KR100751086B1 - 음용수 여과용 세라믹 필터의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음용수 여과용 세라믹 필터의 제조방법에 관한 것으로서, 규조토 73 내지 85중량퍼센트, 점토 8 내지 15중량퍼센트, 활석 6 내지 12중량퍼센트와 규조토와 점토 및 활석의 총 중량에 대해 메틸셀루로스 7 내지 11중량퍼센트를 첨가하여 1차 혼합하는 단계와, 규조토와 점토 및 활석의 총 중량에 대해 유기 윤활제 5 내지 8중량 퍼센트, 가소제 1 내지 3중량 퍼센트, 물 50 내지 60중량 퍼센트로 이루어진 수용액을 상기 1차 혼합과정을 거쳐 생성된 1차 혼합물에 첨가하여 숙성시키는 단계와, 숙성과정을 거친 혼합물을 압출에 의해 튜브형태로 성형하는 단계와, 성형단계를 거친 성형체를 건조기로 50 내지 60℃에서 건조하는 단계와, 건조된 성형체를 1100℃ 내지 1250에서 2 내지 3시간 동안 소결하는 단계를 포함한다.

Description

음용수 여과용 세라믹 필터의 제조방법{method of manufacturing ceramic filter}

본 발명은 음용수 여과용 세라믹 필터의 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 압출에 의해 튜브형태로 제조할 수 있는 음용수 여과용 세라믹 필터의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 정수용으로 널리 사용되고 있는 다공질 세라믹 필터는 기공 크기가 균일하고 일정한 강도를 갖으면서 압력손실이 작은 것이 요구된다. 이러한 음용수용 다공질 세라믹 필터의 요구조건을 맞추기 위해서는 사용되는 재료 및 제조방법이 매우 중요하다.

현재까지 주로 이용되는 다공질 세라믹 필터는 국내 공개특허 제2002-0073012호에 개시된 바와 같은 프레스 성형법을 이용하는 방법 또는 슬립-캐스팅법 등이 주로 이용되고 있다.

그런데 이러한 성형 방법 중 프레스 성형방법은 압축 가압력에 의하여 강제적으로 원료를 성형하기 때문에 성형체의 밀도가 불균일하고, 건조 및 소성시 수축율이 부분적으로 차이가 생겨 균열이 발생하는 문제점이 있다.

한편, 슬립-캐스팅법은 모세관력을 이용하여 다공성 몰드 예를 들면 석고 틀에 원료를 부어 원하는 형상을 제조하는데 치수의 정밀도가 떨어지고, 성형 및 건조를 위해 소요되는 시간이 너무 길어 생산성이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 압출 방식에 의해 성형할 수 있으면서도 품질을 높일 수 있는 음용수 여과용 세라믹 필터의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 음용수 여과용 세라믹 필터의 제조방법은 음용수 여과용 세라믹필터의 제조방법에 있어서, 규조토 73 내지 85중량퍼센트, 점토 8 내지 15중량퍼센트, 활석 6 내지 12중량퍼센트와 상기 규조토와 점토 및 활석의 총 중량에 대해 메틸셀루로스 7 내지 11중량퍼센트를 첨가하여 1차 혼합하는 단계와; 상기 규조토와 점토 및 활석의 총 중량에 대해 유기 윤활제 5 내지 8중량 퍼센트, 가소제 1 내지 3중량 퍼센트, 물 50 내지 60중량 퍼센트로 이루어진 수용액을 상기 1차 혼합과정을 거쳐 생성된 1차 혼합물에 첨가하여 숙성시키는 단계와; 상기 숙성과정을 거친 혼합물을 압출에 의해 튜브형태로 성형하는 단계와; 상기 성형단계를 거친 성형체를 건조기로 50 내지 60℃에서 건조하는 단계와; 건조된 상기 성형체를 1100℃ 내지 1250에서 2 내지 3시간 동안 소결하는 단계;를 포함한다.

바람직하게는 상기 유기 윤활제는 스테아린산이고, 상기 가소제는 글리세린 이 적용된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 음용수 여과용 세라믹 필터의 제조방법을 더욱 상세하게 설명한다.

먼저, 다공성 규조토 73 내지 85 중량 퍼센트(wt%), 무기결합제로 적용된 점토 분말은 8 내지 15중량 퍼센트, 무기 윤활제로서 활석 6 내지 12 중량 퍼센트와, 규조토, 점토 및 활석의 총 중량에 대해 유기결합제로서 멜틸 셀루로스(methyl cellulose) 7 내지 11중량 퍼센트를 혼합기에 넣고 상호 혼합하여 고상 1차 혼합물을 준비한다.

규조토는 세라믹 필터를 이루는 주성분으로서 기계적 강도 및 기공형성에 적합한 입도를 갖는 것을 적용하고, 바람직하게는 6마이크로미터 이하의 입도를 갖는 것을 적용한다.

규조토는 규조토, 점토 및 활석의 총중량에 대해 73 내지 85 중량퍼센트로 적용하는 것이 바람직하다.

규조토가 73중량 퍼센트 미만으로 적용시에는 다공성 필터로서의 기능이 저하되며, 85중량 퍼센트를 초과할 경우에는 점력, 가소성 및 윤활성이 떨어지는 규조토의 특성 때문에 압출성형이 어렵다.

점토는 소결 시 세라믹 입자 간의 결합성을 향상시키는 작용을 한다. 이러한 점토는 8 내지 15중량 퍼센트로 적용하는 것이 바람직하다. 점토가 8중량 퍼센트 미만으로 적용되면 소결 후 강도가 저하되어 작은 충격에도 쉽게 파손되는 문제점이 있고, 15중량 퍼센트를 초과하면 기공 형성율이 떨어져 다공성 필터로서의 기능 의 저하됨과 아울러 강도가 너무 증가되어 소결 후의 가공성이 나쁜 문제점이 있다.

활석은 압출 성형과정에서는 윤활작용을 하며, 소결과정에서는 세라믹 필터의 기공을 형성하는 기능을 한다. 바람직하게는 활석은 6 내지 12중량 퍼센트로 적용하는 것이 바람직하다.

활석이 6중량 퍼센트 미만으로 적용될 때는 제품의 백색도가 떨어지며 고형 혼합물의 윤활도가 떨어지며, 10중량 퍼센트를 초과하면 기공의 크기가 너무 커져 음용수 필터용으로 적용하기 어렵다.

메틸셀룰로스(methyl cellulose)는 유기바인더로서 적용된 것으로 규조토, 점토 및 활석의 총중량에 대해 7 내지 11중량 퍼센트로 첨가한다.

메틸셀룰로스가 7 중량 퍼센트 미만으로 첨가되면 성형시 무기입자의 결합력이 떨어져 건조시 성형체에 균열이 발생하고, 튜브 형상 유지가 안되는 문제점이 발생한다. 또한 메틸셀룰로스가 11중량 퍼센트를 초과하여 첨가되면 경제성이 떨어진다.

한편, 이러한 고형 혼합체에 대해 규조토, 점토 및 활석의 총중량에 대해 유기윤활제 5 내지 8 중량 퍼센트, 유기 가소제 1 내지 3 중량 퍼센트, 물 50 내지 60중량 퍼센트로 상호 혼합한 액상 혼합물을 준비한다.

유기 윤활제로는 고급지방산인 스테아린산(stearic acid)을 적용하는 것이 바람직하다.

유기윤활제가 고형 혼합물에 대해 5 중량 퍼센트 미만으로 첨가되면 압출시 기계와의 마찰에 의해 유기결합제인 메틸셀룰로스가 타는 현상이 발생하고, 8중량 퍼센트를 초과하여 첨가하면 무기 입자의 결합력을 떨어뜨려 압출성형 후 성형체에 균열이 발생되는 문제점을 야기시킨다.

또한, 유기 가소제는 글리세린이 적용되는 것이 바람직하다.

유기 가소제는 1중량 퍼센트 미만으로 첨가시는 가소성이 떨어지고, 3중량 퍼센트 이상으로 첨가하면 성형시 튜브형상의 유지가 안된다.

한편, 물은 50중량퍼센트 미만으로 첨가되면 압출성형 자체가 되지 않고, 60중량 퍼센트를 초과하여 첨가하면 점력이 떨어져 튜브형상 유지가 안된다.

이러한 성분비로 준비된 액상 혼합물을 고상 혼합물과 혼합한다.

다음은 액상과 고상이 혼합된 혼합물을 상온에서 적절한 시간 예를 들면 24시간 동안 숙성시켜 혼합물의 내부에 존재하는 물이 골고루 퍼지도록 한다. 그리고, 숙성과정 이후에는 압출성형기를 이용하여 중공을 갖는 튜브형 성형체를 성형하고, 50 내지 60℃에서 72시간 이상 건조한다.

이후 성형체를 1100 내지 1250℃의 온도에서 2 내지 3시간 소결시킨 후 자연 냉각시킨다.

이하에서는 제작 예를 설명한다.

< 제작 예>

6미크론의 평균 입경을 갖는 규조토 분말 13.4kg, 점토 2.04kg, 활석 1.53kg, 메틸셀루로스 1.7kg을 첨가하여 30분 동안 혼합하였다. 여기에 1.19kg의 유기 윤활제 및 0.34kg의 가소제, 물 9.5kg을 첨가한 후에 다시 30분 동안 혼합하 였다.

유기윤활제는 상품명"LU6418(제조사:산로프코리아)"인 스테아린산을 적용하였고, 가소제는 글리세린을 적용하였다.

혼합된 분말들은 상온에서 24시간 동안 숙성시켜 물이 골고루 퍼지게 한 후 진공 압출 성형기를 이용하여 압출 성형하여 외경 40mm, 내경 23mm, 길이 200mm를 갖는 튜브형 성형체를 제조하였다.

그리고, 성형체를 상온에서 1차 건조 후 건조기에 넣어 50℃에서 건조한 후, 1200℃에서 3시간 소결한 후 자연냉각하였다.

이렇게 제조된 세라믹 필터에 대해 수은압입법에 의해 기공을 측정한 결과 평균기공크기가 3.32마이크로 미터이고, 기공율은 29.67%로 측정되었다.

이러한 결과는 통상의 음용수 여과용 필터에 대해 기공 크기가 3 내지 4마이크로미터인 것을 적용하는 것을 고려할 때 음용수 여과용에 적합한 세라믹 필터를 압출방법에 의해 용이하게 제조할 수 있음을 알 수 있다.

지금까지 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 음용수 여과용 세라믹 필터의 제조방법에 의하면, 압출에 의해 성형 및 소결하여 제조할 수 있어 제조공정이 단순화되고, 수율을 높일 수 있는 장점을 제공한다.

Claims (2)

1. 삭제
2. 음용수 여과용 세라믹필터의 제조방법에 있어서,

   규조토 73 내지 85중량퍼센트, 점토 8 내지 15중량퍼센트, 활석 6 내지 12중량퍼센트와 상기 규조토와 점토 및 활석의 총 중량에 대해 메틸셀루로스 7 내지 11중량퍼센트를 첨가하여 1차 혼합하는 단계와;

   상기 규조토와 점토 및 활석의 총 중량에 대해 유기 윤활제 5 내지 8중량 퍼센트, 가소제 1 내지 3중량 퍼센트, 물 50 내지 60중량 퍼센트로 이루어진 수용액을 상기 1차 혼합과정을 거쳐 생성된 1차 혼합물에 첨가하여 숙성시키는 단계와;

   상기 숙성과정을 거친 혼합물을 압출에 의해 튜브형태로 성형하는 단계와;

   상기 성형단계를 거친 성형체를 건조기로 50 내지 60℃에서 건조하는 단계와;

   건조된 상기 성형체를 1100℃ 내지 1250에서 2 내지 3시간 동안 소결하는 단계;를 포함하고,

   상기 유기 윤활제는 스테아린산이고, 상기 가소제는 글리세린인 것을 특징으로 하는 음용수 여과용 세라믹 필터의 제조방법.