KR950013144B1 - 자성 폴리머 필터 소재 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

자성 폴리머 필터 소재

제 1 도는 본 발명 자성 폴리머 필터소재의 제조공정도.

제 2 도는 대기필터 시험기의 구조도.

제 3 도는 오일필터 시험기의 구조도.

제 4 도는 오일필터의 여과시간 경과에 따른 여과율 변화를 보인 그래프.

제 5 도는 오일필터의 여과시간 경과에 따른 압력차 변화를 보인 그래프.

본 발명은 필터시스템을 구성하는 필터소재에 관한 것으로, 특히 폴리머와 자성체를 혼합하여 방사사출한 후 판상 또는 매트형태로 성형하여 자화시킴으로써 기체나 액체중에 함유된 불순물중에서 특히 철분을 함유하는 불순물에 대한 여과성능이 우수한 자성 폴리머 필터소재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 불순물이 함유된 기체나 액체의 유로상에 설치되어 불순물을 제거시키는 필터시스템에서 직접적으로 불순물의 제거를 수행하는 필터소재로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌등의 폴리머를 이용한 합성섬유와 유리섬유, 면, 셀룰로오스, 철선(iron wire) 및 펄프등의 재료가 사용되고 있다.

한편, 이들 필터재료들은 직제(woven fabric), 카트리지(cartridge), 부직포(nonwoven fabric) 또는 종이(pleated paper)등의 형태로 가공되어 필터요소(filter media)로 제작된 후 필터시스템의 핵심구성요소로 사용되고 있다.

필터시스템에서 가장 중요한 특성인 필터의 여과성능은 그 필터요소가 지니고 있는 기공성에 의존한다.

즉, 필터요소의 기공성에 따라 필터요소를 통과하는 여과물의 입출력에 대한 압력차가 존재하게 되는 데, 만일 이같은 압력차가 소정의 설정압력치보다 높을 경우에 있어서 바이패스(by-pass) 시스템의 경우는 일부 여과물이 바이패스되어 여과되지 않은 불순물이 장치내부의 유로를 따라 순환하게 되는 반면에, 올패스(all-pass) 시스템에서는 여과된 불순물이 필터소재의 내부에 축적됨으로써 압력차가 더욱 증대되어 결국에는 필터요소의 손상을 초래함으로써 여과성능을 저하시키게 된다.

미국특허 제 4361619호를 비롯한 종래의 필터시스템에서는 유리섬유, 합성섬유 및 금속섬유등의 섬유재료를 직제 또는 부직포형태로 성형가공하여 필터요소를 제작하는 기술이 알려지고 있으나, 이와 같은 형태의 필터요소는 여과면적이 적어서 여과성능이 감소되는 단점을 지니고 있으며, 또한 필터시스템의 여과성능은 전적으로 필터요소의 기공성에 의존한다는 문제점이 있다.

한편, 여과면적의 증대를 통해 여과성능을 향상시키기 위한 방편으로 필터요소의 두께를 증가시키게 되는 경우에는 여과물의 입출력에 따른 압력차가 증가되어 여과물의 역류현상과 필터요소의 파괴가 일어나서 오히려 여과성능을 감소시킬 수 있기 때문에 필터요소의 두께조절을 통한 여과성능의 향상에는 한계가 따르고 있다.

그리고, 펄프소재를 이용한 필터요소의 경우에는 여과면적이 크다는 장점이 있긴 하나 합성섬유로 제조된 직제 또는 부직포 타입과는 달리 불순물을 축적할 수 있는 공간으로서의 트랩(trap)이 거의 없다는 특성에 기인하여 여과물의 입출력에 따른 압력차가 높게 되어 여과성능을 저하시키게 되는 문제점이 있다.

특히, 윤활시스템에서 사용되는 오일필터의 경우 윤활유에는 불순물이외에 점도지수 향상제와 유동점 강하제등의 고분자물질이 포함되어, 이들 고분자물질이 펄프의 기공을 폐쇄시킴으로써 높은 압력차를 유발시켜 여과성능을 감소시키게 된다.

이와 같이 종래의 필터요소는 여과성능이 그 기공성에 크게 좌우되고, 여과물의 입출력에 따른 큰 압력차에 의해 여과성능의 급격한 저하가 발생되어 필터시스템의 필터요소가 사용수명이 길지 못하다는 문제점이 지직되고 있다.

종래의 필터가 지니고 있는 상기 문제점을 해소하기 위하여 개발된 필터시스템으로서 미국특허 제 3,850,600호와 일본공개특허공보 소59-145013호에는 정전기 및 자기장을 이용한 필터시스템이 나타나 있는 바, 이는 종래의 필터시스템에 비해 여과성능이 향상된 면이 있긴 하나 설치 및 보수관리비와 필터제조비용이 높다는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기 종래의 필터시스템이 지니고 있는 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 폴리머와 자성체로 이루어진 필터소재에 자성을 부여함으로써 여과시 낮은 압력차를 지니면서 우수한 여과성능을 나타내는 한편 제조비용면에서 경제적일 뿐만 아니라 적용범위에 있어서도 기체는 물론 액체의 여과용으로 사용될 수 있는 자성 폴리머 필터소재 및 그 제조방법을 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명의 자성 폴리머 필터소재는 20∼99wt%의 폴리머와 1∼80wt%의 자성체의 혼합물로 이루어지는데, 이때 폴리머로는 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아마이드, 폴리이미드, 폴리에스트르, 테프론, 폴리메타아크릴레이트, 폴리아크로니트릴, 폴리스티렌, 폴리에틸렌프탈레이트 및 폴리비닐계등의 고분자물질이 사용된다.

그리고, 자성체는 바륨 또는 스트론튬계 페라이트(ferrites)와 란타니윰(ranthanum)계등의 희토류금속(rare earth metals)이 사용된다.

본 발명 자성 폴리머 필터소재의 제조공정을 제 1 도에 의거 설명하면 다음과 같다.

먼저, 원료물질로서 폴리머와 자성체를 소정비율로 혼합한 후, 이를 방사사출기(spinning extruder)에서 방사사출하여 일정두께의 판상(sheet) 또는 매트(mat) 형태가 되도록 성형한다. 성형이 완료된 후에는 소정의 크기로 재단하여 이후 적용될 필터시스템의 규격에 맞는 필터요소로 제작한 후 자화기(magnetizer)를 통해 자화시킴에 의해 자성 폴리머 필터소재가 얻어지게 된다.

이와 같은 공정을 통해 제조되는 본 발명의 자성 폴리머 필터소재는 20∼500가우스이 자력을 나타내며, 그 두께는 0.1∼20mm이고, 기공성은 0.1∼200μm이며, 방사시 폴리머섬유의 직경은 0.01∼2.0mm이다.

본 발명 자성 폴리머 필터소재는 종래의 직제 및 부직포형태의 필터와 유사한 기공성을 지니면서도 여과성능면에서는 보다 향상된 여과성능을 보임으로써 집진기시스템 및 공조시스템의 대기필터은 물른 자동차 및 산업용의 에어필터와 오일필터 그리고 산업용의 폐수 및 폐유정화를 위한 액체필터등의 다양한 용도로 광범위하게 사용될 수 있는 이점과 제조비용이 저렴하다는 장점이 있다.

특히, 본 발명 자성 폴리머 필터소재는 철분, 철산화물 및 금속먼지(metal dust)등이 포함된 불순물에 대한 여과성능이 매우 우수하다.

본 발명 자성 폴리머 필터소재의 여과성능을 알아보기 위하여 종래의 필터와 비교하여 다음과 같은 시험을 하였다.

여과성능시험은 대기필터 시험과 오일필터 시험의 두가지로 구분하여 종래의 필터제품들과 비교시험하였다.

제 2 도는 대기필터 시험기의 구조도로서, 이에 나타나 있는 바와 같이, 압축기의 구동에 의해 먼지공급기로부터 공급되는 먼지와 공기가 여과시험기를 통과하여 유량계를 거친 뒤 송풍기로 향하도록 하는 과정에서 여과시험기의 입출력부에 압력계와 센서가 구비된 입자계산기를 설치하여 압력차와 여과율에 대한 측정을 하였다.

이때 여과율은 공기에 부유금속분(fly ash)를 첨가하여 2.1m/분과 4.6m/분의 공기속도로 2시간동안 여과시험기(필터)를 통과시켜 필터를 통과한 금속분의 무게비를 측정하여 필터의 여과율을 계산하였는 데, 여과율은 아래의 식에 따른다.

다음, 오일필터 시험은 제 3 도의 시험기의 구조도에 나타난 바와 같이, 펌프의 구동에 의해 오일이 유량계를 거쳐 여과시험기를 통과하여 배출되도록 하는 과정에서, 여과시험기의 입출력부에 압력계를 설치하는 한편 센서를 구비한 입자계산기를 설치하여 압력차와 여과율을 측정하였다.

이때, 오일이 담겨진 용기에 철분을 혼합한 후 오일의 온도를 80℃로 유지시킨 채 3ℓ/분의 유속으로 6시간동안 순환시키면서 필터를 통과한 오일을 수집하여 이중에 포함되어 있는 철분을 입자 정량기로 분석하여 다음의 식에 의해 여과율을 계산하였다.

이때, I는 처음 오일에 함유되어 있는 철분 입자지수 I'는 필터를 통과한 오일에 함유되어 있는 철분입자지수

본 발명의 실시예는 다음과 같다.

[실시예 1]

원료조성으로 폴리프로필렌 90wt%와 스트론튬계 페라이트 10wt%를 혼합하여 방사사출기로 방사사출한 후 11.4×16.5cm의 규격으로 성형 및 재단한 다음 자화기에서 자화시켜 10m³/min/m²의 공기통기도를 갖는 대기필터소재를 제작하여 동일한 공기통기도를 갖는 종래의 필터제품과 비교하여 여과시험을 행하였는 바 그 결과는 아래의 표 1과 같다.

[표 1]

[실시예 2]

원료조성으로 폴리에스테르 95wt%와 바륨계 페라이트 5wt%를 혼합하여 방사사출기로 방사사출한 후, 자화기에서 자화시켜 20³/min/m²의 공기통기도를 갖는 대기필터소재를 제작하여 동일한 공기통기도를 갖는 종래의 필터제품과 비교하여 여과시험을 하였는 바, 그 결과는 아래의 표 2와 같다.

[표 2]

[실시예 3]

원료조성으로 폴리아미드 70wt%와 스트롬튬계 페라이트 30wt%를 혼합하여 방사사출기에서 방사사출한 후 내경 4cm, 외경 8cm, 길이 5cm의 실린더형태로 성형한 후 자화기에서 자화시켜 오일필터를 제작하여 종래의 펄프필터제품과 비교시험을 행하였다.

제 4 도는 본 발명 실시예 필터와 비교예 필터와의 여과시간에 따른 여과율 변화를 비교하여 나타낸 것이고, 제 5 도는 여과시간에 따른 압력차를 나타낸 것으로서, 본 발명의 자성 폴리머 필터가 종래의 필터에 비해 낮은 압력차를 지니면서 우수한 여과성능을 나타내고 있음을 알 수 있다.

Claims (1)

1. 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아마이드, 폴리이미드, 폴리에스테르, 테프론, 폴리메타아크릴레이트, 폴리아크로니트릴, 폴리스티렌 및 폴리에틸렌 프탈레이트로 이루어지는 군에서 선택되는 폴리머 40-99wt%와, 바륨계 페라이트, 스트론튬계 페라이트 및 란타니움계 희토류 금속으로 이루어지는 군에서 선택되는 자성체 1-60wt%로 이루어지는 부직 구조의 자성폴리머 필터 소재.