KR100625286B1 - 다층적층형 공기정화용 화학흡착필터의 제조방법 - Google Patents

다층적층형 공기정화용 화학흡착필터의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다층적층형 공기정화용 화학흡착필터의 제조방법에 관한 것으로, 2 - 25 ㎜의 두께를 지닌 망상 폼의 골격기재에 아크릴계, 우레탄계, 초산비닐계, 에틸렌초산비닐계, 실리콘계, 클로로프렌고무계 및 에폭시계로 이루어진 군에서 선택된 수용성 접착제를 도포하는 공정; 수용성 접착제가 도포된 골격기재에 흡착제를 흡착하는 공정; 흡착제가 흡착된 골격기재를 2층 이상의 다층구조로 적층하는 공정; 및 다층구조로 적층된 골격기재를 성형하여 여과체를 제조하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 다층적층형 공기정화용 화학흡착필터의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따라 망상 폼으로 만들어지는 시트상의 골격기재를 2층 이상의 다층구조로 적층함으로써, 암모니아와 오존 등의 유해가스 및 유해물질의 제거효율을 높일 수 있으며, 종래 사용하던 한층의 망상 폼으로 인한 흡착력의 저하를 다층으로 적층함으로써 흡착능력을 개선할 수 있다.
폴리우레탄, 수용성접착제, 흡착제, 다층적층, 화학흡착필터

Description

다층적층형 공기정화용 화학흡착필터의 제조방법{Method for manufacturing chemical filter for multilayer air cleaning}
본 발명은 다층적층형 공기정화용 화학흡착필터의 제조방법에 대한 것으로, 보다 상세하게는 망상 폼으로 만들어지는 시트상의 골격기재를 2층 이상의 다층구조로 적층함으로써 흡착능력을 개선할 수 있는 화학흡착필터의 제조방법이다.
종래에는 실내의 공기를 정화하기 위하여 환기, 오염원의 제거, 공기 청정기, 탄소필터, 기계적 필터, 정전기적 집진장치 등이 현재 사용되고 있으며, 대형건물의 히팅, 환기 및 공기정화시스템의 일부로서 오염제거장치가 함께 사용되기도 한다.
최근에는 공기정화시스템의 습기제거 부분이 사용되고 있다. 액체건조를 사용하는 흡수방법은 기체와 하나 또는 그 이상의 성분이 들어 있는 액체를 접촉시켜 물리적 오염물을 제거한다. 가장 흔히 사용되는 흡수제는 리튬클로라이드와 트라이에틸글리콜이나 이들 자체가 실내공기 오염 물질이 될 수 있으므로 사용에 주의가 요구된다.
한편, 유체를 고체 표면으로 이동시켜 표면력에 의해 유체 내 오염물질을 보 존시키는 흡착방법은 고체 흡착제를 쉽게 재활용할 수 있다는 이점 때문에 가장 경제적일 수 있으며, 활성탄은 유기물질과 라돈 등의 비극성 물질을 제거하는데 효과적이나, 수분제거에는 비효율적이다. 또한, 실리카겔, 제올라이트 등의 흡착제는 수분과 같은 극성 화합물의 제거에 효과적이다.
이와 같은 흡착제들은 공조시스템의 습기제거 과정에 응용할 수 있으며 부유미생물, 휘발성 유기화합물, 라돈, 수분과 담배연기의 제거에 효과적으로 응용될 수 있다. 그러나, 실내공기제어 기술은 한두 가지 방법으로는 충분히 이루어질 수 없으므로 실내 공기 오염형태를 정확히 파악하고 그 공간에 맞는 가장 최적의 시스템을 적용하고 개발할 필요가 있다.
공기 내에 존재하는 중금속, 유기물 등을 정화하기 위하여 가장 일반적으로 수지(resin)를 사용하였으나, 수지에 비하여 섬유 필터는 하기의 장점으로 인하여 가장 적극적으로 개발하여 활용할 수 있다.
섬유필터의 장점은 하기와 같다. 즉 빠른 속도의 흡착과정, 효율적인 재생, 물과 공기를 정화시킬 때 흡착제의 저항이 적다는 것이다. 더욱이, 양이온교환 섬유필터에 흡착시킬 때 공기 투과는 300-500dm3/m2s 이며, 같은 높이의 공기의 속도에서 수지의 저항은 섬유필터보다 2배정도 높다. 즉, 두께가 얇으므로 흡착과정에서 수지필터보다 10-30배정도 여과를 할 수 있으며, 또한 오염물질을 덜 해로운 물질로 전화시킬 수 있다는 사실은 섬유필터의 우수성을 입증하는 것이다.
그러나, 이러한 섬유필터는 가격이 고가인 바, 일부 생산시설이나, 특수 목 적에만 활용되고 있는 실정이므로 이러한 섬유 필터의 사용이 제한되고 있는 것이 현실이다.
따라서, 공기중의 먼지를 효과적으로 제거하고 가격 면에서도 저렴한 화학흡착필터의 수요가 급증하고 있다.
상기 종래기술의 문제점을 극복하기 위하여, 망상 폼으로 만들어지는 시트상의 골격기재를 2층 이상의 다층구조로 적층함으로써, 암모니아와 오존 제거효율을 높일 수 있으며, 종래 사용하던 한층의 망상 폼으로 인한 흡착력의 저하를 다층으로 적층함에 따라 흡착능력이 개선된 다층적층형 공기정화용 화학흡착필터의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 2 - 25 ㎜의 두께를 지닌 망상 폼의 골격기재에 아크릴계, 우레탄계, 초산비닐계, 에틸렌초산비닐계, 실리콘계, 클로로프렌고무계 및 에폭시계로 이루어진 군에서 선택된 수용성 접착제를 도포하는 공정; 상기 수용성 접착제가 도포된 골격기재에 흡착제를 흡착하는 공정: 상기 흡착제가 흡착된 골격기재를 2층 이상의 다층구조로 적층하는 공정; 및 상기 다층구조로 적층된 골격기재를 성형하여 여과체를 제조하는 공정을 포함하는 것을 특징으 로 하는 다층적층형 공기정화용 화학흡착필터의 제조방법이 제공된다.
여기서, 상기 망상 폼은 폴리우레탄, 철망, 폴리에틸렌, 나일론 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군에서 선택되며, 바람직하게는 폴리우레탄을 사용한다.
또한, 상기 접착제를 도포하는 공정에서 상기 골격기재를 접착제에 함침시킨 후, 롤러로 압력을 가하고 분사기로 분사하는 것이 바람직하다.
더욱이, 상기 흡착제가 흡착된 골격기재는 상온에서 자연 경화되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 흡착제는 다공성 이온교환수지, 다공성 유기-무기 복합흡착제, 첨착활성탄 및 다공성 무기흡착제로 이루어진 군에서 선택된 것이 바람직하다.
또한, 상기 골격기재를 다층구조로 적층하는 공정에서 상기 골격기재의 골격모양이 서로 엇갈리도록 배열하여 적층하는 바람직하다.
또한, 상기 제조방법에 의해 제조된 다층적층형 공기정화용 화학흡착필터가 제공된다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명은 2 - 25 ㎜의 두께를 지닌 망상 폼의 골격기재에 2 - 25 ㎜의 두께를 지닌 망상 폼의 골격기재에 아크릴계, 우레탄계, 초산비닐계, 에틸렌초산비닐계, 실리콘계, 클로로프렌고무계 및 에폭시계로 이루어진 군에서 선택된 수용성 접착제를 도포한다.
이때, 상기 수용성접착제를 도포하는 공정에서 상기 골격기재를 수용성 접착제에 함침시킨 후, 롤러로 압력을 가하고 분사기로 분사한다. 여기서 분사기는 마 그네틱 피더로 분사하는 것이 바람직하다. 롤러로 압력을 가하여 접착제를 눌러줌으로써 골격기재의 불필요한 접착제를 제거할 수 있고, 마그네틱 피더로 분사하여 접착제가 뭉치지 않게 하는 역할을 한다. 이때, 상기 망상 폼은 폴리우레탄, 철망, 폴리에틸렌, 나일론 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군에서 선택되며, 바람직하게는 폴리우레탄을 사용한다.
다음으로, 상기 수용성접착제가 도포된 골격기재에 흡착제를 흡착하고, 100℃ 이하에서 건조시킨 후, 상온에서 자연경화시키는 것이 바람직하다. 만약 100℃를 초과하면 흡착제인 이온교환수지의 열변형으로 인한 수분증발에 의해 암모니아 제거효율이 급격히 떨어지며 공기 정화능력이 현저히 감소하는 문제를 야기시킬 수 있다.
마지막으로, 상기 흡착제가 흡착된 골격기재를 2층 이상의 다층구조로 적층한 후, 상기 다층구조로 적층된 골격기재를 성형하여 여과체를 제조한다.
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상기 흡착제는 다공성 이온교환수지, 다공성 유기-무기 복합흡착제, 첨착활성탄 및 다공성 무기흡착제로 이루어진 군에서 선택되어 사용할 수 있다. 또한, 상기 군에서 선택되어진 흡착제의 수분함량은 10 내지 35중량%인 것이 바람직하다. 이러한 흡착제는 구형(spherical), 입자형(granule) 또는 사출형(extrudate)으로 제조하며, 이때 흡착제의 평균입경(d)은 0.05 - 2.00 ㎚ 범위 내에서 여러 형태와 크기로 제조될 수 있다.
이러한 흡착제는 제거하고자 하는 유해물질에 따라 상기 흡착제 중 어느 하나의 흡착제를 선택하여 사용하게 된다.
예를들어, 유해가스가 HF, HCl, SOX 등과 같은 산성가스인 경우에는 알카리성 이온교환수지, 유기-무기 복합흡착제, 첨착활성탄 또는 제올라이트 등이 효과적이며, 암모니아와 같은 알카리성 유해가스인 경우에는 산성의 이온교환수지, 유기-무기 복합흡착제, 첨착활성탄 또는 제올라이트를 사용하는 것이 효과적이다.
또한, 유기 아민류, 유기용제류, 오존, 다이옥신, DOP와 같은 프탈레이트계 가소제 등과 같은 휘발성 유기화합물의 경우에는 산성-알칼리성 중화작용으로는 흡 착제거가 어려우며, 미세 세공에 의한 모세관 현상으로 유해물질을 제거하게 되는데, 이때에는 첨착 활성탄이나 제올라이트와 같이 500m2/g 이상의 높은 비표면적을 갖는 다공성 흡착제를 사용하게 된다.
이온교환수지형 흡착제는 비표면적이 300 m2/g 이상의 다공성 흡착제로 수지표면에 붙어 있는 관능기의 종류에 따라 음이온성과 양이온성 교환수지로 나누어진다. 이들 이온교환수지형 흡착제는 평균입경(d)이 0.1-1.0 mm 범위를 갖는 구 형태로 이루어지며, 이온교환능은 1.0-4.0 당량/kg 정도로 유해가스와 산-염기 중화 반응을 통해 유해가스를 흡착제거하게 된다.
유기-무기 복합 흡착제는 넓은 표면적을 갖는 다공성 무기물 담체 표면에 관능기를 갖는 유기 흡착제 성분을 그래프팅(grafting) 시킨 흡착제이다. 여기서, 무기물 담체로는 비표면적이 300 m2/g 이상인 물질, 예를들어 실리카, 알루미나, 제올라이트 또는 메조포아 물질(MCM-41 등)을 사용하게 되며, 평균입도가 0.05-0.20 mm인 입자형 또는 구형으로 제조하여 사용한다. 또한, 무기질 담체를 붙이기 위한 유기물 물질로는 -RSO3H 나 RNH4OH 등의 -OH기를 갖는 관능기를 들 수 있으며, 이 유기성분은 무기질 담체 표면을 알킬 실란과 같은 커플링제로 그래프팅시켜 제조한다.
첨착 활성탄은 비표면적이 1,000 m2/g 이상인 높은 비표면적과 0.05-2.00 mm 의 평균입경을 갖는 입자형 또는 사출형 활성탄을 제조하고, 여기에 유해가스의 흡 착능을 갖는 흡착물질, 예를 들어 Kl 이나 H3PO3 등의 흡착물질을 첨착시켜 제조한다.
다공성 무기 흡착제는 상술한 유기-무기 복합 흡착제 제조시 사용되는 무기물 담체를 NH4OH, KOH, Co(NO3)2 등으로 이온교환하여 제조한다.
또한, 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 다층적층형 공기정화용 화학흡착필터를 제공한다.
본 발명에 따른 다층적층형 공기정화용 화학흡착필터는 망상 폼으로 만들어지는 시트상의 골격기재를 2층 이상의 다층구조로 적층함으로써, 암모니아와 오존 제거효율을 높일 수 있으며, 종래 사용하던 한층의 망상 폼으로 인한 흡착력의 저하를 다층으로 적층함으로써 흡착능력을 개선할 수 있다.
한편, 상기와 같이 제조된 다층적층형 공기정화용 화학흡착필터는 반도체공정 또는 디스플레이 제조공정 중 클린룸이나, 일반 건축물의 공기 정화기, 소각장 및 화학물질 제조공정 등에 사용할 수 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예에 의해 보다 상세하게 설명한다. 다만, 이러한 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> 양이온교환수지를 흡착한 다층적층형 망상 화학흡착필터의 제조
4 ㎜의 두께를 지닌 망상 폴리우레탄 폼을 수용성접착제 (유앤씨, UN-500 ) 0.2 kg/m2에 함침 및 분산 도포시키고, 두께가 0.8 mm 인 양이온 교환수지 (삼양사 SK-1BH) 3.0 kg/m2 을 흡착시킨 후, 80℃ 2시간 동안 건조 후 자연 건조하였다. 상기 자연건조된 필터 위에, 같은 재질의 필터를 여러겹 쌓아 20 mm 의 다층 적층형 망상 화학흡착필터를 제조하여, 연속공정을 통해 크기 610 × 610 mm 이며, 두께 20 mm 이고, 메쉬 간격이 1.3 × 1.3 mm 인 망형 여과체를 제조하였다.
<실시예 2> 음이온교환수지를 흡착한 다층적층형 망상 화학흡착필터의 제조
양이온 교환수지 대신 음이온교환수지(삼양사, SA-20AP) 3.1 kg/m2 을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
<실시예 3> 활성탄을 흡착한 다층적층형 망상 화학흡착필터의 제조
양이온 교환수지 대신 활성탄 (대림탄소산업(주), 비표면적 1100m2/g, 평균입경 1.3 mm) 을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다. 이때 사용한 활성탄의 양은 2.2 kg/m2 이었다.
<비교예 1> 양이온교환수지를 흡착한 망상 화학흡착필터의 제조
망사형 폴리우레탄 골격기재에, 수용성 접착제를 함침 및 건조후 두께가 0.8 mm인 양이온 교환수지 (삼양 SK-1BH) 3.0 g/m2 을 흡착시켜, 크기 610 × 610 mm 이며, 두께 20 mm 이고, 메쉬 간격이 1.3 × 1.3 mm 인 망상 화학흡착필터를 제조하였다.
<실험예 1> 화학흡착필터의 성능 평가
상기 실시예에서 제조된 화학흡착필터의 성능을 흡착제의 종류와 흡착제 투 입량에 따라, 유해가스 제거율, 이온교환능력으로 평가하였다. 비교예로 실시예 1에서 다층적층형 망상 폼이 아닌 화학흡착필터를 사용하였다.
흡착제 투입량은 흡착제가 부착된 여과체 1 m2당 투입된 흡착제를 kg으로 계산한 값이고, 유해가스 제거율은 면풍속 0.5 m/sec, 상대습도 40%, 유해가스 농도 수ppm ~ 수십 ppb에서의 제거율을 나타낸 것으로 흡착제가 양이온 교환수지인 경우에는 암모니아 제거율을 나타내며, 음이온 교환수지인 경우에는 아황산가스제거율, 활성탄인 경우 또는 유기 무기 복합 흡착제인 경우에는 오존 제거율을 나타낸다.
두께 (mm) 흡착제 종류 흡착제 투입량(kg/m2) 유해가스 제거율(%) 이온교환능력 (당량/m2)
실시예1 20 양이온교환수지 3.0 99.0 3.63
실시예2 20 음이온교환수지 3.1 98.2 2.35
실시예3 20 활성탄 2.2 99.2 -
비교예1 20 양이온교환수지 3.0 95.3 3.63
표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 화학흡착필터는 다층적층형 망상폼을 제조하지 않은 비교예의 화학흡착필터에 비해 암모니아와 오존 등의 유해가스 및 유해물질의 제거효율을 높일 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 다층적층형 공기정화용 화학흡착필터의 제조방법을 이용하면, 망상 폼으로 만들어지는 시트상의 골격기재를 2층 이상의 다층구조로 적층함으로써, 암모니아와 오존 등의 유해가스 및 유해물질의 제거효율을 높일 수 있으며, 종래 사용하던 한층의 망상 폼으로 인한 흡착력의 저하를 다층으 로 적층함으로써 흡착능력을 개선할 수 있다.
따라서, 상기와 같이 제조된 다층적층형 공기정화용 화학흡착필터는 반도체공정 또는 디스플레이 제조공정 중 클린룸이나, 일반 건축물의 공기 정화기, 소각장 및 화학물질 제조공정 등에 사용할 수 있다.

Claims (7)

  1. 2 - 25 ㎜의 두께를 지닌 망상 폼의 골격기재에 아크릴계, 우레탄계, 초산비닐계, 에틸렌초산비닐계, 실리콘계, 클로로프렌고무계 및 에폭시계로 이루어진 군에서 선택된 수용성 접착제를 도포하는 공정;
    상기 수용성 접착제가 도포된 골격기재에 흡착제를 흡착하는 공정;
    상기 흡착제가 흡착된 골격기재를 2층 이상의 다층구조로 적층하는 공정; 및
    상기 다층구조로 적층된 골격기재를 성형하여 여과체를 제조하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 다층적층형 공기정화용 화학흡착필터의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 망상 폼은 폴리우레탄, 철망, 폴리에틸렌, 나일론 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 다층적층형 공기정화용 화학흡착필터의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 접착제를 도포하는 공정에서 상기 골격기재를 접착제에 함침시킨 후, 롤러로 압력을 가하고 분사기로 분사하는 것을 특징으로 하는 다층적층형 공기정화용 화학흡착필터의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 흡착제가 흡착된 골격기재는 상온에서 자연 경화되는 것을 특징으로 하는 다층적층형 공기정화용 화학흡착필터의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 흡착제는 다공성 이온교환수지, 다공성 유기-무기 복합흡착제, 첨착활성탄 및 다공성 무기흡착제로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 다층적층형 공기정화용 화학흡착필터의 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 골격기재를 다층구조로 적층하는 공정에서 상기 골격기재의 골격모양이 서로 엇갈리도록 배열하여 적층하는 것을 특징으로 하는 다층적층형 공기정화용 화학흡착필터의 제조방법.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조된 다층적층형 공기정화용 화학흡착필터.
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