KR20010084107A - 반응과 세척이 가능한 이온교환 흡착제 제조장치와 그제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반응과 세척이 가능한 이온교환 흡착제 제조장치와 그 제조 방법에 관한 것으로, 그 목적은 전자선 또는 방사선 조사 공정이후의 일련의 제조과정을 단일 공정에서 이루어질 수 있도록 반응과 세척이 가능한 새로운 폴리올레핀 이온교환섬유의 제조 장치 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.

본 발명은 전자선 또는 방사선이 조사된 폴리올레핀계 섬유에 이온교환기를 갖는 단량체를 그라프트 중합하여 관능기를 부착시키는 반응 후 배출, 세척, 탈수공정을 하는 일련의 작업을 동일 장치에서 단일 공정으로 이온교환 흡착제를 제조하는 장치를 구성하기 위하여, 전자선 또는 방사선이 조사된 폴리올레핀 섬유(1)를 담을 수 있는 반응조(2)내 원심 탈수통(3)와, 원심 탈수통을 회전시킬 수 있는 회전모터(4)와, 반응 용매, 이온교환기를 갖는 단량체 등을 투입할 수 있는 원료투입구(5)와, 반응물을 탈수 배출시킬 수 있는 배출구(6)와, 반응시간과 배출시간을 자동 또는 수동으로 제어할 수 있는 제어판으로 구성된 것과 그 제조방법을 요지로 한다.

Description

반응과 세척이 가능한 이온교환 흡착제 제조장치와 그 제조 방법{Unit capable of reaction and washing and its method for preparing ion exchange adsorbent}

본 발명은 대기나 수질 중에 유해 성분 제거를 위한 이온교환 흡착제를 제조하는 장치와 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 전자선 또는 방사선이 조사된 폴리올레핀계 섬유에 이온교환기를 갖는 단량체를 그라프트 중합하여 관능기를 부착시키고 세척하는 일련의 작업을 동일 공정에서 할 수 있는 있도록 하여 설비투자비와 운전비를 절감시키는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 공기 중에 존재하는 유해성 물질을 제거하기 위하여 산과 알칼리 화합물을 사용한 젖은 스크러빙 방식, 흡착제를 이용하는 흡착 방식, 촉매와 산화제를 이용하는 산화방식 그리고 소각방식 등 여러 가지 방법들이 시도되었다.

상기 방법 중 흡착을 제외한 방법들은 산업플랜트에서 매우 많은 공기를 처리하는데 적합하다.

상기 흡착방식에서 사용하는 흡착제로는 활성탄, 제올라이트, 알루미나 등이 사용된다. 흡착제를 사용하는 흡착공정은 조업이 간단하고 다른 방법에 비하여 공간 사용이 매우 적다는 장점을 갖고 있다.

그러나 이들은 암모니아, 황화수소, 유황산화물, 질소산화물 등의 유해가스 흡착력이 매우 낮으며 또한 입상물질로 되어 있어서 성형 가공성에 문제가 있다.

그러나 전자선 또는 방사선을 이용한 그라프트법을 이용하여 탈취 흡착제를 제조하는 경우에는 직물, 부직포, 고분자막 등의 기존 소재의 특성을 살리면서 이들 재료에 탈취성분을 가진 흡착기능을 도입할 수 있기 때문에 전자선 또는 방사선 그라프트법은 고기능 탈취성능을 갖는 소재를 개발하는데 매우 유용한 방법이다.

전자선 또는 방사선 조사에 의한 이온교환섬유의 제조방법은 단행본(Applied Radiation Chemistry: Radiation Processing, John Wiley Sons, Inc), 논문(J.Applied. Polymer Sci. 51,1269), 특허에 발표되어 있다.

일본 공개 7-48785에는 폴리아미드섬유에 아크릴산, 메타크릴산, 술폰화 스틸렌 등의 단량체를 그라프트하여 개질한 다음 폴리아미드 섬유의 염색성을 향상시키는 방법을 다루고 있다.

일본 특허공개 6-49236에는 친수기와 이온교환기를 도입하기 위해 그라프트가 용이한 단량체(히드록시 에틸메타크릴레이트)와 이온교환기를 가진 단량체(예를 들어 비닐 벤질 트리 메틸 암모니움)를 동시에 그라프트시켜 그라프트 효율을 높이는 방법을 다루고 있다.

그러나 이들 방법들은 1)전자선 또는 방사선 조사 공정, 2)그라프트 중합반응, 3)용제, 미반응 단량체와 중합된 단일 중합체의 제거를 위한 세척, 탈수 과정, 4)이온교환기를 갖는 화합물을 사용한 관능기 도입반응, 5)용제, 미반응 화합물을 제거하기 위한 세척, 탈수 과정, 6)건조과정 등 다단계 공정을 거치도록 되어 있어 일련의 장치 투자비와 운전의 번잡성으로 인하여 생산비가 과다하다는 단점을 갖고 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 전자선 또는 방사선 조사 공정이후의 일련의 제조과정을 단일 공정에서 이루어질 수 있도록 반응과 세척이 가능한 새로운 폴리올레핀 이온교환섬유의 제조 장치 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 대기나 수질 중에 존재하는 유해성분을 제거하기 위한 이온교환 흡착제를 제조하는 장치와 방법에 있어서, 전자선 또는 방사선이 조사된 폴리올레핀계 섬유에 이온교환기를 갖는 단량체를 그라프트 중합하여 관능기를 부착시키고 세척하는 일련의 작업을 동일 공정에서 수행할 수 있도록 하는 장치와 그 운전 방법을 제공함으로써 달성된다.

도 1은 본 발명의 이온교환흡착제 제조 장치의 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

(1) : 폴리올레핀 섬유 (2) : 반응조

(3) : 원심탈수통 (4) : 원심 회전모터

(5) : 원료투입구 (6) : 반응물 배출구

(7) : 온도 조절기 (8) : 질소 라인

(9) : 진공 라인 (10) : 메탄올 라인

(11) : 용제 라인(벤젠, 톨루엔) (12) : 스틸렌 라인

(13) : 산성 용액 라인 (14) : 염기성 용액 라인

(15) : 탈이온화물 라인

본 발명은 폴리올레핀 섬유에 전자선이나 방사선을 조사하고 이온교환기를 갖는 단량체를 그라프트 중합하여 관능기를 부착시키고 세척하는 일련의 작업을 동일 장치에서 가능토록 한 장치와 그 제조방법으로 이루어진다.

폴리올레핀 섬유는 별도의 장치에서 전자선이나 방사선을 조사하여 섬유상에 라디칼을 발생시킨다.

폴리올레핀 섬유상에 생성된 라디칼로부터 이온교환기를 붙일 수 있거나 이온교환기를 갖는 단량체, 즉 스틸렌 또는 아크릴산 등을 그라프트 중합할 수 있도록 한다.

관능기를 도입하여 이온교환필터를 이용한 그라프트에서 가장 문제가 되는 것은 그라프트 용액 자체가 중합되어 그라프트 반응이 일어나지 않는 경우가 있고, 그라프트 반응이 일어난다 하여도 원하는 그라프트 율을 얻을 수 없는 경우가 많았다.

특히, 아크릴산, 메타크릴산 등과 같이 자체적으로 단일 중합체 형성이 용이한 경우는 그라프트 반응을 적절히 수행하기가 매우 어렵다.

방사선 조사한 시료를 그라프트 용액에 넣고 열을 가하면 방사선 조사시 생성된 고분자내의 라디칼에 단량체가 반응하여 그라프트 조성물이 얻어질 수 있지만 고분자에 있는 라디칼이 그라프트 용액 중의 단량체에 전이하여 단일 중합체가 생성됨으로서 그라프트 용액이 고화되는 경우가 많기 때문에 얻고자 하는 그라프트 조성물을 얻을 수 없는 경우가 많다.

그라프트 반응 후 용제로 세척한 후에 감압 건조한 다음 처음 시료에 대한 그라프트 중합후의 무게 차이로부터 그라프트 율을 계산한다.

W_g와 W_o는 각각 그라프트 폴리올레핀 섬유와 초기 폴리프로필렌 부직포의 무게를 나타낸다.

이하, 본 발명의 실시예인 구성과 그 작용을 첨부 도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 이온교환필터를 제조하는 장치의 개략도로서, 본 발명의 구성은 대기나 수질 중에 유해 성분을 제거하기 위한 이온교환 흡착제의 제조장치에 있어서,

전자선 또는 방사선이 조사된 폴리올레핀계 섬유에 이온교환기를 갖는 단량체를 그라프트 중합하여 관능기를 부착시키는 반응 후 배출, 세척, 탈수 공정을 하는 일련의 작업을 동일 장치에서 단일 공정으로 이온교환흡착제를 제조하는 장치를 구성하기 위하여, 전자선 또는 방사선이 조사된 폴리올레핀 섬유(1)를 담을 수 있는 반응조(2)내 원심 탈수통(3)와, 원심 탈수통을 회전시킬 수 있는 회전모터(4)와, 반응 용매, 이온교환기를 갖는 단량체 등을 투입할 수 있는 원료투입구(5)와, 반응물을 탈수 배출시킬 수 있는 배출구(6)와, 반응시간과 배출시간을 자동 또는 수동으로 제어할 수 있는 제어판으로 구성한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 방법은 전자선이나 방사선으로 조사한 폴리올레핀 섬유(1)를 반응조(2)내에 원심탈수통(3) 안에 넣는 단계와,

질소라인(8)과 진공라인(9)을 교차 사용하여 반응조(2)내에 존재하는 공기를 완전히 제거토록 하는 단계와,

공기를 제거한 후 그라프트 중합을 수행하는 단계와,

그라프트 중합이 종결되면 반응물 배출구(6)를 열고 용매와 미반응 단량체를 배출시키는 단계와,

반응조(2)의 하단부에 설치된 원심 회전모터(4)를 구동하여 원심탈수통(3)을 회전시키면서 탈수시키는 단계와,

이온교환섬유내에 잔류하는 미반응물과 호모중합체를 제거하기 위하여 벤젠 또는 톨루엔 등의 용제를 사용하여 세척하고 탈수를 반복하는 단계와,

스틸렌이 그라프트 중합된 폴리올레핀 섬유의 탈수가 완료되면 용제와 양이온 또는 음이온교환기를 갖는 화합물을 주입하여 강산성 또는 강염기성 이온교환 섬유를 각각 제조하는 단계와,

물론, 이때에도 용제와 미반응 화합물을 제거하기 위하여 세척, 탈수 과정을 반복 수행한다.

최종적으로 탈이온화된 물(Deionized water)을 사용하여 세척, 탈수한 후에 이온교환섬유를 반응조(2)로부터 꺼내어 건조시키는 단계로 이루어진다.

상기에서 폴리올레핀 섬유의 형태는 솜 또는 부직포형일 수 있다.

상기에서 그라프트 중합시 강산성과 강염기성 이온교환섬유를 제조할 때에는 먼저 스틸렌의 그라프트 중합을 수행하는 단계를 거친다.

반면에, 약산성 이온교환섬유를 제조할 때에는 아크릴산으로 그라프트 중합을 수행한다.

상기에서 이온교환흡착제를 제조할 때에 이온교환기를 갖는 단량체를 그라프팅 중합하는 방법으로 용액 또는 기상 방법을 사용한다. 용액 그라프팅 중합 방법에서는 그라프팅 단량체인 스틸렌 또는 아크릴산을 메탄올 용매와 혼합하여 반응조에 투입하여 그라프팅 중합을 진행시킨다. 반면에, 기상 중합에서는 메탄올 용매를 사용하지 않는다. 먼저 반응조내 공기를 완전히 제거하고 진공을 만든 다음에 그라프팅 단량체인 스틸렌 또는 아크릴산를 기체상태로 반응기에 투입한다. 투입된 단량체가 폴리올레핀 섬유의 표면에서 그라프팅 중합을 일으킴에 따라 반응기내 단량체의 압력이 떨어지고 이에 연속적으로 단량체를 반응기를 보충하여 원하는 만큼 그라프팅 반응을 진행시킨다. 용액 방법에서는 그라프트 중합 속도가 빠르나 용매와 미반응 단량체를 제거하고 세척하는 과정이 필요할 뿐만 아니라, 그라프팅 중합시에 생성된 호모 폴리머를 세척하는 번거로운 과정이 필요하다. 기상 방법에서는반응기에 투입된 단량체 전량이 그라프팅 중합에 참여하므로 별도의 용매, 미반응 단량체 및 호모 폴리머를 제거할 필요가 없다. 그러나, 기상 방법은 그라프팅 중합속도가 매우 느리다는 단점을 갖고 있다.

미설명 부호(10)는 메탄올 라인, (11)은 용제 라인, (12)는 스틸렌 라인, (13)은 산성 용액 라인, (14)는 염기성 용액 라인, (15)는 탈이온화물 라인이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상기와 같은 본 발명은 수질이나 대기중에 존재하는 유해가스 성분을 제거하기 위한 이온교환 흡착제를 제조함에 있어서, 그라프트 중합, 관능기 도입 반응, 세척 및 탈수 과정을 동일 장치로 된 단일 공정에서 수행할 수 있음으로 하여 초기 제조 설비투자비와 운전비를 과감하게 절감시킬 수 있었다는 장점이 있다.

이렇게 저렴하게 제조된 이온교환 흡착제는 반도체 공정의 클린룸에서 암모니아 가스를 제거하기 위한 화학필터시스템, 화학산업 현장의 황화수소등 유해가스를 제거하기 위한 이온교환 가스스크러버, 도심 지역 공기 정화기에 사용되는 기능성 정화필터 등의 다양한 분야에서 경제적으로 용이하게 이용될 수 있다는 장점이있다.

Claims (4)

1. 대기나 수질 중에 유해 성분을 제거하기 위한 이온교환 흡착제의 제조장치에 있어서,

   전자선 또는 방사선이 조사된 폴리올레핀계 섬유에 이온교환기를 갖는 단량체를 그라프트 중합하여 관능기를 부착시키는 반응 후 배출, 세척, 탈수 공정을 하는 일련의 작업을 동일 장치에서 단일 공정으로 이온교환 흡착제를 제조하는 장치를 구성하기 위하여,

   전자선 또는 방사선이 조사된 폴리올레핀 섬유(1)를 담을 수 있는 반응조(2)내 원심 탈수통(3)와,

   원심 탈수통을 회전시킬 수 있는 회전모터(4)와,

   반응 용매, 이온교환기를 갖는 단량체 등을 투입할 수 있는 원료투입구(5)와,

   반응물을 탈수 배출시킬 수 있는 배출구(6)와,

   반응시간과 배출시간을 자동 또는 수동으로 제어할 수 있는 제어판으로 구성한 장치를 특징으로 하는 반응과 세척이 가능한 이온교환흡착제 제조 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 이온교환 흡착제는 강산성 양이온교환 섬유, 약산성 양이온교환 섬유, 강염기성 음이온교환 섬유, 약염기성 음이온교환 섬유로 선택된 군 중에서 하나인것을 특징으로 하는 반응과 세척이 가능한 이온교환흡착제의 제조 장치.
3. 대기나 수질 중에 유해 성분을 제거하기 위한 이온교환 흡착제를 제조하는 방법에 있어서,

   전자선 또는 방사선이 조사된 폴리올레핀계 섬유에 이온교환기를 갖는 단량체를 그라프트 중합하여 관능기를 부착시키는 반응 후 배출, 세척, 탈수 공정을 하는 일련의 작업을 동일 장치에서 단일 공정으로 이온교환 흡착제를 제조하는 방법을 구성하기 위하여,

   전자선이나 방사선으로 조사한 폴리올레핀 섬유(1)를 반응조(2)내에 원심탈수통(3) 안에 넣는 단계와,

   질소라인(8)과 진공라인(9)을 교차 사용하여 반응조(2)내에 존재하는 공기를 완전히 제거토록 하는 단계와,

   공기를 제거 후 그라프트 중합을 수행하는 단계와,

   그라프트 중합이 종결되면 반응물 배출구(6)를 열고 용매와 미반응 단량체를 배출시키는 단계와,

   반응조(2)의 하단부에 설치된 원심 회전모터(4)를 구동하여 원심탈수통(3)을 회전시키면서 탈수시키는 단계와,

   이온교환섬유내에 잔류하는 미반응물과 호모중합체를 제거하기 위하여 벤젠 또는 톨루엔 등의 용제를 사용하여 세척하고 탈수를 반복하는 단계와,

   스틸렌이 그라프트 중합된 폴리올레핀 섬유의 탈수가 완료되면 용제와 양이온 또는 음이온교환기를 갖는 화합물을 주입하여 강산성 또는 강염기성 이온교환섬유를 각각 제조하는 단계와,

   용제와 미반응 화합물을 제거하기 위하여 세척, 탈수 과정을 반복 수행하는 단계와,

   최종적으로 탈이온화된 물(Deionized water)을 사용하여 세척, 탈수한 후에 이온교환섬유를 반응조(2)로부터 꺼내어 건조시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반응과 세척이 가능한 이온교환 흡착제의 제조 방법.
4. 제 3항에 있어서,

   상기에서 이온교환흡착제를 제조할 때에 이온교환기를 갖는 단량체를 그라프팅 중합하는 방법으로 용액 또는 기상 방법중의 하나를 선택하는 것을 특징으로 하는 반응과 세척이 가능한 이온교환 흡착제의 제조 방법.