KR101993891B1 - 실리카를 이용한 세라믹 필터 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 세라믹 필터 - Google Patents

실리카를 이용한 세라믹 필터 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 세라믹 필터 Download PDF

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Abstract

고온 고압의 환경에서도 사용 가능하고 초미세 먼지까지도 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 내약품성까지도 우수하여 화학공정에서도 사용할 수 있는 실리카를 이용한 세라믹 필터 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 세라믹 필터가 개시된다. 상기 실리카를 이용한 세라믹 필터 제조방법은 실리카를 다수의 입자 크기를 가지도록 파쇄하는 파쇄단계와, 상기 다수의 입자 크기를 가지도록 파쇄된 실리카를 입도별로 분리하는 입도 분리단계와, 상기 입도별로 분리된 실리카를 미리 정해진 혼합 비율로 혼합한 후, 점토, 소결제, 바인더 및, 유기물을 첨가하여 혼합시키는 혼합단계와, 상기 점토, 소결제(유약), 바인더 및, 유기물이 첨가되어 혼합된 실리카에 물과 윤활제를 혼합한 후 다져서 반죽을 만드는 혼련단계와, 상기 혼련단계에서 다져진 반죽을 밀폐시킨 후 소정 시간동안 일정한 온도에서 숙성시키는 숙성단계와, 상기 숙성단계에서 숙성된 반죽을 정해진 필터 형상으로 진공 압출 성형하는 진공 압출 성형단계와, 상기 진공 압출 성형되어 생산된 필터를 소정 시간동안 일정한 온도로 건조시키는 건조단계 및, 상기 건조된 필터를 고온으로 가열하여 표면 조직을 치밀화 시킴과 동시에 상기 유기물을 태워 기공을 형성시키는 고온 소성단계를 포함할 수 있다.

Description

실리카를 이용한 세라믹 필터 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 세라믹 필터{METHOD FOR MANUFACTURING CERAMIC FILTER USING SILICA AND CERAMIC FILTER MANUFACTURED USING THE SAME}
본 발명은 실리카를 이용한 세라믹 필터 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 세라믹 필터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 여러 산업분야에서 사용된 실리카 제품의 수명이 다하거나 사용이 종료된 후 폐기하던 실리카를 재생시킨 후 이를 이용하여 각 산업 공정에서 발생되는 분진, 매연, 폐가스, 연기, 미세먼지 등과 같은 유해물질을 필터링할 수 있는 실리카를 이용한 세라믹 필터 제조방법과 이를 이용하여 제조된 세라믹 필터에 관한 것이다.
산업이 발전함에 따라 각 산업 공정에서 발생되는 분진, 매연, 폐가스, 연기, 휘발성 유기 화합물 등의 유해물질의 폐해는 더욱 늘어나고 있는 실정이다.
따라서 이러한 공해 물질의 방출을 막기 위하여 일부에서는 고분자 필터를 사용하고 있으나, 이와 같은 고분자 필터의 경우 내열성, 내화학성, 내마모성 및 난연성에 있어서 취약한 문제점이 있다. 폴리에스터(PE)의 경우 150℃에서 수축이 일어나며, 내열성이 우수한 테프론(PTFE)의 경우도 최고 250℃ 정도의 내열성 밖에 가지지 못한다는 문제점이 있다.
특히, 산업용 필터를 사용하는 공정의 분위기는 분진과 여러 종류의 폐가스, 수분이 동시에 발생되는 가혹한 환경이어서 폴리에스터, 폴리프로필렌, 아크릴, 폴리아마이드, 폴리이미드, 유리섬유 등 대부분 고분자 소재의 부직포 필터는 필터 표면에 붙어 있던 분진을 제트 펄스 등의 방법으로 털어 내면 위에서 아래로 분진이 떨어지면서 분진에 의한 필터의 표면마모가 예상보다 심각하여 필터를 파손하고 필터의 사용수명을 대폭 감소시키게 된다.
또한, 각 산업의 연소 공정 중에 불꽃이 발생하여 필터에 붙게 되면 필터에 붙은 불꽃은 화재로 이어지거나, 필터에 구멍을 내며 쓰레기 소각로, 보일러, 석탄 화력 발전소, 석탄 가스화 복합 발전의 경우는 배기가스가 대기 중에 노출될 위험이 있으므로 강화되는 환경규제에 역행하게 된다는 문제점이 있다.
따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 세라믹 필터의 개발이 이루어져 왔는데 세라믹 필터는 고분자 필터에 비하여 내열성, 내화학성, 내마모성 등이 훨씬 우수한 특징이 있다. 특히, 내열성이 우수하여 배기 장치 내에 냉각 장치 등을 별도로 설치할 필요가 없어 설치비 및 유지비를 절감할 수 있는 장점이 있다.
이러한 종래의 일반적인 세라믹 필터의 경우 세라믹 섬유(Fiber)를 이용한 튜브 형태를 진공성형이나 압출성형해서 사용하는 것이 가장 보편적인 방법이며, 이러한 세라믹 섬유를 이용한 세라믹 필터의 경우에도 높아야 500℃ 정도의 온도까지만 사용할 수 있으므로 500℃ 이상 되는 고온 환경에서는 사용이 불가능하며, 소성과정을 거치지 않기 때문에 강도가 약하므로 5kg/cm2 이상 되는 고압의 환경조건에서는 전혀 사용할 수 없다는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2015-0000964호(2015.01.06.)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 폐기된 실리카 제품을 회수하여 재생과정을 거친 후 이를 진공 압출 성형하여 세라믹 필터를 제조할 수 있는 실리카를 이용한 세라믹 필터 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 세라믹 필터에 관한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 고온 고압의 환경에서도 사용 가능하며 초미세 먼지까지도 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 입도별로 분리된 실리카를 이용함으로써 내약품성까지도 우수하여 화학공정에서도 사용할 수 있는 실리카를 이용한 세라믹 필터 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 세라믹 필터에 관한 것이다.
그 외 본 발명의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술 분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.
상기 목적 달성을 위하여 본 발명은 실리카를 다수의 입자 크기를 가지도록 파쇄하는 파쇄단계와, 상기 다수의 입자 크기를 가지도록 파쇄된 실리카를 입도별로 분리하는 입도 분리단계와, 상기 입도별로 분리된 실리카를 미리 정해진 혼합 비율로 혼합한 후, 점토, 소결제, 바인더 및, 유기물을 첨가하여 혼합시키는 혼합단계와, 상기 점토, 소결제(유약), 바인더 및, 유기물이 첨가되어 혼합된 실리카에 물과 윤활제를 혼합한 후 다져서 반죽을 만드는 혼련단계와, 상기 혼련단계에서 다져진 반죽을 밀폐시킨 후 소정 시간동안 일정한 온도에서 숙성시키는 숙성단계와, 상기 숙성단계에서 숙성된 반죽을 정해진 필터 형상으로 진공 압출 성형하는 진공 압출 성형단계와, 상기 진공 압출 성형되어 생산된 필터를 소정 시간동안 일정한 온도로 건조시키는 건조단계 및, 상기 건조된 필터를 고온으로 가열하여 표면 조직을 치밀화 시킴과 동시에 상기 유기물을 태워 기공을 형성시키는 고온 소성단계를 포함하는 실리카를 이용한 세라믹 필터 제조방법을 제시한다.
일예를 들면, 상기 입도 분리단계에서 상기 실리카는 0.5mm 내지 1mm, 0.2mm 내지 0.5mm, 200mesh의 입도로 분리되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 혼합단계에서 상기 실리카는 0.5mm 내지 1mm 입자 10 내지 30 중량부, 0.2mm 내지 0.5mm 입자 20 내지 60 중량부, 200mesh 입자 10 내지 30 중량부의 비율로 혼합되는 것이 바람직하며, 상기 소결제는 5 내지 20 중량부, 바인더는 1 내지 5 중량부, 상기 유기물은 20 내지 30 중량부의 비율로 혼합되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 유기물은 0.1mm 내지 2mm의 입자 20 내지 30 중량부를 혼합하여 상기 고온 소성단계에서 타서 진공 압출 성형된 필터에 1.0㎛ 크기의 기공을 형성할 수 있다.
일예를 들면, 상기 유기물은 톱밥, 쌀겨, 카본 중 선택된 어느 하나일 수 있다.
한편, 상기 혼련단계에서 상기 물은 15 내지 20 중량부, 윤활제는 1 내지 5 중량부의 비율로 혼합되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 숙성단계에서는 상기 혼련단계에서 다져진 반죽을 밀폐시킨 후 20℃ 내지 30℃의 온도에서 6시간 내지 36시간 동안 숙성시키는 것이 바람직하다.
한편, 상기 건조단계에서는 상기 진공 압출 성형되어 생산된 필터를 100℃에서 적어도 24시간 동안 건조시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 고온 소성단계에서는 상기 건조단계에서 건조된 필터를 1000℃ 내지 1200℃로 적어도 12시간 동안 가열하여 표면 조직을 치밀화시킴과 동시에 상기 유기물을 태워 기공을 형성시킬 수 있다.
이에 더하여, 본 발명은 상술한 바와 같은 본 발명의 일실시예에 의한 실리카를 이용한 세라믹 필터 제조방법을 이용하여 제조된 세라믹 필터를 제시한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 실리카를 이용한 세라믹 필터 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 세라믹 필터는 사용 후 폐기된 실리카를 고순도화시켜 재활용함으로써 자원 낭비를 줄일 수 있음과 더불어 제조 원가를 대폭 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의한 실리카를 이용한 세라믹 필터 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 세라믹 필터는 입도별로 분리된 실리카를 이용함으로써 내약품성이 우수하여 화학공정에서도 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 열팽창계수가 낮아 내열 충격성이 매우 좋음으로써 열팽창으로 인하여 세라믹 필터가 파손되는 것을 방지할 수 있으며, 고온 소성단계를 거쳐 표면 조직을 치밀화시킴으로써 내열 충격성과 내 Air pulse 압력을 더욱 향상시켜 500℃ 내지 1000℃ 정도 되는 고온의 환경조건 뿐만 아니라 5kg/cm2 이상 되는 고압의 환경조건에서도 무리 없이 사용할 수 있으므로 광범위한 산업 분야에 걸쳐 사용될 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의한 실리카를 이용한 세라믹 필터 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 세라믹 필터는 혼련단계를 통해 만들어진 반죽 내에 포함되어 있는 에어가 숙성단계를 거쳐 1차적으로 제거되고, 숙성단계를 통해 제거되지 않은 반죽에 포함된 에어의 경우 진공 압출 성형단계를 거쳐 2차적으로 완벽하게 제거됨으로써 진공 압출 성형단계를 통해 생산된 필터가 건조단계와 고온 소성단계를 거친다 하더라도 세라믹 필터의 표면이 부풀어 오르는 블로팅 현상이 발생되지 않음으로써 제품의 균일한 품질을 유지하여 대고객 신뢰도를 대폭 향상시킬 수 있고, 불량 발생률을 대폭 줄여 생산성을 향상시킴과 동시에 세라믹 필터의 강도 저하 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의한 실리카를 이용한 세라믹 필터 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 세라믹 필터는 고온 소성단계에서 유기물이 타서 없어지면서 기공이 형성되는 방법을 사용함으로써 1.0㎛ 크기의 기공까지도 형성할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 의한 세라믹 필터를 공기 청정기 등과 같은 가전제품에 적용하게 되면 최근 들어 사회적으로 이슈가 되고 있는 초미세 먼지까지도 필터링할 수 있을 뿐만 아니라, 흐르는 물에 간단하게 세척만 하면 됨으로써 유지 관리가 매우 편리하다는 효과가 있다.
그 외 본 발명의 효과들은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여, 또는 본 발명을 실시하는 과정 중에 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 실리카를 이용한 세라믹 필터 제조방법을 설명하기 위한 흐름도
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 실리카를 이용한 세라믹 필터 제조방법을 설명하기 위한 흐름도
도 3는 세정단계를 설명하기 위한 흐름도
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 실리카를 이용한 세라믹 필터 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 실리카를 이용한 세라믹 필터 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이며, 도 3는 세정단계를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 실리카를 이용한 세라믹 필터 제조방법은 세정단계, 파쇄단계, 입도 분리단계, 혼합단계, 혼련단계, 숙성단계, 진공 압출 성형단계, 건조단계 및, 고온 소성단계를 거쳐 세라믹 필터를 제조할 수 있다.
상기 세정단계(S110)는 각종 산업분야에서 이용 후 폐기된 실리카 제품 또는 실리카의 순도를 높이기 위해 이물질을 제거하는 단계이다.
즉, 상기 세정단계(S110)는 사용 후 폐기된 실리카 제품 또는 실리카의 순도를 높이기 위해 이물질을 물리적 방법 또는 화학적 방법을 사용하여 상기 실리카 제품 또는 실리카로부터 이물질을 제거하는 것으로서, 물리적 세정단계(S111)와 화학적 세정단계(S112)를 포함할 수 있다.
보다 상세하게 설명하면, 상기 실리카에 부착된 실리카 이외의 이물질은 물리적 세정단계(S111)를 통해 제거한 후, 화학약품을 이용하여 에칭하고, 린스 처리 후 건조시키는 화학적 세정단계(S112)를 통해 세정작업을 완료하게 된다.
여기서, 상기 물리적 세정단계(S111)는 커터와 연마기를 이용하여 상기 실리카에 부착되어 있는 실리카 이외의 이물질을 제거하는 단계이며, 상기 화학적 제거단계(S112)은 상기 물리적 세정단계(S111)를 통해 이물질이 제거된 실리카를 화학약품에 의한 에칭 후, 물의 pH가 6.0 내지 8.0이 되도록 린스 후 배기 건조를 수행하여 세정하는 단계이다.
상기 세정단계(S110)에서는 상술한 바와 같은 물리적 세정단계(S111)와 화학적 세정단계(S112) 중 어느 하나의 방법을 실시하거나, 물리적 세정단계(S111)와 화학적 세정단계(S112)를 모두 사용하여 실리카를 세정할 수 있도록 한다.
상기 실리카 제품의 경우에는 태양광, 반도체, 광학기기, 의료기기 등과 같은 다양한 산업분야에서 사용되나, 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 태양광 분야에서 사용된 후 폐기된 실리카 제품을 세정단계를 거쳐 실리카를 재생시키는 과정에 대해서만 일예를 들어 설명한다.
먼저, 태양광 분야에서는 실리카가 폴리 실리콘을 이용한 잉곳(Ingot)을 제조하는 도가니를 제작하는 용도로 사용됨으로써 상기 실리카에 폴리 실리콘이 부착되어 있는 상태이다.
따라서, 사용 후 폐기된 실리카 제품으로부터 고순도의 실리카를 얻기 위해서는 상기 실리카로부터 폴리 실리콘을 제거해야 함으로써 상기 세정단계(S110)의 물리적 세정단계(S111)를 거쳐 상기 실리카로부터 폴리 실리콘을 제거한다.
예를 들면, 상기 폴리 실리콘은 석영 도가니에서 용융된 상태이므로 상기 폴리 실리콘과 실리카의 접착력은 매우 강한 상태이므로 상기 물리적 세정단계(S111)에서는 다이아몬드 커터기와 해머 등과 같은 도구를 이용한 물리적인 방법을 통해 상기 실리카로부터 폴리 실리콘을 제거한다.
이후, 상기 실리카에 남아 있는 폴리 실리콘은 화학적 세정단계(S112)를 통해 상기 실리카로부터 제거된다.
상기 화학적 세정단계(S112)에서는 상기 물리적인 방법을 통해 폴리 실리콘을 제거한 실리카를 화학약품으로 에칭시켜 상기 실리카에 부착되어 있는 잔여 폴리 실리콘을 제거하는 단계이다.
여기서, 상기 실리카에 부착되어 있는 잔여 폴리 실리콘을 에칭시키는 화학약품으로는 일반적으로 반도체 공정에서 사용되어지는 폴리 실리콘 에칭약품을 사용할 수 있다.
한편, 상기 세정단계(S110)는 린스 처리단계(S113)와 건조단계(S114)를 더 포함할 수 있다.
상기 린스 처리단계(S113)는 상기 화학약품에 의해 에칭된 실리카를 세정액과 물을 이용하여 물의 pH 농도가 6.0 내지 8.0이 될 때까지 상기 실리카를 린스 처리하여 세정하는 단계이다.
상기 건조단계(S114)는 상기 린스 처리된 실리카의 수분에 의한 오염을 방지하기 위해 상기 린스 처리된 실리카를 100℃ 이상의 고온에서 배기 상태로 강제 건조시키는 단계이다.
상기 파쇄단계(S130)는 상기 세정단계에 의해 세정 처리된 고순도의 실리카를 원하는 입자의 크기, 분포, 형상을 가지도록 파쇄하는 단계이다.
상기 파쇄단계(S130)는 먼저 실리카를 수cm 단위의 크기로 1차 파쇄한 후, 이를 다시 수mm 단위의 크기로 파쇄하게 된다. 이와 같은 파쇄과정은 일정 크기 이상의 재료를 수mm 단위의 입자 크기로 파쇄하는 과정으로써 Jaw Crusher, Cone Crusher, Impact Crusher 등을 사용하여 상기 실리카를 파쇄하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 실리카를 원하는 입자의 크기, 분포, 형상을 가지도록 파쇄한 다음에는, 상기 입도 분리단계(S140)를 통해 상기 다수의 입자 크기를 가지도록 파쇄된 실리카를 입도별로 분리하게 된다.
여기서, 상기 파쇄된 실리카는 0.5mm 내지 1mm, 0.2mm 내지 0.5mm, 200mesh의 입도로 분리되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 파쇄된 실리카를 입도별로 분리한 다음에는, 상기 혼합단계(S150)를 실행하게 된다.
상기 혼합단계(S150)는 상기 입도별로 분리된 실리카를 미리 정해진 혼합 비율로 혼합한 후, 점토, 소결제, 바인더 및, 유기물을 첨가한 후 10분 내지 15분 정도로 혼합시키는 과정이다.
상기 혼합단계(S150)에서 상기 입도별로 분리된 실리카는 0.5mm 내지 1mm 입자 10 내지 30 중량부, 0.2mm 내지 0.5mm 입자 20 내지 60 중량부, 200mesh 입자 10 내지 30 중량부의 비율로 혼합될 수 있다.
상기 혼합단계(S150)에서 상기 입도별로 분리된 실리카를 상술한 바와 같은 0.5mm 내지 1mm 입자 10 내지 30 중량부, 0.2mm 내지 0.5mm 입자 20 내지 60 중량부, 200mesh 입자 10 내지 30 중량부의 비율로 혼합하는 이유는 진공 압출 성형단계(S180)에서 숙성된 반중을 정해진 필터 형상으로 진공 압출할 시에 충진 밀도를 높이고 기공 크기를 조정하기 위함이다.
상기 점토는 본 발명의 일실시예에 의한 실리카를 이용한 세라믹 필터 제조방법에 의하여 세라믹 필터를 제조할 시 점력을 올려주고 소결온도를 높여 세라믹 필터의 강도를 향상시키기 위해 혼합되는 것으로서 5 내지 15중량부의 비율로 혼합되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 혼합단계(S150)에서 상기 소결제는 5 내지 20중량부의 비율로 혼합되는 것이 바람직하다.
예를 들면, 상기 소결제로는 유약, 파유리, 프릿트(frit) 등을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 혼합단계(S150)에서 바인더는 1 내지 5 중량부의 비율로 혼합되는 것이 바람직하다.
예를 들면, 상기 바인더는 진공 압출 성형단계(S180)에서 진공 압출 성형에 의해 생산될 세라믹 필터의 점력을 보강시키는 재료로서 PVA, MC, 전분 등과 같은 유기 바인더물질을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 혼합단계(S150)에서 유기물은 20 내지 30 중량부로 혼합되는 것이 바람직하다.
예를 들면, 상기 유기물로는 고온 소성단계(S200)에서 타서 진공 압출 성형된 필터에 기공을 형성할 수 있는 톱밥, 쌀겨, 카본 등을 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 유기물은 고온 소성단계(S200)에서 타서 진공 압출 성형된 필터에 1.0㎛ 크기의 기공을 형성할 수 있도록 0.1mm 내지 2mm의 입자 20 내지 30 중량부를 혼합하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 진공 압출 성형된 필터를 고온 소성단계(S200)에서 고온으로 가열할 시 상기 유기물이 타서 진공 압출 성형된 필터에 1.0㎛ 크기의 기공을 형성함으로써 본 발명의 일실시예에 의한 실리카를 이용한 세라믹 필터 제조방법에 의해 제조된 세라믹 필터의 경우 초 미세먼지까지 필터링할 수 있다.
상기 혼련단계(S160)는 상기 혼합단계(S150)에서 점토, 소결제, 바인더 및, 유기물이 첨가되어 혼합된 실리카에 물과 윤활제를 혼합한 후 1분 내지 3분 정도로 충분하게 다져서 반죽을 만드는 과정이다.
여기서, 상기 물은 15 내지 20 중량부, 상기 윤활제는 1 내지 5 중량부의 비율로 혼합되는 것이 바람직하다.
예를 들면, 상기 윤활제는 혼련단계(S160)에서 만들어진 반죽을 정해진 필터 형태로 진공 압출 성형할 시 마찰을 줄이기 위한 것으로서 오레인산, 미강유, 식용유 등을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 숙성단계(S170)는 상기 혼련단계(S160)에서 다져진 반죽을 밀폐시킨 후 소정 시간동안 일정한 온도에서 숙성시킴으로써 반죽 내에 포함되어 있는 에어를 제거할 수 있도록 한다.
예를 들면, 상기 숙성단계(S170)는 상기 혼련단계(S160)에서 다져진 반죽을 밀폐시킨 후 20℃ 내지 30℃의 온도에서 6시간 내지 36시간 동안 숙성시켜 반죽 내에 포함되어 있는 에어를 제거할 수 있도록 한다.
상기 진공 압출 성형단계(S180)는 상기와 같은 숙성단계(S170)를 거친 반죽을 정해진 필터 형상으로 진공 압출 성형하는 과정이다.
여기서, 상기 숙성단계(S170)를 거친 반죽을 상기 진공 압출 성형단계(S180)를 거쳐 정해진 필터 형상으로 진공 압출 성형하는 이유는 상기 혼련단계(S160)에서 다져진 반죽을 숙성단계(S170)를 통해 반죽에 포함되어 있는 에어를 제거한다 하더라도, 숙성단계(S170) 이후에도 반죽에 에어가 포함되어 있으므로 진공 압출 성형(S180)을 하지 않게 되면, 성형된 세라믹 필터가 에어가 포함된 상태에서 건조단계(S190)와 고온 소성단계(S200)를 거치게 된다.
이와 같이 성형된 세라믹 필터가 에어가 포함된 상태에서 건조단계(S190)와 고온 소성단계(S200)를 거치게 되면 에어가 포함되어 있는 세라믹 필터 부위가 부풀어 오르는 블로팅(bloating) 현상이 발생되며, 상기 블로팅 현상이 발생된 부분은 매우 쉽게 깨지는 현상이 발생되어 세라믹 필터의 강도 저하가 발생될 뿐만 아니라 균일한 품질을 유지할 수 없다는 문제점이 발생된다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 의한 실리카를 이용한 세라믹 필터 제조방법에서는 숙성단계(S170)에서 반죽에 포함되어 있는 에어를 1차적으로 제거한 후, 상기 반죽을 정해진 필터 형상으로 진공 압출 성형하게 됨으로써 숙성단계(S170) 이후에도 반죽에 포함되어 있는 잔여 에어를 2차적으로 완벽하게 제거함으로써, 진공 압출 성형단계(S180)를 통해 정해진 필터 형상으로 성형된 세라믹 필터가 건조단계(S190)와 고온 소성단계(S200)를 거친다 하더라도 블로팅 현상이 발생되지 않게 되어 세라믹 필터의 강도 저하 현상이 발생되지 않을 뿐만 아니라 균일한 품질의 세라믹 필터를 생산할 수 있도록 한다.
상기 건조단계(S190)는 상기 진공 압출 성형단계(S180)를 거쳐 정해진 필터 형상으로 성형된 세라믹 필터를 소정 시간동안 일정한 온도로 건조시키는 과정이다.
예를 들면, 상기 건조단계(S190)는 상기 진공 압출 성형되어 생산된 필터를 100℃에서 적어도 24시간 동안 건조시키는 것이 바람직하다.
상기 고온 소성단계(S200)는 상기 건조단계(S190)에서 건조된 필터를 고온으로 가열하여 표면 조직을 치밀화 시킴과 동시에 상기 유기물을 태워 기공을 형성시키는 과정이다.
예를 들면, 상기 고온 소성단계(S200)는 상기 건조단계(S190)에서 건조된 필터를 1000℃ 내지 1200℃로 적어도 12시간 동안 가열하여 표면 조직을 치밀화시켜 내열 충격성을 향상시킴과 동시에 상기 유기물을 태워 기공을 형성시키는 것이 바람직하다.
이와 같은 고온 소성단계(S200)는 예열단계, 소성단계, 냉각단계를 포함할 수 있으며, 예열단계와 냉각단계는 약 1℃/분 내지 2℃/분 정도로 수행하는 것이 바람직하며, 소성단계는 1000℃ 내지 1200℃의 고온로에서 소성하는 것이 바람직하며 적어도 12시간 정도 소성을 진행하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 고온 소성단계(S200)는 셔틀 가마 또는 터널로를 이용하는 것이 바람직하다.
이와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 실리카를 이용한 세라믹 필터 제조방법에 의해 제조된 세라믹 필터는 정해진 입도별로 분리된 실리카를 미리 정해진 혼합 비율로 혼합하여 제조함으로써 열팽창계수가 0.5x10-6/℃ 정도로 낮아 내열 충격성이 매우 좋음으로써 열팽창으로 인하여 세라믹 필터가 파손되는 현상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 고온 소성단계(S200)를 거쳐 표면 조직을 치밀화시킴으로써 내열 충격성을 더욱 향상시킴과 동시에 내 Air pulse 압력이 4.5-5.0kg/cm2가 됨으로써 500℃ 이상의 고온의 환경조건 뿐만 아니라 5kg/cm2 이상 되는 고압의 환경조건에서도 무리 없이 사용할 수 있다.
상기 고온 소성단계(S200)가 완료되면 검사단계를 진행한 후 출하를 하게 된다.식용유
한편, 본 발명의 일실시예에 의한 실리카를 이용한 세라믹 필터 제조방법에 사용되는 실리카는 천연 실리카를 사용하거나 천연 결정질의 실리카를 용융시킨 후 상온에서 냉각시킨 용융 실리카를 사용할 수도 있다.
이와 같이 상기 용융 실리카를 이용하여 세라믹 필터를 진공 압출 성형하여 제조할 경우에는, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 세정단계(S110)는 제외되고 상기 파쇄단계(S130) 이전에 고순도의 실리카를 용융시킨 후 상온에서 냉각시켜 용융 실리카를 제조하는 용융 실리카 제조단계(S120)를 더 포함 할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 실리카를 이용한 세라믹 필터 제조방법을 통해 용융 실리카를 이용하여 세라믹 필터를 제조할 경우 일반 천연 결정질 실리카를 사용하여 제작된 세라믹 필터에 비하여 열팽창계수를 더욱 낮출 수 있다.
즉, 일반 천연 결정질 실리카의 경우 열팽창계수는 11x10-6/℃이며, 상기 일반 천연 결정질 실리카를 용융시킨 후 자연 냉각시킨 비정질 구조의 용융 실리카의 경우 분자구조의 변화로 인해 열팽창계수는 0.5x10-6/℃이다.
이와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 실리카를 이용한 세라믹 필터 제조방법을 통해 용융 실리카를 이용하여 제조된 세라믹 필터의 경우 열팽창계수를 더욱 낮출 수 있으므로 내열 충격성을 더욱 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 실리카를 이용한 세라믹 필터 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 세라믹 필터는 사용 후 폐기된 실리카를 고순도화시켜 재활용함으로써 자원 낭비를 줄일 수 있음과 더불어 제조 원가를 대폭 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의한 실리카를 이용한 세라믹 필터 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 세라믹 필터는 입도별로 분리된 실리카를 이용함으로써 내약품성이 우수하여 화학공정에서도 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 열팽창계수가 낮아 내열 충격성이 매우 좋음으로써 열팽창으로 인하여 세라믹 필터가 파손되는 것을 방지할 수 있으며, 고온 소성단계(S200)를 거쳐 표면 조직을 치밀화시킴으로써 내열 충격성과 내 Air pulse 압력을 더욱 향상시켜 500℃ 내지 1000℃ 정도 되는 고온의 환경조건 뿐만 아니라 5kg/cm2 이상 되는 고압의 환경조건에서도 무리 없이 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의한 실리카를 이용한 세라믹 필터 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 세라믹 필터는 혼련단계(S160)를 통해 만들어진 반죽 내에 포함되어 있는 에어가 숙성단계(S170)를 거쳐 1차적으로 제거되고, 숙성단계(S170)를 통해 제거되지 않은 반죽에 포함된 에어의 경우 진공 압출 성형단계(S180)를 거쳐 2차적으로 완벽하게 제거됨으로써 진공 압출 성형단계(S180)를 통해 생산된 필터가 건조단계(S190)와 고온 소성단계(S200)를 거친다 하더라도 세라믹 필터의 표면이 부풀어 오르는 블로팅 현상이 발생되지 않음으로써 제품의 균일한 품질을 유지하여 대고객 신뢰도를 대폭 향상시킬 수 있고, 불량 발생률을 대폭 줄여 생산성을 향상시킴과 동시에 세라믹 필터의 강도 저하 현상을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의한 실리카를 이용한 세라믹 필터 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 세라믹 필터는 고온 소성단계(S200)에서 유기물이 타서 없어지면서 기공이 형성되는 방법을 사용함으로써 1.0㎛ 크기의 기공까지도 형성할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 의한 세라믹 필터를 공기 청정기 등과 같은 가전제품에 적용하게 되면 최근 들어 사회적으로 이슈가 되고 있는 초미세 먼지까지도 필터링할 수 있을 뿐만 아니라, 흐르는 물에 간단하게 세척만 하면 됨으로써 유지 관리가 매우 편리하다는 장점이 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 작업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이다. 따라서, 전술한 설명 및 아래의 도면은 본 발명의 기술사상을 한정하는 것이 아닌 본 발명을 예시하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (10)

  1. 폐기된 실리카 제품 또는 실리카의 순도를 높이기 위해 커터와 연마기를 이용하여 실리카에 부착되어 있는 실리카 이외의 이물질을 제거하는 물리적 세정단계;
    상기 물리적 세정단계를 통해 이물질이 제거된 실리카를 화학약품에 의해 에칭시켜 상기 실리카에 부착되어 있는 잔여 이물질을 제거하는 화학적 세정단계;
    상기 화학약품에 의해 에칭된 실리카를 세정액과 물을 이용하여 물의 pH가 6.0 내지 8.0이 되도록 린스 처리하여 세정하는 린스 처리단계;
    상기 린스 처리된 실리카의 수분에 의한 오염을 방지하기 위해 상기 린스 처리된 실리카를 100℃ 이상의 고온에서 배기 상태로 강제 건조시키는 건조단계;
    실리카를 다수의 입자 크기를 가지도록 파쇄하는 파쇄단계;
    상기 다수의 입자 크기를 가지도록 파쇄된 실리카를 입도별로 분리하는 입도 분리단계;
    상기 입도별로 분리된 실리카를 미리 정해진 혼합 비율로 혼합한 후, 점토, 소결제, 바인더 및, 유기물을 첨가하여 혼합시키는 혼합단계;
    상기 점토, 소결제(유약), 바인더 및, 유기물이 첨가되어 혼합된 실리카에 물과 윤활제를 혼합한 후 다져서 반죽을 만드는 혼련단계;
    상기 혼련단계에서 다져진 반죽을 밀폐시킨 후 소정 시간동안 일정한 온도에서 숙성시킴으로써 반죽 내에 포함되어 있는 에어를 1차 제거하는 숙성단계;
    상기 숙성단계에서 숙성된 반죽의 잔여 에어를 2차 제거함과 동시에 정해진 필터 형상으로 진공 압출 성형하는 진공 압출 성형단계;
    상기 진공 압출 성형되어 생산된 필터를 소정 시간동안 일정한 온도로 건조시키는 건조단계; 및
    상기 건조된 필터를 고온으로 가열하여 표면 조직을 치밀화 시킴과 동시에 상기 유기물을 태워 기공을 형성시키는 고온 소성단계를 포함하며,
    상기 혼합단계에서,
    상기 실리카는 0.5mm 내지 1mm 입자 10 내지 30 중량부, 0.2mm 내지 0.5mm 입자 20 내지 60 중량부, 200mesh 입자 10 내지 30 중량부의 비율로 혼합되며,
    상기 소결제는 5 내지 20 중량부, 바인더는 1 내지 5 중량부, 상기 유기물은 고온 소성단계에서 타서 진공 압출 성형된 필터에 1.0㎛ 크기의 기공을 형성할 수 있도록 0.1mm 내지 2mm의 입자 20 내지 30 중량부의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 실리카를 이용한 세라믹 필터 제조방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 입도 분리단계에서,
    상기 실리카는 0.5mm 내지 1mm, 0.2mm 내지 0.5mm, 200mesh의 입도로 분리되는 것을 특징으로 하는 실리카를 이용한 세라믹 필터 제조방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 유기물은 톱밥, 쌀겨, 카본 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 실리카를 이용한 세라믹 필터 제조방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 혼련단계에서,
    상기 물은 15 내지 20 중량부, 윤활제는 1 내지 5 중량부의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 실리카를 이용한 세라믹 필터 제조방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 숙성단계에서는,
    상기 혼련단계에서 다져진 반죽을 밀폐시킨 후 20℃ 내지 30℃의 온도에서 6시간 내지 36시간 동안 숙성시키는 것을 특징으로 하는 실리카를 이용한 세라믹 필터 제조방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 건조단계에서는,
    상기 진공 압출 성형되어 생산된 필터를 100℃에서 적어도 24시간 동안 건조시키는 것을 특징으로 하는 실리카를 이용한 세라믹 필터 제조방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 고온 소성단계에서는,
    상기 건조단계에서 건조된 필터를 1000℃ 내지 1200℃로 적어도 12시간 동안 가열하여 표면 조직을 치밀화시킴과 동시에 상기 유기물을 태워 기공을 형성시키는 것을 특징으로 하는 실리카를 이용한 세라믹 필터 제조방법.
  10. 청구항 제1 항, 제2 항, 제5 항 내지 제9 항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 세라믹 필터.
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