KR100801325B1 - Method of preparation chemical filter for air cleaning by reaction injection molding process - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유기 또는 무기 섬유 필라멘트에 흡착제를 결합시켜 공기 정화용 화학 흡착 필터를 제조하는 방법에 있어서, 이소시아네이트와 폴리올을 혼합하여 반응사출 성형을 통해 방사시키는 단계; 상기 폴리우레탄 방사사 표면에 흡착제를 도포시키는 단계; 방사사 표면의 미반응 작용기와 흡착제가 화학 결합되는 단계; 상기 흡착제가 표면에 화학 결합된 폴리우레탄 방사사를 성형하여 여과체를 제조하는 단계; 및 상기 흡착제가 표면에 화학 결합된 폴리우레탄 방사사의 중합을 완료시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 정화용 화학 흡착 필터의 제조방법에 관한 것으로, 유기 또는 무기 섬유 필라멘트에 흡착제를 결합시키기 위해 별도로 접착제를 도포하는 공정이 필요 없어 화학 흡착 필터 제조 공정이 단순해지고, 접착제에 의해 발생하는 흡착물질의 활성표면이 막히는 문제가 발생하지 않으면서도 흡착제와 우레탄 섬유의 작용기의 화학적 결합으로 인해 안정적이고, 수명이 긴 화학 흡착 필터의 제조방법을 제공한다.The present invention relates to a method for manufacturing a chemical adsorption filter for air purification by combining an adsorbent to an organic or inorganic fiber filament, comprising: spinning isocyanate and polyol by reacting injection molding; Applying an adsorbent to the surface of the polyurethane yarn; Chemically bonding an unreacted functional group and an adsorbent on the surface of the yarn; Preparing a filter medium by molding a polyurethane yarn in which the adsorbent is chemically bonded to a surface; And a step of completing the polymerization of the polyurethane spinning yarn chemically bonded to the surface of the adsorbent, wherein the adsorbent is separately used to bond the adsorbent to the organic or inorganic fiber filaments. No chemical coating process is required because the process of coating is not necessary, and the active surface of the adsorbent material caused by the adhesive is not blocked. Provided are methods of making long chemisorption filters.
반응사출 성형, 섬유 필라멘트, 폴리우레탄, 공기 정화, 화학 흡착 필터, 접착제 Injection molding, fiber filament, polyurethane, air purification, chemisorption filter, adhesive
Description
본 발명은 유기 또는 무기 섬유 필라멘트에 흡착제를 결합시켜 공기 정화용 화학 흡착 필터를 제조하는 방법에 있어서, 이소시아네이트와 폴리올을 혼합하여 반응사출 성형을 통해 방사시키는 단계; 상기 폴리우레탄 방사사 표면에 흡착제를 도포시키는 단계; 방사사 표면의 미반응 작용기와 흡착제가 화학 결합되는 단계; 상기 흡착제가 표면에 화학 결합된 폴리우레탄 방사사를 성형하여 여과체를 제조하는 단계; 및 상기 흡착제가 표면에 화학 결합된 폴리우레탄 방사사의 중합을 완료시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 정화용 화학 흡착 필터의 제조방법에 관한 것으로, 유기 또는 무기 섬유 필라멘트에 흡착제를 결합시키기 위해 별도로 접착제를 도포하는 공정이 필요 없어 화학 흡착 필터 제조 공정이 단순해지고, 접착제에 의해 발생하는 흡착물질의 활성표면이 막히는 문제가 발생하지 않으면서도 흡착제와 우레탄 섬유의 작용기의 화학적 결합으로 인해 안정적이고, 수명이 긴 화학 흡착 필터의 제조방법을 제공한다.The present invention relates to a method for manufacturing a chemical adsorption filter for air purification by combining an adsorbent to an organic or inorganic fiber filament, comprising: spinning isocyanate and polyol by reacting injection molding; Applying an adsorbent to the surface of the polyurethane yarn; Chemically bonding an unreacted functional group and an adsorbent on the surface of the yarn; Preparing a filter medium by molding a polyurethane yarn in which the adsorbent is chemically bonded to a surface; And a step of completing the polymerization of the polyurethane spinning yarn chemically bonded to the surface of the adsorbent, wherein the adsorbent is separately used to bond the adsorbent to the organic or inorganic fiber filaments. No chemical coating process is required because the process of coating is not necessary, and the active surface of the adsorbent material caused by the adhesive is not blocked. Provided are methods of making long chemisorption filters.
반도체 제조공장이나 정밀전자 제조공장에서는 클린룸 내에서 반도체나 정밀 전자부품 등이 제조되고 있다. 클린룸은 HEPA 필터나 ULPA 필터에서 외기와 격리됨으로써, 먼지를 제거한 분위기가 형성된다. 그러나, 외기의 침입은 완전히 방지할 수 없다. 또, 클린 룸 구성부재로부터 발생하는 산, 알칼리 및 유기물이 기체나 미립자가 되어 공기 중에 발산하여, 이것이 불량품의 원인이 된다. 이들 오염물 질은 다양한 수단으로 제거되는데, ppb 정도 이하까지 저농도화하는 경우에는 클린 룸 내에서 사용되는 화학 흡착 필터는 보통 산, 알칼리를 첨착한 활성탄, 이온교환 섬유, 또는 이온교환 수지 등을 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 중합체로 된 골격기재에 접착제로 접착 후 사용하고 있다. 이러한 필터 중에서 산, 알칼리 첨착한 약품 첨착 활성탄은 첨착 약품의 양보다 석출하는 중성염이 많으면 필터의 오염과 막힘으로 압력 손실 상승의 위험성이 있고, 국내 하절기의 상대습도가 매우 높으며 이러한 상대습도의 영향을 크게 받아 첨착약품이 유출할 위험성이 있다. 따라서 첨착 활성탄은 설비의 습도 억제의 폭이 커지는 경향으로 공정의 안정된 환경을 구축하기 어렵게 되는 문제점이 있다. 또한 산, 알칼리 첨착 활성탄은 인산, 수산화 칼륨, 과망간산 칼륨을 첨착하여 제조하는 데 이러한 첨착 물질은 높은 휘발성을 가지고 있기 때문에 휘발에 의해 2차 오염이 이루어질 가능성이 있어 케미칼 필터로서 제조공정에 사용하기 어렵다.In semiconductor manufacturing plants and precision electronics manufacturing plants, semiconductors and precision electronic components are manufactured in clean rooms. The clean room is isolated from outside air in the HEPA filter or the ULPA filter, thereby creating a dust-free atmosphere. However, intrusion of outside air cannot be completely prevented. In addition, acids, alkalis, and organic substances generated from the clean room constituent members become gaseous or fine particles and diverge in the air, which causes defects. These contaminants are removed by various means. When the concentration is lowered to about ppb or less, the chemisorption filter used in the clean room is usually made of polyurethane, such as activated carbon, ion exchange fiber, or ion exchange resin impregnated with acid or alkali. It is used after adhesion with an adhesive to a skeleton substrate made of polymer such as polyethylene, polypropylene, or the like. Among these filters, acid- and alkali-impregnated chemically impregnated activated carbon contains more neutral salts that precipitate than the amount of the impregnated chemicals, which increases the risk of pressure loss due to contamination and blockage of the filter. There is a high risk of spillage of additives. Therefore, the impregnated activated carbon has a problem in that it is difficult to establish a stable environment of the process due to the tendency of increasing the humidity suppression of the installation. In addition, acid and alkali impregnated activated carbon is prepared by impregnating phosphoric acid, potassium hydroxide, and potassium permanganate. Since the impregnated material has high volatility, secondary contamination may occur due to volatilization, making it difficult to use in chemical manufacturing processes .
또한 유해 가스를 제거하는 또 다른 방식으로는 이온교환섬유를 사용하고 있으나 이러한 섬유상 필터는 총 이온 교환능력이 작다는 문제점이 있다. 따라서 상기 이온교환 섬유를 고밀도로 종이형태로 성형한 부직포의 제조가 필요하다. 이러한 이온교환 부직포는 밀도를 올리면 급격한 압력손실이 되고 이온 교환능력이 작아 수명이 짧은 문제 및 이온교환능력이 제한적이라는 단점이 있다.In addition, another method of removing toxic gases uses ion exchange fibers, but these fibrous filters have a problem in that the total ion exchange capacity is small. Therefore, there is a need for the production of nonwoven fabrics in which the ion exchange fibers are molded into high density paper. Such an ion exchange nonwoven fabric has a disadvantage in that a sudden increase in pressure results in a sudden pressure loss and a small ion exchange capacity, thus resulting in a short lifetime and limited ion exchange capacity.
또 다른 방식으로 이온교환수지를 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 중합체 골격기재에 부착한 이온교환필터가 사용되고 있다. 이 경우 차압이나 이온교환용량은 어느 정도 확보하였지만 이온교환수지를 폴리우레탄 폼(foam)에 접착제로 부착하였기 때문에 접착제가 이온교환수지 표면에 붙어서 이온교환능력이 떨어지는 문제와 접착제의 노화 등으로 인하여 부착되었던 이온교환수지의 일부가 떨어지는 문제가 발생하여 계속 사용시 이온교환용량이 낮아지므로 유해가스 제거 능력이 떨어진다.In another method, an ion exchange filter having an ion exchange resin attached to a polymer backbone such as polyurethane, polyethylene, or polypropylene is used. In this case, although the differential pressure and ion exchange capacity are secured to some extent, since the ion exchange resin is attached to the polyurethane foam with an adhesive, the adhesive adheres to the surface of the ion exchange resin, resulting in poor ion exchange ability and adhesion due to aging of the adhesive. Part of the ion exchange resin that has been falling occurs, the ion exchange capacity is lowered if the use continues, the ability to remove harmful gases is reduced.
상기와 같은 종래 화학 흡착 필터의 제조방법의 한계를 극복하면서 더불어 필터에 차압이 적게 걸리고 이온교환능력이 큰 필터소재와 가스 제거 효율이 높은 소재를 이용한 화학 흡착 필터가 필요한 실정이다.In addition to overcoming the limitations of the conventional method of manufacturing a chemisorption filter, there is a need for a chemisorption filter using a filter material having a low differential pressure, a large ion exchange capacity, and a high gas removal efficiency.
본 발명은 유기 또는 무기 섬유 필라멘트에 흡착제를 결합시켜 공기 정화용 화학 흡착 필터를 제조하는 방법에 있어서, 이소시아네이트와 폴리올의 혼합하여 반응사출 성형을 통해 방사시키는 단계; 상기 폴리우레탄 방사사 표면에 흡착제를 도포시키는 단계; 방사사 표면의 미반응 작용기와 흡착제가 화학 결합되는 단계; 상기 흡착제가 표면에 화학 결합된 폴리우레탄 방사사를 성형하여 여과체를 제조하는 단계; 및 상기 흡착제가 표면에 화학 결합된 폴리우레탄 방사사의 중합을 완료시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 정화용 화학 흡착 필터의 제조방법을 제공한다.The present invention provides a method of manufacturing a chemical adsorption filter for air purification by bonding an adsorbent to an organic or inorganic fiber filament, comprising: spinning through a reaction injection molding by mixing isocyanate and polyol; Applying an adsorbent to the surface of the polyurethane yarn; Chemically bonding an unreacted functional group and an adsorbent on the surface of the yarn; Preparing a filter medium by molding a polyurethane yarn in which the adsorbent is chemically bonded to a surface; And it provides a method for producing a chemical adsorption filter for air purification comprising the step of completing the polymerization of the polyurethane spinning yarn of the adsorbent chemically bonded to the surface.
본 발명의 공기 정화용 화학 흡착 필터의 제조방법은 이소시아네이트와 폴리올을 25 ~ 45 ℃에서 1 ~ 10 초간 혼합하고, 상기 혼합으로 중합반응이 개시된 폴리우레탄 중합체를 방사노즐을 통해 방사하는 반응사출성형 단계; 상기 폴리우레탄 방사사 표면에 흡착제를 도포하는 단계; 상기 방사사 표면의 미반응 작용기와 흡착제가 화학 결합되는 단계; 상기 흡착제가 표면에 화학 결합된 폴리우레탄 방사사를 성형하여 여과체를 제조하는 단계; 및 상기 흡착제가 표면에 화학 결합된 폴리우레탄 방사사의 중합을 완료시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Method for producing a chemisorption filter for air purification of the present invention is a reaction injection molding step of mixing isocyanate and polyol for 1 to 10 seconds at 25 ~ 45 ℃, spinning the polyurethane polymer in which the polymerization reaction is initiated through the spinning nozzle; Applying an adsorbent to the surface of the polyurethane yarn; Chemically bonding an unreacted functional group and an adsorbent on the surface of the yarn; Preparing a filter medium by molding a polyurethane yarn in which the adsorbent is chemically bonded to a surface; And completing the polymerization of the polyurethane yarn of the adsorbent chemically bonded to the surface.
이하 본 발명에 대해서 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명에 유용한 이소시아네이트로는 지방족, 방향족 이소시아네이트 또는 폴리이소시아네이트, 또는 말단 이소시아네이트기를 갖는 수지가 있다. 수지는 단량체 또는 중합체 이소시아네이트이다. 전형적인 단량체 이소시아네이트에는 톨루엔 디이소시아네이트 (TDI), 디페닐메탄 디이소시아네이트 (MDI), 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트 (HDI), 페닐 이소시아네이트, 4,4'-디시클로헥실메탄 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트 (IPDI), 메타-테트라메틸크실렌 디이소시아네이트 (TMXDI), 노난트리이소시아네이트 (TTI) 또는 비닐 이소시아네이트 등이 포함된다. 상기 단량체 이소시아네이트가 보다 일반적으로 사용되는 것들이나, 배타적인 것을 의미하는 것은 아니다. 본 발명에 유용한 중합체 폴리이소시아네이트로는 이소시아누레이트, 알로파네이트 또는 비우레트 화합물, 및 상기 단량체 디이소시아네이트로부터 유도된 폴리우레탄 생성물이 있다. 단량체 이소시아네이트와 말단 이소시아네이트기를 함유하는 폴리에스테르 및 폴리에테르 폴리올과의 부가 생성물도 또한 유용하다.Isocyanates useful in the present invention include aliphatic, aromatic isocyanates or polyisocyanates, or resins having terminal isocyanate groups. The resin is a monomer or polymeric isocyanate. Typical monomer isocyanates include toluene diisocyanate (TDI), diphenylmethane diisocyanate (MDI), 1,6-hexamethylene diisocyanate (HDI), phenyl isocyanate, 4,4'-dicyclohexylmethane diisocyanate, isophorone di Isocyanate (IPDI), meta-tetramethylxylene diisocyanate (TMXDI), nonanetriisocyanate (TTI), vinyl isocyanate and the like. The monomer isocyanates are those used more generally, but are not meant to be exclusive. Polymeric polyisocyanates useful in the present invention include isocyanurates, allophanates or biuret compounds, and polyurethane products derived from these monomeric diisocyanates. Addition products of monomeric isocyanates with polyesters containing terminal isocyanate groups and polyether polyols are also useful.
본 발명에 폴리올은 분자당 2개 이상의 히드록시기를 함유하는 단량체 화합 물 또는 중합체 조성물을 포함한다. 폴리올은 카르복시, 아미노, 우레아, 카르바메이트, 아미드 및 에폭시기와 같은 다른 관능기를 함유할 수 있다. 폴리올, 폴리올의 배합물, 또는 중합체 폴리올 및 단량체 디올의 조합물은 용매가 없는 계에, 또는 유기 용매중의 용액으로서 또는 물중의 분산액/에멀젼으로서 사용될 수 있다. 전형적인 예에는 폴리에테르 폴리올, 폴리에스테르 폴리올, 아크릴계 폴리올, 알키드 수지, 폴리우레탄 폴리올 등이 포함된다. 폴리에테르 폴리올은 에틸렌 또는 프로필렌 산화물 또는 테트라히드로푸란과 디올 또는 폴리올과의 반응 생성물이다. 합성 에폭시 수지 및 셀룰로오스와 같은 천연 생성물로부터 유도된 폴리에테르도 또한 본 발명에 사용될 수 있다. 전형적인 폴리에스테르 폴리올은 디올, 트리올 또는 다른 폴리올과 이- 또는 다염기산과의 반응에 의해 제조된다. 아크릴계 폴리올은 히드록시 함유 단량체와 아크릴산 또는 메타크릴산의 에스테르, 예컨대 아크릴산 또는 메타크릴산의 히드록시에틸, 히드록시프로필 또는 히드록시부틸 에스테르의 중합 생성물이다. 이들 아크릴계 중합체는 또한 스티렌, 아크릴로니트릴 비닐 염화물 등과 같은 다른 비닐 단량체를 함유할 수도 있다. 또한, 폴리우레탄 폴리올도 본 발명에 유용하다. 이들은 폴리에테르 또는 폴리에스테르 폴리올과 디이소시아네이트와의 반응 생성물이다. 상기 폴리올은 예시적이며, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의미되지 않는다.Polyols in the present invention include monomeric compounds or polymer compositions containing two or more hydroxy groups per molecule. The polyols may contain other functional groups such as carboxy, amino, urea, carbamate, amides and epoxy groups. Polyols, blends of polyols, or combinations of polymeric polyols and monomeric diols can be used in solvent-free systems, or as solutions in organic solvents or as dispersions / emulsions in water. Typical examples include polyether polyols, polyester polyols, acrylic polyols, alkyd resins, polyurethane polyols, and the like. Polyether polyols are the reaction products of ethylene or propylene oxide or tetrahydrofuran with diols or polyols. Polyethers derived from natural products such as synthetic epoxy resins and cellulose can also be used in the present invention. Typical polyester polyols are prepared by the reaction of diols, triols or other polyols with di- or polybasic acids. Acrylic polyols are polymerization products of hydroxy containing monomers and esters of acrylic or methacrylic acid, such as hydroxyethyl, hydroxypropyl or hydroxybutyl esters of acrylic or methacrylic acid. These acrylic polymers may also contain other vinyl monomers such as styrene, acrylonitrile vinyl chloride and the like. Polyurethane polyols are also useful in the present invention. These are the reaction products of polyether or polyester polyols with diisocyanates. The polyols are exemplary and are not meant to limit the scope of the present invention.
상기 각각의 이소시아네이트와 폴리올은 저장된 각각의 저장조로부터 NCO/OH 비율은 0.1 : 1 ~ 10.0 : 1의 범위 내에서 조정하여 혼합하고, 바람직하게는 0.3 : 1 ~ 1.2 : 1 혼합하는 것이다. 상기 혼합시 촉매를 전체 수지(이소시아네이트 및 폴리올을 합한 양) 0.01 ~ 0.3 중량% 투입하고, 일반적으로 25 ~ 40 ℃에서 1 ~ 10 초간 혼합한 후 중합반응이 개시된 폴리우레탄 중합체를 방사노즐을 통해 방사한다. 상기 방사사는 평균 직경이 0.1 ~ 2 mm, 바람직하게는 0.5 ~ 1.5 mm 이다. 방사사의 평균 직경이 0.1 mm 미만인 경우에는 추후 공정에서 성형시 필요한 적절한 방사사의 강도를 얻을 수 없고, 2 mm를 초과하는 경우에는 화학 흡착 필터의 중량이 상승하고 압력손실이 증가한다.Each isocyanate and polyol is mixed and adjusted in a range of 0.1: 1 to 10.0: 1 from each of the stored reservoirs, and preferably 0.3: 1 to 1.2: 1 is mixed. 0.01 to 0.3% by weight of the total resin (a combined amount of isocyanate and polyol) is added during the mixing, and generally, the mixture is mixed at 25 to 40 ° C. for 1 to 10 seconds, and then the polyurethane polymer in which the polymerization is initiated is spun through the spinning nozzle. do. The yarn has an average diameter of 0.1 to 2 mm, preferably 0.5 to 1.5 mm. If the average diameter of the spun yarn is less than 0.1 mm, the strength of the appropriate spun yarn required for molding in a later process cannot be obtained. If it exceeds 2 mm, the weight of the chemisorption filter increases and the pressure loss increases.
상기 중합반응에 사용되는 촉매로는 통상적으로 사용되는 폴리우레탄 촉매로 틴옥토에이트, 트리에틸아민, 트리에틸렌디아민, 테트라메틸부탄디아민, 디부닐틴디라우레이트, 1,4-디아조바이시클로옥탄 등을 사용하는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다. 사용되는 촉매 농도는 일반적으로 배합물의 가사시간과 요구되는 경화 속도 사이에서 절충된다.As the catalyst used in the polymerization reaction, commonly used polyurethane catalysts include tin octoate, triethylamine, triethylenediamine, tetramethylbutanediamine, dibunyl tindilaurate, 1,4-diazocyclooctane, and the like. It is preferable to use but is not limited thereto. The catalyst concentration used is generally a compromise between the pot life of the formulation and the required cure rate.
상기 중합반응이 진행중인 방사사에 흡착제의 양에 따라 통상적인 에어스프레이 또는 에어리스스프레이를 통해 도포한다.According to the amount of the adsorbent to the spinning yarn undergoing the polymerization reaction is applied through a conventional air spray or airless spray.
상기 흡착제로는 통상의 기술로 제작되는 여러가지 흡착제, 예를 들면 다공성 이온교환수지 흡착제, 다공성 유기-무기 복합 흡착제, 첨착 활성탄 또는 다공성 무기 흡착제 등을 사용할 수 있다. 이러한 흡착제는 구형(spherical)이나 입자형(granule) 또는 사출형(extrudate)으로 제조하게 되며, 이때 이 흡착제의 평균 입경(d)은 0.05 ~ 2.00 mm 범위 내에서 여러 형태와 크기로 제조하게 된다.As the adsorbent, various adsorbents produced by conventional techniques, for example, porous ion exchange resin adsorbents, porous organic-inorganic composite adsorbents, impregnated activated carbon, or porous inorganic adsorbents may be used. Such adsorbents are prepared in spherical, granule, or extrudate form, wherein the average particle diameter (d) of the adsorbent is produced in various shapes and sizes within the range of 0.05-2.00 mm.
이러한 흡착제는 제거하고자 하는 유해 물질에 따라 상술한 흡착제 중에서 어느 하나를 선택하여 사용하게 된다. 예를 들어, 유해 가스가 HF, HCI, SOx 등과 같은 산성 가스인 경우 흡착제로는 알카리성 이온교환수지 흡착제, 유기-무기 하이브리드형 흡착제, 첨착 활성탄, 또는 제올라이트 등이 효과적이며, 암모니아와 같은 알카리성 유해 가스인 경우에는 산성의 이온교환수지 흡착제, 유기-무기 하이브리드형 접착제, 첨착 활성탄, 또는 제올라이트를 사용하는 것이 효과적이다. 또한, 유기 아민류, 유기 용제류, 오존(O3), 다이옥신, DOP와 같은 프탈레이트계 가소제 등과 같은 휘발성 유기 화합물의 경우 산성-알카리성 중화 작용으로는 흡착 제거가 어려우며, 미세 세공에 의한 모세관 현상으로 유해 물질을 제거하게 되는데, 이때에는 첨착 활성탄이나 제올라이트와 같이 500 ㎡/g 이상의 높은 비표면적을 갖는 다공성 흡착제를 사용하게 된다.These adsorbents are used by selecting any one of the adsorbents described above according to the harmful substances to be removed. For example, when the noxious gas is an acid gas such as HF, HCI, SOx, or the like, an alkaline ion exchange resin adsorbent, an organic-inorganic hybrid type adsorbent, an impregnated activated carbon, or a zeolite may be effective. In the case of, it is effective to use an acidic ion exchange resin adsorbent, an organic-inorganic hybrid adhesive, an impregnated activated carbon, or a zeolite. In addition, in the case of volatile organic compounds such as organic amines, organic solvents, ozone (O 3 ), dioxin, and phthalate plasticizers such as DOP, it is difficult to remove adsorption by acidic-alkaline neutralization, and harmful by capillary phenomenon by micropores. In this case, porous adsorbents having a high specific surface area of 500 m 2 / g or more, such as impregnated activated carbon or zeolite, are used.
이온교환수지형 흡착제는 비표면적이 300 ㎡/g 이상의 다공성 흡착제로 수지 표면에 붙어 있는 관능기의 종류에 따라 음이온성과 양이온성 교환 수지로 나뉘어진다. 이들 이온교환수지형 흡착제는 평균 입경(d)이 0.1∼1.0 mm 범위를 갖는 구 형태로 이루어져 있으며, 이온 교환능은 1.0∼4.0 당량/Kg 정도로 유해가스와 산-염기 중화 반응을 통해 유해가스를 흡착 제거하게 된다.The ion exchange resin type adsorbent is a porous adsorbent having a specific surface area of 300 m 2 / g or more and is divided into anionic and cationic exchange resins according to the types of functional groups attached to the resin surface. These ion exchange resin type adsorbents are composed of spheres with an average particle diameter (d) in the range of 0.1 to 1.0 mm, and ion exchange capacity is 1.0 to 4.0 equivalents / kg, adsorbing harmful gases through neutralization reactions with harmful gases. Will be removed.
유기-무기 복합 흡착제는 넓은 표면적을 갖는 다공성 무기물 담체 표면에 관능기를 갖는 유기 흡착제 성분을 붙여놓은(grafting) 흡착제이다. 여기서, 무기물 담체로는 비표면적이 300 ㎡/g 이상인 물질, 예를 들면 실리카, 알루미나, 제올라이트, 또는 메조포아 물질(MCM-41 등)을 사용하게 되며, 이때의 무기물 담체는 평균 입도(d)가 0.05∼0.20 mm인 입자형 또는 구형으로 제조하여 사용하게 된다. 또한, 무기질 담체를 붙이기 위한 유기질 물질로는 -RSO3H나 -RNH4OH 등의 -OH기를 갖는 관능기를 들 수 있으며, 이 유기 흡착제 성분은 무기 담체 표면을 알킬 실린과 같은 커플링제(coupling agent)로 그래프팅(grafting)시켜 제조하게 된다.The organic-inorganic composite adsorbent is a grafting adsorbent having an organic adsorbent component having a functional group on the surface of a porous inorganic carrier having a large surface area. Herein, the inorganic carrier may be a material having a specific surface area of 300 m 2 / g or more, such as silica, alumina, zeolite, or mesoporous material (MCM-41, etc.), and the inorganic carrier may have an average particle size (d). It is prepared to be used in the form of particles or spheres of 0.05 to 0.20 mm. In addition, examples of the organic material for attaching the inorganic carrier include a functional group having an -OH group such as -RSO 3 H or -RNH 4 OH, and the organic adsorbent component is a coupling agent such as alkylsilin on the surface of the inorganic carrier. It is prepared by grafting).
첨착 활성탄은 비표면적이 1,000 ㎡/g 이상인 높은 비표면적과 0.05∼2.00 mm의 평균 입경을 갖는 입자형(granular) 또는 사출형(extrudate) 활성탄을 제조하고, 여기에 유해가스의 흡착능을 갖는 흡착 물질, 예를 들어 KI나 H3PO3 등의 흡착 물질을 첨착시켜 제조하게 된다.Impregnated activated carbon produces granular or extrudate activated carbon having a high specific surface area with a specific surface area of at least 1,000 m 2 / g and an average particle diameter of 0.05 to 2.00 mm, and is an adsorbent material having adsorption capacity of harmful gases. , For example, by adsorbing an adsorbent such as KI or H 3 PO 3 .
다공성 무기 흡착제는 이미 상술한 유기-무기 복합 흡착제 제조시 사용되는 무기물 담체를 NH4OH나 KOH 그리고 Co(NO3)2 등으로 이온 교환하여 제조하게 된다.The porous inorganic adsorbent is prepared by ion exchange of the inorganic carrier used in the preparation of the organic-inorganic composite adsorbent described above with NH 4 OH, KOH, Co (NO 3 ) 2 , or the like.
상기 흡착제가 표면에 결합된 방사사를 이용하여 규격화된 여과체를 성형한다. 상기 여과체는 본 발명의 화학 흡착 필터가 유체의 평균적인 흐름 방향에 대해서 수직으로 놓여지도록 설치된 상태에서 압력 손실을 최소화하면서 유체의 통기성을 최상으로 유지시켜 주고, 또한 이러한 유체의 유동중 유해 가스를 제거해 주는 흡착제를 결합 고정시켜 주는 기능을 하게 되는 것으로 일반적으로 당업계에 알려진 바와 같이 흡착제가 결합된 섬유 필라멘트(본 발명에서는 방사사)를 프레임에 일정한 간격으로 감은 선형, 또는 짜여진 그물 형태 또는 스크린 형태의 망형 등 어떠한 형태의 것도 사용될 수 있다.The standardized filter medium is formed by using the spinning yarn having the adsorbent bonded to the surface thereof. The filter medium maintains the best breathability of the fluid while minimizing pressure loss while the chemisorption filter of the present invention is installed to be perpendicular to the average flow direction of the fluid. It is a linear or woven net form or screen form in which the fiber filament (spun yarn in the present invention) to which the adsorbent is bound is wound around the frame at regular intervals, as known in the art. Any form such as a mesh may be used.
상기 지지체의 성형 후 50 ~ 80 ℃에서 완전 숙성하여 중합반응을 완료시키면, 유해가스를 흡착할 수 있는 흡착제가 표면에 결합된 우레탄 섬유로 성형된 여 과체가 완성된다.After completion of the polymerization reaction by the complete aging at 50 ~ 80 ℃ after the molding of the support, the filter body formed of a urethane fiber bonded to the surface of the adsorbent that can adsorb harmful gases is completed.
상기 흡착제가 표면에 결합된 우레탄 섬유로 성형된 지지체 외부를 유기 고분자 섬유 또는 무기 섬유로 짜여진 그물 형태 또는 스크린 형태의 망형 지지체로 포장하여 공기정화용 화학 흡착 필터를 제조한다. 흡착제가 표면에 결합된 우레탄 섬유로 성형된 여과체가 망형인 경우에는 상기 유기 고분자 섬유 또는 무기 섬유로 짜여진 그물 형태 또는 스크린 형태의 망형 지지체로 여과체의 한면 또는 양면을 여러 장 적층하여 포장할 수 있고, 여과체를 1 장 이상 사용할 수도 있다. 바람직하게는 지지체 및 여과체를 3 ~ 10 장 적층해서 사용하는 것이다.The outside of the support formed of urethane fibers bonded to the surface of the adsorbent is packaged in a mesh-like support in the form of a net or screen in which organic polymer fibers or inorganic fibers are woven to prepare a chemical adsorption filter for air purification. When the filter medium formed of urethane fibers bonded to the surface of the adsorbent is a mesh, one or both sides of the filter medium may be laminated and packaged with a mesh-like or screen-like mesh support woven with the organic polymer fibers or inorganic fibers. At least one filter medium may be used. Preferably, 3-10 sheets of a support body and a filter body are laminated | stacked and used.
상기 망형 지지체 제조에 사용되는 유기 고분자 섬유로는 폴리에스테르 섬유, 나일론 섬유, 아크릴 섬유, 폴리에틸렌 섬유 또는 폴리프로필렌 섬유 등이 사용되고, 상기 무기 섬유는 유리 섬유 또는 탄소 섬유 등이 사용되나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.As the organic polymer fibers used to manufacture the mesh support, polyester fibers, nylon fibers, acrylic fibers, polyethylene fibers or polypropylene fibers may be used, and the inorganic fibers may include glass fibers or carbon fibers, but are not limited thereto. It is not.
이하, 실시예에 의거하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며 본 발명을 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the following Examples are intended to illustrate the present invention and do not limit the present invention.
실시예 1 : 양이온교환수지가 부착된 망형 화학 흡착 필터 제조Example 1 Preparation of a Net Chemisorption Filter Attached with Cation Exchange Resin
이소시아네이트(분자량 2000의 폴리올과 MDI가 혼합된 프리폴리머) 50 g과 폴리올(분자량 1500의 폴리에스터) 100 g을 트리에틸렌디아민을 폴리올의 0.1 중량% 첨가하여 30 ℃에서 5 초간 혼합하여 직경 1.0 mm로 일정한 몰드에 방사한 후, 평균 입경이 1.0 mm인 구형으로 제조된 강산성 양이온교환수지(삼양사 SK-1B)를 에 어스프레이하여 방사사에 도포하고, 연속공정을 통해 크기 610 X 610 mm이며, 두께 20 mm이며, 구멍 간격이 0.3 X 0.3 mm인 망형 여과체를 성형한 후, 80 ℃에서 120 분 간 숙성하여 중합을 완성시켜 망형 화학 흡착 필터를 제조하였다. 이 때 소요된 양이온 교환수지의 양은 3 kg/m2 이고, 이온교환능력은 3.6 당량/kg 이었다.50 g of isocyanate (prepolymer mixed with a polyol having a molecular weight of 2000 and MDI) and 100 g of a polyol (polyester having a molecular weight of 1500) were mixed with triethylenediamine in an amount of 0.1% by weight of polyol for 5 seconds at 30 DEG C, and then fixed to 1.0 mm in diameter. After spinning in a mold, a spherical strong acid cation exchange resin (Samyang Corp. SK-1B) was spun and sprayed onto a spun yarn, having an average particle diameter of 1.0 mm, and the size was 610 X 610 mm through a continuous process. After forming a mesh filter medium having a pore size of 0.3 X 0.3 mm and then aging at 80 ° C. for 120 minutes, polymerization was completed to prepare a mesh chemisorption filter. At this time, the amount of cation exchange resin consumed was 3 kg / m 2 , and the ion exchange capacity was 3.6 equivalent / kg.
비교예 1 : 양이온교환수지가 접착제로 부착된 망형 화학 흡착 필터 제조Comparative Example 1: Preparation of a net chemisorption filter to which a cation exchange resin was attached with an adhesive
직경 1.0 mm인 폴리에스테르 섬유로 610 X 610 mm이며, 두께 20 mm이며, 구멍 간격이 2.0 X 2.0 mm인 망을 성형한 후, 알코올로 세척하여 불순물을 제거하였다. 상기 성형된 망에 일액형 우레탄계 접착제를 0.5 mm 두께로 도포한 후, 실시예 1의 양이온교환수지를 부착한 다음 60 ℃에서 120 분 간 경화하였다. 이 때 소요된 양이온 교환수지의 양은 3 kg/m2 이고, 이온교환능력은 3.2 당량/kg 이었다.A polyester fiber having a diameter of 1.0 mm and a diameter of 610 X 610 mm, a thickness of 20 mm and a hole spacing of 2.0 X 2.0 mm was formed, and then washed with alcohol to remove impurities. After applying the one-component urethane-based adhesive to the molded net to a thickness of 0.5 mm, the cation exchange resin of Example 1 was attached and then cured at 60 ℃ 120 minutes. At this time, the amount of cation exchange resin consumed was 3 kg / m 2 , and the ion exchange capacity was 3.2 equivalent / kg.
실시예 2 : 음이온교환수지가 부착된 망형 화학 흡착 필터 제조Example 2 Preparation of a Net Chemisorption Filter Attached with Anion Exchange Resin
실시예 1과 동일하되 양이온교환수지 대신에 음이온교환수지(삼양사 SA-20)를 사용하여 망형 화학 흡착 필터를 제조하였다. 이 때 소요된 양이온 교환수지의 양은 3 kg/m2 이고, 이온교환능력은 2.7 당량/kg 이었다.As in Example 1, but instead of the cation exchange resin, an anion exchange resin (Samyang Corporation SA-20) was used to prepare a mesh type chemisorption filter. At this time, the amount of cation exchange resin consumed was 3 kg / m 2 , and the ion exchange capacity was 2.7 equivalents / kg.
비교예 2 : 음이온교환수지가 접착제로 부착된 망형 화학 흡착 필터 제조Comparative Example 2: Preparation of a net chemisorption filter to which an anion exchange resin is attached with an adhesive
직경 1.2 mm인 폴리에스테르 섬유로 610 X 610 mm이며, 두께 20 mm이며, 구멍 간격이 2.0 X 2.0 mm인 망을 성형한 후, 알코올로 세척하여 불순물을 제거하였다. 상기 성형된 망에 핫 멜트형 접착제인 EVA 접착제를 0.8 mm 두께로 도포한 후, 평균 입경이 0.6 mm이고, 구형으로 제조된 강알칼리성 이온교환수지(삼양사 SA-10AP)를 부착하여, 상온에서 냉각시켜 경화시켰다. 이 때 소요된 음이온 교환수지의 양은 3 kg/m2 이고, 이온교환능력은 2.3 당량/kg 이었다.A polyester fiber having a diameter of 1.2 mm was 610 × 610 mm, a thickness of 20 mm, and a hole spacing of 2.0 × 2.0 mm was formed and then washed with alcohol to remove impurities. After applying EVA adhesive, which is a hot melt adhesive, to the formed net with a thickness of 0.8 mm, an average particle diameter of 0.6 mm, and a spherical strong alkaline ion exchange resin (Samyang Corporation SA-10AP) was attached and cooled at room temperature. To harden. At this time, the amount of anion exchange resin consumed was 3 kg / m 2 , and the ion exchange capacity was 2.3 equivalent / kg.
실시예 3 : 활성탄이 부착된 망형 화학 흡착 필터 제조Example 3 Preparation of Mesh Type Chemisorption Filter with Activated Carbon
실시예 1과 동일하되 양이온교환수지 대신에 활성탄(국내산 DT-2000, 비표면적1100 ㎡/g, 평균입경 0.8mm)를 사용하여 망형 화학 흡착 필터를 제조하였다. 이 때 소요된 흡착제의 양은 2.1 kg/m2 이었다.In the same manner as in Example 1, instead of a cation exchange resin, activated carbon (domestic acid DT-2000, specific surface area of 1100 m 2 / g, average particle diameter of 0.8 mm) was used to prepare a mesh chemisorption filter. At this time, the amount of adsorbent consumed was 2.1 kg / m 2 .
실시예Example 4 : 이온교환수지 및 제올라이트가 부착된 복합소재 망형 화학 흡착 필터 제조 4: Preparation of composite mesh type chemisorption filter with ion exchange resin and zeolite
실시예 1과 동일하되 양이온교환수지와 함께 표면적이 1,500 m2/g 이고 평균 입도가 0.5 mm인 제올라이트를 흡착제로 사용하여 망형 화학 흡착 필터를 제조하였다. 이 때 소요된 이온교환수지의 양은 1.4 kg/m2 이고, 제올라이트 양은 0.7 kg/m2 이었다.As in Example 1, but with a cation exchange resin, a zeolite having a surface area of 1,500 m 2 / g and an average particle size of 0.5 mm was used as an adsorbent to prepare a network chemisorption filter. At this time, the amount of ion exchange resin required was 1.4 kg / m 2 , and the amount of zeolite was 0.7 kg / m 2 .
비교예Comparative example 3 : 이온교환수지가 접착제로 부착된 망형 화학 흡착 필터 제조 3: Manufacture of mesh type chemisorption filter with ion exchange resin
비교예 1과 동일하되 양이온교환수지와 함께 제올라이트를 흡착제로 사용하여 망형 화학 흡착 필터를 제조하였다. 이 때 소요된 이온교환수지의 양은 1.3 kg/m2 이고, 제올라이트 양은 0.7 kg/m2 이었다.As in Comparative Example 1, but using a zeolite together with a cation exchange resin as an adsorbent to prepare a network chemisorption filter. At this time, the amount of ion exchange resin required was 1.3 kg / m 2 and the amount of zeolite was 0.7 kg / m 2 .
실시예 5 : 활성탄 및 제올라이트가 부착된 복합소재 망형 화학 흡착 필터 제조Example 5 Preparation of Composite Mesh Type Chemisorption Filter with Activated Carbon and Zeolite
실시예 3과 동일하되 활성탄과 함께 표면적이 1,500 m2/g 이고 평균 입도가 0.5 mm인 제올라이트를 흡착제로 사용하여 망형 화학 흡착 필터를 제조하였다. 이 때 소요된 활성탄의 양은 1.1 kg/m2 이고, 제올라이트 양은 0.6 kg/m2 이었다.A mesh type chemisorption filter was prepared in the same manner as in Example 3, but using zeolite having a surface area of 1,500 m 2 / g and an average particle size of 0.5 mm together with activated carbon as an adsorbent. At this time, the amount of activated carbon consumed was 1.1 kg / m 2 , and the amount of zeolite was 0.6 kg / m 2 .
실시예 6 : 여과체를 폴리에스테르섬유 지지체로 포장한 복합소재 망형 화학 흡착 필터 제조Example 6 Preparation of Composite Mesh Type Chemisorption Filter with Filter Media Wrapped with Polyester Fiber Support
직경 0.5 mm인 폴리에스테르섬유로 크기 610 X 610 mm이며, 두께 20 mm이고, 구멍 간격이 0.3 X 0.3 mm인 망형 지지체를 제조하여 실시예 1의 양이온 교환수지가 부착된 망형 화학 흡착 필터(여과체)의 양면을 포장하였다.A mesh type chemisorption filter having a cation exchange resin of Example 1 was prepared by preparing a mesh support having a diameter of 610 X 610 mm, a thickness of 20 mm, and a pore spacing of 0.3 X 0.3 mm using a polyester fiber having a diameter of 0.5 mm. ) On both sides.
실시예 7 : 여과체를 탄소섬유 지지체로 포장한 복합소재 망형 화학 흡착 필터 제조Example 7 Preparation of Composite Mesh Type Chemisorption Filter with Filter Media Wrapped with Carbon Fiber Support
직경 0.3 mm인 탄소섬유로 크기 610 X 610 mm이며, 두께 20 mm이고, 구멍 간격이 0.3 X 0.3 mm인 망형 지지체를 제조하여 실시예 1의 양이온 교환수지가 부착된 망형 화학 흡착 필터(여과체)의 양면을 포장하였다.A mesh type chemical adsorption filter (filter) with a cation exchange resin of Example 1 was prepared by preparing a mesh support having a diameter of 610 X 610 mm, a thickness of 20 mm, and a hole spacing of 0.3 X 0.3 mm using carbon fibers having a diameter of 0.3 mm. Both sides of were packed.
실험예 : 화학 흡착 필터의 성능Experimental Example: Performance of Chemisorption Filter
흡착제 투입량은 흡착제가 부착된 여과체 1 m2당 투입된 흡착제 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 아황산가스(SO2)제거율, 활성탄인 경우 또는 유기 무기 복합 흡착제인 경우에는 오존 제거율을 나타낸다.The amount of adsorbent is calculated in kg of adsorbent per 1 m 2 of filter medium with adsorbent, and the removal rate of noxious gas is 0.5 m / sec of surface wind velocity, 40% relative humidity, and the removal rate at nominal concentrations of ppm to tens of ppb. Shown is the removal rate of ammonia when the adsorbent is a cation exchange resin, the removal rate of sulfur dioxide (SO 2 ) for anion exchange resin, and the ozone removal rate for activated carbon or an organic-inorganic composite adsorbent.
실시예 1, 2 및 4는 각각 비교예 1, 2 및 3과 동일 종류의 흡착제를 동일량 투입했음에도 불구하고 유해가스 제거율이 비교예 1, 2 및 3에 비해 현저히 상승된 것을 확인할 수 있었다. 또한 본 발명에는 이온교환수지, 활성탄, 제올라이트 또는 이들을 혼합한 흡착제 어느 것이나 사용될 수 있었으며, 실시예 6 및 7과 같이 유기 또는 무기 섬유로 제조된 지지체로 여과체의 외부를 포장한 경우에는 유해가스제거율은 그다지 감소하지 않으면서 흡착제의 탈락을 방지하고 내구성을 높이는 효과를 나타낼 것으로 보인다.In Examples 1, 2 and 4, although the same amount of the same type of adsorbent as Comparative Examples 1, 2 and 3, respectively, it was confirmed that the harmful gas removal rate was significantly increased compared to Comparative Examples 1, 2 and 3. In addition, in the present invention, any of an ion exchange resin, activated carbon, zeolite, or an adsorbent mixture thereof may be used. Is expected to have the effect of preventing the adsorbent from falling off and increasing the durability without much reduction.
이상에서 상술한 바와 같이 본 발명의 공기 정화용 화학 흡착 필터의 제조방법은 유기 또는 무기 섬유 필라멘트에 흡착제를 결합시키기 위해 별도로 접착제를 도포하는 공정이 필요 없어 화학 흡착 필터 제조 공정이 단순해지고, 접착제에 의해 발생하는 흡착물질의 활성표면이 막히는 문제가 발생하지 않으면서도 흡착제와 우레탄 섬유의 작용기작용기적 결합으로 인해 안정적이고, 수명이 긴 화학 흡착 필터를 제조할 수 있게 한다.As described above, the method of manufacturing the chemical adsorption filter for air purification according to the present invention does not require a process of separately applying an adhesive to bond the adsorbent to the organic or inorganic fiber filament, thereby simplifying the chemical adsorption filter manufacturing process, It is possible to manufacture a stable, long-lasting chemisorption filter due to the functional functional functional coupling of the adsorbent and the urethane fiber without the problem of clogging the active surface of the adsorbent material.
또한 화학 흡착 필터 여과체 외부에 유기 고분자 섬유 또는 무기 섬유로 제조된 지지체를 포장하면, 흡착제가 풍속에 의해 떨어지는 것이 예방되어 더욱 필터 수명이 증가한다.In addition, when the support body made of organic polymer fibers or inorganic fibers is packaged outside the chemisorption filter filter body, the adsorbent is prevented from falling due to the wind speed, which further increases the filter life.
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2005
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