KR100578512B1 - 이온교환 필터, 필터의 제조방법 및 필터장치 - Google Patents

이온교환 필터, 필터의 제조방법 및 필터장치 Download PDF

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Abstract

대경 연속기공을 가지는 망상 폴리우레탄 폼으로 만들어지는 골격기재에 아크릴계, 우레탄계, 초산비닐계 중 어느 한 가지의 접착제를 함침시키고, 상기 골격기재 표면의 거의 전역에 접착제를 부착시키고, 대경 연속기공의 공경(孔徑)의 2% 이상 50% 이하의 입경을 가지는 이온교환수지 입자를 상기 골격기재에 부착하지 않고 두께 방향으로 통과할 때까지 상기 대경 연속기공에 과잉량 주입하고, 상기 골격기재에 접착하지 않고 상기 대경 연속기공내에 유지되어 있는 이온교환수지 입자를 제거하여 이온교환 필터를 제조한다.
이온교환 필터, 이온교환수지, 대경 연속기공, 골격기재, 망상 폴리우레탄 폼

Description

이온교환 필터, 필터의 제조방법 및 필터장치 {ION EXCHANGE FILTER, METHOD OF MANUFACTURING THE FILTER, AND FILTER APPARATUS}
도 1은 망상 폴리우레탄 폼의 개략도.
도 2는 대경 연속기공의 확대도 (A)는 이온교환수지 입자를 접착하기 전, (B)는 그 접착 후의 형태를 나타낸다.
본 발명은 반도체 제조공장의 클린룸(clean room) 등에 있어서 휘산(揮散) 이온의 제거 등의 목적으로 사용되는 이온교환 필터 및 그것의 제조방법에 관한 것이다.
반도체산업에 있어서, 고도의 미세화 프로세스에 의한 집적화기술이 향상하고 있으나, 클린룸 내의 분진 발생을 방지하여 고체 미립자를 제거하고, 고도 집적화에 대응하고 있다. 그러나, 클린룸 내의 분진 발생을 방지하는 것만의 대응으로는 집적도의 향상에 한계가 있고, 충분한 고도 집적화를 달성할 수 없다고 하는 문제점이 지적되어, 휘발성의 유기, 무기화학 오염물질도 제거하는 것이 시도되고 있다. 전술한 휘발성의 유기, 무기화학 오염물질의 제거에 관한 기술로서, 종래부터 사용되고 있는 케미칼필터에 있어서는, 산, 알칼리계 이온의 흡착을 목적으로 입상(粒狀) 또는 조립활성탄(造粒活性炭)에 인산, 수산화칼륨 등의 산, 알칼리를 함침첨착(含浸添着)한 활성탄 등이 이용되고 있다. 그러나, 상기 방법에 있어서는 산, 알칼리의 중화반응으로 휘산산(揮散酸), 알칼리계 이온의 제거를 시도하는 것이고, 중성염은 약품첨착 활성탄의 내부 및 표면에 석출하고, 이것은 단순히 물리적으로 담지(擔持)되어 있는 것에 지나지 않는다.
또한, 첨착약품의 양보다 석출하는 중성염이 양적으로 많게 되면 석출물질은 풍량의 변화, 압력손실의 작은 변화에 수반하는 진동 등의 물리적 요인에 의해 비산하고, 하류측에 설치한 HEPA필터의 오염과 막힘(clogging)에 따른 압력손실의 상승을 초래하여 위험성이 있고, 높은 순도의 분위기를 요구하는 이른바 수퍼클린룸의 순환계로의 채용에는 문제가 있었다. 또, 본 필터를 외기도입계(外氣導入系) 등에 채용하는 데에는 상대습도의 영향을 크게 받는 등의 관점에서 사용위치에 제약을 받게 된다고 하는 결점이 있었다. 특히, 산, 알칼리를 첨착한 약품첨착 활성탄은 약품의 영향을 받아 매우 흡습성이 강해지고, 상대습도에 따라 예상 이상으로 수분을 함유하여 첨착약품이 유출할 위험성이 있다. 따라서, 1년간을 통하여 37% RH로부터 95%RH로 크게 변화하는 일본의 기후에서는, 클린룸 도입계에서는 외부 공기조화기의 입구측에 설치할 수 없고, 온습 조정장치 통과후의 저습도영역 외에는 사용할 수 없다. 또, 순환계에 있어서는 전술한 활성탄과 같이 흡착제가 흡습 및 방습성을 나타내는 경우에는, 실제의 클린룸 설비의 습도억제의 폭이 커지는 경향을 나타내므로, 안정한 환경을 구축하기 어렵게 된다고 하는 문제점을 일으키기 쉽 다.
또한, 산첨착(酸添着) 활성탄에 있어서 통상 사용되는 첨착약품으로서는 노말 인산을 열거할 수 있으나, 이 노말 인산은 20℃의 상온에서도 비교적 큰 증기압을 가지는 결점이 있다. 다시 말하면, 인산이 클린룸 내의 온도에 있어서도 휘산하기 쉽다고 하는 문제점이 있다. 본 발명자 등의 실험에 의하면, 산첨착 필터의 경우, 하류측이 상류측 농도에 비교하여 수 ng/m3만큼 높은 값이 얻어진다.
따라서, 수퍼클린룸의 구축을 목표로 하는 데에는 이와 같은 산첨착 필터를 채용할 수 없다고 하는 현상이 있는 것이다.
또, 대경(大徑) 연속기공(連續氣孔)을 가지는 망상(網狀) 폴리우레탄 폼(foam)의 골격에, 상기 활성탄 등의 흡착제를 접착하여 통기성이 높은 흡착 필터가 개발되고 있다. 이와 같은 흡착 필터는, 망상 폴리우레탄 폼의 대경 연속기공에 의해 통기성을 크게 확보하면서도, 상기 골격에 밀도 높게 배치되는 활성탄이 효율좋게 공기와 접촉할 수 있으므로, 높은 흡착능력을 발휘한다고 하는 이점을 가지는 것이 보고되어 있다(예를 들면, 일본특허공보 평4-35201호 참조).
또, 클린룸의 순환계에 이온교환수지를 사용한 필터를 사이에 장착하여 상기 화학물질을 제거하는 것이 실시되고 있다. 이온교환수지를 사용한 필터를 채용하면, 이온교환수지는 휘산하는 이온을 이온교환에 의한 결합을 통하여 제거하는 것이므로, 일단 포착한 이온을 다시 휘산시켜 버리는 것과 같은 불편은 생기기 어렵기 때문에 전술한 약품첨착 활성탄에서 보여지는 문제점을 해결할 수 있는 것으로 서 주목되고 있다. 그러나, 이온교환수지를 필터로 하기 위해서는 그 이온교환수지를 섬유상으로 가공하지 않을 수 없고, 따라서 여러 가지 문제점을 가지고 있었다. 구체적으로는 이온교환체를 섬유상의 이온교환섬유로 할 때, 방사특성(紡絲特性)을 유지하기 위해서는 섬유가 보유하는 총 이온교환용량을 작게 하지 않을 수 없다고 하는 제조상의 문제점이 있다. (예를 들면, 강산성의 양이온교환 섬유에 관하여는 이온교환수지의 1/2로 된다.) 이 때문에 그 이온교환섬유를 필터로 성형할 때, 그 이온교환용량을 크게 하기 위해서는, 그 이온교환섬유를 고밀도로 종이를 뜬(秒造) 부직포로 성형하는 등의 필요가 생긴다. 그러나, 필터로서의 부직포 등의 여재(濾材)의 밀도 0.1 이상으로 올리면 급속히 압력손실이 상승하고, 사용에 견디지 못한다는 현상이 있다. 따라서, 압력손실의 면에서 이온교환섬유의 충전밀도를 높이는 데에도 한계가 있으므로, 단위면적당 이온교환용량이 작은 필터로 될 수밖에 없다. 즉, 필터로서의 수명이 짧은 것이 될 수밖에 없다고 하는 문제를 일으키기 쉽다.
결국, 압력손실이 낮고, 수명이 길고도 가스발생이 적은 이온교환 필터로서 충분한 성능을 발휘하는 것은 알려져 있지 않아서, 이와 같은 이온교환 필터의 성능향상이 기대되고 있는 것이다.
또, 전술한 활성탄을 얻기 위해서, 이온교환수지의 입자를 탄화시킨 것의 이용이 제안되어 있다(특개평 8-168633호 공보 (이하 선행기술로 칭한다) 참조).
그러나, 상기 선행기술에 기재된 구성은, 단순히 활성탄을 이온교환수지에서 유래되는 것으로 하는 기재에 그치고, 일단 탄화한 이온교환수지는 이온교환능력을 잃어버리기 때문에, 이온제거능은 활성탄의 레벨에 그치고, 결국 대용량의 이온교환능을 기대하는 것은 어렵다.
본 발명은 상기 실정을 감안한 것으로서, 이온교환용량이 클 뿐 아니라, 압력손실을 별로 증대시키지 않고 필터로서의 수명을 길게 할 수 있는 이온교환 필터를 제공하는 것을 목적으로 하며, 구체적으로는, 망상 폴리우레탄 폼에 균일하고도 충분한 양의 이온교환수지가 접착된 이온교환 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자 등은 예의 연구한 결과, 상기 망상 폴리우레탄 폼의 골격에 통상 다른 기재(基材)에 접착시켜 사용하는 일이 적은 이온교환수지의 입자를 접착시킴으로써, 상기 망상 폴리우레탄 폼의 통기성과, 상기 이온교환수지의 이온제거성능을 겸비한 이온교환 필터를 얻을 수 있음을 발견하여 본 발명에 이른 것이다.
통상, 단순히 망상 폴리우레탄 폼의 골격에 이온교환수지의 입자를 접착하고자 하면, 이온교환수지는 비교적 유동성이 부족하고, 수지표면의 친수성으로 인해 다른 수지에 대한 접착성이 낮기 때문에, 이온교환수지를 폴리우레탄 폼의 전체에 걸쳐 균일하면서도 충분량 공급시켜 접착하는 것은 곤란하였다. 이 때문에, 이온교환용량이 클 뿐 아니라 이온교환수지가 안정하게 접착한 이온교환 필터를 제조하는 것은 곤란하고, 또, 이온교환수지의 입자가 균일하게 접착하고 성능이 안정한 이온교환 필터를 얻는 데에는 많은 노력을 필요로 하는 경우가 있어, 이 점에 관한 제조상의 문제점의 지적, 또는 이 문제점을 해소하기 위한 구성의 개시(開示) 또는 시사(示唆)는 상기 선행기술로부터는 얻어지지 않는 것이다.
그러나, 본 발명자 등은, 상기 이온교환수지의 입자의 접착성 결핍 및 유동성의 결핍이 그 표면의 이온교환기의 수분율(水分率)에 의존하고 있음에 착안하여, 그 수분율을 조정함으로써, 그 이온교환수지의 물질을 손상함이 없이 접착성 및 유동성을 향상시키고, 취급을 용이하게 하며, 망상 폴리우레탄 폼에 균일하면서도 충분량의 이온교환수지를 접착시킬 수 있음을 발견하였다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징구성은,
대경 연속기공을 가지는 망상 폴리우레탄 폼으로 만들어지는 골격기재에, 상기 대경 연속기공의 공경(孔徑)의 2% 이상 50% 이하의 입경을 가지는 이온교환수지 입자를 접착시키는 점에 있고,
상기 이온교환수지 입자가 수분율 30% 이하로 건조된 것이 바람직하고,
상기 망상 폴리우레탄 폼이 4개/인치∼10개/인치인 연속 대기포(大氣泡)를 가지는 것이고, 두께 5mm∼50mm의 시트상(sheet狀)으로 형성하는 것이 바람직하고,
상기 이온교환수지 입자를 골격기재에 아크릴계, 우레탄계, 초산비닐계 중 어느 한 가지 접착제에 의해 접착하는 것이 바람직하다.
또, 상기 이온교환수지 입자가, 양이온교환수지와 음이온교환수지의 혼합물인 것이 바람직하다.
또, 이와 같은 이온교환 필터의 제조방법으로서는, 대경 연속기공을 가지는 망상 폴리우레탄 폼으로 이루어진 시트 형상의 골격기재에, 아크릴계, 우레탄계, 초산비닐계 중 어느 한 가지의 접착제를 함침시켜, 상기 골격기재 표면의 거의 전역(全域)에 접착제를 부착시키는 접착제 도포공정,
상기 대경 연속기공의 공경의 2% 이상 50% 이하의 입경을 가지는 수분율 30% 이하로 건조시킨 이온교환수지 입자를, 상기 골격기재에 부착하지 않고, 두께 방향으로 통과할 때까지, 상기 대경 연속기공으로 과잉량 주입하는 접착공정, 및
상기 골격기재에 접착하지 않고 상기 대경 연속기공 내에 유지되고 있는 이온교환수지 입자를 제거하는 잉여입자 제거공정
을 차례로 행하는 것이 바람직하다.
또, 상기 망상 폴리우레탄 폼이, 4개/인치∼10개/인치인 연속 대기포를 가지는 것으로서, 두께 5mm∼50mm의 시트상으로 형성되어 있는 동시에,
상기 이온교환수지 입자를 상기 골격기재의 두께 방향에서 아래쪽 방향으로 분사 공급하는 것에 의해 상기 접착공정을 행하고,
상기 골격기재를 통과하는 상기 이온교환수지 입자를 낙하 회수함으로써 상기 잉여입자 제거공정을 행하는 것이 바람직하다.
또, 이와 같이 하여 제조된 이온교환 필터는 상기 이온교환수지 입자보다도 작은 메쉬(mesh)의 포상체(布狀體)로 씌우고, 통기부를 가지는 케이싱 내에 수용하여 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 망목상 폴리우레탄 폼(foam)의 골격기재에 이온교환수지를 접착시키고 있으므로 양자의 기능을 효과적으로 발휘시킬 수 있어, 고성능의 이온교환 필터를 제공할 수 있었다.
여기서, 이온교환수지는 수지의 표면에 다수의 교환기를 가지는 동시에, 상기 이온교환기가 수분과 이온 교환함에 의해 극성의 OH기, COOH기 등이 생겨, 각 입자간의 상호 작용이 증대하거나, 상기 교환기가 수분을 유지하기 쉽게 되고, 상기 수분이 입자간의 부착력을 증대시키는 데에 기여하는 등에 의해 유동성이 저해되는 것으로 생각된다. 한편, 상기 수분의 교환량 및 유지량의 비율 (이를 수분율이라 칭하기로 함)은 직접 이온교환 용량에 영향을 주는 것으로 생각되고 있고, 통상은, 이온교환 용량에 악영향을 끼치지 않기 위해서, 수분율이 높은 상태를 유지한 채로 취급이 행해지고 있다. 이 때문에, 유동성이 낮은 이온교환수지를 사용하지 않을 수 없어, 취급이 곤란한 상태가 강요되고 있다.
그러나, 본 발명자 등은 이온교환수지의 수분율을 30% 이하로 설정하면, 이온교환수지의 성능을 손상함이 없이 유동성이 높은 상태로 이온교환수지의 입자를 취급할 수 있고, 효율 좋게 용량이 큰 이온교환 필터를 제조할 수 있음을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 즉,
대경 연속기공을 가지는 망상 폴리우레탄 폼으로 만들어지는 골격기재에, 상기 대경 연속기공의 공경의 2% 이상 50% 이하의 입경을 가지는 수분율 30% 이하로 건조시킨 이온교환수지 입자를 접착시키면, 상기 이온교환수지 입자는 접착성 및 유동성이 양호한 상태에서 취급될 수 있으므로, 망상 폴리우레탄 폼의 전역에 걸쳐 균일하게 공급하기 용이할 뿐 아니라, 그 이온교환수지의 입경은 상기 대경 연속기공의 공경의 2% 이상 50% 이하로 설정되어 있으므로, 공급된 망상 폴리우레탄 폼에 용이하게 침입하는 동시에, 상기 망상 폴리우레탄 폼에 상기 이온교환수지가 충분 량이고 또한 확실히 접착시킬 수 있고, 또 충분량 이온교환수지가 접착하였다고 해도 상기 대경 연속기공에는 충분한 공극(空隙)을 남기는 한편 상기 이온교환수지의 입자가 공기와 접촉하기 쉬운 환경을 유지할 수 있다. 따라서 통기성이 좋을 뿐 아니라 이온교환용량이 큰 이온교환 필터를 제공할 수 있게 되었다.
또, 상기 이온교환수지로서는, 페놀계 이온교환수지, 스티렌계 이온교환수지 등을 사용할 수 있다.
또, 상기 망상 폴리우레탄 폼이 4개/인치∼10개/인치인 연속 대기포를 가지고, 두께 5mm∼50mm의 시트상으로 형성하는 경우에는 시트상으로 형성한 망상 폴리우레탄 폼에 대하여 이온교환수지 입자를 간단히 낙하공급 또는 분사공급하는 것만으로 그 이온교환수지 입자가 망상 폴리우레탄 폼의 전체에 공급되기 쉽고, 그러면서도 잉여의 이온교환수지가 공급측과는 반대측으로부터 회수가능한 구성으로 하기 쉬울 뿐 아니라 충분한 이온교환 용량과 통기성을 양립시키기 용이하여, 예를 들면 클린룸의 순환계에 사용하는 필터로서 적합한 것을 얻을 수 있다.
상기 이온교환수지 입자를 골격기재에 아크릴계, 우레탄계, 초산비닐계 접착제에 의해 접착하면, 상기 페놀계의 이온교환수지와 상기 폴리우레탄의 확실한 접착에 적합한 동시에, 접착제로부터의 휘발성분이 적고, 이온교환수지의 성능에 악영향을 주기 어렵다.
이와 같은 이온교환 필터를 제조하는 경우에는, 대경 연속기공을 가지는 망상 폴리우레탄 폼으로 만들어지는 시트상의 골격기재에, 아크릴계, 우레탄계, 초산비닐계 접착제를 함침시켜, 상기 골격기재 표면의 거의 전역에 접착제를 부착시키 는 접착제 도포공정,
상기 대경 연속기공의 공경의 2% 이상 50% 이하의 입경을 가지며 수분율 30% 이하로 건조시킨 이온교환수지 입자를, 상기 골격기재에 부착하지 않고 두께방향으로 통과할 때까지, 상기 대경 연속기공에 과잉량 주입하는 접착공정, 및
상기 골격기재에 접착하지 않고 상기 대경 연속기공 내에 유지되고 있는 이온교환수지 입자를 제거하는 잉여입자 제거공정
을 차례로 행하면 되고, 이 순서로 각 공정을 행하는 것이고, 접착제 도포공정에 있어서 접착제를 함침시키는 간단한 작업만으로, 골격기재의 전 영역에 접착제를 부착시킬 수 있고, 그 후 이온교환수지를 망상 폴리우레탄 폼에 주입 공급하는 것만으로 접착공정을 행할 수 있고, 나아가서 이 방법에 의하면, 상기 이온교환수지의 표면이 접착제에 의해 피복되어 버리는 불편은 생기기 어려울 뿐 아니라, 이온교환수지가 상기 골격기재에 필요 이상으로 접착되는 것도 일어나기 어렵고, 잉여의 이온교환수지 입자는 후속하는 잉여입자 제거공정에 있어서, 단순히 상기 망상 폴리우레탄 폼의 두께방향으로 통과시키는 조작만으로 제거될 수 있고, 이온교환수지의 입자는 적절히 재회수되고, 이용될 수 있다.
또한, 상기 망상 폴리우레탄 폼이 4개/인치∼10개/인치의 연속기포를 가지고, 두께 5mm∼50mm의 시트상으로 형성되어 있는 것이면, 망상 폴리우레탄 폼에 이온교환수지를 공급할 때, 상기 이온교환수지 입자가 취급하기 용이할 뿐 아니라 대경 연속기공에 낮은 저항으로 침입하기 쉬운 크기의 것을 선택하기 쉽고, 상기 접착공정을 상기 이온교환수지 입자를 상기 골격기재의 두께 방향에서 하향하여 분사 공급하는 것에 의해 행하면, 상기 잉여입자 제거공정을 상기 골격기재를 통과하는 상기 이온교환수지 입자를 낙하 회수할 수 있으므로, 이온교환 필터를 제조하는 장치를 구성하는 외에 간단한 구성을 채용할 수 있어 소망스럽다.
이하에서 본 발명의 바람직한 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 망상 폴리우레탄 폼은, 대경 연속기공(1)을 다수 가지고, 또한 그 기포와 기포를 격리하는 벽이 제거되어, 거의 골격기재(2)만이 잔존하는 메쉬 구조를 가지는 폴리우레탄 폼으로 구성되어 있다. 예를 들면, 이와 같은 폴리우레탄 폼은 이하와 같이 제조된다.
1리터당 20∼60g이고, 1.5∼3mm의 기공을 가지는 폴리우레탄 폼을 제조하고, 상기 각 기공에 폭발성 혼합가스를 주입하여 점화 폭발시킨다. 이렇게 하면, 폭발에 의해 상기 기공끼리를 격리하는 벽이 제거되어, 4개/인치∼8개/인치의 연속 대기포를 가지고, 골격기재(2)만의 망상 폴리우레탄 폼으로 된다(도 2(A) 참조).
상기 대경 연속기공(1)에 비용제계(非溶劑系) 접착제(이하 바인더라 칭함)를 함침시켜 골격기재(2)의 거의 전 영역에 바인더가 공급된 상태로 만든 후, 잉여의 바인더를 제거한다(접착제 도포공정). 잉여의 바인더를 제거하는 데에는, 상기 망상 폴리우레탄 폼을 압축하여 바인더를 짜내면 되고, 상기 망상 폴리우레탄 폼의 복원력에 의해 기공이 복원되어, 이온교환수지 입자(3)를 주입가능한 형태로 실현할 수 있다.
다음에, 바인더 도포가 끝난 망상 폴리우레탄 폼에 이온교환수지의 미립자를 공급한다. 이때 예를 들면, 수평으로 지지되면서 수평방향으로 반송(搬送)되는 시 트상으로 형성된 망상 폴리우레탄 폼에 이온교환수지의 입자를 낙하 공급하는 것만으로 상기 이온교환수지를 상기 망상 폴리우레탄 폼에 구석구석까지 공급할 수 있는 동시에 균일하게 접착시킨 상태로 할 수 있다(접착공정). 이 때 과잉량의 이온교환수지는 상기 망상 폴리우레탄 폼의 아래쪽으로 자연낙하하므로 회수 재이용이 적절히 가능하게 된다.
여기서, 상기 이온교환수지 입자(3)는 양이온교환수지, 음이온교환수지의 입자의 두 가지 모두를 사용할 수 있고, 용도에 따라 그 접착량, 비율 등을 결정하면 되고, 또 페놀계, 스티렌계, 메타크릴계, 아크릴계 등 여러 가지의 것이 사용되고, 그중에서도 페놀계의 것이 적합하게 사용된다. 또, 이들 이온교환수지 입자(3)는 단독으로 사용해도 되고, 혼합하여 사용해도 된다. 여기서, 음이온교환수지는 아민 냄새를 수반하는 경우가 많고, 이와 같은 아민 냄새는 양이온교환수지를 병용함으로써 해소될 수 있는 동시에 두 가지를 병용하면, 양·음이온을 동시에 처리할 수 있게 되어 유용하다고 할 수 있다.
또, 이와 같은 이온교환수지는 통상 수분율 50% 정도의 것이 시판되어 일반에 유통되고 있으나, 이것들의 이온교환수지는 유동성이 낮고, 망상 폴리우레탄 폼에 균일하게 제공하고자 하는 경우에 굳어져 버린다거나, 저항이 되거나 하지만, 건조시켜 수분율 25% 정도까지 저하시켜서 사용하면, 상기 이온교환수지의 유동성을 높이면서도 상기 이온교환수지가 탄화해버리는 등의 성상 변화를 수반하지 않고, 물성을 저하시키는 일이 없이 공급할 수 있다.
이 상태에서도 상기 망상 폴리우레탄 폼의 기공 내에는 미접착 상태의 이온 교환수지의 입자가 걸려있는 상태로 잔존하기 쉽다. 그래서 상기 망상 폴리우레탄 폼의 압축·복원을 반복하는 등 하여 진동을 가하고, 잉여의 걸려 있는 이온교환수지 입자(3)를 제거한다. 이와 같이 하여 필터로서의 통기성을 확보할 수 있다. 이로써 상기 골격기재(2)에는 이온교환수지의 입자가 다수 접착한 상태로 되어 있는 이온교환 필터가 얻어진다(도 2(B) 참조).
또, 이와 같이 얻어진 이온교환 필터는 상기 이온교환수지 입자(3)의 입경보다 작은 메쉬의 직포(織布) 등에 포장한 상태로 사용하는 것이 바람직하다. 이것은 제조상 접착이 불완전한 입자가 잔존한 상태로 사용되도록 하는 경우가 생길 수 있으므로, 이와 같은 입자가 사용시에 탈락하는 불편이 발생하는 경우가 있고, 상기 직포 등이 탈락에 의해 산란하는 입자를 포착함으로써 사용환경에 대한 악영향을 방지할 수 있기 때문이다. 또, 이와 같은 입자의 탈락을 방지하는 것 외에도 이온교환 필터는 통기부를 가지는 케이싱 내에 수용한 상태로 필터로서 사용되는 것이 바람직하고, 사용자의 취급에 따라 상기 이온교환 필터를 부주의로 변형시켜 입자의 탈락을 촉진해 버리는 것과 같은 사태를 회피할 수 있으므로 바람직하다.
이하에서 구체적인 실시예를 제시한다.
실시예 1, 2
실시예 1은 두께가 10mm, 실시예 2는 두께가 20mm인 평균 1인치당 4∼10개, 바람직하게는 6∼8개의 대경 연속기공(1)을 가지는 망상 폴리우레탄 폼으로 만들어지는 골격기재(2)에, 미리 일정량의 수용성 바인더를 똑같이 함침 도포하고, 건조후 점착성이 있는 속에 기재의 셀의 표면에 카티온(cation)형 이온교환수지를 과잉 으로 주입하여 접착시키고, 여분의 이온교환수지(접착되지 않은 분량)은 제거한다. 구체적으로는, 이온교환수지는 제조 프로세스 상, 양이온교환수지로 나트륨염, 음이온교환수지로 염화물이지만, 각각 5% 정도의 강산, 강알칼리 용액의 과잉량으로 재생하여 물과 이온교환시키고, 설폰산기, 또는 수산기로 바꾼 후 수세하고, 수분율 25% 정도까지 건조시킨 이온교환수지를 사용한다. 연속기공형 폴리머 시트를 아크릴계 등의 접착제를 함침시키고, 탈액 후의 상기 시트에 건조 이온교환수지를 뿜어서 부착하고, 이온교환수지를 상기 폴리머골격에 점접착(点接着)시킨다. 또한, 이온교환수지의 양은 폴리머 시트 10리터당 1.0∼1.5kg을 목표로 하면 된다.
실시예 3, 4
실시예 1, 2와 동일하게 실시예 3은 두께가 10mm, 실시예 4는 두께가 20mm인 평균 1인치당 4∼10개, 바람직하게는 6∼8개의 셀을 가지는 기재(폴리우레탄 폼)에 미리 일정량의 수용성 접착제를 똑같이 함침 도포하고, 건조 후 점착성이 있는 속에 기재의 셀 표면에 음이온교환수지(10)에 대하여 카티온형 이온교환수지(1)를 혼합한 것을 과잉으로 주입하여 접착시키고, 여분의 이온교환수지(접착되지 않은 분량)는 제거한다.
또한, 어느 실시예에 있어서도 사용한 원재료는 이하와 같다.
[표 1]
폴리우레탄 폼 (주)브리지스톤 제 에버라이트SF
바인더 고니시 CH18
바인더 세멘다인 EM772X
양이온교환수지 스미토모가가쿠 C-20 (강산성)
음이온교환수지 스미토모가가쿠 A-116 (강염기성)
또 그 사용량 등은 표 2와 같다.
[표 2]
기재 0.6 kg/m2 (20mm)
접착제 0.2 kg/m2 (20mm)
이온교환수지량 3.0 kg/m2 (20mm)
(주: 10mm인 것에 있어서의 사용량은 20mm인 것의 1/2 양)
총 이온교환능 3.6eq/kg
NH3 통풍 제거율 99.9% (20mm)
이온교환수지의 총 이온교환용량은 강산성 양이온교환수지에 있어서는 2.0eq/l, 강염기성 음이온교환수지에서는 1.4eq/l를 나타낸다. 이것을 기체처리에서는 상대습도에 대응한 수분율로 사용하기 때문에, 단순히 건조중량당으로 환산하면 강산성 양이온교환수지에서 3.6eq/kg, 강염기성 음이온교환수지에서는 2.3eq/kg으로 된다.
그 결과, 필터 단위용적당의 이온교환수지 밀도를 약 150g/l 충전한 필터를 제조하는 경우, 0.5m/sec에서 압력손실을 0.1∼0.15mmAq/10mm(필터 두께) 정도이었다.
또, 각 실시예에 있어서 제조한 이온교환 필터는 이하의 성능을 발휘하였다.
[표 3]
두께 mm 이온교환수지 부착량 g/100cm2 제거율 (%) 이온교환능력 eq/kg
실시예1 C 10 15.1 83.6 3.63
실시예2 C 20 29.8 99.2 3.73
실시예3 A 10 14.9 88.3 2.35
실시예4 A 20 30.0 99.6 2.41
(주: C = 양이온교환수지, A = 음이온교환수지)
이들 이온교환 필터의 총 이온교환용량은, 실시예 1, 2에서, 암모늄이온(NH4+)량 환산으로 9.8kg/m3, 실시예 3, 4에서 황산이온(SO4 2-) 환산으로 17kg/m3인 것을 알 수 있고, 이온교환용량이 클 뿐 아니라 압력손실이 적은 이온교환 필터를 제공할 수 있음을 알 수 있다.
더욱이 비교로서, 동일 규격치수의 필터에 관하여, 종래의 기술에 있어서 기술한 약품첨착 활성탄을 접착시킨 망상 폴리우레탄 폼을 기재로 하는 필터, 이온교환섬유를 이용한 필터, 및 본 발명의 이온교환 필터에 관하여 성능을 조사한 바, 표 4, 표 5와 같이 되었다. 더욱이, 표 4는 알칼리계 이온으로서 암모니아 제거, 표 5는 산계 이온으로서 염소 제거에 관하여 각각 비교한 것이다.
각 제법에 의해 제조한 필터를 동일 치수 필터프레임에 충전하고, 필터제품으로 한 경우, 표 4, 5로부터 명백한 바와 같이, 총 이온교환용량은 본 발명의 방법이 암모니아 제거에 대하여는 2.6배 이상, 또 염소 제거에 대하여는 3.0배의 성능을 가지며 수명을 길게 할 수 있음을 알 수 있다.
[표 4]
본 발명의 필터 종래기술에 의한 필터
이온교환수지 (dry) 충전법 흡착제(약품첨착 활성탄) 충전법 이온교환섬유 부직 포(프리츠필터)
치수 610 x 610 x 50 610 x 610 x 50 610 x 610 x 50
충전재의 양 450g/10mm x 4매 적층 600g/10mm x 4매 적층 메쓰케(METSUKE)량 300g/m2 순도 80%
암모니아 환산 제거량 총 교환용량: 3.6eq/kg x 0.45kg x 4매 = 6.48eq ∴6.48eq x 17g/eq =110.2g 첨착 활성탄량: 0.6kg x 4 = 2.4kg 첨착약품 H3PO4 첨착량:활성탄중량 에 대하여 10% ∴2400g x 0.10 x(17/98) =41.6g 충전면적 : 4m2 300g/m2 x 0.8 x 4m2 = 960g 총 교환용량 : 2.2eq/kg x 0.96kg x 17g/eq = 35.9g
실용교환용량 (암모니아 환산량) 총 교환용량에 대하여 60% 110.2g x 0.6g≒66g 실용흡착량: 60% 41.6g x 0.6≒25g 총교환용량에 대하여 60% 35.9gx0.6≒21.5g
압력손실 (0.5m/sec) < 1.0mmAq < 4.5mmAq < 3.0mmAq
[표 5]
본 발명의 필터 종래기술에 의한 필터
이온교환수지 (dry) 충전법 흡착제(약품첨착 활성탄) 충전법 이온교환섬유 부직 포(프리츠필터)
치수 610 x 610 x 50 610 x 610 x 50 610 x 610 x 50
충전재의 양 450g/10mm x 4매 적층 600g/10mm x 4매 적층 메쓰케(METSUKE)량 300g/m2 순도 80%
염소이온 환산 제거량 총 교환용량: 2.3eq/kg x 0.45kg x 4매 = 4.14eq ∴4.14eqx35.5g/eq =147.0g 첨착 활성탄량: 0.6kgx4 = 2,400g 첨착약품 K2CO3 첨착량:활성탄중량 에 대하여 4% ∴2,400g x 0.04 x(35.5x2÷138) = 49.4g 충전면적 : 4m2 300g/m2 x 0.8 x 4m2 = 960g 총 교환용량 : 3.6eq/kg x 0.96kg x35.5g/eq = 124g
실용교환용량 (염소이온 환산량) 147.0g x 0.6 ≒ 88.2g 실용흡착량: 60% 49.4g x 0.6 ≒ 29.6g 124g x 0.6 ≒ 73.6g
압력손실 (0.5m/sec) < 1.0mmAq < 4.5mmAq < 3.5mmAq
앞의 실시예에서는, 이온교환수지로서 음, 양 어느 하나만을 사용한 예를 나 타내었으나 두 가지를 혼재시켜 사용해도 된다. 또, 음이온교환수지에 대하여는 양이온교환수지를 병용하면 음이온교환수지 특유의 냄새를 경감시킬 수 있다.
또, 이온교환수지에 추가하여, 다른 가스 흡착제 등을 병용하고, 상기 망상 폴리우레탄 폼이나 바인더로부터 여러 가지 혼합가스가 발생하였다고 해도 그 발생하는 혼합가스를 제거할 수 있게 구성하는 것이 가능하다.
본 발명에 의하면 이온교환용량이 크고도, 압력손실을 별로 증대시키지 않고 필터로서의 사용 수명이 길어지게 할 수 있는 이온교환 필터가 제공된다.

Claims (8)

  1. 대경(大徑) 연속기공(連續氣孔)을 가지는 망상 폴리우레탄 폼으로 만들어지는 골격기재(骨格基材)에, 상기 대경 연속기공의 공경(孔俓)의 2% 이상 50% 이하의 입경을 가지는 이온교환수지 입자를 접착시킨 이온교환 필터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이온교환수지 입자가 수분율 30% 이하로 건조시킨 것인 이온교환 필터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 망상 폴리우레탄 폼이 4개/인치∼10개/인치의 연속 대기포(大氣泡)를 가지며, 두께 5mm∼50mm의 시트상으로 형성되어 있는 이온교환 필터.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 이온교환수지 입자가 골격기재에 아크릴계, 우레탄계, 초산비닐계 중 어느 한가지 접착제에 의해 접착되어 있는 이온교환 필터.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 이온교환수지 입자가 양이온교환수지와 음이온교환수지의 혼합물인 이온교환 필터.
  6. 대경 연속기공을 가지는 망상 폴리우레탄 폼으로 만들어지는 시트상의 골격기재에 아크릴계, 우레탄계, 초산비닐계 중 어느 한가지의 접착제를 함침시키고, 상기 골격기재 표면의 거의 전역에 접착제를 부착시키는 접착제 도포공정,
    상기 대경 연속기공의 공경의 2% 이상 50% 이하의 입경을 가지며 수분율 30% 이하로 건조시킨 이온교환수지 입자를, 상기 골격기재에 부착하지 않고 두께 방향으로 통과하기까지 상기 대경 연속기공에 과잉량 주입하는 접착공정, 및
    상기 골격기재에 접착되지 않고 상기 대경 연속기공내에 유지되어 있는 이온교환수지 입자를 제거하는 잉여입자 제거공정
    을 차례로 행하는 이온교환 필터의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 망상 폴리우레탄 폼이 4개/인치∼10개/인치의 연속 대기포를 가지며, 두께 5mm∼50mm의 시트상으로 형성되어 있는 동시에,
    상기 이온교환수지 입자를 상기 골격기재의 두께 방향으로 하향하여 분사공급함으로써 상기 접착공정을 행하고,
    상기 골격기재를 통과하는 상기 이온교환수지 입자를 낙하 회수함으로써 상기 잉여입자 제거공정을 행하는
    이온교환 필터의 제조 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 의한 이온교환 필터를 상기 이온교환수지 입자보다 작은 메쉬(mesh)의 포상체(布狀體)로 씌우고, 통기부를 가지는 케이싱 내에 수용하는 필터장치.
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