KR101414037B1 - 노즐 분사형 제올라이트 처리장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 노즐 분사형 제올라이트 처리장치 및 방법에 관한 것으로, 특히, 본 발명에 따른 노즐 분사형 제올라이트 처리장치는, 원단을 이송하는 이송부와; 상기 원단을 향하여 무화된 제올라이트를 분사하는 분사노즐과; 분사된 제올라이트를 상기 원단에 부착하는 한 쌍의 부착롤러;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 일정속도로 이송되는 원단에 무화된 제올라이트를 분사하고 이를 부착롤러를 통하여 문지르듯 부착시킴으로써, 제올라이트를 원단표면에 부착과 동시에 고르게 분산시킬 수 있으며, 부착롤러의 회전방향으로 제올라이트 입자들의 방향성을 조절할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 원단의 방염 또는 코팅을 위한 일련의 공정의 일부로 추가가 가능하므로 별도의 공정추가로 인한 공정시간 및 단계를 단축할 수 있어 공정효율을 향상시킬 수 있다.

Description

노즐 분사형 제올라이트 처리장치 및 그 방법{NOZZLE TYPE ZEOLITE TREATING APPARATUS AND ITS TREATING METHOD}
본 발명은 제올라이트 처리장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히, 일정속도로 이송되는 원단에 무화된 제올라이트를 분사하고 이를 부착롤러를 통하여 문지르듯 부착시킴으로써, 제올라이트를 원단표면에 부착과 동시에 고르게 분산시킬 수 있으며, 부착롤러의 회전방향으로 제올라이트 입자들의 방향성을 조절할 수 있는 노즐 분사형 제올라이트 처리장치 및 그 방법에 관한 것이다.
제올라이트는 알칼리 및 알칼리토금속의 규산 알루미늄 수화물인 광물의 총칭을 의미하는데, 3차원 세공(pore)의 구조, 모양 및 크기에 따라 여러 종류로 분류된다.
제올라이트 골격에서 규소 이온이 알루미늄 이온으로 대체된 자리는 전하 결손을 보상하기 위하여 양이온들이 구조 내에 개입될 수 있고, 양이온이 차지하는 공간 이외의 나머지 공간은 일반적으로 물분자들로 채워져 있다.
제올라이트를 200~300℃로 일정 시간동안 가열하면 양이온 또는 물을 방출시키고 세공 속으로 다른 분자들을 받아들일 수 있는데, 이런 과정을 통해 미립 분자에 대한 크기 선택(size selectivity) 또는 형상 선택(Shape Selectivity)의 기능을 할 수 있어서 분자체(Molecular sieve)로 많이 사용되어 왔다.
또한, 제올라이트의 규소와 알루미늄의 일부 또는 전체를 여러 다른 원소로 대체시킨 제오타입 다공성 분자체(Zeo type molecular sieve)들도 산업상 많이 활용되고 있다. 예컨대, 양이온이 금속 원소로 치환된 제올라이트 유사물질은 석유 화학산업에서 원유의 크래킹 촉매로 사용될 수 있고, 그 외에도 제올라이트 및 제올라이트 유사물질은 탈수건조제, 흡착제, 기체정화제, 세제첨가제, 이온교환제, 토양개량제, 센서의 담체 등으로 유용하다.
이러한 제올라이트 및 그 유사물질은 대체로 미세 분말로 존재하는데, 이들을 효과적으로 활용하기 위해서 종래부터 미세분말 형태의 분자체 입자들을 기질 표면에 부착시키는 연구가 활발히 이루어져 왔다.
일예로, 기질과 제올라이트를 연결해주는 스페이서로 메틸디메톡시실릴기(Me(MeO)2Si-)를 양쪽에 가지고 있는 화합물을 이용하는 방법이다. 이는 메틸디메톡시실릴기를 양 쪽 끝에 가지는 화합물의 한 쪽 메틸디메톡시실릴기와 기질을 먼저 공유결합시킨 후, 제올라이트 입자와 섞어 주어 다른 한 쪽의 메틸디메톡시실실기와 제올라이트의 공유결합을 유도하는 방법이다. 그러나, 상기 방법은, 제올라이트 입자들의 방향성을 조절할 수 없을 뿐만 아니라, 스페이서 양쪽의 메틸디메톡시실릴기가 동시에 기질에 결합하여 오히려 기질과 제올라이트의 결합을 방해하는 경우가 있다는 문제점이 있다.
다른 방법으로는, 다단계 이온결합을 이용하여 기질과 제올라이트를 부착시키는 방법이다. 이는 기질 표면에 공유결합된 아미노프로필기를 염산으로 처리하여 암모늄 이온에 의해 기질 표면이 양전하를 띄게하고, 나트륨 폴리스티렌술폰산 중합체를 처리하여 기질 표면을 음전하를 띄는 고분자 중합체로 코팅한다. 이런 방법을 교대로 실시하여 이온결합에 의한 제올라이트 박막을 형성시키는 방법인데, 이는 여섯단계 이상의 복잡한 공정을 거쳐야하고, 제올라이트가 다소 일정하게 배열되기는 하지만, 그 정도가 뚜렷하지 않으며 부착정도가 떨어지는 문제가 있었다.
위의 방법들 이외에도 기질에 제올라이트 입자의 핵들을 생성시킨 후 이를 성장시켜 기질 표면 위에서 제올라이트 막을 직접 합성시키는 방법 등도 제안되었으나, 제올라이트 합성 조건 하에서 변질되지 않는 기질을 사용하여야 한다는 한계와 생성되는 제올라이트 단층막의 두께를 필요에 따라 조절할 수 없다는 단점이 있었다.
그러나, 상기 제안된 방법들은 화학적 방법에 의하여 제올라이트를 기질(원단)에 부착하기 때문에 이를 위한 별도의 공정을 설계에 따른 처리비용이 많이 소요되며, 원단 가공 공정과는 별도로 수행하여야 하기 때문에 공정 추가 및 공정 시간에 따른 공정효율이 저하되는 문제점이 있었다.
대한민국 특허공개 제2013-17165호
따라서, 본 발명은, 일정속도로 이송되는 원단에 무화된 제올라이트를 분사하고 이를 부착롤러를 통하여 문지르듯 부착시킴으로써, 제올라이트를 원단표면에 부착과 동시에 고르게 분산시킬 수 있으며, 부착롤러의 회전방향으로 제올라이트 입자들의 방향성을 조절할 수 있는 노즐 분사형 제올라이트 처리장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
또한, 원단의 방염 또는 코팅을 위한 일련의 공정의 일부로 추가가 가능하므로 별도의 공정추가로 인한 공정시간 및 단계를 단축할 수 있어 공정효율을 향상시킬 수 있는 노즐 분사형 제올라이트 처리장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적은, 본 발명의 일실시예에 따라, 원단을 이송하는 이송부와; 상기 원단을 향하여 무화된 제올라이트를 분사하는 분사노즐과; 분사된 제올라이트를 상기 원단에 부착하는 한 쌍의 부착롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐 분사형 제올라이트 처리장치에 의해 달성된다.
상기 부착롤러는 상기 원단을 가압하여 상기 제올라이트를 부착하거나 또는 상호 회전속도를 달리하여 상기 원단 표면을 문지르는 방법 중 하나 이상의 방법으로 상기 제올라이트를 부착할 수 있다.
상기 분사노즐은 상기 원단의 양측에 각각 마련될 수 있다.
상기 분사노즐은 상기 원단의 이송방향을 따라 2 열 이상으로 마련될 수 있다.
상기 분사노즐은 상기 원단의 1㎡ 당 0.01 ~ 1g 범위에서 상기 제올라이트를 분사할 수 있다.
상기 부착롤러를 통과한 상기 원단에 건조공기를 송풍하여 상기 제올라이트를 상기 원단에 고착하는 건조모듈을 더 포함할 수 있다.
상기 건조모듈은 상기 원단 판면의 법선 방향을 기준으로 상기 부착롤러 방향으로 1 ~ 60°범위에서 경사지게 배치될 수 있다.
상기 건조모듈은 상기 원단의 이송방향을 따라 2 이상으로 마련될 수 있다.
상기 분사노즐, 상기 부착롤러 및 상기 건조모듈을 둘러싸는 챔버를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 목적은, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 제올라이트를 무화시켜 분사액을 제조하는 단계와; 원단을 이송시키는 단계와; 상기 분사액을 분사노즐을 통하여 분사하는 단계와; 상기 분사노즐을 통과한 상기 원단을 한 쌍의 부착롤러를 통하여 가압하여 상기 제올라이트를 부착하거나 또는 상호 회전속도를 달리하여 상기 원단 표면을 문지르는 방법 중 하나 이상의 방법으로 상기 제올라이트를 상기 원단에 부착하는 단계와; 상기 부착롤러를 통과한 상기 원단에 건조공기를 송풍하여 상기 제올라이트를 고착하는 단계;를 포함하는 노즐 분사형 제올라이트 처리방법에 의해서도 달성된다.
따라서, 본 발명에 따른 노즐 분사형 제올라이트 처리장치는 일정속도로 이송되는 원단에 무화된 제올라이트를 분사하고 이를 부착롤러를 통하여 문지르듯 부착시킴으로써, 제올라이트를 원단표면에 부착과 동시에 고르게 분산시킬 수 있으며, 부착롤러의 회전방향으로 제올라이트 입자들의 방향성을 조절할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 원단의 방염 또는 코팅을 위한 일련의 공정의 일부로 추가가 가능하므로 별도의 공정추가로 인한 공정시간 및 단계를 단축할 수 있어 공정효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 노즐 분사형 제올라이트 처리장치의 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 노즐 분사형 제올라이트 처리장치의 단면도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 노즐 분사형 제올라이트 처리방법의 흐름도,
도 4는 본 발명에 따라 제올라이트 처리된 원단의 확대사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 노즐 분사형 제올라이트 처리장치(1)는, 원단(S)을 이송하는 이송부(10)와, 원단(S)을 향하여 무화된 제올라이트를 분사하는 분사노즐(20)과, 분사된 제올라이트를 원단(S)에 부착하는 한 쌍의 부착롤러(30)를 포함한다.
본 발명에서 사용되는 제올라이트(100)는 천연 및 합성 등 다양한 종류의 것이 사용될 수 있다.
구체적으로, 제올라이트 골격의 실리콘 및 알루미늄 원소를 전부 또는 일부 인(P), 보론(B), 갈륨(Ga), 티타늄(Ti) 등 다른 원소로 치환환 분자체, 즉, 예를 들어, AlPO4 , SAPO, MeAPO, MeAPSO 계 등의 분자체 들이 사용될 수 있다.
또는, 다공성 금속 또는 실리콘 산화물, 예를 들어, 실리카라이트, MCM계 다공성 실리카, 다공성 이산화티탄, 이산화니오븀, TS-1, Ti-&beta, ETS-10 등 및 복합 산화물이 사용될 수도 있으며, 기타 여러 가지 원소들을 단독 또는 복합적으로 사용하여 제조한 다공성 분자체가 사용될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 제올라이트(100)는, 항균용 제올라이트 또는 소취용 제올라이트 중 어느 하나가 사용될 수 있고, 또는 2개가 혼합된 형태로 사용될 수도 있다.
원단(S)에 처리된 제올라이트는 가스 흡착 및 이온 교환 기능이 있으므로, 탈취, 제습, 신선물의 선도 보관 및 유지, 유독 가스의 흡착 제거, 항균 등의 기능을 수행한다. 암모니아, 황화수소, 트리메틸아민, 메틸 메르캅트 등 4대 악취성분에 대해서도 동량의 활성탄에 비해서 약 2배의 탈취능력을 가지며 유기성 화학가스의 흡착 제거 효과도 보유한다.
제올라이트(100)는, 필요한 경우, 전처리를 수행할 수 있는 바, 예를 들어, Au, Ag, Pt, Ti, Zn 및 Fe 등을 위시한 모든 금속 이온들로 이온교환할 수도 있고, 또는, 상기 금속 이온의 나노입자를 함유하도록 할 수 있다.
나아가, 원단(S)의 종류에 따라 제올라이트(100)를 원단(S)에 부착하는 것이 용이하도록 접착제 등이 혼합될 수도 있다.
제올라이트(100)는 다양한 입자크기를 가지고 마련될 수 있다. 예를 들어, 제올라이트 자체가 다공성을 가지므로 입자크기가 작을수록 표면적이 증가하여 항균 또는 소취 등의 기능을 향상시킬 수 있으므로, 300 나노 이하의 입자가 사용될 수 있다.
원단(S)은 블라인드, 커튼이나 파티칼 등 일반 원단이나, 초배지, 포장재 등 다양한 종류의 원단이 사용될 수 있다.
분사노즐(20)은 무화된 상기 제올라이트를 원단(S)에 분사하도록 마련된다.
분사노즐(20)은 1 열당 다수 개가 장착되는데, 각 분사노즐(20)이 감당하는 분사면적을 고려하여 필요한 수로 장착된다.
나아가, 각 분사노즐(20)과 원단(S)과의 거리를 변경하여 분사면적과 분사량이 조절할 수 있다. 일반적인 경우, 분사노즐(20)과 원단(S)과의 거리는 10㎝ ~ 5m 내에서 마련되며, 약 20 ㎝ 내외의 경우 하나의 분사노즐(20)이 분사하는 원단(S)의 폭은 대략 12 ㎝가 되므로, 이를 고려하여 적정한 수로 마련한다.
분사노즐(20)은 원단(S)의 양측 즉, 상하면에 각각 마련될 수 있다. 즉, 원단(S)의 일측면에만 제올라이트 처리를 하는 경우에는 도 1 또는 도 2에 도시된 바와 같이, 일측면에만 분사노즐(20)을 형성하며, 원단(S)의 양면에 제올라이트 처리가 필요한 경우에는 양측면에 모두 분사노즐(20)을 형성할 수 있다.
또는, 분사노즐(20)은 도 2에 도시된 바와 같이, 원단(S)의 이송방향을 따라 2열 이상으로 마련될 수도 있다. 이는, 2차, 3차 분사를 통하여 제올라이트의 부착량을 증가시킬 수 있으며, 또는 항균이나 소취용 등 기능을 달리하는 제올라이트를 순차적으로 부착하도록 할 수 있다.
분사량은, 전술한 바와 같이, 분사노즐(20)의 수 및 원단(S)과의 거리 등에 따라 달라질 수 있으나, 원단(S)의 1 ㎡ 당 0.01 ~ 1g의 범위 내에서 제올라이트를 분사할 수 있다.
부착롤러(30)는 원단(S)을 가압하여 제올라이트를 부착하거나, 또는 상호 회전속도를 달리하여 원단(S) 표면을 문지르는 방법 중 하나 이상의 방법으로 제올라이트를 부착한다.
한 쌍의 부착롤러(30) 사이의 간격은 원단(S)의 두께보다 소정 간격으로 좁게 마련됨으로써 원단(S)에 도포된 제올라이트를 압착하여 원단(S)에 부착되도록 할 수 있다. 이 경우, 부착롤러(30)의 표면에는 제올라이트 분말이 원단에서 이탈되어 부착롤러(30)에 부착되지 않도록 표면처리를 수행할 수 있으며, 또는 제올라이트를 원단(S)에 부착하기 위한 접착제 등을 도포할 수도 있다.
상기의 경우, 부착롤러(30)는 자체 회전구동을 하지 않고(즉, 무동력으로) 이송부(10)에 의한 원단(S)의 이송에 더불어 회전할 수도 있으며, 원단(S)의 이송속도에 대응하여 회전구동될 수도 있다.
나아가, 부착롤러(30)는 상호 서로 다른 이송속도로 회전할 수도 있고, 2개의 부착롤러(30)로 하나는 무동력으로 하고 나머지 하나만 회전구동될 수도 있다. 이 경우, 각 부착롤러(30)의 회전속도가 서로 상이하므로 부착롤러(30)가 원단(S)의 표면을 문지르듯이 회전하여 제올라이트를 원단(S)에 부착시킬 수 있다.
도 4의 (a)는 본 발명에 따라 제올라이트가 부착된 원단을 확대한 사진이고, (c)는 이를 10배 더 확대한 사진이다.
따라서, 본 발명에 따른 노즐 분사형 제올라이트 처리장치는 일정속도로 이송되는 원단에 무화된 제올라이트를 분사하고 이를 부착롤러를 통하여 문지르듯 부착시킴으로써, 제올라이트를 원단표면에 부착과 동시에 고르게 분산시킬 수 있으며, 부착롤러의 회전방향으로 제올라이트 입자들의 방향성을 조절할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 원단의 방염 또는 코팅을 위한 일련의 공정의 일부로 추가가 가능하므로 별도의 공정추가로 인한 공정시간 및 단계를 단축할 수 있어 공정효율을 향상시킬 수 있다.
건조모듈(40)은 부착롤러(30)를 통과한 원단(S)에 건조공기를 송풍하여 제올라이트를 원단(S)에 고착한다.
건조모듈(40)은 원단(S) 판면의 법선 방향을 기준으로 부착롤러(30) 방향으로 1 ~ 60°범위에서 경사지게 배치될 수 있다. 이는, 송풍각이 너무 큰 경우에는 원단(S) 표면에 거의 수평인 방향으로 송풍이 이루어지므로 제올라이트 입자가 건조공기에 의해 오히려 이탈될 수 있기 때문이다.
건조모듈(40)은 필요한 수로 다양하게 마련될 수 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이, 원단(S)의 이송방향을 따라 2 이상으로 마련될 수 있으며, 이 경우에도, 각 건조모듈(40)은 그 송풍 방향을 달리하여 마련할 수 있다.
분사노즐(20), 부착롤러(30) 및 건조모듈(40)을 둘러싸는 챔버(50)를 더 포함할 수 있다. 챔버(50)는 도 2에 도시된 바와 같이, 제올라이트 분사액이 외부로 유출 또는 확산되는 것을 방지한다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 노즐 분사형 제올라이트 처리방법을 설명한다.
먼저, 제올라이트 입자를 물 등의 용매에 교반하여 분사액을 제조한다(S10). 다음 이송부(10)를 통하여 원단(S)을 이송시키며(S20), 분사노즐(20)을 이용하여 원단(S)에 분사액을 분사한다(S30).
다음, 한 쌍의 부착롤러(30)를 이용하여 원단(S)을 압착함과 동시에, 문지르듯이 제올라이트를 원단에 부착한다(S40). 마지막으로 건조모듈(40)을 이용하여 건조공기를 송풍하여 제올라이트를 원단에 고착한다(S50).
1 : 노즐 분사형 제올라이트 처리장치
10 : 이송부 20 : 분사노즐
30 : 부착롤러 40 : 건조모듈
50 : 챔버 S : 원단
100 : 제올라이트

Claims (10)

  1. 원단을 이송하는 이송부와;
    상기 원단을 향하여 무화된 제올라이트를 분사하는 분사노즐과;
    상호 회전속도를 달리하여 상기 원단 표면을 문지르는 방법으로 분사된 제올라이트를 상기 원단에 부착하는 한 쌍의 부착롤러와;
    상기 원단 판면의 법선 방향을 기준으로 상기 부착롤러 방향으로 1 ~ 60°범위에서 경사지게 배치되어 상기 부착롤러를 통과한 상기 원단에 건조공기를 송풍하여 상기 제올라이트를 상기 원단에 고착하는 건조모듈;을 포함하는 노즐 분사형 제올라이트 처리장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 분사노즐은 상기 원단의 양측에 각각 마련되는 것을 특징으로 하는 노즐 분사형 제올라이트 처리장치.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 분사노즐은 상기 원단의 이송방향을 따라 2 열 이상으로 마련되는 것을 특징으로 하는 노즐 분사형 제올라이트 처리장치.
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 분사노즐은 상기 원단의 1㎡ 당 0.01 ~ 1g 범위에서 상기 제올라이트를 분사하는 것을 특징으로 하는 노즐 분사형 제올라이트 처리장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 건조모듈은 상기 원단의 이송방향을 따라 2 이상으로 마련되는 것을 특징으로 하는 노즐 분사형 제올라이트 처리장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 분사노즐, 상기 부착롤러 및 상기 건조모듈을 둘러싸는 챔버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐 분사형 제올라이트 처리장치.


  10. 삭제
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