KR101727374B1 - 정수기용 카트리지 필터, 이의 제조방법 및 이를 포함한 자연여과식 정수기 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예는 박테리아 및 세균의 제거 기능을 유지하면서, 나노 사이즈의 바이러스도 효과적으로 제거할 수 있는 정수기용 카트리지 필터, 이의 제조방법 및 이를 포함한 자연여과식 정수기를 제공하며, 이를 위하여 코어부; 단면이 절곡 형상으로, 상면에서 하면으로 갈수록 작은 단면을 가지며, 코어부의 외주면을 둘러싸도록 구비되는 필터부; 필터부 외주부에 구비되는 원통형의 하우징; 및 하우징의 상면 및 하면 단부에 결합되는 엔드캡;를 포함하며, 필터부는 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리에스테르 섬유, 나일론 섬유 및 셀룰로오스 섬유 중 선택된 1종 이상을 함유한 제1부직포; 제1부직포의 양 면에 겹쳐지는 스판보드층; 및 부직포의 내부 및 표면에 포함된 섬유가닥의 표면에 형성되는 양전하 코팅층;을 포함하는 정수기용 카트리지 필터가 제공한다.
Description
본 발명은 정수기용 카트리지 필터, 이의 제조방법 및 이를 포함한 자연여과식 정수기에 관한 것이다.
최근 산업의 발달로 인해, 수질오염과 이에 따른 수자원 부족이 심각한 문제로 떠오르고 있다. 산업구조가 고도화되고 인구 증가, 생활수준의 향상 등으로 인해 보다 양질의 용수에 대한 요구 및 수요가 급증하고 있는 반면, 생활오수 및 산업폐수 등으로 인한 수질오염은 갈수록 심각해져 오히려 사용 가능한 물은 더욱 부족해지고 있는 실정이다. 이에 사람이 마실 수 있는 깨끗한 물을 제공할 목적으로 정수기가 개발되어 널리 사용되고 있다.
일반적으로 정수기는 정수방식에 따라 분류하면, 직결여과식, 자연여과식, 역삼투식 등으로 나눌 수 있다. 직결여과식은 수도전에 직접 연결하는 형태로 물이 여러 층의 필터를 거쳐 통과하면서 정화되어 간편하게 사용하는 방식이고, 자연여과식은 상/하부 수조를 적층구비하여 상부수조에 저장된 물이 중력에 의해 필터부를 통해 하부수조로 낙하하면서 자연여과되는 형태로 정화하는 방식이며, 역삼투방식은 삼투현상을 인위적인 압력을 가하여 역으로 진행시켜 고농도의 물분자를 저농도의 지역으로 이동시킴으로 순수한 물만을 생성하는 방식이다.
이러한 자연여과식 정수방식은 인도 등에서와 같이 아직 환경오염이 그리 심하지 않은 국가들에서 흔히들 사용하는 정수방식으로서, 물의 중력에 의하여 자연스럽게 원수가 필터를 스며들어 서서히 걸러져 필터부에 작용하는 부하가 작아 수명이 길고, 소량의 물을 정수하는데 사용된다.
그러나, 자연여과식 정수방식은 그 정수방식상 몇 가지 불편함이 존재하는데, 원수저장용량에 한계가 있어 원수를 자주 보충해야하고, 정수가 소진된 경우에는 원수보충에 따른 정수 생성시까지 불필요한 대기시간이 발생된다.
이에 따라 자연여과식 정수기는 탱크 등에 상시적으로 물이 충만되는 관계로 물때 등의 오염은 물론 세균번식가능성이 크다는 문제점이 있었다.
또한, 바이러스 및 박테리아의 경우 크기가 작기 때문에 일반 여과에 의해서는 거의 처리되지 않는다는 문제점이 있었다.
본 발명의 일 실시예는 박테리아 및 세균의 제거 기능을 유지하면서, 나노 사이즈의 바이러스도 효과적으로 제거할 수 있는 정수기용 카트리지 필터, 이의 제조방법 및 이를 포함한 자연여과식 정수기를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면 코어부; 단면이 절곡 형상으로, 상면에서 하면으로 갈수록 작은 단면을 가지며, 코어부의 외주면을 둘러싸도록 구비되는 필터부; 필터부 외주부에 구비되는 원통형의 하우징; 및 하우징의 상면 및 하면 단부에 결합되는 엔드캡;를 포함하며, 필터부는 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리에스테르 섬유, 나일론 섬유 및 셀룰로오스 섬유 중 선택된 1종 이상을 함유한 제1부직포; 제1부직포의 양 면에 겹쳐지는 스판보드층; 및 부직포의 내부 및 표면에 포함된 섬유가닥의 표면에 형성되는 양전하 코팅층;을 포함하는 정수기용 카트리지 필터가 제공한다.
이때, 필터부는 코어부의 외측 방향으로 굽어진 형태의 제1절곡부 및 코어부의 내측 방향으로 굽어진 형태의 제2절곡부를 포함하며, 제1절곡부 및 제2절곡부가 교대로 반복 형성될 수 있다.
이때, 제1부직포의 일면 상에 겹쳐지는 제2부직포 및 멤브레인을 더 포함하여 필터부가 다층으로 구성될 수 있다.
이때, 필터부의 면적은 0.05㎡ 내지 2㎡를 가질 수 있다.
이때, 필터부의 하면 직경은 5㎝ 이고, 상기 필터부의 상면 직경은 상기 하면 직경으로부터 2 내지 10배의 직경을 가질 수 있다.
이때, 멤브레인의 평균공경이 0.1㎛ 내지 2.0㎛일 수 있다.
이때, 필터부는 바이러스 제거율이 4 log 이상이며, 박테리아 제거율이 3 log 이상일 수 있다.
이때, 양전하 코팅층은 가교제 및 다관능성 아민 화합물에 의해 상기 제1부직포의 내부 및 표면에 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 원수가 공급 및 저장되는 제1탱크; 제1탱크의 원수를 정화하는 전술한 구조의 카트리지 필터; 카트리지 필터를 매개로 제1탱크와 연결되고, 카트리지 필터에서 정화된 정수가 저장 및 공급되는 제2탱크; 및 제2탱크의 일측 면에 구비되어 정수가 배출되는 배출부;를 포함하는 자연여과식 정수기가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, (A) 친수성 유기용매 100 중량부에 대하여, 가교제 및 다관능성 아민 화합물 0.1 ~ 5.26 중량부를 포함하는 양전하 코팅제에 제1부직포를 침전시켜서 양전하 코팅제를 코팅시키는 단계; 및 (B) 양전하 코팅제가 코팅된 제2부직포를 열가교시켜서 양전하 코팅층을 형성시키는 단계;를 포함하고, 부직포와 양전하 코팅층은 상면에서 하면으로 갈수록 작은 단면을 갖는 정수기용 카트리지 필터의 필터부 제조방법이 제공된다.
이때, 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(diethylene glycol hexyl ether) 중 선택된 1종 이상을 함유하고, 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, 다관능성 아민 화합물은 폴리에틸렌이민, 디에틸렌트리아민, 피페라진, 디메틸렌피페라진 및 디페닐아민 중에서 선택된 1종 이상을 함유할 수 있다.
이때, 친수성 유기용매는 글리콜계 용매 80 ~ 95 중량% 및 물 5 ~ 20 중량%를 포함할 수 있다.
이때, 침전은 15℃~ 40℃에서 5초 ~ 12시간 동안 수행할 수 있다.
이때, 열가교는 60℃ ~ 130℃하에서, 15초 ~ 6시간 동안 가교를 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지 필터의 필터부가 절곡 형상으로 형성된 부직포에 양전하 코팅층을 형성하여, 원수에 포함되는 음전하를 띄우는 박테리아, 바이러스 등과 같은 세균을 흡착하여 제거할 수 있다.
또한, 필터부의 상면에서 하부로 갈 수록 필터부가 조밀하도록 코어부를 감싸도록 코어부 및 필터부는 역 원뿔 형상으로 형성됨으로써, 필터부의 상면에서 유입되는 원수는 필터부의 하면으로 이동하면서, 원수 내에 이물질, 바이러스, 및 박테리아를 더 효과적으로 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지 필터를 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지 필터에서 필터부의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 필터부의 단면도이다.
도 4는 도 3에서 A 부분의 확대도이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 필터부의 확대도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지 필터가 장착되는 자연여과식 정수기를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지 필터에서 필터부의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 필터부의 단면도이다.
도 4는 도 3에서 A 부분의 확대도이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 필터부의 확대도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지 필터가 장착되는 자연여과식 정수기를 도시한 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지 필터를 도시한 분해 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지 필터에서 필터부의 분해 사시도이고, 도 3은 도 2의 필터부의 단면도이며, 도 4는 도 3에서 A 부분의 확대도이고, 도 5는 다른 실시예에 따른 필터부의 확대도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 카트리지 필터(100)는 다양한 중력식 수처리 장치에 사용되어 물 속에 포함되어 있는 오염물질을 제거하기 위한 것으로, 코어부(110), 단면이 절곡 형상으로, 코어부(110)의 외주면을 둘러싸도록 구비되는 필터부(120), 필터부(120)의 외주부에 구비되는 원통형의 하우징(130), 및 하우징(130)의 상면 및 하면 단부에 결합되는 엔드캡(140, 150)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 코어부(110)는 본 발명에 따른 정수기용 필터부를 지지하여 카트리지 필터를 제조할 수 있는 것이라면 특별히 한정되는 것은 아니다.
또한, 코어부(110)는 금속 또는 플라스틱 같은 강체형 물질로 제조될 수 있다.
필터부(120)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상면에서 하면으로 갈수록 작은 단면을 가지도록 형성될 수 있으며, 상세하게는 역 원뿔 형상을 가질 수 있다.
이때, 역 원뿔 형상의 필터부(120)의 수직 높이는 5 내지 50㎝를 가질 수 있으며, 필터부(120)의 하부 직경은 5㎝로 형성될 수 있고, 필터부(120)의 상부 직경은 필터부(120)의 하부 직경의 2배 내지 10배의 직경을 가지도록 형성될 수 있다.
또한, 필터부(120)는 도 3에 도시된 바와 같이, 그 단면이 절곡된 형상이 연속해서 이루어질 수 있으며, 절곡된 형상의 주름들이 코어부(110)의 외주면을 따라 서로 접할 수 있고, 충분한 수의 주름들이 형성되어야 원수들을 여과하는데 효과적이다.
즉, 필터부(120)는 제1절곡부(122) 및 제 2절곡부(124)를 포함하여 절곡된 형상을 형성할 수 있다. 필터부(120)는 제1절곡부(122) 및 제2절곡부(124)가 교대로 반복되어 형성될 수 있으며, 이때, 필터부(120)의 면적은 0.05㎡ 내지 2㎡를 가질 수 있다.
또한, 필터부(120)는 도 4에 도시된 바와 같이, 제1부직포(126), 제1부직포(126)의 양 면에 겹쳐지는 스판보드층(127); 및 제1부직포(126) 및 스판보드층(127)의 내부 및 표면에 포함된 섬유가닥의 표면에 형성되는 양전하 코팅층(128)으로 구성될 수 있다.
구체적으로, 제1부직포(126) 및 스판보드층(127)은 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.
이때, 제1부직포(126)의 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, 제1부직포의 평균 공경이 0.5 ㎛ 미만인 경우 수투과도가 낮아지는 문제가 있을 수 있으며, 20 ㎛를 초과하는 경우 바이러스 제거성능이 감소하는 문제가 있을 수 있다.
또한, 제1부직포(126)의 내부 및 표면에 포함된 섬유가닥의 표면에 양전하 코팅층을 포함하며, 양전하 코팅층(128)은 제1부직포(126)의 섬유가닥 표면에서 섬 형태로 이격되어 형성되는 것이 아니라, 섬유가닥의 표면을 완전히 둘러싸도록 코팅될 수 있다.
양전하 코팅층(128)은 평균두께 0.01 ~ 3 ㎛으로, 바람직하게는 0.05 ~ 2.5 ㎛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, 양전하 코팅층(128)은 제1부직포(126) 내부 및 표면에 포함된 섬유가닥의 표면에 80 % 이상의 단위면적으로 형성되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 섬유가닥의 표면에 85 % 이상의 단위면적으로 형성되는 것이 좋다.양전하 코팅층이 상기 섬유가닥의 표면에 80 % 미만의 단위면적으로 형성되는 경우, 양전하 코팅의 균일성 저하로 바이러스 흡착성능이 불균일해지는 물성불균일 문제가 있다.
또한, 양전하 코팅층(128)은 가교제 및 다관능성 아민 화합물을 포함할 수 있으며, 다관능성 아민 화합물 및 가교제를 1 : 0.7 ~ 4의 중량비로 포함하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1 : 1 ~ 2의 중량비로 포함하는 것이 좋다.
만약, 다관능성 아민 화합물 및 가교제가 1: 0.7 미만으로 포함되는 경우에는 가교제 사용량이 적어 다관능성 아민 화합물이 제1부직포로부터 쉽게 떨어져 나갈 수 있는 문제점이 있고, 1 : 4 중량비를 초과하여 포함되는 경우에는 양전하 코팅제의 점도가 너무 높아져서 제1부직포의 내부 즉, 제1부직포의 섬유를 충분하게 코팅시키지 못하여 정수기용 카트리지 필터의 공경 크기 감소로 인해 수투과량이 감소하며, 양전하 특성이 감소되어 바이러스 제거율이 감소하는 문제점이 있을 수 있다.
또한, 필터부(120)는 도 5에 도시된 바와 같이, 제1부직포(126)의 일측 면에 제2부직포(129)가 적층되어 다층으로 형성될 수 있다.
제2부직포(129)의 내부 및 표면에 포함된 섬유가닥의 표면에 양전하 코팅층(128)을 포함하며, 양전하 코팅층(128)은 제2부직포(129)의 섬유가닥 표면에서 섬 형태로 이격되어 형성되는 것이 아니라, 섬유가닥의 표면을 완전히 둘러싸도록 코팅될 수 있다.
이때, 제2부직포(129)로는 도 4에 상술되어 있는 제1부직포와 동일하거나, 또는 제2부직포(129)로는 멤브레인이 사용될 수 있다.
여기서, 제2부직포(129)로 멤브레인이 사용되는 경우 멤브레인의 평균공경은 0.1 ㎛ 내지 2.0 ㎛를 가질 수 있다.
한편, 도 4 및 도 5에 따른 필터부는 제1부직포(126) 또는 제1부직포(126)와 제2부직포(129)로 배치되어 형성되는 것으로 설명하고 도시하고 있으나, 본 발명의 구성이 이로 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 제1부직포를 복수개로 적층하거나, 또는 복수개의 제1부직포를 적층한 후 멤브레인 필터를 재적층하여 필터부를 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 카트리지 필터(100)는 박테리아 제거율이 3 log 이상이고, 바이러스 제거율이 4 log 이상일 수 있다.
또한, 정수기용 카트리지 필터(100)는 1200 L ~ 7000 L 사용시마다 교체되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1300 L ~ 6500 L 사용시마다 교체되는 것이 좋다. 상기 범위를 벗어나는 경우 필터가 오염되거나 손상될 가능성이 있다.
앞서 설명한 본 발명의 필터부(120)를 제조하는 방법에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 정수기용 카트리지 필터(100)는 제1부직포(126)를 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 제1부직포를 침전시켜서 양전하 코팅제를 코팅시키는 단계; 및 양전하 코팅제가 코팅된 제1부직포를 열가교시켜서 양전하 코팅층을 형성시키는 단계;를 포함할 수 있으며, 이때, 제1부직포와 양전하 코팅층은 상면에서 하면으로 갈수록 작은 단면을 갖도록 형성될 수 있다. 본 발명을 단계별로 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 제조방법에서 사용하는 상기 부직포의 종류, 특징 등은 앞서 설명한 바와 동일하다.
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, 다관능성 아민 화합물은 제1 및 제2부직포의 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.
그리고, 다관능성 아민 화합물 및 가교제는 친수성 유기용매에 용해시켜 농도를 조절할 수 있고, 이를 통해 코팅제의 점도 및 흡착도 등을 제어할 수 있다. 또한 친수성 유기용매를 사용하여 소수성인 부직포의 섬유를 코팅하여 부직포를 친수성으로 개질가능하다. 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. 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, 침전은 5℃ ~ 40℃에서 5초 ~ 12시간 동안 수행하는 것이, 바람직하게는 20℃ ~ 30℃에서 수행하는 것이 좋으며, 이때, 15℃ 미만에서 수행시 에폭시 점착력이 감소되는 문제가 있을 수 있고, 40℃를 초과하는 온도에서 수행시 용매 증기 발생에 의한 유해환경 및 코팅 용액 농도의 경시변화가 있을 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, 양전하 코팅제가 코팅된 부직포를 열가교시켜서 양전하 코팅층을 형성시키는 단계에서 상기 열가교는 60℃ ~ 130℃ 하에서, 더욱 바람직하게는 80℃ ~ 100℃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 정수기용 카트리지 필터의 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 6㎛, 섬도 3㎛ 및 평균두께 700 ㎛를 갖는 폴리프로필렌 부직포를 상기 양전하 코팅제에 25℃에서 30초간 침적시킨 후, 이를 꺼내서, 80℃에서 6시간 동안 열 가교를 실시하여 필터부를 제조하였다.
상기와 같은 방법으로 제조된 필터부는 두 개의 부직포가 적층되어 역 원뿔 형상으로 코어부의 외주면에 설치되되, 유효단면적이 0.15㎡이 되도록 설치하여 카트리지 필터를 제조하였다.
실시예 2-4. 정수기용 카트리지 필터의 제조
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 하기 표 1과 동일한 조건으로 정수기용 카트리지 필터를 제조하였다.
비교예 1. 정수기용 카트리지 필터의 제조
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 필터부는 하나의 부직포를 사용하여 정수기용 카트리지 필터를 제조하였다.
비교예 2-3. 정수기용 카트리지 필터의 제조
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 하기 표 1과 동일한 조건으로 정수기용 카트리지 필터를 제조하였다.
| 구분 | 필터 구성 | 유효 단면적 |
| 실시예 1 | 부직포 2겹+양전하 코팅층 | 0.15 |
| 실시예 2 | 부직포 3겹+양전하 코팅층 | 0.15 |
| 실시예 3 | 부직포 2겹+폴리설폰멤브레인 0.2㎛1겹+양전하 코팅층 | 0.15 |
| 실시예 4 | 항여재 3겹+폴리설폰멤브레인 0.2㎛1겹+양전하 코팅층 | 0.15 |
| 비교예 1 | 부직포 1겹+양전하 코팅층 | 0.15 |
| 비교예 2 | 부직포 1겹+ 폴리설폰멤브레인 0.2㎛1겹+양전하 코팅층 | 0.15 |
| 비교예 3 | 부직포 4겹+양전하 코팅층 | 0.15 |
실험예 1. 정수기용 카트리지 필터의 성능 확인
상기 실시예 1~4, 비교예 1~3에서 제조된 카트리지 필터의 성능 평가를 위하여 10L의 조제수를 원수 탱크에 저장하였다.
이때, 조제수에는 박테리아 108 cfu/100㎖, 바이러스(MS2 bactriophage) 105 pfu/㎖를 포함하여 제조하였다.
또한, 조제수가 카트리지 필터에 투과시 원수 탱크 내 조제수량이 10L를 유지하도록 연속적으로 원수 탱크 내에 조제수를 저장시킨다.
이후, 카트리지 필터를 투과한 정제수를 샘플링하여, 투과유량, 조제수 내에 박테리아 및 바이러스의 제거율을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
| 구분 |
항목 |
정수량 L | |||||||
| 초기 | 100 | 1000 | 2000 | 3000 | 4000 | 5000 | 6000 | ||
| 실시예 1 | 박테리아 제거율(LRV) |
4.7 | 4.5 | 4.6 | 4.8 | 3.7 | 3.4 | 3.6 | 3.2 |
| 실시예 2 | 4.9 | 4.9 | 5.1 | 5.3 | 5.2 | 4.3 | 4.1 | 4.1 | |
| 실시예 3 | 6.8 | 6.8 | 6.8 | 6.7 | 6.8 | 6.5 | 6 | 5.8 | |
| 실시예 4 | 7.5 | 7.8 | 7.1 | 7.4 | 7 | 7 | 6.8 | 6.1 | |
| 비교예 1 | 2.3 | 2.6 | 2.3 | 2.2 | 2.7 | 2.1 | 2.3 | 2.1 | |
| 비교예 2 | 4.2 | 4.1 | 4.5 | 3.8 | 4.1 | 4.2 | 2.4 | 1.8 | |
| 비교예 3 | 4.4 | 4.6 | 4.1 | 4.3 | 4.8 | 3.7 | 3.2 | 2.4 | |
| 구분 |
항목 |
정수량 L | |||||||
| 초기 | 100 | 1000 | 2000 | 3000 | 4000 | 5000 | 6000 | ||
| 실시예 1 | 바이러스 제거율(LRV) |
4.3 | 5.1 | 4.2 | 4.6 | 4.5 | 4 | 4.2 | 4 |
| 실시예 2 | 4 | 4.1 | 4.2 | 4.3 | 4.3 | 4.1 | 4.2 | 4.4 | |
| 실시예 3 | 5.3 | 4.3 | 5.4 | 5.3 | 5 | 5.3 | 4.5 | 4 | |
| 실시예 4 | 5.6 | 5.5 | 5.6 | 5.6 | 5.5 | 5.8 | 5.2 | 4.6 | |
| 비교예 1 | 4.2 | 4.1 | 4.3 | 3.2 | 3.2 | - | - | - | |
| 비교예 2 | 3.7 | 4.2 | 4.3 | 4.1 | 3.3 | 2.6 | - | - | |
| 비교예 3 | 5.6 | 5.3 | 5.1 | 4.7 | 4.5 | 5.1 | 5.2 | 4.8 | |
| 구분 |
항목 |
정수량 L | |||||||
| 초기 | 100 | 1000 | 2000 | 3000 | 4000 | 5000 | 6000 | ||
| 실시예 1 | 순간유량(㎖/min) |
312 | 334 | 326 | 315 | 282 | 251 | 175 | 154 |
| 실시예 2 | 307 | 287 | 314 | 296 | 275 | 245 | 214 | 182 | |
| 실시예 3 | 167 | 134 | 154 | 145 | 138 | 127 | 112 | 107 | |
| 실시예 4 | 154 | 148 | 151 | 145 | 137 | 121 | 114 | 103 | |
| 비교예 1 | 567 | 524 | 543 | 553 | 516 | 482 | 464 | 448 | |
| 비교예 2 | 157 | 154 | 148 | 127 | 109 | 88 | 74 | 48 | |
| 비교예 3 | 265 | 246 | 275 | 246 | 238 | 196 | 174 | 145 | |
상기 표 2 내지 표4에서 알 수 있듯이, 실시예 1 ~ 실시예 4의 정수기용 카트리지 필터의 바이러스 제거 성능은 정수기용 카트리지 필터의 제조조건에 따라 평균 순간 유량이 약 100㎖/min 이상, 바람직하게는 70 ~600㎖/min 인 것을 확인할 수 있고, 바이러스 제거성능이 4.0log 이상, 바람직하게는 2.6 ~ 6log로 매우 우수한 것을 확인할 수 있으며, 박테리아 제거성능이 3.0log 이상, 바람직하게는 1.8 ~ 8.0 log로 매우 우수한 것을 확인할 수 있었다.
구체적으로, 본 발명에 따르면 순간 유량이 100 ㎖/min 이상이면서, 바이러스 제거성능 또한 4.0log 이상, 박테리아 제거성능 또한 3.0 log 이상으로 우수한 성능을 갖는 정수기용 카트리지 필터를 제조할 수 있었다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지 필터가 장착되는 자연여과식 정수기를 도시한 사시도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 자연여과식 정수기(200)는 원수가 공급 및 저장되는 제1탱크(210), 제1탱크(210)의 원수를 정화하는 카트리지 필터(100), 카트리지 필터(100)를 매개로 제1탱크(210)와 연결되고, 카트리지 필터(100)에서 정화된 정수가 저장 및 공급되는 제2탱크(220), 제2탱크(220)의 일측 면에 구비되어 정수가 배출되는 배출부(230)를 포함할 수 있다.
이때, 카트리지 필터(100)는 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명된 바와 같은 구성으로 이루어져 있다.
간략하게 설명하면, 카트리지 필터(100)는 코어부(110), 단면이 절곡 형상으로, 코어부(110)의 외주면을 둘러싸도록 구비되는 필터부(120), 필터부 외주부에 구비되는 원통형의 하우징(130), 및 필터부(120)의 상면 및 하면 단부에 결합되는 엔드캡(140, 150)를 포함할 수 있다.
필터부(110)는 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리에스테르 섬유, 나일론 섬유 및 셀룰로오스 섬유 중 선택된 1종 이상을 함유한 제1부직포(126); 제1부직포(126)의 양 면에 겹쳐지는 스판보드층(127); 및 제1부직포(126)의 내부 및 표면에 포함된 섬유가닥의 표면에 형성되는 양전하 코팅층(128)을 포함할 수 있다.
이때, 필터부(120)의 상면에서 하부로 갈 수록 필터부(120)가 조밀하도록 코어부(110)를 감싸도록 코어부(110) 및 필터부(120)는 역 원뿔 형상으로 형성됨으로써, 필터부(120)의 상면에서 유입되는 원수는 필터부(120)의 하면으로 이동하면서, 필터부(120)의 내측에서 외측으로 이동함에 따라, 원수 내에 이물질, 바이러스, 및 박테리아를 더 효과적으로 제거할 수 있다.
구체적인 구성 및 제조 방법은 도 1 내지 도 5를 참조하여 상술한 부분을 참고하며, 자세한 설명은 생략하도록 한다.
하우징(130)은 제1하우징(132) 및 제2하우징(134)을 포함할 수 있으며, 제1하우징(132)은 제1탱크(210)에 설치될 수 있고, 제2하우징(134)은 제2탱크(220)에 설치될 수 있다.
또한, 제1하우징(132)의 내부에는 필터부(120)가 설치될 수 있다.
또한, 제2하우징(134)은 제1하우징(132)의 하부에 설치되며, 필터부(120)에서 정수된 정수가 하부 엔드캡(150)을 통하여 제2하우징(134)으로 유입되어 제2탱크(220)로 유출될 수 있다.
상면 및 하면에 결합되는 한 쌍의 엔드캡(140, 150)에는 원수가 유입되고 배출될 수 있는 개구(142, 152)가 형성될 수 있다.
제1탱크(210) 내부로 유입된 원수는 필터부(120) 상면 단부에 결합되는 엔드캡(140)에 형성되는 입수 개구(142)로 유입될 수 있으며, 카트리지 필터(100)로 유입되는 원수는 절곡 형성된 필터부(120)에 의해 바이러스, 박테리아 등의 세균이 제거될 수 있다.
이때, 필터부(120)는 가교제, 다관능성 아민 및 용매의 종류 및 농도가 적절히 도입되어 제조될 수 있으며, 필터부(120)의 제1부직포(126)에 코팅되는 양전하 코팅(128)에 의해 우수한 수투과량 및 바이러스 제거성능을 가질 수 있다.
이후, 필터부(120)의 하면 단부에 결합되는 엔드캡(150)에 형성되는 배출 개구(152)를 통하여 제2하우징(134)로 유출된 후, 제2하우징(134) 외주면에 형성되는 배출구(138)를 통하여 제2탱크(220)로 유출될 수 있고, 사용자가 정수물을 마실 경우 제2탱크(220)의 외주면에 결합되는 배출부(230)를 통하여 정수된 물이 배출될 수 있다.
따라서, 자연여과식 정수기에 사용되는 카트리지 필터의 필터부가 절곡 형상으로 형성된 부직포에 양전하 코팅층을 형성하여, 원수에 포함되는 음전하를 띄우는 박테리아, 바이러스 등과 같은 세균을 흡착하여 제거할 수 있다.
또한, 필터부의 상면에서 하부로 갈 수록 필터부가 조밀하도록 코어부를 감싸도록 코어부 및 필터부는 역 원뿔 형상으로 형성됨으로써, 필터부의 상면에서 유입되는 원수는 필터부의 하면으로 이동하면서, 원수 내에 이물질, 바이러스, 및 박테리아를 더 효과적으로 제거할 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
100 : 카트리지 필터 110 : 코어부
120 : 필터부 130 : 하우징
140, 150 : 엔드캡 200 : 자연여과식 정수기
210 : 제1탱크 220 : 제2탱크
120 : 필터부 130 : 하우징
140, 150 : 엔드캡 200 : 자연여과식 정수기
210 : 제1탱크 220 : 제2탱크
Claims (14)
- 코어부;
단면이 절곡 형상으로, 상면에서 하면으로 갈수록 작은 단면을 가지며, 상기 코어부의 외주면을 둘러싸도록 구비되는 필터부;
상기 필터부 외주부에 구비되는 원통형의 하우징; 및
상기 하우징의 상면 및 하면 단부에 결합되는 엔드캡;를 포함하며,
상기 필터부는 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리에스테르 섬유, 나일론 섬유 및 셀룰로오스 섬유 중 선택된 1종 이상을 함유한 제1부직포; 상기 제1부직포의 양 면에 겹쳐지는 스판보드층; 및 가교제 및 다관능성 아민 화합물로 이루어져 상기 제1부직포에 포함된 섬유가닥의 표면에 형성되는 양전하 코팅층;을 포함하고,
상기 필터부는 친수성 유기용매 100중량부에 대하여, 상기 가교제 및 상기 다관능성 아민 화합물 0.1 내지 5.26 중량부를 포함하는 양전하 코팅제에 의해 상기 제1부직포에 상기 양전하 코팅층이 형성되는 정수기용 카트리지 필터. - 제 1 항에 있어서,
상기 필터부는 상기 코어부의 외측 방향으로 굽어진 형태의 제1절곡부 및 상기 코어부의 내측 방향으로 굽어진 형태의 제2절곡부를 포함하며,
상기 제1절곡부 및 상기 제2절곡부가 교대로 반복 형성되는 정수기용 카트리지 필터. - 제 2 항에 있어서,
상기 제1부직포의 일면 상에 겹쳐지는 제2부직포 및 멤브레인을 더 포함하여 상기 필터부가 다층으로 구성되는 정수기용 카트리지 필터. - 제 1 항에 있어서,
상기 필터부의 면적은 0.05㎡ 내지 2㎡를 갖는 정수기용 카트리지 필터. - 제 1 항에 있어서,
상기 필터부의 하면 직경은 5㎝ 이고, 상기 필터부의 상면 직경은 상기 하면 직경으로부터 2 내지 10배의 직경을 갖는 정수기용 카트리지 필터. - 제 3 항에 있어서,
상기 멤브레인의 평균공경이 0.1㎛ 내지 2.0 ㎛인 정수기용 카트리지 필터. - 제 1 항에 있어서,
상기 필터부는 바이러스 제거율이 4 log 이상이며, 박테리아 제거율이 3 log 이상인 정수기용 카트리지 필터. - 삭제
- 원수가 공급 및 저장되는 제1탱크;
상기 제1탱크의 원수를 정화하는 제1항 내지 제7항 중에서 선택된 어느 한 항의 카트리지 필터;
상기 카트리지 필터를 매개로 상기 제1탱크와 연결되고, 상기 카트리지 필터에서 정화된 정수가 저장 및 공급되는 제2탱크; 및
상기 제2탱크의 일측 면에 구비되어 상기 정수가 배출되는 배출부;를 포함하는 자연여과식 정수기. - (A) 친수성 유기용매 100 중량부에 대하여, 가교제 및 다관능성 아민 화합물 0.1 ~ 5.26 중량부를 포함하는 양전하 코팅제에 제1부직포를 침전시켜서 양전하 코팅제를 코팅시키는 단계; 및
(B) 양전하 코팅제가 코팅된 제1부직포를 열가교시켜서 양전하 코팅층을 형성시키는 단계;를 포함하고,
상기 제1부직포와 상기 양전하 코팅층은 상면에서 하면으로 갈수록 작은 단면을 갖는 정수기용 카트리지 필터의 필터부 제조방법. - 제10항에 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(diethylene 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 정수기용 카트리지 필터의 필터부 제조방법. - 제10항에 있어서,
상기 친수성 유기용매는 글리콜계 용매 80 ~ 95 중량% 및 물 5 ~ 20 중량%를 포함하는 정수기용 카트리지 필터의 필터부 제조방법. - 제10항에 있어서,
상기 침전은 15℃~ 40℃에서 5초 ~ 12시간 동안 수행하는 정수기용 카트리지 필터의 필터부 제조방법. - 제10항에 있어서,
상기 열가교는 60℃ ~ 130℃하에서, 15초 ~ 6시간 동안 가교를 수행하는 정수기용 카트리지 필터의 필터부 제조방법.
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