KR20020054882A - 여과성이 우수한 다층구조 필터의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 여과성이 우수한 다층구조 필터의 제조방법에 관한 것으로서, 종래 일반 가공되지 않은 섬유 필터 매체를 이용한 절곡필터 제품의 문제점을 해결하고, 상향 및 하향면에 입자의 다포집과 높은 입자제거효율 기능을 가지는 다층구조 필터를 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 여과성이 우수한 다층구조 필터의 제조방법은, 폴리프로필렌 장섬유 및 단섬유 부직포에 소정의 속도로 열과 압력을 가하여 제1매체를 제조하는 단계와; 폴리프로필렌 장섬유 및 단섬유 부직포에 소정의 속도로 열과 압력을 가하여 제2매체를 제조하는 단계와; 그리고, 가공처리되지 않은 폴리프로필렌 장섬유를 부직포 다층 여재의 상향 및 하향면의 지지체로 하고 상기 제1매체와 제2매체를 4층 여재로 하여 통상의 방법으로 절곡, 절단, 초음파 및 열접합 공정을 거쳐 다층구조 필터를 제조하는 단계를 포함하여 이루어진다.

Description

여과성이 우수한 다층구조 필터의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING MULTILAYER FILTER HAVING ENHANCED FILTERABILITY}

본 발명은 여과성이 우수한 다층구조 필터의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 액체여과용 절곡필터 제조시 폴리프로필렌 장섬유 부직포와 단섬유 부직포를 우수한 필터여재로 사용하기 위하여 장섬유 부직포와 단섬유 부직포에 열과 압력을 가하여 필터여재로 만들어 다층상으로 절곡한 후 필터를 제조하여 여재 자체가 우수한 입자 제거성능을 가지는 여과성이 우수한 다층구조 필터의 제조방법에 관한 것이다.

급변하는 사회환경 속에 과학이 고도로 발달함에 따라 환경문제가 큰 문제로 대두되고 있다. 더욱이 최근에 이르러서는 대기, 수질 및 토양오염문제가 큰 사회문제로 떠오르게 되었으며, 특히 수질의 오염은 인간이 먹고 마시는데 직접적인 영향을 주게 됨에 따라 그 문제가 더 크게 부각되고 있다. 따라서, 오염된 하수의 정화처리방법과 일반수의 식음료 사용을 위한 정수처리방법이 다양하게 연구되고 있으며, 특히 역삼투막이나 한외여과막 등의 막을 이용한 수질처리시스템이 다양하게 제안되고 있다.

이러한 수질처리시스템은 여기에 사용되는 필터의 종류가 다양하고 그 적용분야도 매우 광범위하다. 특히 정밀여과막의 경우는 수질처리시스템의 기초적 필터이므로 반드시 필요하지만 제조방법이 매우 다양하여 여러 종류의 재질을 이용하고 있는 실정이다. 미국의 경우 폴, 오스모닉스, 밀리포어, 일본의 경우 도요여지, 칫소, 로키테크, 유럽의 경우 멤텍과 파커사 등을 중심으로 부직포 및 다양한 종류의 합성수지막을 이용하여 절곡된 형태로 필터를 제조하여 판매하고 있는 실정이며, 국내에서는 현재 외산제품의 수입에 주로 의존하고 있다.

한편, 산업이 고도로 발전하게 됨에 따라 집적화, 정밀화되어 제조공정 뿐만 아니라 일반 사무실의 쾌적한 환경을 조성하기 위하여 공조용 및 액체용 필터의 요구도 급속히 증대되고 있다. 그러나, 과거 공조용으로 사용되는 일반 장섬유 및 단섬유 부직포 여재로 제조된 필터는 반도체 및 원자력 발전소 등에서의 매우 작은 입자 여과시 사용하기 어렵고, 또한 여재 유출에 의한 2차 오염 등이 문제되었다.

이에 따라 미국 및 일본을 중심으로 멜트블론 부직포의 고기능화를 위한 여재(media) 개발이 중요한 문제로 여겨지게 되었으며, 특히 멜트블론 부직포의 경우 생산량 및 다기능성이 매우 크게 증가되는 추세에 따라 그 적용범위도 점차 확대되고 있는 실정이다.

액체용 필터는 크게 수처리용과 오일처리용으로 나눌 수 있으나, 그 용도에 따라 더 세분화되어 각각의 용도에 따라 그 여재의 특성 또한 다양하게 요구된다.

액체용 필터의 경우, 원수에 다양한 종류의 미생물이 포함되어 있으며, 각종 금속류 및 화학 물질이 함유되어 있는 점을 고려하여 높은 입자제거효율과 긴 사용주기를 갖는 것이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

이러한 필터여재 및 이를 이용한 필터의 경우 국내 특허출원 제94-11760호에는 저융점 미세섬유와 고융점 미세섬유가 결합된 필터매체를 이용하여 상향 및 하향면을 갖는 필터 매체의 상향 및 하향면의 적어도 하나에 위치한 폴리머 메시를 함유하는 주름진 필터 요소를 포함하는 액체 여과용 필터 제조방법이 개시되어 있다. 그러나, 이 선행기술에서는 일반 가공처리되지 않은 저융점 및 고융점 미세섬유의 혼합물 부직포 필터 매체의 경우 작은 입자에 대한 낮은 제거효율 및 낮은 포집량 등의 문제점을 내포하고 잇다.

본 발명은 종래 일반 가공되지 않은 섬유 필터 매체를 이용한 절곡필터 제품의 문제점을 해결하고, 상향 및 하향면에 입자의 다포집과 높은 입자제거효율 기능을 가지는 다층구조 필터의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따르면, 폴리프로필렌 수지의 기본 물성 저하가 적고 경제적으로 사용기간을 늘일 수 있는 성능을 부여할 수 있는 가공처리로서 폴리프로필렌 장섬유와 단섬유 부직포 표면에 온도를 50∼130℃로 가하고 압력은 150kg/cm 이상 가하며 부직포에 압력이 가해지는 속도는 10∼30m/min로 조절한다. 이와 같이 가공된 부직포 필터여재를 이용한 절곡필터 제조시 부직포의 두께 및 기공 크기는 필터 제조시 입자제거효율 및 고유량 발현에 가장 중요한 인자로 작용하며, 폴리프로필렌 부직포로 된 제1매체의 경우 두께는 0.1∼3.0mm, 평균 기공크기 0.2∼10㎛, 평균중량 30∼115g/㎡이고, 부직포로 된 제2매체의 경우 두께는 0.2∼5.0mm, 평균 기공크기 0.5∼10㎛, 평균 중량 30∼115g/㎡로 선정하는 것이 상기 조건을 만족하였다.

또한, 본 발명에 있어서, 필터 제조시 유효 여과면적은 0.4∼0.9㎡으로 설계하는 것이 경제성, 입자제거효율 및 고유량 발현을 동시에 만족할 수 있음이 입증되었고, 본 발명에서 각각의 성질 및 제반 물성의 측정은 다음의 표 1과 같은 방법으로 측정하였다.

평가항목	평가방법	측정단위
유량	순수탱크에 18㏁의 순수를 넣고 초기압력에 따른 처리유량을 유량계로 평가	LPM/PSID
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
버블포인드	필터여재의 모든 공극에 액체가 찰만큼 충분히 적신후 압력을 천천히 가하면 공극에 거품이 생기는데 이 때 거품이 터질 때의 압력을 측정하여 필터여재의 최대 공극 크기를 평가	PSID

<필터여재 기공 크기 평가>

미국 시험 및 재료협회(ASTM) 평가규격인 F316-86, E1294-89 방법에 의하여 폴리프로필렌을 가공한 후 여재 상태에서의 기공크기를 평가하였다. 즉, 미국 PMI의 포어윅(Porewick)(표면장력 : 16dynes/cm)에 평가할 가공 필터여재를 충분히 적신 후 25℃에서 천천히 압력을 증가시키면서 공기투과도를 측정하고, 기공 표면의거품이 최초 터질 때의 압력을 측정하여 기공의 분포량 및 크기를 평가하였다.

<실시예 1>

평균 중량이 90g/㎡이고, 평균 두께가 0.4mm이며, 평균 입경이 12㎛인 폴리프로필렌 재질의 부직포를 스테인레스 스틸 재질의 가열된 롤과 고무로 된 가열되지 않은 롤 사이에 넣고 스테인레스 스틸 재질의 롤의 온도를 50∼60℃로 고정하고, 스테인레스 스틸 롤과 고무롤 사이의 압력을 160∼170kg/cm으로 고정한 후, 부직포에 대하여 열과 압력을 가해주는 속도를 15m/min로 하여 폴리프로필렌 장섬유 및 단섬유 부직포를 가공제조하였고, 이를 제1매체로 하여 그 물성을 평가하였다.

또한, 평균 중량이 40g/㎡이고, 평균 두께가 0.2mm이며, 평균 입경이 16㎛인 폴리프로필렌 재질의 부직포를 스테인레스 스틸 재질의 가열된 롤과 고무로 된 가열되지 않은 롤 사이에 넣고 스테인레스 스틸 롤의 온도를 115∼120℃로 고정하고, 스테인레스 스틸 롤과 고무롤 사이의 압력을 160∼170kg/cm으로 고정한 후, 부직포에 대하여 열과 압력을 가해주는 속도를 15m/min로 하여 폴리프로필렌 장섬유 및 단섬유 부직포를 가공제조하였고, 이를 제2매체로 하여 그 물성을 평가하였다.

또한, 가공처리되지 않은 폴리프로필렌 장섬유를 부직포 다층 여재의 상향 및 하향면의 지지체로 하고 상기와 같은 방법으로 가공제조된 필터여재용 제1매체와 제2매체를 4층 여재로 하여 유효 여과면적 0.7㎡ 조건에서 통상의 방법으로 절곡, 절단, 초음파 및 열접합 공정을 거쳐 절곡필터를 제조하였으며, 입자제거효율 평가물질을 0.2㎛ 크기로 한 것에 대한 물성을 평가하고, 그 결과를 표 2에 나타내었다.

<실시예 2>

실시예 1에 있어서, 스테인레스 스틸 롤의 온도를 90∼100℃로 변경하고, 속도를 15m/min로 변경하며, 입자제거효율 평가물질을 0.45㎛로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 실험을 행하였으며, 그 평가결과를 표 2에 나타내었다.

<실시예 3>

실시예 1에 있어서, 스테인레스 스틸 롤의 온도를 80∼90℃로 변경하고, 속도를 25m/min로 변경하며, 입자제거효율 평가물질을 0.6㎛로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 실험을 행하였으며, 그 평가결과를 표 2에 나타내었다.

<실시예 4>

실시예 1에 있어서, 스테인레스 스틸 롤의 온도를 70∼80℃로 변경하고, 속도를 25m/min로 변경하며, 입자제거효율 평가물질을 1.0㎛로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 실험을 행하였으며, 그 평가결과를 표 2에 나타내었다.

<실시예 5>

실시예 1에 있어서, 스테인레스 스틸 롤의 온도를 60∼70℃로 변경하고, 속도를 25m/min로 변경하며, 입자제거효율 평가물질을 2.5㎛로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 실험을 행하였으며, 그 평가결과를 표 2에 나타내었다.

<실시예 6>

실시예 1에 있어서, 제2매체의 평균 중량을 100g/㎡으로 변경하고, 입자제거효율 평가물질을 0.1㎛로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 실험을 행하였으며, 그 평가결과를 표 2에 나타내었다.

<실시예 7>

실시예 1에 있어서, 제1매체의 평균 중량을 40g/㎡으로 변경하고, 제2매체의 평균 중량을 30g/㎡로 변경하며, 입자제거효율 평가물질을 0.2㎛로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 실험을 행하였으며, 그 평가결과를 표 2에 나타내었다.

<실시예 8>

실시예 1에 있어서, 제1매체의 평균 중량을 30g/㎡으로 변경하고, 제2매체의 평균 중량을 30g/㎡로 변경하며, 입자제거효율 평가물질을 0.45㎛로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 실험을 행하였으며, 그 평가결과를 표 2에 나타내었다.

<비교예 1>

실시예 1에 있어서, 제1매체를 평균 중량이 90g/㎡인 가공되지 않은 일반 폴리프로필렌 부직포로 하고, 제2매체를 평균 중량이 40g/㎡인 가공처리되지 않은 일반 폴리프로필렌 부직포로 하여, 가공처리되지 않은 폴리프로필렌 장섬유를 부직포 다층 여재의 상향 및 하향면의 지지체로 하고 유효 여과면적 0.7㎡ 조건에서 통상의 방법으로 절곡, 절단, 초음파 및 열접합 공정을 거쳐 절곡필터를 제조하였으며,입자제거효율 평가물질을 0.2㎛ 크기로 한 것에 대한 물성을 평가하고, 그 결과를 표 2에 나타내었다.

<비교예 2>

비교예 1에 있어서, 제1매체의 평균 중량을 40g/㎡으로 변경하고, 제2매체의 평균 중량을 30g/㎡로 변경하며, 입자제거효율 평가물질을 0.45㎛로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 실험을 행하였으며, 그 평가결과를 표 2에 나타내었다.

<비교예 3>

비교예 1에 있어서, 제1매체의 평균 중량을 40g/㎡으로 변경하고, 제2매체의 평균 중량을 20g/㎡로 변경하며, 입자제거효율 평가물질을 0.6㎛로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 실험을 행하였으며, 그 평가결과를 표 2에 나타내었다.

<비교예 4>

비교예 1에 있어서, 제1매체의 평균 중량을 90g/㎡으로 변경하고, 제2매체를 제거하며, 입자제거효율 평가물질을 1.0㎛로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 실험을 행하였으며, 그 평가결과를 표 2에 나타내었다.

구분	유량(LPM/PSID)	제거효율(%)	포집능력(g/카트리지)
실시예 1	6.1	99.98	120
실시예 2	8.0	99.98	110
실시예 3	9.2	99.98	110
실시예 4	10.4	99.98	100
실시예 5	16.0	99.98	100
실시예 6	5.1	99.98	130
실시예 7	20.6	99.9	90
실시예 8	43.3	99.9	90
비교예 1	5.1	80.0	100
비교예 2	5.9	80.0	90
비교예 3	7.2	80.0	85
비교예 4	8.1	80.0	80

상기 표 2에 나타나는 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따라 제조된 필터의 경우 비교예들보다 상대적으로 유량특성 및 입자제거효율에 있어서 그 성능이 우수함을 잘 알 수 있다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 여과성이 우수한 다층구조 필터의 제조방법에 있어서는, 본 발명 제조방법에 의하여 제조된 필터의 경우

Claims (3)

1. 폴리프로필렌 장섬유 및 단섬유 부직포에 소정의 속도로 열과 압력을 가하여 제1매체를 제조하는 단계와;

   폴리프로필렌 장섬유 및 단섬유 부직포에 소정의 속도로 열과 압력을 가하여 제2매체를 제조하는 단계와; 그리고,

   가공처리되지 않은 폴리프로필렌 장섬유를 부직포 다층 여재의 상향 및 하향면의 지지체로 하고 상기 제1매체와 제2매체를 4층 여재로 하여 통상의 방법으로 절곡, 절단, 초음파 및 열접합 공정을 거쳐 다층구조 필터를 제조하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 여과성이 우수한 다층구조 필터의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   폴리프로필렌 장섬유 및 단섬유 부직포를 가공할 때의 가열온도는 50∼130℃ 범위이고, 가해지는 압력은 적어도 150kg/cm임을 특징으로 하는 여과성이 우수한 다층구조 필터의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1매체는 평균 중량이 30∼115g/㎡ 범위이고, 상기 제2매체는 평균 중량이 30∼115g/㎡ 범위임을 특징으로 하는 여과성이 우수한 다층구조 필터의 제조방법.