KR100885477B1 - 세라믹 파이버로 이루어진 허니컴 구조체 및 그 제조방법 - Google Patents

세라믹 파이버로 이루어진 허니컴 구조체 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 세라믹 파이버로 이루어진 허니컴 구조체 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 권취형의 세라믹 시트를 이용하여 일반적인 세라믹 필터보다 작은 직경의 허니컴 단위 구조체를 제조한 후, 단일체를 형성하는 빈 공간을 최소화할 수 있는 허니컴 단위 구조체들의 조합 및 배치를 통해 허니컴 구조체의 낮은 기계적 강도를 증대시킬 수 있는 허니컴 구조체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 허니컴 구조체는 종래 소성으로 인해 제한적인 강도를 가지는 구조체들을 최적 크기로 제작한 후 이들을 조합하고 구조체 간 공간에 바인더를 충전하여, 최소의 단위 면적 손실을 가지게 함으로써, 기계적 강도를 획기적으로 강화시킬 수 있다
세라믹 파이버, 허니컴, 세라믹 필터 단위 구조체, 모노리스, 기계적 강도

Description

세라믹 파이버로 이루어진 허니컴 구조체 및 그 제조방법{THE CONFIGURATIONS OF THE HONEYCOMB STRUCTURE MADE OF CERAMIC FIBER AND PREPARATION METHOD THEREOF}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중심 세라믹 필터 단위 구조체, 및 그 외주에 허니컴 구조를 이루도록 복수개로 배치되는 세라믹 필터 단위 구조체의 정면 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 허니컴 구조의 세라믹 필터 단위 구조체의 조합에 따른 허니컴 구조체의 단면을 나타낸 개략도이다.
본 발명은 허니컴 구조체 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래 세라믹 파이버로 이루어진 허니컴 구조체가 최종 소성으로 인해 약해지는 제한적 강도 문제를 해결하기 위해, 한번에 세라믹 필터를 권취하여 제조하지 않고, 일반적인 세라믹 필터보다 작은 직경을 갖는 별도의 허니컴 모노리스를 제조한 후 이를 이용하여 충전물과 함께 조립을 통해 허니컴 구조로 배치시켜 기계적 강도를 크게 향상시킬 뿐 아니라, 강한 내부식성과 금속의 녹는점 이상인 1000 ℃ 이상 고 온에서도 사용 가능한 세라믹 파이버로 이루어진 허니컴 구조체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
세라믹으로 이루어진 허니컴 구조체는 고온에서 사용 가능한 촉매 지지체, 및 고온용 단열제로서 사용되고 있다. 최근에는 다공성을 이루는 내부 기공의 크기를 사용하여 고온에서 사용할 수 있는 필터 용도로 주목을 받고 있다. 특히, 디젤 자동차의 배기 가스 정화용으로의 용도가 넓어지고 있다. 디젤 자동차는 가솔린 자동차에 비하여 높은 에너지 효율 및 일산화탄소와 탄화수소의 배출량이 상대적으로 적기 때문에 특히 환경 친화적인 것으로 인식되어, 80년대 중반부터 그 사용량이 빠르게 성장하였다. 그러나, 지난 수년간 디젤자동차는 배출가스, 특히 질소산화물과 분진으로 인해 집중적인 비난을 받고 있고, 최근 디젤자동차의 수요증가에 따른 배출되는 PM (Particulate Matters) 양의 증가로 인한 대기오염 문제에 대응하여 각국은 강력한 PM 배출기준 실시하고 있으며 이에 따라 매연 여과 장비가 장착된 차량의 시장 진출이 큰 이슈로 등장하고 있다.
1970년대 후반부터 디젤엔진의 매연 분진 입자를 거르기 위한 장치로서 디젤분진필터(DPF: Diesel Particulate Filter)가 제안되어 연구되기 시작하였다. 그러나, 1980년대 까지는 엔진 디자인의 발달과 연료의 개선 등으로 인하여 DPF의 장착 없이도 환경 규제치를 만족시킬 수 있어 DPF에 대한 적극적인 연구는 강화되는 규제기준에 대응하기 위하여 1980년도 이후에 이르러서야 활발히 진행되기 시작하였다. DPF의 종류는 세라믹 사출형 및 섬유 허니컴 모노리스 필터, 세라믹 섬유 필터 및 금속필터로 크게 나눌 수 있다. 2004년 현재 가장 상용화에 근접해 있는 기 술은 세라믹 허니컴 모노리스 필터를 이용한 연구라고 말할 수 있으나, 허니컴 모노리스 필터는 재생시 발생되는 고온의 열 충격에 취약해 그 수명이 짧은 단점이 있다. 금속필터는 가격과 제작의 용이성의 장점이 있으나, 내열성과 부식성에 약한 단점을 가지고 있다. 세라믹 섬유 필터는 금속 필터의 단점을 보완하였으나, 상대적인 표면적이 작아 동일 효율을 얻기 위해서는 부피가 커지는 단점이 있다.
이러한 단점들을 극복하고자, 최근 들어 활발히 연구되고 있는 것이 세라믹 섬유 허니컴 모노리스 필터이다. 이것은 1 mm 이하의 미세 입자 포집 능력이 우수하고 섬유 고유의 탄성력으로 인해 열 충격에 강한 장점을 가지고 있으며 허니컴 구조화하여 단점이던 표면적을 획기적으로 늘렸으며 사출형 세라믹 모노리스 보다 10배 정도의 내부 표면적을 갖는 것으로 알려져 있다. 그러나 세라믹 섬유로 이루어져 있고 기공도가 80%이상으로 이루어진 이유로 장치 외부로부터 가해지는 기계적 충격에 약한 취약점을 가지고 있어 세라믹 허니컴 모노리스 필터에 비하여 내구성 문제로 상용화에 어려움을 겪고 있다.
종래 세라믹 허니컴 모노리스 필터의 제조방법으로는 전체를 세라믹 페이퍼를 이용하는 장치가 개시된 바 있으나(한국특허공개 제2004-0051386호), 상기 방법은 국부적인 결함이 생길 경우 1차 단위체 허니컴 구조에만 영향을 끼쳐 전체 구조체까지 치명적인 영향을 줄 수 있다. 또한, 금속망을 이용하는 장치(특2002-0022343)가 개시된 바 있으나, 상기 방법은 내부식성이 떨어지며 금속의 녹는점 이상인 1000 ℃ 이상 고온에서 사용이 불가능한 문제가 있다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명의 목적은 허니컴 구조의 세라믹 필터 단위 구조체(monolith)의 크기를 최적화하고, 이를 일정 공간 내에 충전물질인 바인더와 함께 허니컴 구조로 복수개로 배치시켜 종래 세라믹 사출형 허니컴 모노리스(Wall Flow Honeycomb monolith)에 비하여 섬유 하나하나가 매염 입자를 포집하는 역할을 수행할 수 있으며, 결과적으로 표면적이 굉장히 넓어 세라믹 파이버 허니컴 모노리스의 최대 문제점인 기계적 강도의 약화 문제를 해결하여 강도를 획기적으로 개선한 허니컴 구조체 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
허니컴 구조의 중심 세라믹 필터 단위 구조체;
상기 중심 세라믹 필터 단위 구조체의 외주에 배치되는 복수개의 허니컴 구조의 세라믹 필터 단위 구조체들;
상기 중심 세라믹 필터 단위 구조체와 상기 복수개의 세라믹 필터 단위 구조체들 사이를 충진하여 단일체가 되도록 하는 바인더;
를 포함하는 허니컴 구조체를 제공한다.
또한, 본 발명은 세라믹 파이버, 유기파이버 및 유기바인더를 포함하는 슬러리 용액으로부터 세라믹 시트를 제조하고,
상기 세라믹 시트를 파형화하여 파형 세라믹 시트를 제조한 후, 그 하부에 상기 파형 세라믹 시트와 동일 재질로 이루어진 판형 세라믹 시트를 위치시켜 접합하고 권취하여 세라믹 필터 단위 구조체를 제조하고,
상기 세라믹 필터 단위 구조체를 중심에 위치시켜 중심 세라믹 필터 단위 구조체로 하고,
상기 중심 세라믹 필터 단위 구조체의 외주에 복수개의 세라믹 필터 단위 구조체들을 배치시키고,
상기 중심 세라믹 필터 단위 구조체와 외주에 위치한 복수개의 세라믹 필터의 단위 구조체들 사이에 바인더를 충전시켜 단일체를 형성하는 단계
를 포함하는 허니컴 구조체의 제조방법을 제공한다.
이하에서 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명은 인체에 유해한 미립자의 입자상 물질을 배출하여 대도시 대기오염에 큰 영향을 끼치는 디젤 자동차의 매연을 여과하는 장치로서 미립자 물질의 포집 효율이 높은 세라믹 파이버 시트를 기본 골격으로 하고 시트를 허니컴 형태로 만들어 표면적을 증가시키면서, 외부 기계적 충격에 대한 저항력을 증가시키도록 제한적인 강도를 가지는 구조체들을 최적 크기로 제작하여 조합한 후 세라믹 필터 단위 구조체 간에 바인더를 투입하여, 최소의 단위 면적 손실을 나타내어 기계적 강도를 획기적으로 강화시키는 구조로 설계된 허니컴 구조체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
기존의 세라믹 파이버를 이용한 허니컴 구조체는 매연 입자를 포집하는 필터 재질을 이용하여 필터 전체를 구성하므로, 필터 장치 전체의 강도가 필터 재질의 강도에 크게 의존되었다. 그러나, 본 발명은 한번에 세라믹 필터를 권취하여 제조하지 않고 일반적 세라믹 필터보다 작게 허니컴 구조의 세라믹 필터 단위 구조체를 제조한 후, 이들을 중심부 및 그 외주에 배치시키고 최소한의 면적손실을 갖도록 중심 세라믹 필터 단위 구조체 및 그 외주에 배치된 복수개의 세라믹 필터 단위 구조체들 사이 사이의 빈 공간에는 바인더를 충전시켜 단일체가 되도록 함으로써, 종래의 낮은 기계적 강도를 증대시킬 수 있다.
따라서, 본 발명은 종래 방법들에 비대 국부적인 결함이 생기더라도 세라믹필터 단위 구조체에만 영향을 끼쳐 전체 구조체까지 치명적인 영향을 주지 않고, 월등히 높은 기계적 강도를 제공하는 장점이 있고, 또한 강한 내부식성과 금속의 녹는점 이상인 1000 ℃ 이상 고온에서도 사용 가능하다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 중심 세라믹 필터 단위 구조체, 및 그 외주에 허니컴 구조를 이루도록 복수개로 배치되는 세라믹 필터 단위 구조체의 정면 개략도이다.
도 1에서 보면, 본 발명의 세라믹 파이버로 이루어진 세라믹 필터 단위 구조체(10)는 세라믹 시트를 권취하여 허니컴 구조를 이루게 한 것으로서, 본 발명의 세라믹 필터 단위 구조체는 판형 세라믹 시트(12) 및 파형 세라믹 시트(14)를 포함하는 적층구조를 달팽이관으로 권취하여 형성한 허니컴 구조의 세라믹 필터 단위 구조체이다.
본 발명에서는 도 1과 같은 구조를 갖는 세라믹 필터 단위 구조체를 이용하여, 허니컴 형태가 갖는 표면적과 동등한 수준의 표면적을 가지면서, 충전물로 채워지는 데드(dead)공간이 최소화된 허니컴 구조체를 제조할 수 있다.
상세히 설명하면, 본 발명은 중심부에 도 1의 구조를 가지는 세라믹 필터 단위 구조체를 위치시키고, 그 외주의 둘레방향으로 복수개의 세라믹 필터 단위 구조체들을 배치시키고, 상기 중심 세라믹 필터 단위 구조체와 상기 복수개의 세라믹 필터 단위 구조체들 사이의 빈공간에는 단일체가 되도록 바인더를 충전시키는 공정을 통해 새로운 형태의 허니컴 구조체를 제조할 수 있다.
본 발명의 허니컴 구조체는 중심부의 세라믹 필터 단위 구조체의 단면직경과 크기가 같은 복수개의 세라믹 필터 단위 구조체 또는 상기 중심 세라믹 필터 단위 구조체의 단면 직경과 크기가 다른 형태의 복수개의 세라믹 필터 단위 구조체들의 배치와 조합을 통해 이루어진다.
또한, 상기 세라믹 필터 구조체는 원통형상인 것이 바람직하며, 상기 복수개의 세라믹 필터 단위 구조체들은 상기 중심 세라믹 필터 단위 구조체의 중심으로부터 동일한 거리에 위치하는 것이 좋다. 또한, 상기 복수개의 세라믹 필터 단위 구조체들은 동일한 직경을 갖는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 중심 세라믹 필터 단위 구조체의 단면직경은 외주에 배치된 복수개의 세라믹 필터 단위 구조체들의 단면직경 보다 그 크기가 큰 것이 위치하는 것이 좋다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 허니컴 구조의 세라믹 필터 단위 구조체 의 조합에 따른 허니컴 구조체(100)의 단면을 나타낸 개략도이다. 도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 허니컴 구조체는 상기에서 제조된 세라믹 파이버로 이루어진 허니컴 구조의 중심 세라믹 필터 단위 구조체(20), 및 그 외주의 둘레방향으로 배치된 복수개의 허니컴 구조의 세라믹 필터 단위 구조체들(10), 및 상기 중심 세라믹 필터 단위 구조체(20)와 복수개의 세라믹 필터 단위 구조체들 사이를 충전한 바인더(30)를 포함하여 단일체를 이루고 있다. 본 발명에 따르면 중심 세라믹 필터 단위 구조체와 외주에 배치된 복수개의 허니컴 구조의 세라믹 필터 단위 구조체들의 관계는 하기 수학식 1을 만족하는 것이 가장 바람직하다.
[수학식 1]
f = ∏(R1)2 - ∏(R3)2 + n[∏(R2)2 - ∏(R3)2]
상기 식에서, f는 최종 단일체를 형성한 후 허니컴 구조체의 전체면적이고, R1은 중심 세라믹 필터 단위 구조체의 반지름이고, R2는 중심 세라믹 필터 단위 구조체 주위를 둘러싸는 단위구조체의 반지름이고, R3는 상기 중심 세라믹 필터 단위 구조체와 상기 복수개의 허니컴 구조의 세라믹 필터 단위 구조체들 사이를 충전하는 데드 스페이스(Dead Space)의 반지름이고, n은 중심 세라믹 필터 단위 구조체를 둘러싼 복수개의 세라믹 필터 단위 구조체의 갯수이다.
본 발명의 허니컴 구조체는 2가지 형태의 허니컴이 구성하는 전체면적 f를 최대화(maximize)하기 위해, 최적해를 구하면 R1과 R2는 도 2와 같이 되며, 세라믹 필터 단취 구조체의 중심부를 둘러싼 복수개의 세라믹 필터 단위 구조체의 갯수는 10개인 것이 바람직하다.
한편, 상기 중심 세라믹 필터 단위 구조체와 상기 복수개의 세라믹 필터 단위 구조체들 사이 사이를 충전하는 바인더는 무기입자 30 내지 70 중량%, 세라믹 파이버 20 내지 50 중량%, 라텍스 바인더 1 내지 10 중량% 및 윤활제로서의 유기 성분 1 내지 5 중량%를 포함할 수 있다. 상기 무기입자로는 콜로이드 상 및 분무 건조된 통상의 무기입자의 사용이 가능하며, 예를 들면, 알루미나, 실리카, 실리콘 카바이드, 일반 클레이 등이 이용될 수 있다. 상기 세라믹 파이버는 상술한 것과 동일한 것을 사용할 수 있다. 상기 라텍스 바인더 또한 통상의 당업계에 잘 알려진 고무 라텍스를 사용할 수 있으며, 천연 고무, 합성고무 등을 사용할 수 있다. 상기 유기성분은 대두유(soybean oil), 물엿(corn syrup) 등이 사용될 수 있다.
또한, 상기에서, 도 1의 구조를 가지는 세라믹 필터 단위 구조체의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 파형 세라믹 시트(14)의 하층부에, 파형 세라믹 시트와 동일재질로 이루어진 판형 세라믹 시트(12)를 위치시켜 적층한 후 접촉면에는 접착제를 바르고, 이들을 서로 접합하여 적층구조를 형성하고, 적층구조의 세라믹 시트를 달팽이관 모양으로 권취하고 열처리한다. 이후, 권취된 구조체를 딥핑 코팅법을 이용하여 무기바인더 코팅 용액으로 코팅하고, 소성 처리하여 도 1의 허니컴 구조의 세라믹 필터 단위 구조체를 제조할 수 있다. 상기 파형 세라믹 시트는 파형화기기에 투입하여 제조할 수 있으며, 파형화 기기의 드럼은 골과 피치의 길이가 3mm로 제작 되고 표면온도와 페이퍼의 공급속도가 조절되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 무기바인더 코팅용액은 그 종류가 한정되지 않고 세라믹 필터의 제조에 사용되는 것이면 모두 사용가능하다. 예를 들면, 무기바인더 코팅용액은 알루미나 졸(sol), 실리카 졸, 및 클레이 분산용액으로 이루어진 군에서 선택되는 무기 콜로이달 용액, 알루미늄 포스페이트 용액, 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 무기 바인더 용액의 코팅 공정은 특별히 제한되지 않으며, 예컨대 함침 또는 분사 등에 실시할 수 있다. 상기 알루미늄 포스페이트 용액은 물과 침투용매의 혼합용매를 더 포함하는 것이 바람직하다. 침투용매로는 에탄올, 이소프로필 알코올 등을 사용할 수 있으며, 상기 침투용매의 함량은 물에 대하여 1∼30 중량%로 사용할 수 있다. 상기 침투용매의 함량이 1 중량% 미만이면 역할이 원활치 않고, 30 중량%를 초과하면 알루미늄 포스페이트의 석출을 일으킬 수 있다. 또한 전체 알루미늄 포스페이트 용액 중 알루미늄 포스페이트의 함량은 고형분을 기준으로 1∼80 중량%일 수 있는데, 1 중량% 미만인 경우에는 필요한 양을 코팅시키기 위해 여러 번의 반복 작업을 거쳐야 하며, 80 중량%를 초과하면 과량의 알루미늄 포스페이트가 기공 사이에 남아, 기공 감소 현상이 나타나며 페이퍼의 내충격성이 감소될 우려가 있다. 또한, 상기 소성공정은 진공, 불활성가스 또는 공기 중에서 실시할 수 있으며, 소성 온도는 800∼1,100 ℃인 것이 바람직하다. 상기 소성온도가 800℃ 미만인 때에는 유기성분의 제거가 완전히 이루어지지 않으며, 1,100℃를 초과하는 때에는 상기 알루미늄 포스페이트가 변형되어 강도의 저하를 가져올 염려가 있다.
또한, 상기 세라믹 시트의 제조방법은 특별히 한정되지 않으나, 0.5 mm 정도의 얇은 판상을 만들기 위해서는 보편적인 세라믹 공정 기술인 테이프 캐스팅, 사출, 압출성형, 제지법 등의 기술이 이용될 수 있다. 또한, 세라믹 시트는 세라믹 파이버, 유기 파이버, 및 소량의 유기 바인더를 포함하는 슬러리 용액을 이용하여 제조할 수 있다.
세라믹 시트의 제조방법에 사용되는 세라믹 재질로는 500℃ 이상의 내열성 물질이 사용될 수 있으며, 예를 들면 알루미나, 실리케이트 또는 이들의 복합체; 코디에라이트; SiC; Si3N4 등의 모든 세라믹 재료가 사용될 수 있으며 그 종류가 특별히 한정되지는 않는다. 바람직하게, 상기 세라믹 파이버는 1-20 마이크론(㎛)의 직경을 가지고 있으며, 더 바람직하게는 2-7 마이크론의 직경을 가지며, 길이는 0.1-10mm 영역을 가지는 것이 바람직하다. 상기 세라믹 파이버의 함량은 슬러리의 총고형분을 기준으로 50-80 중량%이고, 보다 바람직하게는 70-80 중량%로 포함하는 것이 좋다. 상기 세라믹 파이버의 함량이 50 중량% 미만인 때에는 소성 후 강도 및 기공특성에 악영향을 미칠 수 있고, 80 중량%를 초과하게 되면 유기파이버 및 유기바인더의 양이 너무 적어서 파형화 단계에서 인장강도가 떨어질 우려가 있다.
상기 유기파이버는 펄프와 같은 셀룰로오스 파이버, 헴프(hemp)와 같은 천연 파이버, 나일론, 레이욘, 폴리에스터, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 아라미드, 아크릴 파이버와 같은 합성파이버 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택하여 사용할 수 있으며, 상기 아라미드 파이버의 구체적 예로는 듀퐁사에서 제조된 케블라 파이버가 있다. 상기 유기파이버의 함량은 슬러리 내의 세라믹 파이버 100 중량부에 대하여 5 내지 30 중량부로 사용할 수 있다. 상기 유기 파이버의 함량이 5 중량부 미만인 경우에는 세라믹 그린 페이퍼의 인장 강도가 저하되고, 30 중량부를 초과하면 열처리 후에 과량의 알루미나 포스페이트 할로우 파이버의 존재로 인해 강도의 저하를 나타낼 수 있다.
유기 바인더는 아크릴 계통, 폴리비닐알코올, 양성 전분, 에폭시 계통 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으며, 제지 공정 상에서 파이버간의 결합력을 향상시킨다. 유기 바인더의 함량은 세라믹 파이버 100 중량부에 대하여 0.1 내지 20 중량부로 사용한다. 상기 유기바인더의 함량이 0.1 중량부 미만이면 파이버 상호간의 결합이 이루어지지 않고, 20 중량부 보다 큰 경우에는 세라믹 그린 페이퍼의 유동성이 크고 접착성이 나타나 다루기가 원활치 않게 된다. 상기 유기 바인더는 유리 전이 온도가 상온보다 높고 3차원적인 구조를 가지게 하기 위해 유연성을 가지고 있어야 한다.
그 밖에, 상기 슬러리 용액에는 물이 포함될 수 있으며, 상기 슬러리 용액에 사용되는 물의 양은 중요한 것이 아니고 전체 공정을 원활하게 유지하는 정도면 된다. 본 발명은 공정상에서 물을 원활하게 제거하기 위해 제지 장치에 연결된 진공 펌프를 통해 과량의 물을 제거하고 압착기를 통해 잔존하는 과량의 물을 제거할 수 있다. 또한, 본 발명의 슬러리 용액은 상기 유기바인더의 세라믹 파이버 또는 유기파이버에 대한 부착성을 향상시키기 위하여, 통상의 pH 조절제를 더 첨가할 수 있다. 상기 pH 조절제는 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이면 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있으며, 예를 들어 알룸(알루미늄 설페이트)을 사용하여, 슬러리 용액의 pH를 5.5-6.5 사이로 유지시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에서 제시한 조합을 통한 2차 구조적 배열은 기계적 강도가 강한 세라믹 섬유 허니컴 모노리스 필터로 만들 수 있어 개별적인 세라믹 파이버 허니컴 모노리스의 취약한 기계적 강도 문제를 해결할 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
하기 표 1과 같은 조성의 중량비를 갖는 세라믹 파이버와 유기 첨가물을 사용하여 통상의 제지법으로 0.5 mm 두께의 세라믹 페이퍼 시트를 제조하였다. 즉, 물 2000 ml에 평균 길이 300 마이크로의 알루미나-실리카 파이버 3 g을 넣고 강하게 교반하여 파이버를 분산시켰다. 유기 파이버인 침엽수 펄프를 파이버 무게에 대해 25%를 투입하였다. 세라믹 시트의 유연성을 갖도록 해주는 아크릴 바인더를 파이버의 무게대비 20%를 첨가하고, pH 3의 1% 알루미늄 설페이트 수용액을 적가하면서 전체 슬러리의 pH를 5.5정도가 되도록 해주었다. 최종적으로 과량의 물을 제거하고, 두께 0.5 mm의 세라믹 그린 페이퍼를 제조하였다. 제조한 세라믹 그린 페이퍼를 상온에서 30분간만 자연 건조한 뒤 100 ℃의 건조오븐에서 잔존하는 수분을 건조하여 세라믹 시트를 제조하였다.
[표 1]
조 성 함량 (중량%)
세라믹 파이버 70
침엽수 펄프 26.4
케볼라 파이버 3
유기 첨가물(아크릴바인더) 0.6
이후, 세라믹 시트를 골판지 제조 장치를 이용하여 파형시켰다. 파형화된 시트와 평탄지를 라미네이션시키고 와인딩하여 직경이 4cm인 허니컴 모노리스(세라믹 필터 단위 구조체)를 제작하였다. 최종적으로 제조된 1차 허니컴 단위 구조체는 1100 ℃에서 열처리하여 모든 유기물을 제거하고 세라믹끼리의 결합만으로 존재하게 하였다.
(실시예 2)
직경이 9.2cm인 세라믹 필터 단위 구조체를 제조한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
(실시예 3)
도 2와 같은 구조를 위해, 콜로이드 상의 알루미나 10 중량%, 실리카 10 중량%, 분무 건조된 알루미나 파우더 10 중량%, 세라믹 파이버 30 중량%, 라텍스 바인더 5 중량% 및 대두유(soybean oil) 3 중량%의 조성을 갖는 바인더를 제조하였다.
이후, 실시예 2에서 제조된 직경이 9.2cm인 세라믹 필터 단위 구조체를 중심세라믹 필터 단위 구조체로 위치시키고, 그 외주의 둘레향으로 실시예 1에서 제조된 직경 4cm인 복수개의 세라믹 필터 단위 구조체를 허니컴 구조가 되도록 도 2와 같이 배치시켰다. 그런 다음, 상기 바인더를 이용하여 최종 형태가 원형이 되도록 중심 세라믹 필터 단위 구조체 및 복수개의 세라믹 필터 단위 구조체들간의 사이 사이 공간을 충전시켜 2차 구조체인 단일체를 형성하였다. 이렇게 하여, 허니컴 형태가 갖는 표면적과 동등한 수준의 표면적을 가지면서, 충전물로 채워지는 데드(dead) 공간이 최소화 되도록 지름 6.8 inch의 허니컴 구조체를 제조하였다.
(실시예 4)
최종 2차 단위 구조체 제조시, 실시예 1의 세라믹 필터 단위 구조체를 중심 세라믹 필터 단위 구조체 및 이의 외주에 배치되는 복수개의 세라믹 필터 단위 구조체들로 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 실시하였다.
(비교예 1)
별도의 세라믹 필터 단위 구조체를 제조하지 않고, 통상의 방법대로 세라믹 그린 페이퍼를 제조한 후, 권취하여 한번에 지름이 6.8 inch인 허니컴 단위 구조체를 제작한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
본 발명은 세라믹 필터 단위 구조체의 크기를 최적화하고, 이를 일정 공간 내에 최소한의 단위 면적 손실을 갖도록 하는 충전물질과 함께 배치시켜, 세라믹 파이버 여과재의 장점을 이용하면서도 종래 소성으로 인한 기계적 강도의 저하 문제를 해결할 수 있으며, 강한 내부식성과 금속의 녹는점 이상인 1000 ℃ 이상 고온에서도 사용 가능한 허니컴 구조체를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (15)

  1. 허니컴 구조의 중심 세라믹 필터 단위 구조체;
    상기 중심 세라믹 필터 단위 구조체의 외주에 배치되는 복수개의 허니컴 구조의 세라믹 필터 단위 구조체들; 및
    상기 중심 세라믹 필터 단위 구조체와 상기 복수개의 세라믹 필터 단위 구조체들 사이를 충진하여 단일체가 되도록 하는 바인더;
    를 포함하며,
    상기 중심 세라믹 필터 단위 구조체의 단면직경은 외주에 배치된 복수개의 세라믹 필터 단위 구조체들의 단면직경 보다 큰 것이 위치하는 허니컴 구조체.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 중심 세라믹 필터 단위 구조체는 파형 세라믹 시트와 판형 세라믹 시트가 권취되어 형성된 것인 허니컴 구조체.
  3. 제 1항에 있어서,　상기　중심 세라믹 필터 단위 구조체는 세라믹 파이버, 유기 파이버 및 유기 바인더를 포함하는 슬러리 조성물로 제조된 것인 허니컴 구조체.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 복수개의 세라믹 필터 단위 구조체들은　파형 세라믹 시트와 판형 세라믹 시트가　권취되어 형성된 것인 허니컴 구조체.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서, 상기 세라믹 필터 단위 구조체 및 외주에 배치되는 복수개의 세라믹 필터 단위 구조체는 모두 원통형상인 허니컴 구조체.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 복수개의 세라믹 필터 단위 구조체들은 상기 중심 세라믹 필터 단위 구조체의 중심으로부터 동일한 거리에 위치하는 것인 허니컴 구조체.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 복수개의 세라믹 필터 단위 구조체들은 동일한 직경을 갖는 허니컴 구조체.
  9. 삭제
  10. 제 1항에 있어서, 상기 중심 세라믹 필터 단위 구조체와 외주에 배치된 복수개의 세라믹 필터 단위 구조체들의 관계는 하기 수학식 1을 만족하는 것인 허니컴 구조체.
    [수학식 1]
    f = ∏(R1)2 - ∏(R3)2 + n[∏(R2)2 - ∏(R3)2]
    상기 식에서, f는 최종 단일체를 형성한 후 허니컴 구조체의 전체면적이고, R1은 중심 세라믹 필터 단위 구조체의 반지름이고, R2는 중심 세라믹 필터 단위 구조체 주위를 둘러싸는 단위구조체의 반지름이고, R3는 상기 중심 세라믹 필터 단위 구조체와 상기 복수개의 허니컴 구조의 세라믹 필터 단위 구조체들 사이를 충전하는 데드 스페이스(Dead Space)의 반지름이고, n은 중심 세라믹 필터 단위 구조체를 둘러싼 복수개의 세라믹 필터 단위 구조체의 갯수이다.
  11. 제 2항에 있어서, 상기 판형 세라믹 시트는 압출, 사출, 테이프캐스팅, 또는 제지법의 방법에 의해 제조되고, 상기 파형 세라믹 시트는 상기 판형 세라믹 시트를 파형화기기에 투입하여 제조되는 것인 허니컴 구조체.
  12. 세라믹 파이버, 유기파이버 및 유기바인더를 포함하는 슬러리 용액으로부터 세라믹 시트를 제조하고,
    상기 세라믹 시트를 파형화하여 파형 세라믹 시트를 제조한 후, 그 하부에 상기 파형 세라믹 시트와 동일 재질로 이루어진 판형 세라믹 시트를 위치시켜 접합하고 권취하여 세라믹 필터 단위 구조체를 제조하고,
    상기 세라믹 필터 단위 구조체를 중심에 위치시켜 중심 세라믹 필터 단위 구조체로 하고, 상기 중심 세라믹 필터 단위 구조체의 외주에 복수개의 세라믹 필터 단위 구조체들을 배치시키고, 및
    상기 중심 세라믹 필터 단위 구조체와 외주에 위치한 복수개의 세라믹 필터단위 구조체들 사이에 바인더를 충전시켜 단일체를 형성하는 단계
    를 포함하는 것인 허니컴 구조체의 제조방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 중심 세라믹 필터 단위 구조체의 단면직경은 외주에 배치된 복수개의 세라믹 필터 단위 구조체들의 단면직경보다 큰 것이 위치하는 것인 허니컴 구조체의 제조방법.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 중심 세라믹 필터 단위 구조체와 외주에 배치된 복수개의 세라믹 필터 단위 구조체들의 관계는 하기 수학식 1을 만족하는 것인 허니컴 구조체의 제조방법.
    [수학식 1]
    f = ∏(R1)2 - ∏(R3)2 + n[∏(R2)2 - ∏(R3)2]
    상기 식에서, f는 최종 단일체를 형성한 후 허니컴 구조체의 전체면적이고, R1은 중심 세라믹 필터 단위 구조체의 반지름이고, R2는 중심 세라믹 필터 단위 구조체 주위를 둘러싸는 단위구조체의 반지름이고, R3는 상기 중심 세라믹 필터 단위 구조체와 상기 복수개의 허니컴 구조의 세라믹 필터 단위 구조체들 사이를 충전하는 데드 스페이스(Dead Space)의 반지름이고, n은 중심 세라믹 필터 단위 구조체를 둘러싼 복수개의 세라믹 필터 단위 구조체의 갯수이다.
  15. 제 12항에 있어서, 상기 바인더는 무기입자, 세라믹 파이버, 라텍스 바인더 및 윤활제로서의 유기 성분을 포함하는 것인 허니컴 구조체의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06294313A (ja) * 1993-03-18 1994-10-21 Sumitomo Electric Ind Ltd 排気ガス浄化用トラップ
JP2002028419A (ja) * 2000-05-18 2002-01-29 Fleetguard Inc 高温複合セラミックフィルタ
JP2002143655A (ja) * 2000-11-14 2002-05-21 Nok Corp セラミックフィルタ及びセラミックフィルタの製造方法
US6860917B2 (en) * 2001-12-04 2005-03-01 Fleetguard, Inc. Melt-spun ceramic fiber filter and method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06294313A (ja) * 1993-03-18 1994-10-21 Sumitomo Electric Ind Ltd 排気ガス浄化用トラップ
JP2002028419A (ja) * 2000-05-18 2002-01-29 Fleetguard Inc 高温複合セラミックフィルタ
JP2002143655A (ja) * 2000-11-14 2002-05-21 Nok Corp セラミックフィルタ及びセラミックフィルタの製造方法
US6860917B2 (en) * 2001-12-04 2005-03-01 Fleetguard, Inc. Melt-spun ceramic fiber filter and method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101340301B1 (ko) 2012-08-21 2014-01-03 금호환경 주식회사 악취 및 ＶＯＣｓ 제거를 위한 클린-Ｖ 로터

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