KR20020054878A - 원통형 카트리지 필터의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원통형 카트리지 필터의 제조방법에 관한 것으로서, 다단밀도구배를 갖는 복합 웨브로 심층부위를 형성하고, 고밀도 웨브로 중간부위를 형성하며, 중밀도 웨브로 외곽부위를 형성함으로써 고유량 및 고입자제거효율 특성을 얻을 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 원통형 카트리지 필터의 제조방법은, 섬도가 큰 섬유로 이루어진 저밀도 웨브, 미세섬유로 이루어진 고밀도 웨브 및 접착용 섬유로 안쪽에서 바깥쪽으로 저밀도층, 고밀도층 및 접합층을 가지는 심층부위를 만드는 단계와; 상기 심층부위의 바깥쪽에 초미세섬유로 이루어진 고밀도 웨브에 의하여 중간부위를 적층하는 단계와; 그리고, 상기 중간부위의 바깥쪽에 중밀도 웨브에 의하여 외곽부위를 적층하는 단계를 포함하여 이루어진다. 저밀도 웨브를 이루는 섬유의 섬도는 10∼30데니어의 범위이다. 상기 심층부위는 카트리지 필터의 직경에 대하여 15∼20%의 직경비를 가지고, 중간부위는 카트리지 필터의 직경에 대하여 적어도 40%의 직경비를 가진다.

Description

원통형 카트리지 필터의 제조방법{METHOD FOR PREPARATING CYLINDRICAL CARTRIDGE FILTER}

본 발명은 원통형 카트리지 필터의 제조방법에 관한 것으로서, 다단밀도구배를 갖는 복합 웨브로 심층부위를 형성하고, 고밀도 웨브로 중간부위를 형성하며, 중밀도 웨브로 외곽부위를 형성함으로써 고유량 및 고입자제거효율 특성을 얻을 수 있는 원통형 카트리지 필터의 제조방법에 관한 것이다.

산업발달에 따라 환경문제가 첨예한 문제로 대두되고 있고, 이에 따라 다양한 방법으로 그 해결책이 모색되고 있다. 이러한 해결책의 하나로서 산업전반에 걸쳐 발생되는 폐수를 재활용하거나 산업용수를 확보하기 위하여 예컨대 전처리용 필터 등이 사용되고 있으며, 이들 사용량은 해마다 현격하게 증가되고 있는 실정이다.

그 중에서도 사진 현상액이나 도금액 등의 전처리용 여과공정과 같은 각종 공업용수의 전처리 공정이나, 역삼투막 등을 이용한 가정용 음용수의 전처리 공정 등의 매우 다양한 공정에 사용되고 있는 카트리지 필터의 경우 매우 다각적인 연구가 이루어져 왔다.

이러한 종래 카트리지 필터의 경우, 예컨대 일본 실개소 61-121922호 및 동 특공평 1-53565호 등에서는 단지 원통형으로 휘감은 형태로 이루어진 것이 제안되었으나, 일본 특개평 5-146612호, 7-60034호, 7-328356호, 8-206423호 및 9-225228호에서는 높은 여과성능을 얻기 위하여 분할형 또는 심초형 복합섬유를 극세섬유화하여 필터의 공극을 미세화하는 한편 높은 교락도를 이루도록 함으로써 수 분산되어 있는 미립자의 제거성능을 향상시킨 것이 제안되었고, 또한 일본 특개평 8-89714호에서는 사용수명을 향상시키기 위하여 다단계 여재를 일괄적으로 와인딩시킨 것이 제안되었다. 또한, 국내 등록특허 제179031호 및 일본 특개평 8-257325호에서는 유량 및 내열내구성을 향상시키기 위하여 복합형 섬유로 된 부직포를 이용한 카트리지 필터가 제안되었으며, 국내 등록특허 제10-213419호에서는 단순히 권취량에 따라 압접촉롤러의 온도변화를 주어 포집되는 입자의 양을 조절할 수 있도록 된 것이 제안되었다.

그러나, 이러한 카트리지 필터들은 식품용도로 사용될 경우 극미세섬유 여재의 이탈 가능성이 매우 높을 뿐만 아니라 극미세섬유의 이수축성 및 초미세섬도로 인한 과도한 고밀도의 영향으로 조기에 과충전되기 쉬워 식품 및 전처리용 필터로 사용하는 것이 곤란한 문제점이 있다. 특히 내부코어부를 별도의 지지체없이 사용할 경우 유체의 압력상승에 따라 강도 유지를 위하여 접합용 용융섬유를 사용할 수밖에 없고, 이로 인하여 과도한 밀도상승이 유발될 뿐만 아니라 전처리용 필터로서 요구되는 유량이 현저히 떨어지는 현상이 발생된다.

따라서, 본 발명은 다단밀도구배를 갖는 복합 웨브로 심층부위를 형성하고, 고밀도 웨브로 중간부위를 형성하며, 중밀도 웨브로 외곽부위를 형성함으로써 고유량 및 고입자제거효율 특성을 얻을 수 있는 원통형 카트리지 필터의 제조방법의 제공을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 제조방법에 의하여 제조되는 원통형 카트리지 필터를 구성하는 심층부의 구조를 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 제조방법에 의하여 제조되는 원통형 카트리지 필터에 대한 내압성을 시험하기 위한 장치를 나타내는 구성도이다.

도 3은 본 발명에 따른 제조방법에 의하여 제조되는 원통형 카트리지 필터에 대한 내열성을 시험하기 위한 장치를 나타내는 구성도이다.

도 4는 본 발명에 따른 제조방법에 의하여 제조되는 원통형 카트리지 필터에 대한 섬유이탈 여부를 시험하기 위한 장치를 나타내는 구성도이다.

본 발명에 따른 제조방법에 의하여 제조되는 카트리지 필터에 있어서는 내부심층부로부터 카트리지 필터의 직경에 대하여 15∼20%까지의 부위인 심층부위는 다단계밀도구배를 갖는 복합 웨브를 이용한 강도 및 통기량이 우수한 구조를 이루며, 상기 심층부위로부터 카트리지 필터의 직경에 대하여 적어도 40%까지의 부위인 중간부위는 초미세섬유로 이루어진 고밀도 웨브를 이용한 입자제거성능이 우수한 구조를 이루며, 이 중간부위의 바깥쪽인 외곽부위는 중밀도 웨브를 이용하여 이루어진다.

상기 심층부위, 중간부위 및 외곽부위의 직경비중 심층부위의 직경비가 크면 총먼지포집량 즉, 여과율이 저하되고, 심층부위의 직경비가 작으면 유량이 적어지므로 상기 부위들의 직경비를 적절하게 설정하는 것이 중요하다.

이러한 점을 고려하여 심층부위는 지지체없이 10데니어 이상의 섬도가 큰 저밀도 부직포 또는 메쉬 형태로 된 저밀도 웨브와 입자제거성능을 나타낼 수 있는 미세섬유로 이루어진 고밀도 부직포를 접합한 복합 웨브로 형성하는 것이 바람직하다. 이 심층부위의 외곽부위, 즉 고밀도 부직포의 외부에는 접착용 섬유를 수분산시켜 열 칼렌더롤에 의하여 압착한 접합층이 적층된다. 즉, 심층부위는 도 1에 도시된 바와 같이 안쪽에서 바깥쪽으로 저밀도층(11), 고밀도층(13) 및 접합층(15)으로 구성된다. 따라서, 심층부위는 투기도가 향상될 수 있음과 아울러 높은 배수성능에 의하여 고유량을 얻을 수 있다. 그리고, 상기 섬도가 큰 저밀도 부직포의 경우 10데니어∼30데니어의 범위를 갖는 것이 바람직하다.

또한, 상기 심층부위가 높은 입자제거성능과 포집효율을 나타낼 수 있도록 다단계의 밀도구배를 이루는 부직포를 2층 이상의 복합화한 부직포로 가공한 후 이를 접합하여 심층부위를 제조하면 포집효율이 우수하고 먼지 포집량이 많아 사용수명이 긴 원통형 카트리지 필터를 얻을 수 있다.

상기 부직포는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르 및 이들의 공중합체로 이루어지는 고분자 화합물을 이용하여 이루어진 것이 바람직한다.

또한, 상기 저밀도 웨브는 스펀본드법 또는 모노필라멘트에 의해 만들어진부직포 또는 메쉬 형태를 가지며, 고밀도 웨브는 플래쉬 또는 멜트블로운법에 의해 만들어진다.

한편, 본 발명에 의하여 제조된 각각의 카트리지 필터에 대한 제반 성질 및 물성의 측정은 다음과 같은 방법으로 수행하였다.

즉, 여재의 여과능력 평가를 위하여, ASTM95에서와 같은 평가장치에 하이야크로코(Hicaroyco)사 8000A를 장착시켜 입자크기에 따른 입자수를 측정하였고, 표준입자 ISO 테스트 더스트 100mg을 분산시킨 액체를 여과하여 여과되기 전의 액체중 먼지농도(A)와 여과후의 먼지농도(B)에서 다음의 계산식 1을 통하여 여과효율을 측정하였다.

[계산식 1]

또한, 입자의 포집량은 투여된 먼지로 인한 필터 전단의 압력과 필터 후단의 압력의 차이(즉, 차압)가 40psi가 될 때까지의 총량으로 계산하였으며, 유량은 85ℓ/min이 될 때까지 총 12번 측정하여 이 때의 기울기 값을 단위차압 당 유속으로 측정하였다.

그리고, 카트리지 필터에 대한 내압성은 도 2와 같은 같은 내압성 시험장치를 이용하여 50psi에서 벤토나이트와 물을 혼합하여 50psi 압력을 3분간 일정하게 가압하여 30회 반복 평가한 후, 80psi으로 승압하여 3분간 45회 반복평가하여 평가 전후의 입자제거효율을 비교평가하여 측정하였다. 도 2의 내압성 시험장치에 있어서, 참조부호 TK1은 수도물과 벤토나이트 혼합액이 수용된 탱크를 나타내고, 참조부호 H1은 상기 혼합액을 가열하기 위한 히터를 나타내며, 참조부호 TC1은 상기 혼합액의 온도를 조절하기 위한 온도조절기를 나타내며, TM1은 타이머를 나타내고, MP1은 상기 탱크(TK1)로부터 혼합액을 펌핑하기 위한 모터펌프를 나타내며, V1은 밸브들을 나타내고, P1은 압력게이지를 나타내며, F1은 내압성 시험대상인 카트리지 필터를 나타낸다.

또한, 카트리지 필터에 대한 내열성은 도 3과 같은 내열성 시험장치를 이용하여 30psi의 스팀을 30분간 통과시킨 후 필터의 제거효율을 측정하여 실험전의 상태와 비교하였다. 도 3의 내열성 시험장치에 있어서, 참조부호 참조부호 R2는 스팀 또는 공기의 유량을 조절하기 위한 레귤레이터를 나타내고, 참조부호 P2는 공기 또는 스팀의 압력을 표시하기 위한 압력계를 나타내며, 참조부호 T2는 공기 또는 스팀의 온도를 표시하기 위한 온도계를 나타내고, V2는 밸브들을 나타내며, 참조부호 PF2는 전처리 필터들을 나타내고, 참조부호 F2는 내열성 시험대상인 카트리지 필터를 나타낸다.

마지막으로 필터의 섬유이탈 여부는 도 4와 같은 섬유유출 시험장치를 이용하여 분당 1ℓ의 속도로 0.1μ으로 여과된 물 10ℓ를 투여하여 0.8μ디스크 필터로 걸러 광학현미경에 의하여 30배율로 측정하여 나온 섬유의 수를 측정하였다. 도 4에 있어서, 참조부호 TK3는 순수탱크를 나타내고, 참조부호 FM3는 순수의 유량을 측정하기 위한 유량계들을 나타내며, 참조부호 P3는 압력계를 나타내고, 참조부호 PC3는 입자 카운터를 나타내며, FM은 필터 여재를 나타내고, 참조부호 DF는 디스크필터를 나타낸다.

이하, 본 발명을 실시예와 비교시험예를 들어 상세히 설명한다.

<실시예 1>

15데니어 섬유를 이용하여 중량 50g/㎡의 저밀도 스펀본드 부직포와 멜트블론법에 의한 중량 60g/㎡의 고밀도 부직포를 접합용 부직포와 함께 접합하여 별도의 지지체없이 심층부위를 형성함으로써 카트리지 필터의 직경에 대하여 20%의 직경비를 이루는 코어필터를 제조하였다. 다음에, 심층부위의 바깥쪽에 중량 90g/㎡의 멜트블론법에 의한 고밀도 웨브를 형성하여 카트리지 필터의 직경에 대하여 41%로 중간부위를 적층하였다. 다음에, 상기 중간부위의 바깥쪽에 섬도 10데니어의 중량 40g/㎡ 스펀본드 부직포와 중량 20g/㎡ 멜트블론 부직포를 접합한 후 카트리지 필터의 직경에 대하여 39%의 직경비를 갖도록 열원을 제거한 가압롤러를 이용하여 공기중에서 가압냉각하면서 중밀도 웨브로 된 외곽부위를 적층함으로써 카트리지 필터를 제조하였다. 최종적으로 카트리지 필터를 폭 간격 30mm의 줄무늬 롤에 150℃에서 20초간 와인딩 한 후 냉각하여 그 물성을 평가하고, 그 결과를 다음의 표 1에 나타내었다.

<실시예 2>

20데니어의 모노 필라멘트를 이용하여 메쉬롤 멜트블론법에 의한 중량 60g/㎡의 고밀도 웨브를 형성함으로써 카트리지 필터의 직경에 대하여 22%의 직경비를 이루는 심층부위를 별도의 지지체없이 형성하였다. 그리고, 상기 심층부위의 바깥쪽에 중량 90g/㎡의 멜트블론법에 의한 고밀도 웨브를 형성하여 카트리지 필터의직경에 대하여 40%의 직경비를 이루는 중간부위를 적층하였다. 다음에, 상기 중간부위의 바깥쪽에 섬도 10데니어의 중량 40g/㎡ 스펀본드 부직포와 중량 20g/㎡의 멜트블론 부직포를 접합하여 중밀도 웨브를 형성한 후 카트리지 필터의 직경에 대하여 38%의 직경비를 갖도록 열원을 제거한 가압롤러를 이용하여 공기중에서 냉각하면서 외곽부위를 적층함으로써 카트리지 필터를 제조하였다. 최종적으로 카트리지 필터를 폭 간격 30mm의 줄무늬 롤에 온도 150℃에서 20초간 와인딩한 후 냉각하여 그 물성을 평가하하고 그 결과를 다음의 표 1에 나타내었다.

<비교예 1>

15데니어 섬유를 이용하여 중량 50g/㎡의 저밀도 열접합 부직포와 멜트블론법에 의한 중량 60g/㎡의 고밀도 부직포를 접합용 부직포와 함께 접합한 후 별도의 지지체없이 심층부위를 형성함으로써 카트리지 필터의 직경에 대하여 8%의 직경비를 이루는 코어필터를 제조하였다. 그리고, 상기 심층부위의 바깥쪽에 중량 90g/㎡의 스펀본드법에 의한 고밀도 웨브를 형성하여 카트리지 필터의 직경에 대하여 56%의 직경비를 이루는 중간부위를 적층하였다. 다음에, 상기 중간부위의 바깥쪽에 섬도 10데니어의 중량 40g/㎡ 열접합 부직포를 이용하여 중밀도 웨브를 형성한 후 카트리지 필터의 직경에 대하여 36%의 직경비를 갖도록 열원을 제거한 가압롤러를 이용하여 공기중에서 냉각하면서 외곽부위를 적층함으로써 카트리지 필터를 제조하였다. 최종적으로 카트리지 필터를 폭 간격 30mm의 줄무늬 롤에 온도 150℃에서 20초간 와인딩한 후 냉각하여 그 물성을 평가하고, 그 결과를 다음의 표 1에 나타내었다.

<비교예 2>

3데니어 섬유를 이용하여 중량 50g/㎡의 저밀도 스펀본드 부직포와 멜트블론법에 의한 중량 60g/㎡의 고밀도 부직포를 접합용 부직포와 함께 접합한 후 지지체없이 카트리지 필터의 직경에 대하여 20%의 직경비를 이루는 심층부위를 제조하였다. 그리고, 상기 심층부위의 바깥쪽에 중량 90g/㎡의 멜트블론법에 의한 고밀도 웨브를 형성하여 카트리지 필터의 직경에 대하여 39%의 직경비를 이루는 중간부위를 적층하였다. 다음에, 상기 중간부위의 바깥쪽에 섬도 10데니어의 중량 60g/㎡ 열접합 부직포를 이용하여 중밀도 웨브를 형성한 후 카트리지 필터의 직경에 대하여 41%의 직경비를 이루도록 열원을 제거한 가압롤러를 이용하여 공기중에서 냉각하면서 외곽부위를 적층함으로써 카트리지 필터를 제조하였다. 최종적으로 카트리지 필터를 폭 간격 30mm의 줄무늬 롤에 온도 150℃에서 20초간 와인딩한 후 냉각하여 그 물성을 평가한 후 그 결과를 다음의 표 1에 나타내었다.

<비교예 3>

20데니어 섬유를 이용하여 중량 50g/㎡의 저밀도 스펀본드 부직포와 멜트블론법에 의한 중량 60g/㎡의 고밀도 부직포를 접합용 부직포와 함께 접합함으로써 별도의 지지체 없이 심층부위를 형성하여 카트리지 필터의 직경에 대하여 33%의 직경비를 이루는 코어필터를 제조하였다. 그리고, 중간부위없이 상기 심층부위의 바깥쪽에 중량 90g/㎡의 멜트블론법에 의한 고밀도 웨브를 형성하여 카트리지 필터의 직경에 대하여 67%의 직경비를 갖도록 열원을 제거한 가압롤러를 이용하여 공기중에서 냉각하면서 외곽부위를 적층함으로써 카트리지 필터를 제조하였다. 최종적으로 카트리지 필터를 폭 간격 30mm의 줄무늬 롤에 온도 150℃에서 20초간 와인딩한 후 냉각하여 그 물성을 평가한 후 그 결과를 다음의 표 1에 나타내었다.

<비교예 4>

플라스틱 지지체를 이용하여 중량 90g/㎡의 멜트블론법에 의한 고밀도 웨브를 적층하여 카트리지 필터의 직경에 대하여 70%의 직경비를 이루는 심층부위를 제조하였다. 그리고, 상기 심층부위의 바깥쪽에 중간부위없이 카트리지 필터의 직경에 대하여 30%의 직경비를 갖는 외곽부위를 열원을 제거한 가압롤러를 이용하여 공기중에서 냉각하면서 카트리지 필터를 제조하였다. 최종적으로 카트리지 필터를 폭 간격 30mm의 줄무늬 롤에 온도 150℃에서 20초간 와인딩한 후 냉각하여 그 물성을 평가한 후 그 결과를 다음의 표 1에 나타내었다.

항목	실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4
저밀도웨 브	제조방법	스펀본드	메쉬	열접합	스펀본드	스펀본드	-
	섬 도	15	20	15	3	20	-
	용 적 비	20	22%	8%	20%	33%	0%
고밀도웨 브	제조방법	멜트블론	멜트블론	스펀본드	멜트블론	멜트블론	멜트블론
	용 적 비	41%	40%	56%	39%	67%	70%
중밀도웨 브	제조방법	멜트블론/스펀본드	멜트블론/스펀본드	열접합	열접합	-	열접합
	용 적 비	39%	38%	36%	41%	-	30%
유량 {1/(min×psi)}	32.69	34.11	14.20	18.29	10.18	9.91
포집효율 (μ, at 99%)	1.1	1.0	3.1	1.2	0.8	0.6
포집량 (g)	62	68	5.9	34	10.4	34.92
내압성 (μ, at 99%)	1.2	1.1	18	1.2	0.9	3.2
내열성 (μ, at 99%)	1.2	1.1	21	1.2	1.0	4.1
여재유출량 (mg)	0	0	32	8	0	42

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 비교예 1의 경우에는 실시예 1 및 실시예 2보다 내압성 및 내열성은 우수하지만 비교예 2와 마찬가지로 유량 및 포집량이 현저하게 낮을 뿐만 아니라 여재의 유출량이 많음을 알 수 있고, 비교예 3의 경우에는 실시예 1 및 실시예 2와 내압성 및 내열성은 비슷하고 여재의 유출량은 없었으나 실시예 1 및 실시예 2보다 유량이 현저하게 낮음을 알 수 있으며, 비교예 4의 경우에는 포집량은 많으나 포집효율 및 유량이 실시예 1 및 실시예 2보다 낮을 뿐만 아니라 여재 유출현상이 극심함을 알 수 있다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 심층부위는 복합밀도구배를 가지는 구조로 형성되고, 중간부위는 고밀도층으로 형성되며, 외곽부위는 중밀도층으로 형성된 구조의 카트리지 필터를 제조할 수 있도록 함으로써, 본 발명에 따른 제조방법에 의하여 제조된 카트리지 필터는 강도 및 통기량이 우수할 뿐만 아니라 유량특성 및 입자제거성능이 우수하고, 또한 여재의 유출량도 없다. 따라서, 종래 원통형 카트리지 필터에 있어서의 문제점인 고밀도 영향으로 인한 과충전문제를 해소할 수 있어 본 발명의 제조방법에 의하여 제조되는 카트리지 필터는 식품 및 전처리용 필터로도 유용하게 채용할 수 있다.

Claims (6)

1. 섬도가 큰 섬유로 이루어진 저밀도 웨브, 미세섬유로 이루어진 고밀도 웨브 및 접착용 섬유로 안쪽에서 바깥쪽으로 저밀도층, 고밀도층 및 접합층을 가지는 심층부위를 만드는 단계와;

   상기 심층부위의 바깥쪽에 초미세섬유로 이루어진 고밀도 웨브에 의하여 중간부위를 적층하는 단계와; 그리고,

   상기 중간부위의 바깥쪽에 중밀도 웨브에 의하여 외곽부위를 적층하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 원통형 카트리지 필터의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 저밀도 웨브를 이루는 섬유의 섬도는 10∼30데니어의 범위임을 특징으로 하는 원통형 카트리지 필터의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 심층부위는 카트리지 필터의 직경에 대하여 15∼20%의 직경비를 가지도록 만들어지고, 상기 중간부위는 카트리지 필터의 직경에 대하여 적어도 40%의 직경비를 가지도록 적층됨을 특징으로 하는 원통형 카트리지 필터의 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 저밀도 웨브는 부직포로 이루어지고, 상기 부직포는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르 및 이들의 공중합체로 된 고분자 화합물을 이용하여 이루어진 것임을 특징으로 하는 원통형 카트리지 필터의 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 저밀도 웨브는 스펀본드법 또는 모노필라멘트에 의하여 부직포 또는 메쉬 형태를 가지며, 상기 고밀도 웨브는 플래쉬 또는 멜트블로운법에 의해 만들어짐을 특징으로 하는 원통형 카트리지 필터의 제조방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 심층부위는 고밀도 웨브에 미세섬유와 접착용 섬유를 수 분산시켜 열 칼렌더롤에 압착하여 제조됨을 특징으로 하는 원통형 카트리지 필터의 제조방법.