KR102594953B1 - 직수형 정수기의 메인 필터용 소재 및 그 필터 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직수형 정수기의 메인 필터로 사용하기에 적합한 필터 및 그 필터 제조방법에 관한 것으로서, 수중의 미생물을 제거하는 미생물 제거층; 상기 미생물 제거층의 일면 또는 양면에 위치하며 수중의 입자성 물질을 제거하는 제탁층; 및 필터의 최외층 양면에 위치하는 지지층을 포함하며, 상기 미생물 제거층, 제탁층 및 지지층이 접합되어 일체화되며, 지그재그로 절곡되어 주름진 형태를 갖는 입자성 물질 제거를 위한 정수필터를 제공하며, 또한, 수중의 미생물을 제거하는 미생물 제거소재, 수중의 입자성 물질을 제거하는 제탁소재를 상기 미생물 제거소재의 일면 또는 양면에 위치시키고, 필터의 최외층 양면에 지지소재를 위치시키되, 상기 미생물 제거소재, 제탁소재 및 지지소재를 소정의 순서로 또는 일시에 접합하여 일체화하여 복합소재를 제조하는 단계 및 상기 일체화된 복합 소재를 지그재그로 절곡하여 주름진 형태를 형성하는 단계를 포함하는 정수필터 제조방법을 제공한다.

Description

직수형 정수기의 메인 필터용 소재 및 그 필터 제조방법{FILTER FOR WATER PURIFIER AND METHOD FOR MAKING THE FILTER MEDIA}

본 발명은 직수형 정수기의 메인 필터로 사용하기에 적합한 필터 및 그 필터 제조방법에 관한 것이다.

통상, 직수형 정수기는 프리 카본필터, 메인필터 및 포스트 카본필터로 구성된다. 상기 프리카본 필터는 활성탄의 흡착방식을 이용하여 발암물질(THM), 합성세제, 살충제 등 인체에 유해한 화학물질과 잔류염소 등을 제거하는 역할을 수행하며, 포스트 카본필터는 메인필터를 통과한 물에 포함된 불쾌한 맛과 냄새, 색소 등을 제거하는 역할을 수행한다. 즉, 프리 카본필터 및 포스트 카본필터는 모두 케미칼을 제거하는 역할을 수행하는 것이다.

그리고, 메인필터는 입자성 물질을 제거하는 역할을 담당하고 있으며, 필터에 따라서는 바이러스, 박테리아까지 제거하기도 한다.

통상 국내에서 직수형 정수기에 사용되는 메인필터(main filter)로는 대부분 미생물(Bacteria, Virus) 제거성능이 있는 양전하 필터를 사용하고 있으며, 바이러스 제거성능이 없는 중공사막(UF)을 사용하기도 한다.

일반적으로 사용되고 있는 UF 필터의 경우 일부 박테리아를 제거하는 성능을 가지고 있으나, 바이러스 제거 성능은 없는 실정이며, 또한, 양전하 필터의 기공크기는 대략 0.2 내지 2.0㎛ 수준이며, 단일 소재를 절곡가공하여 필터형상으로 제조하고 있다. 이와 같이 단일 기공을 갖는 소재를 사용하는 경우에는 고탁도의 물을 정수하는 경우 필터의 기공이 조기에 막히는 문제가 발생하기 쉽다.

또한, 이러한 정수기는 원수 중 미생물이 있을 경우 포스트 카본필터 등이 세균에 쉽게 오염되고, 재증식하는 문제를 발생시킨다. 오염된 포스트 카본 필터에 의해 세균이 저장탱크로 유입되기 때문에 그 저장탱크에 미생물이 2차 재증식하게 된다는 문제점을 안고 있다. 또한, 저장탱크에 저장된 정수에 외부로부터 세균이나 미생물이 침투하여 번식할 수도 있고, 저장탱크의 내벽에 물때가 발생할 수도 있다.

따라서, 미생물을 포함한 입자성 물질을 제거하는 메인필터의 성능을 보다 개선시킬 필요가 있다.

본 발명은 직수형 정수기의 메인 필터로 사용하기에 적합한 필터 및 그 필터 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 수중의 입자성 물질의 제거를 위한 정수필터에 대한 것으로서, 상기 정수필터는 일 구현예에 따르면, 수중의 미생물을 제거하는 미생물 제거층; 상기 미생물 제거층의 일면 또는 양면에 위치하며 수중의 입자성 물질을 제거하는 제탁층; 및 필터의 최외층 양면에 위치하는 지지층을 포함하며, 상기 미생물 제거층, 제탁층 및 지지층이 접합되어 일체화되며, 지그재그로 절곡되어 주름진 형태를 갖는다.

다른 구현예로서, 상기 정수필터는 피처리수의 입수측에서 출수측의 흐름방향으로, 지지층/1차 제탁층/미생물 제거층/2차 제탁층/지지층, 지지층/1차 제탁층/미생물 제거층/지지층, 또는 지지층/미생물 제거층/2차 제탁층/지지층의 층 구조를 가질 수 있다.

다른 구현예로서, 상기 미생물 제거층은 부직포 기재에 양전하 물질이 코팅 혹은 화학결합된 것일 수 있다.

다른 구현예로서, 상기 미생물 제거층의 부직포는 유리섬유, 셀룰로오스 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리술폰 섬유 및 폴리에스터 섬유로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 섬유로 된 것일 수 있다.

다른 구현예로서, 상기 양전하 물질은 보헤마이트(boehmite), 폴리DADMAC(poly Diallyl dimethyl ammonium chloride), 멜라민 포름알데하이드-콜로이달실리카(Melamine formaldehyde/colloidal silica) 및 가교결합된 폴리에틸렌이민으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.

다른 구현예로서, 상기 미생물 제거층의 부직포는 단위중량이 0.5g/㎡ 내지 300g/㎡이고, 기공크기가 0.2㎛ 내지 20㎛인 것을 사용할 수 있다.

다른 구현예로서, 상기 미생물 제거층은 PET 섬유의 부직포에 보에마이트가 복합화된 소재를 사용할 수 있다.

다른 구현예로서, 상기 제탁층은 부직포 소재를 사용할 수 있다.

다른 구현예로서, 상기 제탁층은 폴리프로필렌, PET, 폴리에틸렌, 폴리아미드 및 셀룰로오스로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 섬유로 된 부직포일 수 있다.

다른 구현예로서, 상기 제탁층은 단위 중량이 15-90g/㎡이고, 기공크기가 5-100㎛의 부직포일 수 있다.

다른 구현예로서, 상기 제1 제탁층은 단위 중량 20 내지 50g/㎡ 및 기공크기 15-30㎛의 부직포이고, 제2 제탁층은 단위 중량 10 내지 40g/㎡ 및 기공크기 2-30㎛의 부직포이며, 상기 제1 제탁층과 제2 제탁층의 부직포는 단위중량 및 기공크기 중 적어도 하나가 상이하되, 제2 제탁층의 부직포가 제1 제탁층의 부직포에 비하여 단위중량이 더 크거나, 기공크기가 더 작은 것일 수 있다.

다른 구현예로서, 상기 지지층은 폴리프로필렌, PET, 폴리에틸렌, 폴리아미드 및 셀룰로오스로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 섬유로 된 부직포일 수 있다.

다른 구현예로서, 상기 지지층은 소재 단위중량이 15~90g/㎡이고, 기공크기가 50~150㎛의 부직포일 수 있다.

다른 구현예로서, 상기 미생물 제거층, 제탁층 및 지지층은 핫멜트 스프레이 접합, 초음파 실링, 히트 실링, 열접합, 화학접합 및 그라비어 본딩으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 방법에 의해 접합되어 일체화된 것일 수 있다.

다른 구현예로서, 상기 미생물 제거층, 제탁층 및 지지층은 EVA 또는 프로필렌 바인더의 핫멜트 스프레이에 의해 접합된 것일 수 있다.

본 발명은 또한, 정수필터 제조방법을 제공하고자 하는 것으로서, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 정수필터 제조방법은 수중의 미생물을 제거하는 미생물 제거소재, 수중의 입자성 물질을 제거하는 제탁소재를 상기 미생물 제거소재의 일면 또는 양면에 위치시키고, 필터의 최외층 양면에 지지소재를 위치시키되, 상기 미생물 제거소재, 제탁소재 및 지지소재를 소정의 순서로 또는 일시에 접합하여 일체화하여 복합소재를 제조하는 단계 및 상기 일체화된 복합 소재를 지그재그로 절곡하여 주름진 형태를 형성하는 단계를 포함한다.

다른 구현예로서, 상기 접합은 핫멜트 스프레이 접합, 초음파 실링, 히트 실링, 열접합, 화학접합 및 그라비어 본딩으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 방법에 의해 수행될 수 있다.

다른 구현예로서, 상기 접합은 EVA, 프로필렌을 바인더로 사용하는 핫멜트 스프레이 접합에 의해 수행될 수 있다.

나아가, 본 발명은 프리 카본필터, 상기한 구현예 중 어느 하나의 정수필터 및 포스트 카본필터를 포함하는 직수형 정수기를 제공한다.

본 발명의 필터를 직수형 정수기의 메인 필터로 사용함으로써, 충분한 정수 유량을 제공하면서 피처리 수 중에 존재하는 미생물을 포함한 입자성 물질을 효율적으로 제거할 수 있고, 나아가, 필터의 사용수명, 즉, 유량을 일정하게 유지할 수 있는 능력을 보다 장기화할 수 있는 필터 소재를 제공할 수 있다.

도 1의 (a)는 본 발명에 따른 정수필터의 단면도이며, (b)는 상기 필터의 층 구조를 나타낸다.
도 2는 실시예 1 및 비교예 1의 필터(막 면적 0.041㎡)에 대한 제탁성능 평가 결과를 나타내는 것이다.
도 3은 실시예 1 및 비교예 1의 필터에 대한 유량 유지력 평가 결과를 나타내는 도면이다.
도 4는 실시예 2 및 비교예 2의 필터(막 면적 0.047㎡)에 대한 제탁성능 평가 결과를 나타내는 것이다.
도 5는 본 발명 필터의 입자성 물질 제거 기작 및 정수 후 필터를 구성하는 각 층의 표면 상태를 촬영한 도면이다.

본 발명은 직수형 정수기의 메인 정수필터를 제공하고자 한다. 이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에서 제공하는 정수필터는 미생물 제거층, 제탁층 및 지지층을 포함한다. 이와 같은 본 발명의 정수필터의 구조의 일 예를 도 1에 개략적으로 나타내었다. 도 1은 본 발명의 정수필터의 단면도(a) 및 정수필터의 층 구조(b)를 개략적으로 나타낸 것이다.

본 발명의 정수필터는 도 1의 (b)에 나타낸 바와 같이, 지지층-1차 제탁층-미생물 제거층-2차 제탁층-지지층의 층 구조를 가질 수 있으며, 다른 예로, 지지층-1차 제탁층-미생물 제거층-지지층의 층 구조 또는, 지지층-미생물 제거층-1차 제탁층-지지층의 층 구조를 가질 수 있다. 바람직하게는 지지층-1차 제탁층-미생물 제거층-2차 제탁층-지지층로 구성된다.

상기 지지층은 본 발명의 필터 제조 시에 미생물 제거층, 각 제탁층을 보호하는 역할을 하는 것으로서, 본 발명에 의해 제공되는 필터의 양측면에 배치된다. 상기 지지층은 실질적으로는 입자성 물질의 제거 기능을 갖지 않는다.

상기 지지층 소재로는 부직포일 수 있으며, 상기 부직포는 천연 또는 합성섬유로 될 수 있으며, 예를 들면, PP, PET, PE, PA 등 합성고분자 및 셀룰로오스와 같은 천연소재 등을 단독으로 또는 복합화하여 사용될 수 있는 것으로서 특별히 한정하지 않는다. 다만, 바람직하게는 PP 스펀본드 부직포를 사용할 수 있다.

상기 지지층의 소재인 부직포 제조시에 화학약품을 사용하지 않는 것이 바람직하다. 화학약품이 사용되는 경우, 잔류하는 화학약품이 정수 과정에서 수중으로 용출될 수 있어, 수질을 오염시킬 수 있다.

상기 지지층 소재는 수중의 입자성 물질을 제거하는 역할이 필요한 것이 아니고, 내부의 제탁층 및 미생물 제거층을 보호하는 역할을 수행할 수 있는 것이므로, 그 기공사이즈나 단위 중량 등에 대하여는 특별히 한정하지 않는다. 예를 들면, 지지층 소재는 기공사이즈가 50 내지 150㎛이고, 단위중량이 15 내지 90g/㎡일 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 지지층의 소재인 부직포는 단위중량이 15 내지 50g/㎡이고, 기공크기는 70 내지 120㎛일 수 있다.

나아가, 상기 지지층 소재의 부직포는 직경이 15 내지 100㎛m인 섬유를 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 섬유의 직경이 20 내지 50㎛일 수 있다.

본 발명의 필터에 사용되는 제탁층은 상기 지지층의 내면에 위치하는 것으로서, 원수 중에 포함된 입자 사이즈가 큰 입자성 물질을 제거하는 역할을 수행한다. 상기 제탁층에 의해 큰 사이즈의 입자성 물질을 먼저 제거함으로써 미생물 제거층에서 입자성 물질의 제거 부담을 경감시킬 수 있으며, 이에 의해 정수 유량을 보다 장기간 지속시킬 수 있다.

상기 제탁층은 부직포를 제탁소재로 사용할 수 있다. 상기 부직포로는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌(PE), 폴리아미드(PA) 등의 합성고분자 및 셀룰로오스와 같은 천연소재로 된 섬유를 이용할 수 있으며, 이들을 단독으로 사용할 수 있음은 물론, 이들을 복합화하여 사용할 수 있다. 이 중, 폴리프로필렌 멜트블로운 부직포를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 부직포는 부직포 제조시에 화학약품을 포함하지 않는 것이 바람직하다. 부직포 제조시에 포함된 화학약품은 수중에서 용출되어 수질을 저하시킬 수 있다.

상기 제탁층은 앞서 예시한 바와 같이, 미생물 제거층의 양면에 위치할 수 있음은 물론, 입수측에서 출수측을 향하는 물의 흐름방향을 기준으로 미생물 제거층의 전면(1차 제탁층) 또는 후면(2차 제탁층)의 어느 하나에만 위치할 수도 있다. 특히, 상기 1차 제탁층은 원수 중의 큰 입자성 물질을 제거하는 역할을 하여 미생물 제거층에서 입자성 물질의 제거 부담을 경감시킬 수 있는바, 적어도 1차 제탁층을 포함하는 것이 보다 바람직하다.

상기 1차 제탁층의 제탁 소재는 제거하고자 하는 입자성 물질의 입자 사이즈에 따라 적절히 조절할 수 있으나, 예를 들면, 소재의 단위중량이 15 내지 90g/㎡이고, 부직포의 기공크기는 5 내지 100㎛ 범위인 것이 바람직하다. 부직포의 기공크기가 상기 범위보다 작은 경우에는 1차 제탁층에 오히려 수처리 부담을 가중시키는 문제가 있으며, 상기 범위보다 큰 기공크기를 갖는 경우에는 1차 제탁층에 의한 입자성 물질의 제거 효과가 감소하여 미생물 제거층에 부담을 초래할 수 있다. 한편, 상기 단위 중량이 상기 범위 미만인 경우에는 소재 내분에서의 입자성 물질의 제거 효과가 적고, 상기 범위를 초과하는 경우에는 지나치게 높은 밀도로 인해 오히려 저항으로 작용하여 유량 감소를 초래할 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 1차 제탁층의 제탁소재는 단위중량이 20-50g/㎡이고, 부직포의 기공크기는 15 내지 30㎛일 수 있다.

한편, 상기 1차 제탁층의 제탁소재는 직경이 3 내지 50㎛ 범위인 섬유를 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 섬유 직경이 3 내지 15㎛ 범위일 수 있다.

본 발명의 필터는 미생물 제거층의 출수측에 2차 제탁층을 포함할 수 있다. 상기 2차 제탁층은 순간적으로 고압이 걸리는 특이한 상황에서도 포집된 입자성 물질이 필터 외부로 유출되는 것을 억제하는 역할을 한다.

따라서, 상기 2차 제측층의 제탁소재는 1차 제탁층에 비하여 보다 높은 제탁성능을 갖는 것이 바람직하다. 이에, 2차 제탁소재로서의 부직포는 단위 중량 및 기공크기 중 적어도 하나가 1차 제탁소재의 것과 상이하여 입자성 물질의 제거 성능이 보다 우수할 필요가 있으며, 보다 구체적으로, 2차 제탁층의 제탁소재는 1차 제탁층의 제탁소재에 비하여 단위중량이 더 크거나, 기공크기가 더 작은 것이 바람직하다.

상기 2차 제탁층의 제탁 소재는 소재의 단위중량이 15 내지 90g/㎡ 미만이고, 부직포의 기공크기는 5 내지 100㎛ 미만의 범위일 수 있다. 제2 제탁층은 보다 바람직하게는 제탁소재의 단위중량이 10-40g/㎡ 이고, 부직포의 기공크기는 15 내지 30㎛일 수 있다.

한편, 상기 1차 제탁층의 제탁소재는 직경이 3 내지 50㎛인 섬유를 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 섬유 직경이 3 내지 15㎛ 범위의 것을 사용할 수 있다. 2차 제탁층의 소재인 부직포의 기공크기가 작을수록 입자성 물질의 외부 유출을 방지하는 측면에서 바람직하나, 저항이 발생하여 유량을 감소시키는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 상기 범위의 기공크기를 갖는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 필터는 1차 제탁층의 출수측이고, 2차 제탁층의 입수측에 미생물 제거층을 포함한다. 상기 미생물 제거층은 상기 제탁층에서 제거되지 않고 통과한 입자상 물질을 제거하며, 나아가 원수 중에 존재하는 미생물을 제거하는 역할을 수행한다.

상기 미생물 제거소재로서 부직포를 사용할 수 있다. 상기 부직포를 사용하는 경우에는 상기한 바와 같이, 부직포의 표면에서는 물론, 내부에서도 입자성 물질을 제거할 수 있어 입자성 물질의 제거에 보다 효과적이다.

종래에는 정수기의 메인필터로서 UF 소재를 사용하여 왔으나, 이 경우에는 그 표면에서만 입자성 물질이 제거되어 기공의 폐쇄가 용이하며, 이로 인해 유량 감소로 인한 필터 수명 단축을 초래하는 문제가 있었다. 그러나, 본 발명에서와 같이 부직포를 제탁층의 소재로 사용하는 경우에는 소재의 표면에서는 물론, 소재 내부에서도 입자성 물질을 제거할 수 있으며, 많은 기공으로 인해 입자성 물질의 제거로 인한 유량 감소 문제를 현저히 줄일 수 있다.

상기 미생물 제거소재로서 사용되는 부직포로는 특별히 한정하지 않으며, 정수기의 필터소재로서 사용되는 부직포라면 본 발명에서도 적합하게 사용할 수 있으며, 예를 들어, 유리섬유, 셀룰로오스, 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF), 폴리스타이렌(PS), 폴리술폰 등의 섬유를 사용한 부직포일 수 있다. 이들은 단독으로 사용할 수 있음은 물론, 2 이상을 조합하여 사용할 수도 있다. 바람직하게는 PET 섬유로 된 부직포 소재를 사용할 수 있다.

상기 미생물 제거 소재로서의 부직포는 단위중량 0.5g/㎡ 내지 300g/㎡이고, 기공크기는 0.2㎛ 내지 20㎛인 것을 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 단위중량이 1 내지 200300g/㎡이고, 0.5 내지 10㎛의 기공크기를 갖는 것이 바람직하다.

상기 미생물 제거 소재로서 부직포는 섬유직경이 0.02㎛ 내지 100㎛인 것을 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.2 내지 50㎛일 수 있다.

상기 미생물 제거층은 원수 중에 존재하는 박테리아, 바이러스 제거 및 미세입자를 제거하고자 하는 것이다. 이를 위해 상기 미생물 제거층은 부직포에 주로 음전하를 띄는 미생물의 제거를 위하여 양전하 물질이 물리적 결합 또는 화학결합될 수 있다.

상기 양전하 물질로는 미생물 제거를 위해 통상적으로 사용되는 것이라면 본 발명에도 적합하게 사용할 수 있는 것으로서, 특별히 한정하지 않으며, 예를 들면, 보헤마이트(boehmite), 폴리DADMAC(poly Diallyl dimethyl ammonium chloride), 멜라민 포름알데하이드-콜로이달실리카(Melamine formaldehyde/colloidal silica) 및 가교결합된 폴리에틸렌이민 등을 들 수 있다.

상기 양전하 물질은 부직포에 물리적 결합 또는 화학결합의 형태로 복합화될 수 있다. 상기 양전하 물질을 미생물 제거 소재인 부직포에 적용하는 방법으로는 특별히 한정하지 않으며, 화학결합법으로는 예를 들어, 수열중합법을 들 수 있으며, 미생물 제거소재인 부직포가 작용기를 갖는 경우에 상기와 같은 양전하 물질을 부직포의 작용기에 결합할 수 있다. 한편, 물리적 결합법으로는 양전하 수지를 바인더와 혼합하여 미생물 제거소재인 부직포 표면에 코팅함으로써 적용할 수 있다. 이 경우, 상기 양전하 소재로는

본 발명에 있어서 상기 미생물 제거소재로서는 PET 섬유에 보에마이트(Boehmite)가 복합화된 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 정수필터는 상기 미생물 제거층, 제탁층 및 지지층을 접합하여 일체화하는 것이 바람직하다. 본 발명의 정수필터는 표면적을 증대시키고자 지그재그로 절곡하여 주름진 형태로 성형하여 사용한다. 상기 미생물 제거층, 제탁층 및 지지층의 각 층을 단순히 적층하는 경우에는 주름진 형태로 성형함에 있어서 각각의 소재를 개별적으로 절곡하여야 하며, 이로 인해 생산성 저하를 초래할 수 있다. 한편, 이들을 동시에 절곡하는 경우에는 각 층을 위한 소재를 공급하면서 성형 공정을 포함하여 공정이 복잡하고, 원하는 형태의 결과물을 얻기가 어렵다.

이에, 본 발명은 상기 미생물 제거층, 제탁층 및 지지층을 위에서 예시한 바와 같은 층 구조로 적층하고, 이들을 접합하여 일체화하는 것이 바람직하다. 각 층의 소재를 일체화함으로써 성형 공정을 보다 단순화할 수 있다.

상기 각 층을 일체화하는 방법으로는 핫멜트 스프레이(Hot melt spraying), 초음파 실링(Ultra sonic sealing), 히트 실링(Heat sealing), 열접합, 화학접합 그라비어 본딩(Gravure bonding) 등의 방법을 사용할 수 있다. 다만, 상기 초음파 실링의 경우에는 실링된 부위에 대하여 소재를 딱딱하게 하는 경향이 있으며, 이로 인해 절곡에 의한 성형과정에서 실링부위가 파손될 위험이 있다.

보다 바람직하게는 실링 공정 중 원단의 리크(leak) 가능성이 가장 적고, 가공성이 우수한 핫멜트 스프레이 방법을 사용할 수 있다. 핫멜트 스프레이에 의하는 경우에는 바인더가 각 층의 부직포 표면에 부분적으로 분산되어 부직포의 기공을 막을 우려가 적으며, 나아가, 바인더가 각 층의 부직포 표면에 골고루 분산되어, 절곡 과정에서 실링부위의 파손으로 인한 문제 발생이 없어 바람직하다.

한편, 상기 핫멜트 스프레이 방법에 의하는 경우 상기 바인더로는 EVA(에틸렌비닐아세테이트) 및 프로필렌을 사용할 수 있다. 이 중에서 EVA를 사용하는 경우에는 비닐아세테이트 성분이 미량 수중에 용출될 수 있는바, 프로필렌을 사용하는 것이 소재안전성 및 용출안전성을 확보하기에 바람직하다.

상기 핫멜트 스프레이법에 의해 각 소재를 접합하는 방법에 대하여, 본 발명의 정수필터가 지지층/1차 제탁층/미생물 제거층/2차 제탁층/지지층의 구조를 갖는 경우를 예로 들어 설명한다. 그러나, 이하의 설명은 본 발명의 필터를 접합하는 방법을 이로서 한정하는 것이 아니며, 본 분야의 통상의 기술자라면 이하의 설명으로부터 필터의 층 구조 및 접합방법, 순서를 필요에 따라 용이하게 변경할 수 있을 것이다.

상기 상기 각 층의 소재가 공급되는 과정에서 각 층의 적어도 일면, 즉 다른 층의 소재와 접하는 면에 핫멜트 스프레이법에 의해 바인더가 스프레이되고, 이후에 압력을 가하여 각 층을 동시에 접합할 수 있다.

나아가, 이중 어느 2 이상의 층을 선택적으로 먼저 접합하고, 상호 접합된 접합 소재를 서로 접합할 수도 있다. 예를 들면, 지지층과 제1 제탁층, 제2 제탁층과 지지층 사이에 프로필렌 바인더를 핫멜트 스프레이하여 접합한다. 보다 구체적으로, 예를 들어, 어느 하나의 지지층 또는 제1 제탁층 중 어느 하나의 일면에 프로필렌 바인더를 핫멜트 스프레이하고 접합한다. 전면에 대하여 핫멜트 스프레이하는 것은 소재의 기공을 폐쇄하게 되는바 바람직하지 않을 수 있다. 동일한 방법으로 나머지 하나의 지지층 및 제2 제탁층을 핫멜트 스프레이에 의해 접합한다. 이어서, 상기 제1 및 제2 제탁층의 다른 면에 프로필렌 바인더를 핫멜트 스프레이하여 미생물 제거층의 양면에 각각 접합한다. 이에 의해 지지층/1차 제탁층/미생물 제거층/2차 제탁층/지지층의 구조를 갖는 정수필터 소재를 얻을 수 있다.

다음으로, 상기 얻어진 일체화된 정수필터 소재를 절곡하여 도 1의 (b)에 나타낸 바와 같은 주름진 형태로 성형하는 단계를 포함한다. 예를 들면, 상기 정수필터 소재를 원주방향을 따라 지그재그로 형성되어 전체적으로 원통형으로 형성될 수 있다. 이와 같이 정수필터가 주름진 형태로 성형되므로, 물과의 접촉면적을 1.5-10배 정도로 증가시킬 수 있다. 따라서, 정수필터의 유효 여과 면적을 극대화시킴에 따라 여과 성능을 보다 향상시킬 수 있다.

이에 의해 얻어진 본 발명에 따른 정수필터는 미생물을 포함한 입자성 물질을 효율적으로 제거할 수 있음은 물론, 각 층에 대한 부담을 경감시킬 수 있어, 필터 소재의 수명을 장기화할 수 있고, 정수유량을 장시간 동안 일정하게 유지할 수 있다.

실시예

이하 본 발명을 실시예를 들어 보다 구체적으로 설명한다. 이하의 실시예는 본 발명의 일 예를 나타내는 것으로서, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

미생물 제거 소재로서 PET 섬유로 된 부직포(평균 섬유직경 35㎛, 단위중량 약 120g/㎡, 평균 기공크기 2㎛) 표면에 보에마이트를 수열중합법에 의해 화학결합시켜 복합화하여 준비하였다.

제탁소재로는, PP 멜트블로운 부직포(평균 섬유직경 10㎛, 단위중량 약 30g/㎡, 평균 기공크기 25㎛)를 제1 제탁 소재로 사용하고, PP 멜트블로운 부직포(평균 섬유직경 10㎛, 단위중량 약 20g/㎡, 평균 기공크기 20㎛)를 제2 제탁소재로 사용하기 위해 준비하였다.

지지층 소재로서 PP 스펀본드 부직포(평균 섬유직경 30㎛, 단위중량 약 20g/㎡, 평균 기공크기 100㎛)를 사용하기 위해 2개 준비하였다.

상기 준비된 제1 제탁소재 및 하나의 지지층 소재, 제2 제탁소재 및 다른 하나의 지지층 소재를 각각 핫멜트 스프레이법으로 합지하였다. 상기 핫멜트 스프레이에 있어서 프로필렌을 바인더로 사용하였다.

이어서, 미생물 제거소재를 상기 합지된 지지층-제탁층의 결합소재의 제탁층과 대면하도록 핫멜트 스프레이법에 의해 상호 합지하였다. 상기 핫멜트 스프레이에 있어서는 동일하게 프로필렌을 바인더로 사용하였다.

이에 의해 지지층-제1 제탁층-미생물제거층-제2 제탁층-지지층 구조의 필터를 막면적 0.041㎡로 제조하였다.

얻어진 필터에 대하여 아래와 같이 제탁 성능 및 유량 유리력을 평가하였다. 상기 제탁성능 평가 결과를 도 2에 나타내고, 유량 유지력 평가 결과를 도 4에 나타내었다.

제탁성능 평가 방법

- 물 공급 압력: 3kgf/㎠ 정압

- 입자성 물질의 농도: 100ppm (@ Arizona dust, 입자 사이즈 0~5㎛)

- 측정: 차압 2.5kgf/㎠ 도달시점까지의 입자성 물질 누적 제거량을 계산

유량 유지력 평가 방법

- 유량: 2L/min (초기유량)

- 농도: 1 NTU (@ A2 dust, 입자 사이즈 0~80um)

- 측정기준: 초기유량 대비 20% 유량감소 시점까지의 누적유량을 계산하고 유량이 저감되는 경향을 확인

실시예 2

실시예 1과 동일한 방법으로, 막 면적이 0.047㎡인 필터를 제조하였다.

얻어진 필터에 대하여 실시예 1과 동일한 방법으로 제탁 성능을 평가하고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.

비교예 1

제1 및 제2 제탁층을 포함하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 막면적이 0.041㎡인 필터를 제조하였다. 이에 의해 얻어진 필터는 지지층-미생물 제거층-지지층의 구조를 갖는다.

얻어진 필터에 대하여 실시예 1과 동일한 방법으로 제탁 성능 및 유량유지력을 평가하고, 그 결과를 도 2 및 도 4에 각각 나타내었다.

비교예 2

제1 및 제2 제탁층을 포함하지 않는 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 막면적이 0.047㎡인 필터를 제조하였다. 이에 의해 얻어진 필터는 지지층-미생물 제거층-지지층의 구조를 갖는다.

얻어진 필터에 대하여 실시예 1과 동일한 방법으로 제탁 성능을 평가하고, 그 결과를 도 4에 나타내었다.

입자성 물질 제거성능 평가

도 2 및 도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 정수필터를 사용하는 경우에는 비교예에 비하여 입자성 물질을 제거하는 제탁 성능이 현저히 우수함을 알 수 있다.

유량 유지력 평가

도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 정수 필터를 사용한 경우에는 누적 정수량 2500L에 이를 때까지도 일정한 유속을 나타내어, 유량 유지력을 유지하였다. 그러나, 비교예 1의 필터를 사용한 경우에는 누적 정수량 1000L에 이른 이후부터 서서히 유속이 저감하며, 1500L 근처에서 급격히 유속이 저감하는 경향을 나타내었다.

상기 실시예 1에 의해 제탁성능 평가를 수행한 후의 필터의 각 층의 표면 상태를 확인하고, 그 결과를 도 5에 나타내었다. 나아가, 본 발명에 따른 필터의 입자성 물질 제거 기작을 함께 나타내었다. 이는 다음과 같이 설명할 수 있다.

원수의 입수측에서 정수의 출수방향으로, 제1층인 지지층은 필터 제조과정에서 제탁층 및 미생물 제거층을 보호하기 위한 것으로서, 오염 및 손상을 예방하는 역할을 수행하며, 입자성물질의 제거 기능은 거의 수행하지 않는다. 이로 인해 제1층은 입자성 물질을 가장 많이 포함하는 원수가 공급되는 것임에도 필터의 오염 정도가 크지 않다. 다만, 제1층의 뒷면은 오염된 상태를 나타내는데, 이는 입자성물질의 제거로 인한 것이라기보다는 제2층인 제1 제탁층의 앞면에서 제거된 입자성물질에 의해 오염된 것이다.

한편, 제1 제탁층은 큰 입자를 제거하는 기능을 수행하는 것으로서, 제1 제탁 소재의 표면 및 내부에서 큰 입자를 먼저 제거하며, 이에 의해 필터의 앞면 및 뒷면 모두에 제거된 입자성 물질이 존재하였다. 특히 뒷면이 오염된 것은 미생물 등의 작은 입자성 물질과 일부 큰 입자성 물질이 제1 제탁층을 통과함을 보여준다.

또한, 미생물 제거층은 원수 중 작은 입자 및 미생물을 제거하는 기능을 수행하는 것으로서, 제1 제탁층을 통과한 일부 큰 입자 및 미세입자를 제거한다. 한편, 상기 미생물 제거층은 + 전하를 가지고 있어, - 전하를 띄는 미생물을 제거한다. 이로 인해 미생물 제거층의 앞면이 오염된 상태를 나타낸다. 그러나, 뒷면은 깨끗한 상태를 나타내는데, 이는 상기 미생물 제거층을 통해 미생물 등의 작은 입자성 물질이 통과하지 않았음을 보여주는 결과이다.

나아가, 제2 제탁층은 상기 미생물 제거층에서 걸러진 입자가 고압이 걸리는 등의 특수한 상황에서 상기 미생물 제거층에서 배출되어 통과한 입자를 제거하여 출수되는 정수 중으로 유출되는 것을 방지하는 역할을 수행한다.

끝으로, 출수측의 지지층은 입수층의 지지층과 동일한 기능을 위한 것으로서, 제탁층 및 미생물 제거층의 오염 및 손상을 방지한다.

Claims (19)

1. 수중의 미생물을 제거하는 미생물 제거층; 상기 미생물 제거층의 일면에 위치하는 제1 제탁층 및 타면에 위치하는 제2 제탁층을 포함하며 수중의 입자성 물질을 제거하는 제탁층; 및 필터의 최외층 양면에 위치하는 지지층을 포함하여, 입수측에서 출수측으로의 피처리수의 흐름 방향으로, 상기 지지층, 상기 제1 제탁층, 상기 미생물 제거층, 상기 제2 제탁층 및 상기 지지층이 순차적으로 배치되며,
   상기 미생물 제거층, 제탁층 및 지지층이 접합되어 일체화되며, 지그재그로 절곡되어 주름진 형태를 가지고,
   상기 제1 제탁층, 상기 제2 제탁층 및 상기 미생물 제거층은 부직포 소재이고,
   상기 미생물 제거층의 부직포는 0.5g/㎡ 내지 300g/㎡의 단위중량, 0.2㎛ 내지 20㎛의 기공크기 및 0.02㎛ 내지 100㎛의 섬유직경을 가지며,
   상기 제1 제탁층의 부직포 및 상기 제2 제탁층의 부직포는 15g/㎡ 내지 90g/㎡의 단위중량, 5㎛ 내지 100㎛의 기공크기 및 3㎛ 내지 50㎛의 섬유직경을 가지고,
   상기 미생물 제거층의 부직포는 상기 제1 제탁층의 부직포 및 상기 제2 제탁층의 부직포보다 큰 섬유직경, 큰 단위중량 및 작은 기공크기를 가지며,
   상기 제1 제탁층의 부직포는 상기 제2 제탁층의 부직포와 동일한 섬유직경을 가지고, 상기 제2 제탁층의 부직포보다 큰 단위중량 및 큰 기공크기를 가지는 입자성 물질 제거를 위한 정수필터.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 미생물 제거층은 부직포 기재에 양전하 물질이 코팅 혹은 화학결합된 것인 정수필터.
4. 제3항에 있어서, 상기 미생물 제거층의 부직포는 유리섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리아크릴로니트릴 섬유, 폴리비닐리덴플로라이드 섬유, 폴리스타이렌 섬유, 폴리술폰 섬유, 폴리에스터 섬유 및 셀룰로오스 섬유로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나로 된 것인 정수필터.
5. 삭제
6. 제3항에 있어서, 상기 양전하 물질은 보에마이트(boehmite), 폴리DADMAC(poly Diallyl dimethyl ammonium chloride), 멜라민 포름알데하이드-콜로이달실리카(Melamine formaldehyde/colloidal silica) 및 가교결합된 폴리에틸렌이민으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나인 정수필터.
7. 제1항에 있어서, 상기 미생물 제거층은 PET 섬유의 부직포에 보에마이트가 복합화된 것인 정수필터.
8. 삭제
9. 제1항에 있어서, 상기 제1 제탁층 및 상기 제2 제탁층의 부직포는 폴리프로필렌, PET, 폴리에틸렌, 폴리아미드 및 셀룰로오스로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 섬유로 된 부직포인 정수필터.
10. 삭제
11. 삭제
12. 제1항에 있어서, 상기 지지층은 폴리프로필렌, PET, 폴리에틸렌, 폴리아미드 및 셀룰로오스로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 섬유로 된 부직포인 정수필터.
13. 제1항에 있어서, 상기 지지층은 소재 단위중량이 15~90g/㎡이고, 기공크기가 50~150㎛의 부직포인 정수필터.
14. 제1항에 있어서, 상기 미생물 제거층, 상기 제1 제탁층, 상기 제2 제탁층 및 상기 지지층은 핫멜트 스프레이 접합, 초음파 실링, 히트 실링, 열접합, 화학접합 및 그라비어 본딩으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 방법에 의해 접합되어 일체화된 것인 정수필터.
15. 제1항에 있어서, 상기 미생물 제거층, 상기 제1 제탁층, 상기 제2 제탁층 및 상기 지지층은 EVA 또는 프로필렌 바인더의 핫멜트 스프레이에 의해 접합된 것인 정수필터.
16. 수중의 미생물을 제거하는 미생물 제거소재, 수중의 입자성 물질을 제거하는 제탁소재를 상기 미생물 제거소재의 일면에 제1 제탁층을 위치시키고 타면에 제2 제탁층을 위치시키며, 필터의 최외층 양면에 지지소재를 위치시키되, 상기 미생물 제거소재, 제탁소재 및 지지소재를 소정의 순서로 또는 일시에 접합하여 일체화하여 복합소재를 제조하는 단계; 및
    상기 일체화된 복합 소재를 지그재그로 절곡하여 주름진 형태를 형성하는 단계를 포함하고,
    입수측에서 출수측으로의 피처리수의 흐름 방향으로, 상기 지지소재, 상기 제1 제탁층, 상기 미생물 제거소재, 상기 제2 제탁층 및 상기 지지소재가 순차적으로 배치되며,
    상기 지지소재, 상기 제1 제탁층, 상기 제2 제탁층 및 상기 미생물 제거소재는 부직포 소재이고,
    상기 미생물 제거소재의 부직포는 0.5g/㎡ 내지 300g/㎡의 단위중량, 0.2㎛ 내지 20㎛의 기공크기 및 0.02㎛ 내지 100㎛의 섬유직경을 가지며,
    상기 제1 제탁층 및 상기 제2 제탁층의 부직포는 15g/㎡ 내지 90g/㎡의 단위중량, 5㎛ 내지 100㎛의 기공크기 및 3㎛ 내지 50㎛의 섬유직경을 가지고,
    상기 미생물 제거소재의 부직포는 상기 제1 제탁층의 부직포 및 상기 제2 제탁층의 부직포보다 큰 섬유직경, 큰 단위중량 및 작은 기공크기를 가지며,
    상기 제1 제탁층의 부직포는 상기 제2 제탁층의 부직포와 동일한 섬유직경을 가지고, 상기 제2 제탁층의 부직포보다 큰 단위중량 및 큰 기공크기를 가지는 정수필터 제조방법.
17. 제16항에 있어서, 상기 접합은 핫멜트 스프레이 접합, 초음파 실링, 히트 실링, 열접합, 화학접합 및 그라비어 본딩으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 방법에 의해 수행되는 것인 정수필터 제조방법.
18. 제16항에 있어서, 상기 접합은 EVA, 프로필렌을 바인더로 사용하는 핫멜트 스프레이 접합에 의해 수행되는 것인 정수필터 제조방법.
19. 프리카본필터, 제1항, 제3항, 제4항, 제6항, 제7항, 제9항, 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항의 정수필터 및 포스트카본필터를 포함하는 직수형 정수기.

Images