KR101642609B1 - 정수기용 카트리지 필터, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 정수기용 카트리지 - Google Patents
정수기용 카트리지 필터, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 정수기용 카트리지 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 정수기용 카트리지 필터, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 정수기용 카트리지에 관한 것으로서, 기존의 유리섬유 기반의 항바이러스 부직포를 대체하면서 우수한 수투과량을 갖고, 박테리아 제거성능 및 바이러스 제거성능을 우수한 친환경적인 정수기용 카트리지를 제공할 수 있는 발명에 관한 것이다.
Description
본 발명은 정수기용 카트리지 필터, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 정수기용 카트리지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 박테리아 및 세균 등의 제거 효율을 가지면서도, 바이러스도 제거 가능한 항바이러스 및 제균이 우수한 정수기용 카트리지 필터, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 정수기용 카트리지에 관한 것이다.
일반적으로 물 속에는 천연유기물질(Natural Organic Matter; NOM)을 비롯한 수많은 이온성 물질, 화학물질이 존재하며 상수처리 과정에서 제거되지 않고 새로운 오염물질을 발생시키는 원인물질로 작용한다. 또한, 최근에는 염소소독으로 제거되지 않은 병원성 미생물에 대한 존재여부가 논란이 되고 있다. 바이러스(Virus), 크립토스포리디움(Crytosphoridium), 자이알디아(Giardia) 등으로 분류되는 병원성 미생물은 인체 및 동물의 분변을 통해 환경 중으로 배출되어 하수뿐만아니라 지표수와 지하수에도 존재한다. 바이러스는 0.02 ~ 0.09㎛, 박테리아는 길이 0.4 ~ 14㎛, 폭 0.2 ~ 1.2㎛의 크기를 갖으며 크립토스포리디움, 자이알디아 등 원생동물은 바이러스나 박테리아에 비해서는 비교적 큰 편이다. 바이러스의 경우 크기가 매우 작기 때문에 일반 여과에 의해서는 거의 처리되지 않으며 내성이 강한낭종(Cyst)을 형성하여 물에서 수개월이상 안정적으로 살아있다. 현재 물 속의 미량오염물질을 제거하기 위하여 상수처리과정에서 고도응집처리 또는 활성탄 흡착, 막여과가 제시되고 있는데 최근 막을 사용한 정수처리 공정에 대한 국가단위의 대규모 연구가 진행 중이다.
특히, 막 여과에 대해서는 최근에 많은 연구가 이루어져 고도정수처리 과정에서 실용화가 타진되고 있는데 아직까지도 경제적인 비용과 기술적인 문제로 인해 폭넓게 이용되지는 못하고 있다. 역삼투막(RO), 나노여과막(NF), 한외여과막(UF), 정밀여과막(MF)으로 분류되는 막을 비롯한 기존 필터들은 공경(pore,기공)의 사이즈를 이용하여 물리적인 기작에 의거하여 물 중 오염물질을 제거하는 시스템이다.
분리막의 오염물질제거에 대한 주된 메커니즘은 체분리(Sieve)효과, 즉 입자크기에 의한 제거가 적용되어 물속에 부유하고 있는 박테리아, 바이러스, 유기 오염물 등을 제거하여 주는 것이다. 상기 입자크기에 의한 제거 외에도 분리막 표면 전하에 따른 정전기적 흡착에 의해서도 수중의 미생물 등을 걸러주며, 이 방법은 적은 운전압력 대비 높은 투수율 및 높은 입자제거 성능으로 각광받으면서 연구되고 있다.
종래의 수처리용으로 널리 사용되는 마이크로 섬유 필터는 여과 면적이 작고 정전기력이 없기 때문에 효율이 떨어진다는 단점이 있었으며, 멤브레인 필터는 여과 효율은 높으나 압력 손실이 크다는 단점이 있었다. 따라서, 마이크로 섬유 필터와 멤브레인 필터의 단점을 보완하기 위한 마이크로 사이즈의 공경을 가지는 섬유 필터에 정전기력을 부과함으로써 섬유 필터의 여과 효율을 증가시키고, 압력 손실을 감소시키는 연구가 진행되고 있다.
예를 들어, 종래기술에는 항바이러스 부직포 제조를 위해 유리섬유를 기본 여재로 두고, 유리섬유 제조시에 양전하를 띄는 무기화합물을 첨가하는 방식으로 제조하여 양전하 필터를 제조하고 이를 이용하여 바이러스를 흡착제거 하였다(대한민국 특허공개번호 10-2004-0301723, 미국 등록특허 7,601,262호 등). 그러나 이 기술은 유리섬유를 사용한다는 점에서 발암 등의 유해성 논란으로 수처리 공정의 적합성이 우려되는 문제점과 유리섬유를 사용하여 제조시 첨가되는 화합물에 의해 제품군에서 다양화가 되지 못한다는 문제점이 있었다.
다른 종래기술로는 유리섬유가 아닌 폴리프로필렌 여재를 사용하여 여재 안정성을 높였으며, 후처리 코팅 방식에 의해 양전하 필터 여재를 제조하였다(일본공개특허번호 1994-015167). 그러나, 이러한 기술은 바이러스만 제거가 가능할 뿐, 박테리아 및 세균 등을 제거하지 못하였을 뿐만 아니라, 유량 및 여과압력이 현저히 떨어진다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 박테리아 및 세균의 제거능은 유지하면서, 나노사이즈의 바이러스도 효과적으로 제거할 수 있는 정수기용 카트리지 필터, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 정수기용 카트리지를 제공하는데 그 목적이 있다.
이에, 본 발명은 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리에스테르 섬유, 나일론 섬유 및 셀룰로오스 섬유 중 선택된 1종 이상을 함유한 부직포; 및 상기 부직포의 내부 및 표면에 포함된 섬유가닥의 표면에 양전하 코팅층;을 포함하며, 상기 양전하 코팅층은 가교제 및 다관능성 아민 화합물을 다관능성 아민 화합물 및 가교제를 1 : 0.5 ~ 4 중량비로 포함하고, 상기 양전하 코팅층은 상기 부직포 내부 및 표면에 포함된 섬유가닥의 표면에 70 % 이상의 단위면적으로 코팅층을 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 정수기용 카트리지 필터를 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 가교제는 비스페놀 A 에폭시 수지, 비스페놀 F 에폭시 수지, 수소첨가된 비스페놀 A 에폭시 수지, 수소첨가된 비스페놀 F 에폭시 수지, 난연성 에폭시(brominated epoxy) 수지 및 노볼락(Novolac)형 에폭시 수지 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 다관능성 아민 화합물은 폴리에틸렌이민, 디에틸렌트리아민, 피페라진, 디메틸렌피페라진 및 디페닐아민 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 부직포는 평균두께가 0.1 mm ~ 2 ㎜이고, 평균공경이 0.5 ㎛~ 20 ㎛ 일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 정수기용 카트리지 필터의 표면전하가 5 ~ 50 mV일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 정수기용 카트리지 필터는 평균수투과량이 30 ~ 150 ㎖/cm2·min·bar일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 정수기용 카트리지 필터는 바이러스 제거율이 2.0 log 이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 정수기용 카트리지 필터는 직수형 필터 또는 언더싱크형 필터로 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 태양은 원통형의 코어부; 상기 코어부를 둘러싸며 구비되는 제1스판본드층; 상기 스판본드층을 둘러싸고, 적층 및 권취되어 구비되는 제1항 내지 제8항 중에서 선택된 어느 한 항의 정수기용 카트리지 필터; 상기 정수기용 카트리지 필터를 둘러싸며 구비되는 제2스판본드층; 상기 제2스판본드층의 외주면 측에 구비되는 튜브형의 케이지; 및 상기 케이지의 상면 및 하면 단부에 결합되는 엔드캡;을 포함하는 정수기용 카트리지를 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 정수기용 카트리지 필터는 두께가 1 mm ~ 30 mm로 권취될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 정수기용 카트리지 필터는 0.5 kg ~ 5 kg의 장력으로 권취될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 정수기용 카트리지 필터는 평균수투과유량이 1 LPM ~ 6 LPM일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 정수기용 카트리지는 박테리아 제거율이 3.0 log 이상이고, 바이러스 제거율이 2.0 log 이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 정수기용 카트리지는 1000 L ~ 6000 L 사용시마다 교체될 수 있다.
본 발명의 또 다른 태양은 친수성 유기용매 100 중량부에 대하여, 가교제 및 다관능성 아민 화합물 0.1 ~ 5.26 중량부를 포함하는 양전하 코팅제에 부직포를 침전시켜서 양전하 코팅제를 코팅시키는 단계; 및 양전하 코팅제가 코팅된 부직포를 열가교시켜서 양전하 코팅층을 형성시키는 단계;를 포함하고, 상기 다관능성 아민 화합물 및 가교제는 1 : 0.5 ~ 4 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 정수기용 카트리지 필터의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 친수성 유기용매는 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol), 에틸렌글리콜(ethylene glycol), 프로필렌글리콜(propylene glycol), 디에틸렌글리콜(diethylene glycol), 에틸렌 글리콜에틸이서(ethylene glycol ether), 디에틸렌글리콜에틸이서(diehtylene glycol ethyl ether), 디에틸렌글리콜메틸이서(diethylene glycol methyl ether) 및 디에틸렌글리콜헥실이서(diethylenehexyl glycol hexyl ether) 중 선택된 1종 이상을 함유하고, 상기 가교제는 비스페놀 A 에폭시 수지, 비스페놀 F 에폭시 수지, 수소첨가된 비스페놀 A 에폭시 수지, 수소첨가된 비스페놀 F 에폭시 수지, 난연성 에폭시(brominated epoxy) 수지 및 노볼락형 에폭시 수지 중에서 선택된 1종 이상을 함유하고, 상기 다관능성 아민 화합물은 폴리에틸렌이민, 디에틸렌트리아민, 피페라진, 디메틸렌피페라진 및 디페닐아민 중에서 선택된 1종 이상을 함유할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 친수성 유기용매는 글리콜계 용매 80 ~ 95 중량% 및 물 5 ~ 20 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 침전은 5℃ ~ 40℃에서 5초 ~ 12시간 동안 수행할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 열가교는 60℃ ~ 130℃ 하에서, 15초 ~ 6시간 동안 가교를 수행할 수 있다.
본 발명의 양이온 필터 카트리지는 박테리아 및 세균 등에 대한 높은 미생물 제거능력을 가지면서도, 마이크로사이즈 및 나노사이즈의 바이러스에 대하여도 우수한 흡착 및 제거하는 성능을 갖을 뿐만 아니라, 본 발명의 정수기용 카트리지는 우수한 수투과유량을 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 정수기용 카트리지 필터용 양전하 코팅제를 코팅시키기 전의 부직포 내부의 섬유에 대한 SEM 측정 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에서 제조한 항바이러스 부직포의 부직포 내부의 섬유에 대한 SEM 측정 사진이다.
도 3 은 본 발명의 실시예 1에서 제조한 항바이러스 부직포의 부직포 내부의 섬유에 대한 확대된 SEM 측정 사진이다.
도 4 는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 정수기용 카트리지의 단면 개략도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 정수기용 카트리지의 단면 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에서 제조한 항바이러스 부직포의 부직포 내부의 섬유에 대한 SEM 측정 사진이다.
도 3 은 본 발명의 실시예 1에서 제조한 항바이러스 부직포의 부직포 내부의 섬유에 대한 확대된 SEM 측정 사진이다.
도 4 는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 정수기용 카트리지의 단면 개략도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 정수기용 카트리지의 단면 개략도이다.
상술한 바와 같이 종래에는 복합소재를 유리섬유를 사용한다는 점에서 발암등의 유해성 논란이 있으며 수처리 공정에 사용에 적합성이 우려되는 문제점과 유리섬유를 사용하여 제조시 첨가되는 화합물에 의한 제품군이 다양화되지 못하는 문제점이 있었다. 또한, 필터 카트리지의 수명주기가 짧아서 비경제적이라는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 유리섬유가 아닌 친환경적인 부직포; 및 상기 부직포의 내부 및 표면에 포함된 섬유가닥의 표면에 양전하 코팅층;을 포함하며, 상기 양전하 코팅층은 가교제 및 다관능성 아민 화합물을 포함하고, 상기 양전하 코팅층은 상기 부직포 내부 및 표면에 포함된 섬유가닥의 표면에 70 % 이상의 단위면적으로 코팅층을 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 정수기용 카트리지 필터를 제공함으로써, 종래의 문제점을 해결할 뿐만 아니라, 항바이러스 및 제균능이 우수한 필터 카트리지를 제공한다. 이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 정수기용 카트리지 필터는 부직포를 포함한다.
상기 부직포는 통상적으로 사용하는 것이면 적용가능하며, 바람직하게는 케미컬본딩부직포(Chemical Bonding), 써멀본딩부직포(Thermal Bonding), 에어레이부직포(Air Ray), 습식부직포(Wet Ray), 니들펀칭부직포(Needle Punching), 스판레스(수류결합법-Water zet), 스판본드(Spun Bond), 멜트블로운(Melt Blown), 스티치본드(Stitch Bond) 및 전기방사(electro spinning) 부직포 중에서 선택되는 어느 하나의 형태일 수 있고, 바람직하게는 멜트블로운(Melt Blown)인 것이 좋다.
또한, 상기 부직포를 구성하는 섬유는 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리에스테르 섬유, 나일론 섬유 및 셀룰로오스 섬유 중 선택된 1종 이상을, 바람직하게는 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 및 폴리에스테르 섬유 중에서 선택된 1종 이상을, 더욱 바람직하게는 폴리프로필렌 섬유 및 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 중에서 선택된 1종 이상을 함유할 수 있다.
그리고, 상기 부직포는 평균두께가 0.1 ~ 2 ㎜인 것이, 바람직하게는 0.2 ~ 1 mm인 것이 좋으며, 이때, 평균두께가 0.1 mm 미만인 경우 바이러스 흡착 경로가 짧아서 제거효율이 감소하고, 코팅된 양이 감소하여 바이러스 흡착량이 감소하는 문제가 있을 수 있고, 2㎜를 초과하면 여과시 차압발생으로 유량이 감소한 문제가 있을 수 있다.
그리고, 상기 부직포의 평균공경이 0.5 ~ 20 ㎛일 수 있으며, 바람직하게는 평균공경이 0.5 ~ 18 ㎛일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 평균공경이 0.5 ~ 15 ㎛일 수 있다. 이때, 상기 부직포의 평균 공경이 0.5 ㎛ 미만인 경우 수투과도가 낮아지는 문제가 있을 수 있으며, 20 ㎛를 초과하는 경우 바이러스 제거성능이 감소하는 문제가 있을 수 있다.
본 발명에 따른 정수기용 카트리지 필터는 상기 부직포의 내부 및 표면에 포함된 섬유가닥의 표면에 양전하 코팅층을 포함하며, 상기 양전하 코팅층은 상기 섬유가닥의 표면에서 섬 형태로 이격되어 형성되는 것이 아니라, 섬유가닥의 표면을 완전히 둘러싸도록 코팅될 수 있다.
그리고, 상기 양전하 코팅층은 평균두께 0.01 ~ 3 ㎛으로, 바람직하게는 0.05 ~ 1 ㎛으로 형성되어 있는 것이 좋은데, 이때 양전하 코팅층의 평균두께가 0.05 ㎛ 코팅층의 균일도 감소로 인한 물성편차 문제가 있을 수 있고, 평균두께가 3 ㎛을 초과하면 코팅층의 내구성이 떨어져 코팅물이 용출되는 문제가 발생할 수 있고, 더 이상의 바이러스 제거 효과 상승이 없으므로 상기 범위 내의 평균두께를 갖도록 양전하 코팅층을 형성시키는 것이 좋다.
이때, 상기 양전하 코팅층은 상기 부직포 내부 및 표면에 포함된 섬유가닥의 표면에 70 % 이상의 단위면적으로 형성되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 상기 섬유가닥의 표면에 75 % 이상의 단위면적으로 형성되는 것이 좋다. 상기 양전하 코팅층이 상기 섬유가닥의 표면에 70 % 미만의 단위면적으로 형성되는 경우, 양전하 코팅의 균일성 저하로 바이러스 흡착성능이 불균일해지는 물성불균일 문제가 있다.
본 발명에 따른 정수기용 카트리지 필터는 상기 부직포의 내부 및 표면에 포함된 섬유가닥의 표면에 양전하 코팅층을 포함하며, 상기 양전하 코팅층은 상기 섬유가닥의 표면에서 섬 형태로 이격되어 형성되는 것이 아니라, 섬유가닥의 표면을 완전히 둘러싸도록 코팅될 수 있다.
그리고, 상기 다관능성 아민 화합물 및 가교제를 1 : 0.5 ~ 4의 중량비로 포함하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1 : 0.8 ~ 3의 중량비로 포함하는 것이 좋다. 상기 다관능성 아민 화합물 및 가교제가 1: 0.5 미만으로 포함되는 경우에는 가교제 사용량이 적어 다관능성 아민 화합물이 부직포로부터 쉽게 떨어져 나갈 수 있는 문제점이 있고, 1 : 4 중량비를 초과하여 포함되는 경우에는 양전하 코팅제의 점도가 너무 높아져서 부직포의 내부 즉, 부직포의 섬유를 충분하게 코팅시키지 못하여 여재 공경 크기 감소로 인해 수투과량이 감소하며, 양전하 특성이 감소되어 바이러스 제거율이 감소하는 문제점이 있을 수 있다.
본 발명에 따른 정수기용 카트리지 필터에 있어서, 상기 여재의 표면전하는 5 ~ 50 mV 인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 15 ~ 50 mV일 수 있다. 부직포의 표면전하가 양전하를 나타냄으로써, 음전하를 갖는 바이러스를 흡착하여 포집할 수 있게 되는데, 만약 부직포의 표면전하가 5 mV 미만이면, 바이러스 흡착능이 떨어지는 문제가 있을 수 있고, 50 mV를 초과하여도 바이러스 흡착능은 유사하나 공정시 높은 표면전하를 나타내기 위한 반응시간 및 농도 증가에 의한 생산비용 증가한 문제가 있을 수 있다.
이때, 상기 표면전하는 Anton Parr 사의 Surpass 모델을 사용하여 흐름전위를 측정하여 하기 수학식 1에 의해 계산된 방법에 의거하여 측정할 수 있는데, 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
[수학식 1]
상기 수학식 1에서, ζ: 제타전위(mV), U : 흐름전위(streaming potential, p : 압력(pressure), η: 전해질 점도, ε: 전해질의 기본유전율, ε0 :전해질의 유전체상수, Kb:전해질의전기전도도이다.
본 발명에 따른 정수기용 카트리지 필터는 평균수투과량이 30 ~ 150 ㎖/cm2·min·bar일 수 있으며, 바람직하게는 35 ~ 100 ㎖/cm2·min·bar일 수 있다. 상기 평균수투과량이 상기 범위를 벗어나는 경우 필터로서 사용하기 어려운 문제점이 있다.
이러한, 높은 표면전하 및 평균수투과량을 갖는 본 발명의 정수기용 카트리지 필터는 바이러스 제거율이 2.0 log 이상일 수 있으며, 바람직하게는 2.0 log ~ 6.0log일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 2.5 log ~ 6.0 log일 수 있다.
상기 정수기용 카트리지 필터는 직수형 필터 또는 언더싱크형 필터로 사용될 수 있으나, 이에 특별히 한정되는 것은 아니다.
앞서 설명한 정수기용 카트리지 필터는 정수기용 카트리지에 포함됨으로써 바이러스 제거 필터로서의 역할을 하는 카트리지를 제공한다. 보다 상세하게는, 도5를 참조하여 설명한다. 본 발명은 원통형의 코어부(100); 상기 코어부를 둘러싸며 구비되는 제1스판본드층(200); 상기 제1스판본드층(200)을 둘러싸고, 적층 및 권취되어 구비되는 상기 정수기용 카트리지 필터(300); 상기 정수기용 카트리지 필터를 둘러싸며 구비되는 제2스판본드층(210); 상기 제2스판본드층의 외주면 측에 구비되는 튜브형의 케이지(400); 및 상기 케이지의 상면 및 하면 단부에 결합되는 엔드캡(500);을 포함하는 정수기용 카트리지를 제공한다. 이하, 본 발명을 구성요소별로 보다 상세하게 설명한다.
본 발명에 정수기용 카트리지는 원통형의 코어부(100)를 포함하고, 상기 코어부는 본 발명에 따른 상기 정수기용 카트리지 필터를 권취하여 카트리지를 제조할 수 있는 것이라면 특별히 한정되는 것은 아니나, 바람직하게는 직경이 10 ~ 40 mm인 원통형태인 것이 좋다.
본 발명에 정수기용 카트리지는 원통형의 코어부(100)에 적층 및 권취되어 구비되는 본 발명에 따른 정수기용 카트리지 필터(300)를 외부의 오염 및 손상으로부터 보호하기 위하여, 상기 정수기용 카트리지 필터의 내주면 및 외주면에 각각 독립적으로 제1스판본드층(200) 및 제2스판본드층(210)을 포함한다. 보다 상세하게는 상기 제1스판본드층은 원통형의 코어부를 둘러싸며 권취되어 구비되고, 상기 제1스판본드층(200)을 둘러싸고, 그 위에 적층 및 권취되어 구비되는 상기 정수기용 카트리지 필터(300) 및 이를 둘러싸는 제2스판본드층(210)이 권취되어 구비된다. 이때, 상기 제1스판본드층(200) 및 제2스판본드층(210)의 두께는 각각 0.05 ~ 0.2 mm 인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 두께가 각각 0.1 ~ 0.2 mm 인 것이 좋다.
또한, 본 발명에 따른 정수기용 카트리지는 상기 제1 스판본드층(200)을 둘러싸고, 적층 및 권취되어 구비되는 상기 정수기용 카트리지 필터(300)를 포함한다.
이때, 상기 정수기용 카트리지 필터는 두께가 1 mm ~ 30 mm로 권취되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1.5 mm ~ 25 mm로 권취되는 것이 좋다. 상기 정수기용 카트리지 필터는 상기 제1스판본드층을 둘러싸고 적층 및 권취되어 뎁스필터의 역할을 수함으로써 바이러스 및 박테리아를 제거하는 효능이 향상될 수 있다. 상기 정수기용 카트리지 필터의 두께가 1 mm 미만인 경우 바이러스 및 박테리아 제거 효능이 저하되는 문제점이 있고, 30 mm를 초과하는 경우 수투과도가 저하되어 필터로서의 역할을 수행하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 상기 정수기용 카트리지 필터는 0.5 kg ~ 5 kg의 장력으로 권취되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.5 kg ~ 4 kg의 장력으로 권취되는 것이 좋다. 0.5 kg 미만의 장력으로 권취되는 경우 수투과시 발생되는 압력에 의하여 수축이 발생되어 제거효율이 감소하는 문제점이 있고, 5 kg을 초과하는 경우 공경 감소가 심화되어 유효 정수량이 감소하는 문제점이 있다.
본 발명에 따라 제조된 정수기용 카트리지 필터는 평균수투과유량이 1 LPM ~ 6 LPM인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1 LPM ~ 5 LPM인 것이 좋다.
또한, 본 발명에 따른 정수기용 카트리지는 박테리아 제거율이 3.0 log 이상이고, 바이러스 제거율이 2.0 log 이상일 수 있고, 바람직하게는 박테리아 제거율이 3.5 log 이상이고, 바이러스 제거율이 2.5 log 이상인 것이 좋다.
본 발명에 따른 정수기용 카트리지에 있어서, 상기 정수기용 카트리지는 1000 L ~ 6000 L 사용시마다 교체되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1200 L ~ 6000 L 사용시마다 교체되는 것이 좋다. 상기 범위를 벗어나는 경우 필터가 오염되거나 손상될 가능성이 있다.
또한, 본 발명은 정수기용 카트리지 필터의 외주면 측에 구비되는 튜브형의 케이지(400); 및 상기 케이지의 상면 및 하면 단부에 결합되는 엔드캡(500);을 포함한다. 상기 케이지 및 엔드캡은 하우징으로서 제공될 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 항바이러스 부직포를 제조하는 방법에 대하여 구체적으로 설명하면 아래와 같다.
본 발명의 정수기용 카트리지 필터는 부직포를 양전하 코팅제에 침전시킨 후, 열가교하여 제조할 수 있는데, 보다 구체적으로 설명하면 친수성 유기용매 100 중량부에 대하여, 가교제 및 다관능성 아민 화합물 0.1 ~ 5.26 중량부를 포함하는 양전하 코팅제에 부직포를 침전시켜서 양전하 코팅제를 코팅시키는 단계; 및 양전하 코팅제가 코팅된 부직포를 열가교시켜서 양전하 코팅층을 형성시키는 단계;를 포함하고, 상기 다관능성 아민 화합물 및 가교제는 1 : 0.5 ~ 4 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 정수기용 카트리지 필터의 제조방법을 제공한다. 이하, 본 발명을 단계별로 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 제조방법에서 사용하는 상기 부직포의 종류, 특징 등은 앞서 설명한 바와 동일하다.
본 발명의 제조방법에 있어서, 상기 가교제는 다관능성 아민 화합물 간의 가교제 역할 및 바인더 역할을 할 뿐만 아니라, 부직포와 코팅성분 간에 접착성을 향상시키는 역할을 하는 것으로서, 비스페놀 A 에폭시 수지, 비스페놀 F 에폭시 수지, 수소첨가된 비스페놀 A 에폭시 수지, 수소첨가된 비스페놀 F 에폭시 수지, 난연성 에폭시(brominated epoxy) 수지 및 노볼락(Novolac)형 에폭시 수지 중에서 선택된 1종을 또는 2종 이상을 혼합사용할 수 있으며, 바람직하게는 비스페놀 A 에폭시 수지, 비스페놀 F 에폭시 수지, 수소첨가된 비스페놀 A 에폭시 수지, 수소첨가된 비스페놀 F 에폭시 수지 및 노볼락(Novolac)형 에폭시 수지 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을, 더욱 바람직하게는 비스페놀 A 에폭시 수지, 수소첨가된 비스페놀 A 에폭시 수지 및 노볼락(Novolac)형 에폭시 수지 중에서 선택된 1종 또는 2종을 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 다관능성 아민 화합물은 부직포의 내부 및 외부에 양전하를 나타내는 정전기적 성질을 부여하는 역할을 하며, 폴리에틸렌이민, 디에틸렌트리아민, 피페라진, 디메틸렌피페라진 및 디페닐아민 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있으며, 바람직하게는 폴리에틸렌이민 및 디에틸렌트리아민 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 부직포는 통상적으로 사용하는 것이면 적용가능하며, 바람직하게는 케미컬본딩부직포(Chemical Bonding), 써멀본딩부직포(Thermal Bonding), 에어레이부직포(Air Ray), 습식부직포(Wet Ray), 니들펀칭부직포(Needle Punching), 스판레스(수류결합법-Water zet), 스판본드(Spun Bond), 멜트블로운(Melt Blown) 및 스티치본드(Stitch Bond) 전기방사(electro spinning) 여재 중에서 선택되는 어느 하나의 형태일 수 있다.
그리고, 상기 다관능성 아민 화합물 및 가교제는 친수성 유기용매에 용해시켜 농도를 조절할 수 있고, 이를 통해 코팅제의 점도 및 흡착도 등을 제어할 수 있다. 또한 상기 친수성 유기용매를 사용하여 소수성인 부직포의 섬유를 코팅하여 부직포를 친수성으로 개질가능하다. 상기 친수성 유기용매는 글리콜계 용매 80 ~ 95 중량% 및 물 5 ~ 20 중량% 포함하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 85 ~ 95중량% 및 물 5 ~ 15 중량% 포함하는 것이 좋다. 상기 친수성 유기용매에 있어서, 글리콜계 용매가 80 중량% 미만으로 포함되는 경우 코팅제 용액이 불균일하게 형성되어 부직포에 포함된 섬유가닥의 표면에 코팅층이 형성되기 어려운 문제점이 있고, 95 중량%를 초과하여 포함되는 경우 용매 제거가 어려워 가교제와 아민화합물의 반응이 용액 중에 발생되어 부직포 코팅 효율이 감소되는 문제점이 있다.
본 발명에 따른 정수기용 카트리지 필터의 제조방법에 있어서, 상기 침전은 5℃ ~ 40℃에서 5초 ~ 12시간 동안 수행하는 것이, 바람직하게는 20℃ ~ 30℃에서 수행하는 것이 좋으며, 이때, 5℃ 미만에서 수행시 에폭시 점착력이 감소되는 문제가 있을 수 있고, 40℃를 초과하는 온도에서 수행시 용매 증기 발생에 의한 유해환경 및 코팅용액의 농도 경시변화가 발생할 수 있으므로 상기 온도 범위에서 침전을 수행하는 것이 좋다. 그리고, 침전시간은 5초 ~ 15시간 동안, 바람직하게는 20초 ~ 13시간 정도 수행하는 것이 좋다.
본 발명에 따른 정수기용 카트리지 필터의 제조방법에 있어서, 상기 양전하 코팅제가 코팅된 부직포를 열가교시켜서 양전하 코팅층을 형성시키는 단계에서 상기 열가교는 60℃ ~ 130℃ 하에서, 더욱 바람직하게는 80℃ ~ 120℃에서 가교를 수행하는 것이 좋은데, 이때, 열가교 온도가 60℃ 미만이면 가교제와 아민화합물의 가교반응이 충분히 이루어 지지 않아 물성 및 제조 공정의 효율이 감소되는 문제를 발생할 수 있으며, 130℃를 초과하면 부직포의 열변형을 가져와서 여재의 기공이 좁아져서 수투과량에 악영향을 줄 수 있으므로 상기 온도 범위 내에서 열가교를 수행하는 것이 좋다. 그리고, 열가교 시간은 열가교 온도에 따라 상대적으로 변하는 것으로서, 바람직하게는 15초 ~ 6 시간 정도 수행하는 것이, 바람직하게는 30초 ~ 4 시간 동안 수행하는 것이 좋다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
실시예
1. 정수기용
카트리지 필터의
제조
증류수 10 중량부 및 디에틸렌글리콜에틸이서 88 중량부에, 폴리에틸렌이민 1 중량부 및 노볼락형 에폭시 수지 1 중량부를 혼합한 후, 25℃에서 30분간 교반하여 양전하 코팅제를 제조하였다.
다음으로, 평균공경 10 ㎛, 섬도 3㎛ 및 평균두께 700 ㎛를 갖는 폴리프로필렌 부직포를 상기 양전하 코팅제에 25℃에서 30초간 침적시킨 후, 이를 꺼내서, 100℃에서 1시간 동안 열 가교를 실시하여 정수기용 카트리지 필터를 제조하였다.
실시예
2-9. 정수기용 카트리지 필터의 제조
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 하기 표 1과 동일한 조건으로 정수기용 카트리지 필터를 제조하였다.
ㅂ
실시예
10. 정수기용 카트리지 필터의 제조
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 용매로 디에틸렌 글리콜 메틸이서(diethylene glycol methyl ether)를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 조건으로 수기용 카트리지 필터를 제조하였다.
실시예
11. 정수기용 카트리지 필터의 제조
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 용매로 디에틸렌 글리콜 헥실이서(diethylene glycol hexyl ether)을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 조건으로 정수기용 카트리지 필터를 제조하였다.
비교예
1. 정수기용 카트리지 필터의 제조
평균공경 10 ㎛, 평균두께 700 ㎛를 갖는 폴리프로필렌 부직포를 사용하여 정수기용 카트리지 필터를 제조하였다.
비교예
2-7. 정수기용 카트리지 필터의 제조
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 하기 표 1과 동일한 조건으로 정수기용 카트리지 필터를 제조하였다.
| 구분 |
부직포 평균공경 (㎛) |
부직포 평균두께 (㎛) |
폴리에틸렌아민 (중량%) |
가교제 (중량%) |
용매 함량 (중 량%) |
물 (중량%) |
침전온도 (℃) |
침전시간 (초) |
열가교온도 (℃) |
열가교 시간 (시간) |
| 실시예1 | 10 | 700 | 1 | 1 | 88 | 10 | 25 | 30 | 100 | 1 |
| 실시예2 | 10 | 700 | 0.5 | 0.5 | 88.5 | 10.5 | 25 | 30 | 100 | 1 |
| 실시예3 | 10 | 700 | 1 | 1 | 93 | 5 | 25 | 30 | 100 | 1 |
| 실시예4 | 10 | 700 | 0.5 | 1.5 | 88 | 10 | 25 | 30 | 100 | 1 |
| 실시예5 | 10 | 700 | 1 | 1 | 88 | 10 | 25 | 30 | 120 | 0.5 |
| 실시예6 | 10 | 700 | 1 | 1 | 88 | 10 | 25 | 60 | 100 | 1 |
| 실시예7 | 10 | 1400 적층 |
1 | 1 | 88 | 10 | 25 | 30 | 100 | 1 |
| 실시예8 | 10 | 700 | 2 | 1 | 88 | 10 | 25 | 30 | 100 | 1 |
| 실시예9 | 10 | 700 | 2 | 2 | 86.5 | 9.5 | 25 | 30 | 100 | 1 |
| 실시예10 | 10 | 700 | 1 | 1 | 88 | 10 | 25 | 30 | 100 | 1 |
| 실시예11 | 10 | 700 | 1 | 1 | 88 | 10 | 25 | 30 | 100 | 1 |
| 비교예1 | 10 | 700 | - | - | - | - | - | - | - | - |
| 비교예2 | 10 | 700 | 1 | 1 | 88 | 10 | 25 | 30 | 100 | 1 |
| 비교예3 | 10 | 700 | 1 | 1 | 88 | 10 | 25 | 30 | 50 | 1 |
| 비교예4 | 10 | 700 | 1 | 1 | 88 | 10 | 25 | 30 | 145 | 0.5 |
| 비교예5 | 10 | 700 | 0.2 | 1.8 | 88 | 10 | 25 | 30 | 100 | 1 |
| 비교예6 | 10 | 700 | 1 | 1 | 78 | 20 | 25 | 30 | 100 | 1 |
| 비교예7 | 10 | 700 | 4 | 4 | 83 | 9 | 25 | 30 | 100 | 1 |
실험예
1. 정수기용 카트리지 필터의
SEM
측정
비교예 1에서 제조된 양전하 코팅제로 침전, 열가교처리 전의 폴리프로필렌 부직포의 SEM(Maker:SEC, model: SNE-3000M) 측정 사진을 도 1에 나타내었고, 본 발명의 실시예 1에서 제조된 정수기용 카트리지 필터의 SEM 측정 사진을 도 2 및 도 3에 나타내었다.
하기 도 1과 도 2를 비교해보면, 코팅을 하지 않은 부직포의 섬유 표면은 매끈한 것을 확인할 수 있고, 본 발명에 따른 정수기용 카트리지 필터의 경우 폴리프로필렌 부직포의 섬유 표면에 양전하 코팅층이 형성되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 보다 확대된 SEM 측정사진인 도 3에 따르면, 정수기용 카트리지 필터의 표면에 일부 코팅층이 이격되어 형성된 부분이 존재하기도 하지만, 코팅층이 섬유가닥의 전체를 둘러싸도록 형성된 것을 확인할 수 있다.
실험예
2. 정수기용 카트리지 필터의 성능 확인
상기 실시예 1 ~ 11, 비교예 1 ~ 5에서 제조된 다공성 복합여재의 기본 물성을 파악하기 위해 분리막 기공 평가기(Maker:PMI, model: CFP-1200-AE) 기기를 사용하여 평균공경을 측정하였고, 평막 평가기((주)도레이케미칼 제작)를 이용하여 직경이 90 mm인 샘플 홀더를 통해 일정한 압력(1bar)으로 단위면적 및 분당 유량을 측정하였다.
또한, 평막 평가기((주)도레이케미칼 제작)-직경이 90 mm인 샘플 홀더를 통해 1bar의 정압에서 PFU/100㎖(PFU: plaque formingunits)단위로 8×105/㎖로 희석한 바이러스(MS2 phage) 용액을 투과시켜 바이러스 제거성능을 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
| 구분 | 코팅전후 무게증감 (%) |
단위 면적당 코팅률(%) |
표면전하 (mV) |
평균수투과량 (㎖/cm2·min·bar) |
바이러스 제거성능 (LRV) |
비고 |
| 실시예1 | 15 | 92 | 35 | 75 | 5.1 | - |
| 실시예2 | 6 | 89 | 18 | 72 | 3.5 | - |
| 실시예3 | 18 | 92 | 40 | 80 | 4.7 | - |
| 실시예4 | 24 | 95 | 15 | 68 | 2.4 | - |
| 실시예5 | 14 | 95 | 35 | 73 | 5 | - |
| 실시예6 | 17 | 92 | 36 | 74 | 5.1 | - |
| 실시예7 | 15 | 92 | 36 | 72 | 5.8 | - |
| 실시예8 | 13 | 92 | 39 | 79 | 5.5 | - |
| 실시예9 | 25 | 95 | 37 | 76 | 5.4 | - |
| 실시예10 | 8 | 88 | 15 | 73 | 2.7 | - |
| 실시예11 | 9 | 95 | 27 | 73 | 3.5 | - |
| 비교예1 | - | - | -35 | 68 | 0.1 | 코팅층 형성안됨 |
| 비교예2 | 12 | 83 | 40 | 380 | 1 | - |
| 비교예3 | 4 | 57 | -5 | 69 | 0.1 | - |
| 비교예4 | - | - | - | - | - | 부직포 녹음 |
| 비교예5 | 42 | 84 | 4 | 66 | 0.7 | - |
| 비교예6 | - | - | - | - | - | 용액 불균일 |
| 비교예7 | - | - | - | - | - | 용액 불균일 |
상기 표 2에서 알 수 있듯이, 실시예 1 ~ 실시예 11의 정수기용 카트리지 필터의 바이러스 제거 성능은 정수기용 카트리지 필터의 제조조건에 따라 평균수투과량이 약 65 ㎖/cm2·min·bar 이상, 바람직하게는 70 ~ 80 ㎖/cm2·min·bar 인 것을 확인할 수 있고, 바이러스 제거성능이 2.0log 이상, 바람직하게는 2.5 ~ 5.8log로 매우 우수한 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따르면 수투과량이 70 ㎖/cm2·min·bar 이상이면서, 바이러스 제거성능 또한 5log 이상으로 우수한 성능을 갖는 정수기용 카트리지 필터를 제조할 수 있었다.
그러나, 코팅층을 형성하지 않은 비교예 1의 경우, 평균수투과량이 크게 저하되지는 않으나 코팅층이 형성되지 않아 부직포의 표면전하가 음전하를 띠므로 바이러스 제거성능이 현저히 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 또한, 평균공경이 50㎛ 인 부직포를 사용한 비교예 2의 경우, 평균수투과량은 우수하나, 바이러스 제거성능이 미흡한 문제가 있었다.
그리고, 열가교 온도가 60℃ 미만이었던 비교예 3의 경우, 표면저항 및 항바이러스 성능이 저조했는데, 이는 양전하 코팅제 성분이 부직포에 잘 가교되지 않았기 때문인 것으로 판단된다. 그리고, 열가교 온도가 130℃를 초과한 비교예 4의 부직포의 녹는점을 초과하는 온도에서 열가교가 수행되어 부직포가 녹는 문제점이 발생하였다.
또한, 다관능성 아민 화합물 및 가교제를 1:9의 중량비로 도입하여 제조한 코팅제를 사용한 비교예 5의 경우, 다관능성 아민 화합물 및 가교제를 1:0.5 ~4의 중량비로 도입한 상기 실시예 1 내지 실시예 4와 비교할 때 바이러스 제거성능이 현저히 낮은 것을 확인할 수 있었고, 평균수투과량도 감소하는 문제를 보였으며, 이는 가교제의 높은 함량으로 폴리에틸렌이민의 전기적 양전하 특성이 상쇄되었기 때문으로 판단된다.
나아가, 친수성 유기용매인 디에틸렌 글리콜 에틸 이서(diethylene glycol ethyl ether)의 농도가 80 중량% 미만인 비교예 6의 경우 코팅제가 불균일한 용액으로 제조되어 코팅층을 형성하는 데 어려움이 있었다. 또한, 다관능성 아민 화합물 및 가교제가 전체 코팅제 용액에 대하여 8 중량%로 도입된 비교예 7의 경우에도 코팅제가 불균일한 용액으로 제조되어 코팅층을 형성하는 데 어려움이 있었다. 이를 통해, 가교제, 다관능성 아민 및 용매의 종류 및 농도에 따라 코팅용액의 균일성에 영향을 주는 것을 알 수 있었다.
상기 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명의 정수기용 카트리지 필터는 가교제, 다관능성 아민 및 용매의 종류 및 농도가 적절히 도입됨에 따라 우수한 수투과량 및 바이러스 제거성능을 갖는 것을 확인할 수 있었으며, 본 발명의 항바이러스 여재가 기존의 유기섬유 기반의 정수기용 카트리지 필터를 대체할 수 있는 친환경적인 정수기용 카트리지 필터임을 확인할 수 있었다.
제조예
1.
정수기용 카트리지의 제조
상기 실시예 1의 정수기용 카트리지 필터를 직경 25 mm, 길이 125 mm인 스판본드가 구비된 코어부에 카트리지 필터의 두께가 3.5 mm가 되도록 1 kg의 압력으로 감은 후 스판본드를 구비한 후, 이의 외주면 측에 튜브형의 케이지를 구비하고 상기 케이지의 상면 및 하면 단부에 엔드캡을 결합하여 정수기용 카트리지를 제조하였다.
제조예
2 ~ 10.
정수기용 카트리지의 제조
하기 표 3의 정수기용 카트리지 필터를 사용한 것을 제외하고는 상기 제조예 1과 동일한 방법으로 정수기용 카트리지를 제조하였다.
| 카트리지 | 제조예 1 | 제조예 2 | 제조예3 | 제조예4 | 제조예5 | 제조예6 |
| 카트리지 필터 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예3 | 실시예4 | 실시예5 | 실시예6 |
| 카트리지 | 제조예7 | 제조예8 | 제조예9 | 제조예10 | 제조예11 | 제조예12 |
| 카트리지 필터 | 실시예8 | 실시예9 | 실시예10 | 실시예11 | 실시예1 | 실시예1 |
제조예
11. 정수기용 카트리지의 제조
상기 실시예 1의 정수기용 카트리지 필터의 두께를 6.5 mm로 감은 것을 제외하고 상기 제조예 1과 동일하게 정수기용 카트리지를 제조하였다.
제조예
12. 정수기용 카트리지의 제조
상기 실시예 1의 정수기용 카트리지 필터를 2kg의 압력으로 감은 것을 제외하고 상기 제조예 1과 동일하게 정수기용 카트리지를 제조하였다.
비교제조예
1~5.
정수기용 카트리지의 제조
하기 표 4와 같은 조건을 사용한 것을 제외하고는 상기 제조예 1과 동일한 방법으로 정수기용 카트리지를 제조하였다.
| 정수기용카트리지 필터 | 정수기용카트리지 필터의 두께(mm) | 장력(kg) | |
| 비교제조예 1 | 비교예 1 | 3.5 | 1 |
| 비교제조예 2 | 실시예 1 | 0.7 | 1 |
| 비교제조예 3 | 실시예 1 | 40 | 1 |
| 비교제조예 4 | 실시예 1 | 3.5 | 0 |
| 비교제조예 5 | 실시예 1 | 3.5 | 7 |
실험예
3. 정수기용 카트리지의 성능 확인
상기 제조예 1 ~ 12 및 비교제조예 1 ~ 5 에서 제조된 정수기용 카트리지의 기본 물성을 파악하기 위해 분리막 기공 평가기(Maker:PMI, model: CFP-1200-AE) 기기를 사용하여 평균공경을 측정하였고, 평막 평가기((주)도레이케미칼 제작)를 이용하여 직경이 90 mm인 샘플 홀더를 통해 일정한 압력(1bar)으로 단위면적 및 분당 유량을 측정하였다.
또한, 평막 평가기((주)도레이케미칼 제작)을 이용하여 직경이 90 mm인 샘플 홀더를 통해 1bar의 정압에서 CFU/100㎖(CFU: colony-forming units)단위로 8.2×107/㎖로 희석한 박테리아(E. coli)를 수돗물에 희석하고 이 용액을 투과시켜 미생물 제거성능을 평가하였다.
또한, 평막 평가기((주)도레이케미칼 제작)-직경이 90 mm인 샘플 홀더를 통해 1bar의 정압에서 PFU/㎖(PFU: plaque formingunits)단위로 8×105/㎖로 희석한 바이러스(MS2 phage) 용액을 투과시켜 미생물 제거성능을 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.
사용주기 선정을 위하여, 수돗물 투과유량이 초기의 절반으로 감소되는 지점 또는 대장균제거율이 3.0 log 미만인 지점 또는 바이러스 제거율이 2log 이하인 지점 중 1개 이상의 조건이 되는 지점까지의 누적유량으로 산정하였다.
|
|
수돗물투과유량 (LPM) |
대장균 제거율 (log) |
MS2 바이러스 제거율(log) | 사용주기(L) |
|||
| 초기 | 말기 | 초기 | 말기 | 초기 | 말기 | ||
| 제조예 1 | 3.7 | 1.4 | 6.0 | 3.2 | 5.1 | 4.0 | 3700 |
| 제조예 2 | 3.6 | 1.9 | 5.8 | 3.4 | 4.6 | 3.4 | 2600 |
| 제조예 3 | 3.9 | 1.5 | 6.1 | 4.1 | 4.7 | 5.0 | 3800 |
| 제조예 4 | 3.6 | 1.7 | 4.1 | 1.8 | 4.2 | 3.7 | 1900 |
| 제조예 5 | 3.9 | 1.6 | 5.8 | 4.1 | 4.5 | 4.3 | 3500 |
| 제조예 6 | 3.7 | 1.2 | 5.8 | 3.3 | 5.3 | 4.2 | 3850 |
| 제조예 7 | 3.7 | 1.5 | 6.4 | 4.7 | 5.2 | 4.5 | 3730 |
| 제조예 8 | 3.8 | 1.7 | 6.5 | 4.2 | 5.9 | 4.2 | 3650 |
| 제조예 9 | 3.5 | 2.0 | 4.8 | 4.1 | 4.6 | 3.4 | 1560 |
| 제조예 10 | 3.7 | 1.9 | 5.3 | 3.6 | 4.9 | 3.7 | 2540 |
| 제조예 11 | 2.6 | 1.1 | 7.2 | 3.6 | 5.7 | 5.1 | 5800 |
| 제조예 12 | 2.6 | 1.1 | 7.2 | 3.6 | 5.7 | 5.1 | 5900 |
| 비교제조예 1 | 3.6 | - | 3.2 | - | 0 | - | 900 |
| 비교제조예 2 | 6.7 | 6.6 | 3.7 | 2.8 | 4.2 | 1.4 | 950 |
| 비교제조예 3 | 2.1 | 1.6 | 4.3 | 3.7 | 5.6 | 5.3 | 850 |
| 비교제조예 4 | 4.7 | 4.7 | 5.1 | 4.1 | 4.7 | 1.9 | 980 |
| 비교제조예 5 | 1.5 | 0.6 | 7.0 | 6.8 | 5.7 | 5.2 | 980 |
상기 표 5에서 알 수 있듯이, 제조예 1 ~ 제조예 12에서 제조된 정수기용 카트리지는 박테리아 제거율이 3.0 log 이상이고, 바이러스 제거율이 2.0 이상인 것을 확인할 수 있다. 보다 상세하게는 제조예 1 ~ 제조예 12의 경우 초기에는 바이러스 제거율 및 박테리아 제거율이 4.0 log 이상일 수 있고, 말기에는 3.0 log 이상일 수 있으므로, 초기와 말기의 성능변화가 크지 않은 것을 확인할 수 있다. 동시에 수투과유량 2.5 LPM 이상으로, 바람직하게는 3.5 LPM 이상으로 우수한 수투과도를 나타내는 것을 확인할 수 있다.
그러나, 비교제조예 1의 경우, 코팅되지 않은 부직포로 제조된 카트리지 필터를 사용함으로써, 평균수투과량이 크게 저하되지는 않으나 코팅층이 형성되지 않아 부직포의 표면전하가 음전하를 띠므로 바이러스 제거성능이 현저히 떨어지는 것을 확인할 수 있다.
또한, 카트리지 필터의 두께를 얇게 제조한 비교제조예 2의 경우, 수투과도는 우수하나 바이러스 제거성능은 저하되는 것을 확인할 수 있고, 두께를 두껍게 제조한 비교제조예 3의 경우, 수투과도가 현저히 낮은 것을 확인할 수 있었고, 평균수투과량도 감소하는 문제를 보였으며, 이는 가교제의 높은 함량으로 폴리에틸렌이민의 전기적 양전하 특성이 상쇄되었기 때문으로 판단된다.
그리고, 부직포의 평균 공경이 20 ㎛를 초과한 비교예 3의 경우, 수투과도는 우수하나 바이러스 제거성능이 현저히 저하되는 문제점이 발생하였다. 그리고, 카트리지 필터를 장착할 때 장력을 부과하지 않은 비교제조예 4의 경우, 초기와 말기의 성능차이가 크게 나타나 시간에 따른 내구성이 저조한 것을 확인할 수 있고, 장력을 과도하게 부과하여 필터를 장착한 비교제조예 5의 경우 수투과도가 현저히 저하되는 것을 확인할 수 있었다.
상기 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명의 정수기용 카트리지 필터는 코팅제의 종류 및 농도, 필터의 두께, 설치시의 장력 등이 적절히 조절됨에 따라 우수한 수투과량 및 바이러스 제거성능을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
10:코어부
20:제1스판본드층
21:제2스판본드층
30:정수기용 카트리지 필터
100:코어부
200:제1스판본드층
210:제2스판본드층
300:정수기용 카트리지 필터
400:케이지
500:엔드캡
20:제1스판본드층
21:제2스판본드층
30:정수기용 카트리지 필터
100:코어부
200:제1스판본드층
210:제2스판본드층
300:정수기용 카트리지 필터
400:케이지
500:엔드캡
Claims (19)
- 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리에스테르 섬유, 나일론 섬유 및 셀룰로오스 섬유 중 선택된 1종 이상을 함유한 부직포; 및 상기 부직포의 내부 및 표면에 포함된 섬유가닥의 표면에 양전하 코팅층;을 포함하며,
상기 양전하 코팅층은 친수성 유기용매 100 중량부에 대하여, 가교제 및 다관능성 아민 화합물 0.1 ~ 5.26 중량부를 포함하는 양전하 코팅제로 형성된 코팅층이고,
상기 양전하 코팅층은 다관능성 아민 화합물 및 가교제를 1 : 0.5 ~ 4 중량비로 포함하고,
상기 양전하 코팅층은 상기 부직포 내부 및 표면에 포함된 섬유가닥의 표면에 70 % 이상의 단위면적으로 코팅층을 형성하고 있으며,
상기 부직포의 평균두께는 0.1 mm ~ 2 ㎜이고, 평균공경이 0.5 ㎛~ 20 ㎛이며,
상기 친수성 유기용매는 글리콜계 용매 80 ~ 95 중량% 및 물 5 ~ 20 중량%를 포함하고,
필터의 표면전하는 15 ~ 50 mV이고, 필터의 평균수투과량이 35 ~ 100 ㎖/cm2·min·bar이며, 바이러스 제거율이 2.5 log ~ 6.0 log인 것을 특징으로 하는 정수기용 카트리지 필터.
- 제 1 항에 있어서, 상기 가교제는 비스페놀 A 에폭시 수지, 비스페놀 F 에폭시 수지, 수소첨가된 비스페놀 A 에폭시 수지, 수소첨가된 비스페놀 F 에폭시 수지, 난연성 에폭시(brominated epoxy) 수지 및 노볼락(Novolac)형 에폭시 수지 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 정수기용 카트리지 필터.
- 제1항에 있어서, 상기 다관능성 아민 화합물은 폴리에틸렌이민, 디에틸렌트리아민, 피페라진, 디메틸렌피페라진 및 디페닐아민 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 정수기용 카트리지 필터.
- 삭제
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- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 정수기용 카트리지 필터는 직수형 필터 또는 언더싱크형 필터로 사용되는 것을 특징으로 하는 정수기용 카트리지 필터.
- 원통형의 코어부;
상기 코어부를 둘러싸며 구비되는 제1스판본드층;
상기 스판본드층을 둘러싸고, 적층 및 권취되어 구비되는 제1항 내지 제3항 및 제8항 중에서 선택된 어느 한 항의 정수기용 카트리지 필터;
상기 정수기용 카트리지 필터를 둘러싸며 구비되는 제2스판본드층;
상기 제2스판본드층의 외주면 측에 구비되는 튜브형의 케이지; 및
상기 케이지의 상면 및 하면 단부에 결합되는 엔드캡;을 포함하며,
상기 정수기용 카트리지 필터는 0.5 kg ~ 5 kg의 장력을 가하여, 두께가 1 mm ~ 30 mm로 권취된 것이며,
박테리아 제거율이 3.0 log 이상이고, 바이러스 제거율이 2.5 log ~ 6.0 log인 것을 특징으로 하는 정수기용 카트리지.
- 삭제
- 삭제
- 제9항에 있어서, 상기 정수기용 카트리지 필터는 평균수투과유량이 1 LPM ~ 6 LPM인 것을 특징으로 하는 정수기용 카트리지.
- 삭제
- 제9항에 있어서, 상기 정수기용 카트리지는 1000 L ~ 6000 L 사용시마다 교체되는 것을 특징으로 하는 정수기용 카트리지.
- 친수성 유기용매 100 중량부에 대하여, 가교제 및 다관능성 아민 화합물 0.1 ~ 5.26 중량부를 포함하는 양전하 코팅제에 부직포를 침전시켜서 양전하 코팅제를 코팅시키는 단계; 및
양전하 코팅제가 코팅된 부직포를 열가교시켜서 양전하 코팅층을 형성시키는 단계;를 포함하고,
상기 다관능성 아민 화합물 및 가교제는 1 : 0.5 ~ 4 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 정수기용 카트리지 필터의 제조방법.
- 제15항에 있어서,
상기 친수성 유기용매는 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol), 에틸렌글리콜(ethylene glycol), 프로필렌글리콜(propylene glycol), 디에틸렌글리콜(diethylene glycol), 에틸렌 글리콜에틸이서(ethylene glycol ether), 디에틸렌글리콜에틸이서(diehtylene glycol ethyl ether), 디에틸렌글리콜메틸이서(diethylene glycol methyl ether) 및 디에틸렌글리콜헥실이서(diethylenehexyl glycol hexyl ether) 중 선택된 1종 이상을 함유하고,
상기 가교제는 비스페놀 A 에폭시 수지, 비스페놀 F 에폭시 수지, 수소첨가된 비스페놀 A 에폭시 수지, 수소첨가된 비스페놀 F 에폭시 수지, 난연성 에폭시(brominated epoxy) 수지 및 노볼락형 에폭시 수지 중에서 선택된 1종 이상을 함유하고,
상기 다관능성 아민 화합물은 폴리에틸렌이민, 디에틸렌트리아민, 피페라진, 디메틸렌피페라진 및 디페닐아민 중에서 선택된 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 정수기용 카트리지 필터의 제조방법.
- 제15항에 있어서, 상기 친수성 유기용매는 글리콜계 용매 80 ~ 95 중량% 및 물 5 ~ 20 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 정수기용 카트리지 필터의 제조방법.
- 제15항에 있어서, 상기 침전은 5℃ ~ 40℃에서 5초 ~ 12시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 정수기용 카트리지 필터의 제조방법.
- 제15항에 있어서, 상기 열가교는 60℃ ~ 130℃ 하에서, 15초 ~ 6시간 동안 가교를 수행하는 것을 특징으로 하는 정수기용 카트리지 필터의 제조방법.
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