KR101575828B1 - Manufacturing method of ceramic filter - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고온용 세라믹 필터의 제조방법에 관한 것으로, 세라믹 조성물 파우더를 포함하는 공기를 고분자 여과체로 여과하여, 상기 고분자 여과체 표면에 세라믹 조성물 파우더 층을 형성하는 단계; 및 상기 세라믹 조성물 파우더 층이 형성된 고분자 여과체를 소결하는 단계를 포함하는 건식공정을 통한 고온용 세라믹 필터의 제조방법에 관한 것이다. 이에 따른, 세라믹 필터는 필터의 기공 크기 조절을 용이하게 할 수 있으며, 필터의 여과면적을 극대화할 수 있어 고성능화 효과가 있다. 따라서, 본 발명의 세라믹 필터 제조방법은 저비용 및 저에너지를 사용하여 고성능의 세라믹 필터를 제조할 수 있어 필터 관련 산업에 유용하게 사용할 수 있다.The present invention relates to a method for producing a ceramic filter for high temperature, comprising the steps of: filtering air containing a ceramic composition powder through a polymer filter to form a ceramic composition powder layer on the surface of the polymer filter; And sintering a polymer filter body having the ceramic composition powder layer formed thereon. The present invention also relates to a method of manufacturing a high-temperature ceramic filter through a dry process. Accordingly, the ceramic filter can easily control the pore size of the filter, maximize the filtration area of the filter, and have high performance. Therefore, the ceramic filter manufacturing method of the present invention can manufacture a high-performance ceramic filter using low cost and low energy, and thus can be usefully used in a filter-related industry.
Description
본 발명은 고온용 세라믹 필터의 제조방법에 관한 것으로, 세라믹 조성물 파우더를 포함하는 공기를 고분자 여과체로 여과하여, 상기 고분자 여과체 표면에 세라믹 조성물 파우더 층을 형성하는 단계; 및 상기 세라믹 조성물 파우더 층이 형성된 고분자 여과체를 소결하는 단계를 포함하는 건식공정을 통한 고온용 세라믹 필터의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for producing a ceramic filter for high temperature, comprising the steps of: filtering air containing a ceramic composition powder through a polymer filter to form a ceramic composition powder layer on the surface of the polymer filter; And sintering a polymer filter body having the ceramic composition powder layer formed thereon. The present invention also relates to a method of manufacturing a high-temperature ceramic filter through a dry process.
산업의 발전에 따라 각 산업공정에서 배출되는 입자상 및 가스상 오염물질에 의한 피해가 점점 심화되고 있는 실정이다. 따라서, 배기가스 내에 포함된 입자상 오염물질의 배출을 막기 위하여 대부분 필터를 사용하고 있으나, 사용하고 있는 고분자 필터는 내열성, 내화학성, 내마모성 및 난연성에 있어서 취약한 문제점이 있다. 예컨대, 폴리에스터의 경우 150℃에서 수축이 일어나며, 내열성이 우수한 PTFE(테프론)의 경우도 최고 300℃ 이상의 온도를 견디지 못하는 문제점이 있다. 또한, 산업용 필터를 사용하는 공정은 마모성이 강한 입자상 오염물질이 다량으로 배출되기 때문에, 이렇게 배출된 입자상 물질이 폴리에스터, 폴리프로필렌, 아크릴, 폴리아미드, 폴리이미드, 유리섬유 등의 필터 소재의 표면을 손상시키게 되므로 필터의 수명을 줄이는 역할을 하게 된다. 뿐만 아니라, 각 산업의 연소공정 중에 불꽃이 발생하여 화재로 이어지거나, 필터에 구멍을 내어 배기가스의 여과 효과를 떨어뜨리는 문제점이 있다.
As the industry develops, the damage caused by particulate and gaseous pollutants emitted from each industrial process is increasing. Therefore, although most of the filters are used to prevent the particulate contaminants contained in the exhaust gas from being discharged, the polymer filters used have a problem in that they are poor in heat resistance, chemical resistance, abrasion resistance and flame retardancy. For example, in the case of polyester, shrinkage occurs at 150 DEG C and PTFE (Teflon) having excellent heat resistance can not withstand a temperature of 300 DEG C or higher at the maximum. In addition, since a large amount of particulate contaminants with high abrasiveness are discharged in a process using an industrial filter, the particulate matter thus discharged is discharged from the surface of a filter material such as polyester, polypropylene, acrylic, polyamide, polyimide, Thereby reducing the life of the filter. In addition, there is a problem that a flame is generated in a combustion process of each industry, leading to a fire, or a hole is formed in the filter to lower the filtering effect of the exhaust gas.
따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 세라믹 필터의 개발이 이루어져 왔다. 세라믹 필터는 고분자 필터에 비하여 내열성, 내화학성, 내마모성 등이 훨씬 우수한 특징이 있고, 특히 내열성이 우수하여 배기 장치 내에 냉각 장치 등을 별도로 설치할 필요가 없어 설치비 및 유지비를 절감할 수 있는 장점이 있다.
Therefore, in order to solve such a problem, a ceramic filter has been developed. The ceramic filter is superior in heat resistance, chemical resistance, abrasion resistance, and the like compared with a polymer filter. The ceramic filter is particularly excellent in heat resistance, so there is no need to separately install a cooling device in the exhaust device.
기존에 개발된 세라믹 필터의 경우, 조성물을 슬러리 형태로 만들어서 진공성형이나 압출ㆍ성형해서 튜브형태로 만드는 것이 가장 보편적인 방법이었다. 그러나, 이러한 방법은 여과 효율과 압력손실을 자유롭게 조절하는 것이 어려울 뿐만 아니라 제조되는 비용이 고가이고, 장시간 사용할 때 세라믹 필터의 내부에 먼지가 퇴적됨에 따라 여과 성능이 떨어진다는 단점이 있다. 또한, 필터의 재생시 압축 공기를 역분사하여 외벽의 먼지를 털어낼 때 세라믹 필터가 파손되고, 이렇게 파손된 세라믹 필터를 이용하여 정상운전시 먼지가 배기가스 중에 포함되어 배출됨으로써 2차 공해를 발생시키는 문제가 있다. 뿐만 아니라, 세라믹 필터의 깊이방향(내ㆍ외벽)으로 전체가 동일한 기공도를 가지는 구조로 이루어져 내부에 먼지가 포집될 경우에는 필터의 눈막힘 현상의 발생으로 압력손실이 증가하는 문제가 있다.
In the case of the previously-developed ceramic filter, the most common method was to make the composition into a slurry form, and then vacuum-formed, extruded and formed into a tubular shape. However, this method is disadvantageous in that it is difficult to freely adjust the filtration efficiency and pressure loss, and the manufacturing cost is high, and the filtration performance is deteriorated due to the accumulation of dust in the ceramic filter when used for a long time. Further, when the filter is regenerated, the ceramic filter is broken when the compressed air is blown back by blowing out the dust on the outer wall, and dust is contained in the exhaust gas and discharged during normal operation by using the ceramic filter thus broken, . In addition, when the dust filter has a structure having the same porosity as the depth direction of the ceramic filter (inside / outside wall), there is a problem that pressure loss increases due to clogging of the filter.
또한, 제조공정 측면에서 진공성형 공정의 경우는 진공 챔버 및 진공펌프의 제조에 많은 비용이 소요되며 진공 챔버의 크기 제한에 따라 제작할 수 있는 세라믹 필터의 크기에 제약을 받게 되므로 대형 필터는 제조하지 못하는 문제가 있으며, 세라믹 소재의 심한 마모로 일정 생산량마다 금형을 바꿔야 하는 높은 고정비로 생산단가가 높게 된다는 문제점도 있다.
Also, in the manufacturing process, the vacuum forming process requires a lot of cost in manufacturing the vacuum chamber and the vacuum pump, and the size of the ceramic filter that can be manufactured according to the size limitation of the vacuum chamber is limited, There is a problem that the production cost is increased due to a high fixed ratio in which the metal mold is changed for each production amount due to severe wear of the ceramic material.
또한, 상기 진공성형 방법 이외에도 압출성형, 프레스 성형, 정수압(hydrostatic pressure) 성형 등의 방법들이 개발되고 있으나, 이 경우에도 제작시 금형제작이 필수적이며 가압장치를 구비해야 하므로 제작비용이 증가하고 제조가 용이하지 못할 뿐만 아니라 금형이 결정되면 제작형상의 변경이 용이하지 않고, 대형필터의 생산이 어려운 문제점을 가진다. 또한, 상기 성형방식의 경우는 가압방식에 의한 성형이므로 기공도가 낮아 통기성이 떨어지며, 필터 통과시 압력손실을 증가시키는 문제점이 있다.
In addition to the above vacuum forming method, extrusion molding, press forming, and hydrostatic pressure molding methods have been developed. In this case, however, it is necessary to manufacture a mold during manufacture. It is difficult to change the shape of the mold when the mold is determined and it is difficult to produce a large filter. In addition, in the case of the above molding method, since the molding method is a pressing method, the air permeability is low due to low porosity and there is a problem of increasing the pressure loss when passing through the filter.
이에, 본 발명자들은 필터의 기공 크기 조절이 용이하며 저비용 및 저에너지로 제조가능한 고온용 세라믹 필터의 제조방법을 연구하던 중 세라믹 파우더 조성물을 에어로졸화하여 습식공정이 아닌 건식공정을 통해 제조한 고온용 세라믹 필터가 우수한 필터 특성을 보임과 동시에 상기와 같은 문제를 보완할 수 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.
The inventors of the present invention have been studying a method for manufacturing a high-temperature ceramic filter which can easily adjust the pore size of the filter and can be manufactured at low cost and low energy. The ceramic powder composition is aerosolized to produce high-temperature ceramics The present inventors have accomplished the present invention by confirming that the filter exhibits excellent filter characteristics and can solve the above problems.
본 발명의 목적은 기공 크기 조절이 용이하며 저비용 및 저에너지를 필요로 하는 건식공정을 통한 고온용 세라믹 필터의 제조방법을 제공하는 것이다.
It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a high-temperature ceramic filter through a dry process which is easy to control the pore size and requires low cost and low energy.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 하기 단계를 포함하는, 세라믹 필터의 제조방법을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a method of manufacturing a ceramic filter, comprising the following steps.
세라믹 조성물 파우더를 포함하는 공기를 고분자 여과체로 여과하여, 상기 고분자 여과체 표면에 세라믹 조성물 파우더 층을 형성하는 단계(단계 1); 및 (Step 1) of filtering the air containing the ceramic composition powder with a polymer filter to form a ceramic composition powder layer on the surface of the polymer filter; And
상기 세라믹 조성물 파우더 층이 형성된 고분자 여과체를 소결하는 단계(단계 2).
Sintering the polymer filter body having the ceramic composition powder layer formed thereon (step 2).
상기 단계 1은, 세라믹 조성물 파우더를 고분자 여과체 표면에 균일하게 형성시키기 위하여, 상기 세라믹 조성물 파우더를 포함하는 공기를 상기 고분자 여과체로 여과하는 단계이다.
The
본 발명에서 사용되는 용어 "세라믹 조성물 파우더"는 세라믹을 형성할 수 있는 파우더 형태의 조성물을 의미한다. 구체적으로, 상기 세라믹 조성물 파우더는 고분자 여과체 상에 일정 두께로 축적된 후 소결되어 세라믹을 형성할 수 있는 파우더 형태의 조성물을 의미한다.
The term "ceramic composition powder" used in the present invention means a powder-like composition capable of forming a ceramic. Specifically, the ceramic composition powder refers to a powder-like composition capable of accumulating a predetermined thickness on a polymer filter body and then sintering to form a ceramic.
본 발명에서, 상기 세라믹 조성물 파우더는 탄화규소(SiC), 뮬라이트(3Al2O3ㆍSiO2), 지르코니아(ZrO2), 탄산칼슘(CaCO3), 카르복시메틸셀룰로오스 또는 이의 조합일 수 있다. 또한, 상기 세라믹 조성물 파우더는 물(water)을 추가로 포함할 수 있다. 물을 추가로 포함함으로써 세라믹 조성물 파우더가 고분자 여과체 표면에 더욱 잘 부착되어 세라믹 조성물 파우더 층을 형성하기 더욱 용이한 장점이 있다. 본 발명에서, 상기 파우더를 여과하는 단계는 초기단계와 후기단계로 나누어 다른 입자 크기의 세라믹 조성물 파우더를 사용할 수 있다. 바람직하기로, 초기단계에는 파우더의 입자 크기가 100 ㎛ 내외인 것을 사용하며, 후기단계에는 파우더의 입자 크기가 5 ㎛ 내외인 것을 사용한다. 상기와 같이 초기단계에 파우더의 입자 크기가 더 큰 것을 사용하여 세라믹 조성물 파우더가 초기단계에는 빠르게 형성될 수 있게 하고 후기단계에 입자 크기가 더 작은 것을 사용함으로써 두께 조절을 용이하게 할 수 있다. 또한, 상기와 같이 초기단계에 파우더의 입자 크기가 더 큰 것을 사용함으로써 미세한 입자가 고효율로 표면에서 여과되며, 탈진시 안쪽의 큰 기공과 바깥쪽의 작은 기공으로 인해 탈진효율이 높아지는 장점이 있다.
In the present invention, the ceramic composition powder may be silicon carbide (SiC), mullite (3Al 2 O 3 .SiO 2 ), zirconia (ZrO 2 ), calcium carbonate (CaCO 3 ), carboxymethylcellulose or a combination thereof. In addition, the ceramic composition powder may further include water. By further including water, the ceramic composition powder is more adhered to the surface of the polymer filter body to facilitate formation of the ceramic composition powder layer. In the present invention, the step of filtering the powder may use a ceramic composition powder having different particle sizes divided into an initial stage and a late stage. Preferably, powder having a particle size of about 100 탆 is used in an initial stage, and powder having a particle size of about 5 탆 is used in a latter stage. As described above, by using a powder having a larger particle size in the initial stage, the ceramic composition powder can be formed rapidly in the initial stage and the particle size is smaller in the latter stage, thereby facilitating the thickness control. Also, by using the powder having a larger particle size in the initial stage as described above, fine particles are filtered at the surface with high efficiency, and the efficiency of dust removal is increased due to the large pore inside and the small pore outside.
본 발명에서, 상기 세라믹 조성물 파우더는 세라믹 성분으로서 탄화규소를 포함할 수 있다.
In the present invention, the ceramic composition powder may contain silicon carbide as a ceramic component.
본 발명에서, 상기 탄화규소의 함량은 전체 세라믹 조성물 파우더 100 중량부를 기준으로 바람직하기로 70 내지 75 중량부, 더욱 바람직하기로 73 내지 74 중량부, 가장 바람직하기로 73.8 중량부일 수 있다. 상기 탄화규소의 함량이 상기 상한보다 많을 경우 바인더의 부족으로 세라믹 층에 균열이 생길 수 있고 상기 하한보다 적을 경우 탄화규소의 부족으로 기계적 강도가 저하되고 내열성이 떨어질 수 있다.
In the present invention, the content of the silicon carbide is preferably 70 to 75 parts by weight, more preferably 73 to 74 parts by weight, and most preferably 73.8 parts by weight based on 100 parts by weight of the entire ceramic composition powder. If the content of the silicon carbide exceeds the upper limit, cracks may be generated in the ceramic layer due to the lack of the binder. If the content is less than the lower limit, the mechanical strength may be lowered and the heat resistance may be deteriorated due to lack of silicon carbide.
본 발명에서, 탄화규소의 입자 크기에 따라 필터의 기공 크기를 조절할 수 있고 이에 따라 배기가스 내 입자상 오염물질의 여과 효율을 조절할 수 있다.
In the present invention, the pore size of the filter can be adjusted according to the particle size of the silicon carbide, and thus the filtration efficiency of particulate pollutants in the exhaust gas can be controlled.
본 발명에서, 상기 탄화규소의 입자 크기는 바람직하기로 5 ㎛ 내지 100 ㎛, 더욱 바람직하기로 10 ㎛ 내지 50 ㎛, 가장 바람직하기로 25 ㎛일 수 있다. 상기 탄화규소의 입자 크기가 5 ㎛ 미만인 경우 기공이 너무 치밀해져 오염물질로 인해 기공이 막힐 수 있고 100 ㎛ 초과인 경우 기공 크기가 너무 커서 미세 오염물질의 여과 효율이 떨어질 수 있다.
In the present invention, the particle size of the silicon carbide may preferably be 5 [mu] m to 100 [mu] m, more preferably 10 [mu] m to 50 [mu] m, and most preferably 25 [ If the particle size of the silicon carbide is less than 5 탆, the pores become too dense and the pores may be clogged due to the contaminants. If the particle size is more than 100 탆, the pore size may be too large and the filtering efficiency of the fine contaminants may be deteriorated.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 탄화규소의 입자 크기가 10 ㎛, 25 ㎛ 및 50 ㎛인 것을 사용하여 세라믹 필터를 제조하고 이의 여과 효율을 측정한 결과, 10 ㎛ 내지 50 ㎛의 탄화규소의 입자 크기 범위에서 1 ㎛ 이하의 미세 오염물질을 90% 이상 여과할 수 있음을 확인하였다.
Specifically, in one embodiment of the present invention, a ceramic filter having a particle size of 10 μm, 25 μm, and 50 μm was used as the silicon carbide. The filtration efficiency of the ceramic filter was measured. As a result, It was confirmed that more than 90% of fine contaminants less than 1 ㎛ could be filtered.
본 발명에서, 상기 세라믹 조성물 파우더는 무기 바인더로서 뮬라이트를 포함할 수 있다.
In the present invention, the ceramic composition powder may include mullite as an inorganic binder.
본 발명에서, 상기 뮬라이트의 함량은 전체 세라믹 조성물 파우더 100 중량부를 기준으로 바람직하기로 3 내지 4 중량부, 더욱 바람직하기로 3.5 내지 3.8 중량부, 가장 바람직하기로 3.7 중량부일 수 있다. 상기 뮬라이트의 함량이 상기 상한보다 많을 경우 탄화규소의 부족으로 기계적 강도가 저하되고 내열성이 떨어질 수 있으며 상기 하한보다 적을 경우 바인더의 부족으로 균열이 생길 수 있다.
In the present invention, the content of the mullite is preferably 3 to 4 parts by weight, more preferably 3.5 to 3.8 parts by weight, and most preferably 3.7 parts by weight, based on 100 parts by weight of the whole ceramic composition powder. If the content of the mullite is higher than the upper limit, the mechanical strength may be lowered and the heat resistance may be lowered due to the lack of silicon carbide. If the mullite content is lower than the lower limit, cracks may occur due to the lack of the binder.
본 발명에서, 상기 세라믹 조성물 파우더는 무기 바인더로서 지르코니아를 포함할 수 있다.
In the present invention, the ceramic composition powder may contain zirconia as an inorganic binder.
본 발명에서, 상기 지르코니아의 함량은 전체 세라믹 조성물 파우더 100 중량부를 기준으로 바람직하기로 3 내지 4 중량부, 더욱 바람직하기로 3.5 내지 3.8 중량부, 가장 바람직하기로 3.7 중량부일 수 있다. 상기 지르코니아의 함량이 상기 상한보다 많을 경우 탄화규소의 부족으로 기계적 강도가 저하되고 내열성이 떨어질 수 있으며 상기 하한보다 적을 경우 바인더의 부족으로 균열이 생길 수 있다.
In the present invention, the content of zirconia is preferably 3 to 4 parts by weight, more preferably 3.5 to 3.8 parts by weight, and most preferably 3.7 parts by weight, based on 100 parts by weight of the whole ceramic composition powder. If the content of zirconia is higher than the upper limit, the mechanical strength may be lowered and the heat resistance may be lowered due to the lack of silicon carbide. If the content of zirconia is less than the lower limit, cracks may occur due to the lack of the binder.
본 발명에서, 상기 세라믹 조성물 파우더는 무기 바인더로서 탄산칼슘를 포함할 수 있다.
In the present invention, the ceramic composition powder may contain calcium carbonate as an inorganic binder.
본 발명에서, 상기 탄산칼슘의 함량은 전체 세라믹 조성물 파우더 100 중량부를 기준으로 바람직하기로 0.5 내지 1.0 중량부, 더욱 바람직하기로 0.7 내지 0.9 중량부, 가장 바람직하기로 0.8 중량부일 수 있다. 상기 탄산칼슘의 함량이 상기 상한보다 많을 경우 탄화규소의 부족으로 기계적 강도가 저하되고 내열성이 떨어질 수 있으며 상기 하한보다 적을 경우 바인더의 부족으로 균열이 생길 수 있다.
In the present invention, the content of calcium carbonate is preferably 0.5 to 1.0 part by weight, more preferably 0.7 to 0.9 part by weight, and most preferably 0.8 part by weight based on 100 parts by weight of the whole ceramic composition powder. If the content of the calcium carbonate exceeds the upper limit, the mechanical strength may be lowered and the heat resistance may be lowered due to the lack of silicon carbide. If the content of calcium carbonate is less than the lower limit, cracks may occur due to lack of the binder.
본 발명에서, 상기 세라믹 조성물 파우더는 유기 바인더로서 카르복시메틸셀룰로오스(CMC)를 포함할 수 있다.
In the present invention, the ceramic composition powder may contain carboxymethylcellulose (CMC) as an organic binder.
본 발명에서, 상기 카르복시메틸셀룰로오스의 함량은 전체 세라믹 조성물 파우더 100 중량부를 기준으로 바람직하기로 1 내지 2 중량부, 더욱 바람직하기로 1.5 내지 1.7 중량부, 가장 바람직하기로 1.6 중량부일 수 있다. 상기 카르복시메틸셀룰로오스의 함량이 상기 상한보다 많을 경우 탄화규소의 부족으로 기계적 강도가 저하되고 내열성이 떨어질 수 있으며 상기 하한보다 적을 경우 바인더의 부족으로 균열이 생길 수 있다.
In the present invention, the content of the carboxymethyl cellulose may be 1 to 2 parts by weight, more preferably 1.5 to 1.7 parts by weight, and most preferably 1.6 parts by weight, based on 100 parts by weight of the whole ceramic composition powder. If the content of carboxymethyl cellulose is higher than the upper limit, the mechanical strength may be lowered and the heat resistance may be lowered due to the lack of silicon carbide. If the content of carboxymethyl cellulose is less than the lower limit, cracks may occur due to lack of binder.
본 발명에서, 상기 세라믹 조성물 파우더는 상기한 바와 같이 파우더의 부착력을 증가시키기 위하여 물(water)을 추가로 포함할 수 있다.
In the present invention, the ceramic composition powder may further include water in order to increase the adhesion of the powder as described above.
본 발명에서, 상기 물의 함량은 전체 세라믹 조성물 파우더 100 중량부를 기준으로 바람직하기로 10 내지 20 중량부, 더욱 바람직하기로 15 내지 17 중량부, 가장 바람직하기로 16.4 중량부일 수 있다. 상기 물의 함량이 상기 상한보다 많을 경우 건식 공정을 수행하기 어렵고 상기 하한보다 적을 경우 파우더의 부착력이 저하될 수 있다.
In the present invention, the content of water is preferably 10 to 20 parts by weight, more preferably 15 to 17 parts by weight, and most preferably 16.4 parts by weight based on 100 parts by weight of the whole ceramic composition powder. When the content of water is higher than the upper limit, it is difficult to carry out the dry process, and when the content is lower than the lower limit, the adhesion of the powder may be lowered.
본 발명의 바람직한 일 구현예로서, 상기 세라믹 조성물 파우더는 탄화규소, 뮬라이트, 지르코니아, 탄산칼슘, 카르복시메틸셀룰로오스 및 물을 중량 기준으로 70~75:3~4:3~4:0.5~1.0:1~2:10~20의 비율로 포함하는 것일 수 있다. 가장 바람직하기로, 상기 세라믹 조성물 파우더는 탄화규소, 뮬라이트, 지르코니아, 탄산칼슘, 카르복시메틸셀룰로오스 및 물을 중량 기준으로 73.8:3.7:3.7:0.8:1.6:16.4의 비율로 포함하는 것일 수 있다. 상기와 같은 비율의 세라믹 조성물 파우더를 사용함으로써 균열 없이 기계적 강도가 우수하고 내열성이 우수한 세라믹 필터를 제조할 수 있다.
In one preferred embodiment of the present invention, the ceramic composition powder is prepared by mixing a mixture of silicon carbide, mullite, zirconia, calcium carbonate, carboxymethylcellulose and water in an amount of 70 to 75: 3 to 4: 3 to 4: 0.5 to 1.0: ~ 2: It can be included in the ratio of 10 ~ 20. Most preferably, the ceramic composition powder may contain silicon carbide, mullite, zirconia, calcium carbonate, carboxymethylcellulose and water in a ratio of 73.8: 3.7: 3.7: 0.8: 1.6: 16.4 by weight. By using the above-mentioned ceramic composition powder, a ceramic filter excellent in mechanical strength and excellent in heat resistance can be produced without cracking.
본 발명에서 사용되는 용어 "고분자 여과체"는 고분자 소재의 여과체를 의미한다. 상기 고분자 여과체는 통상적으로 입수 가능한 고분자 여과체를 구입하여 사용하거나 통상적인 제조방법으로 직접 제조한 것을 사용할 수 있다.
The term "polymer filter substance" used in the present invention means a filter substance of a polymer material. The polymer filter body may be obtained by purchasing a commercially available polymer filter body or may be directly produced by a conventional production method.
본 발명에서, 상기 고분자 여과체는 바람직하기로 5 ㎛ 이하, 더욱 바람직하기로 1 ㎛ 내지 5 ㎛의 기공 크기를 갖는 것일 수 있다. 상기와 같은 기공 크기를 가진 고분자 여과체를 사용함으로써, 세라믹 조성물 파우더를 포함하는 공기를 고분자 여과체로 여과하는 단계 1)에서 상기 고분자 여과체의 표면에 세라믹 조성물 파우더 층이 용이하게 형성될 수 있다.
In the present invention, the polymer filter material may preferably have a pore size of 5 탆 or less, more preferably 1 탆 to 5 탆. By using the polymer filter body having the above-described pore size, the ceramic composition powder layer can be easily formed on the surface of the polymer filter body in the step 1) of filtering the air containing the ceramic composition powder into the polymer filter body.
본 발명에서, 상기 고분자 여과체는 폴리에스터, 폴리프로필렌, 아크릴, 폴리아미드, 폴리이미드 또는 유리섬유로 이루어진 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
In the present invention, the polymer filter body may be composed of polyester, polypropylene, acrylic, polyamide, polyimide or glass fiber, but is not limited thereto.
본 발명에서, 상기 여과 속도는 바람직하기로 0.5~10 m/min일 수 있다. 상기 여과 속도 범위에서 세라믹 조성물 파우더 층의 형성 효율이 우수하다.
In the present invention, the filtration rate is preferably 0.5 to 10 m / min. The formation efficiency of the ceramic composition powder layer is excellent in the filtration speed range.
본 발명에서, 상기 세라믹 조성물 파우더 층은 바람직하기로 1 mm 내지 10 mm의 두께일 수 있다. 상기 세라믹 조성물 파우더 층의 두께가 1 mm 이상일 경우 소결 이후 얻어지는 세라믹 층의 기계적 강도 및 내열성이 우수한 장점이 있고 상기 두께가 10 mm 이하일 경우 필터가 적절한 기공 크기를 가져 여과 효율이 우수하다.
In the present invention, the ceramic composition powder layer may preferably have a thickness of 1 mm to 10 mm. When the thickness of the ceramic composition powder layer is 1 mm or more, the ceramic layer obtained after sintering has excellent mechanical strength and heat resistance. When the thickness of the ceramic composition powder layer is 10 mm or less, the filter has an adequate pore size and excellent filtration efficiency.
본 발명의 제조방법은 상기와 같이 세라믹 조성물 파우더 층의 두께 조절이 용이하여 필터의 기공 크기 조절을 용이하게 할 수 있어 필터 통과시 발생되는 압력손실 문제를 해결할 수 있는 장점을 갖는다.
The manufacturing method of the present invention can easily adjust the pore size of the filter by adjusting the thickness of the ceramic powder layer as described above, thereby solving the problem of pressure loss occurring when the filter passes.
상기 단계 2는, 상기 세라믹 조성물 파우더 층이 형성된 고분자 여과체를 소결하여 세라믹 필터를 제조하는 단계이다.
The step 2 is a step of sintering a polymer filter body having the ceramic composition powder layer formed thereon to produce a ceramic filter.
본 발명에서, 상기 소결 온도는 바람직하기로 1400℃ 내지 1500℃, 가장 바람직하기로 1450℃이다.
In the present invention, the sintering temperature is preferably 1400 ° C to 1500 ° C, and most preferably 1450 ° C.
본 발명에서, 상기 소결시 실온에서 소결온도까지 서서히 승온시키는 것이 세라믹의 균열 방지 측면에서 바람직하다. 이때 상기 승온속도는 3 내지 4 ℃/min의 범위, 가장 바람직하기로 3.3 ℃/min로 유지하는 것이 균열 방지 측면에서 바람직하다.
In the present invention, it is preferable to gradually increase the temperature from the room temperature to the sintering temperature in the sintering in view of crack prevention of the ceramic. At this time, it is preferable to maintain the temperature raising rate at 3 to 4 캜 / min, and most preferably at 3.3 캜 / min from the viewpoint of crack prevention.
본 발명에서, 상기 소결 시간은 바람직하기로 1 시간 내지 5 시간, 더욱 바람직하기로 1 시간 내지 3 시간, 가장 바람직하기로 2 시간일 수 있다.
In the present invention, the sintering time is preferably 1 hour to 5 hours, more preferably 1 hour to 3 hours, and most preferably 2 hours.
본 발명의 세라믹 필터의 제조방법은 상기한 바와 같이 세라믹 조성물 파우더 층의 두께 조절을 통해 필터의 기공 크기 조절이 용이할 뿐만 아니라 별도의 금형 및 가압장치 등이 필요치 않아 저비용 및 저에너지로 제조가 가능하고, 사용되는 고분자 여과체의 형태 및 크기를 따라 다양한 형태를 가지며 소형으로부터 대형까지 다양한 크기를 갖는 세라믹 필터를 제조할 수 있는 장점을 갖는다.
As described above, the ceramic filter manufacturing method of the present invention facilitates the adjustment of the pore size of the filter through adjustment of the thickness of the ceramic powder layer, and it is possible to manufacture the ceramic filter at low cost and low energy since no separate mold and pressurizing device are required , A ceramic filter having various shapes according to the shape and size of the polymer filter used and various sizes ranging from small size to large size can be manufactured.
또한, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 세라믹 필터를 제공한다.
The present invention also provides a ceramic filter manufactured by the above method.
본 발명의 세라믹 필터는 상기 방법으로 제조됨으로써 고분자 여과체 표면 상에 세라믹 층이 형성되어 있는 형태를 가지며, 표면의 세라믹 층에 의해 높은 내열성, 내화학성 및 내마모성 등의 세라믹 필터가 가지는 장점을 갖는다.
The ceramic filter of the present invention has a form in which a ceramic layer is formed on the surface of a polymer filter by being manufactured by the above method and has the advantages of a ceramic filter such as high heat resistance, chemical resistance and abrasion resistance due to the ceramic layer on the surface.
본 발명에 따른 세라믹 필터는 종래의 가압방식을 이용하고 있지 않아 필터의 기공 크기 조절을 용이하게 할 수 있어 필터 통과시 발생되는 압력손실 문제를 해결할 수 있다.The ceramic filter according to the present invention does not use the conventional pressing method and can easily control the pore size of the filter, thereby solving the pressure loss problem caused when passing through the filter.
또한, 본 발명에 따른 세라믹 필터의 제조방법은 별도의 금형제작 과정을 필요로 하지 않으므로 저비용으로 필터를 제작할 수 있으며, 별도의 금형 없이 필터를 제조할 수 있어 필터형상 변경이 용이하여 용도에 따라 여과면적을 극대화하여 고성능의 필터를 제조할 수 있다. In addition, since the manufacturing method of the ceramic filter according to the present invention does not require a separate mold manufacturing process, the filter can be manufactured at low cost and the filter can be manufactured without a separate mold, It is possible to manufacture a high-performance filter by maximizing the area.
따라서, 본 발명에 따른 세라믹 필터 및 이의 제조방법은 저비용 및 저에너지를 사용하여 고성능의 세라믹 필터를 제조할 수 있어 필터 관련 산업에 유용하게 사용할 수 있다.
Therefore, the ceramic filter and the manufacturing method thereof according to the present invention can manufacture a high-performance ceramic filter using low cost and low energy, and thus can be usefully used in a filter-related industry.
도 1은 본 발명의 세라믹 필터 제조 공정을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 세라믹 필터 제조시 사용된 고분자 여과체의 모습(A), 제조된 세라믹 필터의 모습(B), 및 상기 세라믹 필터의 표면 모습을 주사전자현미경으로 관찰한 모습(C)을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 세라믹 필터의 여과 효율을 나타낸 그래프이다.1 is a schematic view showing a process for manufacturing a ceramic filter according to the present invention.
FIG. 2 is a view (A) of the polymer filter used in the production of the ceramic filter of the present invention, a state (B) of the produced ceramic filter and a state (C) of the surface of the ceramic filter observed with a scanning electron microscope .
3 is a graph showing the filtration efficiency of the ceramic filter of the present invention.
이하, 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 효과를 보다 더 구체적으로 설명하고자 하나, 이들 실시예는 본 발명의 예시적인 기재일뿐 본 발명의 범위가 이들 실시예에만 한정되는 것은 아니다.
It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory only and are not restrictive of the invention, as claimed.
실시예Example 1-3: 본 발명의 세라믹 필터 제조 1-3: Production of ceramic filter of the present invention
도 1에 본 발명의 세라믹 필터 제조과정을 모식적으로 나타내었다.FIG. 1 schematically shows a manufacturing process of a ceramic filter according to the present invention.
구체적으로, 고온용 세라믹 필터를 제조하기 위하여, 먼저 탄화규소, 뮬라이트, 지르코니아, 탄산칼슘, 카르복시메틸셀룰로오스 및 물을 중량 기준으로 73.8:3.7:3.7:0.8:1.6:16.4의 비율로 포함하는 세라믹 조성물 파우더를 파우더 주입구를 통하여 공기와 함께 고분자 여과체(평균 기공 크기 3 ㎛, Polyester, 대성휠타테크)를 통과하도록 주입하였다. 이때 탄화규소는 입자 크기가 각각 10 ㎛(실시예 1), 25 ㎛(실시예 2) 및 50 ㎛(실시예 3)인 것을 사용하였다. 또한 여과 속도는 5 m/min으로 조절하였으며 세라믹 조성물 파우더 층의 두께는 5 mm가 되도록 하였다.Specifically, a ceramic composition containing silicon carbide, mullite, zirconia, calcium carbonate, carboxymethylcellulose and water at a ratio of 73.8: 3.7: 3.7: 0.8: 1.6: 16.4 on a weight basis, The powder was injected through the powder inlet with the air through a polymer filter (average pore size: 3 ㎛, Polyester, Daesung Filter Tech). At this time, silicon carbide particles having particle sizes of 10 占 퐉 (Example 1), 25 占 퐉 (Example 2) and 50 占 퐉 (Example 3), respectively, were used. The filtration rate was adjusted to 5 m / min and the thickness of the powder layer of the ceramic composition was 5 mm.
그 후, 세라믹 파우더 층이 형성된 고분자 여과체를 1450℃에서 2 시간 동안 소결하여 세라믹 필터를 제조하였다. 상기 소결시 실온에서 소결온도까지 3.3 ℃/min의 승온속도를 유지하였다.
Thereafter, a polymer filter having a ceramic powder layer was sintered at 1450 ° C for 2 hours to prepare a ceramic filter. The sintering temperature was maintained at a rate of 3.3 ° C / min from the room temperature to the sintering temperature.
실험예Experimental Example 1: 본 발명의 세라믹 필터의 구조적인 특성 조사 1: Investigation of the structural characteristics of the ceramic filter of the present invention
상기 실시예 2에서 제조한 본 발명의 세라믹 필터의 구조적인 특성을 조사하기 위하여 본 발명의 세라믹 필터의 표면을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰하였다.In order to examine the structural characteristics of the ceramic filter of the present invention prepared in Example 2, the surface of the ceramic filter of the present invention was observed with a scanning electron microscope (SEM).
그 결과를 하기 도 2에 나타내었다.The results are shown in Fig.
도 2에서, (A)는 본 발명의 세라믹 필터를 제조하기 위해 사용한 고분자 여과체의 모습을 나타낸 것이고, (B)는 제조된 세라믹 필터의 모습을 나타낸 것이며, (C)는 상기 세라믹 필터의 표면 모습을 주사전자현미경으로 관찰한 결과를 나타낸 것이다.2 (A) shows a state of a polymer filter used for manufacturing a ceramic filter of the present invention, (B) shows a state of a manufactured ceramic filter, (C) shows a surface of the ceramic filter The results are shown by scanning electron microscope.
도 2를 통해, 본 발명의 제조방법에 의해 고분자 여과체의 표면 상에 균일하고 치밀한 세라믹 층이 형성되었음을 확인할 수 있었다.
2, it was confirmed that a uniform and dense ceramic layer was formed on the surface of the polymer filter by the manufacturing method of the present invention.
실험예Experimental Example 2: 본 발명의 세라믹 필터의 성능 평가 2: Performance evaluation of the ceramic filter of the present invention
본 발명의 세라믹 필터의 성능 평가를 위하여, 상기 실시예 1 내지 3에서 제조한 세라믹 필터의 여과 효율(collection efficiency)을 측정하였다.For the evaluation of the performance of the ceramic filter of the present invention, the collection efficiency of the ceramic filters prepared in Examples 1 to 3 was measured.
제조된 필터의 여과효율을 측정하기 위해서 여과백 테스트 장치에 제조된 세라믹필터를 장착하고 Fly ash를 테스트 입자로 발생시켰다. 여과백을 통과하는 유체의 속도를 1m/min로 고정시킨 후, 필터의 전, 후단에서 먼지의 개수농도를 Aerodynamic Particle Sizer (Model: 3321, TSI Instruments)로 측정하여 여과효율을 측정하였다.
To measure the filtration efficiency of the fabricated filter, a ceramic filter fabricated on a filter bag test device was mounted and Fly ash was generated as test particles. After the velocity of the fluid passing through the filter bag was fixed at 1 m / min, the filtration efficiency was measured by measuring the number density of dusts before and after the filter with Aerodynamic Particle Sizer (Model: 3321, TSI Instruments).
그 결과를 도 3에 나타내었다.The results are shown in Fig.
도 3을 통해, 10 ㎛ 내지 50 ㎛의 입자 크기를 갖는 탄화규소를 사용하여 제조한 세라믹 필터가 1 ㎛ 이하의 미세 오염물질을 90% 이상 여과할 수 있음을 확인하였다.3, it was confirmed that a ceramic filter manufactured using silicon carbide having a particle size of 10 μm to 50 μm can filter at least 90% of fine contaminants of 1 μm or less.
Claims (11)
상기 세라믹 조성물 파우더 층이 형성된 고분자 여과체를 소결하여 세라믹 필터를 제조하는 단계(단계 2)를 포함하는, 세라믹 필터의 제조방법.
(Step 1) of filtering the air containing the ceramic composition powder from the outer wall to the inner wall of the tube-shaped polymer filter body to form a ceramic composition powder layer on the surface of the polymer filter body; And
And a step of sintering the polymer filter body having the ceramic composition powder layer formed thereon to produce a ceramic filter (step 2).
The ceramic composition powder according to claim 1, wherein the ceramic composition powder is characterized by being silicon carbide (SiC), mullite (3Al 2 O 3 .SiO 2 ), zirconia (ZrO 2 ), calcium carbonate (CaCO 3 ), carboxymethylcellulose, .
The method of claim 1, wherein the ceramic composition powder further comprises water.
3. The method according to claim 2, wherein the particle size of the silicon carbide is from 5 mu m to 100 mu m.
The ceramic composition powder according to claim 1, wherein the ceramic composition powder is a mixture of 70 to 75: 3 to 4: 3 to 4: 0.5 to 1.0: 1 to 2: 1 by weight of silicon carbide, mullite, zirconia, calcium carbonate, carboxymethyl cellulose, By weight based on the total weight of the composition.
The method according to claim 1, wherein the polymer filter body is made of polyester, polypropylene, acrylic, polyamide or polyimide.
The method according to claim 1, wherein the filtration rate is 0.5 to 10 m / min.
The method according to claim 1, wherein the ceramic composition powder layer has a thickness of 1 mm to 10 mm.
The method according to claim 1, wherein the sintering temperature is 1400 ° C to 1500 ° C.
The production method according to claim 1, wherein the sintering temperature is maintained at a rate of 3 to 4 캜 / min.
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