KR20160071543A - 정수필터 조성물 및 정수필터의 제조 방법 - Google Patents

정수필터 조성물 및 정수필터의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 정수필터 조성물 및 정수필터의 제조 방법에 관한 것으로, 구체적으로 필터 소재 및 바인더를 포함하는 정수필터 조성물 및 상기 정수필터 조성물을 주형에 주입하고 가압하는 단계를 포함하는, 정수필터의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

정수필터 조성물 및 정수필터의 제조 방법{COMPOSITION OF WATER PURIFYING FILTER AND MANUFACTURING METHOD OF WATER PURIFYING FILTER}
본 발명은 정수필터의 제조에 사용되는 정수필터 조성물 및 정수필터의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 정수필터를 제조함에 있어, 미세한 가루, 즉 파우더의 형태의 소재를 바인더와 함께 도 1과 같은 형태의 정수필터를 제조할 수 있으며, 이러한 블록 형태의 정수필터는 건조 상태의 소재로 활성탄, 부직포, 이온교환파우더와 바인더를 혼합하고, 가압 및 고온 성형을 통해 바인더를 녹여 소재를 물리적으로 연결시키고 전체적인 형태를 제조하는 방법을 사용한다. 또는, 소재 또는 소재 및 바인더가 결합한 시트(sheet) 형태를 원기둥 형태로 감아서 제조되기도 한다.
그러나, 상기 제조방법의 경우 건식 상태에서 성형하는 것으로 바인더를 녹여 소재를 물리적으로 결합시키기 때문에 이러한 방법으로 제조된 블록형태의 정수필터는 바인더가 녹아 유로를 차단할 수 있고, 차압이 높다. 또한, 소재의 표면을 바인더가 가리기 때문에 소재의 활용도가 낮아지는 문제점이 있다.
본 발명의 한 측면은, 정수필터의 제조에 사용되는 바인더에 의하여 유로가 차단되는 것을 억제하고, 유로 차단에 의하여 발생될 수 있는 차압을 낮출 수 있는 정수필터 조성물 및 정수필터의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 구현예는, 정수필터 조성물의 고형분 총 중량에 대하여, 필터 소재 80 내지 95중량% 및 바인더 5 내지 20중량%를 포함하는, 정수필터 조성물을 제공한다.
상기 필터 소재는 활성탄 및 이온교환 파우더로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다.
상기 바인더는 합성섬유 및 천연섬유로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다.
상기 정수필터 조성물은, 상기 정수필터 조성물 총 중량에 대하여, 상기 고형분 5 내지 20중량% 및 잔량의 용매를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 정수필터 조성물은 습강제를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 구현예는, 정수필터 조성물의 고형분 총 중량에 대하여, 필터 소재 80 내지 95중량% 및 바인더 5 내지 20중량%를 포함하고, 상기 고형분 5 내지 20중량% 및 잔량의 용매를 혼합하여 정수필터 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 정수필터 조성물을 주형에 주입하고 가압하는 단계를 포함하는, 정수필터의 제조 방법을 제공한다.
상기 가압하는 단계는, 6 내지 10bar의 압력으로 가압하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 필터 소재는 활성탄 및 이온교환 파우더로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다.
상기 바인더는 합성섬유 및 천연섬유로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다.
상기 정수필터 조성물을 주형에 주입하고 가압하는 단계는, 기공의 크기가 0 초과 1㎛ 이하인 부직포 또는 멤브레인 필터를 구비한 주형에 상기 정수필터 조성물을 주입하여 가압함으로써, 용액을 제거하는 단계인 것이 바람직하다.
상기 정수필터의 제조 방법은, 상기 정수필터 조성물을 주형에 주입하고 가압하고, 80 내지 140℃에서 3 내지 12시간 동안 건조하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 정수필터 조성물 및 정수필터의 제조 방법은, 바인더가 유로를 막지 않아 차압이 낮고, 소재의 활용도가 높은 정수필터 조성물 및 정수필터의 제조 방법을 제공한다.
도 1은 일반적으로 사용되는 정수필터의 형태를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 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 구현예는, 정수필터 조성물의 고형분 총 중량에 대하여, 필터 소재 80 내지 95중량% 및 바인더 5 내지 20중량%를 포함하는, 정수필터 조성물을 제공한다.
상기 정수필터 조성물은, 습식 공정을 이용하여 정수필터를 제조하는데 사용가능한 정수필터 조성물로, 필터 소재 및 바인더가 포함되는 것이 바람직하다.
상기 필터 소재는 정수필터 조성물의 고형분 총 중량에 대하여 80 내지 95중량%로 포함되는 것이 바람직하며, 이때, 상기 필터 소재의 함량이 80중량% 미만인 경우 정수필터로 제조되었을 경우 정수필터의 성능이 저하될 수 있으며, 상기 필터 소재의 함량이 95중량%를 초과하는 경우, 상대적으로 바인더의 함량이 낮아지게 되어 정수필터의 강도가 낮아질 수 있고, 결과적으로 정수필터의 성능저하를 유발할 수 있다.
상기 필터 소재는, 일반적으로 수처리에 사용되는 필터 소재로 바인더와 결합이 가능한 소재라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 활성탄 및 이온교환 파우더로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
한편, 상기 바인더는 정수필터 조성물에서 필터 소재와의 결합을 통해 정수필터를 형성시킬 수 있는 성분으로, 상기 정수필터 조성물의 고형분 총 중량에 대하여 5 내지 20중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 바인더의 함량이 5중량% 미만인 경우 필터 소재와의 결합이 충분히 이루어지지 않아 정수필터를 형성시키는데 어려움이 있으며, 상기 함량이 20중량%를 초과하는 경우 상대적으로 필터 소재의 함량이 감소하게 되어 정수필터의 성능이 저하될 수 있다.
상기 바인더는, 상기 필터 소재와 결합 가능한 바인더라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 합성섬유 및 천연섬유로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다. 나아가, 상기 합성섬유는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하며, 상기 천연섬유는 펄프인 것이 바람직하다.
상기 정수필터 조성물은, 상기 필터 소재 및 바인더를 포함하는 고형분과 용매를 포함하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 정수필터 조성물은, 상기 정수필터 조성물 총 중량에 대하여, 상기 고형분 5 내지 20중량% 및 잔량의 용매를 포함하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 고형분의 함량이 5중량% 미만인 경우 정수필터 제조시 용매를 제거하기 위한 가압 및 건조 공정에 투입되는 비용이 증가될 수 있으며, 상기 고형분의 함량이 20중량%를 초과하는 경우 상기 정수필터 조성물의 가공성이 열위해질 수 있는 문제점이 있다.
한편, 상기 용매는, 정수필터 조성물에 포함된 고형분과 혼합되어 용액을 형성시킬 수 있는 성분이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 용매로 물을 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 정수필터 조성물은, 상기 고형분은 필터소재 및 바인더 이외에, 추가로 습강제를 더 포함하는 것이 바람직하다. 구체적으로 상기 습강제는 정수필터의 습윤강도를 증가시킬 수 있는 성분으로, 상기 필터소재 및 바인더를 포함하는 고형분 100중량부에 대하여 0.1 내지 2중량부로 더 포함될 수 있다. 이때, 상기 습강제의 함량이 0.1 중량부 미만인 경우, 습강제의 함량이 낮아 습윤강도 증가 효과를 나타내는데 부족하며, 상기 습강제의 함량이 2중량부를 초과하는 경우, 정수필터 고유의 성능을 저하시킬 수 있는 문제점이 있다.
본 발명의 다른 구현예는, 정수필터 조성물의 고형분 총 중량에 대하여, 필터 소재 80 내지 95중량% 및 바인더 5 내지 20중량%를 포함하고, 상기 고형분 5 내지 20중량% 및 잔량의 용매를 혼합하여 정수필터 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 정수필터 조성물을 주형에 주입하고 가압하는 단계를 포함하는, 정수필터의 제조 방법을 제공한다.
구체적으로, 본 발명의 정수필터의 제조 방법은, 종래의 건식 공정으로 제조되는 정수필터와 달리, 용매를 포함하는 정수필터 조성물을 이용하여, 습식 공정으로 수행됨으로써, 건식 공정에서 발생되는 문제점을 개선할 수 있다. 즉, 건식 공정으로 정수필터를 제조하는 경우, 고온, 고압 조건으로 필터 소재를 가공하게 되며, 이때 바인더가 용융되어 필터 소재가 형성시킬 수 있는 유로를 차단하게 되어 정수필터의 성능이 저하되는 문제점이 있다.
그러나, 본 발명의 정수필터 제조 방법은, 고온, 고압 조건이 아닌, 습식 공정을 이용함으로써, 바인더의 용융에 따른 유로 차단 현상을 억제할 수 있고, 결과적으로 정수필터의 성능을 개선시킬 수 있다.
본 발명의 정수필터의 제조 방법은, 우선 정수필터 조성물을 제조하는 단계를 포함한다. 상기 정수필터 조성물은, 정수필터 조성물의 고형분 총 중량에 대하여, 필터 소재 80 내지 95중량% 및 바인더 5 내지 20중량%를 포함하고, 상기 고형분 5 내지 20중량% 및 잔량의 용매를 혼합하여 정수필터 조성물인 것이 바람직하다. 나아가, 상기 정수필터의 제조 방법에 사용되는 조성물에 관한 구체적인 설명은 상술한 본 발명의 정수필터 조성물에 대한 설명과 같다.
이후, 상기 준비된 정수필터 조성물을 주형에 주입하고 가압하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 가압은, 원하는 형태로 미리 가공된 주형에 맞게 정수필터를 제조함과 동시에, 상기 정수필터 조성물에 포함된 액상을 제거하고, 정수필터의 성분인 고상만을 수득하기 위한 것으로, 바람직하게는, 6bar 이상의 압력으로 가압할 수 있으며, 보다 바람직하게는 6 내지 10bar의 압력으로 가압할 수 있다. 이때, 상기 압력이 6bar 미만인 경우, 액상이 충분히 제거되지 않을 수 있으며, 원하는 형태의 정수필터를 형성시키는데 어려움이 있을 수 있다. 또한, 상기 압력이 10bar를 초과하는 경우 압력의 증가에 따른 성형성 개선의 효과가 낮아지며 경제적으로 비용이 증가하는 문제가 있다.
한편, 상기 필터 소재는 상술한 바와 같이, 활성탄 및 이온교환 파우더로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있으며, 상기 바인더는 합성섬유 및 천연섬유로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
한편, 상기 정수필터 조성물을 주형에 주입하고 가압하는 단계에 있어서, 상기 주형으로부터 액상의 배출을 위하여 기공의 크기가 0 초과 1㎛ 이하인 부직포 또는 멤브레인 필터를 구비할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 정수필터 제조 방법은 주형에서 정수필터 조성물을 가압하여 액상을 제거하여 원하는 형태의 정수필터를 제조할 수 있는 습식 공정으로, 액상이 주형으로 배출되고, 주형에 남은 고상이 정수필터를 형성시킬 수 있도록 부직포 또는 멤브레인 필터를 구비하는 것이 바람직하다.
상기 부직포 또는 멤브레인 필터는, 상기 주형으로부터 액상을 배출할 수 있다면 구비되는 위치는 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 도 1에 나타낸 형태의 정수필터를 제조하기 위하여, 상기 부직포 또는 멤브레인 필터가 원기둥 형태의 외부에 구비되어 내부에 가해지는 압력에 의하여 외부로 액상을 배출할 수 있으며, 또는 내부에 원기둥 형태를 관통하여 형성된 채널 안쪽에 상기 부직포 또는 멤브레인 필터가 구비되어, 외부로부터 가해지는 압력에 의하여 상기 채널 방향으로 액상을 배출할 수도 있다.
나아가, 상기 정수필터의 제조 방법은, 상기 정수필터 조성물을 주형에 주입하고 가압하여 액상을 배출시키고, 80 내지 140℃에서 3 내지 12시간 동안 건조하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 건조 단계를 포함함으로써, 정수 필터에 포함된 액상을 모두 제거할 수 있으며, 이로부터 건식 공정에 의해 제조된 정수필터와 달리, 바인더 등에 의하여 유로가 차단되지 않고 정수 성능이 개선된 정수필터를 제조할 수 있다.
이때, 건조 조건으로 80℃ 미만으로 건조하는 경우, 제조된 정수필터 내부에 액상이 잔류할 가능성이 있어 바람직하지 않고, 140℃를 초과하는 경우 정수필터에 포함되는 소재의 변형을 유발할 수 있고, 정수 성능에 영향을 미칠 수 있다.
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 및 비교예 >
< 실시예 1 내지 3>
정수필터를 제조하기 위하여, 고형분 총 중량에 대하여 필터 소재로 활성탄 80 내지 95중량% 및 바인더로 천연섬유 5 내지 20중량%를 혼합하였다. 이후, 상기 고형분 5 내지 20중량% 및 잔량의 용매로 물을 혼합하여, 상술한 범위를 만족하며, 서로 다른 함량을 포함하는 정수필터 조성물로 실시예 1 내지 3을 제조하였다.
이후, 미리 제조된 정수필터를 형성하기 위한 주형에 기공의 크기가 0 초과 1㎛ 이하인 부직포를 구비하고, 상기 실시예 1 내지 3의 정수필터 조성물을 주형에 주입하고 6bar의 압력으로 가압하여 상기 정수필터 조성물에 포함된 액상을 상기 부직포를 통해 배출시키고, 주형의 형태로 정수필터를 형성시켰다.
이후, 상기 정수필터를 80 내지 140℃ 조건에서 3 내지 12시간 동안 건조단계를 거쳐, 정수필터를 제조하였다.
< 비교예 1>
종래의 건조 조건에서 정수필터를 제조하는 공정으로, 건조 상태의 활성탄 및 폴리프로필렌 바인더를 혼합하고, 고온 및 가압 조건으로 상기 폴리프로필렌 바인더를 녹여, 상기 활성탄을 물리적으로 연결시켜, 정수필터를 제조하였다.
< 실험예 >
1. 정수필터의 유량 평가
상기 제조된 실시예 1 내지 3 및 비교예 1의 정수필터를 이용하여, 압력에 따른 유량을 평가하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
압력(kgf/cm2) 유량 (LPM)
비교예 1 실시예 1 실시예 2 실시예 3
0.5 1 1.8 1.9 1.7
1 1.7 2.6 2.8 2.5
1.4 2.3 3.4 3.5 3.2
2 3 4.2 4.3 4
3 4 5.4 5.5 5.2
4.2 5 6.5 6.7 6.3
상기 표 1에서 알 수 있듯이, 건식 공정에 의하여 제조된 비교예 1의 정수필터의 경우, 압력에 따른 유량이 크게 증가하지 않는 것을 확인할 수 있으며, 이로부터 바인더에 의하여 필터소재의 유로가 차단되어 정수필터의 성능이 저하되었음을 알 수 있다. 반면, 습식 공정에 의하여 제조된 실시예 1 내지 3의 정수필터의 경우, 압력에 따른 유량이 비교예 1에 비하여 크게 증가되고 있음을 확인할 수 있으며, 이로부터 바인더에 의한 필터소재의 유로가 차단되지 않고, 정수필터의 성능이 향상되었음을 확인할 수 있다.
2. 정수필터의 VOC 제거율 평가
상기 제조된 실시예 1 내지 3 및 비교예 1의 정수필터를 이용하여, 누적통수량에 따른 휘발성 유기 화합물(Volatile Organic Compounds, VOC) 제거율을 평가하여, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
누적통수량(L) VOC 제거율 (%)
비교예 1 실시예 1 실시예 2 실시예 3
0 100.0 100.0 100.0 100.0
100 100.0 100.0 100.0 100.0
250 100.0 100.0 100.0 100.0
400 98 100.0 100.0 100.0
500 92.0 100.0 100.0 100.0
600 86.0 100.0 100.0 100.0
700 74.0 96.2 96.4 91.4
800 57.3 89.7 90.5 82.3
900 37.1 75.9 78.6 62.8
상기 표 2에서 알 수 있듯이, 비교예 1의 정수필터의 경우, 누적통수량이 증가함에 따라 VOC 제거율이 크게 감소됨을 알 수 있으며, 실시예 1 내지 3의 정수필터의 경우 누적통수량이 증가하더라도 VOC 제거율이 크게 감소되지 않고, 따라서 정수필터의 성능이 비교예 1에 비하여 우수함을 확인할 수 있다.

Claims (11)

  1. 정수필터 조성물의 고형분 총 중량에 대하여, 필터 소재 80 내지 95중량% 및 바인더 5 내지 20중량%를 포함하는, 정수필터 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 필터 소재는 활성탄 및 이온교환 파우더로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인, 정수필터 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 바인더는 합성섬유 및 천연섬유로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인, 정수필터 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 정수필터 조성물은, 상기 정수필터 조성물 총 중량에 대하여, 상기 고형분 5 내지 20중량% 및 잔량의 용매를 포함하는, 정수필터 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 정수필터 조성물은 습강제를 더 포함하는, 정수필터 조성물.
  6. 정수필터 조성물의 고형분 총 중량에 대하여, 필터 소재 80 내지 95중량% 및 바인더 5 내지 20중량%를 포함하고, 상기 고형분 5 내지 20중량% 및 잔량의 용매를 혼합하여 정수필터 조성물을 제조하는 단계; 및
    상기 정수필터 조성물을 주형에 주입하고 가압하는 단계를 포함하는, 정수필터의 제조 방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 가압하는 단계는, 6 내지 10bar의 압력으로 가압하는 단계를 포함하는, 정수필터의 제조 방법.
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 필터 소재는 활성탄 및 이온교환 파우더로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인, 정수필터의 제조 방법.
  9. 청구항 6에 있어서, 상기 바인더는 합성섬유 및 천연섬유로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인, 정수필터의 제조 방법.
  10. 청구항 6에 있어서, 상기 정수필터 조성물을 주형에 주입하고 가압하는 단계는, 기공의 크기가 0 초과 1㎛ 이하인 부직포 또는 멤브레인 필터를 구비한 주형에 상기 정수필터 조성물을 주입하여 가압함으로써, 용액을 제거하는 단계인, 정수필터의 제조 방법.
  11. 청구항 6에 있어서, 상기 정수필터의 제조 방법은, 상기 정수필터 조성물을 주형에 주입하고 가압하고, 80 내지 140℃에서 3 내지 12시간 동안 건조하는 단계를 더 포함하는, 정수필터의 제조 방법.
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