KR20150075238A - 실리카 파이버를 이용한 부직포 집진필터 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실리카 단섬유를 포함하는 웹이 교차 적층되어 형성된 복수의 웹층 및 상기 웹층 사이에 삽입되며, 금속박막필터로 형성된 스크림(scrim) 보강제를 포함하는 부직포로 형성된 집진필터 및, 그 제조방법으로 실리카 단섬유를 혼합 및 카딩(carding)하여 복수 개의 웹을 형성하는 단계, 상기 복수 개의 웹을 교차 적층하되, 각각의 웹 사이에 금속박막필터를 포함하는 스크림(scrim) 보강제를 삽입하여 웹과 스크림의 적층체를 형성하는 단계 및 상기 적층체를 워터펀치하여 부직포를 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에서 제공하는 집진필터는 실리카 파이버가 주체를 이루되, 스크림(scrim) 보강제로 금속박막필터를 포함하는 부직포로 이루어져, 집진효율, 내열성 및 강도가 우수하고, 따라서, 산업설비에서 발성되는 300℃ 이상의 고온의 배기가스 내에 함유된 분진을 효과적으로 제거할 수 있다.

Description

실리카 파이버를 이용한 부직포 집진필터 및 그 제조방법{SILICA FIBER FABRIC FILTERS AND MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 산업설비에서 배출되는 고온의 배가스에 포함된 분진 등을 제거하여 정화시킬 수 있는 내열성, 강도 및 집진성능이 향상된 집진필터 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 철강, 소각, 시멘트, 화학, 발전, 제지, 코크스 등의 산업설비에는 공정 수행에 따른 많은 양의 분진을 포함하고 있으며, 이를 그대로 대기 중으로 방출하는 경우 대기오염 등의 환경오염을 야기하게 되므로, 집진필터를 구비한 집진장치를 설치하여 배가스를 정화시켜 배출하고 있다.

이렇게 집진필터에 사용되는 섬유로는 집진 효율이 우수함은 물론, 정화 대상이 산업설비로부터 배출되는 고온의 가스이므로, 그에 견딜 수 있는 우수한 내열성을 구비해야 하고, 나아가 강도 또한 우수해야 한다.

그런데, 종래부터 상기 집진필터에 사용되는 섬유로는 폴리에스테르 섬유가 가장 널리 이용되고 있으며, 그 외에 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아크릴 또는 나일론 등이 사용되어 왔다. 그러나 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아크릴, 나일론 등의 섬유는 강도와 집진효율은 우수하나 내열성이 약하여 고온에서 사용할 수 없다는 단점이 있다.

따라서, 종래에 일반적으로 사용되던 섬유상 집진필터의 효용 가치를 높이기 위해서는 집진필터를 통과시키기 전에 냉각설비 등의 전처리 설비를 설치하여 배가스의 온도를 낮추거나 또는 습식 집진기를 사용해야 할 필요가 있었다. 그러나 냉각설비를 설치할 경우 추가적인 설치비 및 운전비가 요구되며, 습식 집진기를 설치할 경우에는 수처리 문제 및 포집된 먼지의 재활용 등의 후처리에 별도의 노력이 요구되는 문제가 역시 존재하였다.

최근에는, 상기의 문제점을 해결하기 위하여, 고온용 집진필터에 노멕스(NOMEX) 재질의 섬유, 테프론(Teflon) 재질의 섬유 또는 실리카 파이버(Silica fiber)를 사용하고 있다.

그런데, 상기 노멕스 재질의 섬유는 통상 약 200℃ 이하의 온도에서 사용되고 있는 실정이며, 또 상기 테프론 재질의 섬유는 약 250℃ 이하의 온도에서 사용되고 있으나, 테프론의 경우는 가격이 너무 고가여서 범용적으로 사용하는 데는 한계가 있다. 또한, 상기 실리카 파이버 재질의 필터는 재질 특성상 300℃ 이상의 매우 고온에서 사용할 수 있으나, 직포 형태로 제조되므로 집진효율과 강도가 약하여 집진필터로 널리 사용되지 못하는 실정이다.

본 발명은 내열성, 강도 및 집진효율이 매우 우수하여, 산업설비로부터 배출되는 고온의 배가스에 포함된 분진 등을 효과적으로 제거할 수 있는 집진필터 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 구현 예에 따르면, 실리카 단섬유를 포함하는 웹이 교차 적층되어 형성된 복수의 웹층; 및

상기 웹층 사이에 삽입되며, 금속박막필터로 형성된 스크림(scrim) 보강재를 포함하는 부직포로 형성된 집진필터를 제공한다.

상기 실리카 단섬유의 굵기는 10 ~ 30 denier이며, 길이는 80~100mm일 수 있다.

상기 금속박막필터의 두께는 100 ~ 500㎛일 수 있다.

상기 금속박막필터는 탄소강 또는 스테인리스 스틸로 이루어질 수 있다.

상기 금속박막필터는 도장 처리, 또는 아연, 주석, 니켈, 크롬, 알루미늄 또는 구리에 의해 도금 처리된 것일 수 있다.

상기 금속박막필터는 평균 기공 크기가 30 내지 150㎛인 복수 개의 기공을 포함할 수 있다.

상기 금속박막필터의 기공율은 20 ~ 40%일 수 있다.

본 발명의 다른 구현 예에 따르면, 실리카 단섬유를 혼합 및 카딩(carding)하여 복수 개의 웹을 형성하는 단계;

상기 복수 개의 웹을 교차 적층하되, 각각의 웹 사이에 금속박막필터를 포함하는 스크림(scrim) 보강제를 삽입하여 웹과 스크림의 적층체를 형성하는 단계; 및

상기 적층체를 워터펀치(water-punch)하여 부직포를 형성하는 단계를 포함하는 집진필터의 제조방법을 제공한다.

상기 부직포를 형성하는 단계에 후속적으로 상기 부직포를 100 내지 200℃의 온도로 가열하며 캘린더링(calendering)하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 워터펀치는 웹에 50 내지 200bar의 수압으로 물을 분사하여 수행될 수 있다.

본 발명에서 제공하는 집진필터는 실리카 파이버가 주체를 이루되, 스크림(scrim) 보강재로 금속박막필터를 포함하는 부직포로 이루어져, 집진효율, 내열성 및 강도가 우수하고, 따라서, 산업설비에서 발성되는 300℃ 이상의 고온의 배기가스 내에 함유된 분진을 효과적으로 제거할 수 있다.

또한, 본 발명에서 사용되는 실리카 파이버는, 종래의 고온용 집진필터에 대하여 사용되어온 테프론 재질의 섬유에 비하여 가격이 저렴하기 때문에, 고온용 집진필터에 대한 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 집진필터의 제조공정의 흐름도를 개략적으로 도시한 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

본 발명의 일 구현 예에 따르면, 집진효율, 내열성 및 강도가 우수한 집진필터에 관한 것으로, 구체적으로는 실리카 단섬유를 포함하는 웹이 교차 적층되어 형성된 복수의 웹층 및 상기 웹층 사이에 삽입되며, 금속박막필터로 형성된 스크림(scrim) 보강재를 포함하는 부직포로 형성된 집진필터를 제공한다.

즉, 본 발명에서 제공하는 집진필터는 부직포로 형성되어, 종래 실리카 파이버를 이용하여 직포 형태로 제조된 집진필터에 비하여 집진효율 및 강도를 현저히 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에서 상기 부직포를 이루는 복수의 웹층은 실리카 단섬유를 포함함으로써, 종래에 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아크릴, 나일론 등의 섬유를 사용하여 제조된 집진필터에 비하여 내열성을 현저히 향상시킬 수 있고, 나아가, 각각의 웹층 사이에 스크림 보강재로 금속박막필터를 사용함으로써, 강도와 집진효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

구체적으로, 본 발명에서 상기 부직포 내 복수의 웹층을 이루는 실리카 단섬유는 상기한 바와 같이 내열성이 매우 우수하므로, 상기 실리카 단섬유를 포함하는 본 발명의 집진필터는 300℃ 이상의 고온 배가스의 정화에 사용할 수 있다. 또한, 상기 실리카 단섬유는 종래에 사용되던 테프론 섬유에 비하여 저렴하므로, 집진필터 제조 시 원가 절감의 효과를 거둘 수 있다.

또한, 상기 실리카 단섬유의 굵기와 길이는 특별히 한정하지는 않으나, 이에 의해 얻어지는 집진필터의 강도, 집진효율 및 제작의 편리성을 고려할 때, 굵기는 10 내지 30 denier이며, 길이는 80 내지 100mm가 바람직하다.

또한, 본 발명에서 상기 복수의 웹층 사이에 스크림 보강재로 개재되는 금속박막필터는 그 종류를 특별히 한정하지는 않으나, 재질로는 스틸(steel) 또는 스테인리스(stainless)가 사용될 수 있으나, 이에 한정할 것은 아니고, 예를 들어, 탄소강, 스테인리스 스틸, 니켈, 크롬, 알루미늄 및 철로 이루어진 그룹으로부터 선택된 단일 금속, 또는 그 합금으로 이루어진 것을 사용할 수 있고, 사용 조건에 따라서 그 표면에 도장 또는 도금 처리된 것일 수 있다.

즉, 본 발명에서 제공하는 집진필터가 수분이나 산성가스를 포함하는 조건에서 사용되는 경우, 상기 집진필터에 포함되는 금속박막필터는 도장 처리되거나, 또는 아연이나 주석에 의해 도금 처리된 것을 사용하는 것이 부식을 방지하고, 수명을 연장할 수 있어 바람직하고, 상기 집진필터가 고온이나 부식이 잘 일어나는 환경에서 사용되는 경우, 상기 금속박막필터는 니켈, 크롬, 알루미늄, 구리 또는 상기 금속들의 합금 등의 금속에 의해 도금 처리된 것을 사용하는 것이 내열성 및 내식성을 향상시킬 수 있어 바람직하다.

또한, 상기 금속박막필터는 100 ~ 500㎛의 두께를 가진 얇은 금속판으로, 포토 에칭 등의 방법에 의해 상기 금속박막필터에 복수 개의 기공이 타공된 것일 수 있다. 이때, 상기 금속박막필터에 타공된 복수 개의 기공의 평균 기공 크기는 30 내지 150㎛일 수 있고, 기공율은 20 내지 40%일 수 있다.

본 발명의 다른 구현 예에 따르면, 상기 집진필터를 제조하는 방법에 관한 것으로, 실리카 단섬유를 혼합 및 카딩(carding)하여 복수 개의 웹을 형성하는 단계, 상기 복수 개의 웹을 교차 적층하되, 각각의 웹 사이에 금속박막필터를 포함하는 스크림(scrim) 보강제를 삽입하여 웹과 스크림 보강재의 적층체를 형성하는 단계 및 상기 적층체를 워터펀치하여 부직포를 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명에서 사용하는 실리카 단섬유는 내열성이 매우 우수하지만, 강도가 낮고, 니들 펀칭(Needle punching) 방법으로 부직포 제조 과정에서 섬유의 파단이 발생하여 강도가 더욱 약해지는 단점이 있으므로, 종래에는 직포로 제작하여 충분한 집진효율을 확보할 수 없었다.

따라서, 본 발명에서는 스펀 레이스(Spunlace) 방법을 사용하여 부직포를 제조함으로써, 실리카 단섬유의 파단에 의한 강도 저하를 방지할 수 있고, 집진효율 또한 현저히 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제조공정의 흐름도를 나타낸 것으로, 이하 도 1을 참조하며 본 발명의 제조방법을 주체적으로 설명한다. 본 발명은 우선 실리카 단섬유를 준비한 뒤(1), 이들을 혼합(2)하고, 웹의 상태로 다져주는 카딩(carding) 공정(3)에 의해 복수의 웹층을 형성할 수 있다.

이렇게 복수의 웹층이 준비되면 크로스 랩핑(cross-lapping) 공정(4)에 의해 이들을 원하는 규격과 중량이 되도록 교차 적층하되, 각각의 웹층 사이에 스크림 보강재로 금속박막필터를 삽입하여, 웹과 스크림의 적층체를 형성함으로써 이후 제조되는 집진필터의 강도를 보다 향상시킬 수 있다.

이어서, 본 발명은 스펀레이스 공정(5)에 의해 상기 적층체를 워터펀치(water-punch)하여 웹과 스크림 보강재의 적층체를 부직포 형상으로 결합시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 웹에 50 내지 200bar의 수압으로 물을 노즐을 통해 분사하여 부직포를 형성할 수 있다. 단, 워터펀치 시 웹에 가해지는 물의 수압이 높을수록 실리카 단섬유의 피브릴화되는 정도가 증가하여 최종 제조되는 부직포의 강도가 보다 향상되고 공기투과도가 보다 낮아질 수 있다. 다만 수압이 지나치게 높아지면, 추가적인 강도 등의 향상 효과가 크기 않을 뿐만 아니라, 상기 워터펀치 공정에서 웹을 이루는 실리카 단섬유가 유실되거나 손상될 수 있으므로, 본 발명에서는 50 내지 200bar의 수압으로 워터펀치를 수행하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 워터펀치 시 웹의 한쪽 면에만 물을 공급하여 워터펀치하기 보다는 양면에 워터펀치하는 것이 바람직하다. 본 발명은 상기와 같은 스펀레이스 공정에 의해 집진효율이 매우 우수하며, 공기 투과도는 낮은 부직포를 제조할 수 있다.

상기와 같이 부직포가 형성되면, 본 발명은 후속적으로 상기 부직포를 100 내지 200℃의 온도로 가열하며 캘린더링(calendering) 공정(6)을 수행하여 부직포 내 복수의 웹층과 스크림의 결속력을 더욱 강화시킬 수 있다.

더욱이, 본 발명은 캘린더링 공정(6)을 수행한 후에, 필요에 따라서 제조된 부직포를 건조시킨 뒤, 모소 가공 또는 프레스 공정 등에 의해 부직포 표면에 존재하는 잔털을 제거하여 최종적으로 집진필터로 사용할 수 있도록 하는 후처리 공정(7)을 수행할 수 있다.

한편, 본 발명에서 사용하는 실리카 단섬유의 굵기와 길이는 특별히 한정하지는 않으나, 이에 의해 얻어지는 집진필터의 강도, 집진효율 및 제작의 편리성을 고려할 때, 굵기는 10 내지 30 denier이며, 길이는 80 내지 100mm가 바람직하다.

또한, 본 발명에서 상기 복수의 웹층 사이에 스크림 보강재로 개재되는 금속박막필터는 그 종류를 특별히 한정하지는 않으나, 재질로는 탄소강, 스테인리스 스틸, 니켈, 크롬, 알루미늄 및 철로 이루어진 그룹으로부터 선택된 단일 금속, 또는 그 합금으로 이루어진 것을 사용할 수 있고, 사용 조건에 따라서 그 표면에 도장 또는 도금 처리된 것일 수 있다.

즉, 본 발명에서 제공하는 집진필터가 수분이나 산성가스를 포함하는 조건에서 사용되는 경우, 상기 집진필터에 포함되는 금속박막필터는 도장 처리되거나, 또는 아연이나 주석에 의해 도금 처리된 것을 사용하는 것이 부식을 방지하고, 수명을 연장할 수 있어 바람직하고, 상기 집진필터가 고온이나 부식이 잘 일어나는 환경에서 사용되는 경우, 상기 금속박막필터는 니켈, 크롬, 알루미늄, 구리 또는 상기 금속들의 합금 등의 금속에 의해 도금 처리된 것을 사용하는 것이 내열성 및 내식성을 향상시킬 수 있어 바람직하다.

또한, 상기 금속박막필터는 100 ~ 500㎛의 두께를 가진 얇은 금속판으로, 포토 에칭 등의 방법에 의해 상기 금속박막필터에 복수 개의 기공이 타공된 것일 수 있다. 이때, 상기 금속박막필터에 타공된 복수 개의 기공의 평균 기공 크기는 30 내지 150㎛일 수 있고, 기공율은 20 내지 40%일 수 있다.

본 발명에서 이렇게 제조된 집진필터의 중량은 400~750g/㎡ 이고, 금속박막필터를 스크림 보강재로 사용하며, 스펀레이스 방법에 의해 제조됨으로써 강도가 현저히 향상되어, 인장 강도는 80㎏/㎠ 이상의 수준으로, 이를 현장에 적용할 경우 필터 수명이 매우 우수할 것으로 예측된다.

또한, 본 발명의 집진필터는 금속박막필터를 스크림 보강재로 사용하며, 부직포 형태로 제조됨으로써 집진효율을 99% 이상으로 현저히 향상시킬 수 있고, 워터퀀치 시 수압을 적절한 수준으로 조절하여 공기 투과도는 5~20㎝/s의 낮은 수준을 확보할 수 있다.

실시예

이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

평균 굵기가 10 denier이고, 평균 길이가 50㎜인 실리카 단섬유를 혼합한 뒤 카딩기에 공급하여 카딩함으로써 복수 개의 웹층을 형성하였다. 한편, 두께가 150㎛이고, 재질은 탄소강이며, 평균 기공 크기가 120㎛인 다수의 기공이, 기공율이 28%으로 타공된 금속박막필터를 스크림 보강재로 준비하였다.

상기 얻어진 2장의 웹층을 적층하고, 각각의 웹층 사이에 상기 금속박막필터을 개재한 후, 120bar의 수압으로 워터퀀치하여 부직포를 제조한 뒤, 150℃의 온도로 가열하여 캘린더링함으로써 650g/㎡의 중량을 갖는 부직포를 제조하였고, 이러한 부직포를 사용하여 최종적으로 지름이 150㎜이고, 길이가 2000㎜인 집진필터를 제조하였다.

[실험예 1]

상기 제조예 1에서 얻어진 집진필터의 인장 강도를 KSK 0520에 준하여 측정하고, 공기 투과도는 KSK 0750에 준하여 측정하였다. 단, 상기 인장 강도 및 공기 투과도의 측정은 제조된 집진필터를 300℃의 고온로에서 24시간 유지시킨 후에 수행되었다.

측정결과, 얻어진 집진필터의 공기 투과도는 14.5㎝/s이었으며, 인장 강도는 110㎏/㎠이었다.

집진필터에 요구되는 인장 강도, 공기 투과도는 집진필터가 사용되는 공정 특성에 따라 조금씩 차이가 있으나, 일반적으로 인장 강도 80 ㎏/㎠ 이상, 공기 투과도 5~17 ㎝/s의 특성이 요구된다.

위의 측정 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예에 의해 얻어진 실리카 파이버 및 금속박막필터를 이용한 집진필터는 온도 300℃의 조건 하에서도 집진필터에 대해 요구되는 인장 강도 요건인 80 ㎏/㎠ 이상, 공기 투과도 5~17 ㎝/s 의 값을 나타냄을 알 수 있는바, 필터 수명과 효능이 매우 우수한 특성을 갖는 것을 알 수 있다.

[실험예 2]

상기 제조예 1에서 얻어진 집진필터의 집진효율을 평가하기 위하여, 상기 집진필터 4개를 5㎥/min의 용량을 갖는 펄스-젯 타입의 여과 집진기에 장착하고, 배가스를 주입하여 3회 테스트를 수행하였다.

이때, 상기 여과 집진기에 주입된 배가스의 온도는 상온이고, 공기 조성을 가지며, 평균 입도 29.2㎛, 진비중 3.3g/㎤의 소결 공정 발생 분진을 포함하는 것을 사용하였다. 또한, 상기 여과 집진기의 입구 농도는 3g/N㎥이며, 여과 속도는 1.5m/min이고, 탈진 주기 10분, 탈진 압력은 5기압으로 하여 테스트 수행하였고, 집진효율의 값은 여과집진기의 입구와 출구에서의 배가스의 농도를 측정하여 중량법으로 계산하였다.

상기와 같은 테스트 결과, 집진효율은 각각 99.5%, 99.7% 및 99.2%로 측정되었다. 일반적으로, 집진필터의 집진효율은 일반적으로 97~99% 이상일 것이 요구되는데, 상기 실험 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 얻어진 집진필터는 99% 이상의 매우 높은 집진효율을 보여주었다.

이와 같은 결과로부터, 본 발명에 따른 실리카 파이버 및 금속박막필터로 제조된 부직포 타입의 집진필터는 집진효율이 매우 우수하여 산업현장에서 발생하는 고온가스 집진공정에 매우 유용하게 적용될 수 있는 것으로 예상된다.

Claims (10)

1. 실리카 단섬유를 포함하는 웹이 교차 적층되어 형성된 복수의 웹층; 및
   상기 웹층 사이에 삽입되며, 금속박막필터로 형성된 스크림(scrim) 보강제를 포함하는 부직포로 형성된 집진필터.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 실리카 단섬유의 굵기는 10 ~ 30 denier이며, 길이는 80~100mm인 집진필터.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 금속박막필터의 두께는 100 ~ 500㎛인 집진필터.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 금속박막필터는 탄소강 또는 스테인리스 스틸로 이루어진 것인 집진필터.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 금속박막필터는 도장 처리 또는 주석, 아연, 니켈, 크롬, 알루미늄 또는 동에 의해 도금 처리된 것인 집진필터.
   
6. 제1항에 있어서, 상기 금속박막필터는 평균 기공 크기가 30 내지 150㎛인 복수 개의 기공을 포함하는 집진필터.
   
7. 제6항에 있어서, 상기 금속박막필터의 기공율은 20 ~ 40%인 집진필터.
   
8. 실리카 단섬유를 혼합 및 카딩(carding)하여 복수 개의 웹을 형성하는 단계;
   상기 복수 개의 웹을 교차 적층하되, 각각의 웹 사이에 금속박막필터를 포함하는 스크림(scrim) 보강제를 삽입하여 웹과 스크림의 적층체를 형성하는 단계; 및
   상기 적층체를 워터펀치하여 부직포를 형성하는 단계를 포함하는 집진필터의 제조방법.
   
9. 제8항에 있어서, 상기 부직포를 형성하는 단계에 후속적으로 상기 부직포를 100 내지 200℃의 온도로 가열하며 캘린더링(calendering)하는 단계를 더 포함하는 집진필터의 제조방법.
   
10. 제8항에 있어서, 상기 워터펀치는 웹에 50 내지 200bar의 수압으로 물을 분사하여 수행되는 집진필터의 제조방법.

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