WO2015147378A1 - 양전하가 부가된 2층 구조의 다공성 필터미디어 및 이의 제조 방법 - Google Patents

양전하가 부가된 2층 구조의 다공성 필터미디어 및 이의 제조 방법 Download PDF

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WO2015147378A1
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water
fiber
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한정철
박성은
박창순
김형범
한정석
김길섭
김영필
곽은정
이상철
박희원
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주식회사 엔바이오니아
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Definitions

  • the present invention relates to a two-layer porous filter media with a positive charge and a method for manufacturing the same. Specifically, the fiber layers having a high concentration and a low concentration are laminated in a liquid phase, but the filtration efficiency and The present invention relates to a porous filter media having a two-layer structure and a method of manufacturing the same, in which a positive charge is added to increase the collection efficiency and reduce pressure loss and increase the binding force of the fiber layers without a separate coupling member.
  • a filter medium is a device that is installed in a moving path through which fluid or water passes to filter fine dust in the fluid or contaminants in the water.
  • NALM natural organic matter
  • ionic substances and chemicals are present in the water, and these substances contaminate the water and generate new pollutants at the same time if they are not completely removed during water treatment. Act as a cause.
  • the virus is formed in a fine size, not only filtered by general filtration, but also forms a strong Cyst, which can stably survive in the water for more than several months.
  • the present applicant studies a porous filter media in which positive charges are added to efficiently filter microorganisms such as viruses having negative charges by adding positive charges to glass fibers, and Korean Patent No. 10-0513602 (Invention: Positive Charges) And a porous filter media manufacturing apparatus and method with the addition of the present invention), a dense layer and a bulky layer are laminated in the liquid phase to reduce the pressure loss, and to study the two-layered filter media with high collection efficiency.
  • No. name of invention: filter filter medium having high concentration and low concentration two layer structure).
  • the porous filter media described in Korean Patent No. 10-0513602 has the advantage of efficiently filtering negatively charged microorganisms, including a colloidal resin for adding positive charge to glass fibers, but the fiber layer is formed by collecting a single layer It has a disadvantage of low efficiency and high pressure loss.
  • the filter filter material described in Korean Patent No. 10-1201759 is manufactured by preparing filter slurries containing ultra-fine short fibers to have different headbox concentrations, and then stacking the filter slurries having different headbox concentrations in a liquid phase. The pressure loss is reduced and the collection efficiency is increased by forming the fibrous layers. However, since a separate means for adding a positive charge to the fibrous layer is not described, there is a limit in that the negatively charged microorganisms cannot be efficiently filtered.
  • FIG. 1 is a side view illustrating a positive filter-added porous filter manufacturing apparatus disclosed in Korean Patent No. 10-0513602 (Invention name: Apparatus and Method for Producing Porous Filter Media Added with Positive Charges).
  • the porous filter manufacturing apparatus (hereinafter, referred to as a prior art) of FIG. 1 (100) is a belt for agitating the slurry (102) for stirring the slurry and the slurry stirred by the stirrer (102) to form a filter media 101 ( 103, a vacuum suction device 104 for removing moisture in the filter media 101 stacked on the belt 103, and a roller pressing device for pressing the filter media from which the water has been removed by the vacuum suction device 104 ( 105, a drying apparatus 106 for removing residual moisture in the filter media 101 that has passed through the roller pressing apparatus 105, and a filter media 101 from which residual moisture has been removed by the drying apparatus 106. It consists of the winding-up apparatus 107 which winds apart from the belt 103 and winds up.
  • Stirrer 102 is a resin of 15 to 25% by weight selected from the group consisting of melamine formaldehyde, colloidal silica and mixtures thereof, 2 to 5% by weight of hydrochloric acid (Muriatic Acid), 70 After mixing and stirring ⁇ 80% of water to prepare a colloidal resin, 50 to 70 wt% of glass fibers having a diameter of 0.05 to 0.75 ⁇ m, 20 to 45 wt% of cellulose having a diameter of 10 to 20 ⁇ m, and 5 to 20 of the colloidal resin The slurry is prepared by mixing and stirring the wt%.
  • Muriatic Acid hydrochloric acid
  • the conventional technology 100 can dramatically increase the microbial filtration efficiency of a negative charge by adding a positive charge to the glass fiber by stirring the glass fiber and the colloidal resin.
  • the prior art 100 has a disadvantage in that the pressure loss increases and the collection efficiency is lower than that when the fiber layer is formed of a plurality of layers because the fiber layer made of glass fiber, cellulose and colloidal resin is formed in a single layer.
  • the present invention is to solve this problem, the problem of the present invention consists of a high concentration and low concentration of the fiber layer to form a second charge by adding a positive charge to the microfiber filtration efficiency and at the same time increase the collection efficiency, It is to provide a porous filter media of a two-layer structure with a positive charge added to reduce the pressure loss and a method of manufacturing the same.
  • another object of the present invention is to further reduce the pressure loss by stacking the fiber layer forming a high concentration and low concentration in the liquid phase, without using a separate binding means such as needle punching machine, resin adhesive, surfactant and thermal fusion
  • the present invention provides a porous filter media having a two-layer structure and a method of manufacturing the same.
  • the filter composition contained in the first fiber layer and the second fiber layer is 55 to 75 wt% of ultrafine short fibers, which are glass fibers having a diameter of 0.1 to 1.0 ⁇ m, and a diameter of 1.0 to 5.0 ⁇ m.
  • Two-layered structure with positive charge which has excellent water flow rate and filtration efficiency, by being composed of 10 to 25% by weight of microfibers having glass fibers and more than 0 to 35% by weight of glass fibers having glass diameters of 5 ⁇ m or more.
  • the solution of the present invention for solving the above problem is a positively charged porous filter media manufacturing method for filtering bacteria and viruses in water by adding a positive charge to the glass fiber: melamine formaldehyde (Melamine formaldehyde), colloidal silica ( colloidal silica) and a mixture of 5 to 25% by weight of the resin selected from the group consisting of 2, 5 to 5% by weight of hydrochloric acid (Muriatic Acid) and 70 to 80% by weight of water to prepare a colloidal resin to prepare a colloidal resin ; 20 to 40% by weight of ultrafine short fibers, which are glass fibers having a diameter of 0.1 to 1.0 ⁇ m, 10 to 25% by weight of fine fibers which are glass fibers having a diameter of 1.0 to 5.0 ⁇ m, and more than 0% by weight of glass fibers having glass fibers of 5 ⁇ m or more to A first filter slurry manufacturing step of preparing a first filter slurry by mixing 1.5 to 2.5 wt% of a filter composition consisting of 35
  • the first filter slurry is stacked at a headbox concentration of 0.05 to 1.00 mass%, and the second filter slurry is stacked at a headbox concentration of 0.03 to 0.06 mass%.
  • the present invention preferably further includes a residual moisture removing step of removing the residual moisture of the filter media that has been passed after the pressing step and passed through the pressing step.
  • another solution of the present invention is a positively charged porous filter media for filtering bacteria and viruses in the water by adding a positive charge to the glass fiber: 20 to 40% by weight of ultrafine short fibers, which are glass fibers with a diameter of 0.1 ⁇ 1.0 ⁇ m, 1.5 to 2.5% by weight of a filter composition comprising 10 to 25% by weight of microfibers, 1.0 to 5.0 ⁇ m in diameter, and more than 0 to 35% by weight of glass fibers, which are glass fibers of 5 ⁇ m or more in diameter, and 97.5 to 98.5 in water.
  • ultrafine short fibers which are glass fibers with a diameter of 0.1 ⁇ 1.0 ⁇ m, 1.5 to 2.5% by weight of a filter composition comprising 10 to 25% by weight of microfibers, 1.0 to 5.0 ⁇ m in diameter, and more than 0 to 35% by weight of glass fibers, which are glass fibers of 5 ⁇ m or more in diameter, and 97.5 to 98.5 in water.
  • a resin selected from the group consisting of melamine formaldehyde, colloidal silica and mixtures thereof, 2 to 5% by weight of hydrochloric acid and 70 to 80% by weight of water 10 to 25% by weight of the colloidal resin, 50 to 70% by weight of the filter composition, and 15 to 40% by weight of cellulose
  • the first fiber layer and the second fiber layer is preferably formed by laminating the first filter slurry and the second filter slurry in the liquid phase.
  • the first fiber layer and the second fiber layer is preferably laminated at a headbox concentration of 0.05 to 1.00 mass% and 0.03 to 0.06 mass% when stacked in the liquid phase.
  • the fibrous layers are formed in a two-layer structure
  • the positive charge is added to the second fiber layer not only increases the microbial filtration efficiency and collection efficiency but also reduces the pressure loss.
  • the fiber layers are laminated in the liquid phase, the fiber layers can be firmly bound without a separate binding means such as a needle punching machine, a resin adhesive, a surfactant, and heat fusion, and the desired filter function is not caused by the deformation of voids and circles. Will be able to perform
  • the filter composition contained in the filter slurry of each fiber layer is 55 to 75 wt% of ultrafine short fibers, which are glass fibers having a diameter of 0.1 to 1.0 ⁇ m, and fine fibers which are glass fibers having a diameter of 1.0 to 5.0 ⁇ m. 10 to 25% by weight, and glass fiber having a diameter of 5 ⁇ m or more, the glass fiber is made of more than 0% to 35% by weight of the glass, thereby increasing the water flow rate and collection efficiency.
  • FIG. 1 is a side view illustrating a positive filter-added porous filter manufacturing apparatus disclosed in Korean Patent No. 10-0513602 (Invention name: Apparatus and Method for Producing Porous Filter Media Added with Positive Charges).
  • Figure 2 is a side view showing a positively charged filter media an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an exemplary view for explaining the components of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a manufacturing process of the first filter slurry forming the first fiber layer of FIG. 2.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a process of manufacturing the second filter slurry forming the second fiber layer of FIG. 2.
  • Figure 6 is a flow chart showing a positive charge filter filter manufacturing process of an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a side view illustrating a filter fiber laminating apparatus applied to the liquid lamination step of FIG. 6.
  • FIG. 8 is a perspective view excluding the roof plate of FIG. 7.
  • FIG. 2 is a side view showing a positively charged filter media according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is an exemplary view for explaining the components of FIG. 2.
  • the positively charged filter filter material 1 of FIGS. 2 and 3 has a two-layer structure of the first fiber layer 3 and the second fiber layer 5 in which filter slurries having different head box concentrations are stacked in a liquid phase to form low and high concentrations. It is a filter media that significantly increases the filtration efficiency of the negatively charged microorganisms by adding a positive charge to the glass fiber of the second fiber layer 5 to form a high concentration.
  • the first fiber layer 3 is formed of a first filter slurry 30 having a head box concentration of 0.05 ⁇ 1.00 mass%, the first filter slurry 30 is 1.5 to 2.5% by weight of the filter composition 20, 97.5 to 98.5 wt% of the dispersion 51 prepared by the dispersion preparation step (S11) of FIG. 4 to be described below is mixed and manufactured.
  • the filter composition 20 is 55 to 75% by weight of ultrafine short fibers 21, which are glass fibers having a diameter of 0.1 to 1.0 ⁇ m, and fine fibers 22 to 25 which are glass fibers having a diameter of 1.0 to 5.0 ⁇ m. It consists of more than 0 wt% to 35 wt% of glass fiber 23, which is a glass fiber having a diameter of 5 ⁇ m or more.
  • the second fiber layer 5 is formed of a second filter slurry 50 having a headbox concentration of 0.03 to 0.06 mass%
  • the second filter slurry 50 is 50 to 70% by weight of the filter composition
  • the colloidal resin 51 may include 5 to 25 wt% of a resin selected from the group consisting of melamine formaldehyde, colloidal silica, and mixtures thereof, 2 to 5 wt% of hydrochloric acid, and water. It is prepared by mixing and stirring 70 to 80% by weight.
  • first fibrous layer 3 and the second fibrous layer 5 of the positively charged filter filter material 1 are the filter fiber laminating apparatus 300 of FIG. 7 in which the first filter slurry 30 and the second filter slurry 50 are described later. Because it is laminated in the liquid phase, the fiber layers (3) and (5) are not only firmly bound, but also the fiber layers (3) and () without using a separate binding means such as a needle punching machine, a resin adhesive, a surfactant, and heat fusion. The voids and circles of 5) are not deformed, so that the desired filter function can be performed.
  • the filter composition 20 forming the first filter slurry 30 and the second filter slurry 50 includes 55 to 75 wt% of ultrafine short fibers 21 having a diameter of 0.1 to 1.0 ⁇ m, and 1.0. 10 to 25% by weight of the microfibers 22 having a diameter of ⁇ 5.0 ⁇ m, and more than 0 to 35% by weight of the glass fiber 23 having the diameter of 5 ⁇ m or more.
  • the ultrafine short fibers 21 and the microfibers 22 may be one of borosilicate glass, C glass having acid resistance, E glass having low electric insulation (alkali glass), low boron glass, and silica glass, or at least two or more. It is formed of short glass fibers, which is one of the mixed ones.
  • the ultrafine short fibers 21 are glass fibers having a diameter of 0.1 ⁇ 1.0 ⁇ m, and is composed of 55 to 75% by weight of the filter composition (20).
  • the positively charged filter filter material (1) if the content of the ultrafine short fibers 21 is less than 55% by weight, the content of the ultrafine short fibers is lowered, the collection efficiency is lowered, if the content of the ultrafine short fibers 21 is 77% by weight If exceeded, the binding force and the pressure loss between the fiber layers are reduced.
  • the fine fiber 22 is a glass fiber having a diameter of 1.0 ⁇ 5.0 ⁇ m, it is composed of 10 to 25% by weight of the filter composition (20).
  • the glass fiber 23 is formed of a glass fiber having a diameter larger than that of the ultrafine short fibers 21 and the microfibers 22, specifically, 5 ⁇ m or more, and 0 wt% of the filter composition 20. And greater than 35% by weight.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a manufacturing process of the first filter slurry forming the first fiber layer of FIG. 2.
  • the first filter slurry manufacturing process S10 includes a dispersion preparation step S11, a filter composition preparation step S12, and a first stirring step S13.
  • Dispersion preparing step (S11) is carried out a process for maintaining the water of the solution at 10 ⁇ 30 °C, the dispersion 31 of water of temperature 10 ⁇ 30 °C is used in the first stirring step (S13). It is preferable that the temperature of liquid separation (dissolution solution) is 20 degreeC.
  • Filter composition preparing step (S12) is a filter composition comprising 55 to 75% by weight of ultrafine short fibers 21, 10 to 25% by weight of microfibers 22, and 0 to 35% by weight of glass fibers 23 ( 20) It is the process step to prepare.
  • the first stirring step (S13) is 1.5 to 2.5% by weight of the filter composition 20 prepared by the filter composition preparation step (S12), 97.5 to 98.5% by weight of the dispersion (31) prepared by the dispersion preparation step (S11). It is a process step of manufacturing the first filter slurry 30 by mixing and stirring.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a process of manufacturing the second filter slurry forming the second fiber layer of FIG. 2.
  • the second filter slurry manufacturing process (S20) of FIG. 5 includes a colloidal resin manufacturing step (S21), a filter composition preparation step (S22), and a second stirring step (S23).
  • Colloidal resin manufacturing step (S21) is 5 to 25% by weight of a resin selected from the group consisting of melamine formaldehyde (Melamine formaldehyde), colloidal silica (colloidal silica) and mixtures thereof, 2 to 5% by weight of hydrochloric acid (Muriatic Acid), 70 to 80% by weight of water is mixed and stirred to prepare a colloidal resin (51).
  • a resin selected from the group consisting of melamine formaldehyde (Melamine formaldehyde), colloidal silica (colloidal silica) and mixtures thereof, 2 to 5% by weight of hydrochloric acid (Muriatic Acid), 70 to 80% by weight of water is mixed and stirred to prepare a colloidal resin (51).
  • Filter composition manufacturing step (S22) is a process step of producing the filter composition 20 made of the same process as the filter composition manufacturing step 12 of FIG.
  • the second stirring step (S23) is 10 to 25% by weight of the colloidal resin 51 prepared by the colloidal resin manufacturing step (S21), and the filter composition 20 to 50 ⁇ 70 manufactured by the filter composition manufacturing step (S22)
  • the second filter slurry 50 is prepared by mixing and stirring the wt% and 15 to 40 wt% of the cellulose 53.
  • Figure 6 is a flow chart showing a positive charge filter filter manufacturing process of an embodiment of the present invention.
  • the positively charged filter filter material manufacturing method (S1) of FIG. 6 includes the first filter slurry manufacturing step (S10) of FIG. 4, the second filter slurry manufacturing step (S20) of FIG. 5, and the first filter slurry manufacturing process described above.
  • the first mixing step (S30) is a process step of mixing the first filter slurry 30 prepared by the first filter slurry manufacturing step (S10) with water so as to have a head box concentration of 0.05 ⁇ 1.00 mass%.
  • the first filter slurry 30 mixed in a head box concentration of 0.05 ⁇ 1.00 mass% by the first mixing step (S30) is mixed in the previously prepared receiving space, the receiving space is used in the liquid lamination step (S50)
  • the first filter slurry received through the moving tube is connected to the filter fiber laminating apparatus 300 to be moved to the filter fiber laminating apparatus 300.
  • the second mixing step S40 is a process step of mixing the second filter slurry 50 prepared by the second filter slurry manufacturing step S20 with water so as to have a headbox concentration of 0.03 to 0.06 mass%.
  • the second filter slurry 50 mixed at a headbox concentration of 0.03 to 0.06 mass% by the second mixing step (S40) is mixed in a previously prepared accommodating space, and the accommodating space is used in the liquid lamination step (S50).
  • the second filter slurry received through the pipe is connected to the filter fiber laminating apparatus 300 to be moved to the filter fiber laminating apparatus 300.
  • Liquid phase stacking step (S50) is the first filter slurry 30 mixed in water at a head box concentration of 0.05 ⁇ 1.00 mass% by the first mixing step (S30) using the filter fiber laminating apparatus 300 of FIG. ) And a second filter slurry 50 mixed in water at a headbox concentration of 0.03 to 0.06 mass% by the second mixing step (S40) in a liquid phase.
  • the filter media is formed in a two-layer structure by stacking the second filter slurry on the first filter slurry.
  • the process of laminating the first filter slurry and the second filter slurry in the liquid phase by the filter fiber laminating apparatus 300 will be described in detail with reference to FIGS. 7 and 8.
  • the water removal step (S60) is a process step of removing water from the filter media in which the first filter slurry and the second filter slurry are stacked by the stacking step (S50), and the filter fiber lamination apparatus 300 of FIG. 7 described later.
  • the suction part 308 is used to remove moisture from the filter media. At this time, the suction part 308 sucks air at a vacuum pressure of 10 ⁇ 100cmHg to remove more than 90% of the moisture of the slurry.
  • Pressurization step (S70) is a process step for maintaining the formability of the filter media as well as to increase the interlayer binding force by pressing the filter media from which water is removed by the water removal step (S60).
  • the pressure of the rollers is preferably 100 to 1,000 kgf / cm2.
  • Residual moisture drying step (S80) is a process step of producing the residual moisture of the filter media passed through the pressing step (S70), in detail, the positively charged filter media is dried using hot air at a temperature of 100 ⁇ 150 °C.
  • FIG. 7 is a side view illustrating the filter fiber laminating apparatus applied to the liquid lamination step of FIG. 6, and FIG. 8 is a perspective view excluding the roof plate of FIG. 7.
  • the filter fiber laminating apparatus 300 of FIGS. 7 and 8 is applied to the liquid lamination step S50 and mixed with water at a headbox concentration of 0.05 to 1.00 mass% by the first mixing step S30. ) And a second filter slurry 50 mixed in water at a headbox concentration of 0.03 to 0.06 mass% by the second mixing step (S40) in a liquid phase.
  • the filter fiber laminating apparatus 300 has an inner space with one side and an upper surface opened, and a cover plate installed on the upper surface of the enclosure 311 and the opened upper surface of the enclosure 311 having one side formed as an inclined surface.
  • Receiving portion 301 including a 313, and formed of a plate is installed in the interior of the housing 311 of the receiving portion 301 to the internal space of the housing 311 the first receiving space 321 and the second receiving space A first inflow for introducing the first filter slurry and the second filter slurry into the separation part 303 separated by the 322 and the first accommodation space 321 and the second accommodation space 322 of the housing 311, respectively.
  • the opening 304 of the enclosure 311 is formed by being provided at a predetermined interval between the furnace 304 and the second inflow passage 305 and a plate material to which both ends are connected to each other.
  • a suction part 308 which is provided at a lower portion of the roof plate 306 region located directly below the opening portion 331 of 311 and sucks water from the filter slurry stacked on the roof plate 306;
  • the upper portion is formed of an open housing, but is formed on the ground along the path of the roof plate 306 and includes a suction part 308 and a storage part 309 for receiving water drained from the roof plate 306.
  • the positively charged filter filter material 1 is formed in a two-layer structure, so that the separation part 303 is one, and thus the inner space of the enclosure 311 is provided in one separation part 303.
  • the first filter slurry and the second filter slurry are separated into the first receiving space 321 and the second receiving space 322, respectively, for example, but the separation unit 303, the inlet and the housing 311
  • the quantity of the accommodating space may be changed in correspondence with the quantity of the fibrous layer forming the positively charged filter filter material (1).
  • the separation part is composed of two, and the two separation parts are installed inside the enclosure 311 so as to be parallel to the lower surface of the enclosure 311, but are spaced apart from each other. By being installed, the inner space of the enclosure 311 is separated into three accommodation spaces.
  • the inner space of the housing 311 is separated into the first accommodating space 321 and the second accommodating space 322 by the separating part 303, and the second accommodating space.
  • the second filter slurry is introduced and received through the second inflow path 305, and the first inflow path 304 is formed in the first accommodation space 321 formed in the upper portion of the second accommodation space 322. Through the first filter slurry is introduced and accommodated.
  • the first filter slurry and the second filter slurry accommodated in the first accommodation space 321 and the second accommodation space 322 is moved to the end of the separation portion through the roof plate (331) formed by the inclined opening 331 of the housing 311 ( 306 flows to the top.
  • the roof plate 306 is moved in the direction A from the lower side to the upper side, when the first second filter slurry is seated on the upper surface of the roof plate 306, the first filter slurry is stacked on the upper portion of the second filter slurry. do.
  • the inclination angle of the opening 331 and the roof plate 306 of the housing 311 is preferably formed to 10 to 45 degrees. At this time, if the inclination angles of the opening 331 and the roof plate 306 is less than 10 degrees, the air permeability increases because the fiber layers are stacked in a flat state, and if it is more than 45 degrees, the roof plate is excessively inclined. As a result, the filter fibers of the filter slurry solution discharged to the upper surface of the roof plate are moved downwardly along the roof plate in a state in which they are not laminated, so that the lamination process is not performed efficiently.
  • roof plate 306 is a microfiber mesh of hydrophilic PET material 70-80 mesh.
  • the roof plate 306 is adjusted to correspond to the stacking height of the slurry and the thickness of the positively charged filter media, and in detail, it is preferably 10 to 100 m / min.
  • the water of the filter slurry solution stacked on the roof plate 306 is drained to the lower portion of the roof plate 306 through the drain groove (not shown), but the filter composition (fibers) of the filter slurry solution does not pass through the drain groove. It is deposited on top of the roof plate 306 in an unsatisfactory state.
  • the suction part 308 installed under the roof plate 306 in the region directly below the opening of the housing 311 is the moisture of the filter slurry laminated by sucking the moisture of the filter slurry solution formed on the roof plate 306. This can be efficiently removed.
  • the suction part 308 sucks the slurry laminated on the upper part of the roof plate 306 to remove 90% or more of the moisture of the slurry, and in particular, it is preferable to generate a vacuum pressure of 10 to 100 cmHg.
  • Table 1 is a table
  • Table 1 1st layer filter 2-layer filter media Filter composition Colloidal resin Filter composition (% by weight) Dispersion (% by weight) Filter composition (% by weight) Colloid (wt%) Cellulose (% by weight) Ultra fine fiber (wt%) Fine fiber (wt%) ⁇ Strand (wt%) Melamine (% by weight) Hydrochloric acid (% by weight) Water (% by weight)
  • a first fiber layer comprising 2.0 wt% of a filter composition and 98 wt% of a dispersion
  • a second fiber layer composed of 60 wt% of a filter composition, 25 wt% of a colloidal resin, and 15 wt% of cellulose;
  • the filter composition is composed of 60% by weight of ultrafine short fibers, 25% by weight of fine fibers, and 15% by weight of glass fibers,
  • the colloidal resin consists of 20% by weight of melamine formaldehyde, 3% by weight of hydrochloric acid, and 77% by weight of water.
  • a first fiber layer comprising 2.0 wt% of a filter composition and 98 wt% of a dispersion
  • a second fiber layer composed of 70 wt% of a filter composition, 15 wt% of a colloidal resin, and 15 wt% of cellulose;
  • the filter composition is composed of 60% by weight of ultrafine short fibers, 25% by weight of fine fibers, and 15% by weight of glass fibers,
  • the colloidal resin consists of 20% by weight of melamine formaldehyde, 3% by weight of hydrochloric acid, and 77% by weight of water.
  • a first fiber layer comprising 2.0 wt% of a filter composition and 98 wt% of a dispersion
  • a second fiber layer composed of 50 wt% of a filter composition, 20 wt% of a colloidal resin, and 30 wt% of cellulose;
  • the filter composition is composed of 60% by weight of ultrafine short fibers, 25% by weight of fine fibers, and 15% by weight of glass fibers,
  • the colloidal resin consists of 20% by weight of melamine formaldehyde, 3% by weight of hydrochloric acid, and 77% by weight of water.
  • a first fiber layer comprising 2.0 wt% of a filter composition and 98 wt% of a dispersion
  • a second fiber layer comprising 40 wt% of a filter composition, 35 wt% of a colloidal resin, and 25 wt% of cellulose;
  • the filter composition is composed of 60% by weight of ultrafine short fibers, 25% by weight of fine fibers, and 15% by weight of glass fibers,
  • the colloidal resin consists of 20% by weight of melamine formaldehyde, 3% by weight of hydrochloric acid, and 77% by weight of water.
  • a first fiber layer comprising 2.0 wt% of a filter composition and 98 wt% of a dispersion
  • a second fiber layer composed of 80 wt% of a filter composition, 5 wt% of a colloidal resin, and 15 wt% of cellulose;
  • the filter composition is composed of 60% by weight of ultrafine short fibers, 25% by weight of fine fibers, and 15% by weight of glass fibers,
  • the colloidal resin consists of 20% by weight of melamine formaldehyde, 3% by weight of hydrochloric acid, and 77% by weight of water.
  • a first fiber layer comprising 2.0 wt% of a filter composition and 98 wt% of a dispersion
  • a second fiber layer composed of 80 wt% of a filter composition, 15 wt% of a colloidal resin, and 5 wt% of cellulose;
  • the filter composition is composed of 60% by weight of ultrafine short fibers, 25% by weight of fine fibers, and 15% by weight of glass fibers,
  • the colloidal resin consists of 20% by weight of melamine formaldehyde, 3% by weight of hydrochloric acid, and 77% by weight of water.
  • a first fiber layer comprising 2.0 wt% of a filter composition and 98 wt% of a dispersion
  • a second fiber layer composed of 60 wt% of a filter composition, 15 wt% of a colloidal resin, and 25 wt% of cellulose;
  • the filter composition is composed of 80% by weight ultrafine short fibers, 10% by weight fine fibers, 10% by weight glass fibers,
  • the colloidal resin consists of 20% by weight of melamine formaldehyde, 3% by weight of hydrochloric acid, and 77% by weight of water.
  • a first fiber layer comprising 2.0 wt% of a filter composition and 98 wt% of a dispersion
  • a second fiber layer composed of 60 wt% of a filter composition, 15 wt% of a colloidal resin, and 25 wt% of cellulose;
  • the filter composition is composed of 30% by weight of ultrafine short fibers, 55% by weight of fine fibers, and 15% by weight of glass fibers,
  • the colloidal resin consists of 20% by weight of melamine formaldehyde, 3% by weight of hydrochloric acid, and 77% by weight of water.
  • a first fiber layer comprising 2.0 wt% of a filter composition and 98 wt% of a dispersion
  • a second fiber layer composed of 60 wt% of a filter composition, 15 wt% of a colloidal resin, and 25 wt% of cellulose;
  • the filter composition is composed of 35% by weight ultrafine short fibers, 25% by weight fine fibers, 40% by weight glass fibers,
  • the colloidal resin consists of 20% by weight of melamine formaldehyde, 3% by weight of hydrochloric acid, and 77% by weight of water.
  • a first fiber layer comprising 2.0 wt% of a filter composition and 98 wt% of a dispersion
  • a second fiber layer composed of 70 wt% of a filter composition, 15 wt% of a colloidal resin, and 15 wt% of cellulose;
  • the filter composition is composed of 60% by weight of ultrafine short fibers, 25% by weight of fine fibers, and 15% by weight of glass fibers,
  • the colloidal resin consists of 3% by weight of melamine formaldehyde, 3% by weight of hydrochloric acid, and 94% by weight of water.
  • a first fiber layer comprising 2.0 wt% of a filter composition and 98 wt% of a dispersion
  • a second fiber layer composed of 70 wt% of a filter composition, 15 wt% of a colloidal resin, and 15 wt% of cellulose;
  • the filter composition is composed of 60% by weight of ultrafine short fibers, 25% by weight of fine fibers, and 15% by weight of glass fibers,
  • the colloidal resin consists of 35% by weight of melamine formaldehyde, 3% by weight of hydrochloric acid, and 62% by weight of water.
  • the electrical properties of the filter media were analyzed by measuring the zeta potential value of the filter media, and the zeta potential value was measured using an ELS8000 Zeta Potentiometer of Otsuka Electronics.
  • the water flow rate test measured the flow rate per minute after 100 L water flow with the tap water fixed at 2.0 kgf / cm 2.
  • Preparation to a final number of bacteria is 10 5 CFU / ml of E. coli could be the removal of the free residual chlorine, and can prepare a back mounted a filter 100L collected after passing the sample to measure the number of bacteria.
  • Table 2 shows the measured values of Examples 1-3 and Comparative Examples 1-8 for Experimental Examples 1-3.
  • Examples 1 to 3 have zeta potential values of 12.85w mV, 11.93 mV, and 12.51 mV as the second fiber layer contains 25 wt%, 15 wt%, and 20 wt% of the colloidal resin. It can be seen that a positive charge is added to the glass fibers of the fiber layer.
  • Examples 1 to 3 show that the filter composition including the ultrafine short fibers in the second fiber layer contains 60% by weight, 70% by weight, and 50% by weight. Can be.
  • Example 1 since the filter slurries including the filter composition containing the ultrafine short fibers are formed in a two-layer structure, it can be seen that they have a high bacterial removal ability of 99.9%, and the second fiber layer contains 25 wt% of the colloidal resin. It can be seen that it has an excellent virus removal capacity of 99.997%.
  • Comparative Examples 1 to 8 measured the zeta potential values of 18.60 mV, 5.70 mV, 11.90 mV, 11.94 mV, 11.93 mV, 11.93 mV, 2.75 mV, 15.60 mV through Experimental Example 3, and 2.8 L / min through Experimental Example 4
  • the water flow rates of 2.2 L, 2.2 L, 2.4 L, 2.2 L, 2.6 L, 2.4 L and 2.4 L were measured.
  • Comparative Example 1 since the colloidal resin for adding the positive charge is contained in the second fiber layer at 35 wt%, it can be seen that the zeta potential value is higher than that of the other comparative examples, but the colloidal resin is limited in the present invention. As the content of the colloidal resin exceeds 25% by weight, that is, the content of the filter composition decreases, the long density of the fiber and the network constituting the fiber decreases, and thus the bactericidal ability is deteriorated.
  • the zeta potential value decreases as 5 wt% of the colloidal resin is contained in the second fiber layer, and in Comparative Example 7, the zeta potential value decreases when 3 wt% of the melamine is contained in the colloidal resin.
  • Comparative Example 1 as the second fiber layer contains 40 wt% of the filter composition, that is, as the content of the ultrafine short fibers decreases, the amount of water flow increases as compared with other comparative examples.
  • Comparative Example 8 35 wt% of melamine was contained in the colloidal resin, and the zeta potential value was measured to be high. However, as the content of the filter composition was decreased, the density of the fibers between the fibers was reduced, the pore structure was increased, and thus the bacteria and viruses were removed. Ineffective results were shown.
  • the turbidity preparation water (kaolin particles) was fixed at 2.0 kgf / cm 2 and passed through 100L and analyzed using a filtration analyzer.
  • Table 3 shows the collection efficiency (%) of Examples 1-3 and Comparative Examples 1-8.
  • Examples 1 to 3 was passed through the preparation water containing kaolin particles having a particle size of 0.1 ⁇ 1.0 ⁇ m
  • the 1.0 ⁇ m particle removal efficiency has excellent collection efficiency of 100.0%, 100.0%, and 99.8%.
  • Comparative Examples 1 to 8 have 1.0.mu.m particle removal efficiencies of 98.8%, 99.5%, 99.7%, 98.2%, 97.2%, 97.3 when Experimental Example 4 is carried out through the preparation water containing the kaolin particles having a particle size of 0.1 to 1.0 ⁇ m. It can be seen that the collection efficiency is%, 98.2%, 98.0%.
  • the filter composition is contained in the second fiber layer 40% by weight, and as described above in Table 2, the zeta potential value and the virus removal ability are excellent, but the content of the filter composition is reduced, indicating that the collection efficiency is lowered.
  • Comparative Example 8 the colloidal resin contained 35% by weight of melamine, and thus the zeta potential value was high as described above in Table 2, but the content of the filter composition was decreased, and as the pore structure was increased, the density of the network between fibers was decreased. The results were ineffective in removing bacteria and viruses. At this time, in Comparative Example 8, as the positive charge is excessively added to the glass fibers, repulsion force is generated between the fibers, so that the bonds representing the degree of dispersion among the fibers are very different, and ultimately, the variation in pore size becomes large.

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Abstract

본 발명은 섬유층들이 2층 구조로 형성되되 제2 섬유층에 양전하가 부가됨으로써 미생물 여과율 및 포집효율이 증가할 뿐만 아니라 압력손실이 절감되며, 섬유층들이 액상으로 적층되어 니들펀칭기, 수지접착제, 계면활성제 및 열융착 등과 같은 별도의 결속수단 없이 섬유층들을 견고하게 결속시킬 수 있으며, 공극 및 원형이 변형되지 않아 소망의 필터 기능을 수행할 수 있고, 각 섬유층의 필터슬러리에 함유되는 필터조성물이 0.1 ~ 1.0㎛의 직경을 갖는 유리섬유인 초극세 단섬유 55 ~ 75 중량%와, 1.0 ~ 5.0㎛의 직경을 갖는 유리섬유인 미세섬유 10 ~ 25 중량%와, 5㎛ 이상의 직경을 갖는 유리섬유인 촙 유리섬유 0 중량% 초과 내지 35 중량%로 이루어짐으로써 통수량 및 포집효율을 높일 수 있는 양전하가 부가된 2층 구조의 다공성 필터미디어 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

양전하가 부가된 2층 구조의 다공성 필터미디어 및 이의 제조 방법
본 발명은 양전하가 부가된 2층 구조의 다공성 필터미디어 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 상세하게로는 고농도 및 저농도를 갖는 섬유층들을 액상으로 적층하되 고농도의 제2 섬유층에 양전하를 부가함으로써 여과효율 및 포집효율을 높임과 동시에 압력손실을 낮추며, 별도의 결합부재 없이 섬유층들의 결속력을 높일 수 있는 양전하가 부가된 2층 구조의 다공성 필터미디어 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
필터여과재(filter medium)는 유체 또는 수분이 통과하는 이동경로에 설치되어 유체 내 미세분진 또는 수분 내 오염물질을 필터링 하는 장치이다.
통상적으로 용수 내에는 천연유기물질(Natural organic matter, Nom), 이온성 물질 및 화학물질들이 존재하고, 이러한 물질들은 상수처리 과정에서 완전히 제거되지 않을 경우 용수를 오염시킴과 동시에 새로운 오염물질을 발생시키는 원인으로 작용한다. 특히 바이러스는 미세한 크기로 형성되어 일반 여과로는 필터링 되지 않을 뿐만 아니라 내성이 강한 Cyst를 형성하여 용수 내에서 수개월 이상 안정적으로 생존할 수 있다.
이러한 용수 오염은 인체의 건강에 직결되기 때문에 용수 내 오염물질을 효율적으로 필터링 하기 위한 수처리 필터여과재에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다.
이에 따라 본 출원인은 유리섬유에 양전하를 부가하여 음전하를 띄는 바이러스와 같은 미생물을 효율적으로 여과할 수 있는 양전하가 부가된 다공성 필터미디어를 연구하여 국내등록특허 제10-0513602호(발명의 명칭 : 양전하가 부가된 다공성 필터미디어 제조 장치 및 방법)로 등록받았고, 조밀층 및 벌키층을 액상으로 적층시켜 압력손실을 낮추며, 포집효율을 높인 2층 구조의 필터미디어를 연구하여 국내등록특허 제10-1201759호(발명의 명칭 : 고농도 및 저농도의 2층 구조를 갖는 필터 여과재)로 등록받았다.
국내등록특허 제10-0513602호에 기재된 다공성 필터미디어는 유리섬유에 양전하를 부가하기 위한 콜로이드 수지를 포함하여 음전하를 띄는 미생물을 효율적으로 필터링 할 수 있는 장점을 갖으나, 섬유층이 단층으로 형성되어 포집효율이 떨어지며 압력손실이 높은 단점을 갖는다.
국내등록특허 제10-1201759호에 기재된 필터 여과재는 초극세 단섬유를 포함하는 필터슬러리를 서로 다른 헤드박스농도를 갖도록 제조한 후 서로 다른 헤드박스농도를 갖는 필터슬러리들을 액상으로 적층시킴으로써 2층 구조의 섬유층들로 형성되어 압력손실이 절감되며, 포집효율이 증가하는 장점을 갖으나, 섬유층에 양전하를 부가하기 위한 별도의 수단이 기재되지 않아 음전하를 띄는 미생물을 효율적으로 필터링 하지 못하는 한계를 갖는다.
도 1은 국내등록특허 제10-0513602호(발명의 명칭 : 양전하가 부가된 다공성 필터미디어 제조 장치 및 방법)에 개시된 양전하가 부가된 다공성 필터 제조 장치를 나타내는 측면도이다.
도 1의 다공성 필터 제조 장치(이하 종래기술이라고 함)(100)는 슬러리를 교반시키는 교반기(102)와, 교반기(102)에 의해 교반된 슬러리가 적층되어 필터미디어(101)를 형성하는 벨트(103)와, 벨트(103)에 적층된 필터미디어(101) 내 수분을 제거하는 진공 흡입 장치(104)와, 진공 흡입 장치(104)에 의해 수분이 제거된 필터미디어를 가압하는 롤러 가압 장치(105)와, 롤러 가압 장치(105)를 통과한 필터 미디어(101) 내의 잔여 수분을 제거하기 위한 건조 장치(106)와, 건조 장치(106)에 의해 잔여 수분이 제거된 필터미디어(101)를 벨트(103)로부터 분리시켜 권취하는 권취 장치(107)로 이루어진다.
교반기(102)는 멜라민 포름알데히드(Melamine formaldehyde), 콜로이드 실리카(colloidal silica) 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 중량비 15∼25%의 수지에, 중량비 2∼5%의 염산(Muriatic Acid), 중량비 70∼80 %의 물을 혼합 교반하여 콜로이드 수지를 제조한 후 지름이 0.05∼0.75 ㎛인 유리 섬유 50∼70 중량%, 지름이 10∼20㎛인 셀룰로오스 20∼45 중량%, 상기 콜로이드 수지 5∼20 중량%를 혼합 교반함으로써 슬러리를 제조한다.
이와 같이 종래기술(100)은 유리섬유 및 콜로이드 수지를 교반시켜 유리섬유에 양전하를 부가함으로써 음전하를 띠는 미생물 여과효율을 획기적으로 높일 수 있게 된다.
그러나 종래기술(100)은 유리섬유, 셀룰로오스 및 콜로이드 수지로 이루어지는 섬유층이 단층으로 형성되기 때문에 섬유층이 복수층으로 형성될 때에 비교하여 압력손실이 증가하며, 포집효율이 떨어지는 단점을 갖는다.
이러함 문제점을 극복하기 위하여 공지된 니들펀칭기, 수지접착제, 계면활성제 및 열융착 등과 같은 방법을 적용하여 종래기술(100)을 복수개의 섬유층으로 형성하더라도 섬유층들을 결속하기 위한 전술하였던 방법은 섬유 원형 및 원성질을 변형 및 파괴시킬 뿐만 아니라 제조 과정이 번거로운 단점을 갖는다.
또한 종래기술(100)에 본 발명인에 의하여 출원된 국내등록특허 제10-1201759호(발명의 명칭 : 고농도 및 저농도의 2층 구조를 갖는 필터 여과재)의 액상 적층 방법을 적용시킬 경우 함유성분들의 중량비가 적절하지 않으면, 수처리용 필터에 있어서 가장 중요한 요소인 통수량 및 누적유량이 떨어지는 단점을 갖게 된다.
이와 같이 유리섬유에 양전하를 부가하여 용수 내의 세균 및 바이러스 여과효율을 높임과 동시에 함유성분들이 적절한 중량비로 혼합되어 포집효율을 높이되 압력손실을 절감시킬 수 있는 수처리용 필터미디어에 대한 연구가 시급한 실정이다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 해결과제는 고농도 및 저농도를 형성하는 섬유층들로 이루어지되 제2 섬유층에 양전하를 부가함으로써 미생물 여과효율을 획기적으로 높임과 동시에 포집효율을 높이고, 압력손실을 절감시킬 수 있는 양전하가 부가된 2층 구조의 다공성 필터미디어 및 이의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명의 다른 해결과제는 고농도 및 저농도를 형성하는 섬유층들이 액상으로 적층됨으로써 압력손실을 더욱 절감시킬 수 있으며, 니들펀칭기, 수지접착제, 계면활성제 및 열융착 등과 같은 별도의 결속수단을 사용하지 않아도 층간 결속이 뛰어남과 동시에 공극 및 원형이 변형되지 않아 소망의 필터 기능을 수행할 수 있는 양전하가 부가된 2층 구조의 다공성 필터미디어 및 이의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명의 또 다른 해결과제는 제1 섬유층 및 제2 섬유층에 함유되는 필터조성물이 0.1 ~ 1.0㎛의 직경을 갖는 유리섬유인 초극세 단섬유 55 ~ 75 중량%와, 1.0 ~ 5.0㎛의 직경을 갖는 유리섬유인 미세섬유 10 ~ 25 중량%와, 5㎛ 이상의 직경을 갖는 유리섬유인 촙 유리섬유 0 중량% 초과 내지 35 중량%로 이루어짐으로써 통수량 및 여과효율이 우수한 양전하가 부가된 2층 구조의 다공성 필터미디어 및 이의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기 해결과제를 해결하기 위한 본 발명의 해결수단은 유리섬유에 양전하를 부가하여 용수 내 세균 및 바이러스를 필터링 하기 위한 양전하성 다공성 필터미디어 제조 방법에 있어서: 멜라민 포름알데히드(Melamine formaldehyde), 콜로이드 실리카(colloidal silica) 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 수지 5∼25 중량%와, 염산(Muriatic Acid) 2∼5 중량%와, 물 70∼80 중량%를 혼합 교반하여 콜로이드 수지를 제조하는 콜로이드 수지 제조단계; 직경 0.1 ~ 1.0㎛의 유리섬유인 초극세 단섬유 20 ~ 40 중량%, 직경 1.0 ~ 5.0㎛의 유리섬유인 미세섬유 10 ~ 25 중량% 및 직경 5㎛ 이상의 유리섬유인 촙 유리 섬유 0 중량% 초과 내지 35 중량%로 이루어지는 필터조성물 1.5 ~ 2.5 중량%와, 물 97.5 ~ 98.5 중량%를 혼합하여 제1 필터슬러리를 제조하는 제1 필터슬러리 제조단계; 상기 필터조성물 50 ~ 70 중량%와, 상기 콜로이드 수지 10 ~ 25 중량%와, 셀룰로오스 15 ~40 중량%를 혼합하여 제2 필터슬러리를 제조하는 제2 필터슬러리 제조단계; 상기 제1 필터슬러리 제조단계에 의해 제조된 상기 제1 필터슬러리와, 상기 제2 필터슬러리 제조단계에 의해 제조된 상기 제2 필터슬러리를 액상으로 적층시키는 액상적층단계; 상기 액상적층단계에 의해 적층된 필터미디어의 수분을 흡입하는 수분제거단계; 상기 수분제거단계를 통과한 필터미디어를 가압하는 가압단계; 상기 가압단계를 통과한 필터미디어를 권취시키는 권취단계를 포함하는 것이다.
또한 본 발명에서 상기 액상적층단계는 상기 제1 필터슬러리를 헤드박스농도 0.05 ~ 1.00질량%로, 상기 제2 필터슬러리를 헤드박스농도 0.03 ~ 0.06 질량%로 적층시키는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 가압단계 이후에 진행되어 상기 가압단계를 통과한 필터미디어의 잔여수분을 제거하는 잔여수분 제거단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 다른 해결수단은 유리섬유에 양전하를 부가하여 용수 내 세균 및 바이러스를 필터링 하기 위한 양전하성 다공성 필터미디어에 있어서: 직경 0.1 ~ 1.0㎛의 유리섬유인 초극세 단섬유 20 ~ 40 중량%, 직경 1.0 ~ 5.0㎛의 유리섬유인 미세섬유 10 ~ 25 중량% 및 직경 5㎛ 이상의 유리섬유인 촙 유리 섬유 0 중량% 초과 내지 35 중량%로 이루어지는 필터조성물 1.5 ~ 2.5 중량%와, 물 97.5 ~ 98.5 중량%를 혼합 교반한 제1 필터슬러리로 형성되는 제1 섬유층; 멜라민 포름알데히드(Melamine formaldehyde), 콜로이드 실리카(colloidal silica) 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 수지 5∼25 중량%와, 염산(Muriatic Acid) 2∼5 중량%와, 물 70∼80 중량%를 혼합 교반한 콜로이드 수지 10 ~ 25 중량%와, 상기 필터조성물 50 ~ 70 중량%와, 셀룰로오스 15 ~ 40 중량%를 혼합 교반한 제2 필터슬러리로 형성되는 제2 섬유층을 포함하는 것이다.
또한 본 발명에서 상기 제1 섬유층 및 상기 제2 섬유층은 상기 제1 필터슬러리 및 상기 제2 필터슬러리가 액상으로 적층되어 형성되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 제1 섬유층 및 상기 제2 섬유층은 액상으로 적층될 때 0.05 ~ 1.00 질량% 및 0.03 ~ 0.06 질량%의 헤드박스농도로 적층되는 것이 바람직하다.
상기 해결 수단을 갖는 본 발명에 따르면 섬유층들이 2층 구조로 형성되되 제2 섬유층에 양전하가 부가됨으로써 미생물 여과효율 및 포집효율이 증가할 뿐만 아니라 압력손실이 절감된다.
또한 본 발명에 의하면 섬유층들이 액상으로 적층되기 때문에 니들펀칭기, 수지접착제, 계면활성제 및 열융착 등과 같은 별도의 결속수단 없이 섬유층들을 견고하게 결속시킬 수 있으며, 공극 및 원형이 변형되지 않아 소망의 필터 기능을 수행할 수 있게 된다.
또한 본 발명에 의하면 각 섬유층의 필터슬러리에 함유되는 필터조성물이 0.1 ~ 1.0㎛의 직경을 갖는 유리섬유인 초극세 단섬유 55 ~ 75 중량%와, 1.0 ~ 5.0㎛의 직경을 갖는 유리섬유인 미세섬유 10 ~ 25 중량%와, 5㎛ 이상의 직경을 갖는 유리섬유인 촙 유리섬유 0 중량% 초과 내지 35 중량%로 이루어짐으로써 통수량 및 포집효율이 증가하게 된다.
도 1은 국내등록특허 제10-0513602호(발명의 명칭 : 양전하가 부가된 다공성 필터미디어 제조 장치 및 방법)에 개시된 양전하가 부가된 다공성 필터 제조 장치를 나타내는 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예인 양전하성 필터미디어를 나타내는 측면도이다.
도 3은 도 2의 함유성분을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 도 2의 제1 섬유층을 형성하는 제1 필터슬러리의 제조 공정을 나타내는 순서도이다.
도 5는 도 2의 제2 섬유층을 형성하는 제2 필터슬러리의 제조 공정을 나타내는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예인 양전하성 필터여과재 제조과정을 나타내는 순서도이다.
도 7은 도 6의 액상적층단계에 적용되는 필터섬유 적층장치를 나타내는 측면도이다.
도 8은 도 7에서 루프판을 제외한 사시도이다.
도 9는 실시예 1 내지 3과, 비교예 1 내지 8에 대한 실험예 5의 포집효율을 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예인 양전하성 필터미디어를 나타내는 측면도이고, 도 3은 도 2의 함유성분을 설명하기 위한 예시도이다.
도 2와 3의 양전하성 필터여과재(1)는 서로 다른 헤드박스농도를 갖는 필터슬러리들이 액상으로 적층되어 저농도 및 고농도를 형성하는 제1 섬유층(3) 및 제2 섬유층(5)의 2층 구조를 형성하되 고농도를 형성하는 제2 섬유층(5)의 유리섬유에 양전하를 부가하여 음전하를 띠는 미생물의 여과효율을 획기적으로 높인 필터미디어이다.
또한 제1 섬유층(3)은 0.05 ~ 1.00 질량%의 헤드박스농도를 갖는 제1 필터슬러리(30)로 형성되고, 제1 필터슬러리(30)는 필터조성물(20) 1.5 ~ 2.5 중량%와, 후술되는 도 4의 분산액 제조단계(S11)에 의해 제조되는 분산액(51) 97.5 ~ 98.5 중량%가 혼합되어 제조된다. 이때 필터조성물(20)은 0.1 ~ 1.0㎛의 직경을 갖는 유리섬유인 초극세 단섬유(21) 55 ~ 75 중량%와, 1.0 ~ 5.0㎛의 직경을 갖는 유리섬유인 미세섬유(22) 10 ~ 25 중량%와, 5㎛ 이상의 직경을 갖는 유리섬유인 촙 유리섬유(23) 0 중량% 초과 내지 35 중량%로 이루어진다.
또한 제2 섬유층(5)은 0.03 ~ 0.06 질량%의 헤드박스농도를 갖는 제2 필터슬러리(50)로 형성되고, 제2 필터슬러리(50)는 필터조성물(20) 50 ~ 70 중량%와, 콜로이드 수지(51) 10 ~ 25 중량%와, 셀룰로오스(53) 15 ~ 40 중량%가 혼합되어 제조된다. 이때 콜로이드 수지(51)는 멜라민 포름알데히드(Melamine formaldehyde), 콜로이드 실리카(colloidal silica) 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 수지 5∼25 중량%와, 염산(Muriatic Acid) 2∼5 중량%와, 물 70∼80 중량%를 혼합 교반하여 제조된다.
또한 양전하성 필터여과재(1)의 제1 섬유층(3) 및 제2 섬유층(5)은 제1 필터슬러리(30) 및 제2 필터슬러리(50)들이 후술되는 도 7의 필터섬유 적층장치(300)에 의하여 액상으로 적층되기 때문에 니들펀칭기, 수지접착제, 계면활성제 및 열융착 등과 같은 별도의 결속수단을 사용하지 않고도 섬유층(3), (5)들이 견고하게 결속될 뿐만 아니라 섬유층(3), (5)들의 공극 및 원형이 변형되지 않아 소망의 필터 기능을 수행할 수 있게 된다.
제1 필터슬러리(30) 및 제2 필터슬러리(50)를 형성하는 필터조성물(20)은 전술하였던 바와 같이 0.1 ~ 1.0㎛의 직경을 갖는 초극세 단섬유(21) 55 ~ 75 중량%와, 1.0 ~ 5.0㎛의 직경을 갖는 미세섬유(22) 10 ~ 25 중량%와, 5㎛ 이상의 직경을 갖는 촙 유리섬유(23) 0 중량% 초과 내지 35 중량%로 이루어진다.
초극세 단섬유(21) 및 미세섬유(22)는 붕규산 유리, 내산성을 갖는 C 유리, 전기 절연성을 가는 E 유리(무알칼리 유리), 저붕소 유리 및 실리카 유리들 중 하나이거나 또는 적어도 2개 이상이 혼합된 것들 중 어느 하나인 유리 단섬유로 형성된다.
또한 초극세 단섬유(21)는 0.1 ~ 1.0㎛의 직경을 갖는 유리섬유이며, 필터조성물(20)의 55 ~ 75 중량%로 구성된다. 이때 양전하성 필터여과재(1)는 만약 초극세 단섬유(21)의 함유량이 55 중량% 미만이면 초극세 단섬유의 함유량이 낮아져 포집효율이 떨어지게 되고, 만약 초극세 단섬유(21)의 함유량이 77 중량%를 초과하면 섬유층들 간의 결속력 및 압력손실이 떨어지게 된다.
또한 미세섬유(22)는 1.0 ~ 5.0㎛의 직경을 갖는 유리섬유이며, 필터조성물(20)의 10 ~ 25 중량%로 구성된다.
또한 촙 유리섬유(23)는 초극세 단섬유(21) 및 미세섬유(22)보다 직경이 크게, 상세하게로는 5㎛ 이상의 직경을 갖는 유리섬유로 형성되며, 필터조성물(20)의 0 중량% 초과 내지 35 중량%로 구성된다.
도 4는 도 2의 제1 섬유층을 형성하는 제1 필터슬러리의 제조 공정을 나타내는 순서도이다.
제1 필터슬러리 제조 공정(S10)은 도 4에 도시된 바와 같이 분산액 제조단계(S11)와, 필터조성물 준비단계(S12), 제1 교반단계(S13)로 이루어진다.
분산액 제조단계(S11)는 용해액인 물을 10 ~ 30℃로 유지하는 공정을 수행하며, 온도 10 ~ 30℃의 물인 분산액(31)은 제1 교반단계(S13)에 사용된다. 이때 분액(용해액)의 온도는 20℃인 것이 바람직하다.
필터조성물 준비단계(S12)는 초극세 단섬유(21) 55 ~ 75 중량%와, 미세섬유(22) 10 ~ 25 중량%와, 촙 유리섬유(23) 0 ~ 35 중량%를 포함하는 필터조성물(20)을 준비하는 공정단계이다.
제1 교반단계(S13)는 필터조성물 준비단계(S12)에 의해 준비된 필터조성물(20) 1.5 ~ 2.5 중량%를, 분산액 제조단계(S11)에 의해 제조된 분산액(31) 97.5 ~ 98.5 중량%에 혼합 교반함으로써 제1 필터슬러리(30)를 제조하는 공정단계이다.
도 5는 도 2의 제2 섬유층을 형성하는 제2 필터슬러리의 제조 공정을 나타내는 순서도이다.
도 5의 제2 필터슬러리 제조 공정(S20)은 콜로이드 수지 제조단계(S21), 필터 조성물 준비단계(S22), 제2 교반단계(S23)로 이루어진다.
콜로이드 수지 제조단계(S21)는 멜라민 포름알데히드(Melamine formaldehyde), 콜로이드 실리카(colloidal silica) 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 수지 5∼25 중량%와, 염산(Muriatic Acid) 2∼5 중량%와, 물 70∼80 중량%를 혼합 교반하여 콜로이드 수지(51)를 제조하는 공정 단계이다.
필터 조성물 제조단계(S22)는 전술하였던 도 4의 필터조성물 제조 단계(12)와 동일한 과정으로 이루어져 필터조성물(20)을 제조하는 공정 단계이다.
제2 교반단계(S23)는 콜로이드 수지 제조단계(S21)에 의해 제조된 콜로이드 수지(51) 10 ~ 25 중량%와, 필터 조성물 제조단계(S22)에 의해 제조된 필터 조성물(20) 50 ~ 70 중량%와, 셀롤로오스(53) 15 ~ 40 중량%를 혼합 교반하여 제2 필터슬러리(50)를 제조한다.
도 6은 본 발명의 일실시예인 양전하성 필터여과재 제조과정을 나타내는 순서도이다.
도 6의 양전하성 필터여과재 제조방법(S1)은 전술하였던 도 4의 제1 필터슬러리 제조단계(S10)와, 전술하였던 도 5의 제2 필터슬러리 제조단계(S20)와, 제1 필터슬러리 제조단계(S10)에 의해 제조된 제1 필터슬러리(30)를 헤드박스농도 0.05 ~ 1.00 질량%로 물에 혼합시키는 제1 혼합단계(S30)와, 제2 필터슬러리 제조단계(S20)에 의해 제조된 제2 필터슬러리(50)를 헤드박스농도 0.03 ~ 0.06 질량%로 물에 혼합시키는 제2 혼합단계(S40)와, 후술되는 도 7의 필터섬유 적층장치(300)를 이용하여 제1 혼합단계(S30) 및 제2 혼합단계(S40)에 의해 혼합된 제1 필터슬러리(30) 및 제2 필터슬러리(50)를 액상으로 적층시키는 액상적층단계(S50)와, 액상적층단계(S50)에 의해 필터슬러리들이 적층된 필터미디어의 수분을 제거하는 수분제거단계(S60)와, 가압장치를 이용하여 수분제거단계(S60)에 의해 건조된 필터미디어를 가압하여 필터미디어의 성형성을 유지함과 동시에 섬유간 결속력을 높이는 가압단계(S70)와, 가압단계(S70)에 의해 가압된 필터미디어의 잔여 수분을 제거하는 잔여수분 제거단계(S80)와, 잔여수분 제거단계(S80)에 의해 잔여수분이 제거된 필터미디어를 벨트로부터 분리시켜 권취시키는 권취단계(S90)로 이루어진다.
제1 혼합단계(S30)는 제1 필터슬러리 제조단계(S10)에 의해 제조된 제1 필터슬러리(30)가 0.05 ~ 1.00 질량%의 헤드박스농도를 갖도록 물에 혼합시키는 공정단계이다.
또한 제1 혼합단계(S30)에 의해 헤드박스농도 0.05 ~ 1.00 질량%로 혼합된 제1 필터슬러리(30)는 기 제작된 수용공간에 혼합되고, 상기 수용공간은 액상적층단계(S50)에 사용되는 필터섬유 적층장치(300)에 이동관으로 연결되어 이동관을 통해 수용된 제1 필터슬러리를 필터섬유 적층장치(300)로 이동한다.
제2 혼합단계(S40)는 제2 필터슬러리 제조단계(S20)에 의해 제조된 제2 필터슬러리(50)가 0.03 ~ 0.06 질량%의 헤드박스농도를 갖도록 물에 혼합시키는 공정단계이다.
또한 제2 혼합단계(S40)에 의해 헤드박스농도 0.03 ~ 0.06 질량%로 혼합된 제2 필터슬러리(50)는 기 제작된 수용공간에 혼합되고, 상기 수용공간은 액상적층단계(S50)에 사용되는 필터섬유 적층장치(300)에 관으로 연결되어 관을 통해 수용된 제2 필터슬러리를 필터섬유 적층장치(300)로 이동한다.
액상적층단계(S50)는 후술되는 도 7의 필터섬유 적층장치(300)를 이용하여 제1 혼합단계(S30)에 의해 헤드박스농도 0.05 ~ 1.00 질량%로 물에 혼합된 제1 필터슬러리(30)와, 제2 혼합단계(S40)에 의해 헤드박스농도 0.03 ~ 0.06 질량%로 물에 혼합된 제2 필터슬러리(50)를 액상으로 적층시키는 공정단계이다.
또한 액상적층단계(S50)는 제1 필터슬러리의 상부에 제2 필터슬러리를 적층시킴으로써 필터미디어가 2층 구조로 형성되도록 한다. 이때 필터섬유 적층장치(300)에 의해 제1 필터슬러리 및 제2 필터슬러리가 액상으로 적층되는 과정은 후술되는 도 7과 8에서 상세하게 설명하기로 한다.
수분제거단계(S60)는 적층단계(S50)에 의해 제1 필터슬러리 및 제2 필터슬러리들이 적층된 필터미디어의 수분을 제거하는 공정단계이며, 후술되는 도 7의 필터섬유 적층장치(300)의 흡입부(308)를 이용하여 필터미디어의 수분을 제거한다. 이때 흡입부(308)는 10 ~ 100cmHg의 진공압으로 공기를 흡입하여 슬러리의 수분을 90%이상 제거한다.
가압단계(S70)는 수분제거단계(S60)에 의해 수분이 제거된 필터미디어르 가압하여 층간 결속력을 높일 뿐만 아니라 필터미디어의 성형성을 유지하기 위한 공정단계이다.
또한 가압단계(S70)는 도면에는 도시되지 않았지만 인접하게 위치하여 대향되게 회전되는 롤러들 사이로 필터미디어를 통과시켜 필터미디어가 가압되도록 한다. 이때 롤러들의 압력은 100∼1,000 kgf/cm2인 것이 바람직하다.
잔여수분 건조단계(S80)는 가압단계(S70)를 통과한 필터미디어의 잔여 수분을 제겅하는 공정단계이고, 상세하게로는 온도 100∼150 ℃의 열풍을 이용하여 양전하성 필터미디어를 건조시킨다.
도 7은 도 6의 액상적층단계에 적용되는 필터섬유 적층장치를 나타내는 측면도이고, 도 8은 도 7에서 루프판을 제외한 사시도이다.
도 7과 8의 필터섬유 적층장치(300)는 액상적층단계(S50)에 적용되어 제1 혼합단계(S30)에 의해 헤드박스농도 0.05 ~ 1.00 질량%로 물에 혼합된 제1 필터슬러리(30)와, 제2 혼합단계(S40)에 의해 헤드박스농도 0.03 ~ 0.06 질량%로 물에 혼합된 제2 필터슬러리(50)를 액상으로 적층시키는 장치이다.
또한 필터섬유 적층장치(300)는 일측면 및 상부면이 개구되어 내부 공간을 갖되 개구된 일측면이 경사면으로 형성되는 함체(311) 및 함체(311)의 개구된 상부면에 설치되는 덮개판(313)을 포함하는 수용부(301)와, 판재로 형성되어 수용부(301)의 함체(311) 내부에 설치되어 함체(311)의 내부공간을 제1 수용공간(321) 및 제2 수용공간(322)으로 분리시키는 분리부(303)와, 함체(311)의 제1 수용공간(321) 및 제2 수용공간(322)으로 제1 필터슬러리 및 제2 필터슬러리를 각각 유입시키는 제1 유입로(304) 및 제2 유입로(305)와, 양단부가 연결되는 판재로 형성되어 함체(311)의 경사진 개구부(331)에 소정 간격을 두고 설치됨으로써 함체(311)의 개구부(331)를 통해 배출되는 필터슬러리들이 상면에 액상으로 적층되는 루프판(306)과, 루프판(306)을 루프(Loop) 회전시키는 회전부(307)와, 함체(311)의 개구부(331)의 직하부에 위치하는 루프판(306) 영역의 하부에 설치되어 루프판(306)에 적층된 필터슬러리의 수분을 흡입하는 흡입부(Suction)(308)와, 상부가 개구된 함체로 형성되되 루프판(306)의 경로에 따라 지면 위에 설치되어 흡입부(308) 및 루프판(306)으로부터 배수되는 물이 수용되는 저장부(309)로 이루어진다.
이때 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 양전하성 필터여과재(1)가 2층 구조로 형성되어 분리부(303)가 하나이고, 이에 따라 함체(311)의 내부공간이 하나의 분리부(303)에 의해 제1 필터슬러리 및 제2 필터슬러리가 각각 수용되는 제1 수용공간(321) 및 제2 수용공간(322)으로 분리되는 것으로 예를 들어 설명하였으나 분리부(303), 유입로 및 함체(311)의 수용공간의 수량은 양전하성 필터여과재(1)를 형성하는 섬유층의 수량에 대응하여 변경될 수 있다. 예를 들어 양전하성 필터여과재(1)가 3층 구조일 때 분리부는 2개로 구성되고, 2개의 분리부는 함체(311)의 하부면에 평행하도록 함체(311) 내부에 설치되되 서로 높이 간격을 두고 설치됨으로써 함체(311)의 내부공간이 3개의 수용공간으로 분리된다.
이와 같이 구성되는 필터섬유 적층장치(300)는 분리부(303)에 의해 함체(311)의 내부공간이 제1 수용공간(321) 및 제2 수용공간(322)으로 분리되고, 제2 수용공간(322)에는 제2 유입로(305)를 통해 제2 필터슬러리가 유입되어 수용되고, 제2 수용공간(322)의 상부에 형성되는 제1 수용공간(321)에는 제1 유입로(304)를 통해 제1 필터슬러리가 유입되어 수용된다.
또한 제1 수용공간(321) 및 제2 수용공간(322)에 수용된 제1 필터슬러리 및 제2 필터슬러리는 분리부의 단부로 이동되어 함체(311)의 경사지게 형성된 개구부(331)를 통해 루프판(306)의 상부로 유출된다. 이때 루프판(306)은 하부에서 상부를 향하는 방향(A)으로 이동되기 때문에 루프판(306)의 상면에 최초 제2 필터슬러리가 안착되면 제2 필터슬러리의 상부에 제1 필터슬러리가 적층되게 된다.
또한 함체(311)의 개구부(331) 및 루프판(306)의 경사각은 10 내지 45도로 형성되는 것이 바람직하다. 이때 개구부(331) 및 루프판(306)의 경사각이 만약 10도 미만이면 섬유층들이 평평한 상태로 적층되기 때문에 공기투과도가 소망의 값보다 증가하게 되고, 만약 45도 이상이면 루프판이 과도하게 경사짐에 따라 루프판 상면으로 배출되는 필터슬러리 용액의 필터섬유들이 적층되지 못한 상태로 루프판을 따라 하향 이동되기 때문에 적층공정이 효율적으로 이루어지지 않게 된다.
또한 루프판(306)은 친수성인 PET 재질의 메쉬 70 ~ 80의 극세사 메쉬이다.
또한 루프판(306)은 슬러리의 적층높이 및 양전하성 필터미디어의 두께에 대응하여 조절되며, 상세하게로는 10 ~ 100m/min인 것이 바람직하다.
또한 루프판(306)의 상부에 적층된 필터슬러리 용액의 수분은 배수홈(미도시)을 통하여 루프판(306)의 하부로 배수되되 필터슬러리 용액의 필터조성물(섬유)들은 배수홈을 통과하지 못한 상태로 루프판(306)의 상부에 침착된다. 이때 함체(311)의 개구부의 직하부 영역의 루프판(306)의 하부에 설치되는 흡입부(308)는 루프판(306)에 적층 형성된 필터슬러리 용액의 수분을 흡입함으로써 적층된 필터슬러리의 수분이 효율적으로 제거되게 된다.
흡입부(308)는 루프판(306)의 상부에 적층된 슬러리를 흡입하여 슬러리의 수분의 90%이상을 제거하며, 상세하게로는 10∼100 cmHg의 진공압을 발생시키는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 일실시예인 양전하성 필터여과재에 관해 실시예 및 비교예를 들어 더욱 상세하게 설명한다. 또한 다음의 실시예들은 설명의 목적을 위한 것으로, 본 발명의 보호범위를 제한하지 않는다.
표 1은 실시예 1 내지 3과, 비교예 1 내지 8의 함유성분을 나타내는 표이다.
표 1
1층 여과재 2층 여과재 필터조성물 콜로이드 수지
필터조성물(중량%) 분산액(중량%) 필터조성물(중량%) 콜로이드(중량%) 셀룰로오스(중량%) 초극세단섬유(중량%) 미세섬유(중량%) 촙스트랜드(중량%) 멜라민(중량%) 염산(중량%) 물(중량%)
실시예 1 2 98 60 25 15 60 25 15 20 3 77
2 2 98 70 15 15 60 25 15 20 3 77
3 2 98 50 20 30 60 25 15 20 3 77
비교예 1 2 98 40 35 25 60 25 15 20 3 77
2 2 98 80 5 15 60 25 15 20 3 77
3 2 98 80 15 5 60 25 15 20 3 77
4 2 98 60 15 25 80 10 10 20 3 77
5 2 98 60 15 25 30 25 25 20 3 77
6 2 98 60 15 25 35 40 40 20 3 77
7 2 98 70 15 15 60 15 15 3 3 94
8 2 98 70 15 15 60 15 15 35 3 62
표 1을 참조하여 실시예 1 내지 3과, 비교예 1 내지 8을 살펴보면 다음과 같다.
[실시예 1]
필터조성물 2.0 중량%와, 분산액 98 중량%로 이루어지는 제1 섬유층;
필터조성물 60 중량%와, 콜로이드 수지 25 중량%와, 셀룰로오스 15 중량%로 이루어지는 제2 섬유층;
필터조성물은 초극세 단섬유 60 중량%와, 미세섬유 25 중량%와, 촙 유리섬유 15 중량%로 이루어지고,
콜로이드 수지는 멜라민 포름알데히드 20 중량%와, 염산 3 중량%와, 물 77 중량%로 이루어짐.
[실시예 2]
필터조성물 2.0 중량%와, 분산액 98 중량%로 이루어지는 제1 섬유층;
필터조성물 70 중량%와, 콜로이드 수지 15 중량%와, 셀룰로오스 15 중량%로 이루어지는 제2 섬유층;
필터조성물은 초극세 단섬유 60 중량%와, 미세섬유 25 중량%와, 촙 유리섬유 15 중량%로 이루어지고,
콜로이드 수지는 멜라민 포름알데히드 20 중량%와, 염산 3 중량%와, 물 77 중량%로 이루어짐.
[실시예 3]
필터조성물 2.0 중량%와, 분산액 98 중량%로 이루어지는 제1 섬유층;
필터조성물 50 중량%와, 콜로이드 수지 20 중량%와, 셀룰로오스 30 중량%로 이루어지는 제2 섬유층;
필터조성물은 초극세 단섬유 60 중량%와, 미세섬유 25 중량%와, 촙 유리섬유 15 중량%로 이루어지고,
콜로이드 수지는 멜라민 포름알데히드 20 중량%와, 염산 3 중량%와, 물 77 중량%로 이루어짐.
[비교예 1]
필터조성물 2.0 중량%와, 분산액 98 중량%로 이루어지는 제1 섬유층;
필터조성물 40 중량%와, 콜로이드 수지 35 중량%와, 셀룰로오스 25 중량%로 이루어지는 제2 섬유층;
필터조성물은 초극세 단섬유 60 중량%와, 미세섬유 25 중량%와, 촙 유리섬유 15 중량%로 이루어지고,
콜로이드 수지는 멜라민 포름알데히드 20 중량%와, 염산 3 중량%와, 물 77 중량%로 이루어짐.
[비교예 2]
필터조성물 2.0 중량%와, 분산액 98 중량%로 이루어지는 제1 섬유층;
필터조성물 80 중량%와, 콜로이드 수지 5 중량%와, 셀룰로오스 15 중량%로 이루어지는 제2 섬유층;
필터조성물은 초극세 단섬유 60 중량%와, 미세섬유 25 중량%와, 촙 유리섬유 15 중량%로 이루어지고,
콜로이드 수지는 멜라민 포름알데히드 20 중량%와, 염산 3 중량%와, 물 77 중량%로 이루어짐.
[비교예 3]
필터조성물 2.0 중량%와, 분산액 98 중량%로 이루어지는 제1 섬유층;
필터조성물 80 중량%와, 콜로이드 수지 15 중량%와, 셀룰로오스 5 중량%로 이루어지는 제2 섬유층;
필터조성물은 초극세 단섬유 60 중량%와, 미세섬유 25 중량%와, 촙 유리섬유 15 중량%로 이루어지고,
콜로이드 수지는 멜라민 포름알데히드 20 중량%와, 염산 3 중량%와, 물 77 중량%로 이루어짐.
[비교예 4]
필터조성물 2.0 중량%와, 분산액 98 중량%로 이루어지는 제1 섬유층;
필터조성물 60 중량%와, 콜로이드 수지 15 중량%와, 셀룰로오스 25 중량%로 이루어지는 제2 섬유층;
필터조성물은 초극세 단섬유 80 중량%와, 미세섬유 10 중량%와, 촙 유리섬유 10 중량%로 이루어지고,
콜로이드 수지는 멜라민 포름알데히드 20 중량%와, 염산 3 중량%와, 물 77 중량%로 이루어짐.
[비교예 5]
필터조성물 2.0 중량%와, 분산액 98 중량%로 이루어지는 제1 섬유층;
필터조성물 60 중량%와, 콜로이드 수지 15 중량%와, 셀룰로오스 25 중량%로 이루어지는 제2 섬유층;
필터조성물은 초극세 단섬유 30 중량%와, 미세섬유 55 중량%와, 촙 유리섬유 15 중량%로 이루어지고,
콜로이드 수지는 멜라민 포름알데히드 20 중량%와, 염산 3 중량%와, 물 77 중량%로 이루어짐.
[비교예 6]
필터조성물 2.0 중량%와, 분산액 98 중량%로 이루어지는 제1 섬유층;
필터조성물 60 중량%와, 콜로이드 수지 15 중량%와, 셀룰로오스 25 중량%로 이루어지는 제2 섬유층;
필터조성물은 초극세 단섬유 35 중량%와, 미세섬유 25 중량%와, 촙 유리섬유 40 중량%로 이루어지고,
콜로이드 수지는 멜라민 포름알데히드 20 중량%와, 염산 3 중량%와, 물 77 중량%로 이루어짐.
[비교예 7]
필터조성물 2.0 중량%와, 분산액 98 중량%로 이루어지는 제1 섬유층;
필터조성물 70 중량%와, 콜로이드 수지 15 중량%와, 셀룰로오스 15 중량%로 이루어지는 제2 섬유층;
필터조성물은 초극세 단섬유 60 중량%와, 미세섬유 25 중량%와, 촙 유리섬유 15 중량%로 이루어지고,
콜로이드 수지는 멜라민 포름알데히드 3 중량%와, 염산 3 중량%와, 물 94 중량%로 이루어짐.
[비교예 8]
필터조성물 2.0 중량%와, 분산액 98 중량%로 이루어지는 제1 섬유층;
필터조성물 70 중량%와, 콜로이드 수지 15 중량%와, 셀룰로오스 15 중량%로 이루어지는 제2 섬유층;
필터조성물은 초극세 단섬유 60 중량%와, 미세섬유 25 중량%와, 촙 유리섬유 15 중량%로 이루어지고,
콜로이드 수지는 멜라민 포름알데히드 35 중량%와, 염산 3 중량%와, 물 62 중량%로 이루어짐.
[실험예 1]
- 제타 포텐셜(Zeta potential) 테스트
필터미디어의 제타 포텐셜 값을 측정하여 필터 미디어의 전기적 특성을 분석하였고, 제타 포텐셜 값은 Otsuka 전자의 ELS8000 제타 포텐셜 측정기를 사용하였다.
[실험예 2]
- 통수량 테스트
통수량 테스트는 수도수를 압력 2.0 kgf/㎠으로 고정한 상태로 100 L 통수 후 분당유량을 측정하였다.
[실험예 3]
- 세균 제거능 테스트
유리잔류염소를 제거한 수도수에 대장균의 최종 균수가 105 CFU/ml가 되도록 조제하고, 필터를 장착한 뒤 조제수 100L 통과 후 시료를 채취하여 균수를 측정하였다.
[실험예 4]
- 바이러스 제거능 테스트
유리잔류염소를 제거한 수도수에 뮤라인 노로바이러스를(104 PFU/ml) 30 ml 이상 통수한 뒤, 통과 수 50 ml를 분취하여 바이러스 제거능을 측정하였다.
표 2는 실험예 1 내지 3에 대한 실시예 1 내지 3과, 비교예 1 내지 8의 측정값을 나타낸다.
표 2
zeta potential(mv) 통수량(L) 세균제거능(%) 바이러스제거능(%)
실시예 1 12.85 2.4 99.999 99.997
2 11.93 2.3
3 12.51 2.5
비교예 1 18.60 2.8
2 5.70 2.2
3 11.90 2.2
4 11.94 2.4
5 11.93 2.2
6 11.93 2.6 99.900 98.500
7 2.75 2.4 99.600 47.370
8 15.60 2.4 99.000 99.600
표 2를 참조하여 실시예 1 내지 3과, 비교예 1 내지 8을 살펴보기로 한다.
이때 실험예 3의 세균 제거능 테스트와, 실험예 4의 바이러스 제거능 테스트는 실시예 1과, 비교예 1, 6 내지 8을 대상으로 실험을 수행하였다.
실시예 1 내지 3은 제2 섬유층에 콜로이드 수지가 25 중량%, 15중량%, 20 중량%가 함유됨에 따라 제타 포텐셜(zeta potential) 값이 12.85w mV, 11.93 mV, 12.51 mV로 측정되어 제2 섬유층의 유리섬유에 양전하가 부가되는 것을 알 수 있다.
또한 실시예 1 내지 3은 제2 섬유층에 초극세 단섬유를 포함하는 필터조성물이 60 중량%, 70 중량%, 50 중량%가 함유됨에L, 2.3 L, 2.5 L로 측정되어 통수율이 양호한 것을 알 수 있다.
또한 실시예 1은 초극세 단섬유가 함유된 필터조성물을 포함하는 필터슬러리들이 2층 구조로 형성되기 때문에 99.9 %의 높은 세균 제거능을 갖는 것을 알 수 있고, 제2 섬유층에 콜로이드 수지 25 중량%가 함유됨으로써 99.997 %의 우수한 바이러스 제거능을 갖는 것을 알 수 있다.
비교예 1 내지 8은 실험예 3을 통해 18.60 mV, 5.70 mV, 11.90 mV, 11.94 mV, 11.93 mV, 11.93 mV, 2.75 mV, 15.60 mV의 제타 포텐셜 값이 측정되었고, 실험예 4를 통해 분당 2.8 L, 2.2 L, 2.2 L, 2.4 L, 2.2 L, 2.6 L, 2.4 L, 2.4 L 의 통수율이 측정되었다.
비교예 1은 양전하를 부가하기 위한 콜로이드 수지가 제2 섬유층에 35 중량%로 함유됨에 따라 다른 비교예들에 비교하여 제타 포텐셜 값이 높게 측정된 것을 알 수 있으나, 콜로이드 수지가 본 발명에서 한정한 25 중량%를 초과, 즉 콜로이드 수지의 함유량이 증가하여 필터조성물의 함유량이 낮아짐에 따라 섬유와 섬유가 구성하는 네트워크의 긴밀도가 감소하여 세균제거능이 떨어지는 것을 알 수 있다.
또한 비교예 2는 제2 섬유층에 콜로이드 수지 5 중량%가 함유됨에 따라 제타 포텐셜 값이 떨어지고, 비교예 7은 콜로이드 수지에 멜라민이 3 중량%가 함유됨에 따라 제타 포텐셜 값이 떨어지게 된다.
또한 비교예 1 내지 8을 참조하여 제타 포텐셜 값과, 콜로이드 수지의 관계를 살펴보면, 콜로이드 수지의 함유량이 증가할수록 유리섬유에 양전하가 부가율이 높아져 제타 포텐셜 값이 증가하는 것을 알 수 있다. 이 때 콜로이드 수지가 25 중량%를 초과하면 후술되는 표 3에서와 같이 필터조성물의 함유량이 작아져 포집효율이 떨어지게 된다.
또한 비교예 1은 제2 섬유층에 필터조성물 40 중량%가 함유됨에 따라, 즉 초극세 단섬유의 함유량이 줄어듦에 따라 통수량이 다른 비교예들에 비교하여 증가하는 것을 알 수 있다.
비교예 6은 필터조성물에 촙 유리섬유가 40 중량%를 함유함에 따라 압력손실은 감소하나, 후술되는 표 3에서와 같이 포집효율이 떨어지게 된다.
비교예 8은 콜로이드 수지에 멜라민 35 중량%가 함유되어 제타 포텐셜 값은 높게 측정되나, 필터 조성물의 함유량이 감소하여 섬유와 섬유간의 네트워크의 긴밀도 감소하여 공극구조가 커짐에 따라 세균 및 바이러스 제거에 효과적이지 못한 결과를 나타냈다.
[실험예 5]
- 포집효율 테스트
탁도 조제수(카오린입자)를 압력 2.0 kgf/㎠으로 고정하여 100L 통수 후 여과 분석 장치를 이용하여 분석하였다.
표 3은 실시예 1 내지 3과, 비교예 1 내지 8의 포집효율(%)을 나타낸다.
표 3
0.1㎛ 0.4㎛ 0.7㎛ 1.0㎛
실시예1 98.2 99.9 100.0 100.0
실시예2 98.0 99.7 99.8 99.8
실시예3 97.8 99.7 99.7 99.8
비교예1 96.8 98.7 98.7 98.8
비교예2 96.5 99.3 99.4 99.5
비교예3 96.7 99.5 99.6 99.7
비교예4 95.2 98.0 98.1 98.2
비교예5 95.2 97.0 97.1 97.2
비교예6 95.3 97.1 97.2 97.3
비교예7 98.0 98.2 98.2 98.2
비교예8 96.0 97.1 97.4 98.0
도 9는 실시예 1 내지 3과, 비교예 1 내지 8에 대한 실험예 5의 포집효율을 나타내는 그래프이다.
표 3과 도 9를 참조하여 실시예 1 내지 3과, 비교예 1 내지 8의 포집효율을 살펴보면, 실시예 1 내지 3은 입도 0.1 ~ 1.0 ㎛의 카오린 입자가 함유된 조제수를 통수하여 실험예 4를 수행하였을 때 1.0 ㎛ 입자 제거효율이 100.0 %, 100.0 %, 99.8 %의 우수한 포집효율을 갖는 것을 알 수 있다.
비교예 1 내지 8은 입도 0.1 ~ 1.0 ㎛의 카오린 입자 함유된 조제수를 통수하여 실험예 4를 수행하였을 때 1.0 ㎛ 입자 제거효율이 98.8%, 99.5%, 99.7%, 98.2%, 97.2%, 97.3%, 98.2%, 98.0% 의 포집효율을 갖는 것을 알 수 있다.
비교예 1은 제2 섬유층에 필터조성물이 40 중량%가 함유되어 표 2에서 전술하였던 바와 같이 제타 포텐셜 값 및 바이러스 제거능은 우수하나, 필터조성물의 함유량이 줄어들어 포집효율이 떨어지는 것을 알 수 있다.
비교예 8은 콜로이드 수지가 멜라민 35 중량%를 함유하여 표 2에서 전술하였던 바와 같이 제타 포텐셜 값은 높으나, 필터 조성물의 함유량이 감소하여 섬유와 섬유간의 네트워크의 긴밀도 감소하여 공극구조가 증가함에 따라 세균 및 바이러스 제거에 효과적이지 못한 결과를 나타냈다. 이때 비교예 8은 유리섬유에 양전하성이 과도하게 부가됨에 따라 섬유 간 척력이 발생하여 섬유들간의 분산정도를 나타내는 지합이 매우 상이하게 되어 궁극적으로 기공 크기의 편차가 크게 된다.

Claims (6)

  1. 유리섬유에 양전하를 부가하여 용수 내 세균 및 바이러스를 필터링 하기 위한 양전하성 다공성 필터미디어 제조 방법에 있어서:
    멜라민 포름알데히드(Melamine formaldehyde), 콜로이드 실리카(colloidal silica) 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 수지 5∼25 중량%와, 염산(Muriatic Acid) 2∼5 중량%와, 물 70∼80 중량%를 혼합 교반하여 콜로이드 수지를 제조하는 콜로이드 수지 제조단계;
    직경 0.1 ~ 1.0㎛의 유리섬유인 초극세 단섬유 20 ~ 40 중량%, 직경 1.0 ~ 5.0㎛의 유리섬유인 미세섬유 10 ~ 25 중량% 및 직경 5㎛ 이상의 유리섬유인 촙 유리 섬유 0 중량% 초과 내지 35 중량%로 이루어지는 필터조성물 1.5 ~ 2.5 중량%와, 물 97.5 ~ 98.5 중량%를 혼합하여 제1 필터슬러리를 제조하는 제1 필터슬러리 제조단계;
    상기 필터조성물 50 ~ 70 중량%와, 상기 콜로이드 수지 10 ~ 25 중량%와, 셀룰로오스 15 ~ 40 중량%를 혼합하여 제2 필터슬러리를 제조하는 제2 필터슬러리 제조단계;
    상기 제1 필터슬러리 제조단계에 의해 제조된 상기 제1 필터슬러리와, 상기 제2 필터슬러리 제조단계에 의해 제조된 상기 제2 필터슬러리를 액상으로 적층시키는 액상적층단계;
    상기 액상적층단계에 의해 적층된 필터미디어의 수분을 흡입하는 수분제거단계;
    상기 수분제거단계를 통과한 필터미디어를 가압하는 가압단계;
    상기 가압단계를 통과한 필터미디어를 권취시키는 권취단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 양전하성 다공성 필터미디어 제조 방법.
  2. 청구항 1에서, 상기 액상적층단계는 상기 제1 필터슬러리를 헤드박스농도 0.05 ~ 1.00질량%로, 상기 제2 필터슬러리를 헤드박스농도 0.03 ~ 0.06 질량%로 적층시키는 것을 특징으로 하는 양전하성 다공성 필터미디어 제조 방법.
  3. 청구항 1 또는 2에서, 상기 가압단계 이후에 진행되어 상기 가압단계를 통과한 필터미디어의 잔여수분을 제거하는 잔여수분 제거단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양전하성 다공성 필터미디어 제조 방법.
  4. 유리섬유에 양전하를 부가하여 용수 내 세균 및 바이러스를 필터링 하기 위한 양전하성 다공성 필터미디어에 있어서:
    직경 0.1 ~ 1.0㎛의 유리섬유인 초극세 단섬유 20 ~ 40 중량%, 직경 1.0 ~ 5.0㎛의 유리섬유인 미세섬유 10 ~ 25 중량% 및 직경 5㎛ 이상의 유리섬유인 촙 유리 섬유 0 중량% 초과 내지 35 중량%로 이루어지는 필터조성물 1.5 ~ 2.5 중량%와, 물 97.5 ~ 98.5 중량%를 혼합 교반한 제1 필터슬러리로 형성되는 제1 섬유층;
    멜라민 포름알데히드(Melamine formaldehyde), 콜로이드 실리카(colloidal silica) 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 수지 5∼25 중량%와, 염산(Muriatic Acid) 2∼5 중량%와, 물 70∼80 중량%를 혼합 교반한 콜로이드 수지 10 ~ 25 중량%와, 상기 필터조성물 50 ~ 70 중량%와, 셀룰로오스 15 ~ 40 중량%를 혼합 교반한 제2 필터슬러리로 형성되는 제2 섬유층을 포함하는 것을 특징으로 하는 양전하성 다공성 필터미디어.
  5. 청구항 4에서, 상기 제1 섬유층 및 상기 제2 섬유층은 상기 제1 필터슬러리 및 상기 제2 필터슬러리가 액상으로 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 양전하성 다공성 필터미디어.
  6. 청구항 5에서, 상기 제1 섬유층 및 상기 제2 섬유층은 액상으로 적층될 때 0.05 ~ 1.00 질량% 및 0.03 ~ 0.06 질량%의 헤드박스농도로 적층되는 것을 특징으로 하는 양전하성 다공성 필터미디어.
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