KR-102961160-B1 - 뎁스 필터

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Abstract

고농도·고점도의 분체 미립자를 포함하는 유체에 대해서도 여과 정밀도 및 내압 성능이 우수한 뎁스 필터를 제공하는 것을 과제로 한다. 기재층과, 여과층과 표피층을 순서대로 갖는 뎁스 필터로서, 상기 기재층 및 상기 표피층은 부직포가 권회되고 열 융착되어 이루어지는 층이고, 상기 여과층은 적어도 부직포와 네트를 적층한 적층체가 2겹 이상으로 권회되고, 상기 여과층에 포함되는 부직포는 서로 평균 섬유 지름이 다른 2종류 이상의 섬유를 포함하여 이루어지는 혼섬 부직포를 포함하는 뎁스 필터이다.

Inventors

미네오 료타
니시하라 히사토
야마구치 오사무

Assignees

제이엔씨 주식회사
제이엔씨 필터 주식회사

Dates

Publication Date: 20260506
Application Date: 20190918
Priority Date: 20180926

Claims (10)

기재층과, 여과층과 표피층을 순서대로 갖는 뎁스 필터로서, 상기 기재층 및 상기 표피층은 부직포가 권회되고 열 융착되어 이루어지는 층이고, 상기 여과층은 적어도 부직포와 네트를 적층한 적층체가 2겹 이상으로 권회되고, 상기 여과층에 포함되는 부직포는 서로 평균 섬유 지름이 다른 2종류 이상의 섬유를 포함하여 이루어지는 혼섬 부직포를 포함하고, 상기 혼섬 부직포가, 평균 섬유 지름이 5∼50 μm인 제1 섬유와, 평균 섬유 지름이 20∼200 μm이며 제1 섬유보다 굵은 제2 섬유가 혼섬되어 이루어지는 부직포인 뎁스 필터.
청구항 1에 있어서, 상기 기재층 또는 상기 표피층을 구성하는 부직포와 상기 여과층을 구성하는 부직포가 서로 다른 부직포로서, 상기 기재층 또는 상기 표피층을 구성하는 부직포의 평균 섬유 지름은 상기 여과층용 부직포의 평균 섬유 지름보다 큰 뎁스 필터.
청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 제1 섬유와 상기 제2 섬유는 1:99∼90:10의 비율로 혼섬되어 이루어지는 뎁스 필터.
청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 혼섬 부직포가 모두 폴리올레핀계 초심형 복합 섬유를 포함하는 뎁스 필터.
청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 여과층용 부직포가, 상기 혼섬 부직포와, 평균 섬유 지름이 0.5∼200 μm인 1종류의 섬유로 이루어지는 부직포를 포함하는 뎁스 필터.
청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 여과층용 부직포가 상기 혼섬 부직포를 2개 이상 포함하는 뎁스 필터.
청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 여과층용 부직포가 멜트 블로운 부직포 및/또는 쓰루 에어 부직포인 뎁스 필터.
청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 네트는 1∼5 mm 눈의 범위의 그물눈 크기이고, 50∼300 μm의 범위의 평균 섬유 지름을 갖는 뎁스 필터.
청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 기재층을 구성하는 부직포가 폴리올레핀계 섬유의 멜트 블로운 부직포 또는 쓰루 에어 부직포인 뎁스 필터.
청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 기재층을 구성하는 부직포와 상기 표피층을 구성하는 부직포가 동일한 부직포인 뎁스 필터.

Description

뎁스 필터 본 발명은 미립자를 포함하는 유체를 여과하기 위한 뎁스 필터(Depth Filter)에 관한 것이다. 미립자를 포함하는 유체로서 슬러리 혹은 분체(粉體)를 포함하는 겔형(狀) 유동체 등이 있다. 이러한 유체로부터 고형분을 정제 여과하기 위하여, 필터가 사용되고 있다. 한편으로, 리튬 이차 전지 재료의 슬러리 등에 있어서는, 여과 후의 건조 시간의 단축이나 휘발된 액체의 응축량의 감용화(減容化; volume reduction) 등을 목적으로 하여 고형분(固形分)의 고농도화가 진행되고 있다. 그러나, 고농도가 될수록 유체의 점도가 상승하고 분체끼리의 상호 작용이 세지기 때문에 필터에 의한 여과가 어려워진다. 예를 들면, 물용(水用)의 카트리지 필터를 슬러리의 여과에 사용하면, 슬러리 속의 분체가 필터의 평균 구멍 지름보다 작아도 필터를 통과할 때 분체 입자의 응집(브리지)가 발생하여 겉보기 입경(粒徑)이 증대되고, 막힘을 일으키는 것이 알려져 있다. 이를 러시 현상이라고 일컫는다. 특허문헌 1은 점성 유체의 여과에 있어서, 차압(差壓)에 의해 여과 정밀도가 변화되고, 필터 수명이 짧아진다는 문제를 해소함과 아울러, 맥압(脈壓)이나 고차압이 발생하여도 부드러운 겔형 고형물을 포착할 수 있는 필터를 제안하고 있다. 특허문헌 1의 발명은, 필터의 주 여과층에 있어서, 열 융착 처리하여 공극률 50∼80%로 한 제1 주 여과층과 열 융착 처리하지 않은 공극률 80% 이상의 제2 주 여과층을 가지며, 제2 주 여과 부직포는 공극률이 제1 주 여과 부직포의 1.2배 이상이 되도록 구성하는 것이다. 또한 형태 유지성(形態保持性)이 좋고, 여과 정밀도와 여과 라이프 간의 밸런스가 우수한 고정밀도 필터를 얻기 위하여, 적어도 2층의 부직포가 적층되어 있고, 상층 측의 부직포의 충전율을 0.3∼0.8로 하고, 하층 측의 부직포의 충전율을 0.01∼0.25로 한 필터용 부직포가 제안된 바 있다(특허문헌 2). 이 발명은, 서브마이크론 입자 등의 미소 입자를 고정밀도로 여과하는 것을 목적으로 하고 있으며, 필터의 하층 측에 충전율이 낮은 부직포층을 배치함으로써, 부직포층과 서포트재 간의 접촉면에 미소한 공간을 유지하고, 또한 쿠션재로도 작용하도록 하여 필터의 이용 효율과 형태 유지성을 향상시키는 것이다. 나아가, 분체 입자의 응집체(브리지)가 잘 발생하지 않고, 여과 차압이 발생할 때까지의 시간이 긴, 즉 여과 라이프가 긴 필터를 제공하는 것을 과제로 하여, 기재층과 여과층과 표피층을 갖는 필터에 있어서, 여과층을 적어도 쓰루 에어 부직포와 네트를 적층한 적층체가 여러겹으로 권회(卷回)되고 또한 압착되지 않은 층으로 하고, 또한, 기재층 및 표피층을 구성하는 부직포의 평균 세공(細孔) 지름이 여과층을 구성하는 쓰루 에어 부직포의 평균 세공 지름보다 커지도록 한 것이 제안된 바 있다(특허문헌 3). 도 1은 본 발명의 실시 예의 뎁스 필터의 단면을 나타낸다. 본 발명의 뎁스 필터는, 기재층과, 여과층과 표피층을 순서대로 갖는 뎁스 필터로서, 상기 기재층 및 상기 표피층은 부직포가 권회되고 열 융착되어 이루어지는 층이고, 상기 여과층은 적어도 부직포와 네트를 적층한 적층체가 2겹 이상으로 권회되고, 상기 여과층에 포함되는 부직포는 서로 평균 섬유 지름이 다른 2종류 이상의 섬유를 포함하여 이루어지는 혼섬 부직포이다. 상기와 같이, 본 발명의 뎁스 필터의 여과층은, 적어도 부직포와 네트를 적층한 적층체가 권회되고, 또한 여과층을 구성하는 부직포는 서로 평균 섬유 지름이 다른 2종류 이상의 섬유를 포함하여 이루어지는 혼섬 부직포를 포함하고 있다는 특징을 갖는다. 특정 이론에 구속되는 것은 아니지만, 본 발명의 뎁스 필터는, 여과층에 있어서, 부직포와 네트를 적층함으로써 실질적으로 여과 기능을 담당하는 부직포의 적층 사이에 적당한 간극(間隙)이 형성된다. 그 때문에 여과층 내에서 유체나 유체 속의 분체의 유동성이 향상되어 브리지의 형성이 억제된다고 생각되고 있다. 또한, 부직포의 적층 사이에 네트가 위치함으로써, 부직포의 중층(重層)에 의한 세공의 소직경화나 폐색(閉塞)이 회피된다. 나아가, 부직포와 네트 간의 적층체의 접착이 약하거나, 또는 적어도 일부를 열 융착하지 않음으로써, 여과층 내에서 부직포가 근소하게(약간) 움직일 수 있고, 유체나 유체 속의 분체의 유동성이 더 향상됨과 아울러, 네트에 의해 여과층의 형태가 유지되어 여과 성능이 안정적으로 발휘된다고 생각되고 있다. 또한 나아가, 여과층에 포함되는 부직포의 적어도 일부로서, 서로 평균 섬유 지름이 다른 2종류 이상의 섬유를 포함하여 이루어지는 혼섬 부직포를 채용함으로써, 분급 성능(조대한 입자를 포착하고, 입경이 일정 이하인 입자는 통과시킴)이 우수함과 아울러, 내압 성능이 높은 뎁스 필터를 얻을 수 있는 것이라고 생각되고 있다. <여과층용 부직포> 여과층은 상기와 같이, 적어도 부직포와 네트를 적층한 적층체를 사용하여 구성된다. 여과층에 사용되는 부직포로는, 원하는 성능을 얻을 수 있는 한 특별히 제한되지 않으나, 예를 들면, 쓰루 에어(through-air) 부직포, 멜트 블로운(melt-blown) 부직포, 스펀본드(spunbonded) 부직포, 스펀레이스(spunlace) 부직포 등을 사용할 수 있고, 그 중에서도 부품성(bulkiness)이 높고(부피가 크고), 부직포의 두께 방향(여과하는 유체의 흐름 방향)으로도 섬유 배향이 분포하는 점에서 쓰루 에어 부직포를 사용하는 것이 바람직하다. 쓰루 에어 부직포란, 열풍 접착 프로세스로 얻어진 부직포를 말한다. 열풍 접착 프로세스란, 오븐 속에 컨베어 벨트 또는 로터리 드럼을 구비하여, 웹(web)을 통과시킨 후, 일방으로 흡인함으로써, 접착 효과를 높이고, 두께 방향으로 균일한 부직포를 얻기 위한 방법으로, 에어 쓰루 방식이라고도 불린다. 쓰루 에어 부직포는 에어 쓰루(air-through) 부직포라고도 불린다. 쓰루 에어 부직포는, 일반적으로, 권축(捲縮)을 갖는 단섬유를 카딩기에 통과시켜 웹으로 만들고, 얻어진 웹을 열풍 처리하고, 단섬유끼리의 교락점(交絡点)을 열 융착시켜 얻어진다. 쓰루 에어 부직포를 구성하는 단섬유로는, 안정된 성능을 유지하기 위하여, 단섬유의 교점에서 단섬유끼리가 융착 및/또는 접착되어 있는 것이 바람직하다. 이 사실에서, 단섬유로서 열 융착성 복합 섬유를 바람직하게 이용할 수 있다. 열 융착성 복합 섬유의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 공지의 복합 섬유를 사용할 수 있다. 열 융착성 복합 섬유로는, 융점 차를 갖는 2종류 이상의 성분으로 이루어지는 복합 섬유를 사용할 수 있으며, 구체적으로는, 고융점 성분과 저융점 성분으로 이루어지는 복합 섬유를 예시할 수 있다. 복합 섬유의 고융점 성분으로는, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리뷰틸렌테레프탈레이트, 폴리트라이메틸렌테레프탈레이트, 나일론 6, 나일론 6,6, 폴리-L-락트산 등의 열 가소성 수지를 예시할 수 있으며, 복합 섬유의 저융점 성분으로는, 저밀도 폴리에틸렌, 직쇄형(直鎖狀) 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌 등의 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체, 폴리-DL-락트산(乳酸), 프로필렌 공중합체, 폴리프로필렌 등의 열 가소성 수지를 예시할 수 있다. 열 융착성 복합 섬유의 고융점 성분과 저융점 성분의 융점 차는 특별히 한정되지 않으나, 열 융착의 가공 온도 폭을 넓게 하기 위해서는, 융점 차가 15℃ 이상인 것이 바람직하고, 30℃ 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 복합의 형태는 특별히 한정되지 않으나, 동심(同心) 초심형(sheath-core type), 편심(偏心) 초심형, 병렬형, 해도형(海島型), 방사상형(放射狀型) 등의 복합 형태를 채용할 수 있다. 특히 부품성(bulkiness)을 갖게 하기 위해서는 편심 초심형 복합 섬유가 적합하다. 본 발명에서는, 여과층 속의 부직포가 서로 평균 섬유 지름이 다른 2종류 이상의 섬유를 포함하여 이루어지는 혼섬 부직포를 포함한다. 혼섬 부직포에 포함되는 섬유의 종류는, 발명의 효과를 얻을 수 있는 한 2종류 이상이면 되며, 3종류, 4종류, 그 이상일 수도 있으나, 2종류인 것이 바람직하다. 여과층용 부직포를 구성하는 섬유로서, 평균 섬유 지름이 0.1∼200 μm인 범위의 섬유를 사용할 수 있고, 여과액의 성상(性狀)이나 여과의 목적에 따라 적당히 선택하는 것이 가능하다. 본 발명에서는, 2종류의 섬유로서, 예를 들면 평균 섬유 지름이 0.5 μm 이상인 제1 섬유와 평균 섬유 지름이 1 μm 이상이고 제1 섬유보다 굵은 제2 섬유를 혼섬하는 것이 바람직하고, 가는 섬유(제1 섬유)로서 평균 섬유 지름이 5∼50 μm인 섬유와 굵은 섬유(제2 섬유)로서 평균 섬유 지름이 20∼200 μm인 섬유를 혼섬하는 것이 보다 바람직하다. 제1 섬유의 평균 섬유 지름에 대하여 제2 섬유의 평균 섬유 지름이 1.5배 이상인 것이 바람직하고, 1.7배 이상인 것이 보다 바람직하다. 혼섬하는 섬유는 서로 동일한 조성이고 섬유 지름만 다른 것을 사용할 수도 있고, 조성 및 섬유 지름이 다른 2종류 이상의 섬유를 혼섬하여 사용할 수도 있다. 또한, 여과층에 있어서, 혼섬 부직포는 1종류일 수도 있고, 혼섬 부직포를 2개 이상 사용하는 것도 바람직하다. 아울러, 혼섬 부직포의 평균 섬유 지름이라고 하는 경우에는, 포함되는 복수 종류의 섬유의 평균 섬유 지름과 각각의 함유 비율로부터 산출되는 혼섬 부직포 전체의 평균 섬유 지름을 말한다. 혼섬 부직포에 있어서의 혼섬의 중량비는, 원하는 여과 성능을 발휘할 수 있는 한 특별히 한정되지 않으나, 예를 들면 가는 섬유(제1 섬유)와 굵은 섬유(제2 섬유) 간의 중량비를 1:99∼90:10의 비율로 할 수 있고, 10:90∼80:20의 비율로 하는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는 예를 들면, 평균 섬유 지름이 5∼50 μm인 제1 섬유와 평균 섬유 지름이 20∼200 μm이고 제1 섬유보다 굵은 제2 섬유를 10:90∼90:10의 비율로 혼섬하는 것이 보다 바람직하고, 평균 섬유 지름이 10∼50 μm인 제1 섬유와 평균 섬유 지름이 30∼100 μm이고 제