KR20180088096A - 나노 셀룰로오스 섬유 제조시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 셀룰로오스 원료를 물과 혼합 및 약품처리를 통해 분해한 후 수회에 걸친 필터링 및 세척시 처리수 및 촉매를 수회 재활용하면서 입자 유실을 최소화하여 양질의 나노 셀룰로오스를 높은 수율로 제조할 수 있도록 하는 나노 셀룰로오스 섬유 제조시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 나노 셀룰로오스 제조에 관한 것으로, 자세하게는 셀룰로오스 원료를 물과 혼합 및 약품처리를 통해 분해한 후 수회에 걸친 필터링 및 세척시 처리수 및 촉매를 수회 재활용하면서 입자 유실을 최소화하여 양질의 나노 셀룰로오스를 높은 수율로 제조할 수 있도록 하는 나노 셀룰로오스 섬유 제조시스템에 관한 것이다.
나노기술(NT: nanotechnology)이란, 나노 크기 입자의 재료가 가진 특유의 특성을 이용하여 원하는 특성을 얻는 기술로, 최근 나노기술의 활발한 연구과 함께 친환경적인 고분자에 대한 관심이 높아지고 있다. 이는 종래의 화석 연료를 바탕으로 하는 고분자의 환경적인 문제점 해결을 위한 대체재인 친환경 고분자로, 이러한 천연 고분자 중에서도 셀룰로오스는 지구상에 있는 유기물 가운데 가장 많은 양을 차지하고 있다.
이와 같이 지구상에서 쉽게 얻을 수 있는 천연물질인 셀룰로오스 섬유는 높은 결정성, 고강도, 저선 팽창률 및 화학적 안정성이 우수함은 물론이고, 생분해 특성으로 인한 생체에 대한 안전성이 우수하다는 장점으로 꿈의 소재로 불리고 있으며, 철과 대비하여 1/5로 가벼우면서도 탄소섬유와 견줄만한 강도를 갖고 있어, 기능성 필터, 와이핑 재료, 전자 디바이스 재료, 의료 재료, 자동차 내장재, 수질 및 대기의 분리막 소재 등 다양한 분야의 소재로 응용되고 있다.
셀룰로오스로부터 나노 셀룰로오스를 얻는 단리방법은 크게 화학적 처리와 물리적 처리로 나눌 수 있다. 화학적 처리방법은 강산을 이용하여 셀룰로오스의 비결정영역을 제거하여 나노 크기의 셀룰로오스를 만드는 산 가수분해 방법이 있으며, 물리적인 방법으로는 고강도 초음파 처리, 고압 refiner 처리, grinder 처리, 고압 homogenizer 처리가 있고, 그밖에 효소를 이용하여 나노 셀룰로오스를 단리 할 수 있다.
이때 셀룰로오스를 함유한 액상의 원료로부터 수분을 분리하기 위한 필터링 작업도 함께 이루어지게 되며, 통상 나노필터를 이용하여 수분만 통과시켜 폐액으로 분리하는 방법이 사용된다. 하지만, 셀룰로오스 나노 입자들이 필터에 달라붙어 막히는 현상이 자주 발생하게 되므로 필터에 달라붙은 입자 제거를 위한 처리공정의 지연 및 번거로움이 문제로 지적되고 있었다.
또한, 이렇게 얻어진 나노 셀룰로오스는 액상 형태를 갖게 되므로 이를 활용하기 위해서는 건조를 통해 분말 형태로 나노 셀룰로오스를 만들어야 하는데 이러한 복잡한 공정을 거치면서 나노 셀룰로오스의 수율이 낮아질 수밖에 없는 현실에서 이를 개선하기 위한 방안이 요구되고 있었으며, 탄소섬유보다는 저렴하나 일반 플라스틱 충진재 보다는 고가로 가격대가 형성됨에 따른 경제성이 지적되고 있어 저가가공기술의 확보가 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 셀룰로오스 원료를 촉매를 통해 분해하되 필터링 및 세척시 유실되는 나노 셀룰로오스 입자를 최소화하고 처리수 및 촉매를 수회 재활용할 수 있도록 하고 연속적인 분산 및 건조와 개질을 통해 양질의 나노 셀룰로오스를 효율적으로 제조할 수 있도록 하는 나노 셀룰로오스 섬유 제조시스템를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 위해 본 발명은 나노 셀룰로오스 제조시스템에 있어서, 상측에 셀룰로오스 원료 및 물을 각각 공급받는 제1공급부 및 제2공급부와, 산화제와 촉매와 산도조절제가 각각 수용되며 각각의 공급펌프가 구비되어 약품을 공급하는 제1약품공급부와 제2약품공급부와 제3약품공급부와, 측면으로 처리수를 유입받는 제3공급부와, 내부 원료의 pH를 감지하는 제1센서부 및 원료의 레벨을 감지하는 제2센서부와, 내측의 원료를 교반하는 교반부를 구비하고, 하부 중앙으로 좁아지며 1차 처리 원료를 배출하되 제1배출관 및 제1배출밸브를 통해 제1저장탱크가 연결되는 통 형상의 처리탱크; 상기 제1저장탱크에 저장된 1차 처리원료를 필터링하여 셀룰로오스 성분은 분리하고 나머지 처리수는 배출하는 필터링부; 상기 필터링부에서 배출되는 처리수를 수용하며 촉매성분이 통과 가능한 필터를 통과시켜 상기 제3공급부를 통해 공급하는 처리수탱크; 상기 필터링부에서 분리된 셀룰로오스 성분을 감압조건하에서 초음파를 이용하여 분해하는 나노화부; 상기 나노화부를 통해 분해된 셀룰로오스를 건조하여 나노 셀룰로오스 입자를 획득하는 건조부; 건조된 나노 셀룰로오스 입자의 화학적 치환에 따른 개질을 변경하는 개질반응부; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때 상기 필터링부는 상기 제1저장탱크에 저장된 1차 처리원료를 필터링하여 셀룰로오스 성분은 2차 처리원료로 분리하고 나머지 처리수는 필터를 통해 상기 처리수탱크로 배출하는 제1필터링부와, 상기 제1필터링부에서 분리된 2차 처리원료를 수용하되 물을 공급받는 물공급부 및 내측의 원료를 교반하는 교반부를 구비한 제2저장탱크와, 상기 제2저장탱크에 저장된 2차 처리원료를 필터링하여 셀룰로오스 성분은 3차 처리원료로 분리하고 나머지 처리수는 필터를 통해 배출하는 제2필터링부와, 상기 제2필터링부에서 분리된 3차 처리원료를 수용하되 물을 공급받는 물공급부 및 내측의 원료를 교반하는 교반부를 구비한 제3저장탱크와, 상기 제3저장탱크에 저장된 3차 처리원료를 필터링하여 셀룰로오스 성분은 4차 처리원료로 분리하여 상기 나노화부에 공급하고 나머지 처리수는 필터를 통해 배출하는 제3필터링부와, 상기 제2필터링부 및 제3필터링부에서 배출된 처리수를 저장 및 배출하는 배출탱크로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 필터링부는 상부 측면에 처리 원료를 공급받는 제4공급부와, 하부 내측을 횡단하는 형태로 구성된 필터설치부와, 상기 필터설치부 상측으로 제2배출관 및 제2배출밸브를 통해 처리원료를 분리 배출하며, 하부 중앙으로 좁아지며 처리수를 배출하는 제1연결관이 결합된 통 형상의 여과탱크와, 상기 여과탱크 내측의 압력을 측정하는 제3센서부와, 상기 여과탱크 상측에 제1감압관 및 제1감압밸브를 통해 연결되고, 상기 제1연결관과 제2감압관 및 제2감압밸브를 통해 연결되어, 상기 제1감압관 또는 제2감압관을 통한 선택적인 감압이 이루어지도록 하는 진공펌프를 구비하는 제1감압부와, 상기 여과탱크 상측에 제1가압관 및 제1가압밸브를 통해 연결되고, 상기 제1연결관과 제2가압관 및 제2가압밸브를 통해 연결되어, 상기 제1가압관 또는 제2가압관을 통한 선택적인 가압이 이루어지도록 하는 제1컴프레서를 구비하는 가압부와, 상기 필터설치부를 따라 상기 여과탱크의 하측 내부를 횡단하여 차단하는 형태로 설치되되 다수의 구멍이 형성된 한 쌍의 지지판과, 상기 지지판 사이에 설치되는 나노필터를 구비하는 여과부와, 상기 여과탱크 내부를 가압 및 제1연결관 측을 감압하여 필터링하고, 상기 제3센서부의 감지결과에 따라 상기 여과탱크 내부를 감압 및 제1연결관 측을 가압하여 상기 여과부를 세척하는 제어부로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 나노화부는 상부 측면에 처리원료를 공급받는 제5공급부를 구비하고, 하부 중앙으로 좁아지며 분해작업이 이루어진 원료를 배출할 수 있도록 제3배출밸브를 구비한 제2연결관이 결합된 통 형상의 분해탱크와, 상기 분해탱크 내부의 압력을 측정하는 제4센서부와, 제3감압관 및 제3감압밸브를 통해 연결되어 상기 분해탱크 내부를 감압하는 감압기를 구비하는 제2감압부와, 설정된 주파수의 초음파를 생성하여 출력하는 발진부 및 진동자와, 상기 진동자와 결합하여 상기 분해탱크 내측을 따라 위치하되 상기 주파수에 대응한 초음파 증폭이 이루어지도록 측면이 돌출된 증폭부와 단부가 상기 분해탱크의 하측면에 대응한 원뿔형상으로 돌출하되 나선형홈이 형성된 돌출부를 구비한 초음파혼으로 구성되는 분해부와, 상기 분해탱크 측면에서 원료를 흡입하여 상기 제2연결관을 통해 분해탱크 내부로 배출 및 순환시키는 순환배관 및 순환펌프와, 광학센서를 통해 상기 순환배관을 통과하는 원료의 나노 셀룰로오스의 분해상태를 확인하는 제5센서부와, 상기 순환배관에 설치되어 순환하는 원료를 냉각하는 열교환부를 구비한 순환부와, 상기 제4센서부의 감지결과에 따라 상기 감압기를 제어하고, 상기 제5센서부의 확인결과에 따라 상기 발진부와 순환펌프와 열교환부를 제어하는 제어부로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 건조부는 내부에 건조공간이 형성되고, 상부 측면으로 열풍을 공급받는 공급구와, 하부 측면으로 열풍을 배출하되 나노필터가 설치된 배기구가 형성되며, 하부 중앙으로 좁아지며 제4배출관 및 제4배출밸브가 형성된 통 형상의 몸체와, 상기 공급구를 통해 열풍을 공급하는 열풍기와, 고압의 공기를 생성하는 제2컴프레서와, 상기 나노화부에서 분해된 처리원료를 흡입하여 고압으로 배출하는 건조펌프와, 상기 건조펌프에서 배출되는 원료를 상기 건조공간 상측에서 분사하는 제1노즐과, 상기 제1노즐을 둘러싸며 고압의 공기를 분사하는 제2노즐과, 상기 제2노즐로 공급되는 공기를 가열하는 히터와, 상기 제1노즐 및 제2노즐 전면에 위치하여 분사되는 원료를 분산시키는 충돌판을 구비하는 분사부와, 상기 열풍기와 제2컴프레서와 펌프와 히터의 구동 및 제1노즐과 제2노즐을 개폐제어하는 제어부로 이루어질 수 있다.
본 발명을 통해 셀룰로오스 원료를 촉매를 통해 분해하되 필터링 및 세척시 처리수를 재활용함으로 나노 셀룰로오스 입자를 최소화하고, 처리수 및 촉매를 재활용에 따른 비용절감이 이루어질 수 있으며 양질의 나노 셀룰로오스를 높은 수율로 효율적인 제조가 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시스템의 개념도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 처리탱크 구조를 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 필터링부 구조를 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나노화부 구조를 나타낸 단면도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건조부 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 처리탱크 구조를 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 필터링부 구조를 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나노화부 구조를 나타낸 단면도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건조부 구조를 나타낸 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명 나노 셀룰로오스 섬유 제조시스템의 구성을 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시스템의 개념도로서, 본 발명에 따른 나노 셀룰로오스 섬유 제조 공정을 반영한 시스템의 개략적인 배열을 나타내고 있으며, 처리탱크(1) 및 제1저장탱크(18)를 비롯하여, 필터링부(2)와, 나노화부(3)와, 건조부(4)와, 개질반응부(5)의 주요 구성을 이용한 제조가 이루어지게 된다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 처리탱크 구조를 나타낸 단면도이다.
상기 처리탱크(1)는 펄프형태의 셀룰로오스 원료를 촉매를 비롯한 각종 약품을 통해 처리하는 역할을 하는 통 형상의 구성으로, 상측에는 펄프 형태의 셀룰로오스 원료를 공급받는 제1공급부(11) 및 물을 각각 공급받는 제2공급부(12)가 연결된다.
또한, 산화제가 수용된 제1약품공급부(191)와, 촉매가 수용된 제2약품공급부(192)와 산도조절제(산화보조제)가 수용된 제3약품공급부(193)가 각각 구비된 공급펌프(P)를 통해 연결되어 산화제와 촉매와 산도조절제를 각각 정량 공급받을 수 있도록 구성된다.
더불어 상기 제1약품공급부(191)와 제2약품공급부(192)와 제3약품공급부(193)에 각각 수용된 산화제와 촉매와 산도조절제가 균질한 상태로 처리탱크(1)에 공급될 수 있도록 각각 교반부(A)가 설치될 수 있다. 상기 교반부(A)는 수직으로 형성된 회전축 및 상기 회전축에 형성된 교반날개와, 상기 회전축을 회전시키는 구동부로 이루어지는 공지의 구성이다.
또한, 상기 산화제와 촉매와 산도조절제의 경우 셀룰로오스 섬유 제조를 위해 공지된 약품을 사용하게 되며, 이에 대하여는 본 발명의 취지가 흐려지는 것을 방지하기 위해 명세서상에 구체적인 설명은 생략한다.
또한, 상기 처리탱크의 측면으로는 후술되는 처리수를 유입받는 제3공급부(13)가 연결되며, 내부에는 수용된 원료의 pH를 감지하는 제1센서부(14) 및 수용된 원료의 레벨을 감지하는 제2센서부(15)가 구비되어, 수용된 원료가 설정된 범위의 레벨 및 pH를 상시 유지할 수 있도록 별도의 제어부를 통해 제어된다.
마찬가지로 내부로 공급된 원료가 물, 산화제, 촉매, 산도조절제와 원활히 혼합될 수 있도록 상기 처리탱크 내측의 원료를 섞어주는 교반부(A)가 구비되어 약 4시간동안의 교반을 통해 충분한 반응이 이루어질 수 있도록 구성된다.
또한, 상기 처리탱크(1)는 하부 중앙으로 좁아지며 제1배출관(16) 및 제1배출밸브(17)를 통해 제1저장탱크와 연결됨으로, 상기 촉매를 통해 1차 처리 원료를 상기 제1저장탱크(18)로 배출 및 이송할 수 있도록 구성된다.
상기 필터링부(2)는 상기 제1저장탱크(18)에 저장된 1차 처리원료를 필터링하여 셀룰로오스 성분은 분리하고 나머지 처리수는 배출하는 구성이다. 이를 위해 1차 처리원료 중 셀롤로오스 성분을 분리하기 위한 다양한 수단을 적용할 수 있으며 일례로 비중차를 이용하여 셀룰로오스 원료와 불순물 및 처리수를 분리하는 원심분리방식을 적용할 수 있다.
이후 상기 필터링부(2)에서 배출되는 처리수는 상기 처리수탱크(216)에 수용되며, 상기 처리수탱크(216)에 수용된 처리수는 촉매성분이 통과 가능한 마이크로필터(MF)를 통과시켜 상기 제3공급부(13)를 통해 처리탱크(1)로 공급되어 재이용이 이루어진다.
이때 상기 필터링부(2)는 제1필터링부(211)와 제2저장탱크(214)와, 제2필터링부(212)와 제3저장탱크(215)와 제3필터링부(213)로 이루어져 3회에 걸친 필터링이 이루어질 수 있다.
즉 상기 제1필터링부(211)는 상기 제1저장탱크(18)에 저장된 1차 처리원료를 필터링하여 셀룰로오스 성분은 2차 처리원료로 분리하고 나머지 처리수는 상기 처리수탱크(216)로 배출하여 마이크로필터(MF)를 통해 처리탱크(1)로 공급되며, 상기 제2저장탱크(214)는 상기 제1필터링부(211)에서 분리된 2차 처리원료를 수용하되 물을 공급받는 물공급부(W) 및 내측의 원료를 교반하는 교반부(A)를 구비하여 2차 처리원료의 세척이 이루어지도록 구성된다.
또한, 상기 제2필터링부(212)는 상기 제2저장탱크(214)에 저장된 2차 처리원료를 필터링하여 셀룰로오스 성분은 3차 처리원료로 분리하고 나머지 처리수는 마이크로필터(MF)를 통해 배출하며, 상기 제3저장탱크(215)는 상기 제2필터링부(212)에서 분리된 3차 처리원료를 수용하되 물을 공급받는 물공급부(W) 및 내측의 원료를 교반하는 교반부(A)를 구비하여 3차 처리원료의 세척이 이루어지도록 구성된다.
마지막으로 상기 제3필터링부(213)는 상기 제3저장탱크(215)에 저장된 3차 처리원료를 필터링하여 셀룰로오스 성분은 4차 처리원료로 분리하여 상기 나노화부(3)에 공급하고 나머지 처리수는 나노필터(NF)를 통해 배출하게 된다.
이때 상기 제1필터링부(211)를 통해 배출되는 처리수는 상기 처리수탱크(216)로 보내져 4 ~ 5회가량 촉매 등의 재활용이 이루어지고, 상기 제2필터링부(212) 및 제3필터링부(213)에서 배출된 처리수는 배출탱크(217)로 보내져 저장 및 배출이 이루어지도록 구성된다. 또한, 상기 제2배출탱크(217)에서 처리수 배출시 나노필터(NF)를 통과시켜 배출되도록 함으로 처리수 내 잔여 셀룰로오스 성분을 재활용하는 것도 가능하다.
이와는 다른 방식으로 상기 필터링부(2), 구체적으로 상기 제1필터링부(211), 제2필터링부(212), 제3필터링부(213)는 원심분리방식이 아닌 필터여과방식을 사용할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 필터링부 구조를 나타낸 단면도로서, 나노필터(NF)를 사용하여 나노 셀룰로오스 성분을 분리하기 위한 여과탱크(22)를 나타내고 있다.
상기 여과탱크(22)는 하부가 중앙으로 좁아지는 원통 형상의 탱크로서, 상부 측면에 처리 원료를 공급받는 제4공급부(211)가 형성되고, 하부 중앙으로 좁아지는 단부에는 필터링된 처리수의 배출을 위한 제1연결관(225)이 결합되어, 처리수를 상기 처리수탱크(216) 또는 배출탱크(217)로 이송하여 재사용 또는 후처리하도록 구성된다.
여과탱크(22)의 하부에 좁아지는 부분의 상측에는 내측을 횡단하는 형태로 필터설치부(222)가 구성되어 나노필터(NF)로 이루어진 여과부(25)의 설치가 이루어지며, 상부 여과부(25)를 기준으로 상측과 하측의 공간이 분할된다.
상기 여과부(25)는 기본적으로 나노필터(NF)를 구비함에 따라 원료 중 수분 및 촉매를 비롯한 약품은 여과부(25)를 통과하여 하측으로 이동하고, 나노 셀룰로오스 입자는 상측에 머무르게 됨에 따라 상기 필터설치부(222) 상측으로 이를 배출하기 위한 제2배출관(223) 및 제2배출밸브(224)가 연결되어 수분이 분리된 나노 셀룰로오스 원료를 제2저장탱크(214) 또는 제3저장탱크(215)나 나노화부(3)로 이송한다.
더불어 본 발명에서는 상기 여과부(25)를 통해 나노 셀룰로오스 원료를 필터링함에 있어서 여과부(25) 전후 측의 압력을 달리함으로 필터링효과를 극대화하는 것이 가능하도록 제3센서부(231)와 진공펌프(234)로 이루어지는 제1감압부(23)와 제1컴프레서(243)로 이루어지는 가압부(24)가 구비된다.
상기 제3센서부(231)는 압력센서로서, 상기 여과탱크(22) 내부의 압력을 측정하게 된다. 상기 진공펌프(234)는 상기 여과탱크(22) 내부에 진공을 형성할 수 있는 수준의 펌프로서, 상기 여과탱크(22) 상측에 제1감압관(232) 및 제1감압밸브(123)를 통해 연결되고, 상기 제1연결관(225)과 제2감압관(235) 및 제2감압밸브(236)를 통해 연결되어, 상기 제1감압관(232) 또는 제2감압관(235)을 선택적으로 사용하여 상기 여과탱크(22) 내부를 감압하게 된다.
본 발명에서는 실질적으로 상기 필터설치부(222)에 여과부(25)가 설치되어 여과탱크(22) 내부를 분할하게 되므로 상기 제1감압밸브(233)를 개방한 상태로 제1감압관(232)을 통해 설치된 여과부(25) 상측 공간의 진공이 형성되고, 반대로 상기 제2감압밸브(236)를 개방한 상태로 제2감압관(235)을 통해 설치된 여과부(25) 하측 공간의 진공이 형성된다. 이때 상기 제3센서부(231)는 설치된 여과부(25)의 상측공간의 압력을 측정할 수 있도록 설치된다.
상기 가압부(24)를 구성하는 제1컴프레서(243)는 고압의 공기를 생성하는 공기압축기로서, 상기 진공펌프(234)와 유사한 구조로 상기 여과탱크(22) 상측에 제1가압관(241) 및 제1가압밸브(242)를 통해 연결되고, 상기 제1연결관(225)과 제2가압관(244) 및 제2가압밸브(245)를 통해 연결되어, 상기 제1가압관(241) 또는 제2가압관(244)을 통한 선택적인 가압이 이루어지도록 구성된다. 즉 상기 제1가압밸브(242)를 개방한 상태로 제1가압관(241)을 통해 설치된 여과부(25) 상측 공간의 가압환경이 형성되고, 반대로 상기 제2가압밸브(245)를 개방한 상태로 제2가압관(244)을 통해 설치된 여과부(25) 하측 공간의 가압환경이 형성된다.
상기 여과부(25) 상기 필터설치부(222)를 따라 상기 여과탱크(22)의 하측 내부를 횡단하여 차단하는 형태로 설치되며, 기본적으로 원료 중 나노 셀룰로오스 입자를 걸러내기 위한 나노필터(NF)를 구비하여 액체성분만 통과시키고 나노 입자의 배출을 방지하게 된다.
이러한 나노필터(NF)의 경우 강도가 약하므로 여과부(25) 상측에 가압환경이 형성되고 하측으로 진공이 형성되도록 하는 환경에서 손상될 우려가 큼에 따라, 상기 여과부(25) 금속재질로 이루어지며 다수의 구멍(252)이 형성된 한 쌍의 지지판(251) 사이에 나노필터(NF)가 밀착되어 설치된다.
첨부된 도면에서는 이해를 돕기 위해 상기 구멍(252)의 크기를 상대적으로 크게 나타내었으나 실질적으로는 매우 작게 형성되어 앞서 언급한 한쪽으로 가압과 다른 쪽으로 진공환경이 동시에 이루어지더라도 나노필터(NF)가 손상되지 않도록 구성된다.
이때 상기 여과부(25) 상하측의 압력차이로 인해 여과부(25)와 필터설치부(222) 사이의 틈으로 인해 원료가 누출되는 것을 방지하도록 상기 여과부(25)의 외주면을 전체적으로 감싸는 밀폐성 재질의 패킹부(253)가 구비되며, 상기 패킹부(253)가 둘러진 여과부(25)의 외측 일부를 둘러 수용할 수 있는 연속적인 홈이 상기 여과탱크(22) 내벽을 따라 형성되며 상기 필터설치부(222)를 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 여과부(25)를 통과한 수분이 상기 제1연결관(225)에 연결되는 제2감압관(235) 및 제2가압관(244) 측으로 유입되지 않도록 상기 제2감압관(235) 및 제2가압관(244)은 첨부된 도면과 같이 상기 제1연결관(225) 측으로 하향 경사지도록 연결되는 것이 바람직하다.
이와 더불어 MCU에 해당하는 제어부가 전원을 공급받아 상기 제3센서부(231)와, 상기 진공펌프(234) 및 제1컴프레서(243)와, 제1감압밸브(233) 및 제2감압밸브(236)와, 제1가압밸브(242) 및 제2가압밸브(245)를 선별제어하도록 구비되며, 구체적으로 상기 여과탱크(22) 내측에 처리원료가 정량투입된 상태에서, 제1가압밸브(242)를 개방하고 제1컴프레서(243)를 작동시켜 상기 여과부(25) 상측을 가압시키면서, 상기 제2감압밸브(236)를 개방하고 진공펌프(234)를 작동시켜 상기 여과부(25) 하측의 제1연결관(225) 측을 감압하여 필터링 성능을 극대화시켜 빠른 속도로 원료 중 수분 분리가 이루어지도록 한다.
이후 상기 제3센서부(231)를 통해 여과탱크 내부의 압력을 모니터링하게 되며 상기 여과부(25) 폐색되어 내부 압력이 설정치 이상으로 감지됨에 따라 역으로 상기 제2감압밸브(236)를 닫고 제1감압밸브(233)를 개방하여 상기 여과부(25) 상측을 감압하고, 상기 제1가압밸브(242)를 닫고 제2가압밸브(245)를 개방하여 여과부(25) 하측을 가압하여 상기 여과부(25)를 역압에 의해 세척할 수도 있다.
상기 필터링부에서 분리된 셀룰로오스 성분은 상기 나노화부를 통해 분해가 이루어진다. 다양한 방식의 분해가 이루어질 수 있으나 본 발명에서는 감압조건하에서 초음파를 이용하여 분해하게 된다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나노화부 구조를 나타낸 단면도로서, 셀룰로오스를 초음파 분산시켜 나노화하기 처리조인 분해탱크(31)를 나타내고 있다.
상기 분해탱크(31)는 하부가 중앙으로 좁아지는 원통 형상의 탱크로서, 상부 측면에 처리원료를 공급받는 제5공급부(311)가 형성되고, 하부 중앙으로 좁아지는 단부에는 분해작업이 이루어진 원료를 배출할 수 있도록 제3배출밸브(312)를 구비한 제2연결관(313)이 결합된다.
더불어 초음파를 통해 셀룰로오스 원료를 분산함과 동시에 상기 분해탱크(31)에 수용된 원료의 유동성을 증대시키기 위해 내부 감압환경을 조성하게 되며 이를 위해 제4센서부(321)와, 감압기(324)로 이루어지는 제2감압부(32)가 구비된다.
상기 제4센서부(321)는 압력센서로서, 상기 분해탱크(31) 내부의 압력을 측정하게 되며, 상기 감압기(324)는 상기 분해탱크(31) 한쪽에 제3감압관(322) 및 제3감압밸브
(323)를 통해 연결되어 상기 분해탱크(31) 내부를 감압하는 역할의 구성으로 상기 분해탱크(31) 내부에 진공을 형성할 수 있는 수준인 진공펌프로 이루어지게 된다.
더불어 본 발명의 핵심구성으로 초음파를 통해 분해탱크에 수용된 셀룰로오스 원료를 분산, 분해하는 분해부(33)가 구비된다.
상기 분해부(33)는 설정된 주파수의 초음파를 생성하여 출력하는 발진부(331) 및 진동자(332)와 더불어 상기 진동자(332)와 결합하여 상기 분해탱크(31) 내측을 따라 위치하여 수용된 원료로 초음파를 인가하는 초음파혼(333)으로 구성된다.
이때 상기 발진부(331)는 20 ~ 28㎑ 내외의 주파수를 갖는 초음파를 생성하여 셀룰로오스 원료를 분해하게 되며, 설정된 범위 내에서 주파수의 가변이 이루어질 수 있다. 상기 발진부(331)를 통해 생성된 초음파는 실질적으로 상기 분해탱크(31) 상측에 설치된 상기 진동자(332)를 통해 출력되며 초음파 출력에 따른 진동으로 인해 장시간 운용시 진동자의 온도가 올라감에 따라 이를 냉각할 수 있는 냉각팬의 설치가 함께 이루어지게 된다.
상기 진동자(332) 하측에는 상기 분해탱크(31) 내벽과 간격을 두며 설치되는 원기둥 형상의 초음파혼(333)이 결합되어 원료 내부로 균질하게 초음파를 인가하게 된다. 이때 견고한 고정 및 원활한 초음파 전달을 위해 스터드 볼트를 통해 진동자(332)와 초음파혼(333)이 결합되며 바람직하게는 초음파 진동으로 인한 초음파혼(333)의 침식 및 강도 유지를 위해 티타늄 재질로 초음파혼(333)을 구성하게 된다.
상기 초음파혼(333)이 일정 길이를 갖는 기둥 형상으로 이루어지고 상측에서 하측으로 초음파를 전달함에 따라 생성 및 전달되는 주파수에 대응한 초음파 증폭이 이루어지도록 측면이 돌출된 형상의 증폭부(334)가 형성된다. 첨부된 도면에서는 중간 부분에 1개소의 증폭부(334)가 형성되어 초음파 주파수에 따른 증폭이 이루어지면서 원활한 초음파의 인가가 이루어지도록 구성하고 있으며, 해당 증폭부(334)에서 초음파 증폭이 최대화될 수 있도록 상기 발진부(331)를 통한 초음파의 조절도 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 초음파혼(333)의 하단부가 상기 분해탱크(31)의 하측면에 대응한 원뿔형상의 돌출부(335)가 형성되되, 상기 돌출부(335)에 나선형홈을 형성하게 된다.
종래의 초음파혼의 단부는 일자형으로, 본 발명에서는 원뿔형인 V자 단면을 통해 접촉면 확대를 통해 나노화를 빠르게 촉진하게 되며, 상기 돌출부(335)가 분해탱크(31) 바닥면과 동일한 경사각을 갖도록 구성함과 더불어 상기 제2연결관(313)에 근접함으로 후술되는 바와 같이 상기 제1연결관(225)을 통해 순환배출되는 원료가 상기 돌출부(335)와 접촉하여 나선형홈을 따라 유동하여 진동면과 접하는 체류시간이 길어짐에 따라 나노화 효과를 증진시킬 수 있다. 또한, 나노화되지 않은 상대적으로 무거운 함유물이 분해탱크(31) 바닥면과 돌출부(335)의 경사로 인해 하측으로 이동하도록 함에 따라 상대적으로 큰 셀룰로오스 입자가 원활히 분해될 수 있도록 한다.
이와 같은 분해부(33)의 구성과 더불어 수용된 원료의 충분한 나노화가 이루어질 때까지 지속적으로 순환시켜주기 위한 순환부(34)가 구비된다.
상기 순환부(34)는 기본적으로 상기 분해탱크(31) 측면에서 원료를 흡입하여 상기 제1연결관(225)을 통해 배출 및 순환시키게 되며, 이를 위한 순환배관(341) 및 순환펌프(342)를 구비한다. 이때 순환되는 원료의 나노화 수준을 모니터링할 수 있도록 상기 순환배관(341)의 일부 내지는 전체를 투명한 재질로 구성하되 광학센서를 통해 상기 순환배관(341)을 통과하는 원료의 나노 셀룰로오스의 분해상태를 확인하는 제5센서부(343)가 구비된다.
구체적으로 상기 제2센서부(15)는 투명한 재질의 순환배관(341) 측으로 설정된 파장 및 색상의 빛을 방출하는 발광수단과, 상기 순환배관(341)을 통과한 빛을 수광하는 수광센서로 이루어져 수광되는 결과에 따른 원료 중 셀룰로오스 물질의 나노화 수준을 모니터링 할 수 있다.
더불어 상기 분해탱크(31) 내에서 원료가 장시간 초음파을 받게 됨에 따라 초음파혼(154)의 온도상승과 더불어 원료의 온도가 상승하여 변질되는 것을 방지하기 위해 상기 순환배관(341)을 순환하는 원료가 설정된 온도범위를 유지할 수 있도록 냉각하는 열교환부(344)가 설치된다.
상기 열교환부(344)는 상기 분해탱크(31) 내부에 설치되어 수용된 원료의 온도를 측정하는 온도센서부와 연계하여 수냉 방식 또는 열전소자와 같은 냉각수단을 통해 순환배관(161)을 통과하는 원료를 냉각시킬 수 있도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제2연결관(313)은 상기 순환배관(341)과 더불어 제3배출밸브(312)를 통해 연결되어 분해작업이 이루어진 원료를 수용하는 제4저장탱크(35)가 연결된다. 즉 상기 제3배출밸브(312)가 닫혀있는 동안에는 셀룰로오스 원료가 충분히 나노화될 수 있도록 순환이 이루어지고 상기 제5센서부(343)를 통해 나노화가 충분히 이루어진 것으로 확인시 상기 제3배출밸브(312)가 개방되면서 나노화된 원료가 상기 제4저장탱크(35)로 이송된다.
이를 위해 상기 제4센서부(321)의 감지결과에 따라 상기 감압기(324)를 제어하고, 상기 제5센서부(343)의 확인결과에 따라 상기 발진부(331)와 순환펌프(342)와 열교환부(344)를 제어하는 제어부가 구비된다.
상기 나노화부를 통해 분해된 셀룰로오스는 상기 건조부를 통해 건조되어 나노 셀룰로오스 입자 형태로 획득된다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건조부 구조를 나타낸 단면도로서, 내부에 건조공간(411)이 형성되는 건조로에 해당하는 통 형상의 몸체(41)의 구조를 도시하고 있다.
이때 상기 몸체(41)는 다양한 형태로 구성될 수 있으나 본 발명에서는 기본적으로 열풍을 이용한 나노 셀룰로오스의 건조가 이루어짐에 따라 내부 건조공간(411)에서 원활한 공기의 유동 및 건조되는 나노 셀룰로오스 분말의 수집을 위해 원통 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 몸체(41) 상부 측면으로 외부에서 열풍을 공급받는 공급부(412)와, 하부 측면으로 열풍을 배출하되 나노필터(NF)가 설치된 배기부(413)가 형성되며, 상기 몸체(41)는 하부 중앙으로 좁아지며 제4배출관(414) 및 제4배출밸브(415)가 형성되어 건조된 분말형태의 나노 셀룰로오스의 수집 배출이 원활히 이루어질 수 있도록 구성된다.
이때 상기 공급부(412)를 몸체의 중앙이 아닌 외측으로 비스듬하게 연결함으로 공급되는 열풍이 건조공간(411) 내부에서 와류를 형성하며 순환하도록 구성하며, 건조된 나노 셀룰로오스 입자가 중력에 의해 낙하하며 취합되도록 몸체(41) 하측으로 좁아지도록 하되 그 경계상의 측벽을 따라 건조공간을 순환한 열풍이 외측으로 배출될 수 있도록 배기부(413)가 형성된다.
상기 나노필터(NF)는 상기 배기부(413)를 통해 배출되는 열풍과 함께 건조중인 나노 셀룰로오스 입자가 배출되는 것을 방지하기 위한 필터로 기본적으로 공기만 통과시키고 나노 입자의 배출을 방지하는 구조로 이루어진다.
상기 공급부(412)에는 외기를 흡입 및 가열하여 배출, 공급하는 열풍기(42)가 연결된다.
본 발명에서는 이러한 처리 원료를 상기 건조공간(411) 내부에서 분산시켜 원활한 건조가 이루어질 수 있도록 고압의 공기를 사용하게 되며, 이를 위해 고압의 공기를 생성하는 제2컴프레서(43)와 함께, 상기 건조공간(411) 내부에 원료를 고압의 공기와 함께 분무할 수 있도록 분사부(44)가 구비된다.
상기 분사부(44)는 기본적으로 상기 제4저장탱크(35)에 수용된 원료를 흡입하여 고압으로 배출하는 건조펌프(441)와 함께, 상기 건조펌프(441)에서 배출되는 원료를 상기 건조공간(411) 상측에서 하측으로 분사하는 제1노즐(442)과, 상기 제1노즐(442)을 둘러싸며 고압의 공기를 상기 제1노즐(152)의 분사방향과 동일한 방향으로 분사하는 제2노즐(443)을 구비하여, 원료가 고압의 공기와 함께 섞이며 분사가 이루어질 수 있도록 한다.
이때 상기 제2컴프레서(43)로부터 상기 제2노즐(443) 사이를 연결하는 파이프 상에 히터(444)를 설치함으로 제2노즐(443)을 통해 분사되는 고압의 공기를 가열함으로 건조효율을 높일 수 있도록 구성되고, 또한 상기 배기부(413)를 통해 배출되는 공기의 폐열을 통해 상기 건조펌프(441)를 통해 공급되는 원료를 가열할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.
상기 제1노즐(442) 및 제2노즐(443)은 전자밸브를 구비하여 제어부에 의해 개폐가 이루어지도록 구성되며, 상기 제1노즐(442) 및 제2노즐(443) 전면에는 각 노즐의 분사방향과 수직을 이루되 중앙에 상기 제1노즐(442)을 향해 원뿔모양의 돌기가 형성된 충돌판(445)이 위치하여 분사되는 원료 및 공기의 분쇄하여 측면으로 분산시키게 된다.
이때, 상기 충돌판(445) 하측으로 소형의 모터(446)를 설치함으로 충돌판(445)을 고속으로 회전시켜 줌으로 충돌되는 고압의 공기 및 원료의 분산을 촉진할 수 있다.
또한, 상기 배기부(413) 측에 위치한 나노필터(NF)가 나노 셀룰로오스 입자의 누적으로 막힐 경우 상기 열풍기(42)를 통해 지속적으로 공급되는 열풍으로 인한 압력상승이 발생하게 된다.
이를 위해 상기 몸체(41)의 상측에는 건조공간(411) 내부가 설정압력 이상으로 상승시 개방되며 나노필터(NF)를 구비한 된 배압필터부(416)가 적어도 한 개 이상 구비된다. 즉 스프링과 같은 탄성체를 통해 닫힌 상태를 유지하되, 상기 건조공간(411) 내부 압력이 상승하여 상기 탄성체의 작용력을 이기고 내부의 압력을 방출하되 이때 나노 셀룰로오스 입자가 함께 배출되지 않도록 상기 배기부(413)에 설치된 것과 동일한 나노필터(NF)가 설치된다.
이와 같은 배압필터부(416)는 내부 압력상승에 따라 상기 몸체(41)가 손상되는 것을 방지하기 위한 안전장치로서, 실질적으로 나노필터(F)의 폐색과 더불어 몸체(41) 내부에 축적되어 배출되지 않은 입자는 건조효율의 저하로 이어질 수 있다.
이에 내부에서 나노필터(NF)를 주기적으로 소제하고 누적된 입자들을 제거하여 정상 성능으로 회복하기 위한 소제부가 구비된다.
먼저, 상기 소제부는 상기 제4배출관(414) 및 제4배출밸브(415) 측에 형성되어 상측으로 상기 제2컴프레서(43)를 통해 생성된 고압의 공기를 분사하는 복수의 제3노즐(461)을 구비하게 된다. 이는 몸체(41)의 바닥부분에 적층되며 상기 제4배출관(414) 측으로 배출되지 않고 남아 있는 입자를 비롯하여 상기 제4배출밸브(415) 측에 누적된 입자를 제거하기 위한 구성이다. 바람직하게는 첨부된 도면과 같이 상기 제4배출밸브(415) 상측과 하측에 각각 복수의 제3노즐(461)을 구비하되, 하측의 제3노즐(461)을 통해 제4배출관(414) 및 제4배출밸브(415)에 퇴적된 입자를 제거하고, 상측의 제3노즐(461)을 통해 좁아지는 형상의 몸체(41) 하부 바닥측에 퇴적된 입자의 제거가 이루어지도록 한다.
다음으로, 상기 소제부는 상기 배압필터부(416) 및 배기부(413)에 구비된 나노필터의 표면으로 고압의 공기를 분사하여 퇴적된 입자를 제거하는 제4노즐(462)을 구비하게 된다. 마찬가지로 상기 제3노즐(461) 및 제4노즐(462) 또한 전자밸브를 구비하여 제어부를 통해 개폐제어가 이루어지게 된다. 또한, 상기 몸체(41) 하부에 건조된 나노입자가 누적됨에 따라 제4배출밸브(415)가 개방되어 건조 나노입자의 배출이 이루어지며, 이를 위해 상기 열풍기(42)와 제2컴프레서(43)와 건조펌프(441)와 히터(444)의 구동 및 제1노즐(442)과 제2노즐(443)과 제3노즐(461) 및 제4노즐(462)을 개폐제어하는 제어부(C)가 구비된다.
상기 제4배출관(414)에는 건조된 나노 셀룰로오스 입자의 화학적 치환에 따른 개질을 변경하는 개질반응부(5)가 연결된다.
상기 나노화부(3)를 통해 처리되어 상기 제4저장탱크(35)에 저장된 원료의 경우 기본적을 친수성으로 화장품을 비롯한 다양한 액상의 제품에 적용이 가능하다. 하지만 이를 ABS, PP, PE, PU 등의 수지제품에 적용할 경우 친수성에서 소수성을 갖도록 개질이 이루어져야 하며, 이를 위한 친수성인 카르복실기의 제거가 이루어져야 한다. 이에 따라 상기 개질반응부(5)에서는 원료의 카르복실기 제거를 위한 화학적 치환이 이루어질 수 있도록 공지의 화학약품의 투입 및 처리가 이루어지도록 한다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
1: 처리탱크
11: 제1공급부
12: 제2공급부 13: 제3공급부
14: 제1센서부 15: 제2센서부
16: 제1배출관 17: 제1배출밸브
18: 제1저장탱크 191: 제1약품공급부
192: 제2약품공급부 193: 제3약품공급부
2: 필터링부 211: 제1필터링부
212: 제2필터링부 213: 제3필터링부
214: 제2저장탱크 215: 제3저장탱크
216: 처리수탱크 217: 배출탱크
22: 여과탱크 221: 제4공급부
222: 필터설치부 223: 제2배출관
224: 제2배출밸브 225: 제1연결관
23: 제1감압부 231: 제3센서부
232: 제1감압관 233: 제1감압밸브
234: 진공펌프 235: 제2감압관
236: 제2감압밸브 24: 가압부
241: 제1가압관 242: 제1가압밸브
243: 제1컴프레서 244: 제2가압관
245: 제2가압밸브 25: 여과부
251: 지지판 252: 구멍
3: 나노화부 31: 분해탱크
311: 제5공급부 312: 제3배출밸브
313: 제2연결관 32: 제2감압부
321: 제4센서부 322: 제3감압관
323: 제3감압밸브 324: 감압기
33: 분해부 331: 발진부
332: 진동자 333: 초음파혼
334: 증폭부 335: 돌출부
34: 순환부 341: 순환배관
342: 순환펌프 343: 제5센서부
344: 열교환부 35: 제4저장탱크
4: 건조부 41: 몸체
411: 건조공간 412: 공급구
413: 배기구 414: 제4배출관
415: 제4배출밸브 416: 배압필터부
42: 열풍기 43: 제2컴프레서
44: 분사부 441: 건조펌프
442: 제1노즐 443: 제2노즐
444: 히터 445: 충돌판
446: 모터 461: 제3노즐
462: 제4노즐 5: 개질반응부
P: 펌프 W: 물공급부
A: 교반부 MF: 마이크로필터
NF 나노필터 C: 제어부
12: 제2공급부 13: 제3공급부
14: 제1센서부 15: 제2센서부
16: 제1배출관 17: 제1배출밸브
18: 제1저장탱크 191: 제1약품공급부
192: 제2약품공급부 193: 제3약품공급부
2: 필터링부 211: 제1필터링부
212: 제2필터링부 213: 제3필터링부
214: 제2저장탱크 215: 제3저장탱크
216: 처리수탱크 217: 배출탱크
22: 여과탱크 221: 제4공급부
222: 필터설치부 223: 제2배출관
224: 제2배출밸브 225: 제1연결관
23: 제1감압부 231: 제3센서부
232: 제1감압관 233: 제1감압밸브
234: 진공펌프 235: 제2감압관
236: 제2감압밸브 24: 가압부
241: 제1가압관 242: 제1가압밸브
243: 제1컴프레서 244: 제2가압관
245: 제2가압밸브 25: 여과부
251: 지지판 252: 구멍
3: 나노화부 31: 분해탱크
311: 제5공급부 312: 제3배출밸브
313: 제2연결관 32: 제2감압부
321: 제4센서부 322: 제3감압관
323: 제3감압밸브 324: 감압기
33: 분해부 331: 발진부
332: 진동자 333: 초음파혼
334: 증폭부 335: 돌출부
34: 순환부 341: 순환배관
342: 순환펌프 343: 제5센서부
344: 열교환부 35: 제4저장탱크
4: 건조부 41: 몸체
411: 건조공간 412: 공급구
413: 배기구 414: 제4배출관
415: 제4배출밸브 416: 배압필터부
42: 열풍기 43: 제2컴프레서
44: 분사부 441: 건조펌프
442: 제1노즐 443: 제2노즐
444: 히터 445: 충돌판
446: 모터 461: 제3노즐
462: 제4노즐 5: 개질반응부
P: 펌프 W: 물공급부
A: 교반부 MF: 마이크로필터
NF 나노필터 C: 제어부
Claims (5)
- 나노 셀룰로오스 제조시스템에 있어서,
상측에 셀룰로오스 원료 및 물을 각각 공급받는 제1공급부(11) 및 제2공급부(12)와, 산화제와 촉매와 산도조절제가 각각 수용되며 각각의 공급펌프(P)가 구비되어 약품을 공급하는 제1약품공급부(191)와 제2약품공급부(192)와 제3약품공급부(193)와, 측면으로 처리수를 유입받는 제3공급부(13)와, 내부 원료의 pH를 감지하는 제1센서부(14) 및 원료의 레벨을 감지하는 제2센서부(15)와, 내측의 원료를 교반하는 교반부(A)를 구비하고, 하부 중앙으로 좁아지며 1차 처리 원료를 배출하되 제1배출관(16) 및 제1배출밸브(17)를 통해 제1저장탱크(18)가 연결되는 통 형상의 처리탱크(1);
상기 제1저장탱크(18)에 저장된 1차 처리원료를 필터링하여 셀룰로오스 성분은 분리하고 나머지 처리수는 배출하는 필터링부(2);
상기 필터링부(2)에서 배출되는 처리수를 수용하며 촉매성분이 통과 가능한 필터를 통과시켜 상기 제3공급부(13)를 통해 공급하는 처리수탱크(216);
상기 필터링부(2)에서 분리된 셀룰로오스 성분을 감압조건하에서 초음파를 이용하여 분해하는 나노화부(3);
상기 나노화부(3)를 통해 분해된 셀룰로오스를 건조하여 나노 셀룰로오스 입자를 획득하는 건조부(4);
건조된 나노 셀룰로오스 입자의 화학적 치환에 따른 개질을 변경하는 개질반응부(5); 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노 셀룰로오스 섬유 제조시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 필터링부(2)는,
상기 제1저장탱크(18)에 저장된 1차 처리원료를 필터링하여 셀룰로오스 성분은 2차 처리원료로 분리하고 나머지 처리수는 필터를 통해 상기 처리수탱크(216)로 배출하는 제1필터링부(211)와,
상기 제1필터링부(211)에서 분리된 2차 처리원료를 수용하되 물을 공급받는 물공급부(W) 및 내측의 원료를 교반하는 교반부(A)를 구비한 제2저장탱크(214)와,
상기 제2저장탱크(214)에 저장된 2차 처리원료를 필터링하여 셀룰로오스 성분은 3차 처리원료로 분리하고 나머지 처리수는 필터를 통해 배출하는 제2필터링부(212)와,
상기 제2필터링부(212)에서 분리된 3차 처리원료를 수용하되 물을 공급받는 물공급부(W) 및 내측의 원료를 교반하는 교반부(A)를 구비한 제3저장탱크(215)와,
상기 제3저장탱크(215)에 저장된 3차 처리원료를 필터링하여 셀룰로오스 성분은 4차 처리원료로 분리하여 상기 나노화부(3)에 공급하고 나머지 처리수는 필터를 통해 배출하는 제3필터링부(213)와,
상기 제2필터링부(212) 및 제3필터링부(213)에서 배출된 처리수를 저장 및 배출하는 배출탱크(217)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노 셀룰로오스 섬유 제조시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 필터링부(2)는,
상부 측면에 처리 원료를 공급받는 제4공급부(211)와, 하부 내측을 횡단하는 형태로 구성된 필터설치부(222)와, 상기 필터설치부(222) 상측으로 제2배출관(223) 및 제2배출밸브(224)를 통해 처리원료를 분리 배출하며, 하부 중앙으로 좁아지며 처리수를 배출하는 제1연결관(225)이 결합된 통 형상의 여과탱크(22)와,
상기 여과탱크(22) 내측의 압력을 측정하는 제3센서부(231)와, 상기 여과탱크(22) 상측에 제1감압관(232) 및 제1감압밸브(233)를 통해 연결되고, 상기 제1연결관(225)과 제2감압관(235) 및 제2감압밸브(236)를 통해 연결되어, 상기 제1감압관(232) 또는 제2감압관(235)을 통한 선택적인 감압이 이루어지도록 하는 진공펌프(234)를 구비하는 제1감압부(23)와,
상기 여과탱크(22) 상측에 제1가압관(241) 및 제1가압밸브(242)를 통해 연결되고, 상기 제1연결관(225)과 제2가압관(244) 및 제2가압밸브(245)를 통해 연결되어, 상기 제1가압관(241) 또는 제2가압관(244)을 통한 선택적인 가압이 이루어지도록 하는 제1컴프레서(243)를 구비하는 가압부(24)와,
상기 필터설치부(222)를 따라 상기 여과탱크의 하측 내부를 횡단하여 차단하는 형태로 설치되되 다수의 구멍(252)이 형성된 한 쌍의 지지판(251)과, 상기 지지판(251) 사이에 설치되는 나노필터(NF)를 구비하는 여과부(25)와,
상기 여과탱크(22) 내부를 가압 및 제1연결관(225) 측을 감압하여 필터링하고, 상기 제3센서부(231)의 감지결과에 따라 상기 여과탱크(22) 내부를 감압 및 제1연결관(225) 측을 가압하여 상기 여과부(25)를 세척하는 제어부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노 셀룰로오스 섬유 제조시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 나노화부(3)는,
상부 측면에 처리원료를 공급받는 제5공급부(311)를 구비하고, 하부 중앙으로 좁아지며 분해작업이 이루어진 원료를 배출할 수 있도록 제3배출밸브(312)를 구비한 제2연결관(313)이 결합된 통 형상의 분해탱크(31)와,
상기 분해탱크(31) 내부의 압력을 측정하는 제4센서부(321)와, 제3감압관(322) 및 제3감압밸브 (323)를 통해 연결되어 상기 분해탱크(31) 내부를 감압하는 감압기(324)를 구비하는 제2감압부(32)와,
설정된 주파수의 초음파를 생성하여 출력하는 발진부(331) 및 진동자(332)와, 상기 진동자(332)와 결합하여 상기 분해탱크(31) 내측을 따라 위치하되 상기 주파수에 대응한 초음파 증폭이 이루어지도록 측면이 돌출된 증폭부(334)와 단부가 상기 분해탱크(31)의 하측면에 대응한 원뿔형상으로 돌출하되 나선형홈이 형성된 돌출부(335)를 구비한 초음파혼(333)으로 구성되는 분해부(33)와,
상기 분해탱크(31) 측면에서 원료를 흡입하여 상기 제2연결관(313)을 통해 분해탱크(31) 내부로 배출 및 순환시키는 순환배관(341) 및 순환펌프(342)와, 광학센서를 통해 상기 순환배관(341)을 통과하는 원료의 나노 셀룰로오스의 분해상태를 확인하는 제5센서부(343)와, 상기 순환배관(341)에 설치되어 순환하는 원료를 냉각하는 열교환부(344)를 구비한 순환부(34)와,
상기 제4센서부(321)의 감지결과에 따라 상기 감압기(324)를 제어하고, 상기 제5센서부(343)의 확인결과에 따라 상기 발진부(331)와 순환펌프(342)와 열교환부(344)를 제어하는 제어부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노 셀룰로오스 섬유 제조시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 건조부(4)는,
내부에 건조공간(411)이 형성되고, 상부 측면으로 열풍을 공급받는 공급부(412)와, 하부 측면으로 열풍을 배출하되 나노필터(NF)가 설치된 배기부(413)가 형성되며, 하부 중앙으로 좁아지며 제4배출관(414) 및 제4배출밸브(415)가 형성된 통 형상의 몸체(41)와,
상기 공급부(412)를 통해 열풍을 공급하는 열풍기(42)와,
고압의 공기를 생성하는 제2컴프레서(43)와,
상기 나노화부(3)에서 분해된 처리원료를 흡입하여 고압으로 배출하는 건조펌프(441)와, 상기 건조펌프(441)에서 배출되는 원료를 상기 건조공간(411) 상측에서 분사하는 제1노즐(442)과, 상기 제1노즐(442)을 둘러싸며 고압의 공기를 분사하는 제2노즐(443)과, 상기 제2노즐(443)로 공급되는 공기를 가열하는 히터(444)와, 상기 제1노즐(442) 및 제2노즐(443) 전면에 위치하여 분사되는 원료를 분산시키는 충돌판(445)을 구비하는 분사부(44)와,
상기 열풍기(42)와 제2컴프레서(43)와 건조펌프(441)와 히터(444)의 구동 및 제1노즐(442)과 제2노즐(443)을 개폐제어하는 제어부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노 셀룰로오스 섬유 제조시스템.
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|---|---|---|---|
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Cited By (3)
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| KR20200043871A (ko) * | 2018-10-18 | 2020-04-28 | 한국전자통신연구원 | 셀룰로오스 결정의 제조방법 |
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| JP6256672B2 (ja) * | 2013-02-28 | 2018-01-10 | 学校法人加計学園 | ナノ結晶セルロースの製造方法及びナノ結晶セルロースの製造装置 |
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2017
- 2017-01-26 KR KR1020170012733A patent/KR101925904B1/ko active IP Right Grant
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