KR102065049B1 - Filtering media comprising porous network of heat resistant polymer fiber for dust collection of middle-high temperature exhaust gas, and preparation method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 무기질 섬유 지지체; 상기 무기질 섬유 지지체 상에 거품 코팅된 제1 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE) 레이어; 상기 제1 PTFE 레이어 상에 내열성 고분자 용액을 전기방사하여 부착한 내열성 고분자 섬유로 이루어진 다공성 네트워크; 및 상기 다공성 네트워크 상에 거품 코팅된 제2 PTFE 레이어를 포함하는, 중·고온 배가스의 먼지포집용 여과체에 관한 것이다. 본 발명은, 2.5㎛ 이하의 초미세 분진에 대한 99.9% 이상의 분진제거효율을 달성하고, 공기투과도가 5 cm3/cm2/sec 이상인 여과체를 제공할 수 있다.The present invention is an inorganic fiber support; A first polytetrafluoroethylene (PTFE) layer foam coated on the inorganic fiber support; A porous network made of heat-resistant polymer fibers attached by electrospinning a heat-resistant polymer solution on the first PTFE layer; And a second PTFE layer foam coated on the porous network. The present invention can achieve a filter removal efficiency of 99.9% or more for ultrafine dust of 2.5 μm or less, and an air permeability of 5 cm 3 / cm 2 / sec or more.
Description
본 발명은 초미세먼지를 효과적으로 제거하기 위한 중ㆍ고온 배가스의 먼지포집용 여과체 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a medium for collecting dust of medium and high temperature exhaust gas for effectively removing ultrafine dust, and a method for manufacturing the same.
산업체에서 발생되는 먼지는 각 배출원별로 형상, 입자크기분포, 겉보기 밀도, 유동도, 비표면적, 부착 및 응집성 등의 물리적 특성과 온도, 습도, 조성성분 등의 화학적 특성이 서로 다르다. 이러한 물리화학적 특성 차이는 먼지 포집시 여과체 기공(pore)에서의 가교 형성(pore bridge)과 여과체 표면에 부착되는 먼지층(dust cake) 형성에 영향을 주게 되며, 이로 인해 먼지의 종류별로 여과특성에 차이를 나타낸다. Dust generated by industry has different physical properties such as shape, particle size distribution, apparent density, flow rate, specific surface area, adhesion and cohesiveness, and chemical properties such as temperature, humidity, and composition of each source. This difference in physicochemical properties affects the formation of a pore bridge in the filter pores and the formation of a dust cake adhering to the surface of the filter when dust is collected. Show differences in properties.
최근들어 중·고온용 고효율 여과체의 소재개발과 직조구조 최적화를 위한 연구가 이루어지고 있다. 특히 중·고온 영역이라고 할 수 있는 200℃ ~ 300℃ 정도의 배기가스 환경에 적용할 수 있는 여과체 소재에 대한 원천기술 개발연구가 이루어지고 있다.Recently, research has been conducted for the material development and optimization of the weave structure of the high efficiency filter medium for medium and high temperature. In particular, research on the development of original technology has been conducted on the material of the filter medium which can be applied to the exhaust gas environment of about 200 ° C to 300 ° C, which can be called a medium and high temperature range.
예를 들어 한국등록특허 제10-1433774호에서는 무기질 섬유 지지체, 상기 지지체 상에 거품 코팅된 평균 기공 크기가 30㎛ 이하인 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE) 층을 포함하는 중·고온 배가스의 먼지포집용 여과체를 개시하고 있다. 그러나, 상기 여과체는 표면의 코팅된 폼의 기공크기가 너무 커서 PM2.5 분진에 대한 제거효율이 너무 낮아 다양한 산업분야에서 초미세먼지에는 적용하지 못하는 문제점이 있다.For example, Korean Patent No. 10-1433774 discloses an inorganic fiber support and a dust of medium and high temperature exhaust gas including a polytetrafluoroethylene (PTFE) layer having an average pore size of 30 μm or less coated on the support. Disclosed is a collecting filter medium. However, the filter medium has a problem that the pore size of the coated foam on the surface is so large that the removal efficiency for PM2.5 dust is too low to apply to ultrafine dust in various industrial fields.
쓰레기 소각장, 석탄화력발전소, 시멘트 소성로 등 산업체의 연도로 배출되는 연소가스 중의 분진의 농도는 배출량기준을 적용하여 관리하고 있으나, 최근 들어 직경 2.5㎛ 이하의 분진에 대한 PM2.5 기준을 적용해야 한다는 주장이 강하게 제기되고 있다. 특히, 최근 매스컴을 통하여 황사와 초미세먼지에 대한 관심이 집중적으로 조명되고 있으며, 이미 일본 등 선진국에서는 연소가스에 대해서 PM2.5를 기준으로 한 여과백의 제거효율을 요구하고 있다. 따라서 소각로, 석탄화력발전소, 시멘트 소성로를 막론하고 어디에나 사용가능한 PM2.5의 초미세 분진에 대한 99.9% 정도의 분진제거효율을 달성하고, 표면여과(surface filtering)로 차압 상승을 최대한 지연시킬 수 있는 여과백의 개발에 대한 요구가 매우 크다.The concentration of dust in the combustion gases emitted by the industrial year, such as waste incinerators, coal-fired power plants, and cement kilns, is managed by applying emission standards, but recently, PM2.5 standards for dusts with diameters of 2.5 μm or less must be applied. The argument is strongly raised. In particular, the media has recently focused on yellow dust and ultrafine dust, and advanced countries such as Japan have already demanded the removal efficiency of filter bags based on PM2.5 for combustion gases. Therefore, it achieves 99.9% dust removal efficiency for ultrafine dust of PM2.5 that can be used anywhere in incinerators, coal-fired power plants, and cement kilns, and it is possible to delay the increase in the differential pressure by surface filtering. There is a great demand for the development of filter bags.
이에 본 발명자들은 PM2.5의 초미세 분진에 대해 99.9% 이상의 분진제거효율을 나타낼 수 있는 분진제거 시스템에 대한 연구를 진행한 결과, 여과체의 형성된 포아(기공)에 내열성 고분자 섬유를 전기방사로 부착시킴으로써 평균기공크기를 10㎛ 이하까지 축소시킨 결과, PM2.5 대응 분진제거 효율을 99.9%까지 향상시킬 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.Therefore, the present inventors conducted a study on a dust removal system that can exhibit a dust removal efficiency of 99.9% or more for ultrafine dust of PM2.5. As a result, the heat-resistant polymer fiber is formed by electrospinning the pores (pores) formed in the filter medium. As a result of reducing the average pore size to 10 μm or less, it was confirmed that the PM2.5-compatible dust removal efficiency could be improved to 99.9%, thereby completing the present invention.
본 발명은, 2.5㎛ 이하의 초미세 분진에 대하여 99.9% 이상의 분진제거효율을 달성하고, 공기투과도가 5 cm3/cm2/sec 이상인 여과체 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to achieve a filter removal method of achieving a dust removal efficiency of 99.9% or more with respect to ultrafine dust of 2.5 µm or less and having an air permeability of 5 cm 3 / cm 2 / sec or more.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 무기질 섬유 지지체; 상기 무기질 섬유 지지체 상에 거품 코팅된 제1 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE) 레이어; 상기 제1 PTFE 레이어 상에 내열성 고분자 용액을 전기방사하여 부착한 내열성 고분자 섬유로 이루어진 다공성 네트워크; 및 상기 다공성 네트워크 상에 거품 코팅된 제2 PTFE 레이어를 포함하는, 중·고온 배가스의 먼지포집용 여과체를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention is an inorganic fiber support; A first polytetrafluoroethylene (PTFE) layer foam coated on the inorganic fiber support; A porous network made of heat-resistant polymer fibers attached by electrospinning a heat-resistant polymer solution on the first PTFE layer; And a second PTFE layer foam-coated on the porous network.
본 발명에서, 중·고온 배가스는 중·고온 영역이라고 할 수 있는 200℃ ~ 300℃의 온도의 배가스를 의미한다.In the present invention, the middle and high temperature flue gas means a flue gas having a temperature of 200 ° C to 300 ° C, which can be referred to as a medium or high temperature region.
본 발명에서, 먼지는 2.5 ㎛ 이하의 초미세 분진을 의미한다.In the present invention, dust means ultra fine dust of 2.5 μm or less.
본 발명에서, “무기질 섬유 지지체”는 연소 배가스의 먼지포집용 여과체로 적합한 내열성 및 내화학성을 갖는 무기질 섬유상의 지지체를 의미한다.In the present invention, "inorganic fiber support" means an inorganic fiber-like support having heat resistance and chemical resistance suitable as a dust collecting filter for combustion exhaust gas.
본 발명에서 사용되는 무기질 섬유 지지체로는 시판되는 유리섬유가 바람직하다. As the inorganic fiber support used in the present invention, commercially available glass fibers are preferable.
본 발명에서, 무기질 섬유 지지체의 두께는 400 내지 1000㎛ 인 것이 바람직하다.In the present invention, the thickness of the inorganic fiber support is preferably 400 to 1000 mu m.
본 발명에서, “폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE)”은 폴리에틸렌의 수소가 모두 불소(fluorine)로 치환된 하기 화학식 1로 표시되는 불소 화합물을 포함하는 불소계 수지를 의미한다. PTFE는 테프론(Teflon)이라는 상품명으로 알려져 있으며, 거의 모든 화학약품에 대해 내화학성이 있으며, 매끄러운 표면을 갖는 것을 특징으로 한다.In the present invention, “polytetrafluoroethylene (PTFE)” means a fluorine-based resin including a fluorine compound represented by the following Chemical Formula 1 in which all of hydrogen of polyethylene is substituted with fluorine. PTFE is known under the trade name Teflon and is chemically resistant to almost all chemicals and is characterized by a smooth surface.
[화학식 1][Formula 1]
-(CF2CF2)n--(CF 2 CF 2 ) n-
상기 화학식 1에서, n은 100~10,000 사이의 정수이다.In Chemical Formula 1, n is an integer between 100 and 10,000.
상기 제1 PTFE 레이어는 내열성 수용성 수지인 PTFE 수지를 포함하는 코팅액을 상기 무기질 섬유 지지체 상에 거품 코팅함으로써 형성되는 것일 수 있다. The first PTFE layer may be formed by foam coating a coating liquid containing a PTFE resin which is a heat resistant water-soluble resin on the inorganic fiber support.
상기 제1 PTFE 레이어는 평균 기공 크기가 30㎛ 이하의 기공을 가질 수 있으며, 바람직하기로는 10㎛ 내지 30㎛의 기공을 가질 수 있다.The first PTFE layer may have a pore having an average pore size of 30 μm or less, and preferably have a pore of 10 μm to 30 μm.
상기 제1 PTFE 레이어의 두께는 5 내지 100㎛, 바람직하기로는 50 내지 100 ㎛ 일 수 있다.The thickness of the first PTFE layer may be 5 to 100 μm, preferably 50 to 100 μm.
바람직하기로는, 상기 제1 PTFE 레이어는 PTFE, 거품안정제, 발포제 및 증점제를 포함하는 코팅액으로 거품 코팅하여 형성된 것일 수 있다.Preferably, the first PTFE layer may be formed by foam coating with a coating liquid containing PTFE, a foam stabilizer, a foaming agent and a thickener.
상기 거품안정제는 수지거품의 유지제로서 작용하는 물질을 의미한다.The foam stabilizer means a material that acts as a retainer of the foam.
상기 발포제는 수지 코팅액의 기포를 만들어내는 물질을 의미한다.The blowing agent means a material that creates bubbles in the resin coating liquid.
상기 증점제는 수지거품이 섬유에 부착된 상태를 유지시키는 작용을 하는 물질을 의미한다. 본 발명에서, 상기 증점제는 아크릴계 증점제일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.The thickener means a material that acts to keep the resin foam attached to the fiber. In the present invention, the thickener may be an acrylic thickener, but is not limited thereto.
상기와 같이 무기질 섬유 지지체 표면 상에 거품 코팅된 PTFE 레이어를 갖는 2중층 구조의 여과체는 PTFE 레이어의 두께가 최대 100㎛이기 때문에, 5㎛ 이하의 멤브레인층 만을 가지는 라미네이트형 막 필터(Laminated Membrane Filter)에 비해 훨씬 뛰어난 내화학성, 내열성을 보인다. As described above, the double-layered filter medium having the PTFE layer foam coated on the inorganic fiber support surface has a laminated membrane filter having only a membrane layer of 5 μm or less, because the thickness of the PTFE layer is at most 100 μm. Compared with), it shows much better chemical and heat resistance.
그러나, 상기 여과체는 기공의 크기가 10㎛ 이상, 대략 10㎛ 내지 30㎛ 이어서, 2.5㎛ 이하의 초미세먼지의 제거를 위해서는 충분히 효과적이지 못하다.However, the filter medium has a pore size of 10 μm or more, approximately 10 μm to 30 μm, and is not effective enough to remove ultrafine particles of 2.5 μm or less.
따라서, 본 발명자들은 무기질 섬유 지지체 표면 상에 거품 코팅된 PTFE 레이어 상에 내열성 고분자 섬유로 이루어진 다공성 네트워크를 형성함으로써 필터 차압을 감소시키고 필터 성능은 향상시키도록 하였다. Thus, the inventors have formed a porous network of heat resistant polymer fibers on a foam coated PTFE layer on the surface of the inorganic fiber support to reduce filter differential pressure and improve filter performance.
필터 분진제거성능과 필터 차압의 관계를 나타내는 필터성능지수는 하기 식 1과 같이 나타낼 수 있다.The filter performance index showing the relationship between the filter dust removal performance and the filter differential pressure may be expressed by Equation 1 below.
[식 1][Equation 1]
P = -ln (1-E)/P P = -ln (1- E ) / P
(P : 필터 성능 지수, E: 분진 포집효율, P: 필터 차압)( P : filter performance index, E : dust collection efficiency, P: filter differential pressure)
상기 식 1을 참조하면 2.5㎛ 이하의 초미세 분진을 제거하기 위해 다공판 필터의 기공 크기를 10㎛ 이하로 줄일 경우 필터 차압이 증가하여 필터 성능지수가 저하되는 문제점이 발생함을 알 수 있다. Referring to Equation 1, when the pore size of the porous plate filter is reduced to 10 μm or less in order to remove the ultrafine dust of 2.5 μm or less, it can be seen that a problem occurs that the filter performance index decreases due to an increase in the filter differential pressure.
도 4는, 도 3(a) 및 (b)로 나타낸 포아 사이즈에 대해서 필터 이론을 적용하여 분진제거효율을 단순 시뮬레이션한 결과를 나타낸 것이다. 이를 보면 기공크기가 작아질수록, 즉, 섬유경 df이 가늘어진다고 볼 수 있으며, 분진 제거효율은 상승함을 알 수 있다. FIG. 4 shows the results of a simple simulation of dust removal efficiency by applying filter theory to the pore sizes shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b). It can be seen that as the pore size becomes smaller, that is, the fiber diameter d f becomes thinner, the dust removal efficiency increases.
그러나 본 발명자들은, PTFE 거품의 기포 사이즈 조절로서는 더 이상의 포아 사이즈 축소가 어렵다는 판단으로, 270℃의 고온에 견디는 고분자 섬유를 제조하여 여과체 표면의 포아(구멍)에 다수 부착시킴으로써 기공의 크기를 줄이는 효과로, 분진제거 성능은 향상되나 수 가닥정도의 내열섬유만이 추가됨으로써 여과체의 차압은 크게 증가되지 않는 고성능 여과체를 개발하고자 하였다.However, in view of the fact that it is difficult to further reduce the pore size by controlling the bubble size of the PTFE foam, the present inventors prepared a polymer fiber that can withstand high temperatures of 270 ° C. to reduce the pore size by attaching a large number to the pores (holes) on the surface of the filter medium. As a result, the dust removal performance is improved, but only a few strands of heat-resistant fibers are added to develop a high-performance filter medium in which the differential pressure of the filter medium is not greatly increased.
이에 본 발명자들은 지지체에 일차적으로 거품 코팅된 PTFE 레이어 상에 내열성 고분자를 포함하는 용액을 방사하여 내열성 고분자 섬유로 이루어진 다공성 네트워크를 형성함으로써 필터 차압의 증가를 최소화하면서 필터 성능을 향상시켜 2.5㎛ 이하의 초미세 분진의 제거율을 99.9% 이상으로 할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.Accordingly, the present inventors formed a porous network made of heat-resistant polymer fibers by spinning a solution containing a heat-resistant polymer on a PTFE layer coated with a foam on a support, thereby improving filter performance while minimizing an increase in filter differential pressure. It was confirmed that the removal rate of ultrafine dust can be 99.9% or more, and the present invention was completed.
본 발명의 여과체는 거품 코팅된 제1 PTFE 레이어 상에 내열성 고분자용액을 전기방사하여 내열성 고분자 섬유로 이루어진 다공성 네트워크를 형성한 것을 특징으로 한다. The filter medium of the present invention is characterized in that a porous network made of heat resistant polymer fibers is formed by electrospinning the heat resistant polymer solution on the first PTFE layer coated with foam.
본 발명은 다공성 네트워크의 형성에 전기방사방식을 사용함으로써 멜트블로우(Melt-Blow) 방식에 비해 공정의 단순화 및 공정 비용의 절감 효과를 얻을 수 있다. According to the present invention, an electrospinning method is used to form a porous network, thereby simplifying a process and reducing a process cost, compared to a melt blow method.
상기 내열성 고분자 섬유의 직경은 0.1 내지 2㎛인 것이 바람직하다.It is preferable that the diameter of the said heat resistant polymer fiber is 0.1-2 micrometers.
본 발명에서 내열성 고분자 섬유는 200 ~ 300 ℃에서 내열성을 가지는 고분자 소재일 수 있으며, 바람직하게는 270℃에서 내열성을 가지는 메타 아라미드(meta-aramide)가 바람직하다.In the present invention, the heat resistant polymer fiber may be a polymer material having heat resistance at 200 to 300 ° C., preferably, meta-aramide having heat resistance at 270 ° C. is preferable.
상기 내열성 고분자 용액의 용매는 N,N-디메틸아세트아미드(DMAc) 또는 디메틸포름아미드(DMF),N-메틸피롤리돈(NMP), DMSO(디메틸 설폭사이드(DMSO)인 것이 바람직하다.The solvent of the heat resistant polymer solution is preferably N, N-dimethylacetamide (DMAc) or dimethylformamide (DMF), N-methylpyrrolidone (NMP), or DMSO (dimethyl sulfoxide (DMSO).
본 발명의 바람직한 구체예에서, 상기 내열성 고분자 용액은 메타 아라미드를 N,N-디메틸아세트아미드(DMAc) 또는 디메틸포름아미드(DMF)에 녹인 것일 수 있다. 본 발명자들은 용매에 녹지 않는 PTFE 대신 메타 아라미드를 선택하여 N,N-디메틸아세트아미드(DMAc) 또는 디메틸포름아미드(DMF)에 용해시켜 전기방사함으로써 지지체 상에 다공성 네트워크를 손쉽게 형성할 수 있음을 확인하였다. In a preferred embodiment of the present invention, the heat resistant polymer solution may be a solution of meta aramid in N, N-dimethylacetamide (DMAc) or dimethylformamide (DMF). The inventors have found that it is possible to easily form a porous network on a support by selecting meta-aramid instead of PTFE insoluble in solvent and dissolving it in N, N-dimethylacetamide (DMAc) or dimethylformamide (DMF) to electrospin. It was.
본 발명의 여과체는 상기 다공성 네트워크 상에 거품 코팅된 제2 PTFE 레이어를 포함한다.The filter medium of the present invention comprises a second PTFE layer coated on the porous network.
본 발명은 다공성 네트워크가 형성된 거품 코팅된 PTFE 레이어의 표면 상에 이보다 얇은 제2 PTFE 레이어를 거품 코팅함으로써 내열성 고분자 섬유로 이루어진 다공성 네트워크를 고정할 수 있다.The present invention can fix a porous network made of heat resistant polymer fibers by foam coating a second thinner PTFE layer on the surface of the foam coated PTFE layer on which the porous network is formed.
상기 제2 PFTE 레이어는 제1 PTFE 레이어와 동일한 방식으로 형성될 수 있다.The second PFTE layer may be formed in the same manner as the first PTFE layer.
바람직하기로는, 상기 제2 PTFE 레이어의 두께는 1 내지 50㎛, 보다 바람직하기로는 10 내지 50㎛ 일 수 있다. Preferably, the thickness of the second PTFE layer may be 1 to 50㎛, more preferably 10 to 50㎛.
그 결과, 본 발명의 여과체는 무기질 섬유 지지체층을 포함하여 총 4중층 구조를 갖는 여과체일 수 있다.As a result, the filter medium of the present invention may be a filter medium having a total quadruple structure including an inorganic fiber support layer.
본 발명의 여과체는 평균 기공 크기가 10㎛ 이하, 바람직하기로 0.5㎛ 내지 10㎛일 수 있다. 본 발명의 여과체는 상기 범위의 크기를 갖는 기공을 포함함으로써 2.5㎛ 이하의 초미세먼지도 포집할 수 있다.The filter medium of the present invention may have an average pore size of 10 μm or less, preferably 0.5 μm to 10 μm. The filter medium of the present invention can collect ultrafine dust of 2.5 μm or less by including pores having the size in the above range.
본 발명의 여과체는 기존 여과체에 비해 내열성이 우수하고 열수축에 강하며, 2.5㎛ 이하의 입경을 갖는 먼지에 대하여 99.9% 이상의 개수농도 기준의 표준분진 제거효율(에이징후), 85% 초과의 탈진효율 및 공기투과도가 5 cm3/cm2/sec 이상을 나타낼 수 있다. The filter medium of the present invention has better heat resistance than the existing filter medium and is strong in heat shrinkage, and has a standard dust removal efficiency (after aging) based on a water concentration of 99.9% or more for dust having a particle diameter of 2.5 μm or less (more than 85%). Dust exhaustion efficiency and air permeability may represent 5 cm 3 / cm 2 / sec or more.
본 발명의 제2양태는 무기질 섬유 지지체에 PTFE 수지를 포함하는 코팅액을 거품 코팅하여 무기질 섬유 지지체 상에 거품 코팅된 제1 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE) 레이어를 형성하는 제1단계; 상기 제1 PTFE 레이어 상에 내열성 고분자 용액을 전기방사하여 내열성 고분자 섬유로 이루어진 다공성 네트워크를 형성하는 제2단계; 및 상기 다공성 네트워크 상에 PTFE 수지를 포함하는 코팅액을 거품 코팅하여 거품 코팅된 제2 PTFE 레이어를 형성하는 제3단계;를 포함하는 중·고온 배가스의 먼지포집용 여과체의 제조방법을 제공한다.The second aspect of the present invention comprises the first step of foam coating the coating liquid containing PTFE resin on the inorganic fiber support to form a first polytetrafluoroethylene (PTFE) layer foam coated on the inorganic fiber support; A second step of forming a porous network made of heat resistant polymer fibers by electrospinning a heat resistant polymer solution on the first PTFE layer; And a third step of forming a bubble coated second PTFE layer by foam coating a coating solution including a PTFE resin on the porous network.
상기 제1단계는 PTFE 수지를 포함하는 코팅액을 먼저 거품 발생기로 처리하여 거품액을 만든 후, 이를 무기질 섬유 지지체 표면에 도포하여 거품상의 PTFE 층을 형성하는 단계일 수 있다.The first step may be a step of forming a foamed liquid by first treating the coating liquid containing a PTFE resin with a bubble generator, and then applying it to the surface of the inorganic fiber support to form a foamed PTFE layer.
바람직하기로는, 상기 PTFE 수지를 포함하는 코팅액은 PTFE, 거품안정제, 발포제 및 증점제를 포함하는 코팅액일 수 있다.Preferably, the coating liquid containing the PTFE resin may be a coating liquid containing PTFE, a foam stabilizer, a foaming agent and a thickener.
상기 제1단계는 상기 거품액이 도포된 지지체를 건조시켜 건조된 거품상의 PTFE 층을 형성시키는 단계일 수 있다.The first step may be a step of forming a dried foamed PTFE layer by drying the support on which the foam liquid is applied.
이때, 거품발생기는 3L/min의 속도로 공기를 정량적으로 분산액에 공급하는 한편, 200 내지 250rpm의 속도로 회전함으로써 거품을 생성할 수 있다.At this time, the bubble generator can generate bubbles by supplying air to the dispersion at a rate of 3L / min quantitatively, while rotating at a speed of 200 to 250rpm.
상기 제1단계는 거품액이 도포된 지지체를 1차 건조 및 2차 건조에 의해 2단계에 걸져 건조하여, 안정한 거품상의 PTFE 층이 형성된 다공성 레이어를 형성하는 단계일 수 있다.The first step may be a step of forming a porous layer having a stable foamed PTFE layer by drying the support on which the foam liquid is applied in two steps by primary drying and secondary drying.
본 발명의 일 구체예에서, 상기 거품 코팅된 지지체의 건조는 80℃ 내지 120℃의 1차 건조, 180℃ 내지 220℃의 2차 건조로 수행될 수 있다. 그 다음, 상기 건조된 지지체를 압착처리하여 미세 다공질 PTFE 레이어의 강도를 높이고 표면을 매끄럽게 할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the drying of the foam coated support may be performed by primary drying of 80 ℃ to 120 ℃, secondary drying of 180 ℃ to 220 ℃. The dried support may then be compressed to increase the strength of the microporous PTFE layer and smooth the surface.
즉, 상기 제1단계는 건조된 지지체를 압착처리하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. That is, the first step may further comprise the step of pressing the dried support.
압착처리 과정은 바람직하게는 200 psi 내지 700 psi의 압력으로 수행할 수 있다. The compression treatment process may be preferably performed at a pressure of 200 psi to 700 psi.
또한, 상기 제1단계는, 압착처리된 지지체를 열처리하여 경화시킴으로써 표면 강도가 우수한 표면층을 형성시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the first step may further include forming a surface layer having excellent surface strength by curing the compressed support by heat treatment.
상기 열처리는 바람직하기로 340 내지 400℃에서 처리하여 경화하는 단계일 수 있다. 그 다음, 상기 열처리된 지지체를 냉각하여 일차적으로 거품 코팅된 PTFE 레이어가 형성된 지지체를 얻을 수 있다.The heat treatment may be preferably a step of curing by treating at 340 to 400 ℃. The heat treated support may then be cooled to obtain a support having a primarily foam coated PTFE layer.
상기 제1 PTFE 레이어의 두께는 5 내지 100 ㎛인 것인 바람직하다.The thickness of the first PTFE layer is preferably 5 to 100 ㎛.
상기와 같이 무기질 섬유 지지체 표면 상에 일차적으로 거품 코팅된 제1 PTFE 레이어를 형성함으로써 2중층 구조의 여과체를 얻을 수 있다.By forming a first PTFE layer primarily foam coated on the surface of the inorganic fiber support as described above, it is possible to obtain a double layer structure of the filter body.
상기 제2단계는 제1 PTFE 레이어 상에 내열성 고분자용액을 전기방사하여 내열성 고분자 섬유로 이루어진 다공성 네트워크를 형성하는 단계를 포함하는 단계일 수 있다.The second step may include a step of forming a porous network made of heat resistant polymer fibers by electrospinning the heat resistant polymer solution on the first PTFE layer.
상기 제2단계에서 전기방사시 사용되는 전압은 5 내지 30 kV이며, 주사속도는 제한적이지 않을 수 있으며, 보다 바람직하게는 전기방사시 사용되는 전압은 20 kV이며, 방사속도는 1 mL/h일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The voltage used during the electrospinning in the second step is 5 to 30 kV, the scanning speed may not be limited, more preferably the voltage used during electrospinning is 20 kV, the spinning speed is 1 mL / h It may be, but is not limited thereto.
상기 제3단계는 다공성 네트워크가 형성된 거품 코팅된 PTFE 레이어의 표면 상에 이보다 얇은 제2 PTFE 레이어를 거품 코팅함으로써 내열성 고분자 섬유로 이루어진 다공성 네트워크를 고정하는 단계일 수 있다.The third step may be a step of fixing the porous network made of heat resistant polymer fibers by foam coating a second thinner PTFE layer on the surface of the foam coated PTFE layer on which the porous network is formed.
상기 제2 PTFE 레이어의 두께는 1 내지 50 ㎛인 것인 바람직하다.The thickness of the second PTFE layer is preferably 1 to 50 ㎛.
본 발명의 제조방법에 따라 무기질 섬유 지지체층을 포함하여 총 4중층 구조를 갖는 여과체를 제조할 수 있다.According to the production method of the present invention, a filter medium having a total quadruple structure including an inorganic fiber support layer may be prepared.
본 발명의 제조방법은 언와인더(1), PTFE 폼 공급 노즐(2), 거품 코팅 두께 조절용 나이프(3), 건조 경화용 히터(4), 고분자 섬유 전기방사 장치(5), 전기방사전극(6) 및 와인더(winder)(7)를 포함하는 제조장치를 이용할 수 있다. The manufacturing method of the present invention is an unwinder (1), PTFE foam supply nozzle (2), foam coating thickness adjusting knife (3), dry curing heater (4), polymer fiber electrospinning apparatus (5), electrospinning electrode A manufacturing apparatus including 6 and a
도 7은 상기 제조장치의 일 례를 모식적으로 나타낸 것이다. 본 발명의 여과체는, 상기 제조장치를 이용하여 언와인더(1)에 의해 유리 섬유가 이송되고, PTFE 폼 공급 노즐(2)을 통해, 이송된 유리 섬유 상에 PTFE 거품을 공급한 후 거품 코팅 두께 조절용 나이프(3) 및 건조경화용 히터(4)를 차례로 적용하여 유리 섬유 상에 제1 PTFE 층을 형성한 후, 고분자 섬유 전기방사장치(5)를 이용하여 내열성 고분자 네트워크 층을 형성한 후, PTFE 폼 공급 노즐(2), 거품 코팅 두께 조절용 나이프(3) 및 건조 경화용 히터(4)를 차례로 적용함으로써 제조될 수 있다. 7 schematically shows an example of the manufacturing apparatus. In the filter medium of the present invention, the glass fiber is conveyed by the unwinder 1 by using the manufacturing apparatus, and the PTFE foam is supplied onto the conveyed glass fiber through the PTFE
본 발명은, 2.5㎛ 이하의 초미세 분진에 대한 99.9% 이상의 분진제거효율을 달성하고, 공기투과도가 5 cm3/cm2/sec 이상인 여과체를 제공할 수 있다.The present invention can achieve a filter removal efficiency of 99.9% or more for ultrafine dust of 2.5 μm or less, and an air permeability of 5 cm 3 / cm 2 / sec or more.
본 발명의 여과체는 소각로, 석탄화력발전소, 시멘트 소성로 등에서 배출되는 초미세분진 발생 생산설비의 분진 제거 시스템에 매우 유용하다.The filter medium of the present invention is very useful for dust removal systems of ultrafine dust generating production equipment discharged from incinerators, coal-fired power plants, cement kilns and the like.
도 1은 여과집진장치의 일 예이다.
도 2는 여과집진장치 내에 장착된 여과백의 모식도이다.
도 3은 기공크기와 섬유직경과의 관계를 나타낸 것이다.
도 4는 기공크기가 포집성능에 미치는 영향을 나타낸 것이다.
도 5는 (a) PTFE 폼 코팅 여과체이고, (b) 내열성 고분자 섬유가 부착된 PTFE 폼 코팅 여과체이다.
도 6은 본 발명의 여과체의 제조방법을 실시하기 위한 장치의 모식도이다.1 is an example of a bag filter.
2 is a schematic view of a filter bag mounted in the bag filter.
Figure 3 shows the relationship between pore size and fiber diameter.
4 shows the effect of pore size on the collection performance.
5 is (a) PTFE foam coated filter, and (b) PTFE foam coated filter with heat resistant polymer fiber attached.
It is a schematic diagram of the apparatus for implementing the manufacturing method of the filter body of this invention.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 쉽게 이해하기 위해서 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의하여 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, preferred examples are provided to aid in understanding the present invention. However, the following examples are merely provided to more easily understand the present invention, and the contents of the present invention are not limited by the examples.
실시예 1 : 여과체의 제조Example 1 Preparation of Filter Media
거품코팅 여과체(GL-TEX-790, 창명산업, 한국)를 준비하였다. Foam coating filter medium (GL-TEX-790, Changmyung Industry, Korea) was prepared.
도 5a는 현재 ㈜창명산업에서 제조하고 있는 여과체의 800배로 확대된 표면사진이다. 도 5a에서, 다양한 크기의 구멍(Pore)이 층을 이루고 있음을 볼 수 있는데, 기공크기 측정(PMI측정) 결과 평균 기공 크기는 20 μm 정도였다.Figure 5a is an enlarged surface photograph of 800 times the filter medium currently manufactured by Changmyung Industrial Co., Ltd. In FIG. 5A, it can be seen that pores of various sizes are layered. The pore size measurement (PMI measurement) showed that the average pore size was about 20 μm.
거품코팅 여과체(GL-TEX-790, 창명산업, 한국) 표면에, N,N-dimethylacetamide(DMAc) 100ml에 메타 아라미드를 20g을 용해시킨 메타아라미드 용액을 전기방사하였다. 전기방사시 사용 전압은 20 kV이고 주사속도는 1 mL/h로 유지하였다. 그 다음 약 50㎛ 이하의 두께로 PTFE 거품을 코팅한 후 80℃ 내지 120℃의 1차 건조, 180℃ 내지 220℃의 2차 건조 단계를 수행한 후 200 psi 내지 700 psi의 압력으로 압착처리하였다. 그 다음 340 내지 400℃에서 열처리하여 경화함으로써 4중층 구조의 여과체를 제조하였다.On the surface of the foam coating filter (GL-TEX-790, Changmyung Ind., Korea), a metaaramid solution in which 20 g of meta aramid was dissolved in 100 ml of N, N-dimethylacetamide (DMAc) was electrospun. The voltage used during electrospinning was 20 kV and the scanning rate was maintained at 1 mL / h. Then, after coating the PTFE foam to a thickness of about 50 ㎛ or less, the first drying step of 80 ℃ to 120 ℃, the second drying step of 180 ℃ to 220 ℃ was carried out to a pressure of 200 psi to 700 psi . Then, a heat treatment at 340 to 400 ℃ hardened to prepare a four-layered filter body.
실험예 1: 집진성능시험Experimental Example 1: Dust collection performance test
실시예 1의 여과체의 집진성능을 확인하기 위해 중량집진성능(%)(Kanazawa Univ.)에 의뢰하여 중량집진성능을 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타냈다.In order to confirm the collection performance of the filter medium of Example 1, the weight collection performance was evaluated by weight collection performance (%) (Kanazawa Univ.), And the results are shown in Table 1 below.
실험예 2: 탈진효율시험Experimental Example 2: Dust Removal Efficiency Test
실시예 1의 여과체의 탈진효율을 확인하기 위해 한국생산기술연구원의 집진성능평가장치를 이용하여 탈진효율을 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타냈다.In order to confirm the dust removal efficiency of the filter medium of Example 1, dust collection efficiency was evaluated using a dust collecting performance evaluation apparatus of the Korea Institute of Industrial Technology. The results are shown in Table 1 below.
실험예 3: 공기투과도시험Experimental Example 3: Air Permeability Test
공기투과도는 여과체의 차압특성으로서 포아 사이즈에 연관되는 성능이며, 분진제거 시 스템의 ID-Fan 차압을 증가시키는 것으로 운전 에너지를 증가시킨다. Air permeability is the performance related to the pore size as the differential pressure characteristic of the filter medium, and increases the operating energy by increasing the ID-Fan differential pressure of the dust removal system.
실시예 1의 여과체의 공기투과도를 확인하기 위해 KOTERI에 의뢰하여 공기투과도를 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타냈다. In order to confirm the air permeability of the filter medium of Example 1, the air permeability was evaluated by KOTERI, and the results are shown in Table 1 below.
실험예 4: 수축율 시험Experimental Example 4: Shrinkage Rate Test
실시예 1의 여과체의 수축율을 확인하기 위해 한국생산기술연구원에 의뢰하여 수축율을 평가한 후 그 결과를 하기 표 1에 나타냈다.In order to confirm the shrinkage of the filter medium of Example 1, the contraction rate was evaluated by the Korea Institute of Industrial Technology. The results are shown in Table 1 below.
실험예 5: 내마모도 시험Experimental Example 5: Wear Resistance Test
실시예 1의 여과체의 내마모도를 확인하기 위해 한국생산기술연구원에 의뢰하여 내마모도를 평가한 후 그 결과를 하기 표 1에 나타냈다.In order to confirm the wear resistance of the filter medium of Example 1, the Korea Institute of Industrial Technology evaluated the wear resistance, and the results are shown in Table 1 below.
(%)Dust collection performance test
(%)
(Kanazawa Univ.)Dust collection performance (%)
(Kanazawa Univ.)
- 먼지농도 : 3.0 g/m3
- 여과속도 : 1m/minStandard dust: PM2.5
- Dust concentration: 3.0 g / m 3
-Filtration speed: 1m / min
탈진효율시험
(%)
Dust Removal Efficiency Test
(%)
(한국생산기술연구원,집진성능평가장치)Dust Removal Efficiency (%)
(Korea Institute of Industrial Technology, dust collection performance evaluation device)
- 먼지농도 : 3.0 g/m3
- 탈진압력 4 kg/cm2 Standard dust: PM2.5
- Dust concentration: 3.0 g / m 3
-Dust removal pressure 4 kg / cm 2
(m3/m2/sec)Air permeability
(m 3 / m 2 / sec)
(SEM 사진 분석을 통한 변형여부 판단)-KS K 3841
(Judged by deformation through SEM photo analysis)
(코팅막변형)300 ° C, 30 minutes exposure
(Coated Film Deformation)
( 변형없음)350 ° C., 30 minutes exposure
(No deformation)
내마모도
Wear resistance
비교예1: 마이크로원 3중 필터(유리섬유직포+PTFE Laminating)Comparative Example 1: Micro-One Triple Filter (Glass Fiber Fabric + PTFE Laminating)
비교예2: GL-TEX 790 (포아 사이즈 20㎛)Comparative Example 2: GL-TEX 790 (pore size 20 μm)
상기 표 1에서 보는 바와 같이 PM2.5 표준분진에 대해서 비교예 2는 80%의 분진 제거율을 나타내는 반면, 실시예 1의 여과체는 99.9 %로 높은 분진 제거율을 나타냈다. 비교예 1 역시 99.9%로 높은 분진 제거율을 나타냈으나, 비교예 1은 공기투과도가 2.7로 매우 낮은 반면, 실시예 1의 여과체는 5이상으로 높았다.As shown in Table 1, Comparative Example 2 showed a dust removal rate of 80% for PM2.5 standard dust, while the filter medium of Example 1 showed a high dust removal rate of 99.9%. Comparative Example 1 also showed a high dust removal rate of 99.9%, while Comparative Example 1 had a very low air permeability of 2.7, while the filter medium of Example 1 was high as 5 or more.
상기 표 1에서 보는 바와 같이 실시예 1의 여과체는 기존 제품과 같이 350℃에 30분 노출시켰을 때 변형되지 않았으며, 내마모도도 높게 나타났다.As shown in Table 1, the filter medium of Example 1 was not deformed when exposed to 350 ° C. for 30 minutes as in the conventional product, and abrasion resistance was also high.
Claims (16)
무기질 섬유 지지체;
상기 무기질 섬유 지지체 상에 거품 코팅된, 평균 기공 크기가 10㎛ 내지 30㎛인 제1 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE) 레이어;
상기 제1 PTFE 레이어 상에 내열성 고분자 용액을 전기방사하여 부착한, 직경이 0.1 내지 2㎛인 내열성 고분자 섬유로 이루어진 다공성 네트워크; 및
거품 코팅된 제1 PTFE 레이어 상에 내열성 고분자 섬유로 이루어진 다공성 네트워크를 고정하도록 상기 다공성 네트워크 상에 거품 코팅된 제2 PTFE 레이어를
포함하는, 평균 기공 크기가 0.5 내지 10㎛인 중·고온 배가스의 먼지포집용 여과체.As a dust collecting filter for medium and high temperature flue gas having a dust removal efficiency of 99.9% or more for ultra fine dust of 2.5 μm or less and an air permeability of 5 cm 3 / cm 2 / sec or more,
Inorganic fiber support;
A first polytetrafluoroethylene (PTFE) layer having an average pore size of 10 μm to 30 μm foam coated on the inorganic fiber support;
A porous network made of heat-resistant polymer fibers having a diameter of 0.1 to 2 μm by electrospinning a heat-resistant polymer solution on the first PTFE layer; And
Applying a second PTFE coated layer on the porous network to fix the porous network of heat resistant polymer fibers on the first coated PTFE layer
A dust collecting filter for medium and high temperature flue gas having an average pore size of 0.5 to 10 µm.
상기 제1 PTFE 레이어 상에 내열성 고분자 용액을 전기방사하여 내열성 고분자 섬유로 이루어진 다공성 네트워크를 형성하는 제2단계; 및
상기 다공성 네트워크 상에 PTFE 수지를 포함하는 코팅액을 거품 코팅하여 거품 코팅된 제2 PTFE 레이어를 형성하는 제3단계;를 포함하는, 제1항의 중·고온 배가스의 먼지포집용 여과체의 제조방법.A first step of foam coating a coating solution including a PTFE resin on the inorganic fiber support to form a first polytetrafluoroethylene (PTFE) layer coated on the inorganic fiber support;
A second step of forming a porous network made of heat resistant polymer fibers by electrospinning a heat resistant polymer solution on the first PTFE layer; And
And a third step of foam coating a coating liquid containing PTFE resin on the porous network to form a second coated PTFE layer. 2.
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