KR20020054880A - 액체정제용 원통상 필터의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액체정제용 원통상 필터의 제조방법에 관한 것으로서, 원통상 지지체에 후가공된 부직포 여재를 삽입하여 가열접착시킴으로써, 입자 제거효율 뿐만 아니라 액체여과특성이 우수한 원통상 필터를 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 액체정제용 원통상 필터의 제조방법은, 열가소성 섬유 고분자재료에 의하여 원통상의 지지체를 만드는 단계와; 상기 지지체의 직경감소에 따라 점진적으로 감소하는 기공도를 가지는 부직포 여재를 상기 지지체에 삽입하여 가열접착시키는 단계를 포함하여 이루어진다. 따라서, 큰 입자를 외층쪽으로 포집하고 세밀한 입자를 내층부로 포집됨으로써 입자 제거효율 뿐만 아니라 액체여과특성이 우수한 원통상 필터를 얻을 수 있다.

Description

액체정제용 원통상 필터의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING CYLINDRICAL FILTER TO PURIFYING FLUID}

본 발명은 액체정제용 원통상 필터의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 지지체를 롤 형태로 감고 후가공된 부직포 여재를 지지체에 삽입하여 가열접착시킴으로써 액체여과특성 및 입자제거효율이 우수한 액체정제용 원통상 필터의 제조방법에 관한 것이다.

급변하는 사회환경속에 과학이 고도로 발달함에 따라 환경문제가 큰 문제로 대두되고 있다. 더욱이 최근에 이르러서는 대기, 수질 및 토양 오염문제가 큰 사회문제로 떠오르게 되었으며, 특히 수질의 오염은 인간의 삶에 직접적인 영향을 주게 됨에 따라 그 문제가 더 크게 부각되고 있다. 따라서 산업의 복합화, 전문화에 따른 수많은 종류의 공정용수 및 폐수, 식음료 및 가정용 음료의 정제에 대한 요구가 증대됨에 따라 다양한 종류의 필터가 연구되고 있음과 아울러 산업용 및 가정용 정수처리방법도 다양하게 연구되고 있다.

필터중 대표적인 형태인 원통상 필터는 주로 섬유 고분자재료를 이용하여 제조되고, 이러한 것들은 현재 수많이 제안되고 있다. 예컨태 방적사를 다공질의 코아에 감은 것, 멜트블론, 스펀본드나 그 외에 여러가지 방법으로 만들어진 부직포를 원통상으로 감아 성형한 것, 열가소성 고분자의 직접방사에 의한 것 등 원통상 필터의 제조방법은 다양하게 알려져 있다.

이와 같은 원통상 필터는 가격이 저렴하며 적용범위가 넓은 장점을 가지고 있지만 만족할만한 제거효율을 나타내기가 어렵기 때문에 대개 전처리필터로 사용되는 경우가 많다. 또한 여과의 진행에 따라 일부 필터여재가 유출되고 여과압력의 상승에 의한 입자의 유출 등도 문제가 되고 있다.

미국의 경우 폴, 밀리포어, 파커사 등을 중심으로 스펀본드, 멜트블론 및 열접착 타입의 필터를 제조하여 판매하고 있으며, 일본의 치소, 다이와보, 로키테크등에서도 다양한 종류의 필터를 판매하고 있는 상태이다. 그러나, 국내 필터산업의 경우 저가, 저용량 및 기능성이 부족한 필터를 중소기업을 중심으로 제조,판매하고 있으며, 식음료 등의 고기능성을 요구하는 경우에는 전량 수입품을 사용하고 있는 실정이다.

종래 원통형 카트리지 필터는 일본 실개소 61-121922호, 동 특공평 1-53565호, 국내 특허출원 제91-4706호에 잘 개시되어 있으며, 이들은 내부코어의 외주면에 열가소성 폴리머로 이루어진 부직포를 연속적으로 감은 후 최외각층을 열에 의하여 마감한 구조를 가지고 있다. 그러나, 이와 같은 구조의 종래 원통형 카트리지 필터의 경우에는 내부 부직포층들이 단순히 물리적인 힘에 의해서만 감겨진 상태이므로 내부조직의 치밀성이 떨어져 만족할만한 입자제거효율을 기대할 수 없다.

또한, 일본 특개평 5-192516호 및 5-343709호, 국내 특허출원 제92-21466호및 98-53512호에서는 상기한 문제를 해결하기 위하여 부직포층간에 열이나 수지 등을 이용하여 층간 접착을 실시하고 카트리지 필터 내층의 밀도를 조밀하게 하여 효율을 증가시키려 시도를 하였다.

그러나, 이와 같은 방법들은 속도구배나 압력의 구배에 의한 입자포집의 구배를 가질 수 있으나 모두 한가지의 여재만을 사용하고 있는 관계로 입자제거효율 및 입자포집량을 증가시키는 데에는 한계가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 지지체를 롤 형태로 감고 후가공된 부직포 여재를 상기 지지체에 삽입하여 가열접착시킴으로써, 큰 입자를 외층쪽으로 포집하고 세밀한 입자를 내층부로 포집하도록 하여 입자 제거효율 뿐만 아니라 액체여과특성이 우수한 액체정제용 원통상 필터의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 열가소성 섬유 고분자재료에 의하여 원통상의 지지체를 만들고, 이 지지체의 직경감소에 따라 점진적으로 감소하는 기공도를 가지는 부직포 여재를 상기 지지체에 삽입하여 가열접착시킴으로써, 낮은 입자 제거효율과 포집량을 가지는 종래 원통형 필터에 비해 만족할만한 입자 제거효율과 포집량을 얻을 수 있는 원통상 필터를 제조할 수 있다.

이와 같이 지지체에 삽입되는 부직포의 예로서는 구체적으로 방사하여 직접 부직포를 얻는 스펀본드법이나 멜트블론법에 의해 얻어지는 것, 또한 단섬유를 제조한 후에 부직포를 만드는 카드법, 니들펀치법, 워트제트법 등의 제조방법에 의해얻을 수 있는 것 등을 들 수 있지만, 본 발명에서는 강신도가 우수한 스펀본드법에 의한 부직포로 여재를 형성하면서 입자 제거효율과 포집량 증대를 위해 멜트블론법에 의해 생산되는 부직포를 이용하였다. 멜트블론법에 의해 만들어진 부직포는 부직포 내의 섬유배열이 램덤하고, 또 이 멜트블론법에 의하면 다양한 정도의 기공을 가지는 부직포를 얻을 수 있다.

기공이 상이한 여재를 원통상 카트리지 필터의 직경 증가(즉, 지지체의 직경 증가)에 따라 점진적으로 증가하는 기공도를 갖도록 설계함으로써 큰 입자로부터 순차적으로 입자를 포집하도록 하였으며, 그 위치를 내경의 코어로부터 1/10의 위치 이후에 삽입함으로써 삽입한 여재의 유출을 방지할 수 있었고, 9/10의 위치 이후에는 삽입을 하지 않음에 따라 필터의 형태안정성과 내구성의 향상을 증가시켰다. 여재의 수는 한 개의 여재로부터 많은 수의 여재까지 가능하나 필터의 성능과 입자 포집량을 고려할 때 2∼7가지가 적당하며, 8가지 이상에서는 필터의 성능과 입자 포집량에서 그다지 큰 변화를 찾을 수 없었다. 독특한 형태의 열접착 타입으로 생산된 부직포 여재는 필터의 포집능력을 향상시킴을 알 수 있으며, 이로 인해 필터의 수명이 증가된다는 것을 알 수 있다.

또한, 본 발명에서 지지체를 만드는데 사용되는 열가소성 섬유 고분자재료는 그 섬도가 0.1∼15데니어의 장섬유인 것이 바람직하다.

생성된 부직포 여재를 이용하여 상기와 같은 방법에 의해 만들어진 원통상 필터는 입자 제거효율 및 포집량을 동시에 만족함이 입증되었으며, 본 발명에서 각각의 성질 및 제반 물성의 측정은 ASTM F 317-82, ASTM 795-89 및 ISO 4572 방법에의거, 다음의 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 시험입자를 일정비율로 넣고, 다운스트림과 업스트림의 차압이 35psi가 될 때까지 순환시킨 후 필터의 무게변화를 측정하여 평가	g/카트리지

<실시예 1>

강신도가 우수하고 섬도가 10데니어, 평량이 10g/㎡인 스펀본드 장섬유 부직포를 사용하여 원통상의 지지체를 형성하고, 상기 지지체의 내부중심으로부터 제1매체의 경우 지지체 직경의 1/5의 위치에 평균 기공 크기 0.5∼0.8㎛, 제2매체의 경우 지지체 직경의 2/5 위치에 0.7∼1㎛, 제3매체의 경우 지지체 직경의 3/5의 위치에 1∼2㎛, 제4매체의 경우 지지체 직경의 4/5의 위치에 평균 기공 크기 2∼3㎛인 지지체의 직경 증가에 따라 점진적으로 증가하는 기공도를 갖는 멜트블론법으로 생성된 부직포 여재를 삽입하고 열접합 공정을 거쳐 원통상의 카트리지 필터를 제조하였으며, 이에 대한 물성을 평가하여 그 결과를 다음의 표 2에 나타내었다.

<실시예 2>

실시예 1에 있어서, 제1매체의 경우 지지체 직경의 1/7의 위치에 평균 기공 크기 0.5∼0.8㎛, 제2매체의 경우 지지체 직경의 2/7 위치에 0.7∼1㎛, 제3매체의경우 지지체 직경의 3/7의 위치에 1∼2㎛, 제4매체의 경우 지지체 직경의 4/7의 위치에 평균 기공 크기 2∼3㎛인 지지체 직경 증가에 따라 점진적으로 증가하는 기공도를 갖는 멜트블론법으로 생성된 부직포 여재를 삽입하고 그 이후에 제5매체의 경우 지지체 직경의 5/7의 위치에 엠보타입으로 평량이 35g/㎡, 제6매체의 경우 지지체 직경의 6/7의 위치에 그루브드 타입의 평량이 45g/㎡인 각기 다른 열접합 타입으로 생산된 부직포 여재를 삽입한 후 열접합 공정을 거쳐 원통상의 카트리지 필터를 제조하였으며, 이에 대한 물성을 평가하여 그 결과를 다음의 표 2에 나타내었다.

<실시예 3>

실시예 1에 있어서, 지지체에 삽입되는 부직포의 평균 기공 크기가 제1매체의 경우 1∼3㎛, 제2매체의 경우 2∼4㎛, 제3매체의 경우 3∼5㎛, 제4매체의 경우 5∼7㎛로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 실험을 행하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다.

<실시예 4>

실시예 1에 있어서, 지지체에 삽입되는 부직포의 평균 기공 크기가 제1매체의 경우 3∼5㎛, 제2매체의 경우 5∼7㎛, 제3매체의 경우 10∼20㎛로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 실험을 행하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다.

<비교예 1>

실시예 1에 있어서, 지지체에 삽입되는 부직포 여재를, 지지체 내부중심으로부터 지지체 직경의 1/3 위치에 삽입되는 평균 기공 크기가 3∼5㎛인 제1매체와, 지지체 직경의 1/2 위치에 삽입되는 평균 기공 크기가 3∼5㎛인 제2매체의 두 가지의 매체로 변경하여 원통상의 카트리지 필터를 제조한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 실험을 행하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다.

<비교예 2>

실시예 1에 있어서, 지지체에 삽입되는 부직포 여재를, 지지체의 내부중심으로부터 지지체 직경의 1/3의 위치에 삽입되는 평균 기공 크기가 1∼3㎛인 제1매체와, 지지체 직경의 1/2의 위치에 삽입되는 평균 기공 크기가 3∼5㎛인 제2매체와, 지지체 직경의 2/3의 위치에 삽입되는 평균 기공 크기가 5∼7㎛인 제3매체의 세 가지 매체로 변경하여 원통상의 카트리지 필터를 제조한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 실험을 행하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다.

<비교예 3>

실시예 1에 있어서, 지지체에 삽입되는 부직포 여재를, 지지체의 내부중심으로부터 지지체 직경의 1/5의 위치에 삽입되는 평균 기공 크기가 1∼3㎛인 제1매체의 한 가지 매체로 변경하여 원통상의 카트리지 필터를 제조한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 실험을 행하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다.

<비교예 4>

실시예 1에 있어서, 지지체에 삽입되는 부직포 여재를, 지지체의 내부중심으로부터 지지체 직경의 1/2의 위치에 삽입되는 평균 기공 크기가 1∼3㎛인 제1매체의 한 가지 매체로 변경하여 원통상의 카트리지 필터를 제조한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 실험을 행하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다.

<비교예 5>

실시예 1에 있어서, 지지체에 삽입되는 부직포 여재를, 지지체의 내부중심으로부터 지지체 직경의 4/5의 위치에 삽입되는 평균 기공 크기가 1∼3㎛인 제1매체의 한 가지 매체로 변경하여 원통상의 카트리지 필터를 제조한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 실험을 행하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다.

구분	유량(LPM/PSID)	제거효율	포집량(g/카트리지)
		㎛		%
실시예 1	1.9	0.5	97	16
실시예 2	2.2	0.5	98	33
실시예 3	7.2	1.0	97	28
실시예 4	20.8	3.0	99	44
비교예 1	2.0	1.0	96	15
비교예 2	2.4	1.0	97	22
비교예 3	5.9	1.0	97	12
비교예 4	9.1	1.0	96	15
비교예 5	14.6	1.0	96	19

상기 표 2를 보는 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따라 제조된 필터들, 특히 실시예 4에 따라 제조된 필터의 경우 비교예들에 따라 제조된 필터보다 상대적으로 유량특성 및 입자제거성능이 우수함을 잘 알 수 있다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 액체정제용 원통상 필터의 제조방법에 있어서는, 원통상의 지지체에, 그 직경감소에 따라 점진적으로 감소하는 기공도를 가지는 부직포 여재를 상기 지지체에 삽입하여 가열접착시켜 원통상 필터를 제조함으로써, 제조된 필터의 경우 큰 입자는 외층쪽으로 포집되고 세밀한 입자는 내층쪽에 포집되므로 입자 제거효율 뿐만 아니라 액체여과특성이 우수한 필터를 얻을 수 있다.

Claims (5)

1. 열가소성 섬유 고분자재료에 의하여 원통상의 지지체를 만드는 단계와;

   상기 지지체의 직경감소에 따라 점진적으로 감소하는 기공도를 가지는 부직포 여재를 상기 지지체에 삽입하여 가열접착시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액체정제용 원통상 필터의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 부직포 여재는 상기 지지체의 내부중심으로부터 지지체 직경의 1/10∼9/10의 범위에 삽입됨을 특징으로 하는 액체정제용 원통상 필터의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 부직포 여재는 상기 지지체의 직경 증가에 따라 점진적으로 기공이 증가하는 기공도를 갖는 2∼7가지의 상이한 매체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액체정제용 원통상 필터의 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 부직포 여재는 상기 지지체의 내부중심으로부터 지지체 직경의 1/10∼5/10의 위체에 삽입되는 멜트블론법으로 생성된 부직포 매체와, 지지체 직경의 6/10∼9/10의 위치에 삽입되는 열접합 방법으로 생성된 부직포 매체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액체정제용 원통상 필터의 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 지지체를 만드는데 사용되는 열가소성 섬유 고분자재료는 그 섬도가 0.1∼15데니어의 장섬유임을 특징으로 하는 액체정제용 원통상 필터의 제조방법.