KR20210068248A - Ptfe 정전입자를 포함하는 내열 백 필터 및 내열 백 필터의 제조방법 - Google Patents

Ptfe 정전입자를 포함하는 내열 백 필터 및 내열 백 필터의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 직물 지지층; 상기 직물 지지층 상에 적층된 PTFE 폼 코팅층; 및 상기 PTFE 폼 코팅층 상에 분산되어 고정된 PTFE 정전입자들을 포함하는 내열 백 필터는 나노크기의 PTFE 정전입자가 표면에 형성되어, 백 필터 표면에 내열 기공 구조체를 형성함으로써, 백 필터의 미세먼지 집진성능이 향상될 수 있다. 또한, 상기 PTFE 정전입자는 미세먼지들이 백 필터 내부로 침투되는 현상을 막는데 효과가 있다. 또한 상기 PTFE가 가지는 특성으로 인해 내열성, 내산성, 내알칼리성, 내마모성 등이 우수하고, 유속의 증감에도 집진성능이 일정하게 유지되는바, 다양한 산업현장 조건에 적용 가능하다는 장점이 있다.

Description

PTFE 정전입자를 포함하는 내열 백 필터 및 내열 백 필터의 제조방법{Heat-resistant bag filter containing PTFE electrostatic particles and method of manufacturing a heat-resistant bag filter}
본 발명은 내열 백 필터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 PTFE 정전입자를 포함하여, 고성능의 미세먼지 집진 성능뿐 아니라 열적 안정성이 우수한 내열 백 필터 및 내열 백 필터의 제조방법에 관한 것이다.
최근 전세계적으로 대기오염 문제에 대한 심각성이 부각되면서 대기오염물질의 발생 메커니즘 및 저감 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이에 따라 대기오염물질 배출에 대한 규제 또한 강화되고 있다.
그 중에서도 10 μm 이하 직경의 미세먼지 입자상 물질(particulate matter 10; PM10)과 2.5 μm 이하 직경의 초 미세먼지 입자상 물질 (particulate matter 2.5; PM2.5)에 대한 위험성이 크게 대두되면서 배출가스에 대한 규제가 강화되었다.
미세먼지 다량 배출사업장으로 지정된 철강산업, 시멘트제조, 석유제조, 소각로 등의 산업현장에서 배출되는 미세먼지는 260 ℃ 내지 280 ℃의 고온의 배기가스와 함께 배출되고 있어, 열적 안정성이 우수한 내열 백 필터 개발의 필요성이 대두되고 있다.
대한민국 등록특허 제 10-0690573호 등에서는 열적 안정성을 확보한 세라믹 필터를 제조하는 방법을 개시한다. 하지만, 상기 세라믹 필터를 제조하는 방법은 소결과정에서 900 ℃ 이상의 승온 온도가 필요하여 에너지 소비가 많은 단점이 있다.
대한민국 등록특허 제 10-0673141호는 폼코팅을 이용한 고온용 여과체가 개발되어 열 안정성과 동시에 우수한 통기도 성능을 확보하였으나, 점차 강화되는 배출허용기준을 만족하기에는 작은 크기의 미세먼지에 대한 집진성능이 부족하며, 먼지 배출량(dust emission)이 큰 단점이 있다. 또한 폼코팅을 통해 제조된 표면 여과체의 크고 불균일한 기공 사이즈로 인하여 여과체 내부로의 먼지 입자 침투를 막는데 비효율적인 단점이 있다.
따라서, 고성능의 미세먼지 집진 성능뿐 아니라 열적 안정성이 우수한 내열 백 필터의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
상기의 기술적 문제점을 개선하기 위하여, 본 발명의 일 기술적 과제는 고온 환경에서 열적 안정성을 유지하면서도 미세먼지에 대한 우수한 필터 성능을 가지는 내열성 백 필터를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 기술적 과제는 고온 환경에서 열적 안정성을 유지하면서도 미세먼지에 대한 우수한 필터 성능을 가지는 내열성 백 필터의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양태는 직물 지지층; 상기 직물 지지층 상에 적층된 PTFE 폼 코팅층; 및 상기 PTFE 폼 코팅층 상에 분산되어 고정된 PTFE 정전입자들을 포함하는 내열 백 필터를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 PTFE 폼 코팅층의 두께는 5 μm 내지 200 μm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 PTFE 정전입자의 크기는 100 nm 내지 200 nm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 내열 백 필터의 평균 기공 크기는 5.0 μm 내지 20.0 μm일 수 있다.
본 발명의 일 양태는 직물 지지층; 상기 직물 지지층 상에 위치하는 PTFE 폼 코팅층; 및 상기 PTFE 폼 코팅층 상에 위치하는 PVA/PTFE 복합 코팅층을 포함하고, 상기 PVA/PTFE 복합 코팅층은 PVA 나노 섬유층 상에 PTFE 정전입자들이 분산되어 고정된 형태인 것을 특징으로 하는 내열 백 필터를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 PTFE 폼 코팅층의 두께는 5 μm 내지 200 μm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 PVA/PTFE 복합 코팅층의 두께는 0.1 μm 내지 10.0 μm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 PVA 나노 섬유층은 다공성 웹(web)구조일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 PVA 나노 섬유의 직경은 약 200 nm 내지 300 nm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 PTFE 정전입자의 크기는 100 nm 내지 200 nm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 내열 백 필터의 평균 기공 크기는 1.0 μm 내지 20.0 μm 일 수 있다.
본 발명의 일 양태는 백 필터 기저를 준비하는 단계; PTFE 용액을 준비하고, 상기 PTFE 용액을 정전 분무하여 상기 백 필터 기저 상에 PTFE 정전입자를 고정시키는 단계; 및 상기 PTFE 정전입자가 고정된 백필터 기저를 열처리 하는 단계; 를 포함하고, 상기 PTFE 정전입자를 고정시키는 단계는 상기 PTFE 용액을 정전분무 하는 동시에 상기 분무되는 PTFE 용액에 공기를 분사하여 수행하는 것을 특징으로 하는 내열 백 필터의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 백 필터 기저는 직물 지지층; 및 상기 직물 지지층 상에 위치하는 PTFE 폼 코팅층을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 PTFE 정전입자를 고정시키는 단계는 7 psi 내지 15 psi의 압력의 공기를 분사하여 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 PTFE 정전입자를 고정시키는 단계에서, 고정된 PTFE 정전입자의 크기는 100 nm 내지 200 nm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 열처리 하는 단계는, 280 ℃ 내지 340 ℃에서 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 내열 백 필터의 평균 기공 크기는 5.0 μm 내지 20.0 μm일 수 있다.
본 발명의 일 양태는 백 필터 기저를 준비하는 단계; 상기 백필터 기저상에 PVA 폴리머 용액을 전기방사하여 PVA 나노 섬유층을 형성하는 단계; PTFE 입자가 분산된 PTFE 용액을 준비하고, 상기 PTFE 용액을 정전 분무하여 상기 PVA 나노 섬유층 상에 PTFE 정전입자를 고정시켜 PVA/PTFE 복합 코팅층을 형성하는 단계; 및 상기 PVA/PTFE 복합 코팅층이 형성된 백필터 기저를 열처리 하는 단계; 를 포함하고 상기 PVA/PTFE 복합코팅층을 형성하는 단계는 상기 PTFE 용액을 정전분무 하는 동시에 상기 분무되는 PTFE 용액에 공기를 분사하여 수행하는 것을 특징으로 하는 내열 백 필터의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 백 필터 기저는 직물 지지층; 및 상기 직물 지지층 상에 위치하는 PTFE 폼 코팅층을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 PVA 나노 섬유층을 형성하는 단계에서, 형성된 PVA 나노섬유층은 다공성 웹(web)구조일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 PVA 나노 섬유층을 형성하는 단계에서, 형성된 PVA 나노 섬유의 직경은 약 200 nm 내지 300 nm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 PVA/PTFE 복합 코팅층을 형성하는 단계는 7 psi 내지 15 psi의 압력의 공기를 분사하여 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 PVA/PTFE 복합 코팅층을 형성하는 단계에서, 고정된 PTFE 정전입자의 크기는 100 nm 내지 200 nm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 열처리 하는 단계는, 280 ℃ 내지 340 ℃에서 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 내열 백 필터의 평균 기공 크기는 1.0 μm 내지 20.0 μm일 수 있다.
본 발명의 내열 백 필터는 나노크기의 PTFE 정전입자가 표면에 형성되어, 백 필터 표면에 내열 기공 구조체를 형성함으로써, 백 필터의 미세먼지 집진성능이 향상될 수 있다. 또한, 상기 PTFE 정전입자는 미세먼지들이 백 필터 내부로 침투되는 현상을 막는데 효과가 있다. 또한 상기 PTFE가 가지는 특성으로 인해 내열성, 내산성, 내알칼리성, 내마모성등이 우수하다.
나아가, 본 발명의 내열 백 필터는 유속의 증감에도 집진성능이 일정하게 유지되는바, 다양한 산업현장 조건에 적용 가능하다는 장점이 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예의 내열 백 필터의 정면도(a) 및 평면도(b)의 모식도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예의 내열 백 필터의 제조방법의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예의 내열 백 필터의 SEM 이미지이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 내열 백 필터의 측면에서 바라본 정면도(a) 및 상부에서 바라본 평면도(b)이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 내열 백 필터는 직물 지지층(100); 상기 직물 지지층(100) 상에 적층된 PTFE 폼 코팅층(200); 및 상기 PTFE 폼 코팅층(200) 상에 분산되어 고정된 PTFE 정전입자(310)들을 포함한다.
먼저 본 발명의 내열 백 필터는 직물 지지층(100) 상에 적층된 PTFE 폼 코팅층(200)을 포함한다.
상기 직물 지지층(100)은 본 발명의 내열 백 필터의 코팅층이 형성되는 지지체가 되는 부분에 해당하며, 상기 직물 지지층(100)의 소재는 천, 합성섬유, 부직포, 무기질 섬유 지지체 등으로 구성될 수 있고, 약 400 μm 내지 1,000 μm의 두께를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 명세서에서, "폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE)"는 폴리에틸렌의 수소를 모두 불소(fluorine)로 바꾸어 놓은 하기 화학식 1로 표시되는 불소 화합물을 포함하는 불소계 수지를 의미한다:
[화학식 1]
-(CF2CF2)n-
(단, n은 100 내지 10,000이다.)
상기 PTFE는 테플론(Teflon)이라는 상품명으로 알려져 있으며, 거의 모든 화학약품에 대해 내화학성이 있으며, 매끄러운 표면을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 PTFE 폼 코팅층(200)은 상기 PTFE를 이용한 폼 코팅공정을 수행하여 형성된 것으로, 상기 폼 코팅공정은 예를 들면, PTFE, 거품안정제, 발포제 및 증점제를 포함하는 코팅액을 폼 발생기로 처리하여 폼을 만든 후, 상기 직물 지지층(100)상에 도포하여 수행할 수 있으나, 본 기술분야에서 자명한 방법이면 이를 제한하지 않는다.
본 발명의 일 실시예에서, PTFE 폼 코팅층(200)은 약 20.0 μm 내지 40.0 μm의 평균 기공을 가지며, 두께는 5 μm 내지 200 μm일 수 있다.
다음으로, 본 발명의 내열 백 필터는 상기 PTFE 폼 코팅층(200) 상에 분산되어 고정된 PTFE 정전입자(320)들을 포함한다.
도 1의 b)를 참조하면 상기 PTFE 정전입자(320)는 상기 PTFE 폼 코팅층(200) 상에 입자형태로 분산되어 위치할 수 있고, 하기의 양태에서 설명하는 정전분무 방법을 수행하여 상기 PTFE 폼 코팅층(200) 상에 코팅되어 고정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 PTFE 정전입자(320)의 크기는 100 nm 내지 200 nm일 수 있고, 상기 나노 크기의 PTFE 정전입자(320)가 상기 PTFE 폼 코팅층(200)의 표면에 고정됨으로써, 상기 PTFE 폼 코팅층(200)의 평균 기공보다 작은 사이즈, 예를 들면, 5.0 μm 내지 20.0 μm의 평균 기공을 가질 수 있다.
본 발명의 내열 백 필터는 5.0 μm 내지 20.0 μm의 평균 기공을 가져, 2.5 μm 이하 직경의 초 미세먼지 입자상 물질(PM2.5)에 대한 집진성능이 향상될 수 있다. 또한, 상기 PTFE 정전입자가 가지는 특성으로 인해 내열성, 내산성, 내알칼리성, 내마모성이 우수할 수 있고, 물과의 접촉각이 약 140 ° 내지 160 °로, 초발수 특성을 나타낼 수 있다.
도 2는 본 발명의 내열 백 필터의 측면에서 바라본 정면도(a) 및 상부에서 바라본 평면도(b)이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 내열 백 필터는 직물 지지층(100); 상기 직물 지지층(100) 상에 위치하는 PTFE 폼 코팅층(200); 및 상기 PTFE 폼 코팅층(200) 상에 위치하는 PVA/PTFE 복합 코팅층(300)을 포함하고, 상기 PVA/PTFE 복합 코팅층(300)은 PVA 나노 섬유층(310) 상에 PTFE 정전입자(320)들이 분산되어 고정된 형태일 수 있다.
먼저 본 발명의 내열 백 필터는 직물 지지층(100) 상에 적층된 PTFE 폼 코팅층(200)을 포함한다.
상기 직물 지지층(100) 및 상기 PTFE 폼 코팅층(200)에 대한 설명은 상기 양태에서 설명한 것으로 갈음한다.
다음으로, 본 발명의 내열 백 필터는 상기 PTFE 폼 코팅층(200) 상에 위치하는 PVA/PTFE 복합 코팅층(300)을 포함하고, 상기 PVA/PTFE 복합 코팅층(300)은 PVA 나노 섬유층(310) 상에 PTFE 정전입자(320)들이 분산되어 고정된 형태일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 PVA 나노 섬유층(310)은 상기 PTFE 폼 코팅층(200)상에 다공성 웹구조로 형성될 수 있고, 하기의 양태에서 설명하는 전기방사 방법을 수행하여 상기 PTFE 폼 코팅층(200) 상에 코팅될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 PVA 나노 섬유의 직경은 약 200 nm 내지 300 nm일 수 있으며, 다공성 웹구조로 형성되어, 상기 PVA 나노 섬유층이 형성된 PTFE 폼 코팅층(200)은 상기 PTFE 폼 코팅층(200)의 평균 기공보다 작은 사이즈, 예를 들면, 1.0 μm 내지 20.0 μm의 평균 기공을 가질 수 있다.
도 2의 b)를 참조하면 상기 PTFE 정전입자(320)는 상기 PVA 나노 섬유층(310) 상에 입자형태로 분산되어 위치할 수 있고, 하기의 양태에서 설명하는 정전분무 방법을 수행하여 상기 PVA 나노 섬유층(310) 상에 코팅되어 고정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 PTFE 정전입자(320)의 크기는 100 nm 내지 200 nm일 수 있고, 상기 나노 크기의 PTFE 정전입자(320)가 상기 PVA 나노 섬유층(310) 의 표면에 고정됨으로써, 1.0 μm 내지 20.0 μm의 평균 기공을 가질 수 있다.
본 발명의 내열 백 필터는 1.0 μm 내지 20.0 μm의 평균 기공을 가져, 2.5 μm 이하 직경의 초 미세먼지 입자상 물질(PM2.5)에 대한 집진성능이 향상될 수 있다. 또한, 상기 PTFE 정전입자가 가지는 특성으로 인해 내열성, 내산성, 내알칼리성, 내마모성이 우수할 수 있고, 물과의 접촉각이 약 140 ° 내지 160 °로, 초발수 특성을 나타낼 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예의 내열 백 필터의 제조방법의 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 내열 백 필터의 제조방법은 백 필터 기저를 준비하는 단계(S110); PTFE 입자가 분산된 PTFE 용액을 준비하고, 상기 PTFE 용액을 정전 분무하여 상기 백 필터 기저 상에 PTFE 정전입자를 고정시키는 단계(S120); 및 상기 PTFE 정전입자가 고정된 백필터 기저를 열처리 하는 단계(S130); 를 포함하고, 상기 PTFE 정전입자를 고정시키는 단계(S120)는 상기 PTFE 용액을 정전분무 하는 동시에 상기 분무되는 PTFE 용액에 공기를 분사하여 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
먼저 본 발명의 내열 백 필터의 제조방법은 백 필터 기저를 준비하는 단계(S110)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 백 필터 기저는 직물 지지층 및 상기 직물 지지층 상에 위치하는 PTFE 폼 코팅층을 포함하여 구성될 수 있고, 상기 백 필터 기저를 준비하는 단계(S110)는 상기 직물 지지층에 상기 PTFE 폼 코팅층을 형성하는 방법을 수행하거나, 상용하는 PTFE 폼 코팅층을 포함하는 백 필터 기저를 구매하여 수행할 수 있다.
상기 직물 지지층 및 상기 PTFE 폼 코팅층은 상기 양태에서 설명한 것으로 갈음한다.
다음으로, 본 발명의 내열 백 필터의 제조방법은 PTFE 입자가 분산된 PTFE 용액을 준비하고, 상기 PTFE 용액을 정전 분무하여 상기 백 필터 기저 상에 PTFE 정전입자를 고정시키는 단계(S120)를 포함한다.
본 명세서에서, 정전 분무 공정이란, 정전기력을 이용하여 액체를 미립화할 수 있는 기술로, 수십 마이크로미터 이하의 액적을 연속적으로 생산할 수 있는 기술이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 PTFE 정전입자를 고정시키는 단계(S120)는 공기보조 정전분무 방법을 이용하여 수행될 수 있고, 상기 공기보조 정전분무 방법은 정전분무 공정을 수행함과 동시에 공기를 분사하여 수행되는 방법으로, 예를 들면, 상기 PTFE 용액을 정전분무 하는 동시에 상기 분무되는 PTFE 용액에 공기를 분사하여 수행될 수 있다.
상기 공기보조 정전분무 방법은 PTFE 정전분무 입자 코팅장치를 이용하여 수행될 수 있는데, 상기 PTFE 정전분무 입자 코팅장치는 고전압발생기(power supply), 시린지펌프(syringe pump), 진공펌프(vaccum pump), 듀얼노즐(dual nozzle) 및 콜렉터(collector)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 PTFE 정전분무 입자 코팅장치를 이용한 공기보조 정전 분무 공정은, 예를 들면, 고전압발생기에 의해 노즐 및 콜렉터 사이에 전압이 인가되고, 이때 형성된 정전기력에 의해 미세입자들이 형성될 수 있고, 이때, 듀얼노즐을 통하여 PTFE 용액 및 공기가 동시에 공급될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 PTFE 용액은 PTFE 입자 및 상기 정전 분무공정에서 작동유체로 작용할 수 있는 물을 포함하여 구성될 수 있는데, 본 발명의 공기보조 정전분무 방법은 PTFE 용액 및 공기가 상기 듀얼노즐을 통하여 동시에 공급될 때, 공급된 공기를 통하여 작동유체로 작용하는 물의 건조를 가속시켜, 상기 PTFE 정전입자의 크기가 더 미세화 될 수 있다.
이때, PTFE 용액의 공급은 시린지펌프를 통해, 상기 공기의 공급은 진공펌프를 통하여 조절될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 공기보조 정전분무 방법에서, 상기 PTFE 용액의 농도는 6 wt% 내지 60 wt%일 수 있고, 인가하는 전압은 15 kV 내지 25 kV일 수 있고, 인가 거리는 10 cm 내지 20 cm일 수 있고, 공급되는 공기의 압력은 7 psi 내지 15 psi일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 PTFE 정전입자의 크기는 100 nm 내지 200 nm일 수 있고, 상기 나노 크기의 PTFE 정전입자가 상기 PTFE 폼 코팅층의 표면에 고정됨으로써, 상기 PTFE 폼 코팅층의 평균 기공보다 작은 사이즈, 예를 들면, 5.0 μm 내지 20.0 μm의 평균 기공을 가질 수 있다.
본 발명의 제조방법으로 제조된 내열 백 필터는 5.0 μm 내지 20.0 μm의 평균 기공을 가져, 2.5 μm 이하 직경의 초 미세먼지 입자상 물질(PM2.5)에 대한 집진성능이 향상될 수 있다. 또한, 상기 PTFE 정전입자가 가지는 특성으로 인해 내열성, 내산성, 내알칼리성, 내마모성이 우수할 수 있고, 물과의 접촉각이 약 140 ° 내지 160 °로, 초발수 특성을 나타낼 수 있다.
다음으로, 본 발명의 내열 백 필터의 제조방법은 PTFE 정전입자가 고정된 백필터 기저를 열처리 하는 단계(S130)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 열처리 하는 단계(S130)는 상기 PTFE 정전입자를 고정시키는 단계(S120)에서 형성된 PTFE 정전입자가 분산되어 고정된 백 필터 기저를 안정화하는 단계로, 280 ℃ 내지 340 ℃에서 수행될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예의 내열 백 필터의 제조방법의 흐름도이다.
도 4를 참조하면 본 발명의 내열 백 필터의 제조방법은 백 필터 기저를 준비하는 단계(S210); 상기 백 필터 기저상에 PVA 폴리머 용액을 전기방사하여 PVA 나노 섬유층을 형성하는 단계(S220); PTFE 입자가 분산된 PTFE 용액을 준비하고, 상기 PTFE 용액을 정전 분무하여 상기 PVA 나노 섬유층 상에 PTFE 정전입자를 고정시켜 PVA/PTFE 복합 코팅층을 형성하는 단계(S230); 및 상기 PVA/PTFE 복합 코팅층이 형성된 백필터 기저를 열처리 하는 단계(S240); 를 포함하고, 상기 PVA/PTFE 복합코팅층을 형성하는 단계(S230)는 상기 PTFE 용액을 정전분무 하는 동시에 상기 분무되는 PTFE 용액에 공기를 분사하여 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
먼저 본 발명의 내열 백 필터의 제조방법은 백 필터 기저를 준비하는 단계(S210)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 백 필터 기저는 직물 지지층 및 상기 직물 지지층 상에 위치하는 PTFE 폼 코팅층을 포함하여 구성될 수 있고, 상기 백 필터 기저를 준비하는 단계(S210)는 상기 직물 지지층에 상기 PTFE 폼 코팅층을 형성하는 방법을 수행하거나, 상용하는 PTFE 폼 코팅층을 포함하는 백 필터 기저를 구매하여 수행할 수 있다.
상기 직물 지지층 및 상기 PTFE 폼 코팅층은 상기 양태에서 설명한 것으로 갈음한다.
다음으로, 본 발명의 내열 백 필터의 제조방법은 백 필터 기저상에 PVA 폴리머 용액을 전기방사하여 PVA 나노 섬유층을 형성하는 단계(S220)를 포함한다.
본 명세서에서 전기방사 방법이란 전기적으로 하전된 고분자 용액 및 용융물의 젯(jet)을 통해 나노 섬유를 제조할 수 있는 공정으로, 상기 전기 방사 기술은 용매에 용융 및 혼합이 가능한 모든 고분자 재료에 모두 사용하여 나노 섬유를 쉽게 제조할 수 있으며 나노 섬유의 형상 및 크기의 조절이 용이하다는 장점이 있다.
본 발명의 PVA 나노 섬유층을 형성하는 단계(S220)는 상기 전기 방사 방법을 이용하여 수행될 수 있고, 상기 전기 방사 방법은 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 방법이라면 이를 제한하지 않는다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 전기방사 방법에서, 전기방사 전압은 10 kV 내지 15 kV일 수 있고, 노즐 직경은 0.2 mm 내지 0.3 mm일 수 있고, 상기 폴리머 용액은 상기 폴리머 용액 100 wt%를 기준으로 10 wt% 내지 15 wt%로 포함된 PVA 및 2 wt% 내지 4 wt%로 포함된 Boric Acid 로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 PVA 나노 섬유의 직경은 약 200 nm 내지 300 nm일 수 있으며, 다공성 웹구조로 형성되어, 상기 PVA 나노 섬유층이 형성된 PTFE 폼 코팅층(200)은 상기 PTFE 폼 코팅층(200)의 평균 기공보다 작은 사이즈, 예를 들면, 1.0 μm 내지 20.0 μm의 평균 기공을 가질 수 있다.
다음으로, 본 발명의 내열 백 필터의 제조방법은 PTFE 입자가 분산된 PTFE 용액을 준비하고, 상기 PTFE 용액을 정전 분무하여 상기 PVA 나노 섬유층 상에 PTFE 정전입자를 고정시켜 PVA/PTFE 복합 코팅층을 형성하는 단계(S230)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 PVA/PTFE 복합 코팅층을 형성하는 단계(S230)는 공기보조 정전분무 방법을 이용하여 수행될 수 있고, 상기 공기보조 정전분무 방법은 상기 양태에서 설명한 것으로 갈음한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 PTFE 정전입자(320)의 크기는 100 nm 내지 200 nm일 수 있고, 상기 나노 크기의 PTFE 정전입자(320)가 상기 PVA 나노 섬유층(310) 의 표면에 고정됨으로써, 예를 들면, 1.0 μm 내지 20.0 μm의 평균 기공을 가질 수 있다.
본 발명의 제조방법으로 제조된 내열 백 필터는 1.0 μm 내지 20.0 μm의 평균 기공을 가져, 2.5 μm 이하 직경의 초 미세먼지 입자상 물질(PM2.5)에 대한 집진성능이 향상될 수 있다. 또한, 상기 PTFE 정전입자가 가지는 특성으로 인해 내열성, 내산성, 내알칼리성, 내마모성이 우수할 수 있고, 물과의 접촉각이 약 140 ° 내지 160 °로, 초발수 특성을 나타낼 수 있다.
다음으로, 본 발명의 내열 백 필터의 제조방법은 PVA/PTFE 복합 코팅층이 형성된 백필터 기저를 열처리 하는 단계(S240)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 열처리 하는 단계(S240)는 PVA/PTFE 복합 코팅층을 형성하는 단계(S230)에서 형성된 PVA/PTFE 복합코팅층이 형성된 백 필터 기저를 안정화하는 단계로, 280 ℃ 내지 340 ℃에서 수행될 수 있다.
실시예 1. 내열 백 필터의 제조
PTFE 폼코팅 여과체((주)창명산업)위에 전기방사 방법을 수행하여 PVA 나노 섬유층을 형성하고, 상기 PVA 나노 섬유층 상에 공기보조 정전분무 방법을 사용하여 PTFE 정전입자를 코팅하여 고정시켜 내열 백 필터를 제조하였다.
실험예 1. 표면 분석
상기 실시예 1에서 제조한 내열 백 필터의 표면을 분석하기 위하여 SEM을 이용하여 분석하고 도 5에 도시하였다.
도 5를 참조하면, 폼 코팅층 상에 PVA 나노 섬유층이 다공성 웹구조로 형성되고, 상기 PVA 나노 섬유층 상에 PTFE 정전입자가 분산되어 고정된 것을 확인할 수 있었다.
실험예 2. 성능 평가
i) 실험
상기 실시예 1에서 제조한 내열 백 필터 및 대조군으로 PVA/PTFE 복합 코팅층이 형성되지 않은 PTFE 폼코팅 여과체의 성능을 1 m/min의 유속에서 평가하고 하기의 표 1에 도시하였다:
대조군 실시예 1
Air permeability (CCS) 8.79 4.91
Resistance @ 1 m/min (mmH2O) 3.6 7.0
Efficiency @ 0.3 μm (%) 33.7 52.4
표 1을 참조하면, 실시예 1의 경우 대조군과 비교하여 12 mg/m3 내지 20 mg/m3 농도의 매우 작음 입자(0.26 μm NaCl 입자)를 대상으로도 큰 차압 증가 없이 집진성능이 획기적으로 증가함이 확인되었다.
ii) 실험
상기 실시예 1에서 제조한 내열 백 필터 및 대조군으로 PVA/PTFE 복합 코팅층이 형성되지 않은 PTFE 폼코팅 여과체의 집진성능의 변화를 0.5 mm/min, 1 mm/min, 2 mm/min의 유속에서 분석하여 결과를 하기의 표 2에 도시하였다:
유속 대조군 실시예 1
Efficiency @ 0.3 μm (%) 0.5 mm/min 44.3 57.0
1 mm/min 33.7 52.4
2 mm/min 31.8 52.8
iiI) 실험
상기 실시예 1에서 제조한 내열 백 필터 및 대조군으로 PVA/PTFE 복합 코팅층이 형성되지 않은 PTFE 폼코팅 여과체의 표면 특성변화를 물에 대한 접촉각을 분석하여 결과를 하기의 표 3에 도시하였다:
대조군 실시예 1
Water contact angle (°)
Figure pat00001
Figure pat00002
표 3을 참조하면, 실시예 1의 경우 대조군과 비교하여 물에 대한 접촉각이 111 °에서 152 °도로 크게 증가하였으며, 초발수 특성이 나타남이 확인되었다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 직물 지지층
200: PTFE 폼 코팅층
300: PVA/PTFE 복합 코팅층
310: PVA 나노 섬유층
320: PTFE 정전입자

Claims (25)

  1. 직물 지지층;
    상기 직물 지지층 상에 적층된 PTFE 폼 코팅층; 및
    상기 PTFE 폼 코팅층 상에 분산되어 고정된 PTFE 정전입자들을 포함하는 내열 백 필터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 PTFE 폼 코팅층의 두께는 5 μm 내지 200 μm 인 것을 특징으로 하는 내열 백 필터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 PTFE 정전입자의 크기는 100 nm 내지 200 nm인 것을 특징으로 하는 내열 백 필터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 내열 백 필터의 평균 기공 크기는 5.0 μm 내지 20.0 μm인 것을 특징으로 하는 내열 백 필터.
  5. 직물 지지층;
    상기 직물 지지층 상에 위치하는 PTFE 폼 코팅층; 및
    상기 PTFE 폼 코팅층 상에 위치하는 PVA/PTFE 복합 코팅층을 포함하고,
    상기 PVA/PTFE 복합 코팅층은 PVA 나노 섬유층 상에 PTFE 정전입자들이 분산되어 고정된 형태인 것을 특징으로 하는 내열 백 필터.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 PTFE 폼 코팅층의 두께는 5 μm 내지 200 μm 인 것을 특징으로 하는 내열 백 필터.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 PVA/PTFE 복합 코팅층의 두께는 0.1 μm 내지 10.0 μm 인 것을 특징으로 하는 내열 백 필터.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 PVA 나노 섬유층은 다공성 웹(web)구조인 것을 특징으로 하는 내열 백 필터.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 PVA 나노 섬유의 직경은 약 200 nm 내지 300 nm인 것을 특징으로 하는 내열 백 필터.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 PTFE 정전입자의 크기는 100 nm 내지 200 nm인 것을 특징으로 하는 내열 백 필터.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 내열 백 필터의 평균 기공 크기는 1.0 μm 내지 20.0 μm인 것을 특징으로 하는 내열 백 필터.
  12. 백 필터 기저를 준비하는 단계;
    PTFE 입자가 분산된 PTFE 용액을 준비하고, 상기 PTFE 용액을 정전 분무하여 상기 백 필터 기저 상에 PTFE 정전입자를 고정시키는 단계; 및
    상기 PTFE 정전입자가 고정된 백필터 기저를 열처리 하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 PTFE 정전입자를 고정시키는 단계는 상기 PTFE 용액을 정전분무 하는 동시에 상기 분무되는 PTFE 용액에 공기를 분사하여 수행하는 것을 특징으로 하는 내열 백 필터의 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 백 필터 기저는 직물 지지층; 및 상기 직물 지지층 상에 위치하는 PTFE 폼 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 내열 백 필터의 제조방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 PTFE 정전입자를 고정시키는 단계는 7 psi 내지 15 psi의 압력의 공기를 분사하여 수행하는 것을 특징으로 하는 내열 백 필터의 제조방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 PTFE 정전입자를 고정시키는 단계에서, 고정된 PTFE 정전입자의 크기는 100 nm 내지 200 nm인 것을 특징으로 하는 내열 백 필터의 제조방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 열처리 하는 단계는, 280 ℃ 내지 340 ℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 내열 백 필터의 제조방법.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 내열 백 필터의 평균 기공 크기는 5.0 μm 내지 20.0 μm인 것을 특징으로 하는 내열 백 필터의 제조방법.
  18. 백 필터 기저를 준비하는 단계;
    상기 백필터 기저상에 PVA 폴리머 용액을 전기방사하여 PVA 나노 섬유층을 형성하는 단계;
    PTFE 입자가 분산된 PTFE 용액을 준비하고, 상기 PTFE 용액을 정전 분무하여 상기 PVA 나노 섬유층 상에 PTFE 정전입자를 고정시켜 PVA/PTFE 복합 코팅층을 형성하는 단계; 및
    상기 PVA/PTFE 복합 코팅층이 형성된 백필터 기저를 열처리 하는 단계;
    를 포함하고
    상기 PVA/PTFE 복합코팅층을 형성하는 단계는 상기 PTFE 용액을 정전분무 하는 동시에 상기 분무되는 PTFE 용액에 공기를 분사하여 수행하는 것을 특징으로 하는 내열 백 필터의 제조방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 백 필터 기저는 직물 지지층; 및 상기 직물 지지층 상에 위치하는 PTFE 폼 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 내열 백 필터의 제조방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 PVA 나노 섬유층을 형성하는 단계에서, 형성된 PVA 나노섬유층은 다공성 웹(web)구조인 것을 특징으로 하는 내열 백 필터의 제조방법.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 PVA 나노 섬유층을 형성하는 단계에서, 형성된 PVA 나노 섬유의 직경은 약 200 nm 내지 300 nm인 것을 특징으로 하는 내열 백 필터의 제조방법.
  22. 제 18 항에 있어서,
    상기 PVA/PTFE 복합 코팅층을 형성하는 단계는 7 psi 내지 15 psi의 압력의 공기를 분사하여 수행하는 것을 특징으로 하는 내열 백 필터의 제조방법.
  23. 제 18 항에 있어서,
    상기 PVA/PTFE 복합 코팅층을 형성하는 단계에서, 고정된 PTFE 정전입자의 크기는 100 nm 내지 200 nm인 것을 특징으로 하는 내열 백 필터의 제조방법.
  24. 제 18 항에 있어서,
    상기 열처리 하는 단계는, 280 ℃ 내지 340 ℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 내열 백 필터의 제조방법.
  25. 제 18 항에 있어서,
    상기 내열 백 필터의 평균 기공 크기는 1.0 μm 내지 20.0 μm인 것을 특징으로 하는 내열 백 필터의 제조방법.
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