KR20200107072A - 케미칼 흡착 필터의 제조방법 - Google Patents

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KR20200107072A
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Abstract

본 발명은 반도체 제조 공정에서 발생되는 오존, 산성 또는 알칼리성 유해 가스와 일반 산업체 및 소각장 등에서 발생되는 휘발성 유해 물질 등을 제거하는 케미칼 흡착 필터 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 흡착제가 부착된 다공성 폼형, 망형 및 매트형의 다른 종류의 적층된 매트릭스에 하나 이상의 다공성 지지체를 부착하여 제조되는 케미칼 흡착 필터 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

케미칼 흡착 필터의 제조방법{Method of manufacturing a chemical filter}
본 발명은 반도체 제조공정에서 발생되는 오존, 산성 또는 알칼리성 유해가스와 일반산업체 및 소각장 등에서 발생되는 휘발성 유해가스 또는 유해물질 등을 제거하는 케미칼 흡착필터에 관한 발명으로서, 필터의 처짐이나 열변형을 방지하여 작업성을 향상시킬 뿐만 아니라, 종래 사용하던 단층 또는 동일한 종류의 매트릭스를 적층한 필터에 비해 필터 흡착력이 개선되고 다양한 종류의 오염 물질을 흡착할 수 있는 새로운 케미칼 흡착 필터에 관한 것이다.
케미칼 흡착 필터는 그 품질 및 성능을 결정하는데 있어 매우 중요한 요인인 다음의 조건들을 고려해야 한다:
1) 유해가스 및 유해물질등의 제거효율 및 흡착능력 확보 여부,
2) 진동 또는 풍속 등과 같은 물리적 충격에 의해 발생되는 필터의 마모 및 수명 손실 발생 여부,
3) 여과 작용시 케미칼 흡착 필터를 통과하는 유체의 압력 손실을 최소화할 수 있는지 여부,
4) 여과를 위해 사용된 흡착물질에 의한 2차 오염 발생 여부 등.
대표적인 케미칼 흡착 필터로는 주로 공정 내부의 오존, 산성 또는 알칼리성 유해가스를 제거할 목적으로 사용되는 이온교환수지계 및 활성탄계 흡착필터, 이온교환필터 등이 많이 사용되고 있다.
기존에 알려진 케미칼 흡착 필터의 한 예로, 금속 망체에 활성탄을 사용한 매트릭스(특허등록 제 10-0358262)가 있다. 이는 첨착 활성탄을 사용하기 때문에 유해가스의 포집량이 크고 고농도의 가스에 적용이 가능할 뿐 아니라, 폴리에틸렌 망체 또는 알루미늄과 같은 금속 망체에 첨착활성탄 입자를 고르게 첨착할 수 있기 때문에 압력손실이 적다는 장점이 있으며, 또한 지지체가 유연하여 평판형, 지그재그형, 관형 등으로 자유롭게 제작할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 그러나 금속 망체에 첨착 활성탄을 사용한 필터의 경우, 정화시간이 길어질수록 염의 발생량이 많아져서 흡착필터의 세공을 막아버리므로 유체의 압력이 손실되고 필터로서의 기능이 떨어지는 문제가 발생하게 된다.
한편, 연속기공을 갖는 망상 폴리우레탄 폼(foam)으로 만들어진 골격기재에 이온교환수지를 접착한 통기성이 높은 흡착
필터가 개발되고 있다 (한국특허출원 제1999-72765, 일본특허 특개평11-226338호) 이 발포형 흡착 필터는 특히 망상 폴리우레탄 폼을 3차원 구조로 제조하여 사용하기 때문에 흡착 물질의 담지량을 010 ~ 015kg/ℓ 정도로 비교적 높게 유지하면서도 연속 기공에 의해 충분한 통기성을 확보하여 공기와의 접촉율을 높여 흡착능 및 제거 효율을 확보한 것으로 흡착 물질에 의한 2차 오염 문제나 유체의 압력 손실에 대한 문제를 어느 정도 해결하였다. 그러나, 상기 발포형 화학 흡착 필터는 발포폼의 가공이 어려울 뿐만 아니라 이러한 발포폼의 내부 공간에 흡착제를 부착하는데 어려움이 있다. 이는 발포폼의 내부에 형성된 기공 표면에 흡착제를 필요한 양만큼 균일하게 부착시키는 것이 어려운 뿐만 아니라 부착된 흡착제가 진동이나 물리적 충격에 의해 쉽게 떨어지게 되어 화학흡착필터의 제조 뿐 아니라 필터로서의 기능을 제대로 할 수 없게 되는 문제를 야기한다.
따라서, 필터의 처짐이나 열변형을 방지하여 작업성을 향상시킬 뿐만 아니라, 종래 사용하던 두꺼운 망상 폴리우레탄 폼으로 인한 흡착력의 저하를 개선하고 흡착제의 균일한 부착 및 지속적인 유지를 제공할 수 있는 케미칼 흡착 필터의 제조가 시급한 실정이다.
한편, 공기 내에 존재하는 중금속, 유기물 등을 정화하기 위해 가장 일반적으로 수지(resin)를 사용하였으나, 수지에 비하여 섬유 필터의 경우, 빠른 속도의 흡착과정, 효율적인 재생, 물과 공기를 정화시킬 때 흡착제의 저항이 적다는 장점을 가지고 있다. 특히 양이온 교환섬유필터의 경우 공기 투과율은 300-500dm3/m2s 로서 같은 높이의 공기의 속도에서 수지의 저항은 섬유필터보다 2배 정도 높다. 또한 섬유필터는 두께가 얇으므로 흡착 과정에서 수지 필터보다 10-30배 정도 더 여과를 할 수 있으며, 또한 오염물질을 덜 해로운 물질로 전화시킬 수 있다. 그러나 고가의 가격으로 인해 일부 생산시설이나 특수 목적에만 활용되고 있는 실정으로, 이러한 섬유 필터의 사용이 제한되고 있는 것이 현실이다.
위와 같이 단층의 필터기능이 있는 매트릭스 구조만으로는 각각이 가지는 단점을 극복하기 곤란하고 필터의 상기와 같은 문제들을 해결하면서 여과효율이 높고, 다양한 환경에서 다양한 물질을 여과하기가 쉽지 않다.
대한민국 특허등록 제 10-0351369호 등을 볼 경우, 제조된 망형 매트릭스를 여러 번 접어 사용하거나, 또는 매트릭스를 프레임 형태로 만들고 여기에 지지사를 감은 후 필터 프레임을 여러 장 엇갈리게 배치하여 필터의 효율 및 열이나 습기 등에 의한 필터의 매트릭스 모양의 변형을 방지하고 있다. 그러나 이도 동일한 흡착제와 동일한 지지체의 매트릭스를 사용하고 있으므로 다양한 환경에서의 다양한 물질의 오염물을 여과하기는 한계가 있다.
이와 같이, 상이한 흡착제가 부착된 필터기능을 하는 매트릭스들은 흡착제가 부착되는 매트릭스의 구조와 부착되는 흡착제의 종류에 따라 거를 수 있는 여과물질과 압력손실 및 물리적 충격에 의한 필터의 마모 등의 성질에서 차이를 보인다. 따라서 각각의 상황에 적합하게 다양한 종류의 매트릭스들이 오염물질의 제거에 효과적으로 응용될 수 있다. 그러나 실내공기 제어 기술은 한두 가지 방법으로 충분히 이루어질 수 없으며 실내 공기 오염형태를 정확히 파악하고 그 공간에 맞는 가장 최상의 시스템을 적용 할 수 있어야 한다.
따라서 다양한 온도, 습도 조건에서도 필터 매트릭스의 처침이나 열변형을 방지하면서도, 일반적인 공기정화시설 뿐만 아니라 반도체의 클린룸 등에서도 사용될 수있는 필터에 대한 수요가 급증하고 있다.
따라서, 본 발명은 통기성이 확보된 흡착제가 부착된 다공성의 폼형, 망형 및 시트형으로 이루어지는 군 중에서 선택한 다른 종류의 2 이상의 적층된 매트릭스에 한 층 이상의 다공성 매트릭스 지지체가 부착되어 제조되는 케미칼 흡착 필터를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명은 또한 상기 케미칼 흡착 필터의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따라 제조된 케미칼 흡착 필터는 반도체 제조공정 또는 일반사업체와 소각장 등에서 발생되는 오존, 산성 또는 알칼리성 유해가스, 휘발성 유해가스 또는 유해물질 등의 포집효율을 증가시켜 높은 가스 제거효율을 나타내며 또한 필터 전후의 압력손실을 감소시킴으로써 유속감소율을 최소화할 수 있는 우수한 성능의 케미칼 흡착필터라고 할 수 있다.
도 1은 폴리우레탄 폼 매트릭스 2장 이상을 적층한 본 발명의 일 실시예에 따른 케미칼 흡착 필터를 나타내는 도면이다.
도 2는 폴리우레탄 폼과 섬유 시트 형태의 매트릭스 2장 이상을 적층한 본 발명의 일 실시예에 따른 케미칼 흡착 필터를 나타낸 도면이다.
도 3은 매트폼 매트릭스와 폴리우레탄 폼 매트릭스 및 섬유망 매트릭스 3장 이상을 적층한 본 발명의 일 실시예에 따른 케미칼 흡착 필터를 나타낸 도면이다.
도 4는 핫 멜팅형 시트와 매트폼 매트릭스 및 섬유망 형태의 매트릭스 3장 이상을 적층한 본 발명의 일 실시예에 따른 케미칼 흡착 필터를 나타낸 도면이다.
도 5는 적층 매트릭스에 각각 이온교환수지와 활성탄 및 무기나노기공소재 및 활성탄 흡착제를 첨가한 케미칼 흡착 필터를 나타낸 도면이다.
도 6은 핫 멜팅형 시트의 골격기재의 단위 모양을 사각형 메쉬형으로 제작하여 흡착제를 흡착한 상태도이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 케미칼 흡착 필터를 구성하는 흡착 매트릭스 또는 다공성 지지체의 골격구조가 가질 수 있는 삼각형, 사각형 및 육각형의 망상의 격자기공 모양을 각각 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 10은 상기 방법으로 매트릭스를 삽입 또는 적층 시 유해가스 및 유해물질 제거효율이 우수하게 나타나는 모양을 개략적으로 나타낸 도면으로, 1a로 나타낸 것이 악취나 유해가스가 흡입되는 경로를 나타낸 것이고, 2a로 나타낸 것은 그와 같이 흡입된 악취나 유해가스가 본 발명에 따른 적층 또는 삽입 매트릭스를 통해 분산되는 효과를 나타낸 개략도이다.
본 발명은 통기성이 확보된 흡착제가 부착된 다공성의 폼형, 망형 및 시트형으로 이루어지는 군 중에서 선택한 다른 종류의 2 이상의 적층된 매트릭스에, 유기 고분자 매트릭스, 카본 화이버(carbon fiber) 매트릭스, 무기 섬유 매트릭스, 상기 매트릭스가 혼합된 유기-무기 하이브리드 이온교환 섬유 매트릭스 및 금속 매트릭스로 구성되는 군으로부터 선택된 한 층 이상의 다공성 매트릭스 지지체를 부착하여 제조되는 케미칼 흡착 필터에 관한 것이다.
상기의 흡착제가 부착된 다공성 매트릭스에서 폼 형태의 매트릭스는 매트폼, 고무 폼, 플라스틱 폼, 섬유폼 및 폴리우레탄폼 등이 가능하다. 폼 형태의 매트릭스는 모두 다 사용 가능하나 폴리우레탄 폼이 가장 바람직하다.
망 형태의 매트릭스는 유연성과 내열성, 그리고 2차 오염 등의 기준에 따라 폴리에스테르, 나일론, 아크릴, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등과 같은 유기고분자 재료와, 알루미늄, 구리, 철과 같은 금속 재료, 유리섬유, 탄소섬유 등과 같은 무기 재료 및 이들 유기, 무기 및 금속 재료가 혼합된 복합 재료 중에서 선택하여 사용하게 된다.
시트형 매트릭스로는 섬유시트, 핫 멜팅형 시트 등이 가능한데, 핫 멜팅형 시트로는, 본원 출원인 등이 기출원한 대한민국 특허출원 제 2006-0010361 호에서 개시한 것과 같은 방법에 따라 제조되는 핫 멜팅형 시트인 것이 특히 바람직하다.
상기 특허출원에서 개시한 핫 멜팅형 다공성 매트릭스는 폴리올레핀계 고분자 또는 폴리아마이드계 고분자등에 접착제를 혼합하여 100 내지 250℃ 온도에서 용융시켜 핫 멜팅 시트 폼으로 만들어지는 시트상의 골격기재를 만들고, 상기 골격기재에 흡착제를 흡착시키고, 상기 흡착제가 흡착된 골격기재를 성형하여 제조된다. 핫멜팅형 다공성 시트를 제조하는 방법은 크게 전사방법과 노즐에서 직접 토출하는 방식으로 구분할 수 있는데, 도 6은 골격기재의 단위 모양을 사각 메쉬형으로 제작하여 흡착제를 흡착한 상태도이다. 상기 특허출원은 본원 명세서에 참고 문헌으로서 포함된다.
2장 이상의 매트릭스를 선택하여 적층할 시 다공성 폼 형태, 망 형태 및 시트형태로 이루어진 군 중에서 서로 다른 형태에 속하는 2 이상의 것을 택하여 적층한다. 흡착제가 부착된 매트릭스를 선택하여 적층 시 격자의 구조가 서로 엇갈리면서 더 뛰어난 오염물질 흡착능력을 보일 수 있다. 이와 같이 다층 적층을 할 시 각각의 층 사이의 공극에 흡착제가 놓일 수 있게 되어 흡착제가 필터에서 떨어져 나가는 것을 막을 수 있으며 암모니아나 Voc 류 등의 유해가스 등의 제거에 있어서 층 사이의 공간에서 공기 흐름이 확산되어 단일 층의 흡착 필터보다 더 효과적이다. 본 발명에 따른 이와 같은 케미칼 흡착 필터는, 악취나 유해가스가 흡입된 후 각 층을 통과하면서 오염물질은 그 농도가 엷어져 각각의 층에서 흡수해야할 유해가스의 양이 적어지면서, 유해가스의 분산 효과를 거둘 수 있어 더 나은 오염물질 흡착 능력을 보일 수 있다. 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 여러 종류의 필터를 적층하여 제작한 본 발명의 케미칼 흡착 필터는 유해 가스 제거율이 커지고 압력 손실이 더 작아져서 흡착 필터로서 더 잘 기능할 수 있음을 알 수 있다. 본 발명에 따라 서로 다른 구조를 가진 매트릭스를 2 장 또는 3 장 적층하여 제조한 케미컬 흡착 필터를 도 1 내지 도 4에 나타내었다.
본 발명에서 모든 매트릭스는 15 내지 3 mm 정도의 다공성 기공을 가지도록 구성된다. 다공성 기공을 가질 경우, 기공에 의해 통기성이 확보되면서 동시에 상기 골격에 밀도 높게 배치되는 흡착제가 공기와 접촉할 수 있으므로 높은 흡착능력을 발휘하게 되는 이점을 가질 수 있다. 흡착제가 부착된 다공성 필터 기능이 있는 매트릭스는 아크릴계, 우레탄계, 초산비닐계, 에틸렌초산비닐계, 실리콘계, 클로로프렌고무계 및 에폭시계로 이루어진 군에서 선택된 수용성 접착제에 함침시킴으로써 상기 다공성 매트릭스의 골격기재 표면의 거의 전역에 접착제를 부착시키는 접착제 도포공정과, 상기 다공성 매트릭스의 기공에 흡착제가 두께 방향으로 통과할 때까지 흡착제를 과잉량 주입하거나 또는 흡착제를 에어스프레이 또는 에어리스 스프레이 등으로 분산 도포하는 흡착제 접착공정에 의해 흡착제를 포함하도록 제조될 수 있다.
케미칼 흡착 필터에 쓰이는 흡착제로는 다공성 이온 교환수지, 다공성 유기-무기 복합 흡착제, 첨착 활성탄, 무기 흡착형 흡착제, 및 나노기공 무기 흡착제 등이 사용될 수 있다. 상기 흡착제의 수분 함량은 10 내지 35% 인 것이 바람직하다. 이러한 흡착제는 구형(spherical), 입자형(granule), 사출형(injection) 또는 압출형(extrudate)등 여러 형태와 크기로 제조될수 있다.
활성탄 흡착제는 오존, VOC 류등 일반 유해가스를 흡착 여과하는 하기 위한 것이다. 활성탄은 비표면적이 1,000㎡/ g 이상인 높은 비표면적과 005 -200mm의 평균 입경을 갖는 입자형, 사출형 또는 압출형 활성탄을 제조하고, 여기에 유해가스의 흡착능을 갖는 흡착 물질, 예를 들어 KI 나 H3PO3등의 흡착물질을 첨착시켜 제조된다.
이온교환 수지흡착제는 양이온 교환수지 또는 음이온 교환수지가 가능하며, 상기 이온교환 수지의 혼합물도 가능하다. 또한 페놀계, 아크릴계, 스티렌계등의 여러가지 이온 교환 수지도 사용가능하다. 이온교환수지형 흡착제는 비표면적이 300㎡/g 이상의 다공성 흡착제로 수지 표면에 붙어 있는 관능기의 종류에 따라 음이온성과 양이온성 교환수지로 나누어진다.
이들 이온 교환수지형 흡착제는 평균 입경(d)이 01 -10 mm 범위를 같은 구 형태로 이루어지며, 이온 교환능은 10-40단량/ kg 정도로 유해가스와 산 -염기 중화반응을 통해 유해가스를 흡착 제거하게 된다.
무기 흡착형 흡착제는 실리카, 활성 알루미나, 제올라이트, 필라드클레이 등의 다공성 흡착제, 마그네슘 산화물, 지르코늄 산화물, 티타늄 산화물 등의 금속 흡착제 또는 상기물질이 활성탄과 같은 유기물과 하이브리드 된 흡착제일 수 있다.
나노기공 무기 흡착제의 경우 무기 흡착제와 재료가 동일하나 흡착제 입자의 입경이 매우 미세한 마이크로포러스(microporous), 메조포러스(mesoporous), 마크로포러스(macroporous) 입자상으로 그 성능 및 물성이 매우 특화된 고기능성 흡착제이다. 나노기공 무기 흡착제는 극소량의 유해 물질까지도 흡착하는 탁월한 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 케미칼 흡착 필터는 상기한 흡착제 중 한 종류만을 사용하여 제작하는 것도 가능하지만 활성탄, 이온교환 수지, 무기 흡착형 흡착제 및 나노 기공 무기 흡착제를 2이상 혼합한 형태로 사용할 수도 있다. 혼합된 흡착제를 사용할 경우, 미량의 오존, 산성 또는 알칼리성 유해가스, 휘발성 유해가스 또는 유해물질을 제거할 수 있어 필터의 흡착 성능을 극대화 시킬 수 있다. 표 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 하나의 흡착제만을 사용한 경우 보다 여러 가지 종류의 흡착제를 혼합 사용할 시 그 유해 가스 제거 효율이 더 높고 압력 손실이 더 낮아짐을 알 수 있다.
유기-무기 복합 흡착제는 넓은 표면적을 갖는 다공성 무기물 담체 표면에 관능기를 갖는 유기 흡착제 성분을 그래프팅(grafting) 시킨 흡착제이다. 여기서, 무기물 담체로는 비표면적 300㎡/ g 이상인 물질, 예를 들어 실리카, 알루미나, 제올라이트 또는 메조포아 물질(MCM-41등) 을 사용하게 되며, 평균 입도가 005-020mm인 입자형 또는 구형으로 제조하여 사용한다. 또한 무기질 담체를 붙이기 위한 유기물 물질은 RSO3H 나 RNH4OH 등의 OH를 갖는 관능기를 들 수 있으며, 이 유기 성분은 무기질 담체 표면을 알킬 실란과 같은 커플링제로 그래프팅시켜 제조된다.
이러한 흡착제는 제거하고자 하는 유해물질에 따라 상기 흡착제 중 적합한 하나 이상의 흡착제를 선택하여 사용하게 된다.
예를 들어 유해 가스가 HF, HCl, SOx등과 같은 산성 가스인 경우에는 알칼리성 이온교환수지, 유기-무기 복합흡착제, 활성탄 또는 제올라이트 등의 무기 흡착제가 효과적이며, 암모니아와 같은 알칼리성 유해가스인 경우에는 산성의 이온교환수지, 유기 - 무기 복합 흡착제, 활성탄 또는 제올라이트 등의 무기 흡착제를 사용하는 것이 효과적이다.
또한 유해 가스가 유기 아민류, 유기 용제류, 오존, 다이옥신, DOP와 같은 프탈레이트계 가소제 등과 같은 휘발성 유기화합물의 경우에는 산성-알칼리성 중화작용으로 흡착제거가 어려우며, 미세 세공에 의한 모세관 현상으로 유해물질을 제거하게 되는데, 이때에는 활성탄이나 제올라이트등의 무기흡착제와 같이 500㎡/g 이상의 높은 비표면적을 갖는 다공성 흡착제를 사용하게 된다.
본 발명은 상기 2장 이상의 다른 종류의 필터기능이 있는 매트릭스에 한 층 이상의 다공성 매트릭스 지지체를 결합시켜 제조할 수 있다. 이러한 다공성 매트릭스 지지체는 필터의 처짐이나 열변형을 방지하여 작업성을 향상시킬 수 있다.
다공성 매트릭스 지지체는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 나일론 등 유기고분자 매트릭스, 카본 화이버(carbon fiber), 글라스 화이버(Glass fiber) 등의 무기섬유매트릭스, 상기 지지체가 혼합된 유기-무기 하이브리드 이온교환 섬유매트릭스 또는 철, 알루미늄 등의 금속매트릭스 등이거나 또는 이들을 혼합하여 사용할 수 있다. 그러나 상기 물질에만 한정되지는 않으며, 케미칼 흡착 필터의 구조를 강화하고 통기성을 향상시켜 흡착제의 시트에 부착을 강화할 수 있는 물질이면 어떤 것이라도 가능하다. 다공성 지지체의 경우도 상기에서 언급한 다양한 종류의 매트릭스가 한 장 이상 적층되어 있을 수 있다.
상기와 같이 필터기능을 하는 매트릭스와 다공성 매트릭스 지지체 기공의 골격구조는 재료에 따라 그 형상이 달라질 수 있는데 삼각형, 사각형, 육각형 등 망상의 격자기공을 가질 수 있다(도 7 내지 도 9 참조) 이런 다양한 격자기공을 가진 것을 다시 적층함으로써 필터기능이 있는 매트릭스 부분은 효율적인 필터 기능을 가질 수 있게 되고, 다공성 지지체의 경우 더 튼튼한 구조를 가질 수 있게 되어 지지체로서의 기능을 강화할 수 있다. 즉 내부 골격구조의 격자기공이 다른 것을 적층하여 사용할 시 기재 단독 사용 시 보다 격자 층의 엇갈림으로 인해 유해가스 제거효과가 크며 필터의 변형이 더 효율적으로 방지될 수 있다.
필터 기능이 있는 흡착제가 흡착된 매트릭스와 흡착제가 부착되지 않은 다공성 지지체의 매트릭스는 필터기능이 있는 매트릭스를 모두 적층한 후에 다공성 지지체를 적층할 수도 있고, 또는 필터 기능이 있는 매트릭스와 다공성 지지체를 교대로 적층할 수도 있다. 적층은 흡착시킬 오염 물질의 종류와 수에 따라 흡착제가 부착된 매트릭스를 고려하여 적절한 방식으로 적층할 수 있다.
상기와 같이 제조된 케미칼 흡착 필터는 유기 고분자 섬유 또는 무기 섬유로 짜여진 그물 형태 또는 스크린 형태의 망형 지지체로 포장될 수 있다. 필터 외부 포장재는 매트릭스에 부착되어 외부로 노출된 흡착제 등을 충분히 보호하기 위한 것이다. 필터 외부를 포장함으로써 종래에 문제로 되었던 외부 충격에 의해 다공성 매트릭스에 결합된 흡착제가 다공성 매트릭스로부터 떨어져 나가는 것을 많이 줄일 수 있다.
필터 외부 포장재로 쓰이는 유기 고분자 섬유로는 나일론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르 또는 탄소섬유 등을 들 수 있고, 무기 섬유로는 유리섬유 등을 들 수 있다. 그러나, 포장재를 구성하는 물질은 이에 한정되지 않고 흡착제를 충분히 보호할 수 있으면서 케미칼 필터의 통기성 및 흡착성 등에 영향을 주지 않는 물질이라면 어떤 것이라도 가능하다. 또한 이들 외부 포장재는 각각의 매트릭스를 포장하고 있는 형태로 구성되어도 무방하다. 즉, 각각 외부 포장재로 포장된 매트릭스를 적층하여 케미칼 흡착필터를 제조할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 양태는 상기의 케미칼 흡착 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 케미칼 흡착 필터는 흡착제가 부착된 다공성 매트릭스를 2 이상 적층하고, 상기 적층된 매트릭스에 흡착제가 부착되지 않은 다공성 지지체 기능을 포함하는 매트릭스를 결합하는 단계를 포함하여 제조될 수 있다.
다공성 매트릭스들 사이의 결합은 다공성 매트릭스 사이의 통기성이 확보될 수 있으면서 구조적으로 인접한 형태로 유지될 수 있도록 하는 여하한 방법에 의해 이루어질 수 있다. 예를 들어, 접착제를 이용한 접착법이나 봉재 방법(바느질 등)에 의한 결합, 접착 없이 단순히 적층한 후 외부 포장재로 함께 포장하는 방식 또는 접착 테이프를 이용하는 방법 등 다양한 방법을 사용할 수 있다.
이하, 본 발명의 구성 및 작용을 실시예를 통하여 자세히 설명하지만, 본원 발명의 권리범위가 이들 실시예로만 한정되는 것은 아니다.
실시예1 : 폴리우레탄 폼 시트 사이에 섬유망을 부착한 이온 교환 수지형 케미칼 흡착 필터 8mm 두께의 다공성 폴리우레탄 폼 시트(수입산) 2 장에 수용성 접착제(유엔씨, UN-500) 02kg/㎡ 를 함침 및 분산 도포한 후, 여기에 양이온(cation) 교환수지(삼양사 SCR-B)를 스프레이하여 케미컬 필터 시트를 만든 후, 상기 시트판 사이에 이온교환수지가 부착된 다공성 섬유망(동진섬유 DJ-100)을 삽입하여 3층으로 적층하여 점접착(点接着)시켜 필터를 제조하였다. 외부는 직경 05mm인 폴리에스테르섬유 또는 탄소섬유로 크기 610×610mm이며 구멍 간격이 03×03mm인 망형 지지체를 제조하여 이로써 상기 적층 시트들을 포장함으로써 케미칼 흡착필터를 제조하였다.
실시예2: 폴리우레탄 폼과 섬유시트 여러 겹을 적층한 케미칼 흡착 필터8mm 두께의 다공성 폴리우레탄 폼 시트(수입산)에 수용성 접착제(유엔씨, UN-500) 02kg/㎡ 를 함침 및 분산 도포한 후, 여기에 양이온(cation)형 이온교환수지(삼양사 SCR-B)를 스프레이하여 케미컬 필터의 시트를 제조한 후, 이온교환수지가 부착된 다공성 섬유 시트(동진섬유 DJ-100) 8장을 적층하여 필터를 제조하였다. 외부는 직경 05mm인 폴리에스테르 섬유 또는 탄소 섬유로 크기 610×610mm이며 구멍 간격이 03×03mm인 망형 지지체를 제조하여, 이로써 상기 적층 필터를 포장함으로써 케미칼 흡착 필터를 제조하였다.
실시예3 : 흡착제를 포함하지 않는 다공성 매트릭스 지지체를 부착한 이온 교환 수지형 케미칼 흡착 필터 다공성 매트 8mm 시트(한일매트) 2 매에 수용성 접착제(유엔씨, UN-500) 02kg/㎡ 를 함침 및 분산 도포한 후, 여기에 양이온(cation) 교환수지(삼양사 SCR-B)를 스프레이하여 케미칼 필터를 만들고, 이 필터 사이에 흡착제가 부착되지 않은 다공성 섬유망(동진섬유 DJ-100)을 부착하였다. 외부는 직경 05mm인 폴리에스테르섬유 또는 탄소섬유로 크기 610×610mm이며 구멍 간격이 03×03mm인 망형 지지체를 제조하여 이로써 상기 적층 시트들을 포장함으로써 케미칼 흡착필터를 제조하였다.
실시예 4: 하이브리드형 케미칼 필터 두께가 5mm인 다공성 폴리우레탄 폼 시트 3 매에 수용성 바인더 UNC-120(유엔씨)를 함침 도포, 건조 후, 점착성이 있는 시트 표면에 2 매는 양이온교환수지(삼양사 SCR-B), 그리고 1 매는 음이온교환수지(SAR-20)를 스프레이한 후, 여기에 활성탄 DT - 2030(대림탄소공업(주)) 및 나노기공 무기흡착제 HP-825(삼양사)를 부착한 섬유망 및 매트폼을 상기의 시트 사이에 삽입하여 20mm 두께의 케미칼 흡착 필터를 제조하였다. 외부는 직경 05mm인 폴리에스테르섬유 또는 탄소섬유로 크기 610×610mm이며 구멍 간격이 03×03mm인 섬유시트(동진섬유 DJ-100)를 제조하여 이로써 상기 적층 시트들을 포장함으로써 케미칼 흡착필터를 제조하였다.
한편, 흡착 필터의 적층 구조는 위와 동일하게 하되, 상기에서 활성탄이나 나노기공무기 흡착제 대신 전부 양이온 교환수지와 음이온 교환수지만을 적용한 케미칼 흡착 필터를 제조하여 다양한 종류의 흡착제를 사용한 경우와 그 효과를 비교하여 표 2에 나타내었다. 이때 양이온 교환 수지는 삼양사 SCR-B를, 음이온 교환수지는 SAR-20을 사용하였다.
실시예 5: 흡착제가 있는 다공성 매트릭스를 삽입한 케미칼 흡착 필터 섬유망, 핫멜트 폼, 매트폼을 각각 5mm 두께로 제조한 후 수용성 접착제(유엔씨, UN-500) 02kg/㎡ 를 함침 및 분산 도포하고, 그 위에 양이온교환수지(삼양사 SCR-B) 075kg/㎡ 를 흡착시킨 후, 80℃ 에서 2 시간 건조 후 자연 건조하고, 상기 방법으로 만든 섬유망, 핫멜트 폼, 매트폼을 적층하여 핫멜트형 시트로 접착한 후, 연속 공정으로 크기 610×610mm 이며 두께가 20mm 이고 메쉬 간격이 13×13mm인 섬유 시트 또는 탄소섬유로 포장하여 화학적 케미칼 흡착 필터를 제조하였다.
상기에서, 용도에 따라 양이온 교환수지 대신 음이온 교환수지와 활성탄, 무기나노 기공소재를 적용한 케미칼 흡착 필터도 동일하게 적용하여 제조할 수 있다.
상기 실시예들에서 제조된 각 필터의 유해가스 제거율 및 압력손실 결과를 아래 표1에 나타내었다.
[표 1]
Figure pat00001
상기 표로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 5에서 제조한 케미칼 흡착 필터 모두가 유해가스 제거율이 양호하고 압력손실이 낮은 것을 알 수 있다.
[표 2]
Figure pat00002
표2로부터 알 수 있는 바와 같이, 동일 규격 치수의 필터에 관하여 시험한 결과, 이온교환수지형 필터 보다 활성탄 및 나노기공 무기 흡착제를 첨착시킨 하이브리드 필터가 보다 압력손실이 적으며 유해가스 흡착성능이 우수함을 알 수 있었다. 또한, 이온교환수지, 활성탄 및 나노기공 무기 흡착제 등을 병용하면 현재 문제가 되는 산, 알칼리 물질 뿐만 아니라 오존, 극소량의 유해가스 또는 유해 물질까지 제거하는 탁월한 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 흡착제가 부착된 폼 형태, 망 형태 및 시트형의 매트릭스로 구성된 군으로부터 선택된 다른 종류의 매트릭스를 2장 이상 적층하여 이루어진 매트릭스와, 유기 고분자, 카본 화이버(carbon fiber), 무기 섬유 매트릭스와 상기 매트릭스가 혼합된 유기-무기 하이브리드 매트릭스 및 금속 매트릭스로 구성되는 군으로부터 선택된 매트릭스가 한 층 이상 적층된 다공성 매트릭스 지지체를 포함하는 케미칼 흡착 필터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 폼 형태의 매트릭스는 매트폼, 고무 폼, 플라스틱 폼, 섬유폼 및 폴리우레탄 폼으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것인 케미칼 흡착 필터.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 망 형태의 매트릭스는 폴리에스테르, 나일론, 아크릴, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 알루미늄, 구리, 철, 유리섬유 및 탄소섬유와 이들 2 이상의 복합재료로 구성되는 군으로부터 선택되는 재료로 형성되는 것인 케미칼 흡착
    필터.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 폼 형태, 망 형태 또는 시트 형태의 매트릭스가 15 내지 3 mm의 다공성 연속 기공을 갖는 매트릭스를 포함하는 케미칼 흡착 필터.
  5. 제 1 항에 있어서, 흡착제가 활성탄형, 이온 교환 수지형, 무기 흡착형 및 나노기공 무기 흡착형으로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 또는 2 이상의 복합 흡착제인 것을 특징으로 하는 케미칼 흡착 필터.
  6. 제 5 항에 있어서, 이온교환 수지형 흡착제는 양이온 교환수지, 음이온 교환수지 또는 이의 혼합물인 것을 특징으로 하는 케미칼 흡착 필터.
  7. 제 5 항에 있어서, 무기 흡착형 흡착제는 실리카, 활성알루미나, 제올라이트 및 필라드클레이로 구성되는 군으로부터 선택되는 다공질 흡착제 또는 마그네슘 산화물, 지르코늄 산화물 및 티타늄 산화물로 구성되는 군으로부터 선택되는 금속 흡착
    제인 것을 특징으로 하는 케미칼 흡착 필터.
  8. 제 5 항에 있어서, 나노기공 무기 흡착제는 제 6 항의 무기흡착형 흡착제가 마이크로포러스(microporous), 메조포러스(mesoporous), 또는 마크로포러스(macroporous) 입자상으로 된 것을 특징으로 하는 케미칼 흡착 필터.
  9. 제 5 항에 있어서, 무기 흡착형 흡착제 또는 나노 기공 무기 흡착제가 유기 물질과 결합된 유기-무기 하이브리드 흡착제인 케미칼 흡착 필터.
  10. 제 1 항에 있어서, 나일론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리에스테르로 구성된 군으로부터 선택된 유기 섬유 또는 무기섬유로 이루어진 필터 외부 포장재를 더 포함하는 케미칼 흡착 필터.
  11. 다공성 폼형, 망형 및 시트형 매트릭스로 구성되는 군으로부터 선택된 2 이상의 상이한 종류의 매트릭스에 각각 흡착제를 흡착시키고, 이들 2 이상의 매트릭스를 적층하고, 상기 적층된 매트릭스에 유기 고분자 매트릭스, 카본 화이버(carbonfiber) 매트릭스, 무기 섬유 매트릭스, 상기 매트릭스가 혼합된 유기-무기 하이브리드 이온교환 섬유 매트릭스 및 금속 매트릭스로 구성되는 군으로부터 선택된 매트릭스를 한 층 이상 적층하여 제조되는 케미칼 흡착 필터의 제조 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102193849B1 (ko) * 2020-09-21 2020-12-22 에이치케이시스템 유해물질 및 악취 제거용 필터
KR102262258B1 (ko) * 2021-03-10 2021-06-08 에이치케이시스템 유해물질 및 악취 제거용 케미컬-케미 흡착 필터

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