KR20030029373A - 원통형 카트리지 필터의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 심층부에 섬도가 큰 섬유로 이루어진 저밀도 웨브와 미세섬유로 이루어진 고밀도 시트의 복합 웨브를 이용하여 용융 및 가압에 의해 별도의 지지체 없이 내부 코어를 형성하고, 연속적으로 미세섬유로 이루어진 웨브를 저온, 저압상태에서 와인딩 한 후, 다단계의 밀도 구배를 갖는 2층이상의 부직포를 이용하여 외부층을 형성함으로써, 코어부의 투기도를 향상시키고 높은 배수 성능과 먼지의 포집량이 크고 사용 수명이 긴 원통형 카트리지 필터를 생성하는 제조 방법으로서,

심층부에 섬도가 큰 섬유로 이루어진 저밀도 웨브와 미세섬유로 이루어진 고밀도 시트와의 복합 웨브를 용융 및 가압하여 코어필터층을 형성하고, 연속적으로 미세섬유로 이루어진 웨브를 저온, 저압상태에서 와인딩하여 중간층을 형성한 다음, 두 단계이상의 여과효율이 낮은 웨브를 이용하여 외부층을 형성하는 공정으로 구성됨을 특징으로 하는 원통형 카트리지 필터의 제조방법에 관한 것이다.

Description

원통형 카트리지 필터의 제조방법{Method for manufacturing a cylinder-shaped cartridge filter}

본 발명은 고유량, 고효율의 원통형 카트리지 필터의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 심층부에 섬도가 큰 섬유로 이루어진 저밀도 웨브와 미세섬유로 이루어진 고밀도 시트의 복합 웨브를 용융 및 가압하여 별도의 지지체 없이 코어필터를 형성하고, 연속적으로 미세섬유로 이루어진 웨브를 이용하여 일정한 양만큼 저온, 저압상태에서 권취한 후, 두 단계이상의 여과효율이 낮은 웨브를 이용하여 외부를 형성함으로써 고유량 및 고효율의 카트리지 필터를 얻게되는 원통형 카트리지 필터의 제조방법에 관한 것이다.

환경문제는 산업의 발달에 따라 더 한층 심각한 문제로서 대두되고 있으며, 다양한 방법으로 그 해결책이 간구되고 있다. 그러나, 산업전반에 걸쳐 실시되고 있는 폐수의 재활용 및 산업용수 전처리용 필터의 경우, 그 사용량은 해마다 급격하게 증가하고 있는 실정이다.

그 중에서도 특히 사진 현상액이나 도금액의 전처리용 여과장치와 같은 각종 공업용수의 전처리 공정이나, 역삼투막의 가정용 식수 전처리 공정에 사용되는 원통형 카트리지 필터의 경우, 매우 다각적인 연구가 이루어지고 있다.

종래에 일본 공개실용신안공보 실개소61-121922 및 공고특허 특공평 1-53565에서 부직포를 단순히 원통형으로 휘감은 형태의 카트리지 필터가 공지되고 있으며, 일본 공개특허공보 특개평 7-328356, 특개평 8-206423, 특개평 5-146614, 특개평9-225228, 특개평7-60034에서는 높은 여과성능을 위하여 분할형 또는 심초형 복합섬유를 극세섬유화 하여 필터의 공극을 미세하게 하고, 높은 교락도를 유지함으로써 수분산 미립자의 제거성능을 향상시키는 기술이 소개되고 있으며, 특개평8-89714에서는 사용수명을 향상시키기 위하여 다단계 여재를 일괄적으로 권취한 카트리지 필터가 소개된바 있다. 또한 한국특허등록공보 공고번호 1999-179031(1999. 3. 20), 일본 공개특허공보 특개평8-257325에서는 유량 및 내열, 내구성을 향상시키기 위하여 복합형 섬유를 사용한 부직포를 이용하였으며, 한국특허 등록번호 제213419호에서는 단순히 권취량에 따라 압 접촉롤러의 온도변화를 일으켜 포집되는 입자의 양을 조절하는 카트리지 필터가 소개되고 있다. 그러나, 이와 같은 필터는 식품용도로 사용될 경우, 극 미세섬유의 여재의 이탈 가능성이 매우 높을 뿐만 아니라, 극 미세섬유의 이수축성 및 초 미세섬도로 인한 과도한 고밀도로 조기에 과 충진되기 때문에 식품 전처리용 필터로서 부적합하고 그 사용이 매우 어렵다. 특히 내부 코어부에 별도의 지지체 없이 사용하는 경우, 유체의 압력 상승에 따라 강도를 유지하기 위해 접합용 용융섬유를 사용하면 과도한 밀도상승이 유발되고, 이로 인하여 전처리용 필터로서 요구되는 유량이 현저히 떨어지는 결함이 있다.

이에 따라 본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 내부심층부로부터 전체 직경의 15∼20%되는 부위(이하 "심층부위" 라고 약칭함)는 강도가우수하고 통기량이 우수한 구조를 형성하고, 내부 심층부위로부터 전체직경의 40%가 되는 부위(이하 "중간층부위" 라고 약칭함)는 고밀도의 제거성능이 우수한 구조를 형성하며, 그 다음은 점진적으로 밀도가 낮아지는 구조의 필터를 제조하였다. 이때 각 부위 구조의 용적비중 심층부위의 용적비가 커지면, 총 먼지포집량이 적어지며, 심층부위의 용적비가 적어지면, 유량이 적어지게 된다. 이에 따라 10데니어 이상의 태섬도로 구성된 저밀도 부직포 또는 메쉬에 제거성능을 나타낼 수 있는 미세 섬유로 이루어진 고밀도 부직포를 접합시킨 후, 별도의 지지체 없이 내부 코어를 형성하여 코어부의 투기도를 향상시켰으며, 이로 인하여 높은 배수성과 높은 유량을 나타내었다. 또한 우수한 제거 성능과 포집 효율을 나타내도록 다단계의 밀도 구배를 형성하는 부직포를 2층 이상의 복합화한 부직포로 가공한 후, 필터를 제조함으로써 포집성이 우수하고, 사용수명이 긴 필터를 제조하였다.

본 발명에서 각각의 성질 및 제반 물성의 측정은 하기와 같은 방법으로 측정하였다.

여재의 여과능력 평가를 위하여, ASTM 795에서와 같은 평가장치에「하이야크로코(HIAC ROYCO)사」제품 "8000A"를 장착시켜 입자크기에 따른 입자 수를 측정하였으며, 표준입자 "ISO 테스트더스트" 100mg을 분산시킨 액체를 여과하여 여과되기 전의 액체중 먼지농도(A)와 여과후의 먼지농도(B)에서 다음의 식을 통하여 여과효율을 측정하였다.

여과 효율(%) =(A - B) / A ×100

또한, 입자의 포집량을 측정하기 위하여 투여된 먼지로 인하여 필터전단의압력과 후단의 압력의 차이가 40psi가 될때까지의 총량으로 계산하였으며, 유량은 85리터/분이 될 때까지 총 12 번 측정하여 이때의 기울기 값을 단위차압당 유속으로 측정하였다. 그리고, 필터의 내압성을 평가하기 위하여 도 4와 같은 실험장치를 이용하여 50psi에서 벤토나이트와 물을 혼합하여 50psi 압력을 3분간 일정하게 가압하고 이를 30회 반복평가 후, 80psi압력으로 승압하여 3분간 45회 반복평가하여 평가전후의 제거효율을 비교하여 측정하였다. 또한, 내열성을 평가하기 위해 도 5와 같은 실험장치를 이용하여 30psi의 스팀을 30분간 통과시킨 다음 필터의 제거효율을 측정하여 실험전의 상태와 비교하였다. 마지막으로, 필터의 섬유 이탈 여부를 측정하기 위하여 분당 1리터의 속도로 0.1미크론으로 여과된 물 10리터를 투여하여 0.8미크론 디스크필터로 걸러서 광학현미경으로 30배율로 측정하여 나온 섬유의 수를 측정하였다. 개괄적인 모식도는 도 6에 나타내었다.

도 1은 본 발명 원통형 카트리지 필터의 개괄적인 구조도.

도 2는 본 발명 필터의 심층부위 여재의 구조도.

도 3은 본 발명 필터의 밀도를 나타내는 구배도.

도 4는 본 발명 필터의 내압성 평가 실험 장치도.

도 5는 본 발명 필터의 내열성 평가 실험 장치도.

도 6은 본 발명 필터의 섬유유출 평가 모식도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 심층부위 2 : 중간층부위

3 : 외층부위 4 : 접합층

5 : 고밀도층 6 : 저밀도층

7 : 먼지 포집층 8 : 타이머

9 : 필터

본 발명은 섬도가 큰 섬유로 구성된 저밀도 웨브와 미세섬유로 구성된 고밀도 시트와의 복합 웨브를 이용하여 이를 용융 및 가압하여 심층부위 코어필터를 형성하고, 연속적으로 중간층부위는 초미세섬유로 이루어진 웨브를 이용하여 일정한 양만큼 저온, 저압상태에서 와인딩한 후, 두 단계이상의 여과효율이 낮은 웨브를 이용하여 외층부위를 형성함을 특징으로 하는 카트리지 필터의 제조방법으로서, 심층부위를 구성하는 섬도가 큰 섬유로는 10데니어 에서 30데니어 범위의 굵기를 갖는폴리에틸렌, 폴리플로필렌, 폴리에스테르 및/또는 이들의 공중합체로 이루어지는 고분자 화합물이고, 필터 부위별 용적비는 전체직경에 대해서 심층부위는 15∼20 %, 중간층부위는 최소 40%범위로 구성한다.

이때에 각 부위별 용적비중 심층부위의 용적비가 20%를 초과하면 총 먼지 포집량이 적어지며, 심층부위의 용적비가 15% 미만인 경우에는 유량이 적어지게 된다. 또한, 심층부위는 10데니어 이상 30데니어 미만의 굵기를 갖는 태섬도의 부직포 또는 메쉬로 구성된 저밀도 웹에 제거성능을 나타낼 수 있는 미세섬유로 구성된 고밀도 부직포를 접합시킨 후, 별도의 지지체 없이 내부 코어를 형성하여 심층부위의 투기도를 향상시켰으며, 이로 인하여 높은 배수성과 높은 유량을 가지게 된다. 또한 우수한 제거 성능과 포집 효율을 실현시키기 위해 다단계의 밀도 구배를 갖는 부직포를 다층으로 복합화한 후, 이를 필터로 사용함으로써 포집성이 우수하고 사용수명이 긴 필터를 제조할 수 있게 되었다.

이하, 실시예와 비교예에 의거하여 본 발명을 상세히 설명한다.

실시예 1

15데니어 굵기의 섬유를 사용하여 중량 50g/㎡ 의 저밀도 스펀본드 부직포와 멜트블론법에 의한 중량 60g/㎡를 이용한 고밀도 부직포를 접합용 부직포와 함께 접합시킨 후, 별도의 지지체없이 내부코어를 형성하여 총 직경에 20%의 용적비를 이루는 코어필터를 제조하고, 코어필터에 중량 90g/㎡의 멜트 블론법에 의한 고밀도웨브를 형성하여 중간층 41%를 형성시킨 후, 섬도 10데니어의 중량 40g/㎡ 스펀본드부직포와 중량 20g/㎡ 멜트블론 부직포를 접합하여 중밀도웨브를 형성하여 총 직경에 39%의 용적비를 갖도록 열원을 제거한 가압롤러를 이용하여 공기중에서 냉각시키면서, 카트리지 필터를 제조하였다. 이때 최종적으로 카트리지 필터를 폭 간격 30mm의 줄무늬 롤에 온도 150℃에서 20초간 와인딩한 후, 냉각시킨 다음 그 성능을 평가하였다. 평가한 결과는 표 1과 같다.

실시예 2

20데니어의 모노필라멘트 메쉬를 멜트블론법에 의해 중량 60g/㎡와 접합하여 고밀도 웨브를 형성한 후, 별도의 지지체 없이 내부코어를 형성하여 총직경의 22%용적비를 형성하는 코어필터를 제조하고, 코어필터에 중량 90g/㎡의 멜트 블론법에 의한 고밀도 웨브를 형성하여 중간층 40%를 형성한 후, 섬도 10데니어의 중량 40g/㎡ 스펀본드 부직포와 중량 20g/㎡ 멜트블론 부직포를 접합하여 중밀도 웨브를 형성하여 총직경에 38%의 용적비를 갖도록 열원을 제거한 가압롤러를 이용하여 공기중에서 냉각시키면서, 카트리지 필터를 제조하였다. 이때 최종적으로 카트리지 필터를 폭 간격 30mm의 줄무늬 롤에 온도 150℃에서 20초간 와인딩한 후, 냉각시킨 다음 그 성능을 평가하였다. 평가한 결과는 표1과 같다.

비교실시예 1

15데니어 섬유를 사용하여 중량 50g/㎡ 의 저밀도 열접합 부직포와 멜트블론법에 의한 중량 60g/㎡를 이용한 고밀도 부직포를 접합용 부직포와 함께 접합시키 후, 별도의 지지체 없이 내부코어를 형성하여 총 직경에 8%의 용적비를 이루는 코어필터를 제조하였으며, 코어필터에 중량 90g/㎡의 스펀본드법에 의한 고밀도 웨브를 형성하여 중간층 56%를 형성한 후, 섬도 10데니어 중량 40g/㎡ 의 열접합부직포를 이용하여 중밀도 웨브를 형성하여 총 직경에 36%의 용적비를 갖도록 열원을제거한 가압롤러를 이용하여 공기중에서 냉각시키면서 카트리지 필터를 제조하였다. 이때 최종적으로 카트리지 필터를 폭 간격 30mm의 줄무늬 롤에 온도 150℃에서 20초간 와인딩 한 후, 냉각시키고 그 성능을 평가하였다. 평가한 결과는 표 1과 같다.

비교실시예 2

3데니어 섬유를 사용하여 중량 50g/㎡ 의 저밀도 스펀본드 부직포와 멜트블론법에 의한 중량 60g/㎡를 이용한 고밀도 부직포를 접합용 부직포와 함께 접합시킨 다음 별도의 지지체없이 내부코어를 형성하여 총 직경에 20%의 용적비를 이루는 코어필터를 제조하였으며, 코어필터에 중량 90g/㎡의 멜트블론법에 의한 고밀도웨브를 형성하여 중간층 39%를 형성한 후, 섬도 10데니어의 중량 60g/㎡ 열접합부직포를 중밀도 웨브를 형성하여 총 직경에 41%의 용적비를 갖도록 열원을 제거한 가압롤러를 이용하여 공기중에서 냉각시키면서 카트리지 필터를 제조하였다. 이때 최종적으로 카트리지 필터를 폭 간격 30mm의 줄무늬 롤에 온도 150℃에서 20초간 와인딩한 후, 냉각시키고 그 성능을 평가하였다. 평가한 결과는 표 1과 같다.

비교실시예 3

20데니어 섬유를 사용하여 중량 50g/㎡ 의 저밀도 스펀본드 부직포와 멜트블론법에 의한 중량 60g/㎡를 이용한 고밀도 부직포를 접합용 부직포와 함께 접합한 후, 별도의 지지체 없이 내부코어를 형성하여 총 직경에 33%의 용적비를 이루는 코어필터를 제조하였으며, 코어필터에 중량 90g/㎡의 멜트블론법에 의한 고밀도 웨브를 형성하여 67%의 용적비를 갖도록 열원을 제거한 가압롤러를 이용하여 공기중에서 냉각시키면서, 카트리지 필터를 제조하였다. 이때 최종적으로 카트리지 필터를 폭 간격 30mm의 줄무늬 롤에 온도 150℃에서 20초간 와인딩한 후, 냉각시키고 그 성능을 평가하였다. 평가한 결과는 표 1과 같다.

비교실시예 4

플라스틱지지체를 내부코어로 사용하여 중량 90g/㎡의 멜트블론법에 의한 고밀도 웨브총 직경에 70%의 용적비를 이루는 코어필터를 제조하였으며, 코어필터에 30%의 용적비를 갖도록 열원을 제거한 가압롤러를 이용하여 공기중에서 냉각시키면서, 카트리지 필터를 제조하였다. 이때 최종적으로 카트리지 필터를 폭 간격 30mm의 줄무늬 롤에 온도 150℃에서 20초간 와인딩한 후, 냉각시킨 다음 그 성능을 평가하였다. 평가한 결과는 표 1과 같다.

표 1 조건별 조성 및 물성 비교표

항목	실시예1	실시예2	비교실시예 1	비교실시예 2	비교실시예 3	비교실시예 4
저밀도웨브	제조방법	스펀본드	메쉬	열접합	스펀본드	스펀본드	-
	섬도	15	20	15	3	20	-
	용적비	20%	22%	8%	20%	33%	0%
고밀도웨브	제조방법	멜트블론	멜트블론	스펀본드	멜트블론	멜트블론	멜트블론
	용적비	41%	40%	56%	39%	67%	70%
중밀도웨브	제조방법	멜트블론/스펀본드	멜트블론/스펀본드	열접합	열접합	-	열접합
	용적비	39%	38%	36%	41%	-	30%
유량(l/min·psi)	32.69	34.11	14.20	18.29	10.18	9.91
포집효율(미크론, 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(미크론, at 99%)	1.2	1.1	18	1.2	0.9	3.2
내열성(미크론, at 99%)	1.2	1.1	21	1.2	1.0	4.1
여재유출량(mg)	0	0	32	8	0	42

본 발명은 별도의 지지체 없이 코어필터를 형성하고, 연속적으로 미세섬유로 이루어진 웨브를 와인딩한 다음, 두 단계이상의 여과 효율이 낮은 웨브를 이용하여 외부층을 형성함으로써 코어부의 투기도를 향상시켜 높은 배수성능과 유량의 향상을 기대할 수 있을 뿐만 아니라, 높은 제거 성능과 우수한 포집효율과 먼지 포집량이 크고 사용수명이 긴 원통형 필터를 제공하게 된다.

Claims (6)

1. 고효율 카트리지 필터의 제조방법에 있어서, 심층부는 섬도가 큰 섬유로 구성된 저밀도 웨브와 미세섬유로 구성된 고밀도 시트와의 복합 웨브를 용융 및 가압하여 코어필터층을 형성하고, 연속적으로 미세섬유로 이루어진 웨브를 저온, 저압상태에서 와인딩하여 중간층을 형성한 다음, 두 단계이상의 여과효율이 낮은 웨브를 이용하여 외층을 형성함을 특징으로 하는 원통형 카트리지 필터의 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서, 심층부를 형성하는 섬도가 큰 섬유가 10∼30 데니어 굵기를 가지는 것을 특징으로 하는 원통형 카트리지 필터의 제조방법.
3. 청구항 1에 있어서, 필터의 부위별 용적비가 전체 직경에 대하여 심층부위는 15∼20%, 중간부위는 최소 40%로 구성됨을 특징으로 하는 원통형 카트리지 필터의

   제조방법.
4. 청구항 1에 있어서, 부직포성분은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르 및/또는 이들의 공중합체로 이루어지는 고분자 화합물로 이루어짐을 특징으로하는 원통형 카트리지 필터의 제조방법.
5. 청구항 1에 있어서, 저밀도 웨브는 스펀본드법 또는 모노필라멘트에 의해 만들어진 부직포 또는 메쉬형태의 것이고, 고밀도 웨브는 플래쉬 또는 멜트블로운법에 의해 만들어진 부직포 또는 메쉬형태의 것임을 특징으로 하는 원통형 카트리지 필터의 제조방법.
6. 청구항 1 에 있어서, 저밀도 웨브와 고밀도 웨브와이 복합웨브를 제조하기 위해 고밀도 웨브에 미세섬유와 접착용 섬유를 수 분산시켜 칼렌더롤에 의해 열압착시킴을 특징으로 하는 원통형 카트리지 필터의 제조방법.