KR100929039B1 - 미세기공을 가진 세라믹필터에 코팅층을 형성하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미세기공을 가진 세라믹필터에 고분자화합물을 코팅시킨 후 열경화시켜 코팅층을 형성함으로써, 필터를 역세시킬 때 필터 표면에 쌓인 이물질이 쉽게 탈리되므로 필터를 장기간 사용하더라도 필터에 형성된 미세기공이 막히지 않고 그대로 유지되어 필터의 여과 성능을 장기간 유지할 수 있는 미세기공을 가진 세라믹필터에 코팅층을 형성하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 미세기공을 가진 세라믹필터에 합성수지 코팅층을 형성하는 방법은, 세라믹필터 소결체를 실리콘수지 또는 불소수지와 같은 고분자합성수지에 디핑(dipping)하거나, 스프레이(spray), 와이핑(wiping) 또는 붓으로 칠하는 방법으로 필터 표면에 코팅하고, 코팅 작업시 진공펌프나 공기압축기를 사용하여 고분자합성수지가 세라믹필터의 미세기공을 막지 못하도록 공기를 빨아들이거나 불어넣는 방법 등으로 미세기공을 제외한 표면에만 국부적으로 코팅시킨 후, 건조과정을 거친 다음, 소성로에서 가열하여 열경화시키는 방법으로 코팅층을 정착시킨다.

합성수지 코팅, 세라믹필터, 미세기공, 테프론, 열경화

Description

미세기공을 가진 세라믹필터에 코팅층을 형성하는 방법{Method of synthetic resin coating layer in microporous ceramic filter}

본 발명은 미세기공을 가진 세라믹필터에 코팅층을 형성하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 미세기공을 가진 세라믹필터의 표면에 고분자화합물을 코팅시킨 후 열경화시켜 코팅층을 형성함으로써, 필터를 역세시킬 때 필터 표면에 쌓인 이물질을 쉽게 탈리시켜 필터를 장기간 사용하더라도 필터에 형성된 미세기공이 막히지 않고 그대로 유지되어 필터의 여과 성능을 장기간 유지할 수 있는 미세기공을 가진 세라믹필터에 합성수지 코팅층을 형성하는 방법에 관한 것이다.

각종 산업현장이나 시설에서 발생하는 분진, 매연, 폐가스, 연기, 휘발성 유기화합물(volatile organic chemicals) 등의 유해물질에 의한 폐해가 심각한 환경문제로 대두되고 있으며, 하천수나 해수 또는 배수로부터 음료수를 취득하거나, 우 물이나 수돗물 중에서 유기물이나 무기물 등의 불순물을 여과 및 정화, 술이나 간장 등과 같은 발효 생성물 및 음료수로부터 불순물 제거, 하수처리 등 고도한 수준에서 낮은 수준의 수(水)처리에 이르기까지 여과 및 정화장치가 광범위하게 사용되고 있다.

이러한 오염물질의 배출 방지와 여과 및 정화장치에 고분자 필터를 많이 사용했으나, 고분자 필터의 경우에는 내열성, 내화학성, 내마모성, 및 난연성이 취약하다는 문제가 있다. 이에 따라 세라믹필터의 개발이 이루어졌는데, 세라믹필터는 고분자 필터에 비하여 내열성, 내화학성, 내마모성 등이 훨씬 우수하고, 특히 내열성이 우수하여 배기장치 내에 냉각장치 등을 별도로 설치할 필요가 없어 설치비 및 유지비를 절감할 수 있다는 장점이 있다.

그러나 종래 개발된 세라믹필터의 경우에는 일반적으로 세라믹 섬유(fiber)를 이용한 튜브 형태를 진공성형이나 압출성형하여 제작하는 것이 보편적인 방법인데 이러한 세라믹필터는 여과 효율과 배압 특성이 우수하다는 장점이 있으나, 제조비용이 고가이고, 장시간 사용시 세라믹 섬유의 열화로 인해 필터의 내구성이 떨어져 여과효율이 떨어질 뿐만 아니라, 필터 재생시 압축 공기를 역분사하여 외벽에 쌓인 분진이나 이물질을 털어 낼 때 세라믹 섬유가 파손되고, 이렇게 파손된 세라믹 섬유가 정상운전시 배기가스 중에 포함되어 배출됨으로써 2차 공해를 발생시키는 문제가 있을 뿐만 아니라, 세라믹필터의 기공도 조절이 어려우며, 세라믹필터 전체가 동일한 기공도를 가지는 구조로 이루어져 내부에 분진이 걸리는 경우에는 필터의 눈막힘 현상의 발생으로 압력손실이 커지고 배압이 증가한다는 문제가 있다.

한편, 최근 오염물질의 정화 및 분리를 위하여 미세기공(micropore)을 갖는 활성탄소섬유(acivated carbon fiber)를 펠트(felt) 또는 필터(filter)의 성형품으로 제조하여 물의 정화 및 살균에서부터 공기정화기, 용제 회수장치 등에 사용되고 있고, 여과 및 정화장치의 여과재로 현재까지 가장 많이 사용되고 있는 것이 다공질의 세라믹필터이다. 다공질의 세라믹필터는 입체적으로 형성된 대단히 미세한 여과 구멍을 이용하여 유기물, 조직, 단백질, 세균 및 바이러스 등까지 여과하는 정화능력을 갖추고 있으며, 이러한 세라믹필터는 조성물의 미립자가 조밀하고 균일할수록 우수한 정화능력을 갖추게 된다.

세라믹필터는 여과시 표면으로부터 필터 내부 깊은 곳까지 불순물이 파고들어가 여과를 위해 형성한 미세구멍이 막히게 되는데, 이로 인하여 필터의 여과 및 정화 성능이 급격히 떨어지고 수명이 단축되는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 가장 진보한 기술로 여과표면에서 내부로 갈수록 기공이 커져 막힘을 원천적으로 방지하는 비대칭 필터가 출현하였는데, 이러한 비대칭 필터는 대부분의 불순물은 여과표면에만 존재하고 여과표면을 통과한 불순물은 내부에서 막히지 않고 통과된다.

그러나 세라믹필터는 친수성이 매우 강하며 이물질과 세라믹필터 자체의 결합력이 높기 때문에 필터의 표면 및 미세기공에 부착된 이물질의 탈리가 어려워 미세기공이 쉽게 막히고, 또 필터 표면이 딱딱하기 때문에 필터를 취급하는 도중에 세라믹필터 표면의 멤브래인(membrane)이 깨지기 쉬워 필터의 기능을 상실한다는 등 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 미세기공을 가진 세라믹필터의 표면에 이형성과 발수성이 강한 고분자화합물을 코팅시킨 후에 열경화시킴으로써, 고분자화합물로 최종 코팅된 필터표면이 일정 수준 이상으로 오염될 때마다 역세를 실시하면 필터표면과 필터표면의 기공을 막고 있는 이물질을 쉽게 탈리시켜 장기간 사용하더라도 세라믹필터에 형성된 미세기공이 막히지 않고 그대로 유지되어 필터의 여과 성능을 장기간 유지할 수 있으며, 필터의 취급 중 필터 표면의 멤브래인(membrane) 파괴를 막을 수 있는 미세기공을 가진 세라믹필터에 코팅층을 형성하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

삭제

상기와 같은 과제 해결을 위하여 본 발명에 따른 본 발명에 따른 미세기공을 가진 세라믹필터에 합성수지 코팅층을 형성하는 방법은, 세라믹필터 소결체를 실리콘수지 또는 불소수지와 같은 고분자합성수지에 디핑(dipping)하거나, 스프레이(spray), 와이핑(wiping) 또는 붓으로 칠하는 방법으로 필터 표면에 코팅하고, 코팅 작업시 진공펌프나 공기압축기를 사용하여 고분자합성수지가 세라믹필터의 미세기공을 막지 못하도록 공기를 빨아들이거나 불어넣는 방법 등으로 미세기공을 제외한 표면에만 국부적으로 코팅시킨 후, 건조과정을 거친 다음, 소성로에서 가열하여 열경화시키는 방법으로 코팅층을 정착시킨다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 방법으로 제조한 합성수지 코팅층이 형성된 미세기공을 가진 세라믹필터는, 표면이 딱딱한 세라믹필터의 표면에 합성수지를 코팅했기 때문에 필터 취급 중에 필터 표면의 멤브래인이 파손되지 않고, 세라믹필터에 형성된 거칠었던 미세기공의 기공면이 합성수지 코팅에 의해 둥글어져 여과물질의 통과시 통과저항을 감소시킬 수 있으며, 세라믹에 합성수지를 코팅함으로써 이형성과 발수성이 강화되어 필터에 축적된 이물질의 탈리가 쉬워져 필터의 자기 세정력이 좋아지고, 미세기공을 가진 세라믹필터의 표면에 고분자화합물을 코팅시킨 후에 열경화시킴으로써 고분자화합물로 최종 코팅된 필터표면이 일정 수준 이상으로 오염 될 때마다 역세를 실시하면 필터표면과 필터표면의 미세기공을 막고 있는 이물질이 쉽게 탈리되므로 장기간 사용하더라도 세라믹필터에 형성된 미세기공이 막히지 않고 그대로 유지되어 필터의 여과 성능을 장기간 유지할 수 있다.

세라믹필터를 제조하는 방법은 여러 가지가 있다. 그 중에서 세라믹필터를 제조하는 가장 진보된 방법 하나를 예로 들어 설명하면, 상대적으로 매우 큰 300㎛ 이상의 입도(粒度)를 갖는 세라믹 원료에 물과 분산제, 점토 등의 첨가물질을 적정 배합비로 혼합하여 베이스를 성형하고, 그 위에 50㎛ 이하의 작은 입도를 갖는 세라믹 원료에 다시 첨가물질을 혼합하여 코팅하는 방법으로 적절한 두께와 용도에 따라서는 0.5㎛ 이하 입도까지 수개 층의 코팅을 연속하여 추가 코팅하는 방법으로 코팅층을 형성한 후, 이를 소성로에서 1200℃ 이상으로 소결시켜 미세기공을 가진 비대칭 세라믹필터 소결체를 제조한다.

하지만 다양한 방법으로 제조된 세라믹필터는, 배경기술에서 설명했듯이, 미세구멍이 막혀 필터의 여과 및 정화 성능이 급격히 떨어지고 수명이 단축된다든가, 필터에 부착된 이물질의 탈리가 어렵다든가, 필터의 표면이 딱딱하기 때문에 필터를 취급하는 도중에 세라믹필터 표면의 멤브래인이 깨지기 쉬워 필터 기능을 상실한다는 등 많은 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 다양한 종류의 세라믹 필터 소결체에 발수성과 이형성이 강하지만 통상적으로 필터에서 요구되는 직경 100㎛ 이하의 미세기공의 형성이 불가능하다고 알려져 있는 고분자합성수지를 필터에 코팅시켜 세라믹필터에 형성된 미세기공을 그대로 유지하도록 한 것을 기술적 특징으로 한다.

세라믹필터 소결체에 코팅시키는 고분자합성수지는 실리콘수지 또는 불소수지인데, 불소수지 중에서는 특유의 이형성뿐만 아니라 발수성, 내화학성, 내열성, 절연 안전성 및 낮은 마찰계수를 갖고 있는 테프론(PTFE; Poly Tetra Fluoro Ethylene)이 가장 바람직하며, 이 밖에도 고분자합성수지라면 사용자의 요구나 필요에 따라 얼마든지 재질은 변경할 수 있다.

세라믹필터 소결체에 고분자합성수지 코팅층을 형성하는 방법은, 디핑(dipping)하거나 스프레이(spray), 와이핑(wiping) 또는 붓으로 칠하는 등 다양한 방법으로 할 수 있으며, 코팅 작업 중에는 진공펌프나 공기압축기를 사용하여 고분자합성수지가 세라믹필터의 미세기공에는 존재하지 못하도록 공기를 빨아들이거나 불어넣는 방법으로 세라믹필터의 미세기공을 제외한 표면에만 국부적으로 코팅시킨 후, 온도 100∼140℃의 건조로에서 0.5∼1시간의 건조과정을 거치고, 다시 350∼400℃의 소성로에서 1.5∼2.5시간 가열하여 열경화시키는 방법으로 코팅층을 단단하게 정착시킨다. 물론 고분자합성수지의 종류에 따라 시간이나 온도를 달리할 수도 있다.

본 발명에 따른 합성수지 코팅층이 형성된 세라믹필터와 코팅층이 형성되지 않은 일반적인 세라믹필터의 성능 비교를 위하여 정수압 3㎏/㎠, 평균 기공크기 0.5㎛, 여과면적 0.113㎡의 세라믹필터를 제조하여, 10분 정수 후 역세하는 방법으로 200ppm의 오염도를 갖는 원수를 정수하는 시험을 1개월 동안 한 결과, 합성수지를 코팅하지 않은 일반적인 세라믹필터는 역세압 2㎏/㎠에서 표면 오염물질의 50%가 제거되었고, 3㎏/㎠에서 표면 오염물질이 70% 제거되는데 반해, 테프론 코팅을 한 본 발명에 따른 세라믹필터는 역세압 2㎏/㎠에서 표면 오염물질의 99%가 제거되는 괄목할 만한 결과를 얻을 수 있었다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 게시된 실시예는 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 코팅층을 형성하지 않은 미세기공을 가진 세라믹필터의 실물 사진이다.

도 2는 본 발명에 따른 테프론 코팅층이 형성된 미세기공을 가진 세라믹필터의 실물 사진이다.

도 3은 본 발명에 따른 실리콘수지 코팅층이 형성된 미세기공을 가진 세라믹필터의 실물 사진이다.

Claims (11)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 세라믹 재료로 성형하고, 이를 소결시켜 미세기공을 가진 세라믹필터를 제조하는 단계;

   소결시켜 제조한 세라믹필터 소결체의 표면에 고분자합성수지를 코팅시키는 단계;

   고분자합성수지가 코팅된 소결체를 건조로에 넣고 100∼140℃에서 0.5∼1시간 동안 건조시키는 단계;

   고분자합성수지가 코팅된 소결체를 건조시킨 후, 소성로에 넣고 350∼400℃까지 1.5∼2.5시간 가열하여 열경화시키는 단계;

   를 거쳐 미세기공을 가진 세라믹필터에 합성수지 코팅층을 형성하는 방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 세라믹필터 소결체를 고분자합성수지에 디핑(dipping)하여 코팅시키는 것을 특징으로 하는 미세기공을 가진 세라믹필터에 합성수지 코팅층을 형성하는 방법.
7. 제5항에 있어서,

   상기 세라믹필터 소결체에 고분자합성수지를 스프레이(spray)하여 코팅시키는 것을 특징으로 하는 미세기공을 가진 세라믹필터에 합성수지 코팅층을 형성하는 방법.
8. 제5항에 있어서,

   상기 세라믹필터 소결체에 고분자합성수지를 와이핑(wiping)하여 코팅시키는 것을 특징으로 하는 미세기공을 가진 세라믹필터에 합성수지 코팅층을 형성하는 방법.
9. 제5항에 있어서,

   상기 세라믹필터 소결체에 고분자합성수지를 붓으로 칠하여 코팅시키는 것을 특징으로 하는 미세기공을 가진 세라믹필터에 합성수지 코팅층을 형성하는 방법.
10. 제5항에 있어서,

    상기 고분자합성수지를 코팅시키는 중에 진공펌프나 공기압축기를 사용하여 고분자합성수지가 세라믹필터의 미세기공에는 존재하지 못하도록 공기를 빨아들이 거나 불어넣는 방법으로 세라믹필터의 미세기공을 제외한 표면에만 국부적으로 코팅시키는 것을 특징으로 하는 미세기공을 가진 세라믹필터에 합성수지 코팅층을 형성하는 방법.
11. 삭제

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