KR910010241B1 - 분리 여과재의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

분리 여과재의 제조방법

제1도는 본 발명에 사용되는 열 융착성 복합섬유의 단면 구조를 나타낸 도면이고,

제2도는 본 발명의 제조 방법에 대한 공정 개략도이며,

제3도는 본 발명에 사용되는 압착 로울러의 단면 형태를 도시한 것이고,

제4도는 본 발명의 방법에 따라 제조된 분리 여과재의 사시도이며,

제5도는 본 발명에 따른 여과재와 종래의 여과재와의 압력 손실을 비교한 그래프이고,

제6a,b도는 제2도의 A,A′ 위치 각각에서 바라본 정면도이며, 이중 (a)도는 공급되는 부직포일부를 절개하여 도시한 것이다.

본 발명은 접착제 및 다른 결합제를 사용하지 않고, 열융착성 섬유만을 사용하여 열처리에 의해 이를 압착 성형시키는 분리 여과재의 제조 방법에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 종래의 일반적인 카트리지 필터의 문제점을 해결하여 0.5μ이상의 입자크기를 갖는 불순물을 확실하게 포집할 수 있는 분리 여과재의 제조방법에 관한 것이다.

카트리지 필터는 용도에 따라 크게 전처리용과 최종원료수 제조용으로 구분되며 사용되는 재질 및 성형방법에 따라 여러 종류가 있다. 대표적인 카트리지 필터로는 섬유를 다공성 프라스틱이나 금속제 코어(core)주위에 권취시켜 만든 와인드 필터(또는 사권형 필터)와 단섬유 또는 부직포를 접착제로 접착 성형시킨 필터가 있다. 이중 와인드 필터는 주로 방적사를 사용하여 이것을 일정한 형태로 코어 주위에 권취시킴으로써 형성되는 섬유간의 공극을 이용하여 불순물을 여과시킨다. 그러나, 이것은 방적사의 권취형태에 따라 공극이 생기기 때문에 여과입도가 정확치 못하며, 방적사 제조시 공정상에 부여된 유제 및 각종 첨가제가 여과시 유출되어 여과수의 순도저하를 유발한다.

또한 접착제 사용 필터는 접착제의 용출문제와 불균일한 접착으로 내부 결합력이 떨어지고 여과 입도가 정확치 못한 결점이 있다.

한편 이러한 종래의 카트리지 필터의 문제점 해결 방안으로서 열 융착성 섬유를 일정한 금형에 충전시킨 후 가압, 열처리시켜 필터를 제조하는 방법이 있다(참조 : 일본공개 특허공보 제(소)51-134470호). 이 방법은 열 융착성 섬유의 특징인 저융점 성분과 고융점 성분의 융점차이를 이용한 점 접착으로 종래 카트리지 필터의 유제 유출 및 접착제 용출 문제를 해결하였다.

그러나, 이 금형 충전식 제조 방법은 뱃치식이기 때문에 연속, 대량 생산이 어렵고 일정한 가압 및 고른 충전이 어려워 정확한 여과입도를 갖지 못한다. 또한, 필터의 외면과 내면의 공극차이(즉, 비대칭 구조의 밀도구배)가 크지 않아 포집량이 작고 여과수명이 짧으며 압력손실 또한 크다.

본 발명의 분리 여과재 제조방법은 종래의 일반적인 카트리지 필터와 달리 열융착성 복합섬유를 사용함을 특징으로 한다. 이 열융착성 복합섬유는 제1도와 같은 단면구조를 가지며 융점의 차이가 있는 2종 또는 3종 이상의 열가소성 수지로부터 형성된 복합섬유이다. 초심형, 편심형 및 병렬형 등으로 구분되는 이 단면 구조에서 저융점 성분(A)은 고융점 성분(B) 주위에 위치하여 가열압착됨으로써 섬유간에 점접착이 생긴다. 세가지 단면구조중 편심형은 숭고성향이, 초심형은 주로 부직포 강력향상이 각각 우수한 성질로 나타나 있다.

본 발명의 성형방법은, 제2도에 간략히 도시한 바와같이 열융착성 복합섬유로 제조된 부직포(1)를 장력조절 로울러(2) 및 안내로울러(3)를 이용 일정한 장력을 유지시키면서 압착로울러(4)를 통하여 봉상로울러(5)에 몇겹으로 권취하되 그 하면에 위치한 적외선가열기(6)의 가열에 따라 복합사의 저융점 부분이 용융되어 층과 층간에서 점접착이 일어나고 이것은 자중을 갖는 압착로울러(4)에 의해 상호 견고하게 접착하게 되며 원하는 크기의 필터 직경이 되면 이를 냉각하여 봉상로울러(5)로 부터 분리시킨후 소정의 길이로 절단하여 분리 여과재를 완성한다.

이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

부직포 제조에 사용된 열 융착성 복합섬유는 세가지 단면구조중에서 분리 여과재의 숭고성향을 위해 편심형 구조가 주로 사용되며 이때 저융점 성분과 고융점 성분의 단면적 비율은 60/40에서 80/20까지가 통상 사용된다. 저융점 성분비율이 너무 적으면 접착력에 문제가 생기고 너무 많으면 필터의 성상유지가 어렵게 된다. 열 융착성 섬유는 융점의 차이가 있는 두 성분 이상으로 구성되는데 통상 저융점 성분(A)인 폴리에틸렌과 고융점 성분(B)인 폴리프로필렌으로 구성된 것을 많이 사용한다. 이 열융착 단섬유는 보통 섬유장이 51-76㎜이고 굵기는 2-32데니어 정도이다.

섬유장이 짧으면 부직포 및 최종 분리 여과재의 결합력이 떨어지고 너무 길으면 여과재 외면부분에 피브릴이 생기므로 적당한 길이로 조절한다. 한편 분리 여과재의 여과입도는 열 융착성 단섬유의 굵기를 변화시켜 다양하게 정할 수 있으며, 보통 설정된 여과입도는 0.5-100μ정도이다. 단섬유의 굵기가 작을수록 여과입도는 작아지고 정밀하며 굵을수록 여과입도는 커진다. 제조된 분리 여과재는 정해진 여과입도에서 불순물을 90% 이상 포집한다. 본 발명의 특징중 하나는 열 융착성 섬유를 사용하여 부직포를 제조한 후 최종분리 여과재를 제조하는 것으로서, 부직포의 제조조건에 따라 여과재의 성능에 영향을 미친다.

부직포는 중량이 100-250g/㎡이고, 니들 펀칭수는 250-350회/분 정도인 것이 적당하다. 중량이 상기 범위보다 작을 때에는 가열, 압착이 과도하게 일어나 여과 공극이 작아지며 반대로 클때에는 내부 결합력 약화를 초래할 수 있다. 니들 펀칭수는 작업상 어느정도의 장력에 견딜 수 있도록 알맞은 범위내에서 설정했는데 상기 범위보다 작으면 작업도중 끊어지기 쉽게 되고 상기 범위보다 크면 권취후 절단공정에 무리가 따른다. 상술한 바와같이 제조한 부직포를 일정한 장력을 갖도록 고무코팅 로울러로서 압축, 조절하여 분리여과재의 밀도 균배를 이루게 한다.

한편 봉상로울러(5)에 의해 부직포(1)가 권취되는데 이때 가열장치는 압착로울러(4)속에 내장된 전열기와 외부에 설치한 적외선 가열기(6)로 구성 된다. 가열온도는 열 융착성 섬유중의 저융점 성분인 폴리에틸렌만이 용융되어 폴리프로필렌 사이에 점접착이 형성되도록 로울러 표면온도를 140-150℃로 조절한다. 압착로울러(4)는 그 표면에 제3도와 같은 요철면 형태를 만들어 대응하는 분리 여과재의 표면적을 크게하여 여과면적을 증가 시킬수 있으며 이 로울러의 자체하중에 의해 분리 여과재가 압착, 성형된다.

따라서 로울러는 여과재의 내부 결합력 유지에 필요한 최소한의 자중을 가지며 임의로 그 하중을 조절할 수 있고 봉상로울러(5)상의 부직포 권취두께에 따라 로울러 위치가 변하도록 고정대(7)를 축으로하여 상하로 가변적이다. 실제로 권취시 구동축이 되는 봉상로울러(5)에서 부직포(1)가 최종적으로 분리 여과재로 제조된다. 이 봉상로울러(5)는 권취속도 자동변속기와 연결되어 구동되며 회전속도에 따라 분리 여과재의 결합력과 공극률에 큰 영향을 끼친다. 회전 속도가 너무 느리면 결합력은 좋으나 공극률이 저하되고 표면에 과잉융착이 일어나며 너무 빠르면 결합력이 떨어진다. 평균 1.4-1.7m/분의 선속도로 권취시키는 것이 바람직하며 권취 완료시간은 7-9분 정도이다.

봉상로울러(5)는 부직포(1)를 가열 권취하면서 점차 직경이 늘어나고 이에따라 선속도가 증가하게 된다. 분리 여과재의 내경을 30㎜로 하고 외경을 64㎜로 했을 때 처음과 완료시의 선속도 비 V₁/V₂는 약 0.46으로 통상이 비(V₁/V₂)는 0.44-0.46 정도로 하는것이 적절하다. 이것은 분리 여과재의 외면의 공극을 내면의 것보다 크게하여(즉, 비대칭 구조의 밀도 구배) 불순물 포집량을 증가시키고 여과수명을 연장시키며 압력 손실을 감소시키는 결과를 가져온다.

한편 봉상로울러는 여과재 내면과 직접 접촉하기 때문에 냉각후 분리를 용이하게 하고 내면을 매끄럽게 하기위해 테프론코팅을 하는것이 유리하다. 냉각은 분리 여과재의 일그러짐이 일어나지 않을때까지 충분히 균일 냉각시키고 여과재를 분리하여 얻는다. 분리 여과재의 절단 길이는 원하는 길이로 정확히 자르며 특히 절단면의 직각도와 좌ㆍ우의 평행도 및 섬유 절단층에 의한 누수를 방지하도록 잘 절단한다. 누수 방지의 한 수단으로서 분리 여과재의 양절단면을 폴리비닐 클로라이드 수지로 도포시켜줄 필요가 있다.

제4도는 수득된 분리 여과재 성형품이다(공극률 65-70%, 질량 220±20g). 여과재의 여과성능 실험으로서 소정의 입도분포를 갖는 입경 1-35μ의 사이로이드 분산액을 여과시킨 결과 여과재의 설정 여과입도에 따라 90% 이상 분산원액의 사이로이드 입자를 포집하였다.

본 발명에 따라 수득된 분리 여과재는 다른 카트리지 필터와는 다르게 전적으로 열 융착성 섬유의 점접착으로 성형되기 때문에 전체가 양호한 섬유간의 공극을 갖는 다공질의 섬유성형체로서 여재의 유출이 없고 강도 및 내구성이 우수하다.

또한 권취시와 종료시의 선속도 증가에 따라 분리 여과재의 외면과 내면에 밀도구배를 주어 여과 포집량을 늘리고 여과수명을 길게하며 압력손실을 줄일 수 있다. 한편 열 융착성섬유의 데니어 변경으로 여과입도의 다양화를 이루어 통상적으로 0.5-100μ정도의 여과 입도를 갖는다.

분리 여과재의 응용분야로는 도료, 도장 분야의 전착도장, 잉크, 인쇄분야의 안료입자의 선택적 여과 및 이물질 제거, 식품분야의 수처리, 일반적인 순수제조의 전처리 여과, 활성탄과의 조합에 의한 정수기용 필터등에 응용사용된다.

[실시예 1]

폴리프로필렌과 폴리에틸렌으로 구성되며 폴리에틸렌의 단면적 비율이 60%인 편심형 열융착성 섬유(섬유장 : 51㎜ 굵기 : 2denier)를 중량 120/㎡, 니이들 펀칭수 300회/분으로 제조한 부직포를 일정한 장력하에서 봉상로울러 상에서 가열하면서 권취, 압착시킨다. 이때 압착로울러의 표면온도는 145℃ 정도이고 권취평균속도 1.5m/분으로 8분간에 걸쳐 완료한다. 수득된 제품은 냉각시킨후 250㎜의 길이로 절단하여 내경 및 외경이 각각 30㎜ 및 64㎜이며 질량은 210g이고, 공극률은 68%인 여과재를 수득한다. 이것을 1μ정도의 사이로이드 분산액을 원액으로 여과시킨 결과 95% 이상 포집하였다.

[실시예 2]

상기 실시예 1의 방법과 동일한 방법을 사용하여, 편심형 열 융착성 섬유(섬유장 64㎜, 18denier)를 중량 150g/㎡, 펀칭수 280회/분으로 제조한 부직포를 250㎜의 길이로 절단하여 내경 및 외경이 각각 30㎜ 및 64㎜이고, 질량은 230g이며 공극률이 65%인 여과재를 수득한다. 이것을 25μ정도의 사이로이드 분산액으로 여과시킨 결과 90% 이상 포집하였다.

[비교 실시예]

내경이 70㎜이고 길이가 250㎜인 스테인레스 원통 내면에 원통축과 직각 방향으로 凸부의 피치 2.5㎜ 정상부의 폭 1.0㎜ 凹부의 깊이 1.5㎜, 하부의 폭 1.0㎜의 요철면을 갖는 것을 외통으로 하고 내경 30㎜ 길이 250㎜인 외면이 평활한 원통을 내통으로 하는 성형봉의 충전실에 다음의 열 융착성 섬유를 공극율 65%로 충전시켰다.

이 열 융착성 섬유는 폴리프로필렌을 제1성분으로 하고 융점 132℃의 폴리에틸렌을 제2성분으로 하는 50/50비율로 배열시킨 병렬형 복합사이며 섬도는 18denier이며, 섬유장은 64㎜이다. 열처리는 2.5㎏/㎠의 증기압을 갖는 압력용기에서 15분간 처리했다. 여과 시험결과 25μ사이로이드 분산액입자를 90% 이상 포집하였다.

상기 비교실시예에서는 섬유를 충전, 가압시켜 열처리한 결과 실시예 2와 동일한 공극율 및 포집율을 갖는 것으로 측정되었다. 그러나, 비교예 실시의 필터는 가압, 충전하기 때문에 밀도구배를 주기 어려워 여과 포집량 감소 및 압력손실의 증가를 가져왔다. 반면, 본 발명에 따른 실시예에서는 권취 선속도 증가에 따른 밀도구배 효과가 커서 압력 손실이 비교예의 50-60%에 불과하였다. 실제로 압력손실 시험을 행한 결과를 제5도에 나타내었다.

Claims (8)

1. 저융점 열가소성 수지 성분과 고융점 열가소성 수지성분의 단면적 비가 60 : 40 내지 80 : 20인 열융착성 복합섬유로 부직포(1)를 형성한 후 이를 장력로울러(2) 및 안내로울러(3)에 의해 일정한 장력을 유지시켜 압착로울러(4) 및 적외선 가열기(6)에 의해 가열 압착시킴과 동시에 봉상로울러(5)로 권취한 후 냉각 분리시켜 소정의 길이로 절단하는 것을 특징으로 하는 분리 여과재의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 저융점 열가소성 수지성분이 폴리에틸렌이고 고융점 열가소성 수지성분이 폴리프로필렌인 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 열융착 복합섬유의 섬유장이 51 내지 76㎜이고 섬도가 2 내지 32 데니어인 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 부직포의 중량은 100 내지 250g/㎡이고 니들 펀칭수는 250 내지 350회/분인 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 분리 여과재의 여과입도는 0.5 내지 100μ의 범위를 가지며, 1 내지 35μ사이로이드 분산액을 90% 이상 포집하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항에 있어서, 봉상로울러의 권취 시작시와 종료시의 선속도 비(V₁/V₂, V₁: 권취시의 선속도, V₂: 권취종료시의 선속도)가 0.44 내지 0.46인 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항에 있어서, 봉상로울러는 표면에 테프론 코팅함을 특징으로 하는 방법.
8. 제1항에 있어서, 분리 여과재의 양절단면을 폴리비닐 클로라이드 용융액으로 도포하는 것을 특징으로 하는 방법.

Images