KR101331729B1 - An inorganic fiber mat-integrated ceramic filter and a method for preparing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 무기 섬유 매트 일체형 세라믹 필터 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무기 섬유 매트가 일체형으로 결합되어 있어, 고온에서 장시간 사용시에도 매트와 분리되지 않고, 또한 별도의 무기 섬유 매트의 장착공정을 생략할 수 있는 세라믹 필터; 및 무기 섬유 매트의 한쪽 면에 유기 바인더를 코팅 또는 스프레이하고, 이를 무기 섬유 매트용 슬러리에 함침시킨 후, 함침된 무기 섬유 매트를 세라믹 필터 본체에 부착시키고 건조 및 열처리하는 것을 특징으로 하는 무기 섬유 매트 일체형 세라믹 필터의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an inorganic fiber mat integrated ceramic filter and a method of manufacturing the same, and more particularly, an inorganic fiber mat is integrally combined, so that the inorganic fiber mat is not separated from the mat even when used at a high temperature for a long time, and a separate inorganic fiber mat is mounted. Ceramic filter which can skip a process; And coating or spraying an organic binder on one side of the inorganic fiber mat, impregnating it in the slurry for the inorganic fiber mat, and then attaching the impregnated inorganic fiber mat to the ceramic filter body, and drying and heat-treating the inorganic fiber mat. A method for manufacturing an integrated ceramic filter.
무기 섬유, 매트, 일체형, 세라믹 필터, 제조 방법 Inorganic Fibers, Mats, Integral Types, Ceramic Filters, Manufacturing Methods
Description
본 발명은 무기 섬유 매트 일체형 세라믹 필터 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무기 섬유 매트가 일체형으로 결합되어 있어, 고온에서 장시간 사용시에도 매트와 분리되지 않고, 또한 별도의 무기 섬유 매트의 장착공정을 생략할 수 있는 세라믹 필터; 및 무기 섬유 매트의 한쪽 면에 유기 바인더를 코팅 또는 스프레이하고, 이를 무기 섬유 매트용 슬러리에 함침시킨 후, 함침된 무기 섬유 매트를 세라믹 필터 본체에 부착시키고 건조 및 열처리하는 것을 특징으로 하는 무기 섬유 매트 일체형 세라믹 필터의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an inorganic fiber mat integrated ceramic filter and a method of manufacturing the same, and more particularly, an inorganic fiber mat is integrally combined, so that the inorganic fiber mat is not separated from the mat even when used at a high temperature for a long time, and a separate inorganic fiber mat is mounted. Ceramic filter which can skip a process; And coating or spraying an organic binder on one side of the inorganic fiber mat, impregnating it in the slurry for the inorganic fiber mat, and then attaching the impregnated inorganic fiber mat to the ceramic filter body, and drying and heat-treating the inorganic fiber mat. A method for manufacturing an integrated ceramic filter.
일반적으로 취성을 가지는 세라믹 필터를 여과 장치 등에 장착하기 위해서는 일정 체결 압력을 가진 보호용 무기 섬유 매트가 부가적으로 장착된다. 무기 섬유 매트는 그 체결압력을 유지시키는 방법에 따라 팽창성 매트와 비팽창성 매트로 나뉜다. 전자는 고온에서 질석이 팽창하는 점을 이용하여 체결 압력을 유지시키며, 후자는 고온에서도 탄성과 강도가 유지되는 결정질 세라믹 섬유를 이용하여 초기에 일정 체결 압력을 갖게 되고, 작동 시간 동안 그 압력을 일정하게 유지하도록 만든다. Generally, in order to mount a brittle ceramic filter to a filtration apparatus etc., the protective inorganic fiber mat which has a fixed clamping pressure is additionally attached. Inorganic fiber mats are divided into expandable mats and non-expandable mats according to a method of maintaining the fastening pressure thereof. The former maintains the clamping pressure by utilizing the expansion of vermiculite at high temperatures, while the latter initially has a constant clamping pressure using crystalline ceramic fibers, which maintain their elasticity and strength even at high temperatures, and maintain the pressure during the operating time. To keep it.
그러나, 팽창성 매트는 질석을 포함하기 때문에 매트 자체의 밀도가 높을 뿐만 아니라, 500℃ 이하의 구동 온도를 갖는 디젤 엔진에서는 배기 온도가 너무 낮아 팽창 물질인 질석이 팽창되지 못하기 때문에 장착 압력을 일정하게 유지해 주지 못하고, 그 결과 세라믹 필터와 같은 장치 내에 존재하는 취성 구조체를 보호하지 못하게 된다. However, since the inflatable mat contains vermiculite, not only the mat itself has a high density, but in diesel engines having a driving temperature of 500 ° C. or lower, the exhaust temperature is too low to expand the vermiculite as an expandable material, so that the mounting pressure is constant. It does not maintain, and as a result, it does not protect the brittle structures present in the device, such as ceramic filters.
한편, 비팽창성 매트는 주로 알루미나 약 72% 및 실리카 약 28%를 함유하는 뮬라이트 결정상의 무기 섬유를 사용하여 제작되기 때문에 매트 자체의 밀도는 낮다. 그러나 무기 섬유 매트는 섬유끼리 엉기거나 꼬이고 패킹되면서 형성되어야 하는데, 결정상 무기 섬유는 그 자체의 탄성이 뛰어나기 때문에 통상적인 습식 매트 제법 또는 건식 매트 제법 등에 의해서는 매트로 만들기가 어렵다. 따라서, 결정상의 무기 섬유로 일정 체결 압력을 갖는 비팽창성 매트를 제조하기 위해서는, 무기 섬유와 유기 바인더를 함께 혼합하여 매트 형태로 제조한 후, 스티칭이나 니들링과 같은 물리적 결합 공정을 수행하여야만 한다. On the other hand, since the non-expandable mat is mainly made of mullite crystalline inorganic fibers containing about 72% alumina and about 28% silica, the density of the mat itself is low. However, the inorganic fiber mat should be formed while the fibers are tangled, twisted and packed with each other. Since the crystalline inorganic fibers are excellent in their own elasticity, it is difficult to make a mat by a conventional wet mat method or a dry mat method. Therefore, in order to prepare a non-expandable mat having a predetermined fastening pressure with the crystalline inorganic fibers, the inorganic fibers and the organic binder must be mixed together to prepare a mat form, and then a physical bonding process such as stitching or needling must be performed.
요컨대, 무기 섬유 매트가 세라믹 필터를 디젤 엔진 등에 장착함에 있어서 보호용으로 사용되기 위해서는, 고온의 작동 환경 및 작동 시간 동안 일정 체결 압력을 유지하여 세라믹 필터를 고정시키고, 세라믹 필터와의 분리를 막아 취성의 세라믹 필터 자체를 외부 충격으로부터 보호하여야 한다.In other words, in order for the inorganic fiber mat to be used for protection in mounting the ceramic filter on a diesel engine or the like, the ceramic filter is fixed by maintaining a constant clamping pressure during a high temperature operating environment and an operating time, and the separation from the ceramic filter prevents brittleness. The ceramic filter itself must be protected from external shocks.
그러나, 지금까지 사용되어 왔던 무기 섬유 매트는, 고온에서 장시간 사용시 세라믹 필터로부터 분리되고, 그로 인해 세라믹 필터가 외부 충격에 취약해지는 문제점을 지니고 있다.However, the inorganic fiber mats which have been used so far have a problem of being separated from the ceramic filter when used for a long time at a high temperature, thereby making the ceramic filter vulnerable to external impact.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 한 것으로서, 본 발명의 목적은, 고온에서 장시간 사용시에도 매트와 세라믹 필터가 분리되지 않고, 또한 별도의 무기 섬유 매트의 장착공정을 생략할 수 있는 무기 섬유 매트 일체형 세라믹 필터 및 그 제조방법을 제공하는 것이다. The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, an object of the present invention is that the mat and the ceramic filter are not separated even when used for a long time at a high temperature, and also a separate inorganic fiber mat mounting step can be omitted An inorganic fiber mat integrated ceramic filter and a method of manufacturing the same are provided.
본 발명의 일 측면에 따르면, 일체형으로 결합된 무기 섬유 매트를 포함하는 세라믹 필터가 제공된다.According to one aspect of the invention, there is provided a ceramic filter comprising an integrally bonded inorganic fiber mat.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, (1) 무기 섬유 매트의 한쪽 면에 유기 바인더를 코팅 또는 스프레이하는 단계; (2) 상기 (1) 단계에서 얻어진 무기 섬유 매트를 무기 섬유 매트용 슬러리에 함침시키는 단계; (3) 상기 (2) 단계에서 얻어진, 슬러리에 함침된 무기 섬유 매트를 세라믹 필터 외벽에 부착시키는 단계; 및 (4) 상기 (3) 단계에서 얻어진, 무기 섬유 매트가 부착된 세라믹 필터를 건조 및 열처리하는 단계를 포함하는 무기 섬유 매트 일체형 세라믹 필터의 제조방법이 제공된다. According to another aspect of the invention, (1) coating or spraying an organic binder on one side of the inorganic fiber mat; (2) impregnating the inorganic fiber mat obtained in the step (1) to the slurry for the inorganic fiber mat; (3) attaching the inorganic fiber mat impregnated in the slurry obtained in step (2) to the outer wall of the ceramic filter; And (4) there is provided a method for producing an inorganic fiber mat integrated ceramic filter comprising the step of drying and heat-treating the ceramic filter with an inorganic fiber mat, obtained in step (3).
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
1. 무기 섬유 매트1. inorganic fiber mat
본 발명에서 세라믹 필터와 일체형으로 결합되는 무기 섬유 매트는 결정성 무기 섬유를 포함하는 비팽창성 무기 섬유 매트인 것이 바람직하다. 또한, 상기 비팽창성 무기 섬유 매트 중의 결정성 무기 섬유 함량은 무기 섬유 총량의 80 중량% 이상이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present invention, the inorganic fiber mat integrally combined with the ceramic filter is preferably an non-expandable inorganic fiber mat containing crystalline inorganic fibers. In addition, the crystalline inorganic fiber content in the non-expandable inorganic fiber mat is preferably at least 80% by weight of the total amount of inorganic fibers, but is not limited thereto.
상기 결정성 무기 섬유로는, 비팽창성 무기 섬유 매트에 통상적으로 사용되는 결정성 무기 섬유가 제한없이 사용가능하며, 바람직하게는 알루미나 섬유, 뮬라이트 섬유, 실리카 섬유, 알루미나-뮬라이트 섬유, 알루미나-실리카 섬유, 뮬라이트-실리카 섬유, 알루미나-뮬라이트-실리카 섬유 및 상기 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 것이 사용된다. 또한, 그 직경에 있어서 특별한 제한은 없으며, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 적절히 선택할 수 있다.As the crystalline inorganic fibers, crystalline inorganic fibers commonly used in non-expandable inorganic fiber mats can be used without limitation, preferably alumina fibers, mullite fibers, silica fibers, alumina-mullite fibers, alumina-silica fibers And those selected from the group consisting of mullite-silica fibers, alumina-mullite-silica fibers and mixtures of two or more of the above. Moreover, there is no restriction | limiting in particular in the diameter, It can select suitably within the range which can achieve the objective of this invention.
본 발명에서 사용되는 비팽창성 무기 섬유 매트에는 결정성 무기 섬유가 사용되나, 필요에 따라 소량의 비결정질 세라믹 섬유가 추가로 사용될 수도 있다.Although the crystalline inorganic fiber is used for the non-expandable inorganic fiber mat used in the present invention, a small amount of amorphous ceramic fiber may be further used as necessary.
본 발명에서 사용되는 비팽창성 무기 섬유 매트에 더 포함될 수 있는 비결정질 세라믹 섬유로는 비결정질 실리카 섬유, 비결정질 알루미나-실리카 섬유 및/또는 비결정질 지르코니아-실리카- 알루미나 섬유 등이 있으며, 그 함량은 무기 섬유 총량의 0.1~20 중량% 정도가 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.Amorphous ceramic fibers that may be further included in the non-expandable inorganic fiber mat used in the present invention include amorphous silica fibers, amorphous alumina-silica fibers and / or amorphous zirconia-silica-alumina fibers, and the content of the total amount of inorganic fibers 0.1 to 20% by weight is preferred, but is not limited thereto.
본 발명에서 사용되는 비팽창성 무기 섬유 매트는, 인장강도와 같은 기계적 물성의 향상을 위하여, 유기 또는 무기 바인더 물질을 더 포함하는 것이 바람직하 다. The non-expandable inorganic fiber mat used in the present invention preferably further includes an organic or inorganic binder material in order to improve mechanical properties such as tensile strength.
상기 유기 또는 무기 바인더 물질로는 무기 섬유 매트 제조시에 통상적으로 사용되는 바인더 물질이 제한없이 사용가능하다. 유기 바인더 물질로는, 바람직하게는 소수성 중합체가, 더 바람직하게는 아크릴계 중합체, 우레탄계 중합체, 고무계 중합체 및 상기 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 것이 사용되며, 수성 라텍스 또는 에멀젼의 형태로 통상 사용된다. 가장 바람직하게는 아크릴계 중합체의 수성 라텍스 또는 에멀젼이 사용된다. 이러한 아크릴계 중합체의 수성 라텍스 바인더로는 예컨대 Rohm and Hass 사의 Primal EC-1791, Rhoplex 2438, Rhoplex HA-8 또는 Rhoplex TR-934과 같은 제품을 상업적으로 입수하여 사용할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 비팽창성 무기 섬유 매트 중에는 상기 유기 바인더 물질이 통상 무기 섬유 총량 100중량부당 1 내지 15 중량부 정도 포함되나, 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 적절히 선택될 수 있다.As the organic or inorganic binder material, any binder material conventionally used in manufacturing an inorganic fiber mat may be used without limitation. As the organic binder material, preferably a hydrophobic polymer is used, more preferably one or more selected from the group consisting of acrylic polymers, urethane polymers, rubber polymers and mixtures of two or more thereof, and is usually in the form of an aqueous latex or emulsion. Used. Most preferably an aqueous latex or emulsion of acrylic polymer is used. As an aqueous latex binder of such an acrylic polymer, commercially available products such as Primal EC-1791, Rhoplex 2438, Rhoplex HA-8 or Rhoplex TR-934, available from Rohm and Hass, for example. Among the non-expandable inorganic fiber mats used in the present invention, the organic binder material is generally included in an amount of about 1 to 15 parts by weight per 100 parts by weight of the inorganic fiber, but is not limited thereto, and may be appropriately selected as necessary.
또한, 무기 바인더 물질로는, 점토, 콜로이드성 실리카 또는 알루미나가 단독으로 또는 혼합되어 사용되는 것이 바람직하나, 이에 특별히 제한되는 것은 아니다. 예컨대 Nayacol AD20과 같은 알루미나 졸을 상업적으로 입수하여 무기 바인더로서 사용할 수도 있다. 본 발명에서 사용되는 비팽창성 무기 섬유 매트 중에는 상기 무기 바인더 물질이 통상 무기 섬유 총량 100중량부당 0.1 내지 5 중량부 정도 포함되나, 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 적절히 선택될 수 있다.In addition, as the inorganic binder material, it is preferable that clay, colloidal silica or alumina is used alone or in combination, but is not particularly limited thereto. Alumina sol such as, for example, Nayacol AD20 may be obtained commercially and used as an inorganic binder. Among the non-expandable inorganic fiber mats used in the present invention, the inorganic binder material is generally included in an amount of about 0.1 to 5 parts by weight per 100 parts by weight of the inorganic fiber, but is not limited thereto, and may be appropriately selected as necessary.
한편 본 발명에서 사용되는 비팽창성 무기 섬유 매트는 필요에 따라 소포제 및 분산제와 같은 첨가제를 더 포함할 수 있으며, 그 양은 발명의 목적이 달성될 수 있는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있다.Meanwhile, the non-expandable inorganic fiber mat used in the present invention may further include additives such as an antifoaming agent and a dispersant, if necessary, and the amount thereof may be appropriately selected within a range in which the object of the present invention can be achieved.
본 발명에서 사용되는 비팽창성 무기 섬유 매트는 바람직하게는 0.15 내지 0.25 g/㎤의 초기벌크밀도, 0.25 내지 0.75 g/㎤의 장착밀도 및/또는 15 psi 이상의 장착 지지력을 갖는다.The non-expandable inorganic fiber mat used in the present invention preferably has an initial bulk density of 0.15 to 0.25 g / cm 3, a mounting density of 0.25 to 0.75 g / cm 3 and / or a mounting bearing capacity of 15 psi or more.
본 발명에서 사용되는 비팽창성 무기 섬유 매트는 통상의 매트 제조방법(습식법 또는 건식법)에 의해 제조될 수 있다.The non-expandable inorganic fiber mat used in the present invention can be produced by a conventional mat manufacturing method (wet method or dry method).
1-1. 무기 섬유 매트의 습식 제조 방법1-1. Wet manufacturing method of inorganic fiber mat
비팽창성 매트를 제조하는 방법 중 습식법의 바람직한 일 구체예로는, 물, 결정성 무기 섬유 및 바인더 물질을 포함하는 수성 슬러리를 제조하고; 제조된 슬러리에 바인더 응집제를 첨가하고 교반하고; 얻어진 결과 혼합물을 탈수 및 건조하여 매트를 제조하는 단계를 포함하는 비팽창성 매트 제조방법을 들 수 있다.One preferred embodiment of the wet method of the method of making the non-expandable mat includes: preparing an aqueous slurry comprising water, crystalline inorganic fibers and a binder material; Adding a binder flocculant to the prepared slurry and stirring; The non-expandable mat manufacturing method including the process of dehydrating and drying the obtained resultant mixture and manufacturing a mat is mentioned.
상기 습식법에 있어서, 수성 슬러리에 포함되는 결정성 무기 섬유 및 바인더 물질은 앞서 설명한 바와 같다.In the wet method, the crystalline inorganic fibers and the binder material included in the aqueous slurry are as described above.
상기 습식법에서 사용되는 슬러리는 물, 혼합 무기 섬유 및 바인더 물질을 포함하며, 슬러리 내의 무기 섬유 총함량은 물 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 20 중량부인 것이 바람직하고, 0.1 내지 10 중량부인 것이 보다 바람직하다. 또한, 바인더 물질의 함량은 무기 섬유 총량 100 중량부를 기준으로 1 내지 15 중량부인 것이 바람직하고, 1 내지 8 중량부인 것이 보다 바람직하다. 슬러리 내의 무기 섬유 총함량이 물 100 중량부를 기준으로 0.1 중량부 미만이면 슬러리 농도가 너무 낮아져 유기바인더가 무기섬유에 부착될 수 있는 확률이 적어지게 되고 제조된 매 트의 인장강도도 약해진다. 20 중량부를 초과하면 슬러리의 분산이 균일하지 않게 될 우려가 있다. 또한, 슬러리 내의 바인더 물질의 함량이 무기 섬유 총량 100 중량부를 기준으로 1 중량부 미만이면 매트의 탄력성이 나빠질 수 있고, 15 중량부를 초과하면 유기 바인더 물질이 고온에서 열화되어 매트의 장착압력에 손실을 가하게 될 우려가 있다.The slurry used in the wet method includes water, mixed inorganic fibers and a binder material, and the total inorganic fiber content in the slurry is preferably 0.1 to 20 parts by weight, more preferably 0.1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of water. . In addition, the content of the binder material is preferably 1 to 15 parts by weight, more preferably 1 to 8 parts by weight based on 100 parts by weight of the total amount of inorganic fibers. If the total amount of inorganic fibers in the slurry is less than 0.1 parts by weight based on 100 parts by weight of water, the slurry concentration is too low, so that the organic binder is less likely to adhere to the inorganic fibers and the tensile strength of the manufactured mat is also weakened. If it exceeds 20 parts by weight, there is a fear that the dispersion of the slurry becomes uneven. In addition, when the content of the binder material in the slurry is less than 1 part by weight based on 100 parts by weight of the total amount of inorganic fibers, the elasticity of the mat may be deteriorated. When the content of the binder material exceeds 15 parts by weight, the organic binder material may be deteriorated at a high temperature, resulting in a loss in the mounting pressure of the mat. There is a risk of adding.
상기 바인더 물질로는 앞서 설명한 바와 같은 유기 바인더 물질이 바람직하게 사용되고, 필요에 따라 무기 바인더가 추가로 사용될 수 있다. 사용가능한 무기 바인더는 앞서 설명한 바와 같다. 한편 상기 슬러리에는 필요에 따라 소포제 및 분산제와 같은 첨가제가 더 포함될 수도 있다. As the binder material, an organic binder material as described above is preferably used, and an inorganic binder may be additionally used as necessary. Inorganic binders that can be used are as described above. Meanwhile, the slurry may further include additives such as an antifoaming agent and a dispersing agent as necessary.
상기 슬러리 제조시 온도 및 교반속도 등의 제조조건에는 특별한 제한이 없으며, 통상의 무기 섬유 슬러리 제조 조건을 그대로 또는 적절히 변경하여 채택할 수 있다. 슬러리 제조 시 각 성분의 투입순서 또한 크게 제한이 없으며, 일반적으로는 먼저 과량의 물에 무기 섬유를 투입한 후 강하게 교반하여 무기 섬유를 어느 정도 분산시킨 뒤, 1차 유기 바인더 물질 및 필요에 따라 적절한 첨가제를 투입하고, 추가로 교반하여 바인더 물질이 슬러리 내에 고루 분산되도록 한다.There are no particular limitations on the production conditions, such as temperature and stirring speed during the slurry production, it is possible to adopt conventional inorganic fiber slurry production conditions as it is or appropriately changed. In order to prepare the slurry, the order of addition of each component is also not particularly limited. Generally, the inorganic fiber is first added to an excess of water, followed by vigorous stirring to disperse the inorganic fiber to some extent. Additives are added and further stirred to ensure that the binder material is evenly dispersed in the slurry.
다음으로, 상기와 같이 제조된 무기 섬유 슬러리에 바인더 응집제를 첨가하고 교반하여 무기 섬유와 바인더 물질이 서로 응집되도록 한다.Next, a binder flocculant is added to the inorganic fiber slurry prepared as described above and stirred to cause the inorganic fiber and the binder material to aggregate together.
상기 바인더 응집제(pH 조절제라고도 한다)는, 바인더가 무기 섬유에 보다 잘 부착되도록 응집을 시키기 위해 사용되는 것으로서, 슬러리의 pH를 바람직하게는 5.5~6.5로 맞추기 위하여 사용된다. 이러한 응집제로는 무기 섬유 매트의 습식 제조시 통상적으로 사용되는 바인더 응집제가 제한없이 사용가능하며, 알루미늄 설페이트 수용액이 바람직하게 사용된다. 보다 바람직하게는 약 0.1~10중량% 농도의 알루미늄 설페이트 수용액이 사용된다. 상기 바인더 응집제는 슬러리의 pH가 5.5~6.5가 되도록 하는 양이 사용되는 것이 바람직하며, pH를 조절함으로써 에멀젼 상태로 안정화되어 있는 바인더 입자의 전기적 이중층을 약화시켜 불안정한 상태로 만들고 바인더 입자들이 뭉치도록 하는 작용을 한다. 상기 바인더 응집제는 통상적으로 슬러리 100중량부 당 0.025~0.1중량부가 사용되나, 이에 한정되는 것은 아니다. The binder flocculant (also referred to as pH regulator) is used to agglomerate the binder so that the binder adheres to the inorganic fiber better, and is used to adjust the pH of the slurry to preferably 5.5 to 6.5. As such a coagulant, a binder coagulant conventionally used in the wet production of the inorganic fiber mat can be used without limitation, and an aqueous solution of aluminum sulfate is preferably used. More preferably, an aqueous solution of aluminum sulfate at a concentration of about 0.1 to 10% by weight is used. The binder flocculant is preferably used in an amount such that the slurry has a pH of 5.5 to 6.5, and by controlling the pH, weakens the electrical double layer of the binder particles stabilized in an emulsion state, thereby making them unstable and causing the binder particles to agglomerate. It works. The binder flocculant is typically 0.025 to 0.1 parts by weight per 100 parts by weight of slurry, but is not limited thereto.
또한 필요에 따라 상기한 바와 같은 소포제, 분산제 등의 첨가제가 슬러리에 더 투입될 수도 있다In addition, additives such as antifoaming agents and dispersants as described above may be further added to the slurry as necessary.
상기 바인더 응집제는 무기 섬유와 유기 바인더 물질을 물에 고루 분산시킨 후 첨가하는데, 바인더 응집제의 초기 양이나 농도에 의해 슬러리 내 응집력의 세기와 응집의 양상을 조절할 수 있으며, 응집제를 첨가한 후 적당한 속도의 추가적인 교반에 의해서도 응집력의 세기와 응집의 양상을 조절 할 수 있다.The binder flocculant is added after dispersing the inorganic fiber and the organic binder material evenly in water, and the strength and cohesion of the cohesion in the slurry can be controlled by the initial amount or concentration of the binder flocculant, and the appropriate speed after adding the flocculant Additional agitation can also be used to control the strength of cohesion and the mode of cohesion.
다음으로, 무기 섬유와 바인더 물질을 응집시킨 후에는 결과 혼합물을 탈수 및 건조하여 무기 섬유 매트를 제조한다.Next, after agglomeration of the inorganic fibers and the binder material, the resultant mixture is dehydrated and dried to prepare an inorganic fiber mat.
탈수 장치로는 공지의 압착식 시트 제조장치 내지 매트 제조장치가 제한없이 사용가능하고, 건조방식으로는 대기건조, 가열건조 등의 공지의 건조방식을 사용할 수 있다.As the dehydration apparatus, a known press-type sheet manufacturing apparatus or a mat manufacturing apparatus can be used without limitation, and as a drying method, a known drying method such as air drying or heat drying may be used.
본 발명에서 채택가능한 습식법의 일 구체예에 따르면, 상기 (3) 단계에서는 바인더 응집제에 의해 응집된 슬러리를 통상적인 제지기에 투입한 후 탈수, 혹은 진공탈수하여 매트로 성형한다. 이어서 경우에 따라 추가적인 압착 과정을 거치고 잔존하는 수분을 최종적으로 건조시킨다. 건조방식으로는 일반적인 대기건조 또는 150℃ 이하의 가열건조가 적당하다. 최종 건조된 매트를 스탬핑(stamping) 또는 다이 컷팅(die cutting)과 같은 수단에 의해 원하는 형태로 절단함으로써 무기 섬유 매트를 제조한다.According to one embodiment of the wet method adopted in the present invention, in the step (3), the slurry agglomerated by the binder flocculant is introduced into a conventional paper machine and then dewatered or vacuum dewatered to form a mat. Subsequently, an additional pressing process is optionally performed, and the remaining moisture is finally dried. As a drying method, general air drying or heat drying below 150 ° C. is suitable. Inorganic fiber mats are prepared by cutting the final dried mat into desired shapes by means such as stamping or die cutting.
1-2. 무기 섬유 매트의 건식 제조 방법1-2. Dry manufacturing method of inorganic fiber mat
한편, 본 발명에서 사용되는 비팽창성 무기 섬유 매트를 제조하는 방법 중 건식법의 바람직한 일 구체예로는, 혼합 무기 섬유를 적층하여 매트를 제조하고; 제조된 매트에 바인더 물질을 첨가하고; 결과 매트를 탈수 및 건조하는 단계를 포함하는 비팽창성 매트 제조방법을 들 수 있다.On the other hand, as a preferred embodiment of the dry method of the method for producing a non-expandable inorganic fiber mat used in the present invention, by mixing a mixed inorganic fiber to prepare a mat; Adding a binder material to the prepared mat; Non-expandable mat manufacturing method including the step of dewatering and drying the result mat.
상기 건식법에 있어서, 무기 섬유 및 바인더 물질은 앞서 설명한 바와 같다.In the dry method, the inorganic fibers and the binder material are as described above.
상기 건식법에서는, 결정성 무기 섬유를 바람직하게는 80 중량% 이상 포함하는 혼합 무기 섬유를 사용하여 부직포 매트를 제조한다. In the dry method, the nonwoven fabric mat is produced using the mixed inorganic fibers containing preferably 80% by weight or more of crystalline inorganic fibers.
상기 부직포 매트는 통상의 방법에 따라 제조될 수 있다. 예컨대, 무기 섬유를 해머 밀이나 블로어를 이용해 개별화한 다음 통상의 웹(web) 형성 기계(carding machine)로 이송하고, 여기에서 무기 섬유를 와이어 스크린 또는 메쉬 벨트(금속 혹은 나일론 벨트) 상으로 이동시켜 웹을 형성한다. 웹 형성이 이루어지면 추가로 에멀젼 접착제를 이용해 무기 섬유들을 접착시키거나, 니들(needle)천공 또는 스티치(stitch) 결합을 실시하여 부직포 매트를 제조하게 되는데, 가공의 편이성을 위 해서 부직포 매트는 보조물 필름상에서 형성될 수도 있으며, 무기 섬유의 길이에 따라서는 보조물 없이 니들(needle)천공이나 스티치(stitch)결합만으로도 충분한 취급성으로 부직포 매트를 제조할 수 있다. 또한 웹 형성 과정 중에 혹은 매트 제조 후에 적절한 유기 바인더를 스프레이 또는 침지에 의해 첨가함으로써 이후의 가공성을 향상시킬 수도 있다.The nonwoven mat can be prepared according to conventional methods. For example, the inorganic fibers may be individualized with a hammer mill or blower and then transferred to a conventional web carding machine, where the inorganic fibers may be moved onto a wire screen or mesh belt (metal or nylon belt). Form the web. When the web is formed, the inorganic fibers are further bonded using an emulsion adhesive, or needle punching or stitch bonding is performed to prepare the nonwoven mat. For the convenience of processing, the nonwoven mat is an auxiliary film. It can be formed on the nonwoven fabric, and depending on the length of the inorganic fiber, the nonwoven mat can be produced with sufficient handleability by needle drilling or stitch bonding without an auxiliary material. Further workability may be improved by adding an appropriate organic binder by spraying or dipping during web formation or after mat manufacture.
다음으로, 상기와 같이 하여 제조된 건식 매트에 바인더 물질을 첨가한다. Next, a binder material is added to the dry mat prepared as described above.
상기 바인더 물질, 특히 유기 바인더 물질은 용액 (또는 분산액, 이하 '용액'으로 통칭한다)의 형태로 첨가되며, 침지 또는 스프레이 코팅 등에 의하여 건식 매트에 첨가된다. 바인더 용액에는 용매 (또는 분산매, 이하 '용매'로 통칭한다) (기본적으로 바인더 물질이 분산 또는 용해되어 있는 매질과 같은 종류로서 수성 아크릴계 중합체의 에멀젼을 유기 바인더로 사용하는 경우에는 바인더 용액의 용매도 물인 것이 바람직하다) 100 중량부당 0.1 내지 50 중량부의 바인더 물질이 포함되는 것이 바람직하다. 아울러 바인더 용액에는 필요에 따라 분산제 및 계면활성제 등과 같은 첨가제가 더 포함될 수 있다. 또한 침지 또는 스프레이 코팅에 의해 건식 매트에 첨가되는 바인더 물질의 양은 건식 매트 100 중량부당 1 내지 15 중량부인 것이 바람직하고, 1 내지 8 중량부인 것이 보다 바람직하다. 바인더 물질의 첨가량이 건식 매트 100 중량부당 1 중량부 미만이면 매트의 탄력성이 나빠질 수 있고, 15 중량부를 초과하면 유기 바인더 물질이 고온에서 열화되어 매트의 장착압력에 손실을 가하게 될 우려가 있다.The binder material, in particular the organic binder material, is added in the form of a solution (or dispersion, hereafter referred to as 'solution') and added to the dry mat by dipping or spray coating or the like. In the binder solution, a solvent (or dispersion medium, hereinafter referred to as 'solvent') is basically the same kind of medium in which the binder material is dispersed or dissolved. When the emulsion of the aqueous acrylic polymer is used as the organic binder, the solvent of the binder solution is also used. It is preferred to include 0.1 to 50 parts by weight of the binder material per 100 parts by weight). In addition, the binder solution may further include additives such as a dispersant and a surfactant, as necessary. In addition, the amount of the binder material added to the dry mat by dipping or spray coating is preferably 1 to 15 parts by weight, more preferably 1 to 8 parts by weight per 100 parts by weight of the dry mat. If the amount of the binder material added is less than 1 part by weight per 100 parts by weight of the dry mat, the elasticity of the mat may be deteriorated. If the amount of the binder material exceeds 15 parts by weight, the organic binder material may deteriorate at a high temperature, which may cause a loss in the mounting pressure of the mat.
다음으로, 상기 1차 유기 바인더 물질이 첨가된 매트를 탈수 및 건조한다. 탈수 장치로는 공지의 압착식 시트 제조장치 내지 매트 제조장치가 제한없이 사용가능하고, 건조방식으로는 대기건조, 가열건조 등의 공지의 건조방식을 사용할 수 있다.Next, the mat to which the primary organic binder material is added is dehydrated and dried. As the dehydration apparatus, a known press-type sheet manufacturing apparatus or a mat manufacturing apparatus can be used without limitation, and as a drying method, a known drying method such as air drying or heat drying may be used.
상기 습식법 또는 건식법에 의한 비팽창성 매트 제조방법은, 필요에 따라, 제조된 무기 섬유 매트의 표면에 추가 유기 바인더 물질을 스프레이 또는 코팅하고 이를 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이렇게 추가 바인더 물질을 매트 표면에 스프레이 또는 코팅하면, 보다 적은 바인더 함량으로도 매트의 기계적 물성을 향상시킬 수 있다.The non-expandable mat manufacturing method by the wet method or the dry method may further include spraying or coating an additional organic binder material on the surface of the prepared inorganic fiber mat and drying it. Spraying or coating additional binder material onto the mat surface can improve the mechanical properties of the mat with a smaller binder content.
상기 추가 유기 바인더 물질은 용액의 형태로 제조된 뒤, 침지 또는 스프레이 코팅 등에 의하여 매트 표면에 첨가되며, 바람직하게는 소수성 중합체가, 더 바람직하게는 아크릴계 중합체, 우레탄계 중합체, 고무계 중합체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되며, 수성 라텍스 또는 에멀젼의 형태로 사용된다. 가장 바람직하게는 아크릴계 중합체의 수성 라텍스 또는 에멀젼이 사용된다. 이후의 건조방식으로는 일반적인 대기건조 또는 150℃ 이하의 가열건조 등 공지의 건조방법을 이용할 수 있으며, 특히 가열건조하여 침지 또는 스프레이 코팅된 추가 유기 바인더 물질을 경화시키는 것이 바람직하다. The additional organic binder material is prepared in the form of a solution and is then added to the mat surface by dipping or spray coating, preferably with a hydrophobic polymer, more preferably with an acrylic polymer, urethane polymer, rubber polymer and mixtures thereof. It is selected from the group consisting of and used in the form of an aqueous latex or emulsion. Most preferably an aqueous latex or emulsion of acrylic polymer is used. As a subsequent drying method, a known drying method such as general air drying or heating drying at 150 ° C. or lower may be used, and it is particularly preferable to heat-dry to cure the additional organic binder material immersed or spray-coated.
상기한 바와 같이 습식법 또는 건식법에 의해 제조된 비팽창성 매트는, 압축공정과 같은 추가적인 고밀도화 공정 없이도 높은 수준의 초기벌크밀도 및 장착 밀도를 가질 수 있으나, 이를 더 향상시키기 위하여 탈수 및 건조 완료 후 추가적인 고밀도화 공정을 더 거쳐도 무방하다.As described above, the non-expandable mat manufactured by the wet method or the dry method may have a high level of initial bulk density and a mounting density without an additional densification process such as a compression process, but to further improve the additional density after the completion of dehydration and drying It may be further processed.
2. 세라믹 필터2. ceramic filter
본 발명에서는 통상의 제법에 의해 제조되는 세라믹 필터를 제한없이 사용할 수 있다. 따라서, 세라믹 파이버 및 바인더를 포함하는 그린 페이퍼 제조용 슬러리로부터 세라믹 그린 페이퍼를 제조하고, 여기에 필요에 따라 추가적인 코팅을 행한 후, 이를 허니컴 등과 같이 원하는 형태로 제작하여 얻어지는 세라믹 필터를 사용할 수도 있고, 세라믹 그린 페이퍼를 허니컴 등의 형태로 먼저 제작한 후 추가적인 코팅을 가하여 얻어지는 세라믹 필터를 사용할 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present invention, a ceramic filter produced by a conventional manufacturing method can be used without limitation. Therefore, a ceramic filter obtained by manufacturing a ceramic green paper from a slurry for producing green paper including a ceramic fiber and a binder, additionally coating it as necessary, and then manufacturing the ceramic green paper in a desired shape such as honeycomb or the like may be used. It is also possible to use a ceramic filter obtained by first producing the green paper in the form of honeycomb or the like and then applying an additional coating, but is not limited thereto.
본 발명의 바람직한 구체예에 따르면, 다공성 세라믹 그린 페이퍼를 알루미늄 실리케이트 용액으로 1차적으로 코팅함으로써 프라이머층을 형성하고, 상기 알루미늄 실리케이트로 이루어진 층과의 부착력이 우수하며 점도가 낮은 알루미늄 포스페이트 용액을 이용하여 2차적으로 코팅함으로써 무기 결합제의 전구체를 형성한 다음, 고온에서 열처리를 하여 제조되는 다공성 세라믹 페이퍼를 파형화한 후 허니컴 형태로 제작된 세라믹 필터가 사용된다. 이렇게 제조된 세라믹 필터는, 기계적 강도가 우수하고 기공율도 우수하게 유지시킬 수 있다는 장점이 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, the porous ceramic green paper is first coated with an aluminum silicate solution to form a primer layer, and using an aluminum phosphate solution having excellent adhesion to the layer made of the aluminum silicate and having a low viscosity. By coating the secondary binder to form a precursor of the inorganic binder, and then corrugated the porous ceramic paper produced by heat treatment at high temperature, a ceramic filter manufactured in the form of honeycomb is used. The ceramic filter manufactured as described above has an advantage of maintaining mechanical strength and porosity excellently.
이하에서는, 상기 바람직한 세라믹 필터의 제법에 관하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the manufacturing method of the said preferable ceramic filter is demonstrated in detail.
세라믹 필터의 제조에 사용되는 상기 세라믹 파이버는 약 1200℃ 이상의 고온에서 견딜 수 있는 물질로 이루어져야 하며, 알루미나 및 알루미노 실리케이트 등의 알루미나 또는 실리카가 하나 이상 포함된 것을 사용할 수 있는데, 예를 들면 알루미나, 알루미노 실리케이트, 알루미노 보로실리케이트, 뮬라이트 및 상기 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 사용할 수 있다. 한편, 상기 세라믹 파이버는 일반적으로 1∼20 마이크론의 직경을 가지며 길이는 0.1∼10mm, 바람직하게는 0.1∼1mm인 것을 사용할 수 있는데, 길이가 0.1mm 미만인 때에는 제조된 페이퍼의 강도가 매우 약하게 되며, 10mm를 초과하는 때에는 파이버를 균일하게 분산시키기 어렵기 때문에 페이퍼의 불균일화를 야기할 수 있다. The ceramic fiber used in the manufacture of the ceramic filter should be made of a material that can withstand a high temperature of about 1200 ℃ or more, it may be used that includes one or more alumina or silica, such as alumina and aluminosilicate, for example, alumina, At least one selected from the group consisting of aluminosilicate, alumino borosilicate, mullite, and mixtures of two or more thereof may be used. On the other hand, the ceramic fiber generally has a diameter of 1 to 20 microns and a length of 0.1 to 10 mm, preferably 0.1 to 1 mm can be used, when the length is less than 0.1 mm, the strength of the produced paper is very weak, When it exceeds 10 mm, it is difficult to uniformly disperse the fibers, which may cause unevenness of the paper.
상기 슬러리 용액 내의 세라믹 파이버의 함량은 슬러리 용액 내의 고형분을 기준으로 50∼80중량%일 수 있으며, 70∼80중량%가 더욱 바람직한데, 그 이유는 소성 후 페이퍼의 형체를 유지하고 기공의 균일도를 유지하기 위함이다.The content of the ceramic fiber in the slurry solution may be 50 to 80% by weight based on the solid content in the slurry solution, more preferably 70 to 80% by weight, because the paper maintains the shape of the paper after firing and uniformity of pores To maintain.
상기 슬러리 용액에 사용되는 물의 양은 중요한 것이 아니고 전체 공정을 원활하게 유지하는 정도면 된다. 공정상에서 물을 원활하게 제거하기 위해 제지 장치에 연결된 진공 펌프를 통해 과량의 물을 제거하고 압착기를 통해 잔존하는 과량의 물을 제거할 수 있다.The amount of water used in the slurry solution is not critical, and may be just enough to keep the entire process smooth. In order to remove water smoothly in the process, excess water can be removed through a vacuum pump connected to the papermaking device and the excess water can be removed through the press.
상기 세라믹 그린 페이퍼는 당업계에서 통상적으로 사용되는 제지법을 사용하여 제조할 수 있으며, 이때 사용되는 슬러리 용액은 상기 세라믹 파이버 이외에 유기 파이버를, 바람직하게는 침엽수 펄프, 우드 파이버, 헴프(hemp)와 같은 천연 파이버; 나일론, 레이욘, 폴리에스터, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 아라미드 또는 아크릴과 같은 합성 파이버; 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 유기 파이버를 포함하며, 소량의 유기 바인더를 더 포함할 수 있다. The ceramic green paper may be prepared using a papermaking method commonly used in the art, wherein the slurry solution used is organic fiber in addition to the ceramic fiber, preferably conifer pulp, wood fiber, hemp and Such as natural fiber; Synthetic fibers such as nylon, rayon, polyester, polypropylene, polyethylene, aramid or acrylic; And one or more organic fibers selected from the group consisting of a mixture thereof, and may further include a small amount of organic binder.
상기 유기파이버의 함량은 상기 세라믹 파이버 100중량부에 대하여 5∼30중량부인 것이 바람직한데, 5중량부 미만인 때에는 그린페이퍼 제조 후 인장강도가 유지되지 않아 파형화를 하기가 어렵고, 30중량부를 초과하는 때에는 소성후 기공율이 과도하게 증가하여 강도가 약해질 염려가 있다.The content of the organic fiber is preferably 5 to 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the ceramic fiber. When the content is less than 5 parts by weight, the tensile strength is not maintained after the green paper is manufactured. At this time, the porosity increases excessively after firing, and the strength may be weakened.
한편, 상기 슬러리 용액에 포함될 수 있는 유기바인더는 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 예컨대, 메틸 셀룰로즈, 히드록시에틸 셀룰로즈, 소듐 카르복시메틸 셀룰로즈, 정제된 녹말, 덱스트린, 폴리비닐 알콜, 폴리비닐 부티랄, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜, 파라핀, 왁스 에멀젼, 미결정 왁스(microcrystalline wax) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 사용할 수 있다. 상기 유기바인더의 함량은 상기 세라믹 파이버 100중량부에 대하여 5∼20중량부일 수 있는데, 5중량부 미만인 때에는 파이버 상호간의 결합이 이루어지지 않고, 20중량부를 초과하는 때에는 세라믹 그린 페이퍼의 유동성이 불필요하게 커지고, 접착성이 나타나기 때문에 작업성이 떨어질 염려가 있다.On the other hand, the organic binder that can be included in the slurry solution is not particularly limited as long as it is commonly used in the art, for example, methyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, sodium carboxymethyl cellulose, purified starch, dextrin, polyvinyl alcohol, One or more selected from the group consisting of polyvinyl butyral, polymethylmethacrylate, polyethylene glycol, paraffin, wax emulsion, microcrystalline wax, and mixtures thereof can be used. The content of the organic binder may be 5 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the ceramic fiber. When the content is less than 5 parts by weight, the fibers are not bonded to each other. When the organic binder exceeds 20 parts by weight, the flowability of the ceramic green paper is unnecessary. Since it becomes large and adhesiveness appears, there exists a possibility that workability may fall.
한편, 상기 슬러리 용액은 상기 유기바인더의 세라믹 파이버 또는 유기파이버에 대한 부착성을 향상시키기 위하여 pH를 감소시키는 pH 조절제를 더 포함할 수 있는데 이러한 pH 조절제는 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이면 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있으며, 예를 들어 암모늄 알루미늄 설페이트(알룸)를 사용하여, 슬러리 용액의 pH를 5.5에서 6.5사이로 유지시킬 수 있다.On the other hand, the slurry solution may further include a pH adjusting agent for reducing the pH in order to improve the adhesion of the organic binder to the ceramic fiber or the organic fiber, such pH adjusting agent is not particularly limited as long as it is commonly used in the art. Can be used, for example, using ammonium aluminum sulphate (alum) to maintain the pH of the slurry solution between 5.5 and 6.5.
상기 알루미늄 실리케이트 용액은 알코올, 바람직하게는 C1~C6의 저급 알코올, 질산알루미늄, 테트라알킬 오르토실리케이트, 바람직하게는 테트라에틸 오르토실리케이트(tetraethyl ortho-silicate, TEOS)와 같은 테트라-C1~C6 저급알킬 오르토실리케이트 및 염산을 포함하는 것이 바람직하며, 세라믹 그린 페이퍼 내의 세라믹 파이버 성분과 유사한 실리케이트, 알루미늄 등의 성분을 포함하기 때문에 세라믹 그린 페이퍼와의 부착력 또는 친화력이 우수하며, 2차 코팅액으로 사용하는 알루미늄 포스페이트 용액과의 친화력도 뛰어나다는 장점이 있다. 따라서 상기 알루미늄 실리케이트 용액은 상기 세라믹 그린 페이퍼를 보호하는 역할을 함과 동시에, 2차적으로 코팅하는 알루미늄 포스페이트 용액과의 부착력도 증가시키는 역할을 하는 것이다. 상기 알루미늄 실리케이트 용액을 열처리 한 후에 생성되는 알루미늄 실리케이트 층은 최종 세라믹 필터에서, 내부의 세라믹 페이퍼와 최외각의 알루미늄 포스페이트층 사이에 개재되어, 버퍼층 또는 프라이머층으로써의 역할을 한다. 상기 알루미늄 실리케이트 용액 내의 구성성분의 함량은 TEOS 1몰을 기준으로 알코올 0.2∼0.5몰, 질산알루미늄 0.01∼0.02몰 및 염산 0.1x10-3 ∼ 0.2x10- 3몰일 수 있는데, 상기 알코올의 양이 0.2몰 미만이면 상기 질산알루미늄을 용해시키기에 충분하지 않은 양이고, 0.5몰을 초과하게 되면 전체 알루미늄 실리케이트 용액의 농도가 떨어져서 적절한 두께의 코팅층을 형성하기 어렵다. The aluminum silicate solution is an alcohol, preferably a lower alcohol of C 1 to C 6 , aluminum nitrate, tetraalkyl orthosilicate, preferably tetra-C 1 to C such as tetraethyl ortho-silicate (TEOS). 6 It is preferable to include lower alkyl orthosilicate and hydrochloric acid, and because it contains components such as silicate and aluminum similar to ceramic fiber component in ceramic green paper, it has excellent adhesion or affinity with ceramic green paper and is used as secondary coating solution. It also has the advantage of excellent affinity with the aluminum phosphate solution. Therefore, the aluminum silicate solution serves to protect the ceramic green paper, and also to increase adhesion to the aluminum phosphate solution to be coated secondarily. The aluminum silicate layer formed after the heat treatment of the aluminum silicate solution is interposed between the inner ceramic paper and the outermost aluminum phosphate layer in the final ceramic filter and serves as a buffer layer or a primer layer. The aluminum silicate content is configured with an alcohol 0.2 to 0.5 molar, from 0.01 to 0.02 mol of aluminum nitrate and hydrochloric acid 0.1x10 -3 ~ 0.2x10 based on the TEOS 1 mole of the components in solution - may 3 mole, the amount of the alcohol of 0.2 mole If it is less than the amount is not enough to dissolve the aluminum nitrate, and if it exceeds 0.5 mol, the concentration of the total aluminum silicate solution is difficult to form a coating layer of the appropriate thickness.
또한, 질산알루미늄의 양이 0.01몰 미만이면 알루미늄 실리케이트가 형성되기 어렵고, 0.02몰을 초과하게 되면 알코올에 잘 용해되지 않는다. 일반적으로 사 용되는 콜로이달 알루미나의 경우에는 이를 세라믹 페이퍼에 코팅하는 경우, 표면 전하를 고려해야 하는데, 그 이유는 세라믹 페이퍼가 일반적으로 양전하를 띠며 상기 콜로이달 알루미나도 양전하를 띠기 때문에 전하간의 반발력에 의해 코팅이 용이하지 않기 때문이다. 그러나, 본 발명에서는 질산알루미늄을 사용하며, 상기 질산알루미늄은 알코올에 용해되어, 이온상태로 존재하며 용액 전체적으로 중성이기 때문에 세라믹 페이퍼에 코팅시 전하를 고려할 필요가 전혀 없으며 부착력이 우수하다는 장점이 있다. In addition, when the amount of aluminum nitrate is less than 0.01 mole, aluminum silicate is less likely to be formed, and when it exceeds 0.02 mole, it does not dissolve well in alcohol. In the case of commonly used colloidal alumina, the surface charge should be considered when coating it on ceramic paper, because ceramic paper is generally positively charged and the colloidal alumina is also positively charged. This is because the coating is not easy. However, in the present invention, aluminum nitrate is used, and since the aluminum nitrate is dissolved in alcohol, is present in an ionic state and is neutral throughout the solution, there is no need to consider charge when coating on ceramic paper, and there is an advantage in that adhesion is excellent.
한편, 사용되는 염산의 양이 0.1x10-3 몰 미만이면 가수분해 반응이 잘 일어나지 않고, 0.2x10- 3몰을 초과하게 되면 가수분해의 속도가 빨라져서 입자형태의 겔 형성이 급속하게 이루어지게 되며 분산도가 떨어지게 되어 기공 폐색현상이 발생할 우려가 있다. On the other hand, the amount of hydrochloric acid used is less than 0.1x10 -3 mol does not occur well the hydrolysis reaction, 0.2x10 - When more than three moles of the hydrolysis rate is ppalrajyeoseo be fulfilled the gel-forming particles in the form of the fast-dispersing There is a risk of pore obstruction caused by the fall of the degree.
종래기술에서 사용되어 오던 콜로이달 실리카의 경우에는 이미 입자상이 형성되어 겔화된 것으로서, 코팅시 표면전하를 고려해야 하고, 상기 입자 때문에 기공폐색 현상이 발생할 염려가 있었지만, 본 발명에 사용되는 알루미늄 실리케이트 용액은 염산의 농도를 조절하여 TEOS가 가수분해된 후, 입자 형성 및 겔화가 이루어지기 전단계에서 코팅을 하기 때문에 코팅액의 접착력이 우수하고 입자 및 표면의 전하를 전혀 고려할 필요가 없다는 장점이 있다. In the case of colloidal silica, which has been used in the prior art, it has already been formed and gelled in the form of particles, and it is necessary to consider surface charge during coating, and pore occlusion may occur due to the particles, but the aluminum silicate solution used in the present invention After the TEOS is hydrolyzed by adjusting the concentration of hydrochloric acid, the coating is performed before the particle formation and gelation is performed, so that the adhesion of the coating solution is excellent and there is no need to consider the charge of the particles and the surface at all.
상기 알루미늄 실리케이트 용액을 사용하지 않고, 후술하는 알루미늄 포스페이트 용액을 직접 사용하게 되면, 세라믹 파이버와의 부착력이 떨어질 뿐만 아니 라, 알루미늄 포스페이트 용액 자체가 수용액 베이스이기 때문에 코팅 또는 함침시, 유기파이버로 사용되는 펄프 등이 수용액에 의해 퍼지는 현상이 나타나며, 건조 후에 그린 페이퍼 형태의 변형이 일어날 염려가 있으나, 본 발명에서 1차 코팅액으로서 사용되는 알루미늄 실리케이트 용액은 알코올 용액이기 때문에 상기와 같은 펄프의 변형이 없고, 1차 코팅 및 건조시 세라믹 파이버를 코팅하고 있는 실리케이트 때문에 2차 코팅 공정에서 수용액을 사용하더라도 그린 페이퍼의 원형을 그대로 유지할 수 있다는 장점이 있다.When the aluminum phosphate solution described below is used directly without using the aluminum silicate solution, the adhesion force with the ceramic fiber is reduced, and since the aluminum phosphate solution itself is an aqueous solution base, it is used as an organic fiber during coating or impregnation. The phenomenon that the pulp and the like is spread by the aqueous solution, and there is a fear that the deformation of the green paper form may occur after drying, but because the aluminum silicate solution used as the primary coating liquid in the present invention is an alcohol solution, there is no deformation of the pulp as described above. Because of the silicate coating the ceramic fiber during the primary coating and drying, even if an aqueous solution is used in the secondary coating process, the original shape of the green paper can be maintained as it is.
한편, 상기 알루미늄 실리케이트 용액은 소량의, 바람직하게는 0.1~10 중량%의 붕산을 더 포함함으로써 섬유간의 결합력을 증가시킬 수 있는데, 상기 붕산의 역할은 알루미늄 이온을 부분적으로 치환하여 무기바인더의 결합력을 증가시키고 고온에서의 열적안정성에 기여하는 것이다.On the other hand, the aluminum silicate solution may increase the bonding strength between fibers by further comprising a small amount, preferably 0.1 to 10% by weight of boric acid, the role of the boric acid is to partially replace the aluminum ions to improve the binding strength of the inorganic binder. Increase and contribute to thermal stability at high temperatures.
상기 알루미늄 포스페이트 용액은 질산알루미늄 및 인산을 포함하며 P/Al 원자비는 3∼50인 것일 수 있는데, 상기 원자비가 3미만인 때에는 알루미나의 용해도가 매우 작고 알루미늄 포스페이트의 형성이 원활하지 않을 염려가 있으며, 50을 초과하는 경우에는 인산이 과량이기 때문에 알루미나의 농도가 적어 코팅성이 떨어지고 파이버의 표면이 손상되어 강도를 약화시킬 염려가 있다.The aluminum phosphate solution may include aluminum nitrate and phosphoric acid, and the P / Al atomic ratio may be 3 to 50. When the atomic ratio is less than 3, the solubility of alumina may be very small and the formation of aluminum phosphate may not be smooth. If the amount exceeds 50, the phosphoric acid is excessive, so the concentration of alumina is low, resulting in poor coating properties, and the surface of the fiber may be damaged to weaken the strength.
기존에 알려진 알루미늄 포스페이트 결합제는 제조시 인산에 수산화알루미늄을 용해시켜 사용하는데, 이 경우 해리된 수산화 이온이 용액 내의 수소이온 농도에 변화를 주어 용액의 점성이 높아지고 침지 후 건조하면 섬유 사이의 기공이 폐색되는 현상이 나타날 수 있으며, 이에 의해 세라믹 페이퍼의 기체 투과도가 낮아 질 염려가 있었다. 그러나, 본 발명에서 사용하는 질산알루미늄의 경우에는 수소이온농도에 영향을 주지 않기 때문에 제조된 알루미늄 포스페이트 용액의 점성이 낮으며 따라서 세라믹 페이퍼에 균일하게 코팅가능하고 기공 폐색현상을 방지할 수 있다.Known aluminum phosphate binders are used by dissolving aluminum hydroxide in phosphoric acid during manufacture.In this case, dissociated hydroxide ions change the concentration of hydrogen ions in the solution, increasing the viscosity of the solution and drying after immersion. This phenomenon may occur, thereby lowering the gas permeability of the ceramic paper. However, the aluminum nitrate used in the present invention does not affect the hydrogen ion concentration, so the viscosity of the prepared aluminum phosphate solution is low, and thus it is possible to coat the ceramic paper uniformly and to prevent pore blocking.
상기 알루미늄 포스페이트 용액 중 알루미늄 포스페이트의 중량은 고체 함유량을 기준으로 1∼80중량%인 것일 수 있는데, 1중량% 미만인 경우에는 필요한 양을 코팅 시키기 위해 여러 번의 반복 작업을 거쳐야 하며 80중량% 이상인 경우에는 과량의 알루미늄 포스페이트가 기공 사이에 남아, 기공 폐색 현상이 나타날 염려가 있다.The weight of the aluminum phosphate in the aluminum phosphate solution may be 1 to 80% by weight based on the solids content, if less than 1% by weight must be repeated several times to coat the required amount, if more than 80% by weight Excess aluminum phosphate remains between the pores, causing pore blockage.
세라믹 필터를 소성한 후에 세라믹 필터 내에 존재하는 알루미늄 포스페이트층은 Al(PO3)3 (aluminum metaphosphate) 및 AlPO4 (aluminum orthophophate)의 두가지 상(phase)이 혼합되어 존재한다고 판단된다. After firing the ceramic filter, the aluminum phosphate layer present in the ceramic filter is determined to exist by mixing two phases of Al (PO 3 ) 3 (aluminum metaphosphate) and AlPO 4 (aluminum orthophophate).
한편, 상기 알루미늄 포스페이트 용액은 마그네슘이온, 칼슘이온 및 붕산으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 더 포함하는 것일 수 있으며, 이들은 알루미늄 이온을 부분적으로 치환함으로써 무기바인더의 결합력과 열적 안정성을 향상시키는 역할을 한다. On the other hand, the aluminum phosphate solution may further include one or more selected from the group consisting of magnesium ions, calcium ions and boric acid, they serve to improve the bonding strength and thermal stability of the inorganic binder by partially substituting aluminum ions. .
상기에서 세라믹 그린 페이퍼를 알루미늄 실리케이트 및 알루미늄 포스페이트 용액으로 코팅시키기 위한 공정은 특별히 제한되지 않으며, 예컨대, 함침 또는 분사 등에 의할 수 있다. 한편, 상기 알루미늄 포스페이트 용액은 물 및 침투용매 의 혼합용매를 더 포함하는 것이 바람직한데, 침투용매로는 에탄올 또는 이소프로필 알코올을 사용할 수 있으며, 상기 침투용매의 함량은 물에 대하여 1∼30중량%가 적절하다. 상기 침투용매의 함량이 1중량% 미만인 경우에는 역할이 원활치 않고 30중량%를 초과하는 때에는 알루미늄 포스페이트의 석출을 일으킬 수 있다.The process for coating the ceramic green paper with aluminum silicate and aluminum phosphate solution is not particularly limited, and may be, for example, by impregnation or spraying. Meanwhile, the aluminum phosphate solution may further include a mixed solvent of water and a penetrating solvent. As the penetrating solvent, ethanol or isopropyl alcohol may be used, and the content of the penetrating solvent is 1 to 30% by weight with respect to water. Is appropriate. If the content of the penetrating solvent is less than 1% by weight, the role may not be smooth and may cause precipitation of aluminum phosphate when it exceeds 30% by weight.
상기 1차 코팅액 및 2차 코팅액을 코팅하는 단계는 한번만 수행해도 무방하지만, 강도를 향상시키기 위해서 상기 코팅, 건조, 소성 후 또 다시 1차 코팅액과 2차 코팅액을 사용하여 코팅하고 건조시킨 후 소성하는 단계를 더 거칠 수도 있다.The coating of the first coating liquid and the second coating liquid may be performed only once, but in order to improve the strength, the coating, drying, and firing are further coated with the first coating liquid and the second coating liquid, dried, and then fired. The steps may be further roughened.
한편, 상기 1차 코팅 이후에 지르코늄 아세테이트 수용액을 사용하여 추가적으로 코팅할 수 있는데, 이 경우에는 소성시 지르코니아가 형성됨으로써 세라믹 필터의 강도를 더 향상시킬 수 있다. 한편, 상기 지르코늄 아세테이트 용액은 상기 1차 코팅액과 혼합함으로써 제1 코팅단계에서 함께 코팅할 수 있지만, 상기 2차 코팅액과 혼합하게 되면, 지르코늄 포스페이트가 형성되어 침전이 생기는 문제가 있기 때문에 바람직하지 않다.On the other hand, after the primary coating it can be additionally coated using an aqueous solution of zirconium acetate, in this case, zirconia is formed during firing can further improve the strength of the ceramic filter. On the other hand, the zirconium acetate solution may be coated together in the first coating step by mixing with the primary coating solution, but when mixed with the secondary coating solution, zirconium phosphate is formed is not preferable because there is a problem that precipitation occurs.
상기 1차 코팅액과 2차 코팅액은 별개로 제조하여 코팅단계를 수행해야 하며, 이를 혼합하여 제조하는 경우에는 2차 코팅액에 존재하는 인산 때문에 TEOS의 가수분해가 급격히 일어나서 겔상태가 되어 버리므로 바람직하지 않다.The primary coating solution and the secondary coating solution should be prepared separately and the coating step should be carried out. In the case of mixing and preparing the coating solution, the hydrolysis of TEOS occurs rapidly due to the phosphoric acid present in the secondary coating solution. not.
상기에서 권취된 형태의 세라믹 필터를 소성하는 단계는 진공, 불활성가스 또는 공기 중에서 400∼1100℃에서 소성하는 것이 바람직한데, 상기 소성온도가 400℃ 미만인 때에는 유기성분의 제거가 완전히 이루어지지 않으며, 1100℃를 초과하는 때에는 상기 알루미늄 포스페이트가 변형이 되어 강도의 저하를 가져올 염려 가 있다.The firing of the ceramic filter in the wound form is preferably baked at 400 to 1100 ° C. in vacuum, inert gas or air. When the firing temperature is less than 400 ° C., the organic components are not completely removed, and the process is performed at 1100. When it exceeds C, the aluminum phosphate is deformed, which may lead to a decrease in strength.
상기한 바와 같이 하여 제조된 세라믹 필터는, 0.1~10mm 길이를 가지는 세라믹 파이버를 포함하고, 알루미늄 실리케이트층과 알루미늄 포스페이트 층으로 코팅된다. 그 형태는 다공성 세라믹 파형 페이퍼 및 세라믹 판형 페이퍼가 접착되어 있는 허니컴 구조인 것이 바람직하다. 또한, 이러한 세라믹 필터에 있어서, 바람직하게는 세라믹 필터에 사용되는 세라믹 페이퍼의 소성 후의 평균 피크 하중이 300g 이상이고, 가스 투과도가 12 cc/sec/cm2 이상이다.The ceramic filter manufactured as described above comprises a ceramic fiber having a length of 0.1 to 10 mm and is coated with an aluminum silicate layer and an aluminum phosphate layer. It is preferable that the form is a honeycomb structure to which porous ceramic corrugated paper and ceramic plate-shaped paper are bonded. Moreover, in such a ceramic filter, Preferably the average peak load after baking of the ceramic paper used for a ceramic filter is 300 g or more, and gas permeability is 12 cc / sec / cm <2>. Or more.
상기 세라믹 필터는 세라믹 그린페이퍼를 파형화하는 단계를 거친 후, 파형화된 세라믹 파형 페이퍼와 세라믹 판형 페이퍼를 접착하여 허니컴 형태로 제조되는 것이 바람직한데, 상기 1차 코팅액 및 2차 코팅액을 코팅하는 공정은 상기 허니컴 형태의 세라믹 필터를 제조한 후에 수행하는 것이 바람직하다. 상기 파형화는 당업계에서 통상적으로 사용되는 파형화 기기를 이용하여 수행할 수 있으며, 예컨대, 본 발명에서 사용될 수 있는 파형화 기기의 드럼은 골과 피치의 길이가 각각, 2mm와 3mm이며, 표면온도와 페이퍼의 공급속도가 조절 가능하도록 제작되어 있는 것이 바람직하다.The ceramic filter may be manufactured in a honeycomb form by adhering the corrugated ceramic corrugated paper and the ceramic plate-shaped paper after the corrugated ceramic green paper. The process of coating the first coating liquid and the second coating liquid Is preferably performed after preparing the honeycomb-type ceramic filter. The waveform may be performed using a waveform device commonly used in the art, for example, the drum of the waveform device that can be used in the present invention, the length of the bone and pitch is 2mm and 3mm, respectively, the surface It is preferable that the temperature and the feed rate of the paper are made to be adjustable.
상기 세라믹 필터에 사용되는 세라믹 판형 페이퍼 역시 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 상기에서 설명된 세라믹 그린 페이퍼를 그대로 사용할 수도 있다.Ceramic plate-like paper used in the ceramic filter is also not particularly limited as long as it is commonly used in the art, it is also possible to use the ceramic green paper described above as it is.
3. 무기 섬유 매트 일체형 세라믹 필터3. Inorganic fiber mat integrated ceramic filter
본 발명에 따른 무기 섬유 매트 일체형 세라믹 필터는, 바람직하게는, (1) 무기 섬유 매트의 한쪽 면에 유기 바인더를 코팅 또는 스프레이하는 단계; (2) 상기 (1) 단계에서 얻어진 무기 섬유 매트를 무기 섬유 매트용 슬러리에 함침시키는 단계; (3) 상기 (2) 단계에서 얻어진, 슬러리에 함침된 무기 섬유 매트를 세라믹 필터 외벽에 부착시키는 단계; 및 (4) 상기 (3) 단계에서 얻어진, 무기 섬유 매트가 부착된 세라믹 필터를 건조 및 열처리하는 단계를 포함하는 제조방법에 의해 제조된다.Inorganic fiber mat integrated ceramic filter according to the invention, preferably, (1) coating or spraying an organic binder on one side of the inorganic fiber mat; (2) impregnating the inorganic fiber mat obtained in the step (1) to the slurry for the inorganic fiber mat; (3) attaching the inorganic fiber mat impregnated in the slurry obtained in step (2) to the outer wall of the ceramic filter; And (4) drying and heat-treating the ceramic filter to which the inorganic fiber mat is attached, obtained in step (3).
본 발명의 무기 섬유 매트 일체형 세라믹 필터의 제조에 사용되는 무기 섬유 매트 및 세라믹 필터로는, 앞서 설명한 바와 같은 것들이 바람직하게 사용된다.As the inorganic fiber mat and the ceramic filter used in the manufacture of the inorganic fiber mat integrated ceramic filter of the present invention, those as described above are preferably used.
본 발명에 따른 무기 섬유 매트 일체형 세라믹 필터 제조방법의 (1) 단계에서는 무기 섬유 매트의 한쪽 면에 유기 바인더를 코팅 또는 스프레이한다. 여기에서 사용되는 유기 바인더는 소수성일 수도 있고 친수성일 수도 있으며, 본 명세서에서 앞서 설명한 바와 같은 것들이 적절히 사용될 수 있다. 본 (1) 단계에서는 무기 섬유 매트를 유기 바인더에 완전히 함침시키는 것이 아니라, 그 한쪽면에만 유기 바인더를 공지의 방법을 통해 코팅 내지 스프레이하여 도포시킨다. In step (1) of the method for preparing an inorganic fiber mat integrated ceramic filter according to the present invention, an organic binder is coated or sprayed on one side of the inorganic fiber mat. The organic binder used herein may be hydrophobic or hydrophilic, and those as previously described herein may be suitably used. In this step (1), the inorganic fiber mat is not completely impregnated with the organic binder, but the organic binder is coated or sprayed on only one side thereof by a known method.
본 발명에 따른 무기 섬유 매트 일체형 세라믹 필터 제조방법의 (2) 단계에서는, 상기 (1) 단계에서 얻어진 무기 섬유 매트를 무기 섬유 매트용 슬러리에 함침시킨다. 상기 무기 섬유 매트용 슬러리는 벤토나이트 클레이 1 내지 5 중량%, 실리카 졸 1 내지 5 중량% 및 고형분 10 내지 20 중량%를 포함하는 수성 슬러리인 것 이 바람직하다. 또한, 상기 무기 섬유 매트용 슬러리에 포함되는 상기 고형분은 SiC, 알루미나, 지르코니아 또는 실리카 등과 같은 세라믹 파우더인 것이 바람직하다. 상기 슬러리의 점도는 특별히 제한되지 않으며, 함침이 원활히 수행될 수 있으면 족하다.In step (2) of the method for producing an inorganic fiber mat integrated ceramic filter according to the present invention, the inorganic fiber mat obtained in the step (1) is impregnated into the slurry for the inorganic fiber mat. The slurry for the inorganic fiber mat is preferably an aqueous slurry containing 1 to 5% by weight of bentonite clay, 1 to 5% by weight of silica sol and 10 to 20% by weight of solid content. In addition, the solid content contained in the slurry for the inorganic fiber mat is preferably a ceramic powder such as SiC, alumina, zirconia or silica. The viscosity of the slurry is not particularly limited and may be sufficient if impregnation can be performed smoothly.
무기 섬유 매트가 무기 섬유 매트용 수계 슬러리에 완전히 함침되면, 무기 섬유 매트 본래의 탄성을 잃어 버리게 된다. 따라서, 본 발명에서는, 무기 섬유 매트를 무기 섬유 매트용 수계 슬러리에 완전히 함침시키기 이전에, 매트 한쪽 면을 유기 바인더로 코팅 내지 스프레이함으로써, 무기 섬유 매트가 슬러리에 의해 부분적으로 함침되어 그레이드(grade)화되도록 한다. 사용하는 유기 바인더의 종류에 따라 무기 섬유 매트용 슬러리의 친-소수성 성질을 결정하거나, 또는 무기 섬유 매트용 슬러리의 종류에 따라 유기 바인더의 친-소수성 성질을 결정하는 것이 바람직한데, 유기 바인더가 소수성이라면, 무기 섬유 매트용 슬러리는 친수성인 것이 함침의 그레이드화를 위해 바람직하며, 반대로 유기 바인더가 친수성이라면, 무기 섬유 매트용 슬러리는 소수성인 것이 바람직하다.When the inorganic fiber mat is completely impregnated with the aqueous slurry for the inorganic fiber mat, the original elasticity of the inorganic fiber mat is lost. Therefore, in the present invention, before the inorganic fiber mat is completely impregnated with the aqueous slurry for the inorganic fiber mat, by coating or spraying one side of the mat with an organic binder, the inorganic fiber mat is partially impregnated with the slurry and graded. To get angry. It is preferable to determine the hydrophilic property of the slurry for the inorganic fiber mat according to the type of the organic binder to be used, or to determine the hydrophilic property of the organic binder according to the type of the slurry for the inorganic fiber mat, wherein the organic binder is hydrophobic. If so, the slurry for the inorganic fiber mat is preferably hydrophilic for the grade of impregnation, and if the organic binder is hydrophilic, the slurry for the inorganic fiber mat is preferably hydrophobic.
본 발명에 따른 무기 섬유 매트 일체형 세라믹 필터 제조방법의 (3) 단계에서는, 상기 (2) 단계에서 얻어진, 슬러리에 함침된 무기 섬유 매트를 세라믹 필터 외벽에 부착시킨다. 부착은 통상 접착제에 의하여 이루어질 수 있으나, 이에 반드시 한정되는 것은 아니다, 접착제로는 바람직하게는 전분가루가 이용가능하며, 고온 열처리 후의 접착력을 증강시키기 위해 실리카 분말을 함께 사용하는 것이 보다 바람직하다.In step (3) of the method for manufacturing an inorganic fiber mat integrated ceramic filter according to the present invention, the inorganic fiber mat impregnated in the slurry obtained in step (2) is attached to the outer wall of the ceramic filter. The attachment may be made by an adhesive, but is not necessarily limited thereto. Starch powder may be preferably used as the adhesive, and it is more preferable to use silica powder together to enhance adhesion after high temperature heat treatment.
본 발명에 따른 무기 섬유 매트 일체형 세라믹 필터 제조방법의 (4) 단계에서는, 상기 (3) 단계에서 얻어진, 무기 섬유 매트가 부착된 세라믹 필터를 건조 및 열처리하여 무기 섬유 매트가 세라믹 필터에 일체형으로 결합되도록 한다. 상기 건조는 통상 상온~150℃에서 행해지며, 열처리는 진공, 불활성가스 또는 공기 중에서 400∼1100℃에서 수행하는 것이 바람직한데, 상기 열처리 온도가 400℃ 미만인 때에는 유기성분의 제거가 완전히 이루어지지 않으며, 1100℃를 초과하는 때에는 세라믹 필터 강도의 저하를 가져올 염려가 있다.In the step (4) of the method for manufacturing an inorganic fiber mat integrated ceramic filter according to the present invention, the inorganic fiber mat is integrally bonded to the ceramic filter by drying and heat-treating the ceramic filter with the inorganic fiber mat obtained in the step (3). Be sure to The drying is usually carried out at room temperature ~ 150 ℃, heat treatment is preferably performed at 400 ~ 1100 ℃ in vacuum, inert gas or air, when the heat treatment temperature is less than 400 ℃ is not completely removed, When it exceeds 1100 degreeC, there exists a possibility of bringing about the fall of the ceramic filter strength.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 무기 섬유 매트용 슬러리에 부분적으로 함침된 무기 섬유 매트를 세라믹 필터와 결합한 후 열처리하여 둘을 일체화시킴으로써, 취성 구조체인 세라믹 필터와 무기 섬유 매트의 분리 자체를 막아준다. 또한 무기 섬유 매트가 장착된 일체형 세라믹 필터가 얻어지기 때문에, 무기 섬유 매트를 별도로 장착하는 공정 자체를 생략 내지 축소화할 수 있다.As described above, in the present invention, the inorganic fiber mat partially impregnated in the slurry for the inorganic fiber mat is combined with a ceramic filter and then heat treated to integrate the two, thereby preventing separation of the ceramic filter and the inorganic fiber mat, which are brittle structures. In addition, since an integral ceramic filter equipped with an inorganic fiber mat is obtained, the process itself for separately mounting the inorganic fiber mat can be omitted or reduced.
이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명이 이에 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments, but the present invention is not limited thereto.
실시예Example 1 One
(1) 무기 섬유 매트의 제조(1) production of inorganic fiber mats
알루미나-뮬라이트 섬유 30g을 물 2L에 넣고 교반하여 분산시킨 후, 여기에 유기 바인더 물질로서 아크릴계 유기 바인더(Primal EC-1791, Rohm and Hass사, 고 형분 농도 50%) 4.8g(무기 섬유 총량 100중량부 당 2중량부)을 무기 섬유를 분산한 슬러리에 투입하고 교반하면서, 바인더 응집제로서 3중량% 농도의 알루미늄 설페이트 수용액 3ml을 투입하고, 추가로 5분 동안 교반하여 무기섬유-바인더의 응집체의 슬러리를 형성하였다. 이 슬러리를 sheet machine 장비에 투입하여 탈수하고, 매트 형태로 제조하였다. 탈수된 매트를 120℃ 오븐에 2시간 동안 두어 수분을 완전히 건조시켜 비팽창성 매트를 제조하였다.30 g of alumina-mullite fiber was added to 2 L of water, stirred and dispersed, and then 4.8 g of acrylic organic binder (Primal EC-1791, Rohm and Hass, 50% solid content) was used as an organic binder material. 2 parts by weight) of the solution was added to a slurry in which the inorganic fibers were dispersed, and stirred, while 3 ml of an aqueous solution of aluminum sulfate having a concentration of 3% by weight was added as a binder flocculant, and stirred for 5 minutes to further slurry the aggregate of the inorganic fiber-binder. Was formed. The slurry was added to a sheet machine to dehydrate and manufactured in a mat form. The dehydrated mat was placed in a 120 ° C. oven for 2 hours to dry the moisture completely to make a non-expansible mat.
(2) (2) 허니컴형Honeycomb type 세라믹 필터의 제조 Manufacture of ceramic filters
(2)-1. 세라믹 파형 페이퍼의 제조(2) -1. Preparation of Ceramic Corrugated Paper
물 2000ml에 평균 길이 300㎛의 알루미나-실리카 파이버 3g을 넣고 강하게 교반하여 파이버를 분산시킨 후, 유기파이버로서 침엽수 펄프를 상기 세라믹 파이버에 대하여 25중량%로 투입한 다음, 세라믹 페이퍼의 유연성을 갖도록 해주는 아크릴 바인더를 상기 세라믹 파이버에 대하여 10중량%로 첨가하고, pH 3의 1% 암모늄 알루미늄 설페이트 수용액을 1 ml 넣어 전체 슬러리 용액의 pH를 약 5.5로 조절하였다. 다음으로, 상기 슬러리 내의 고형분들이 고루 섞이도록 약하게 계속 교반한 뒤, 제지 장치를 이용하여 직경 9.5cm, 두께 800㎛의 세라믹 그린 페이퍼를 제조하였다. 그 후, 상기에서 제조된 세라믹 그린 페이퍼를 상온에서 30분간만 자연건조 한 뒤 100℃의 건조오븐에서 잔존하는 수분을 건조하였다. 3 g of alumina-silica fiber having an average length of 300 μm was added to 2000 ml of water, and vigorously stirred to disperse the fibers. Then, coniferous pulp was added to the ceramic fiber at 25 wt% as organic fibers, and then the ceramic paper was flexible. An acrylic binder was added at 10% by weight based on the ceramic fiber, and 1 ml of an aqueous 1% ammonium aluminum sulfate solution of pH 3 was added to adjust the pH of the entire slurry solution to about 5.5. Next, the mixture was continuously stirred lightly so that the solids in the slurry were evenly mixed, and then a ceramic green paper having a diameter of 9.5 cm and a thickness of 800 μm was prepared using a papermaking apparatus. Thereafter, the ceramic green paper prepared above was naturally dried only at room temperature for 30 minutes, and then the moisture remaining in the drying oven at 100 ° C. was dried.
다음으로, 파형화 기기(모델명:KIER, 제조사:화성기기, 골과 피치의 길이: 각각, 2mm 및 3mm)를 사용하여 표면온도 150℃ 하에 2-10 m/분의 공급속도로 상기 제조된 세라믹 그린페이퍼를 파형화하였다. Next, the above-prepared ceramic at a feed rate of 2-10 m / min at a surface temperature of 150 ° C. using a wave forming device (model name: KIER, manufacturer: Mars machine, valley and pitch length: 2 mm and 3 mm, respectively). The green paper was corrugated.
(2)-2. 세라믹 판형 페이퍼의 제조(2) -2. Manufacture of Ceramic Plate Paper
파형화를 하지 않은 것을 제외하고는 상기 (2)-1.과 동일한 방법으로 세라믹 그린 페이퍼를 제조하였고, 이를 세라믹 판형 페이퍼로 사용하였다.A ceramic green paper was prepared in the same manner as in (2) -1, except that the wave was not corrugated, and used as a ceramic plate-shaped paper.
(2)-3. (2) -3. 허니컴형Honeycomb type 세라믹 필터의 제조 Manufacture of ceramic filters
위 방법으로 제조된 파형화된 세라믹 파형 페이퍼의 하층 부에 상기 세라믹 판형 페이퍼를 위치시키고 접촉면에 접착제를 바른 후, 서로 접합시켰다. 이 때 사용되는 접착제는 전분가루를 이용하였으며 고온 열처리 후의 접착력을 증강시키기 위해 실리카 분말을 첨가하였다. 상기와 같이 상층부와 하층부가 접합된 상태에서 달팽이관 모양으로 권취한 다음 100℃에서 가열하여 건조시킴으로써 허니컴형 세라믹 필터를 제조하였다. The ceramic plate-shaped paper was placed on the lower layer of the corrugated ceramic corrugated paper prepared by the above method, and the adhesive was applied to the contact surface, and then bonded to each other. At this time, the adhesive used was starch powder and silica powder was added to enhance the adhesive strength after high temperature heat treatment. As described above, the honeycomb-type ceramic filter was manufactured by winding in a cochlear shape in a state where the upper and lower layers were joined, and then heating and drying at 100 ° C.
그 다음, 알코올 10ml에 질산알루미늄 5g과 붕산 0.5g을 녹인 후 0.1M 염산 1.6ml를 첨가하여 교반하면서 TEOS 10ml를 첨가하여 1차 코팅액을 제조하고, 제조된 1차 코팅액에 상기에서 제조된 허니컴형 세라믹 필터를 5초간 침지한 후 꺼내어 120℃에서 건조하였다. 다음으로, 증류수 10ml에 질산알루미늄 7.5g과 붕산 0.5g을 녹인 후 85% 인산용액 10ml를 첨가하여 P/Al 원자비가 7.5인 2차 코팅액을 제조하고, 상기 1차 코팅된 허니컴형 세라믹 필터를 상기 2차 코팅액에 5초간 침지시킨 후 꺼내어 120℃에서 건조 후 대기조건에서 800℃로 소성처리하여 목적하는 허니컴형 세라믹 필터를 제조하였다. Next, 5 g of aluminum nitrate and 0.5 g of boric acid were dissolved in 10 ml of alcohol, and 1.6 ml of 0.1 M hydrochloric acid was added thereto, followed by stirring to add 10 ml of TEOS, and a honeycomb prepared above was prepared in the prepared primary coating solution. The ceramic filter was immersed for 5 seconds, then taken out and dried at 120 ° C. Next, after dissolving 7.5 g of aluminum nitrate and 0.5 g of boric acid in 10 ml of distilled water, 10 ml of a 85% phosphoric acid solution was added to prepare a secondary coating solution having a P / Al atomic ratio of 7.5. After immersing in the secondary coating solution for 5 seconds, taken out, dried at 120 ° C and calcined at 800 ° C under atmospheric conditions to produce the desired honeycomb-type ceramic filter.
(3) 무기 섬유 매트 일체형 세라믹 필터의 제조(3) Production of inorganic fiber mat integrated ceramic filter
상기 (1) 에서 제조된 무기 섬유 매트의 한쪽 면에 소수성 유기 바인더(아크 릴계 중합체의 수성 라텍스 바인더, Rohm and Hass 사의 Primal EC-1791)를 코팅한 후, 매트를 무기 섬유 매트용 슬러리(벤토나이트 클레이 3 중량%, 실리카 졸 3 중량% 및 고형분(SiC 파우더) 15 중량%를 포함하는 수성 슬러리를 3시간 동안 볼밀링하여 제조됨)에 침지시켰다. 침지 종료 후, 결과 매트를 상기 (2) 에서 제조된 세라믹 필터의 외벽에 부착시키고 상온에서 하루동안 건조한 뒤, 대기조건에서 800℃로 소성처리하여 무기 섬유 매트가 일체형으로 결합된 세라믹 필터를 제조하였다.After coating the hydrophobic organic binder (acrylic polymer-based latex binder, Primal EC-1791 by Rohm and Hass) on one side of the inorganic fiber mat prepared in the above (1), the mat was a slurry for inorganic fiber mat (bentonite clay An aqueous slurry comprising 3% by weight, 3% by weight silica sol and 15% by weight solids (SiC powder) was ball milled for 3 hours). After immersion, the resultant mat was attached to the outer wall of the ceramic filter prepared in (2) above, dried at room temperature for one day, and calcined at 800 ° C. under atmospheric conditions to prepare a ceramic filter in which an inorganic fiber mat was integrally bonded. .
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면, 고온에서 장시간 사용시에도 매트와 세라믹 필터가 분리되지 않고, 또한 별도의 무기 섬유 매트의 장착공정을 생략할 수 있는 무기 섬유 매트 일체형 세라믹 필터를 제조할 수 있다.As described above, according to the present invention, an inorganic fiber mat-integrated ceramic filter can be manufactured in which the mat and the ceramic filter are not separated even when used for a long time at a high temperature, and the mounting process of the separate inorganic fiber mat can be omitted. .
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