KR20020054879A - 액체정제용 절곡필터의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액체정제용 절곡필터의 제조방법에 관한 것으로서, 액체 필터 내부에 영구적인 항균성을 부여함으로써 항균성이 우수한 액체정제용 절곡필터를 얻을 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따르면, 합성수지에 은화합물과 지르코늄 화합물을 함유하는 비다공성 무기미립자 세라믹을 첨가하여 마스터 배치를 만든다. 상기 마스터 배치와 일반 부직포용 폴리프로필렌 수지를 혼련,방사하여 항균 방취성이 우수한 폴리프로필렌 장섬유 부직포를 얻는다. 이 폴리프로필렌 장섬유 부직포를 다층 여재의 상향 및 하향면을 이루는 지지체로 하고, 또한 다층 여재의 제1매체 및 제2매체를 항균성 멜트브로운 PP부직포로 하여, 이 다층 여재를 통상의 방법으로 절곡, 절단, 초음파 및 열접합 공정을 차례로 거쳐 절곡필터를 제조한다.

Description

액체정제용 절곡필터의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING BENDED FILTER TO PURIFYING FLUID}
본 발명은 액체정제용 절곡필터의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 은화합물과 지르코늄 화합물을 함유하는 무기계 항균성 폴리프로필렌 장섬유 부직포를 지지체 및 필터용 여재로 채용하여 다층상으로 절곡한 필터를 제조할 수 있도록 함으로써 여재 자체가 반영구적이며 우수한 항균 성능을 보유할 수 있고 액체 여과특성 및 입자제거효율도 우수한 액체정제용 절곡필터의 제조방법에 관한 것이다．
급변하는 사회환경속에 과학이 고도로 발달함에 따라 환경문제가 큰 문제로 대두되어 왔다．더욱이 최근에 이르러서는 대기 및 토양 오염문제가 사회문제로 떠오르게 되었으며, 수질의 오염은 인간이 먹고 마시는데 직접적인 영향을 주게 됨에 따라 그 문제가 더 크게 부각되어 왔다. 이에 부응하여 오염된 하수의 정화처리 방법과 일반수의 식음료 사용을 위한 정수처리 방법이 다양하게 연구되어 왔으며, 역삼투막이나 한외여과막 등의 막을 이용한 수질처리시스템도 제안되었다．
이러한 수질처리시스템은 필터의 종류가 다양하고, 그 적용분야도 매우 광범위하다. 특히 정밀여과막의 경우는 수질처리시스템의 기초적 필터이므로 반드시 필요하지만, 그 제조방법이 매우 다양하기 때문에 여러 종류의 재질을 이용하고 있는 실정이다. 미국의 경우 폴, 오스모닉스, 밀리포어, 일본의 도요여지, 로키테크 등과 유럽의 멤텍과 파커사 등을 중심으로 부직포 및 다양한 종류의 합성수지막을 이용하여 절곡된 형태로 필터를 제조하여 판매하고 있으나, 국내에서는 현재 주로 수입에만 의존하고 있다.
액체용 필터는 크게 수처리용과 오일처리용으로 나눌 수 있고, 그 용도에 따라 더 세분화되어 각각의 용도에 따라 그 여재의 특성 또한 다양하게 요구되고 있다. 액체용으로 사용되고 있는 멜트블론 부직포의 경우는 짧은 수명과 낮은 포집효율에 대한 개선이 요구되어 왔다. 이에 따라 미국 및 일본을 중심으로 부직포 여재의 고기능화를 위한 필터 여재(미디어) 개발이 중요한 문제로 여겨지게 되었으며, 특히 멜트블론 부직포의 경우 생산량 및 다기능성이 매우 크게 증가되는 추세임에 따라 그 적용 범위도 점차 확대되고 있는 실정이다.
액체용 필터의 경우, 원수에 다양한 종류의 미생물이 포함되어 있으며, 각종 금속류 및 화학 물질이 함유되어 있어, 이를 제거하기 위한 기능성 필터가 절실히 요구되고 있는 실정이다.
포도당, 과당 및 조미료 제조 공정액 등의 고점도 액체를 정제할 때 필터 외벽에 누적되는 글루코스 성분으로 인한 세균 번식의 문제점을 개선하기 위한 항균성 부여의 요구도 크게 부각되고 있고, 최근 수요가 급증하고 있는 음용수의 전처리 공정에 주로 사용되는 카트리지 형태의 필터에 있어서 음용수의 장기간 보관 및 음용수 생산라인의 노후화에 따른 세균 번식 등의 문제점을 해결하기 위하여 인체에 안전하고 액체필터 내부에 항균성을 영구적으로 부여하기 위한 다각적인 개발이 진행되고 있다.
항균 기능을 부직포 형태의 필터용 여재에 부여하는 방법으로는 부직포를 제조하는 공정중 주로 스프레이법에 의한 후처리 방법이 행해지고 있으나 공정 작업성의 어려움 및 마찰이나 세탁에 의한 내구성 저하의 문제점이 있고, 특히 의료용 부직포의 경우 인체에 대한 안전성 등의 문제점을 안고 있다.
따라서 상기와 같은 문제점 등을 개선하기 위하여, 본 출원인에 의하여 비다공성이면서 미립자에 의한 큰 표면적을 갖는 무기계 세라믹을 장섬유중에 함유시켜 항균성을 갖는 PP 장섬유 부직포를 제조하는 기술이 제안(국내 출원 제93－12277호)되었다. 즉, 일부 금속이온이 미생물의 신진대사를 파괴하여 항균성을 나타내고 일부 금속산화물은 악취성분의 분자와 화학적으로 결합하여 방취성분을 나타낼 수 있다는 점을 발견하였다. 무기계 항균제로서 보편적으로 사용되어 온 다공성 지올라이트에 의한 항균방법은 지올라이트 자체의 수분흡착특성으로 인하여 부직포 제조시 수분에 의한 용융점도 저하, 방사성 및 물성 저하, 색조 불량 등의 문제점이 있다.
또한 본 출원인에 의하여 유기계 항균제로 벤즈 이미다졸 및 비구아니드 하이드로 클로라이드계 화합물을 투입하여 부직포를 제조함으로서 항균 및 소취성을 동시에 개선하는 기술이 제안(국내 출원 제94－26076호)된 바 있으며, 또 본 출원인에 의하여 유리섬유계 액체여과용 절곡필터 제조시 유기계 항균제가 첨가,혼련된 항균성 폴리프로필렌 장섬유 부직포를 지지체로 하고 유리섬유계 여재를 다층상으로 절곡한 후 필터를 제조하여 여재 자체에 우수한 항균 성능을 부여하고 액체 여과특성 및 제거효율이 우수한 절곡필터의 제조방법에 관한 기술이 제안(국내 출원 제99－62904호)된 바 있다.
본 발명은 액체 필터 내부에 영구적인 항균성을 부여함으로써 항균성이 우수한 액체정제용 절곡필터를 얻을 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따르면, 비다공성 무기세라믹 미립자를 필터 여재인 부직포 제조시 첨가하여 여재 내부 및 외부 표면에 골고루 존재하도록 함으로써 내구성 및 공정성이 우수한 항균 필터를 제조할 수 있다. 즉, 다공성 세라믹 사용시의 수분흡착에 의한 악영향을 방지하고자 비다공성이면서 미립자임으로 인해 큰 표면적을 갖는 무기세라믹을 섬유중에 함유시킴으로써 영구적 항균성을 갖는 액체필터용 부직포 여재를 제조할 수 있다.
본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
합성수지에 은화합물과 지르코늄 화합물을 함유하는 비다공성 세라믹을 첨가하여 마스터 배치(master batch)를 만든 다음 필터여재인 부직포를 기준으로 하여 무기세라믹 함량이 0.2∼3중량% 함유되도록 조정한다. 바람직하게는 0.5∼2.O중량%가 좋다. 부직포를 기준으로 하여 무기세라믹 함량이 0.2중량% 미만인 경우에는 최종 필터 여재에서 항균성이 불충분하며 3중량%를 초과하는 경우에는 생산성이 저하될 뿐만 아니라 경제적으로도 이점이 감소된다．
본 발명에 있어서 사용되는 합성수지로는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 풀리올레핀계, 폴리에스터, 폴리아미드 등이 사용가능하다. 마스터 배치는 금속이온을 함유하는 무기세라믹과 합성수지를 혼련기로 용융,혼련하여 제조하며, 그 혼합비율은 중량 기준으로 1:1에서 1:5O까지 가능하지만 입자의 분산성 및 경제성을 고려하면 최적 혼합비율은 1:9가 바람직하다.
본 발명에 있어서, 비다공성 무기미립자 세라믹의 항균작용은 세라믹에 함유된 항균 금속이온의 촉매작용으로 접촉하는 공기중의 산소를 이온화시킨 활성산소에 의해 미생물 세포의 호흡계, 전자전달계 등의 기본대사계의 효소저해 또는 세포막의 물질이동 저해작용이 일어남으로써 수행될 수 있고, 세균이나 곰팡이류에 기인하는 악취성분이 발생하면 무기미립자 세라믹에 포함된 항균금속에 의해 분해됨으로써 방취작용도 함께 수행될 수 있다.
그리고, 상기한 바와 같은 마스터 배치와 일반 부직포용 폴리프로필렌 수지를 혼련,방사하여 항균 방취성이 우수한 폴리프로필렌 장섬유 부직포를 얻는다.
본 발명에서는 이 폴리프로필렌 장섬유 부직포를 다층 여재의 상향 및 하향면을 이루는 지지체로 함과 아울러 다층 여재의 제1매체 및 제2매체를 항균성 멜트브로운 PP부직포로 하여, 이 다층 여재를 통상의 방법으로 절곡, 절단, 초음파 및 열접합 공정을 차례로 거쳐 절곡필터를 제조한다.
부직포 여재의 두께 및 기공 크기는 절곡필터 제조시 입자제거효율 및 고유량 발현에 가장 중요한 인자로 작용하며, 다층 여재를 구성하는 제1매체인 멜트브로운 PP부직포의 경우 두께를 0.1∼3.0mm, 평균 기공 크기를 10∼20㎛로 선정하는것이 상기 조건을 만족하였다. 또한, 제2매체의 경우 두께를 0.2∼2.0mm, 평균 기공 크기를 1∼50㎛로 선정하는 것이 상기 조건을 만족하였다.
또한, 본 발명에 있어서 절곡필터 제조시 유효 막면적을 0.4∼1.0㎡으로 설계하는 것이 경제성, 제거효율 및 고유량 발현을 동시에 만족함을 입증할 수 있었으며, 본 발명에서 각각의 성질 및 제반 물성의 측정은 하기의 표 1과 같은 방법으로 측정하였다.
평가항목 평가방법 측정단위
유량 순수탱크에 18㏁의 순수를 넣고 초기압력에 따른 처리유량을 유량계로 평가 LPM/PSI
제거효율 오수탱크에 폴리스티렌(polybeadTM) 비드(bead)를 넣고 일정비율로 순수와 섞어서 기어펌프를 통하여 투여시킨 후, 업스트림 센서를 통하여 필터 통과전의 입자수를 입자크기별로 측정한 후, 필터를 통과한 유체를 다운스트림 센서를 통하여 유체의 입자수를 측정하여 입자개수의 변화를 측정 %, β-ratio
포집능력 오수탱크에 입자를 넣고, 다운스트림과 업스트림의 차압이 35psi가 될 때까지 순환시킨 후 필터의 무게변화를 측정하여 평가 g/카트리지
<항균성 평가>
일본 섬유제품 위생가공협회 평가규격인 쉐이크 플라스크(Shake Flask)법에 의하여 다층 여재 상태에서의 항균성능을 평가하였다. 즉, 황색 포도상구균을 한천 배지에 접종하고 37℃에서 27시간 배양한 균을 접종원으로 하여 시험편에 접종한 후 일정량의 액체를 가하여 시험편으로부터 세균을 액중에 추출시킨 뒤 처리포와 미처리포의 액 중에 잔존하는 세균의 수를 측정함으로써 항균제에 의한 세균의 감소 백분율을 계산하였다.
<실시예 1>
용융지수가 15이고 평균입경 200㎛인 폴리프로필렌 파우더 92중량%, 첨가제 1인 항균제로서 은화합물과 지르코늄 화합물을 함유하는 비다공성 세라믹 항균제(제품명 : 노바론AG, 일본 동아합성공업(주) 제폼) 5중량%，TiO2분말 2.5중량%, 열안정제로서 이가녹스 1010(일본 시바가이기사 제품) 0.1중량%, 퍼록사이드(일본화약(주) 제품) 0.4중량%를 혼합기에 넣고 혼합한 후, 트윈스크류가 장착된 용융압출기를 이용하여 스크류 회전속도 200∼250rpm, 용융온도 200∼220℃의 조건에서 마스타 배치 칩을 제조하였다. 제조된 마스타 배치 칩을 진공건조기에서 120℃×4시간 조건에서 건조하였다. 그리고, 건조된 마스타 배치 칩을 용용지수 35의 부직포용 폴리프로필렌 칩과 1:9로 혼련하여 210℃에서 용융,방사하고 웨브 형성 및 열접착 공정을 거쳐 항균 기능성을 보유하는 중량 4Og/㎡ 폴리프로필렌 장섬유 부직포를 제조하여, 상향 및 하향면의 다층 여재의 지지체로 하고, 제1매체인 2Og/㎡ 항균성 멜트브로운 PP부직포의 경우 두께 0.14mm, 평균 기공 크기 17㎛, 그리고 제2매체인 85g/㎡ 칼렌다 후가공 처리 항균성 멜트브로운 PP 부직포의 경우 두께 0.2mm, 평균 기공 크기 1.6㎛로 전체 필터층을 4층 여재로 하여 유효 막면적 0.7㎡ 조건에서 통상의 방법으로 절곡, 절단, 초음파 및 열접합 공정을 차례로 거쳐 절곡필터를 제조하였으며 그 물성을 평가한 결과를 다음의 표 2에 나타내었다.
<실시예 2>
실시예 1에 있어서, 항균제로서 첨가제 1인 항균제 파우더 10 중량%(항균제투입농도 1.0%)로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 실험을 행하였으며 그 결과를 표 2에 나타내었다.
<실시예 3>
실시예 1에 있어서, 항균제로서 첨가제 1인 항균제 파우더를 30 중량%(항균제 투입농도 3.0%)로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 실험을 행하였으며 그 결과를 표 2에 나타내었다.
<실시예 4>
실시예 1에 있어서, 제1매체인 멜트브로운 PP 부직포의 경우 두께는 1.0mm, 평균 기공 크기는 20㎛로 하고, 제2매체인 칼렌다 후가공처리 멜트브로운 PP 부직포의 경우 두께 1.0mm, 평균 기공 크기 3㎛로 하는 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 실험을 행하였으며 그 결과를 표 2에 나타내었다.
<실시예 5>
실시예 1에 있어서, 제1매체인 멜트브로운 PP 부직포의 경우 두께는 2.0mm, 평균 기공 크기 20㎛로 하고, 제2매체인 칼렌다 후가공처리 멜트브로운 PP 부직포의 경우 두께 2.0mm, 평균 기공 크기 4㎛로 하는 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 실험을 행하였으며 그 결과를 표 2에 나타내었다.
<실시예 6>
실시예 1에 있어서, 제1매체인 멜트브로운 PP 부직포의 경우 두께는 3.0mm, 평균 기공 크기는 20㎛로 하고, 제2매체인 칼렌다 후가공처리 멜트브로운 PP 부직포의 경우 두께 2.0mm, 평균 기공 크기 5㎛로 하는 것 이외에는 실시예 1과 동일한조건 및 동일한 방법으로 실험을 행하였으며 그 결과를 표 2에 나타내었다.
<실시예 7>
실시예 1에 있어서, 두께 0.14mm, 평균 기공 크기 17㎛인 제1매체와, 두께 0.2mm, 평균 기공 크기 1.6㎛의 제2매체를 4층 여재로 하여 유효 막면적 0.9㎡ 조건으로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 실험을 행하였으며 그 결과를 표 2에 나타내었다.
<비교예 1>
실시예 1에 있어서, 용융지수 35인 부직포용 폴리프로필렌 칩과 TiO2마스타 배치(2.5 중량%)를 9:1로 혼련하여 210℃에서 용융,방사하고 웨브 형성 및 열접착 공정을 거쳐 일반적인 폴리프로필렌 장섬유 부직포를 제조하여 상향 및 하향면의 다층 여재의 지지체로 하고, 여기에 두께 0.14mm, 평균 기공 크기 17㎛인 멜트브로운 PP 부직포로 된 제1매체와, 두께 0.7mm, 평균 기공 크기 2.0㎛인 칼렌다 후가공처리 항균성 멜트브로운 PP 부직포로 된 제2매체를 4층 여재로 하여 유효 막면적 0.7㎡ 조건에서 통상의 방법으로 절곡, 절단, 초음파 및 열접합 공정을 거쳐 절곡필터를 제조하였으며 그 물성을 평가한 결과를 표 2에 나타내었다.
<비교예 2>
실시예 1에 있어서, 항균제로서 첨가제 1인 항균제 파우더를 40중량%(항균제 투입농도 4.0%)로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 실험을 행하였으며 그 결과를 표 2에 나타내었다.
<비교예 3>
실시예 1에 있어서, 두께 0.14mm, 평균 기공 크기 17㎛인 제1매체와, 두께 0.2mm, 평균 기공 크기 1.6㎛인 제2매체를 4층 여재로 하여 유효 막면적 0.2㎡ 조건으로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 실험을 행하였으며 그 결과를 표 2에 나타내었다.
<비교예 4>
실시예 1에 있어서, 두께 0.14mm, 평균 기공 크기 17㎛인 제1매체와, 두께 0.2mm, 평균 기공 크기 1.6㎛인 제2매체를 4층 여재로 하여 유효 막면적 1.5㎡ 조건으로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 실험을 행하였으며 그 결과를 표 2에 나타내었다.
구분 유량(LPM/PSI) 제거효율(%) 포집능력(g/카트리지) 항균성(균감소율:%)
실시예 1 7.8 99.99 120 99.99
실시예 2 7.2 99.99 110 99.99
실시예 3 6.8 98.00 100 99.99
실시예 4 9.0 95.00 90 99.99
실시예 5 9.5 93.00 85 99.99
실시예 6 9.5 93.00 85 99.99
실시예 7 8.0 99.00 110 99.99
비교예 1 7.8 99.99 120 20.00
비교예 2 5.0 90.00 85 99.99
비교예 3 5.5 90.00 85 99.99
비교예 4 10.0 85.00 70 99.99
상기 표 2에서 알 수 있듯이, 실시예 1의 경우 제거효율, 포집능력 및 항균성이 우수할 뿐만 아니라 다른 것에 뒤지지 않는 고유량 특성을 나타냄을 알 수 있다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 액체정제용 절곡필터의 제조방법에 있어서는, 본 발명 제조방법에 의하여 제조된 필터의 경우 다층 여재를 이루는 제1매체 및 제2매체가 항균성을 가지고 있고, 또한 다층 여재의 상향 및 하향면을 이루는 지지체에 비다공성 무기미립자 세라믹이 함유되어 상기 지지체가 영구적 항균성 뿐만 아니라 방취성을 가지고 있으므로, 항균성이 우수한 필터를 얻을 수 있다.

Claims (4)

  1. 합성수지에 은화합물과 지르코늄 화합물을 함유하는 비다공성 무기미립자 세라믹을 첨가하여 마스터 배치를 만드는 단계와;
    상기 마스터 배치와 일반 부직포용 폴리프로필렌 수지를 혼련,방사하여 항균 방취성이 우수한 폴리프로필렌 장섬유 부직포를 만드는 단계와;
    상기 폴리프로필렌 장섬유 부직포를 다층 여재의 상향 및 하향면을 이루는 지지체로 함과 아울러 다층 여재의 제1매체 및 제2매체를 항균성 멜트브로운 PP부직포로 하여, 이 다층 여재를 통상의 방법으로 절곡, 절단, 초음파 및 열접합 공정을 차례로 거쳐 절곡필터를 제조하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액체정제용 절곡필터의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 비다공성 무기미립자 세라믹이 필터 여재인 부직포를 기준으로 하여 0.2∼3 중량% 함유되도록 마스터 배치를 제조함을 특징으로 하는 액체정제용 절곡필터의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1매체는 그 두께가 0.1∼3.0mm임과 아울러 그 평균 기공 크기가 10∼20㎛ 범위이고, 상기 제2매체는 그 두께가 0.2∼2.0mm임과 아울러 그 평균 기공 크기가 1∼50㎛ 범위임을 특징으로 하는 액체정제용 절곡필터의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    유효 막면적이 0.4∼1.0㎡ 범위가 되도록 절곡필터를 제조함을 특징으로 하는 액체정제용 절곡필터의 제조방법.
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