발명은 선행기술에 직면하는 상기 문제점들을 극복하고자 하는 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 다공성 PTFE 막 적층체를 개선시킴으로써 가공(예를 들면, 플리트 가공, 통기성 지지 부재에 접착시키는 가공 등) 후에도 다공성 PTFE 막에 고유한 수집 성능을 발휘할 수 있고 우수한 가공성 및 취급 특성을 나타낼 수 있는 공기 필터용 필터 매질을 제공하는 것이다.
상기 목적을 성취하기 위하여, 본 발명은 다공성 PTFE 막의 적층체의 최외각 층으로서 상기한 바와 같은 가공의 영향을 충분히 경감시킬 수 있는 다공성 막을 이용한다.
본 발명에 따르는 공기 필터용 필터 매질은 수집 층으로서 3층 이상의 다공성 PTFE 막을 포함하는 적층체를 포함하는데, 여기서 적층체는 최외각 층으로서 위치한 3층 이상의 제1 다공성 PTFE 막과 최외각 층을 배제한 하나 이상의 중간 층으로서 위치한 제2 다공성 PTFE 막을 포함하며, 제1 다공성 PTFE 막의 압력 강하는 제2 다공성 PTFE 막의 압력 강하의 1/2배 이하이다.
도 1은 본 발명에 따르는 공기 필터용 필터 매질의 구성의 하나의 예를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따르는 공기 필터용 필터 매질의 구성을 나타내는 또 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도면에서, 각각의 도면 부호는 다음을 나타낸다:
(1), (10): 공기 필터용 필터 매질
(2): 다공성 PTFE 막 적층체
(3): 통기성 지지 부재
(4): 최외각 층으로서의 다공성 PTFE 막
(5): 중간 층으로서의 다공성 PTFE 막
본 발명에 따르는 공기 필터용 필터 매질에서, 최외각 층으로서 위치한 제1 다공성 PTFE 막은 중간 층으로서 위치한 제2 다공성 PTFE 막에 대한 가공(통기성 지지 부재에 접착시키는 가공, 플리트 가공 등)의 영향을 경감시키는 작용을 한다. 최외각 층으로서 위치한 제1 다공성 PTFE 막에 통기성 지지 부재를 접착시키면 본 발명에서의 압력 강하가 증가되지만, 증가 정도는 통상적인 경우에 비하여 작다. 즉, 필터 매질의 수집 성능은 당해 가공에 의해 심각한 영향을 받지 않는다. 또한, 최외각 층으로서 위치한 제1 다공성 PTFE 막은 플리트 가공 단계에서 물리적으로 충격을 받으며, 이에 따라 중간 층으로서 위치한 제2 다공성 PTFE 막에 가해지는 충격을 경감시킨다.
본 발명에 따르는 공기 필터용 필터 매질에서, 통기성 지지 부재는 다공성 PTFE 막을 포함하는 상기한 적층체의 양쪽 최외각 층에 접착되는 것이 바람직하다. 이러한 접착된 구조는 필터 매질의 취급을 용이하게 하고 안정한 플리팅을 수득할 수 있도록 한다.
본 발명의 공기 필터용 필터 매질에서, 통기성 지지 부재가 접착제 등에 의해 적층체에 접착되는 경우 뿐만 아니라, 적층체에 융착되는 경우에도 통기성 지지 부재의 접착으로 인한 압력 강하의 어떠한 지나친 증가도 방지할 수 있다. 즉, 공기 필터용 필터 매질의 압력 강하는, 필터 매질이 적합한 수단에 의해 적층체의 최외각 층에 접착된 통기성 지지 부재를 포함하는 경우에도 적층체의 압력 강하의 1.15배 이하(1 내지 1.15배)의 수준으로 조절할 수 있다.
본 발명의 양태를 첨부한 도면을 참조로 하여 기술한다.
도 1은 본 발명에 따르는 공기 필터용 필터 매질의 구성의 한 가지 예를 나타내는 단면도이다. 도 1의 공기 필터용 필터 매질(1)에서, 통기성 지지 부재(3,3)는 다공성 PTFE 막의 적층체(2)의 최외각 층에 접착된다. 적층체(2)는 최외각 층으로서 위치한 다공성 PTFE 막(4,4) 및 중간 층으로서 위치한 다공성 PTFE 막을 포함한다. 최외각 층으로서 위치한 다공성 PTFE 막(4,4)은 통기성 지지 부재(3,3)에 대한 접착 및 수집 성능에 대한 플리트 가공의 영향을 경감시킨다. 또한, 필터 매질과 같은 것으로서 다공성 PTFE 적층체(2)를 사용할 수 있다.
다공성 PTFE 막은 PTFE 미분과 액체 윤활제의 혼합물을 압출 및/또는 롤링(rolling)시킴으로써 시트로 성형시키고, 이와 같이 수득한 소결되지 않은 시트(unsintered sheet)로부터 액체 윤활제를 제거한 다음 시트를 신장시킴으로써 다공성이 되도록 함으로써 수득할 수 있다. 막의 강도는 이와 같이 신장된 시트를 PTFE의 융점 이상으로 가열함으로써 소결시켜 추가로 증진시킬 수 있다. 상기한 다공성 PTFE 막 적층체(2)는 다공성 PTFE 막을 제조하기 위한 통상적인 방법으로 수의적 단계에서 다공성 PTFE 막을 적층시키는 단계를 추가함으로써 제조할 수 있다. 적층 단계를 포함하는 다공성 PTFE 막의 제조방법의 예는 다음에 기술한다.
1) PTFE 미분 및 액체 윤활제를 함유하는 다수의 층이 적층된 예비 성형품을 제조한다. 이 예비 성형품을 연속적으로 압출, 롤링, 신장 등으로 처리하여 다공성 PTFE 막을 수득한다.
2) 액체 윤활제를 함유하는 다수의 소결되지 않은 PTFE 시트를 적층시킨다. 이와 같이 수득된 적층체를 통상적인 제조방법에서와 같이 롤링, 신장 등으로 연속적으로 처리하여 다공성 PTFE 막을 수득한다.
3) 다수의 소결되지 않은 다공성 PTFE 막을 압착시켜 적층체를 형성한다.
다공성 PTFE 막의 다공성 구조물은 롤링 및 신장 단계에서의 조건 및 사용된 물질에 의해 영향을 받는다. 다공성 PTFE 막 적층체에서, 물질 및 가공 조건은 매 층마다 조정된다. 이러한 조정은 특별히 제한되지는 않지만, 예를 들면, PTFE 미분의 분자량, 소결되지 않은 PTFE 시트를 형성하기 위한 롤링 조건, 소결되지 않은 다공성 PTFE 막을 제조하기 위한 신장 조건 등을 조절함으로써 수행한다.
이와 같이 수득한 다공성 PTFE 막 적층체의 각 층의 압력 강하를 측정하는 것은 힘들다. 그러나, 각각의 층의 압력 강하는 적층체를 제조하는 데 사용되는 롤링, 신장 등의 조건 및 물질을 이용한 층들을 개별적으로 제조함으로써 평가할 수 있다[즉, 적층체를 구성하는 제1 및 제2 다공성 PTFE 막은 적층체를 제조하는 데 사용된 것과 동일한 조건하에서 개별적으로 제조하며 평가는 이와 같이 제조한 막의 상태에 대하여 수행한다].
최외각 층으로서 제공된 다공성 PTFE 막(4)의 압력 강하와 중간 층으로서 제공된 다공성 PTFE 막(5)의 압력 강하는 이후에 기술하는 바와 같은 방법을 이용하여 각각 측정할 수 있다. 최외각 층으로서 제공된 다공성 PTFE 막(4)의 압력 강하는 2 내지 15mmH2O이고, 중간 층으로서 제공된 다공성 PTFE 막(5)의 압력 강하는 10 내지 30mmH2O인 것이 바람직하다. 최외각 층으로서 제공된 다공성 PTFE 막의 압력 강하는 중간 층으로서 제공된 다공성 PTFE 막(5)의 압력 강하의 10 내지 50%의 범위내인 것이 바람직한 것으로 확인되었다.
최외각 층으로서 제공된 다공성 PTFE 막(4)은 각각의 다공성 PTFE 막(4)이 중간 층으로서 제공된 다공성 PTFE 막(5)의 압력 강하의 1/2 이하인 한, 압력 강하가 언제나 동일할 필요는 없다. 또한, 적층체(2)의 다공성 PTFE 막의 수는 3으로 제한되지 않으며, 이 적층체는 4층 또는 5층 이상의 층으로 구성될 수 있다[참조: 도 2]. 중간 층으로서의 2개 이상의 다공성 PTFE 막(5)을 갖는 공기 필터용 필터 매질(10)의 경우, 최외각 층으로서 다공성 PTFE 막(4)의 압력 강하는 중간 층으로서 제공된 다공성 PTFE 막중에서 최대 압력 강하를 나타내는 다공성 PTFE 막(5)의 압력 강하의 1/2 이하일 수 있다.
중간 층은 수집 성능을 나타내는 PF(필터의 성능) 값이 20 초과, 바람직하게는 21 내지 40인 다공성 PTFE 막을 포함하는 것이 바람직하다. PF 값은 다음 수학식 1에 따라 계산한다.
상기식에서,
L은 압력 강하를 의미하고, 보다 구체적으로는 샘플(다공성 PTFE 막 등)을 유효 면적이 100cm2인 원형 홀더(circular holder) 속에 설치하고 이 샘플을 통해 5.3cm/sec의 면 속도(face vleocity)로 공기를 투과시킴으로써 나노메터로 측정한 압력 강하 값(mmH2O로 나타냄)이고,
E는 회수 효율이고, 보다 구체적으로는 샘플을 압력 강하의 측정에서와 동일한 홀더에 설치하고, 샘플을 통해 동일한 면 속도로 공기를 투과시키면서 에어로졸로서 입자 크기가 0.1 내지 0.2㎛인 다분산된 디옥틸 프탈레이트(DOP)를 약 108개 입자/ℓ의 농도를 제공하는 속도로 공급한 다음, 레이저 입자 계수기(LPC)를 사용하여 상부 스트림(upstream) 부분의 입자 농도와 하부 스트림(downstream) 부분의 입자 농도를 측정함으로써 하기 수학식 2에 따라 계산된 비이다.
상기식에서,
CD는 하부 스트림 부분의 입자 농도이고,
CU는 상부 스트림 부분의 입자 농도이다.
통기성 지지 부재(3)는 다공성 PTFE 막보다 통기성이 우수한 한, 수의적인 것일 수 있다. 당해 부재용 물질의 예는 부직포, 직포, 메쉬 및 기타 다공성 물질을 포함한다. 통기성 지지 부재(3)는 물질, 구조 또는 형태에서 제한되지 않지만, 강도, 유연성 및 작업성의 견지에서 당해 부재용 부직포를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 부직포는 쉽게 접착될 수 있기 때문에, 코어 성분의 융점이 쉘 성분의 융점보다 높은 코어-쉘 구조를 갖는 복합 섬유를 포함하는 부직포를 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
통기성 지지 부재는 접착제와 같은 접착 부재를 사용하여 다공성 PTFE 부재의 적층체에 접착시킨다. 또 다른 방법으로, 통기성 지지 부재는 가열하여 부분적으로 용융시킨 다음 적층체에 융착시킬 수 있다. 이러한 접착법을 통상적인 다공성 PTFE 막에 적용하는 경우, 다공성 PTFE 막의 기공은 용융된 통기성 지지 부재 또는 접착 부재로 막혀 통기성이 저하되고, 이로써 다공성 PTFE 막의 고유한 성능을 악화시킨다. 이와는 반대로, 상기 기재된 다공성 PTFE 부재의 적층체는 통기성을 저하시키는 영향력을 경감시킬 수 있다.
통기성 저하의 영향은 이로써 경감될 수 있으므로, 통기성 지지 부재가 다공성 PTFE 부재 적층체의 양 최외각 층에 접착됨에도 불구하고, 본 발명으로 PF 값이 17 이상인 공기 필터용 필터 매질을 수득할 수 있게 된다.
공기 필터용 필터 매질에서, 이러한 구조를 갖는 필터 매질은 쉽게 처리되어 안정한 상태로 플리트 가공될 수 있기 때문에, 다공성 PTFE 부재가 서로 접착되는 것이 바람직하다.
본 발명은 다음 실시예를 참조로 하여 더욱 상세히 설명될 것이나, 본 발명이 이로 제한된다고 해석되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 이들 실시예에서, 압력 강하, 수집 효율 및 PF 값은 상기 기술된 각각의 방법에 의해 측정한다. 다른 한편으로, 누설 성능은 다음 방법에 의해 측정한다.
(누설 성능)
샘플(필터 매질)을 왕복 플리트 가공기를 사용하여 플리트 가공한다. 이렇게 플리트 가공된 각각의 샘플의 수집 성능을 위에서 기술한 방법과 동일한 방법으로 측정한다. 상부 스트림 부분의 입자 농도 및 하부 스트림 부분의 누설된 입자 농도를 입자 계수기로 측정하고, 입자 투과율을 다음 화학식 3에 따라 계산한다.
상기식에서,
PD는 하부 스트림 부분의 입자 투과율을 의미하고,
PU는 상부 스트림 부분의 입자 투과율을 의미한다.
입자 크기가 0.1 내지 0.2㎛인 입자의 투과율(P0.1) 및 입자 크기가 0.2 내지 0.3㎛인 입자의 투과율(P0.2)을 측정한다. 다음 수학식 4의 관계를 만족시키는 경우, 누설이 발생한다고 여겨진다.
누설 성능은 각각의 샘플의 60 지점에서 입자 투과율을 측정하고 누설 빈도를 계산함으로써 평가한다.
실시예 1
PTFE 미분[Fluon CD-014, 제조원: Asahi-ICI Fluoropolymers; 이하 "PTFE 미분(A)"이라고 언급함] 100중량부를 액체 윤활제(액체 파라핀) 35중량부와 균일하게 혼합한다. 생성된 혼합물을 20kg/㎠으로 예비 성형시킨 다음 압출시켜 봉으로 페이스트 성형(paste-molding)시킨다. 봉 형태의 성형품을 한 쌍의 금속 롤 사이에서 압착시켜 두께가 500㎛인 연속 시트["롤링된 시트(A)"]를 수득한다.
개별적으로, 또 다른 PTFE 미분[Fluon CD-123, 제조원: Asahi-ICI Fluoropolymers; 이하, "PTFE 미분(B)"이라고 언급함] 100중량부를 액체 윤활제(액체 파라핀) 25중량부와 균일하게 혼합한다. 생성된 혼합물을 20kg/㎠으로 예비 성형시킨 다음 압출시켜 봉으로 페이스트 성형시킨다. 봉 형태의 성형품을 한 쌍의 금속 롤 사이에서 압착시켜 두께가 300㎛인 연속 시트["롤링된 시트(B)"]를 수득한다.
롤링된 시트(B)의 양 표면 위에 롤링된 시트(A)를 중첩시킨 후, 생성된 복합체를 한 쌍의 금속 롤 사이에 통과시킴으로써 통합하여 두께가 900㎛인 시트 형태의 성형품을 수득한다. 트리클렌(Trichlene)을 사용한 압출법에 의하여 시트로부터 액체 윤활제를 제거하여 소결되지 않은 PTFE 적층체를 수득한다. 당해 소결되지 않은 PTFE 적층체를 290℃의 연신 온도에서 시트의 종 방향으로 20겹을 롤링시킴으로써 연신한다. 적층체를 80℃의 연신 온도에서 시트의 횡 방향으로 30겹을 텐터링(tentering)시킴으로써 추가로 연신하여, 소결되지 않은 다공성 PTFE 막을 수득한다. 이러한 3층 구조의 소결되지 않은 다공성 PTFE 막을 400℃로 20초 동안 가열하는 한편 치수로 고정시켜 두께가 약 42㎛인 3층 다공성 PTFE 막 적층체를 포함하는 필터 매질["필터 매질(1)"]을 수득한다.
두께가 150㎛이고, 기본 중량이 30g/㎡인 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)/폴리에스테르(PE) 코어-쉘형 부직포(ELEVES TO303WDO, 제조원: Unitika Ltd., 쉘의 융점: 129℃)를 한 쌍의 롤(롤 온도: 140℃)을 사용하여 열 적층법에 의해 필터 매질의 양 표면에 적층시킴으로써, 다공성 PTFE 막 적층체가 부직포 사이에 샌드위치된 도 1에 나타낸 바와 동일한 구조를 갖는 필터 매질["필터 매질(2)"]을 수득한다.
필터 매질(1)을 구성하는 각각의 층의 특성을 평가하기 위하여, 롤링된 시트(A)를 단독으로 한 쌍의 금속 롤 사이에 통과시켜 두께가 350㎛인 시트 형태의 성형품을 수득한다. 당해 성형품에서 액체 윤활제를 제거시키고, 이를 위에서 기술한 바와 동일한 방법으로 각각 연신하고, 열처리하여 두께가 약 16㎛인 다공성 PTFE 막["외부 층 막(A)"]을 수득한다.
유사하게, 롤링된 시트(B)를 단독으로 한 쌍의 금속 롤 사이에 통과시켜 두께가 200㎛인 시트 형태의 성형품을 수득한다. 당해 성형품에서 액체 윤활제를 제거시키고, 이를 위에서 기술한 바와 동일한 방법으로 각각 연신하고, 열처리하여 두께가 약 8㎛인 다공성 PTFE 막["중간 층 막(A)"]을 수득한다.
실시예 2
외부 층 막(A)을 실시예 1에서와 동일한 방법으로 수득된 중간 층 막(A)의 양 표면에 중첩시킨다. 추가로, 실시예 1에서 사용된 바와 동일한 PET/PE 코어-쉘 부직포를 열 적층법(롤 온도: 140℃)에 의해 이의 양 면에 적층시켜 부직포 사이에 샌드위치된 다층 다공성 PTFE 막을 갖는 필터 매질["필터 매질(3)"]을 수득한다.
실시예 3
PTFE 미분(A) 100중량부를 액체 윤활제(액체 파라핀) 35중량부와 균일하게 혼합한다. 생성된 혼합물을 20kg/㎠으로 예비 성형한 다음 압출시켜 봉으로 페이스트 성형시킨다. 봉 형태의 성형품을 한 쌍의 금속 롤 사이에 통과시켜 두께가 350㎛인 연속 시트["롤링된 시트(C)"]를 수득한다.
개별적으로, PTFE 미분(B) 100중량부를 액체 윤활제(액체 파라핀) 25중량부와 균일하게 혼합한다. 생성된 혼합물을 20kg/㎠으로 예비 성형한 다음 압출시켜 봉으로 페이스트 성형한다. 봉 형태의 성형품을 한 쌍의 금속 롤 사이에 통과시켜 두께가 200㎛인 연속 시트["롤링된 시트(D)"]를 수득한다.
액체 윤활제를 트리클렌을 사용하여 압출법에 의하여 롤링된 시트(C) 및 (D) 각각으로부터 제거하여 소결되지 않은 PTFE 시트를 수득한다. 이들 소결되지 않은 PTFE 시트를 290℃의 연신 온도에서 종 방향으로 20겹을 롤링함으로써 연신한다. 따라서, 연신된 PTFE 시트(C) 및 연신된 PTFE 시트(D)를 롤링된 시트(C) 및 롤링된 시트(D)로부터 각각 수득한다. 연신된 PTFE 시트(C)를 연신된 PTFE 시트(D)의 양 표면에 중첩시키고 생성된 복합 시트를 80℃의 연신 온도에서 횡 방향으로 30겹을 텐터링시킴으로써 연신하여, 소결되지 않은 다공성 PTFE 막을 수득한다. 이러한 3층 구조의 소결되지 않은 다공성 PTFE 막을 400℃로 20초 동안 가열하는 한편 치수적으로 고정시켜 두께가 약 39㎛인 소결된 3층의 다공성 PTFE 막 적층체를 포함하는 목적하는 필터 매질["필터 매질(4)"]을 수득한다.
두께가 150㎛이고 기본 중량이 30g/㎡인 위에서 기술한 PET/PE 코어-쉘형 부직포를 열 적층법(롤 온도: 140℃)에 의하여 필터 매질(4)의 양 표면에 적층시킴으로써, 부직포 사이에 샌드위치된 다공성 PTFE 막 적층체를 갖는 필터 매질["필터 매질(5)"]을 수득한다.
필터 매질(4)을 구성하는 각각의 층의 특성을 평가하기 위하여, 연신된 PTFE 시트(C)를 텐터링시킴으로써 연신하고 위와 동일한 방법으로 두께가 약 16㎛인 다공성 PTFE 막["외부 층 막(B)"]을 수득한다.
유사하게, 연신된 PTFE 시트(D)를 텐터링함으로써 연신하고 가열하여 두께가 약 8㎛인 다공성 PTFE 막["중간 층 막(B)"]을 수득한다.
실시예 4
PTFE 미분(A) 100중량부를 액체 윤활제(액체 파라핀) 35중량부와 균일하게 혼합한다. 생성된 혼합물을 20kg/㎠으로 예비 성형한 다음 압출시켜 봉으로 페이스트 성형시킨다. 봉 형태의 성형품을 한 쌍의 금속 롤 사이에 통과시켜 두께가 500㎛인 연속 시트를 수득한다. 액체 윤활제를 함유하는 시트 형태의 성형품을 50℃의 연신 온도에서 종 방향으로 2겹을 롤링시킴으로써 연신하여 연신된 PTFE 시트를 수득한다.
롤링된 시트(A)의 대체품으로서 연신된 PTFE 시트를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1의 공정을 반복하여 소결된 3층의 다공성 PTFE 막 적층체를 포함하는 두께가 약 29㎛인 필터 매질["필터 매질(6)"]을 수득한다. 부직포를 실시예 1에서와 동일한 방법으로 당해 필터 매질(6)의 양 표면에 열 적층시켜 또 다른 필터 매질["필터 매질(7)"]을 수득한다.
필터 매질(6)을 구성하는 각각의 층의 특성을 평가하기 위하여, 연신된 PTFE 시트를 단독으로 금속 롤 사이에 통과시켜 두께가 230㎛인 연속 시트를 수득한다. 이러한 시트 형태의 성형품을, 필터 매질(6)의 제조시와 마찬가지로 연신 등으로 처리하여 두께가 약 10㎛인 다공성 PTFE 막["외부 층 막(C)"]을 수득한다. 당해 실시예의 중간 층을 평가하기 위하여, 중간 층 막(A)을 실시예 1에서와 동일한 방법으로 사용한다.
비교 실시예 1
PTFE 미분(A)의 대체품으로서 PTFE 미분[Polyflon F-104U, 제조원: Daikin Industries, Ltd.; 이하, "PTFE 미분(C)"이라고 언급함]을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1의 공정을 반복하여 두께가 약 38㎛인 소결된 3층 다공성 PTFE 막 적층체를 포함하는 필터 매질["필터 매질(8)"]을 수득한다. 추가로, 부직포 사이에 샌드위치된 필터 매질(8)을 갖는 또 다른 필터 매질["필터 매질(9)"]을 수득한다.
필터 매질(8)을 구성하는 각각의 층의 특성을 평가하기 위하여, PTFE 미분(C)을 사용하여 수득한 연신된 시트를 단독으로 금속 롤 사이에 통과시켜 두께가 350㎛인 연속 시트를 수득한다. 이러한 시트 형태의 성형품을 필터 매질(8)의 제조시와 마찬가지로 연신 등으로 처리하여 두께가 약 16㎛인 다공성 PTFE 막["외부 층 막(D)"]을 수득한다. 당해 실시예에서 중간 층을 평가하기 위하여, 중간 층 막(A)을 실시예 1에서와 동일한 방법으로 사용한다.
비교 실시예 2
PTFE 미분(B)의 대체품으로서 PTFE 미분(A)를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1의 롤링된 시트(B)의 제조 공정을 반복하여 두께가 300㎛인 연속 시트["롤링된 시트(E)"]를 수득한다. 롤링된 시트(E)의 양 표면 위에 롤링된 시트(A)를 중첩시키는 것을 제외하고는 실시예 1의 공정을 반복하여 두께가 약 43㎛인 소결된 3층 다공성 PTFE 막 적층체를 포함하는 필터 매질["필터 매질(10)"]을 수득한다. 부직포를 실시예 1에서와 같은 열 적층법에 의하여 당해 필터 매질(10)의 양 표면에 적층시켜 또 다른 필터 매질["필터 매질(11)"]을 수득한다.
롤링된 시트를 단독으로 금속 롤 사이에 통과시켜 두께가 320㎛인 연속 시트를 수득한다. 실시예 1에서의 중간 층 막(A)의 제조시와 마찬가지로 시트 형태의 이러한 성형품을 연신 등으로 처리하여 두께가 약 10㎛인 다공성 PTFE 막["중간 층 막(C)"]을 수득한다. 당해 실시예에서의 외부 층의 평가를 위하여, 외부 층 막(A)을 실시예 1에서와 동일한 방법으로 사용한다.
비교 실시예 3
PTFE 미분(B) 100중량부를 액체 윤활제(액체 파라핀) 25중량부와 균일하게 혼합한다. 생성된 혼합물을 20kg/㎠으로 예비 성형한 다음 압출시킴으로써 봉으로 페이스트 성형한다. 봉 형태의 성형품을 한 쌍의 금속 롤 사이에 통과시켜 두께가 250㎛의 연속 시트를 수득한다. 시트 형태의 당해 성형품으로부터 트리클렌을 사용하여 압출법에 의해 액체 윤활제를 제거하여 소결되지 않은 PTFE 시트를 수득한다. 이러한 소결되지 않은 PTFE 시트를 290℃의 연신 온도에서 종 방향으로 15겹을 롤링시킴으로써 연신한다. 후속적으로, 당해 시트를 80℃의 연신 온도에서 횡 방향으로 30겹을 폭출시킴으로써 추가로 연신하여 소결되지 않은 다공성 PTFE 막을 수득한다. 이러한 소결되지 않은 다공성 PTFE 막을 400℃로 20초 동안 가열하는 한편 치수적으로 고정하여 두께가 약 13㎛인 소결된 다공성 PTFE 막["단층 다공성 PTFE 막"]을 수득한다.
두께가 150㎛이고 기본 중량이 30g/㎡인 위에서 기술한 PET/PE 코어-쉘형 부직포를 열 적층법(롤 온도: 140℃)에 의해 이러한 단층 다공성 PTFE 막의 양 표면에 적층시킴으로써, 부직포 사이에 샌드위치된 다공성 PTFE 막 적층체를 갖는 필터 막{"필터 매질(12)"]을 수득한다.
표 1은 상기 실시예 및 비교 실시예에서 수득한 필터 매질, 외부 층 막, 중간 층 막 및 단층 다공성 PTFE 막의 압력 강하 및 수집 효율을 나타낸다.
샘플 압력 강하(mmH2O) 수집 효율(%) 외부 층과 중간 층의 압력 강하 비(외부 층의 압력 강하/중간 층의 압력 강하)
실시예 1 필터 매질(1) 37.3 99.999993 0.33
외부 층 막(A) 7.3 90
중간 층 막(A) 22.4 99.9992
실시예 2 외부 층 막(A) 7.3 90 0.33
중간 층 막(A) 22.4 99.9992
실시예 3 필터 매질(4) 36.8 99.999996 0.33
외부 층 막(B) 7.3 92
중간 층 막(B) 22.4 99.999
실시예 4 필터 매질(6) 32.8 99.99993 0.24
외부 층 막(C) 5.3 78
중간 층 막(A) 22.4 99.9992
비교실시예 1 필터 매질(8) 51.6 〉99.999999 0.69
외부 층 막(D) 15.5 99.94
중간 층 막(A) 22.4 99.992
비교실시예 2 필터 매질(10) 22.5 99.91 1.07
외부 층 막(A) 7.3 90
중간 층 막(C) 6.8 85
비교실시예 3 단층 다공성PTFE 막 37.8 99.999998 -
표 2는 상기 실시예 및 비교 실시예에서 수득한 필터 매질의 압력 강하, 수집 효율 및 PF 값을 나타낸다.
압력 강하(mmH2O) 수집 효율(%) 열 적층시 압력강하의 증가율(%) PF 값
실시예 1 필터 매질(1) 37.3 99.999993 8.0 17.9
필터 매질(2) 40.3 99.999994
실시예 2 필터 매질(3) 39.8 99.999991 7.6 17.7
실시예 3 필터 매질(4) 36.8 99.999996 7.9 17.6
필터 매질(5) 39.7 99.99999
실시예 4 필터 매질(6) 32.8 99.99993 7.9 18.1
필터 매질(7) 35.4 99.99996
비교실시예 1 필터 매질(8) 51.6 〉99.999999 18.3 -
필터 매질(9) 61.0 〉99.999999
비교실시예 2 필터 매질(10) 22.5 99.91 8.2 12.3
필터 매질(11) 24.3 99.9
비교실시예 3 단층의 다공성PTFE 막 37.8 99.999998 19.5 -
필터 매질(12) 45.2 〉99.999999
실시예 2의 "열 적층시 압력 강하의 증가율(%)"은 필터 매질(4)의 압력 강하 및 외부 층 막(A)을 실시예 1에서 수득한 중간 층 막(A)의 양 표면에 중첩시킴으로써 관찰되는 압력 강하로부터 계산한다.
표 2에 나타낸 바와 같이, 외부 층 막의 압력 강하가 중간 층 막의 압력 강하의 1/2배 이하의 수준으로 조절되는 필터 매질(1) 내지 (7) 각각은 통기성 지지 부재로서 사용된 부직포의 열 적층시 압력 강하의 작은 증가(즉, 10% 미만)를 나타내며, 그 결과, 각각의 필터 매질의 작은 압력 강하(45mmH2O)를 나타낸다. 추가로, 필터 매질(1) 내지 (7)은 각각 99.99999% 이상의 수집 효율 및 17을 초과하는 PF 값을 나타낸다. 이와는 반대로, 필터 매질(9) 및 (12)는 부직포의 열 적층시 압력 강하의 큰 증가(18% 초과)를 나타내므로, 과도하게 큰 압력 강하를 나타낸다. 필터 매질(11)은 열 적층시 작은 압력 강하를 나타내지만, 낮은 수집 효율만을 달성할 뿐이며, 이로써 당해 매질은 필터 매질로서 부적합하게 된다.
표 3은 상기 실시예 및 비교 실시예에서 수득한 필터 매질의 누설 성능을 나타낸다.
샘플 누설 빈도(누설 수/측정 지점)
실시예 1 필터 매질(2) 0/60
실시예 2 필터 매질(3) 3/60
실시예 3 필터 매질(5) 8/60
실시예 4 필터 매질(7) 0/60
비교 실시예 1 필터 매질(9) 15/60
비교 실시예 2 필터 매질(11) 22/60
비교 실시예 3 필터 매질(12) 33/60
표 3에 나타낸 바와 같이, 필터 매질(2), (3), (5) 및 (7)은 누설 성능에서도 필터 매질(9), (11) 및 (12)보다 우수하다.
위에서 기술한 바와 같이, 본 발명으로, 공기 필터용 필터 매질을 최외각 층으로서 3층 이상으로 구성된 다공성 PTFE 막 적층체에 위치한 막으로서 수득하기 위한 가공의 영향을 충분히 경감시킬 수 있는 막을 사용함으로써 다공성 PTFE 막에 고유한 수집 성능을 나타낼 수 있는 공기 필터용 필터 매질이 제공된다.

Claims (4)

  1. 적층체가 최외각 층으로서 위치한 제1 다공성 폴리테트라플루오로에틸렌 막 및 상기 최외각 층을 제외하고 하나 이상의 중간 층으로서 위치한 제2 다공성 폴리테트라플루오로에틸렌 막을 포함하고, 상기 제1 다공성 폴리테트라플루오로에틸렌 막의 압력 강하가 상기 제2 다공성 폴리테트라플루오로에틸렌 막의 압력 강하의 1/2배 이하인, 수집 층으로서 다공성 폴리테트라플루오로에틸렌 막 3층 이상의 적층체를 포함하는 공기 필터용 필터 매질.
  2. 제1항에 있어서, 적층체의 양 최외각 층에 접착된 통기성 지지 부재를 추가로 포함하는 공기 필터용 필터 매질.
  3. 제2항에 있어서, 통기성 지지 부재의 압력 강하가 적층체의 압력 강하의 1.15배 이하인 공기 필터용 필터 매질.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 통기성 지지 부재가, 코어 성분의 융점이 쉘 성분의 융점보다 높은 코어-쉘 구조를 갖는 복합 섬유를 포함하는 부직포인 공기 필터용 필터 매질.
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