KR101048450B1

KR101048450B1 - 은코팅 필터폼 제조방법

Info

Publication number: KR101048450B1
Application number: KR1020110004958A
Authority: KR
Inventors: 전태홍
Original assignee: 주식회사 에스엔디피
Priority date: 2011-01-18
Filing date: 2011-01-18
Publication date: 2011-07-11

Abstract

본 발명은 정수기의 필터로 사용되는 은코팅 필터폼 제조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 폴리에테르로 발포하여 폴리우레탄폼을 제조하고, 이에 에칭하여 폴리우레탄폼의 표면에 크레이터가 형성되도록 가공한 다음 은을 진공 증착시킨 은이 코팅된 폴리우레탄 필터폼을 제조하는 등 고단가의 장치를 사용하지 않고서고 표면적과 코팅성이 향상된 은코팅 필터폼 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 은코팅 필터폼 제조방법은, 상기 은성분이 코팅된 필터폼 제조방법에 있어서, 폴리에테르 성분을 사용형태로 발포하여 3차원 망목구조로 가지(ligament)가 불규칙하게 배열된 폴리우레탄폼을 제조하는 폴리우레탄폼제조단계와; 상기 단계에서 제조된 폴리우레탄폼을 산용액 또는 금속염수용액에 침지(沈漬)시켜 가지 표면에 크레이터를 형성되도록 가공하는 에칭단계와; 상기 표면가공된 폴리우레탄폼의 잔여수분을 제거하는 건조단계와; 상기 건조 단계를 수행한 폴리우레탄폼을 진공증착법에 의해 은을 증착시켜 폴리우레탄 필터폼을 제조하는 진공증착단계;를 포함하여 이루어진다.

Description

은코팅 필터폼 제조방법{Manufacturing Method of Silver coating Filter Foam}

본 발명은 정수기의 필터로 사용되는 은코팅 필터폼 제조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 폴리에테르로 발포하여 폴리우레탄폼을 제조하고, 이에 에칭하여 폴리우레탄폼의 표면에 크레이터가 형성되도록 가공한 다음 은을 진공 증착시킨 은이 코팅된 폴리우레탄 필터폼을 제조하는 등 고단가의 장치를 사용하지 않고서도 표면적과 코팅성이 향상된 은코팅 필터폼을 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 은(Ag)은 대기 중에 방치 또는 가열 하여도 녹이 생기지 않는 장점이 있어 공예품이나 가락지, 식기 제작에 사용되고 있다. 상기 은은 원적외선 방출은 물론 음이온에 의한 강력한 살균력과, 항균, 항곰팡이 등의 효과가 있다. 또한, 유황과 유화수소에는 반응하여 검게 변하고, 비소와 같은 독극물에는 아주 민감한 반응을 한다.

이러한 은의 특성을 이용하여 최근에는 정수기필터, 화장실의 비데, 관상용 수족관, 회감용 활어수족관 등의 항균, 살균, 중금속 흡착, 냄새의 흡착 등에 사용되기도 한다.

특히 정수기에서는 정수필터를 통과한 정화된 물이 정수기의 물공급밸브를 통해 외부로 배출되는데 상기 정수필터와 물공급밸브 사이에서는 세균감염에 무방비로 노출됨으로 이를 개선하기 위해 은제품이 사용된다.

이러한 은제품은 물의 통수성을 방해하지 않으면서 살균이 이루어져야 함으로, 은성분을 갖는 필터폼(Filter Foam)을 장착하여 사용되고 있다.

상기 은성분을 갖는 필터폼의 제조는 카르복시기를 가진 유기화합물을 디이소시안산염과 반응시켜 발포에 의해 개기공형 타입(Open Cell Type)의 폴리우레탄폼을 수취하고, 이에 은을 수십 마이크로(5~50㎛)로 두껍게 코팅하여 기지(폴리우레탄성분)를 소성으로 제거해주어 순수한 은으로 제조된 음필터폼을 제조한다. 이때 상기 폴리우레탄폼은 전도체가 아님으로 도금이 어려움으로 상압플라즈마법이나 이온빔을 이용하여 폴리우레탄폼의 표면을 요철을 형성한 다음 스퍼터링에 의해 은성분의 증착이 이루어지도록 한다. 그러나 상기 방법은 국제원자재값의 상승에 의해 은의 단가도 상승하여 은필터폼 자체 비용이 과대하게 증가됨은 물론 고가의 제조장비를 사용함으로 제조비용도 증가되는 곤란함이 있었다.

이에 은의 코팅두께를 얇게하여 제조비용을 절감시킬 수 있으나, 이는 소성 후 구조강도가 약해져 쉽게 파손되는 문제점을 야기한다.

또한, 소성하지 않고 폴리에테르 또는 폴리에스테르 성분의 폴리우레탄폼을 내부충진제로 사용하여 은막의 두께가 얇아짐에 따라 약해진 구조강도를 보완하도록 할 수 있다. 그러나, 이 역시 은이 BCC(body centered cubic : 체심입방격자)결정구조가 아닌 FCC(face centered cubic:면심입방격자)결정구조를 가지기 때문에 필터폼 취급시 받는 외부압력에 의해 은도금층의 박리가 발생된다. 이러한 박리는 박리된 은성분으로 수질오염을 야기시키고, 특히 폴리에스테르 물질로 발포된 폴리우레탄폼의 경우 노출부분이 물과 접하여 가수분해반응이 이루어져 수질오염을 더욱 악화시키게 되고 제품의 파손을 야기시킨다.

따라서, 상기 증착된 은성분의 박리를 방지하면서 제품단가를 절감시켜 생산성을 확보할 수 있는 새로운 제조방법에 대한 연구가 필요하다.

이에 본 발명에 따른 은코팅 필터폼 제조방법은,

폴리에테르로 발포하여 폴리우레탄폼을 제조하고, 이에 에칭(etching)하여 폴리우레탄폼의 표면에 크레이터가 형성되도록 가공한 다음 은을 진공 증착시킨 은이 코팅된 폴리우레탄 필터폼을 제조하는 등 고단가의 장치를 사용하지 않고서고 표면적과 코팅성이 우수한 은코팅 필터폼을 제조하여 물품제조비용을 낮춰 시장 경쟁성을 향상시키는 방법의 제공을 목적으로 한다.

상기 과제를 해소하기 위한 본 발명의 은코팅 필터폼 제조방법은,

은성분이 코팅된 필터폼 제조방법에 있어서, 폴리에테르 성분을 사용형태로 발포하여 3차원 망목구조로 가지(ligament)가 불규칙하게 배열된 폴리우레탄폼을 제조하는 폴리우레탄폼제조단계와; 상기 단계에서 제조된 폴리우레탄폼을 산용액 또는 금속염수용액에 침지(沈漬)시켜 가지 표면에 크레이터를 형성되도록 가공하는 에칭단계와; 상기 표면가공된 폴리우레탄폼의 잔여수분을 제거하는 건조단계와; 상기 건조 단계를 수행한 폴리우레탄폼을 진공증착법에 의해 은을 증착시켜 폴리우레탄 필터폼을 제조하는 진공증착단계;를 포함하여 이루어진다.

이상에서 상세히 기술한 바와 같이 본 발명의 은코팅 필터폼 제조방법은,

폴리에테르로 발포하여 폴리우레탄폼을 제조하고, 이에 에칭하여 폴리우레탄폼의 표면에 크레이터가 형성되도록 가공한 다음 은을 진공 증착시킨 은이 코팅된 폴리우레탄 필터폼을 제조하는 등 고단가의 장치를 사용하지 않고서고 표면적과 코팅성이 우수한 은코팅 필터폼을 제조하여 물품제조비용을 낮춰 시장 경쟁성을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 은코팅 필터폼의 제조과정을 도시한 블록도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 은코팅 필터폼의 제조과정을 도시한 블록도.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예로 은필터폼을 제조하는 과정을 도시한 블록도.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 은코팅 필터폼 제조방법을 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 은코팅 필터폼의 제조과정을 도시한 블록도이다.

본 발명에 따른 은코팅 필터폼의 제조방법은 먼저 폴리우레탄폼 제조단계가 수행된다.

본 단계는 유기화합물 중 수중에서 안정된 폴리에테르성분을 이용하여 디이소시안산염과의 반응으로 발포가 이루어지도록 해 개기공형 타입(Open Cell Type)의 폴리우레탄폼을 제조하는 것이며, 발포 시 성형틀을 사용하여 원하는 크기와 모양으로 성형할 수 있다.

이와 같은 발포에 의해 형성된 폴리우레탄폼은 3차원 망목구조로 가지(ligament)가 불규칙하게 배열된 구조를 가짐으로써 물의 통수성을 저해하지 않으면서 최대한의 표면적을 제공할 수 있다.

상기 단계에서 제조된 폴리우레탄폼은 표면에 크레이터를 형성시키기 위한 에칭단계가 수행된다.

은(Ag)은 FCC(face centered cubic)결정구조를 가지기 때문에 연한 금속임으로 매끈한 가지로 형성된 폴리우레탄폼에 코팅하게 되면 작은 압력에 의해서도 은 도금층의 박리가 이루어진다. 따라서, 코팅되는 은과 폴리우레탄과의 결합력을 증가시키기 위해 폴리우레탄폼 표면가공이 이루어지는 것이다. 상기 표면가공 방법으로는 상압플라즈마법이나 이온빔을 이용하여 클리닝을 해주면 표면에 요철을 생성시킬 수 있으나, 이 방법은 고가의 장비가 구비되어야 하고 설치면적도 크게 차지하는 단점이 있다.

따라서, 본 발명과 같이 화학적인 에칭법을 이용하여 폴리우레탄폼의 가지 면에 미세한 크레이터(Crater)를 만들어 후술되는 은 도금을 붙잡아두는 앙카(anchor) 같은 역할을 하는 것이다. 또한, 상기 크레이터의 형성은 도금시 촉매입자가 크레이터에 고착되고, 이로부터 도금의 Seed가 생성되어 피착재의 전면으로 확산되게 한다.

본 발명의 에칭방법을 적용하기 위해서는 폴리우레탄폼의 생산과정이나 운반, 저장 중 오염될 수 있는 기름성분이나 각종 오염물 등을 제거하도록 계면활성제성분을 이용하여 세척하는 과정이 선행되는 것이 바람직하다.

상기 세척이 완료된 폴리우레탄폼은 충분히 건조한 다음 도 2에 도시된 바와 같이 산용액 또는 금속염수용액에 침지(沈漬)시켜 가지 표면에 크레이터가 형성되도록 가공한다.

먼저 산용액을 이용하여 에칭하는 방법은 물 1L에 대해 크롬산(CrO₃) 1~100g, 황산(H₂SO4) 1~300ml를 혼합하여 산용액을 제조하고, 제조된 산용액을 20~50℃ 온도로 설정한 다음 이 산용액에 폴리우레탄폼을 1~30분간 침지하여 이루어진다.

아울러 상기 산용액에서 건져낸 폴리우레탄폼에는 잔여 산용액에 의해 추가적인 부식 진행으로 방지하기 위해 중화처리단계가 더 이루어질 수 있다. 상기 중화처리단계는 중화액에 폴리우레탄폼을 침지시켜 중화가 이루어지도록 한다. 상기 사용되는 대표적인 중화처리액은 10~30%의 Na₂CO₃용액이나, 5~40%의 NaOH용액이 있으며, 중화처리 후 추가적으로 수세처리하여 중화처리액이 제거되도록 할 수 있다.

또한, 금속염수용액을 이용하여 에칭하는 방법은 물 1L에 대해 금속염 KOH, NaOH, CaOH로 이루어진 군으로부터 1종 또는 2종 이상 선택한 금속염을 1~500g 용해시켜 금속염수용액을 제조하고, 제조된 금속염수용액을 30~95℃ 온도로 설정한 다음 이 금속염수용액에 폴리우레탄폼을 1~60분간 침지하여 이루어진다.

상기 산용액 또는 금속염수용액을 이용해 에칭이 완료된 폴리우레탄폼은 표면에 남은 수분을 완전히 제거하는 건조단계가 수행된다.

상기 건조 단계를 수행한 폴리우레탄폼에는 진공증착법에 의해 은을 증착시켜 폴리우레탄 필터폼을 제조하는 진공증착단계가 수행된다. 본 단계의 진공증착은 일반적으로 공지된 방법에 의해 이루어지는 것으로, 챔버에 폴리우레탄폼을 안치하고, 증착금속인 은 소스에 열을 가해 증발시켜 증발된 은성분이 폴리우레탄폼에 증착되도록 한 것이다. 이러한 과정에서 폴리우레탄폼 전면에 대해 은 증착이 이루어지도록 증착과정에서 폴리우레탄폼을 회전시켜 위치가 변경되도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 상기 폴리우레탄폼의 회전 방법으로는 폴리우레탄폼을 안치하는 트레이에 진동을 가하거나 기울여서 안치된 폴리우레탄폼이 자전(自轉)되어 위치변경이 이루어지도록 하거나, 상기 폴리우레탄폼을 개별적으로 위치변경이 이루어지도록 할 수 있다.

여기서 상기 은 증착은 스퍼터링 방법으로 수행될 수 있으나, 이 경우에는 고온플라즈마에 의해 폴리우레탄폼이 손상될 수 있고, 폴리우레탄폼 자체가 3차원 망목구조를 갖고 있어 그늘 발생에 의해 표면만 코팅되는 문제점이 있다. 또한, 균일한 코팅을 위해서는 장시간 처리해야함으로 은 소모량이 증가되어 비용이 상승하는 문제점도 있으므로, 본 발명의 증착방법으로는 적합하지 않다.

아울러 도 3을 참조한 바와 같이 상기 진공증착단계에서 제조된 폴리우레탄 필터폼에 은을 전기도금하는 전기도금단계가 더 수행될 수 있다.

본 단계에서는 진공증착된 폴리우레탄 필터폼을 스트라이크도금액에서 스트라이크 처리하여 밀착성을 좋게하거나 피복성을 향상시킨다. 여기서 상기 스트라이크 도금액은 물 1L에 AgCN 30g, NaCN 48g, KCN 40~60g, Na₂CO₃ 45~60g, K₂CO₃ 15~70g을 혼합하여 제조되고, 제조된 스트라이크 도금액을 22~50℃의 온도로 설정한 다음 1.5 A/dm²의 전류밀도 조건에서 3~60분 스트라이크 처리가 이루어진다.

이와 같이 스트라이크처리가 완료된 폴리우레탄 필터폼은 은도금액에 침지되어 전기도금이 이루어진다. 상기 은도금액은 물 1L에 AgCN 10~120g, KCN 100~500g, 광택제(메틸알콜과 CS₂ 와 메틸에테르를 2:1:1로 혼합) 5 ml를 혼합하여 제조되며, 전기도금시에는 은도금액을 18~40℃의 온도와 1~10A/dm²의 전류밀도로 설정한 다음 폴리우레탄필터폼을 침지시켜 1~60분간 전기도금이 이루어지도록 한다. 상기 도금과정에는 도금조직을 치밀하게 하기 위해 레벨링을 수행하게 되는데 이때 광택제가 첨가되면 치밀하고 미려한 도금면을 얻을 수 있다.

상기 전기도금단계에 의해 은코팅층 두께를 증가시킨 폴리우레탄 필터폼은 열처리단계를 통해 은필터폼을 제조한다.

상기 열처리단계는 전기도금이 완료된 폴리우레탄 필터폼을 진공분위기에서 열처리하여 은입자를 소결시키고 폴리우레탄을 제거하여 은필터폼을 제조하는 단계이다.

상기 열처리온도는 은의 융점 이하인 700~960℃ 온도로 이루어지며, 1~3시간 수행되어 은입자의 소결이 이루어지도록 한다. 이 때 상기 은코팅층 내부의 폴리우레탄 성분을 제거하기 위해서는 상기 열처리를 3×10^-5 torr이상의 진공분위기에서 이루어져 폴리우레탄 성분없이 은으로만 제조된 은필터폼을 수취할 수 있다.

Claims

은성분이 코팅된 필터폼 제조방법에 있어서,
폴리에테르 성분을 사용형태로 발포하여 3차원 망목구조로 가지(ligament)가 불규칙하게 배열된 폴리우레탄폼을 제조하는 폴리우레탄폼제조단계와;
상기 단계에서 제조된 폴리우레탄폼을 산용액 또는 금속염수용액에 침지(沈漬)시켜 가지 표면에 크레이터를 형성되도록 가공하는 에칭단계와;
상기 표면가공된 폴리우레탄폼의 잔여수분을 제거하는 건조단계와;
상기 건조 단계를 수행한 폴리우레탄폼을 진공증착법에 의해 은을 증착시켜 폴리우레탄 필터폼을 제조하는 진공증착단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 필터폼 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 에칭단계는 물 1L에 대해 크롬산(CrO₃) 1~100g, 황산(H₂SO4) 1~300ml를 혼합하여 산용액을 제조하고, 20~50℃ 온도의 산용액에 폴리우레탄폼을 1~30분간 침지하여 이루어지고,
상기 에칭단계가 수행된 폴리우레탄폼에는 잔여 산용액에 의한 추가 부식 진행으로 방지하기 위해 10~30%의 Na₂CO₃용액이나, 5~40%의 NaOH용액으로 중화처리하는 중화처리단계가 더 이루어지는 것을 특징으로 하는 필터폼 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 에칭단계는
물 1L에 대해 금속염 KOH, NaOH, CaOH로 이루어진 군으로부터 1종 또는 2종이상 선택한 금속염을 1~500g 용해시켜 금속염수용액을 제조하고,
30~95℃ 온도의 금속염수용액에 폴리우레탄폼을 1~60분간 침지하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 필터폼 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 진공증착된 폴리우레탄 필터폼을 스트라이크도금액에 넣어서 짧은 시간에 스트라이크 처리한 후 은도금액에 넣어서 전기도금하는 전기도금단계와;
전기도금이 완료된 폴리우레탄 필터폼을 진공분위기에서 열처리하여 은입자를 소결시키고 폴리우레탄을 제거하여 은필터폼을 제조하는 열처리단계;가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 필터폼 제조방법.
제4항에 있어서,
상기 스트라이크 도금액은 물 1L에 AgCN 30g, NaCN 48g, KCN 40~50g, Na₂CO₃ 45g, K₂CO₃ 15~70g로 혼합하여 제조되고, 22~50℃의 온도와 1.5 A/dm²의 전류밀도 조건에서 3~60분동안 스트라이크 처리가 이루어지고,
상기 은도금액은 물 1L에 AgCN 10~120g, KCN 100~500g, 광택제(메틸알콜과 CS₂ 와 메틸에테르를 2:1:1로 혼합) 5 ml를 혼합하여 제조되고, 18~40℃의 온도와 1~10A/dm²의 전류밀도에서 1~60분간 전기도금이 이루어지며,
상기 열처리단계의 열처리온도는 700~960℃ 온도와 3×10^-5 torr이상의 진공분위기에서 1~3시간 열처리가 이루어지는 것을 특징으로 하는 필터폼 제조방법.