KR100871164B1 - 기체필터의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 테프론 수지가 코팅된 기체필터의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 부직포로 이루어지는 여재의 표면에 수용성 테프론 수지를 스프레이로 코팅시켜 집진성능을 개선시킨 테프론 수지가 코팅된 기체필터의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 물에 PTFE수지 분말 4 내지 90중량%가 함유된 수지 현탁액을 제조하고, 상기 수지 현탁액 및 물의 혼합비를 1 : 1 내지 1 : 16의 중량비로 희석시켜 PTFE수지 코팅제를 준비하는 단계;

폴리에스터사로 제직된 직포의 양면에 폴리에스터 단섬유로 된 제 1 및 제 2 부직포를 니들펀칭으로 결합하여 바탕포를 준비하는 단계;

상기 바탕포를 가스버너 등의 열기구의 상부를 통과시켜 그 표면에서 돌출되는 미세한 섬유사들이 용융되어 바탕포의 표면에 녹아 붙어서 용융면을 형성하는 단계;

상기 바탕포의 용융면에 상기 PTFE수지 코팅제의 준비단계에서 준비된 PTFE수지 코팅제를 분무하는 단계;

상기 PTFE수지 코팅제가 분무된 바탕포의 코팅면이 220 내지 240℃의 온도로 가열된 테프론 코팅 롤러에 맞닿아 경유하도록 하여 PTFE수지가 바탕포의 표면에 용착된 필터재를 얻는 단계; 및

상기 PTFE수지가 바탕포의 표면에 용착된 필터재를 재단 및 성형하는 후처리 단계를 포함하여 구성된다.

기체필터, PTFE, 데프론, 바탕포, 분진, 필터

Description

기체필터의 제조방법{Manufacturing method for gas filter}

본 발명은 테프론 수지가 코팅된 기체필터의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 부직포로 이루어지는 여재의 표면에 수용성 테프론 수지를 스프레이로 코팅시켜 집진성능을 개선시킨 테프론 수지가 코팅된 기체필터의 제조방법에 관한 것이다.

화학, 제철, 시멘트 산업 등 분진이 다량으로 발생되는 모든 산업현장의 집진기 내에는 백필터(bag filter) 타입의 기체필터가 적용된다. 이러한 백필터는 좁고 길쭉한 자루(bag) 형상을 하고 있으며 집진기 내의 백케이지(bag cage)에 끼워져서 사용된다. 이러한 백필터를 장기간 사용하게 됨에 따라 백필터 표면에는 분진이 어느 정도 퇴적되어 압력손실(차압)이 증가되면 통상의 여과방향의 역방향으로 압축공기를 불어넣어 털어낸 후(탈진시킨 후) 다시 분진을 포집하는 방법으로 반영구적으로 사용되도록 설계되어 있다.

백필터를 포함하는 필터의 사용에 있어서, 분진이 발생되는 산업현장의 분진의 허용기준치는 점점 엄격해지고 있다. 예를 들어 제련공장의 경우, 1999년 이전에는 그 허용기준치가 20㎎/㎥이었으나, 그 이후에는 10㎎/㎥으로 강화되었다. 따 라서, 이러한 허용기준치를 만족시키려면 좀 더 미세한 분진까지도 여과해낼 수 있는 백필터가 요구된다.

그러나, 종래의 백필터로는 이러한 허용기준치를 만족시키기가 어려웠다. 외기(外氣)와 직접 접촉되는 백필터 표면의 재질은 주로 부직포인데, 이러한 부직포로서 기공이 큰 부직포를 사용하는 것으로는 충분한 집진능력을 기대할 수 없었다. 백필터의 표면의 기공이 클 경우, 미세분진을 포집할 수 없을 뿐만 아니라 필터 표면에 분진이 깊숙이 박히게 되므로(분진의 1차 부착층이 두껍게 형성되므로) 탈진이 어려워지게 되고, 차압도 커지게 되어 집진능력은 갈수록 저하되게 되는 문제점이 있는 것이다.

또한, 백필터에 있어서, 분진의 포집시에는 공기가 일방향으로 이동하게 되고, 탈진시에는 압축공기가 포집시의 공기흐름의 역방향으로 이동하게 된다. 이때 백필터 자체가 공기의 이동방향에 따라 백케이지 내에서 안쪽 또는 바깥쪽 방향으로 팽창하게 되므로 백필터에는 일정 강도 이상의 강도가 요구되기도 한다. 그러나, 종래의 백필터는 이러한 강도가 부족한 단점이 있었다.

대한민국 등록특허 361430호에는 극세사를 이용한 기체필터를 기술하고 있으며, 여기에는 250 ~ 1300 데니어 폴리에스터사로 제직된 기포; 상기 기포의 일면에 니들펀칭으로 결합되며 0.7~6 데니어 폴리에스터 단섬유로 된 제 1 부직포; 및 상 기포의 타면에 니들펀칭으로 결합되며 나일론 및 폴리에스터 복합재질의 분할형 단섬유로된 제 2 부직포의 3층 구조로 이루어지며, 니들펀칭 완료 후에는 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE)로 발수 처리된 것을 특징으로 하는 것이다. 이는 부직포의 제조 및 니들펀칭 과정에서 상기 분할형 단섬유가 0.05 내지 0.4 데니어의 극세사로 분할되므로, 미세분진을 포집할 수 있고, 분진의 포집시 차압이 작고, 강도가 큰 것은 사실이다.

그러나 이러한 기체필터도 그 표면이 매끄럽게 처리되지 못하였기 때문에, 제철소에서 사용되는 경우에는 그 입자가 날카로운 구조를 가지는 분진들이 기체필터의 표면에 달라붙어 떨어지지 않게 되어서 사용하면 할수록 점차로 분진의 포집효율과 탈진성능이 저하되는 결함이 있었다.

한편, 종래에 폴리에스터사로 제직된 기포와, 상기 기포의 일면에 니들펀칭으로 결합되며 폴리에스터 단섬유로 된 제 1 부직포와, 상기 기포의 타면에 니들펀칭으로 결합되며 역시 폴리에스터 단섬유로 된 제 2 부직포와, 상기 제 1 또는 제 2 부직포의 어느 한 표면에 용착되는 PTFE 필름으로 구성된 기체필터도 개발되어 사용되었다. 이 PTFE 필름이 용착된 기체필터는 통공의 크기가 작고 표면이 매끄러운 특성을 가지므로, 미세분진의 포집효율이 좋고, 분진이 표면에 달라붙는 것을 방지하여서 탈진성능이 우수한 장점을 가진다.

그러나, PTFE 필름의 용융온도는 380℃ 이상인데 반하여 기포의 재료가 되는 폴리에스터사의 용융온도는 250℃이므로, 종래의 PTFE 필름이 용착된 기체필터는 PTFE 필름이 폴리에스터사로 제작된 부직포에 깊숙이 침투되어서 용착되지 못하고 표면에만 살짝 덮여지는 구조를 가진다. 이러한 구조적인 문제로 인하여, 종래의 PTFE 필름이 용착된 기체필터는 사용이 오래될수록 PTFE 필름이 부직포에서 부분적으로 손상되고 탈리되어서 점차적으로 분진의 포집효율과 탈진성능이 저하되는 결 함이 있었다.

본 발명의 목적은 PTFE 코팅층이 폴리에스터 부직포에 깊숙이 침투되어서 용착되도록 하여 PTFE 코팅층이 폴리에스터 부직포에서 탈리되는 것을 방지하여 분진의 포집효율과 탈진성능을 개선하면서도 그 성능을 장기간 동안 그대로 유지할 수 있는 기체필터의 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기체필터의 제조방법은,

(a) 물에 PTFE수지 분말 4 내지 90중량%가 함유된 수지 현탁액을 제조하고, 상기 수지 현탁액 및 물의 혼합비를 1 : 1∼16의 중량비로 희석시켜 PTFE수지

코팅제를 준비하는 단계;

(b) 폴리에스터사로 제직된 직포의 양면에 폴리에스터 단섬유로 된 제 1 및 제 2 부직포를 니들펀칭으로 결합하여 바탕포를 준비하는 단계:

(c) 상기 바탕포를 가스버너 등의 열기구의 상부를 통과시켜 그 표면에서 돌출되는 미세한 섬유사들이 용융되어 바탕포의 표면에 녹아 붙어서 용융면을 형성하는 단계;

(d) 상기 바탕포의 용융면에 상기 PTFE수지 코팅제의 준비단계에서 준비된 PTFE수지 코팅제를 분무하는 단계;

(e) 상기 PTFE수지 코팅제가 분무된 바탕포의 코팅면이 220 내지 240℃의 온도로 가열된 테프론 코팅 롤러에 맞닿아 경유하도록 하여 PTFE수지가 바탕포의 표 면에 용착된 필터재를 얻는 단계; 및

(f) 상기 PTFE수지가 바탕포의 표면에 용착된 필터재를 재단 및 성형하는 후처리단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 (a) PTFE수지 코팅제의 준비단계는 물에 PTFE수지 분말 4 내지 90중량%를 함유시켜 PTFE수지 현탁액을 만든 후에 다시 물에 희석시키되, 상기 PTFE수지 현탁액 : 물의 혼합비를 1 : 1 내지 1 : 16의 중량비로 하여 희석하는 단계이다.

상기 PTFE수지 현탁액의 PTFE수지 분말의 함량이 4중량% 미만이거나, 또는 희석비율이 4를 초과하는 경우, PTFE수지 분말의 함량이 너무 적어져서 여재의 공극이 폐쇄되는 비율이 너무 적어져서 미세분진의 여과 및 집진율 등이 충분히 높아지지 않게 되는 문제점이 있을 수 있으며, 반대로 PTFE수지 현탁액의 PTFE 분말의 함량이 90중량%를 초과하거나, 또는 희석비율이 2 미만이 되는 경우, PTFE수지 분말의 함량이 너무 많아져서 차압이 너무 높아지고, 그에 따라 효과적인 집진이 이루어지지 않게 되는 문제점이 있을 수 있다.

상기 (b) 바탕포의 준비단계는 폴리에스터사로 제직된 직포의 양면에 폴리에스터 단섬유로 된 제 1 및 제 2 부직포를 니들펀칭으로 결합하여 바탕포를 만드는 단계이다.

상기 바탕포는 500 내지 1500 데니어 폴리에스터사로 제직된 직포의 양면에 상기 직포를 구성하는 섬유의 하한보다 더 가는 미세섬도의 섬유를 이용하여 부직포를 만든 후에 니들펀칭에 의해 결합시켜서 만들어질 수 있다.

바람직하게는 상기 바탕포는 800 내지 1200 데니어 폴리에스터사로 제직된 직포와, 상기 작포의 일면에 니들펀칭에 의하여 결합되며 0.7 내지 3 데니어 내에서 2종 이상의 폴리에스터 단섬유와, 탄소섬유사와 SUS 섬유사(스테인레스 섬유사)를 혼용하여서 제조된 제 1 부직포, 및 제 2 부직포의 3층 구조로 이루어진 것이 사용될 수 있다.

상기 (c) 용융면의 형성단계는 상기 바탕포를 가스버너 등의 열기구의 상부를 통과시켜 그 표면에서 돌출되는 미세한 섬유사들이 용융되어 바탕포의 표면에 녹아 붙어서 용융면을 형성하는 단계이다.

이 용융면의 형성단계에서 사용되는 열기구는 가스버너가 되는 것이 바람직하고, 가스버너에서 발생하는 불길이 상기 바탕포의 표면에 도달할 때 열의 온도는 800℃정도가 되는 것이 좋다. 이와 같은 단계를 거쳐서 형성되는 용융면은 바탕포의 표면을 매끄럽게 함과 동시에 예열되는 상태를 유지하도록 함으로써, 다음 단계에서 도포되는 PTFE수지 코팅제에 포함된 PTFE수지 분말들이 용융면에 용착되어서 바탕포의 표면에 깊숙이 침투되는 것을 도와주는 기능을 수행한다.

상기 (d) PTFE수지 코팅제의 분무단계는 상기 수지코팅제 준비단계에서 얻어진 PTFE수지 코팅제를 바탕포의 용융면에 에어로졸 상태로 분무시키는 단계이다.

바탕포의 용융면에 PTFE수지 코팅제를 분무시키면 수지코팅제는 미세한 방울로 흩뿌려지면서 에어로졸 상태가 되었다가 그 상태대로 바탕포의 용융면에 분무된다. 따라서, 바탕포의 용융면 상에는 무수히 많은 미세한 방울들이 분무된다.

이때, 바탕포의 용융면에는 다수의 공극들이 형성되고, 이 공극들은 바탕포의 부직포를 구성하는 섬유들 사이에 형성되어 있기 때문에, 상기 수지코팅제의 에 어로졸은 상기 바탕포의 용융면에 분무되면, 상기 바탕포의 용융면의 공극들의 일부를 폐쇄시키게 된다. 또한, 상기 바탕포의 용융면에는 상기 수지코팅제의 분무시에도 폐쇄되지 않는 미세한 공극들도 존재하며, 이 미세한 공극들을 통하여 공기가 흡입되면 공기 중의 미세 분진들이 이 미세한 공극들을 통과하지 못하게 걸리게 되어 필터링 기능을 수행하게 된다.

따라서, 폐쇄되는 공극의 비율을 조절하는 것이 중요하며, 이를 조절하기 위한 실험결과, PTFE분말 4 내지 90중량%의 수지 현탁액을 물에 희석시키되, 수지 현탁액 : 물의 혼합비가 1 : 1 내지 1 : 16의 중량비가 되도록 희석시킨 PTFE수지 코팅제를 분무시킴으로서, 에어로졸 상태로 미립화 된 PTFE수지 코팅제가 미세한 액적, 즉 방울 형태로 되어 바탕포의 용융면에 분무되는 것이 중요하다는 것이 확인되었다.

상기 (e) PTFE수지 용착단계는 상기 PTFE수지 코팅제가 분무된 바탕포의 코팅면이 220 내지 240℃의 온도로 가열된 테프론 코팅롤러에 맞닿아 경유하는 단계이다. 이 단계에서, 상기 PTFE수지 코팅제를 구성하는 물을 증발시켜 바탕포의 표면 위에 PTFE수지 성분만 잔류하도록 하고, 이 잔류된 PTFE수지 성분이 바탕포의 공극들의 일부를 폐쇄시키면서 바탕포의 표면에 깊숙이 침투하여 일체로 용착되어서, 미세한 분진의 여과 및 집진율의 향상을 가능하게 한다.

여기에서, 테프론 코팅 롤러의 온도가 220℃ 미만인 경우, PTFE수지 성분이 바탕포의 표면 깊숙이 침투되어 용착되는 데에 문제점이 있을 수 있으며, 240℃를 초과하는 경우, 바탕포를 구성하는 폴리에스터 단섬유에 수지성분의 변형 등이 일 어나는 문제점이 있을 수 있다.

상기 (f) 필터재의 후처리 단계는 상기 PTFE수지가 바탕포의 표면에 용착된 필터재를 재단하고 가공하여 백필터 타입의 기체필터를 제작하는 단계이다. 이는 당업자에게는 용이하게 이해되는 사항이므로 더 이상의 상세한 설명은 생략해도 무방하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들 및 비교예를 살펴보면 다음과 같다.

<실시예 1>

직포로서 1000 데니어 폴리에스터사로 바탕포 밀도(경사*위사)가 17*16이 되게 제직한 것을 사용하였다. 제 1 부직포와 제 2 부직포의 원료로 1데니어 및 2데니어 2종의 폴리에스터 단섬유들과 탄소섬유사와 SUS 섬유사를 혼용하였다. 상기 직포를 중심으로 그 일면에 니들펀칭된 제 1 부직포 및 그 타면에 니들펀칭된 제 2 부직포의 3층 구조로 이루어진 바탕포를 만들었다. 상기 바탕포를 가스버너를 통과시키면서 800℃의 열기로서 그 표면에 돌출되는 섬유사들을 용융시켜서 얻어지는 용융면에 PTFE수지 4중량%의 수지 현탁액을 물로 희석시킨 수지코팅제(수지 현탁액 : 물 = 1 : 16의 중량비로 혼합하여 희석시킴)를 분무코팅한 후, 240℃의 온도로 가열된 테프론 수지 코팅롤러에 맞닿아 경유시켜서 PTFE수지가 코팅된 필터를 얻고, 이를 통상의 백필터로 가공하였다.

얻어진 백필터의 통기도는 KS K 0570에 따라 측정한 결과, (12.7㎤/㎠sec)로 나타났으며, 인장강도는 KS K 0520(cut strip)에 따라 측정한 결과, 길이는 (140.5㎏f), 폭은 (195.7㎏f)로 나타났다. 또한, 인장신율의 측정결과로는 길이는 (35.4%), 폭은 (57.6%)로 나타났다.

<실시예 2>

직포로 1000데니어 폴리에스터사로 바탕포 밀도(경사*위사)가 17*16이 되게 제직한 것을 사용하였다. 제 1 부직포와 제 2 부직포의 원료로 1데니어 및 2데니어 2종의 폴리에스터 단섬유들과 탄소섬유사와 SUS 섬유사를 혼용하였다. 상기 직포를 중심으로 그 일면에 니들펀칭된 제 1 부직포 및 그 타면에 니들펀칭된 제 2 부직포의 3층 구조로 이루어진 바탕포를 만들었다. 상기 바탕포를 가스버너를 통과시키면서 800℃의 열기로서 그 표면에 돌출되는 섬유사들을 용융시켜서 얻어지는 용융면에 PTFE수지 8중량%의 수지 현탁액을 물로 희석시킨 수지코팅제(수지 현탁액 : 물 = 1 : 12의 중량비로 혼합하여 희석시킴)를 분무코팅시킨 후, 240℃의 온도로 가열된 테프론 수지 코팅롤러에 맞닿아 경유시켜서 PTFE수지가 코팅된 필터를 얻고, 이를 통상의 백필터로 가공하였다.

얻어진 백필터의 통기도는 KS K 0570에 따라 측정한 결과, (11.0㎤/㎠sec)로 나타났으며, 인장강도는 KS K 0520(cut strip)에 따라 측정한 결과, 길이는 (141.4㎏f), 폭은 (194.4㎏f)로 나타났다. 또한, 인장신율의 측정결과로는 길이는 (34.2%), 폭은 (56.4%)로 나타났다.

<실시예 3>

PTFE수지 12중량%의 수지 현탁액(수지 현탁액 : 물 = 1 : 8의 중량비로 혼합, 희석시킴)을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

얻어진 백필터의 통기도는 KS K0570에 따라 측정한 결과, (8.4㎤/㎠sec)로 나타났으며, 인장강도는 KS K 0520(cut strip)에 따라 측정한 결과, 길이는 (138.5㎏f, 폭은 197.7㎏f)로 나타났다. 또한, 인장신율의 측정결과로는 길이는 (35.7%, 폭은 58.7%)로 나타났다.

<실시예 4>

PTFE수지 75중량%의 수지현탁액(수지 현탁액 : 물 = 1 : 4의 중량비로 혼합, 희석시킴)을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

수득된 백필터의 통기도는 KS K 0570에 따라 측정한 결과, (7.1㎤/㎠sec)로 나타났으며, 인장강도는 KS K 0520(cut strip)에 따라 측정한 결과, 길이는 (139.2㎏f), 폭은 (197.8㎏f)로 나타났다. 또한, 인장신율의 측정결과로는 길이는 (35.3%), 폭은 (58.6%)로 나타났다.

<실시예 5>

PTFE수지 90중량%의 수지 현탁액(수지 현탁액 : 물 = 1 : 1의 중량비로 혼합, 희석시킴)을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

수득된 백필터의 통기도는 KS K0570에 따라 측정한 결과, (6.5㎤/㎠sec)로 나타났으며, 인장강도는 KS K 0520(cut strip)에 따라 측정한 결과, 길이는 (137.3㎏f), 폭은 (196.5㎏f)로 나타났다. 또한, 인장신율의 측정결과로는 길이는 (35.2%), 폭은 (58.7%)로 나타났다.

<비교예>

직포로 300데니어 폴리에스터사로 바탕포밀도(경사*위사)가 44*27이 되게 제직한 것을 사용하였다. 제2부직포 및 제3부직포의 원료로 2데니어 및 3데니어 폴리 에스터단섬유를 혼합한 것을 사용하였으며, 니들펀칭 완료 후 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)으로 발수처리하였으며, 수지코팅을 하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예와 동일하게 수행하였다.

이 여재의 통기도는 KS K 0570에 따라 측정한 결과, 14.5㎤/㎠sec로 나타났다.

상기 실시예들에서 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 여재의 표면에 수지를 코팅함에 있어서, 수지 현탁액의 고형분 함량 및 희석비율을 조절하는 것에 의해 높은 통기도에서부터 낮은 통기도에 이르기까지 통기도를 자유로이 조절할 수 있으

며, 그에 따라 여과할 먼지의 평균입경에 따른 적절한 통기도 및 여과효율을 갖는 여재를 제조할 수 있음을 확인할 수 있었다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 기체필터의 제조방법에 의하면, PTFE 코팅층이 폴리에스터 부직포에 깊숙이 침투되어서 용착되도록 하여 PTFE 코팅층이 폴리에스터 부직포에서 탈리되는 것을 방지함으로써, 분진의 포집효율과 탈진성능을 크게 향상시킬 뿐만 아니라 그 성능을 장기간 동안 그대로 유지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. (a) 물에 PTFE수지 분말 4 내지 90중량%가 함유된 수지 현탁액을 제조하고, 상기 수지 현탁액 및 물의 혼합비를 1 : 1 내지 1 : 16의 중량비로 희석시켜 PTFE수지 코팅제를 준비하는 단계;

   (b) 폴리에스터사로 제직된 직포의 양면에 폴리에스터 단섬유로 된 제 1 및 제 2 부직포를 니들펀칭으로 결합하여 바탕포를 준비하는 단계;

   (c) 상기 바탕포를 가스버너 등의 열기구의 상부를 통과시켜 그 표면에서 돌출되는 미세한 섬유사들이 용융되어 바탕포의 표면에 녹아 붙어서 용융면을 형성하는 단계;

   (d) 상기 바탕포의 용융면에 상기 PTFE수지 코팅제의 준비단계에서 준비된 PTFE수지 코팅제를 분무하는 단계;

   (e) 상기 PTFE수지 코팅제가 분무된 바탕포의 코팅면이 220 내지 240℃의 온도로 가열된 테프론 코팅 롤러에 맞닿아 경유하도록 하여 PTFE수지가 바탕포의 표면에 용착된 필터재를 얻는 단계; 및

   (f) 상기 PTFE수지가 바탕포의 표면에 용착된 필터재를 재단 및 성형하는 후처리단계를 포함하여서 PTFE수지가 코팅된 기체필터를 제조하는 방법.