KR100741982B1 - 연속식 핫멜트블로운 방법에 의한 이온교환 수지가고밀도로 충전된 이온교환 섬유 복합필터 소재의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사용 후 용제에 의한 유해 배가스(out gas)가 전혀 발생하지 않는 핫멜트 점착제를 가열압축공기를 이용하여 멜트블로우 방법으로 필터여재의 표면과 내부에 고밀도 충전시킨 후 충전재를 고정시킨 것으로, 극미량 농도의 유해성 이온가스를 획기적으로 제거할 수 있는 이온교환 복합필터의 소재의 제조방법에 관한 것이다.

핫멜트 점착, 멜트블로우, 연속공정, 고충전 밀도, 이온교환 수지, 이온교환섬유, 복합 화학필터

Description

연속식 핫멜트블로운 방법에 의한 이온교환 수지가 고밀도로 충전된 이온교환 섬유 복합필터 소재의 제조방법{Method for preparing of fibrous ion exchanger hybrid filter filled high density ion exchange resin by continues hot melt blown}

도 1은 본 발명에 따른 연속식 핫멜트블로우 장치도이다.

도 2는 본 발명에 따른 복합 이온교환 필터 소재 형상도이다.

도 3은 본 발명에 따른 이온교환 섬유부직포의 단면을 나타낸 것이다.

- 도면의 주요 부호에 대한 설명 -

(1) 핫멜트 호퍼 (2) 멀티분사노즐 (3) 가열 압축공기 주입구

(4) 가열압축공기 발생기 (5)충전제 공급호퍼 (6)압착롤러

(7) 필터여재 (8) 충전재 (9)매트

본 발명은 반도체, 제약 등 정밀제품 생산공정을 위한 클린룸에 존재하는 산성, 염기성 가스 및 기타 미량의 공정 유해 이온가스 성분을 완벽히 제거하기 위하여 연속식 핫멜트 블로우 방법으로 저압손, 고밀도 충진 이온교환 복합화학필터 제 조용 이온교환 소재의 제조방법에 관한 것이다.

최근 반도체 산업의 급격한 발달과 선진 각국의 이 분야에 대한 치열한 경쟁으로 인하여 우리나라를 비롯한 선진 각국에서는 고집적 반도체 생산을 위해 반도체 제조공정에 필수인 완벽한 클린룸 설치에 많은 관심을 기울이고 있다.

현재 반도체 제조공정에 존재하는 산성, 염기성 미량의 유해가스를 제거하기 위해 사용되고 있는 방법으로는 활성탄을 이용한 첨착활성탄법과 이온교환법이 있다. 이중 첨착활성탄법은 가격은 저렴하나 클린룸 필터 적용시 무게가 무겁고, 입상인 관계로 공정 차압이 증가하며, 수명이 짧고, 미량 유해가스 제거효율과 적용에 한계가 있다. 따라서 이들의 단점을 보완하기 위하여 이온교환법을 사용하는데 이온교환 수지로 제조한 필터는 제거효율은 좋으나 활성탄과 마찬가지로 입상인 관계로 공정 압력손실이 크고 처리속도가 느린 단점을 지니고 있다. 따라서 이를 개선하기 위하여 최근 이온교환 섬유를 개발하여 상용하고 있는데 이온교환 섬유는 비드상 이온교환 수지에 비해 압력손실이 적고, 무게가 가벼우며, 이온성 가스의 제거효율이 높고, 섬유상으로 필터제조가 간편한 장점이 있으나 가격이 비싸고 단위부피가 커서 사용에 한계가 있다.

따라서 최근 상기의 단점을 보완하기 위하여 이온교환 섬유 부직포를 최소화하면서 이 표면에 비드상 이온교환 수지를 용제형 접착제를 사용하여 결합한 복합필터소재와 수지와 섬유를 혼합한 후 니들펀칭의 방법으로 복합필터 소재를 제조하는 발명이 개발되었다. 기 개발된 소재들은 상기에서 언급한 단일 소재보다 성능은 향상되었고 가격은 이온교환 섬유를 기준하여 저렴해 졌으나 용제형 접착제를 사용 한 경우 그물망에 수지를 접착시켜 이온교환 섬유 부직포와 결합시키고, 비드의 이탈 방지를 위해 다시 망으로 감싸야 하기 때문에 제조공정이 복잡하고, 수지의 부착에 한계가 있으며 사용한 용제형 접착제로부터 유해 배가스가 발생하여 클린룸의 오염가능성이 있다. 또한 니들펀칭에 의한 복합필터 소재의 제조방법은 상기 단점을 어느 정도 보완 할 수 있으나 수지를 부직포내에 식모하는데 한계가 있고 니들펀칭으로 인한 압력손실이 증가하여 이들의 단점을 개선할 필요가 있다.

따라서 본 발명에서는 이러한 단점을 개선한 고성능의 복합 이온교환 필터 소재를 제조하기 위하여 연속식 공정으로 자동화가 가능한 제조공정을 개발하였으며, 사용한 결합제 중의 유해 배가스로부터 자유로워지기 위해 핫멜트 방식을 택하였으며, 비드를 이온교환 섬유 부직포에 고밀도로 표면과 내부에 부착시키기 위하여 가열 압축공기를 이용한 멜트블로우 방식을 채택하였다.

본 발명에서 제조한 이온교환 복합필터는 종래의 기술로 제조한 필터소재보다 이온성 가스의 제거효율이 월등히 높고, 특히 비드상 수지를 균일하게 고정시킬 수 있어 각 소재의 성능을 극대화 시킬 수 있는 장점과 연속공정의 적용이 가능한 장점을 지니고 있다. 따라서 본 기술 발명으로 인하여 종래의 소재를 대체할 것으로 기대되어지며, 이로 인한 반도체 클린룸 필터의 획기적 개선이 기대되어진다.

본 발명은 핫멜트 블로우 방식에 의한 필터의 공정 차압이 낮은 이온교환 복합필터의 제조 방법에 관한 것으로, 필터여재에 가열 압축공기로 무용제형의 핫멜 트를 멜트블로우하여 필터여재 표면과 내부에 침투시키고, 여기에 충전재를 부착시킨 후 압착로울러를 통과시켜 충전재가 고충진 상태로 균일하게 고정된 복합 이온교환 필터 소재를 연속식으로 제조하는 제조방법을 제공한다.

또한, 이러한 제조방법에 의하여 충전재를 필터여재 매트릭스 구조에 더욱 단단히 부착시켜 사용이 편리하게 하고, 또한 많은 충전재가 부착되어 효율을 매우 향상시키기 위한 방법을 제공하고, 그 방법에 의해 제조되는 필터여재를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한 본 발명의 또 다른 목적은 핫멜트의 용융공정, 용융 핫멜트의 멜트 블로우 공정, 비드상 이온교환 수지의 고정화공정이 연속식으로 되는 복합 이온교환 필터의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 필터여재에 일정량의 무용제형의 핫멜트 점착형 수지를 핫멜트 블로우 방식에 의해 필터여재의 표면과 내부에 도포하고, 핫멜트 점착제가 도포된 필터여재에 충전재를 일정량 도포하고 일정 간격의 로울러 사이로 충전재가 로딩된 필터여재를 통과시켜 압착시킨 후 이탈된 충전재를 탈리시켜 이온교환 복합필터 소재를 제조하는 것이다. 이하 각 과정에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에서는 핫멜트 점착제의 용융공정, 필터여재에 가열 압축공기를 이용하여 용융된 핫멜트 점착제를 분사하는 공정, 핫멜트 점착제가 도포된 필터여재에 비드 충전재를 부착하는 공정, 이들을 압축공기를 이용하여 필터여재 내부로 침투 고정하는 공정 및 압축로울러로 고정하여 이온교환 복합필터 소재를 제조하는 공정으로 이루어진다.

즉, 본원발명은

1) 용융된 핫멜트 점착제를 가열압축공기를 이용하여 필터여재에 도포하는 단계;

2) 핫멜트 점착제가 도포된 필터여재에 충전재를 부착시키는 단계;

3) 압착 로울러를 통과시켜 충전재가 필터여재 내부로 삽입되어 고정되도록 하고, 복합 이온교환 필터 소재를 평활하게 하는 단계;

를 갖는 것을 특징으로 하는 충전재가 고밀도로 충전된 이온교환 섬유 복합필터 소재의 제조방법에 관한 발명이다.

본 발명의 또 다른 양태로는 상기 2)단계 후, 필터여재에 붙지 않은 충전재를 탈리시킨 후 압축공기를 이용하여 충전재를 필터여재 내부로 삽입시켜 고정시키는 단계; 를 추가할 수 있으며,

또 다른 양태로는 상기 4) 단계 후 필터여재의 양면에 매트를 부착시켜 충전재의 탈리를 방지하는 것도 가능하다.

이하는 본 발명에서 사용되는 상기 각각의 구성에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에서 상기 핫멜트 점착제는 폴리에틸렌계, 폴리프로필렌계, 폴리우레탄계, 에틸렌비닐아세테이트계, 폴리아미드계, 폴리에스테르계, 러버계에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있으며, 여기에 제한되지 않고 무용제형의 핫멜트 점착제 분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 어느 것이든 제한되지 않고 사용할 수 있다. 에틸렌비닐아세테이트계(EVA계) 점착제는 핫멜트의 대표적인 점착제로서, 주로 포장관련 또는 일반적인 점착 씰링 분야에 사용되며, 폴리아미드계 점착제는 택(tack), 경도, 내열도가 우수하여 최근 핫멜트 몰딩용으로 많이 사용되며 기타 다양한 제조공정 분야에 사용되고 있으며, 폴리에스테르 계열의 점착제는 내열성이 우수하여 주로 가전제품 자동차용 부품 제조 관련분야에 사용되고 있으며, 러버계열의 점착제는 택이 우수하여 주로 필름 종이, 섬유 원단관련 분야에 사용되고 있으며, 폴리우레탄 계열의 점착제는 고형성, 탄성, 내열성, 내후성이 뛰어나 주로 고무와 금속, 신발밑창, 섬유, 목재, 플라스틱 접착용으로 사용되고 있으며, 습기 경화형으로서 뛰어난 물성 때문에 최근 그 쓰임새가 증가되고 있는 점착제이다.

본 발명에서 상기 필터여재는 산성 또는 염기성의 이온교환섬유 제직물, 종이, 쉬트, 네트형태에서 선택되는 어느 하나의 이온교환 섬유 부직포 또는 섬유상 부직포를 사용할 수 있으며, 상기 섬유상의 부직포는 이온교환수지가 아닌 일반 섬유상 부직포를 의미하는 것으로, 예를 들면, 폴리에스터, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌에서 선택되는 어느 하나의 섬유상 부직포가 있으며 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명에서 상기 필터여재는 100 ~ 250 g/m²의 산성 또는 염기성의 이온교환섬유 제직물, 종이, 쉬트, 네트, 부직포 형태에서 선택되는 어느 하나를 사용하는 것이 여과 효율이 우수하여 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명에서 상기 충전재는 이온교환 단섬유 또는 비드상 이온교환수지, 활 성탄에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있으며, 이에 제한되지 않고 필터 소재에 사용가능한 것들을 사용할 수 있다. 상기 이온교환 단섬유는 이온교환수지 부직포나 섬유 등을 분쇄한 것을 의미하는 것으로 평균입경이 5 mm 이하가 되도록 분쇄된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 비드상 이온교환수지는 시판되는 것을 사용할 수 있으며, 비드상의 이온교환수지를 사용하는 경우 공정상 압력손실(저압손)이 적으므로 바람직하다.

본 발명에서 상기 충전재는 400 ~ 800 g/m²의 비드상의 이온교환수지, 활성탄, 기재로 사용되는 이온교환 섬유 부직포와 상이한 종류의 이온교환 단섬유를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 상기 충전재는 하나만 사용하는 것도 가능하나 예를 들어 이온교환수지 단섬유와 활성탄을 혼합하여 사용하는 것도 가능하다. 혼합하여 사용하는 경우 보다 우수한 가스제거 효과가 있다.

이하는 도면을 참조하여 상기 공정에 대하여 자세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 연속식 핫멜트블로우 장치도를 나타낸 것이며, 도 1을 참고로 하여 본 발명의 제조방법을 구체적으로 설명한다.

먼저, 핫멜트 점착제의 용융공정 및 분사 도포공정에 대하여 설명한다.

필터여재에 충전재를 고정 결합시키기 위하여 핫멜트 호퍼(1)에 핫멜트 점착제를 넣고 온도를 조절하여 완전 용융될 때까지 충분히 가열하고 멀티노즐인 분사노즐(2)로 이송시켜 가열 공기 발생기(4)에 의한 압축공기주입구(3)와 합하여 멀 티노즐(2)을 이용하여 분사시킨다. 이때 용융공정은 사용되는 핫멜트 점착제의 종류에 따라 승온조건을 달리할 수 있도록 하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.1 m/sec의 가열공기 속도에서도 노즐로부터 방사될 수 있도록 용융점도를 조절하는 것이 좋다. 용융공정에서 용융된 핫멜트 점착제를 필터여재에 골고루 분사시켜 도포하는 공정으로 이 공정의 구성은 용융 핫멜트를 분무할 수 있는 멀티노즐(2)과 이를 필터여재에 뿌릴 수 있는 가열압축공기 주입구(3)로 구성되어 있다. 또한 노즐의 위치는 상하로 높이와 방사폭의 조절이 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다. 이때 분사속도는 0.1 ~ 1 m/sec이고, 노즐온도는 50 ~ 190 ℃, 분사각도는 90도로 하여 도포시키는 것이 바람직하다. 상기 멀티분사노즐은 스파이더 스플릿터로서, 거미줄 분사 방식으로 뿌려주는 것으로 필터여재의 내부까지 점착재가 침투할 수 있는 특징이 있다.

다음으로 핫멜트 점착제가 도포된 필터여재에 충전재를 부착시키는 단계에 대하여 설명한다.

핫멜트 점착재가 도포된 필터여재(7)에 충전재(8)를 고정시켜 도 2와 같은 이온교환 복합필터 소재를 제조하는 공정으로, 충전제 공급호퍼(5)를 통하여 핫멜트 점착제가 도포된 필터여재 상에 충전재(8)를 뿌린다. 부착공정에서는 필터여재에 원하는 양만큼 부착이 가능하며, 충전재(8)를 이온교환 섬유 단위면적당 최대 800 g/m² 까지 부착가능하다.

본 발명에서는 필요에 따라 필터여재(7)로부터 붙지 않은 충전재(8)를 탈리 하고 압축공기를 이용하여 필터여재(7)로 삽입시켜 고정시키는 단계를 추가할 수 있으며, 이는 도면에는 도시하지 않았다.

다음으로 압착 로울러(6)를 통과시켜 충전재(8)가 필터여재(7) 내부로 침투하여 더욱 잘 결합되도록 하고, 복합 이온교환 필터 소재를 평활하게 하는 단계에 의하여 가압 침투 및 압착 공정하여 완성한다. 가압 및 압착공정에서는 부착된 충전재(8)가 완전히 결합하고 필터여재(7)의 공간사이로 침투되며, 이들 필터여재의 평활도를 유지하고 부착강도를 증가시키키 위하여 간격 조절이 가능한 압축로울러(6)를 통과시켜 복합 이온교환섬유 필터소재를 제조하는 공정이다.

본 발명에서는 필요에 따라 상기 압축롤러를 통과시켜 고정된 복합 이온교환섬유 필터소재의 양면에 매트(9)상의 섬유 등을 부착시켜 충전재가 탈리되는 것을 방지할 수 있다.

이하는 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 구체적으로 설명하는 바, 본 발명이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

기재인 이온교환 섬유 부직포는 두께가 3 mm인 공압출형 폴리프로필렌/폴리에틸렌 섬유(70%)와 PET 섬유(30%)를 조합한 200 g/m², 이온교환용량 3.8 meq/g의 이온교환 섬유 부직포를 사용하였다.

또한 비드상 강산성 양이온교환 수지는 이온교환 용량이 3.3 ~ 3.5 meq/g의 국내 제조 상품을 사용하였다.

핫멜트 점착제로는 폴리우레탄계 핫멜트 점착제를 사용하였다.

[실시예 1 ~ 4]

(1) 핫멜트 점착제의 용융공정

이온교환 섬유 부직포에 비드상 수지를 고정 결합시키기 위하여 핫멜트 용융호퍼에 핫멜트 점착제를 넣고 온도를 조절하고 완전 용융될 때까지 충분히 가열하고 분사노즐로 이송시켜 가열 공기로 분사시킬 수 있도록 용융하였다. 용융공정은 핫멜트 점착제가 0.1 m/sec의 가열공기 속도에서도 노즐로부터 방사될 수 있도록 용융점도를 조절하였다.

(2) 분사 도포공정

용융공정에서 용융된 핫멜트 점착제를 이온교환 섬유 부직포 기재에 골고루 분사시켜 도포하는 공정으로 표 1과 같은 조건으로 용융 핫멜트 점착제를 도포시킬 수 있도록 하였다.

[표 1]

(3) 이온교환 수지 부착공정

핫멜트 점착재가 도포된 이온교환 섬유 부직포 기재를 롤러에 통과시켜 압착하여 비드상 이온교환 수지를 고정시켜 이온교환 복합필터 소재를 제조하였으며, 부착공정의 구체적 조건은 표 2와 같다.

[표 2]

(4) 가압 침투 및 압착 공정

부착된 비드 이온교환 수지가 완전히 결합하고 이온교환 섬유 부직포내부로 결합시키기 위하여 핫멜트 점착제를 분사시킨 온도 조건에서 압축공기 발생기에 의해 압축공기를 불어넣어 핫멜트 점착제가 접합된 이온교환 수지가 부직포의 공간사이로 침투되도록 하였으며, 간격 조절이 가능한 압축로울러를 통과시켜 복합 이온교환섬유 필터소재를 제조하였다.

이렇게 제조된 복합 이온교환 필터소재의 이온교환 용량 및 유해성 가스의 제거효율을 측정하여 본 결과를 표 3에 나타내었다.

[표 3] 복합이온교환 필터소재 제조 및 특성

본 발명에 따른 복합이온교환 필터를 이용하는 경우 공정상 압력 손실이 적고, 이온교환용량이 우수한 것을 알 수 있었으며, 유해가스 제거율이 97%이상인 것을 알 수 있었다.

본 발명에 의한 이온교환 수지가 고밀도로 충전된 이온교환 섬유 복합필터 소재는 연속식 공정의 간단한 방법으로 복합 이온교환 필터 소재의 제조가 가능하게 함으로써 기존 복합 필터소재 제조방법을 자동화 할 수 있을 뿐만 아니라, 공정비용을 절감시킬 수 있는 효과를 나타낼 수 있다.

또한 본 발명에 의해 제조된 높은 이온교환용량을 지닌 복합 이온교환 필터 소재는 반도체 클린룸 공정에 적용할 때 기존 접착제 중의 용제 휘발성분이 배출되지 않는 장점을 지니고 있으며, 특히 기존 필터소재에 비해 많은 양의 비드 이온교환 수지를 결합시킬 수 있어 미량 유해가스의 제거효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

또 다른 중요한 발명의 효과는 기재의 선정이 자유롭고, 비드상 접합물질의 종류를 다양화 할 수 있어 본 발명 소재를 이용한 복합필터 제조시 비용절감은 물론 산성, 염기성 및 오존 등의 클린룸 유해성분의 제거가 가능하고 여러 용도로 활용 가능한 필터를 제조할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 복합필터의 제조방법은 종래의 이온교환 복합필터 제조방법의 문제점인 복잡한 공정과, 불균일한 수지의 부착성 및 차압 증가의 문제점등 을 효과적으로 개선할 수 있고, 특히 수지와 섬유간 부착성능이 좋아 절곡에 의한 필터제조가 간편하고, 제조단가를 낮출 수 있으며, 사용한 점착제의 점착성이 필터 제조 후에도 유지되어 미세먼지의 발생이 전혀 없고 결합재로 인한 유해가스의 발생이 전혀 없는 효과가 있다.

Claims (7)

1) 용융된 핫멜트 점착제를 가열압축공기를 이용하여 이온교환 섬유 부직포 또는 섬유상 부직포로 이루어진 필터여재의 표면과 내부에 도포 및 침투시키는 단계;

2) 핫멜트 점착제가 도포된 필터여재에 충전재를 부착시키는 단계;

3) 압착 로울러를 통과시켜 충전재가 필터여재의 공간사이로 침투되어 고정되도록 하고, 복합 이온교환 필터 소재를 평활하게 하는 단계;

를 갖는 것을 특징으로 하는 충전재가 고밀도로 충전된 이온교환 섬유 복합필터 소재의 제조방법.

제 1항에 있어서,

상기 2)단계 후, 필터여재에 붙지 않은 충전재를 탈리시킨 후 압축공기를 이용하여 충전재를 필터여재 내부로 삽입시켜 고정시키는 단계; 를 추가하는 것을 특징으로 하는 이온교환 섬유 복합필터 소재의 제조방법.

제 1항에 있어서,

상기 3)단계 후 필터여재의 양면에 매트를 부착시켜 충전재의 탈리를 방지하는 것을 특징으로 하는 이온교환 섬유 복합필터 소재의 제조방법.

제 1항에 있어서,

상기 핫멜트 점착제는 폴리에틸렌계, 폴리프로필렌계, 폴리우레탄계, 에틸렌비닐아세테이트계, 폴리아미드계, 폴리에스테르계, 러버계에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 이온교환 섬유 복합필터 소재의 제조방법.

삭제

제 4항에 있어서,

상기 충전재는 이온교환 단섬유 또는 비드상 이온교환수지, 활성탄에서 선택되는 어느 하나 이상을 부착시키는 것을 특징으로 하는 이온교환 섬유 복합필터 소재의 제조방법.

제 1 항 내지 제 4항 또는 제 6항에서 선택된 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 이온교환 복합필터소재.

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