[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

KR100784483B1 - 세라믹 필터 및 이의 제조방법 - Google Patents

세라믹 필터 및 이의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100784483B1
KR100784483B1 KR1020050122384A KR20050122384A KR100784483B1 KR 100784483 B1 KR100784483 B1 KR 100784483B1 KR 1020050122384 A KR1020050122384 A KR 1020050122384A KR 20050122384 A KR20050122384 A KR 20050122384A KR 100784483 B1 KR100784483 B1 KR 100784483B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ceramic
fiber
ceramic filter
paper
aluminum phosphate
Prior art date
Application number
KR1020050122384A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20070062697A (ko
Inventor
김선주
정승문
최종식
안훈
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020050122384A priority Critical patent/KR100784483B1/ko
Publication of KR20070062697A publication Critical patent/KR20070062697A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100784483B1 publication Critical patent/KR100784483B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/20—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of inorganic material, e.g. asbestos paper, metallic filtering material of non-woven wires
    • B01D39/2068—Other inorganic materials, e.g. ceramics
    • B01D39/2082—Other inorganic materials, e.g. ceramics the material being filamentary or fibrous
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/0001—Making filtering elements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62625—Wet mixtures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62645—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering
    • C04B35/62655—Drying, e.g. freeze-drying, spray-drying, microwave or supercritical drying
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • C04B38/0006—Honeycomb structures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/10—Filtering material manufacturing

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)

Abstract

본 발명은 세라믹 파이버를 주원료로 하여 제조한 세라믹 페이퍼를 이용한 세라믹 필터 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 세라믹 페이퍼, 알루미나 옥사이드의 1차 코팅층 및 알루미늄 포스페이트의 2차 코팅층을 포함하는 세라믹 필터 및 이의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 세라믹 페이퍼의 기공크기, 공기투과도, 강도 물성을 조절할 수 있으며, 향상된 기질의 강도를 가지는 세라믹 필터를 제공할 수 있다.
고온용 무기 기질, 알루미나 옥사이드, 알루미늄 포스페이트, 코팅, 세라믹 페이퍼

Description

세라믹 필터 및 이의 제조방법{A ceramic filter and Preparation method thereof}
도 1은 본 발명에 따른 세라믹 필터의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 판형 세라믹 페이퍼 20: 파형 세라믹 페이퍼
본 발명은 세라믹 필터 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기공크기, 공기투과도 및 강도 물성이 향상되어 고온에서 사용하기에 적합한 세라믹 필터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
1970년대 후반부터 디젤엔진의 매연 분진 입자를 거르기 위한 장치로서 디젤 분진필터(DPF: Diesel Particulate Filter)가 제안되어 연구되기 시작하였다. 상기 DPF의 종류는 허니컴 모노리스 필터, 세라믹 파이버 필터, 및 금속필터로 크게 나눌 수 있다. 이들 중 허니컴 모노리스 필터는 고온의 열충격에 취약해 수명이 짧다는 단점이 있다. 또한, 금속필터는 가격과 제작의 용이성의 장점이 있으나 내열성과 부식성에 약한 단점이 있기 때문에 최근에는 세라믹 파이버로 이루어진 부 직 페이퍼 형태의 필터에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
이처럼 세라믹 파이버로 이루어진 부직 페이퍼를 필터로 사용하기 위해서, 그린 페이퍼 상태에서 파형화가 이루어져 단일 부피내에서 표면적을 증가시켜 사용하고 있다. 그러나, 세라믹 파이버로만 이루어진 세라믹 페이퍼의 경우에는, 페이퍼 자체가 인장력이 작고, 사용된 파이버의 길이가 짧기 때문에 연속 제지로 만들기 위해서는 셀룰로오스 파이버, 나일론, 케블라 (등록상표) 등과 같은 유기파이버 및 다양한 유기약품을 이용하여 인장력을 갖도록 해주어야 한다. 또한, 연속 제지를 만드는 과정 외에 세라믹 페이퍼를 파형화 과정에서도 세라믹 파이버 이외의 유기 파이버와 여러가지 바인더에 의해 갖게 되는 인장강도가 요구된다.
한편, 연소기관, 화력 발전, 소각로와 같은 연소 장비는 연소 공정 중에 발생하는 생성물을 배기할 수 있는 시스템을 포함한다. 이러한 배기 시스템은 촉매가 담지된 flow-through 타입의 기질 또는 wall-flow 타입의 필터 기질을 포함한다. 연소 생성물은 soot 입자, CO, NOx 등과 같은 완전 연소 또는 불완전 연소된 부생성물을 포함할 수 있다. Soot 입자는 인간과 환경에 악영향을 끼칠 수 있는 것으로 알려져 있어, 내 연소 기관으로부터의 방출량을 국가적인 차원에서 엄격히 규제하고 있고, 관련 법규가 시행되고 있다. 결국 이러한 규제는 soot 입자를 효과적으로 제거할 수 있는 배기 시스템에 대한 관심 증대를 가져왔고, 최근까지 입자의 필터에 의한 시스템 개발에 많은 노력이 이루어지고 있다.
내 연소 기관의 경우의 배기 시스템은 촉매와 필터 성분으로 이루어져 있다. 촉매 컨버터 (converter)는 전형적으로 촉매 모노리스 (Monolith) 구조를 가지는 촉매가 담지된 flow-through 기질로 이루어져 있다. 전형적인 촉매가 담지 된 flow-through 기질은 CO의 CO2로의 산화와 같은 완전 산화 반응에 효과적이다. 그러나, 종래에 사용되는 flow-through 기질은 상대적으로 고가이고, 배기 입자의 연소에 효과적이지 못하다.
또한, Wall-flow 타입의 기질도 상업적으로 판매되고 있고, 코디라이트(cordierite) 또는 실리콘 카바이드(silicon carbide)와 같은 기공 구조를 가진 물질을 원료로 하여 압출을 통해 제조되고 있다(미국 특허 제 4276071). 이러한 압출된 기질은 매우 효과적이고 내구성을 가지나 기공도가 50% 미만으로서 포집 용량이 작고 촉매의 담지를 통한 반응성이 매우 낮을 뿐만이 아니라 상대적으로 고가인 단점이 있다.
또한, 가격적인 면에서 장점을 가지는 파이버로 이루어진 입자용 필터가 제조되고 있으나, 아직까지는 내구성과 기공크기, 공기투과도간의 상충효과로 인해 상업화되기는 부족하다(미국특허 제3112184호, 제3899555호, 제4608361호, 제4652286호, 제4718926호, 제5194078호, 제5322537호).
상기와 같은 종래 기술에서의 문제점을 해결하고자, 본 발명의 목적은 알루미나 옥사이드 입자를 사용하여 1차로 세라믹 페이퍼를 코팅후 열처리하여 파이버의 표면에 알루미나층을 형성시킨 다음, 2차적으로 알루미늄 포스페이트를 사용하여 코팅후 열처리를 통해, 알루미늄 포스페이트와 알루미나 옥사이드간의 교호 작 용으로 물리적 물성이 향상된 세라믹 필터 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 인산에 의해 발생하던 파이버 표면의 결함과 웹 전체적인 강도 변화를 최소화하여, 디젤엔진의 필터로 적용 가능한 세라믹 필터 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 단계별 코팅 공정을 통해 높은 기공크기와 공기 투과도를 갖는 세라믹 필터를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 세라믹 페이퍼, 알루미나 옥사이드의 1차 코팅층 및 알루미늄 포스페이트의 2차 코팅층을 포함하는 세라믹 필터를 제공한다.
본 발명은 또한, (a) 0.1 내지 10mm의 세라믹 파이버, 유기파이버 및 유기바인더를 포함하는 슬러리 용액을 이용하여 세라믹 페이퍼를 제조하고; (b) 상기 세라믹 페이퍼를 파형화하고 하층부에 판형 세라믹 페이퍼를 위치시켜 서로 접합하고 권취하여 허니컴 구조의 세라믹 필터를 제조하고, (c) 상기 세라믹 필터를 알루미나 옥사이드 용액으로 1차 코팅한 후 건조하고; 및 (d) 상기 1차 코팅된 세라믹 필터를 알루미늄 포스페이트 용액으로 2차 코팅하고 건조 및 소성하는 공정을 포함하는 세라믹 필터의 제조방법을 제공한다.
이하에서 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 단독으로 또는 촉매가 포함된 반응용 지지체, 화력 발전소 배기 가스 정화용, 자동차 배기 가스 정화용 장치들로 사용하기 적절한 세라믹 파이버로 이루어진 고온용 세라믹 필터를 제공함에 있어서, 세라믹 파이버간의 결합력을 증진하여 기질의 강도를 강화하고, 충분한 기공크기와 공기 흐름도를 가지게 하는 방법을 제공하는 특징이 있다.
본 발명은 알루미늄 포스페이트(aluminum phosphate)를 무기바인더로 사용하여 세라믹 파이버 간의 결합을 이루게 함에 있어, 무기입자를 미리 파이버 표면에 1차로 코팅한 후 2차로 알루미늄 포스페이트를 코팅해 줌으로써, 알루미늄 포스페이트 바인더와 파이버간의 과도한 반응을 통한 기질의 결함을 방지하여 기질 강도를 크게 향상시킬 수 있으며, 두 단계 코팅을 통해 기공크기와 공기 흐름도를 조절할 수 있다.
본 발명에서, 상기 알루미나 옥사이드의 1차 코팅층은 나노크기의 알루미나 옥사이드 분말을 포함하는 0.1 내지 10 중량% 농도의 졸용액에 의해 형성된다. 또한, 상기 알루미늄 포스페이트의 2차 코팅층은 알루미늄 하이드록사이드 및 인산을 포함하며, P/Al의 원자비가 3 내지 50인 코팅 용액에 의해 형성된다.
상세하게는, 본 발명은 1차 코팅시 무기입자로서, 40-60 nm, 바람직하게는 50 나노크기 정도를 갖는 알루미나 옥사이드를 사용하여 졸의 형태로 용액을 제조한 후, 이를 이용하여 1차 코팅층을 형성한다. 제조된 용액에서 알루미나 옥사이드의 농도는 0.1~10 중량%가 바람직하다. 이때, 알루미나 옥사이드 용액의 농도가 0.1% 미만인 경우에는 파이버 표면의 완전 코팅을 위해 과도한 반복 작업을 수행하여야 한다. 또한, 그 농도가 10 중량%를 초과하는 경우에는 과도한 알루미나 농도로 인한 부분적인 기공 막힘 현상이 발생하여 투과도의 과도한 감소가 발생할 수 있다.
상기 2차 코팅시 사용하는 무기입자는 알루미늄 포스페이트 용액을 이용하고, 이것은 알루미늄 하이드록사이드 및 인산을 포함하며, P/Al의 원자비가 3 내지 50인 것이 바람직하다.
바람직하게, 본 발명의 세라믹 필터는 0.1 내지 10mm 길이를 가지며, 알루미나 및 실리카 중 적어도 하나를 포함하는 세라믹 파이버; 유기 파이버; 및 유기바인더를 포함하는 슬러리 조성물로부터 제조되는 파형화된 세라믹 페이퍼, 및 이와 동일 재질의 판형 세라믹 페이퍼의 접합으로 이루어진 허니컴 구조이다. 도 1은 본 발명의 세라믹 필터의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도이다. 도 1에서 도면부호 10은 판형 세라믹 페이퍼이고, 20은 파형 세라믹 페이퍼이다.
이때, 본 발명에 따른 세라믹 필터에 사용되는 판형 세라믹 페이퍼는 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 상기에서 제조된 세라믹 그린 페이퍼를 그대로 사용할 수도 있다.
본 발명의 세라믹 필터의 제조방법은, (a) 0.1 내지 10mm의 세라믹 파이버, 유기파이버 및 유기바인더를 포함하는 슬러리 용액을 이용하여 세라믹 페이퍼를 제조하고; (b) 상기 세라믹 페이퍼를 파형화하고 하층부에 판형 세라믹 페이퍼를 위치시켜 서로 접합하고 권취하여 허니컴 구조의 세라믹 필터를 제조하고, (c) 상기 세라믹 필터를 알루미나 옥사이드 용액으로 1차 코팅한 후 건조하고; 및 (d) 상기 1차 코팅된 세라믹 필터를 알루미늄 포스페이트 용액으로 2차 코팅하고 건조 및 소성하는 공정을 포함하여 고온에서 사용가능한 세라믹 필터를 제조할 수 있다.
상기 알루미늄 포스페이트 용액은 세라믹 그린 페이퍼 필터 구조체의 온도 안정성과 구조적 안정성을 증가시키기 위해 사용된다. 상기 알루미늄 포스페이트 용액은 알루미늄 하이드록사이드와 인산을 혼합하여 제조되며, 용액 내의 P/Al 원자비는 3∼50일 수 있다. 이때, 상기 P/Al 원자비가 3 미만이면 알루미나의 용해도가 매우 작고 알루미늄 포스페이트의 형성이 원활하지 않을 염려가 있으며, 50을 초과하면 인산이 과량이기 때문에 알루미나의 농도가 적어 코팅성이 떨어지고 파이버의 표면이 손상되어 강도를 약화시킬 수 있다. 상기 인산은 소성시, 낮은 온도에서 유기파이버의 탄화(carbonization)가 일어나도록 하여 유기파이버가 연소되어 날아가지 않도록 하는 역할을 한다.
또한, 필요에 따라 알루미늄 포스페이트의 코팅전에 1차로 알루미나 옥사이드 분말로 표면에 코팅을 실시할 수도 있다.
본 발명에서 세라믹 그린 페이퍼를 알루미늄 포스페이트 용액으로 코팅하는 공정은 특별히 제한되지 않으며, 예컨대 함침 또는 분사 등에 실시할 수 있다. 상기 알루미늄 포스페이트 용액은 물과 침투용매의 혼합용매를 더 포함하는 것이 바람직하다. 침투용매로는 에탄올, 이소프로필 알코올 등을 사용할 수 있으며, 상기 침투용매의 함량은 물에 대하여 1∼30 중량%로 사용할 수 있다. 상기 침투용매의 함량이 1 중량% 미만이면 역할이 원활치 않고, 30 중량%를 초과하면 알루미늄 포스페이트의 석출을 일으킬 수 있다. 또한 전체 알루미늄 포스페이트 용액 중 알루미늄 포스페이트의 함량은 고형분을 기준으로 1∼80 중량%일 수 있는데, 1 중량% 미만인 경우에는 필요한 양을 코팅시키기 위해 여러 번의 반복 작업을 거쳐야 하며, 80 중량%를 초과하면 과량의 알루미늄 포스페이트가 기공 사이에 남아, 기공 감소 현상이 나타나며 페이퍼의 내충격성이 감소될 우려가 있다.
또한, 상기 알루미나 옥사이드의 1차 코팅후 열처리 건조 공정은 공기 분위기에서 이루어지는 것이 바람직하며, 이때 그 소성온도는 400 내지 1200℃에서 실시될 수 있다. 소성온도가 400 ℃ 미만이면 유기성분의 제거가 완전히 이루어지지 않으며, 1200℃를 초과하면 사용된 파이버의 부분적인 멜팅 효과가 발생할 수 있다.
상기 알루미늄 포스페이트의 2차 코팅후의 소성공정은 진공, 불활성가스 또는 공기 중에서 실시할 수 있으며, 그 소성 온도는 400∼1,100 ℃인 것이 바람직하다. 상기 소성온도가 400℃ 미만인 때에는 유기성분의 제거가 완전히 이루어지지 않으며, 1,100℃를 초과하는 때에는 상기 알루미늄 포스페이트가 변형되어 강도의 저하를 가져올 염려가 있다.
상기 소성과정을 통해서 유기파이버는 탄화되어 공극을 형성하게 되며, 세라믹 필터 내에 존재하는 알루미늄 포스페이트 할로우 파이버는 Al(PO3)3 (aluminum metaphosphate) 및 AlPO4 (aluminum orthophosphate)의 두가지 상(phase)이 혼합되어 있는 형태로 존재할 것으로 판단된다.
상기 세라믹 그린 페이퍼는 세라믹 파이버, 유기 파이버 및 소량의 유기 바인더를 포함하는 슬러리 용액으로부터 제조할 수 있다.
상기 세라믹 파이버의 함량은 슬러리의 총고형분을 기준으로 50-80 중량%이 고, 보다 바람직하게는 70-80 중량%로 포함하는 것이 좋다. 상기 세라믹 파이버의 함량이 50 중량% 미만인 때에는 소성 후 강도 및 기공특성에 악영향을 미칠 수 있고, 80 중량%를 초과하게 되면 유기파이버 및 유기바인더의 양이 너무 적어서 파형화 단계에서 인장강도가 떨어질 우려가 있다.
상기 세라믹 파이버는 약 1200℃ 이상에서 견딜 수 있는 물질로 이루어져 있고, 알루미나, 알루미나 실리케이트 등의 알루미나 또는 실리카가 최소 하나 이상 포함된 것을 사용한다. 예를 들면, 세라믹 파이버는 알루미나, 알루미나 실리케이트, 알루미나 보로실리케이트, 뮬라이트 등과 같은 것을 사용한다. 상기 세라믹 파이버는 1-20 마이크론의 직경을 가지고 있으며, 더 바람직하게는 2-7 마이크론의 직경을 가지며, 길이는 0.1-10mm 영역을 가지는 것이 바람직하다.
상기 유기바인더는 수용성 아크릴계, 폴리비닐알코올, 양성 전분 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있고, 바람직하게는 수용성 아크릴계 수지를 사용한다. 유기 바인더의 함량은 세라믹 파이버 100 중량부에 대하여 0.1 내지 20 중량부로 사용한다. 상기 유기바인더의 함량이 0.1 중량부 미만이면 파이버 상호간의 결합이 이루어지지 않고, 20 중량부 보다 큰 경우에는 세라믹 그린 페이퍼의 유동성이 크고 접착성이 나타나 다루기가 원활치 않게 된다. 상기 유기 바인더는 유리 전이 온도가 상온보다 높고 3차원적인 구조를 가지게 하기 위해 유연성을 가지고 있어야 한다.
상기 유기파이버는 셀룰로오스 섬유와 같은 우드 펄프 파이버, 헴프(hemp)와 같은 천연 섬유, 나일론, 레이욘, 폴리에스터, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 아라미 드, 아크릴 섬유와 같은 합성섬유 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택하여 사용할 수 있으며, 상기 아라미드 섬유의 구체적 예로는 듀퐁사에서 제조된 케블라 섬유가 있다. 상기 우드 펄프 파이버는 제지 기계에서 형성된 시트의 웹 세기를 증진시킨다. 상기 유기 파이버의 함량은 슬러리내 고형분을 기준으로 세라믹 파이버 100 중량부에 대하여 5~50 중량부로 사용할 수 있고, 더 바람직하게는 15-25 중량부로 사용한다. 상기 유기 파이버의 함량이 5 중량부 미만인 경우에는 세라믹 그린 페이퍼의 인장 강도가 저하되고, 50 중량부를 초과하면 열처리 후에 과량의 알루미나 포스페이트 할로우 파이버의 존재로 인해 강도의 저하를 나타낼 수 있다.
그 밖에, 상기 슬러리 용액에는 물이 포함될 수 있으며, 상기 슬러리 용액에 사용되는 물의 양은 중요한 것이 아니고 전체 공정을 원활하게 유지하는 정도면 된다. 본 발명은 공정상에서 물을 원활하게 제거하기 위해 제지 장치에 연결된 진공 펌프를 통해 과량의 물을 제거하고 압착기를 통해 잔존하는 과량의 물을 제거할 수 있다.
또한, 본 발명의 슬러리 용액은 상기 유기바인더의 세라믹 파이버 또는 유기파이버에 대한 부착성을 향상시키기 위하여, 통상의 pH 조절제를 더 첨가할 수 있다. 상기 pH 조절제는 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이면 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있으며, 예를 들어 알룸(알루미늄 설페이트)을 사용하여, 슬러리 용액의 pH를 5.5-6.5 사이로 유지시킬 수 있다.
본 발명의 세라믹 그린 페이퍼의 제조방법은 당업계에 통상적으로 잘 알려진 제지법을 사용할 수 있으며, 그 방법이 특별히 한정되는 것은 아니다. 바람직한 일실시예를 들면, 상기 세라믹 파이버 및 유기파이버를 혼합하여 파이버를 분산시키고, 상기한 구성을 갖는 유기바인더를 혼합하여 파이버의 응집이 이루어지게 한 후, 수분을 건조시켜 세라믹 그린 페이퍼를 제조할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 세라믹 필터는 상기한 바와 같이 세라믹 그린페이퍼를 파형화하는 단계를 거친 후, 허니컴 형태로 제조하는데, 상기 알루미늄 포스페이트 용액을 코팅하는 공정은 상기 허니컴 형태의 세라믹 필터를 제조한 후에 수행하는 것이 바람직하다. 상기 파형화는 당업계에서 통상적으로 사용되는 파형화 기기를 이용하여 수행할 수 있으며, 바람직한 일실시예를 들면 본 발명에서 사용될 수 있는 파형화 기기의 드럼은 골과 피치의 길이가 각각 3mm이며, 표면온도와 페이퍼의 공급속도가 조절 가능하도록 제작되어 있는 것이 바람직하다.
이상과 같이, 본 발명은 세라믹 페이퍼 표면에 알루미나 옥사이드 입자를 1차로 균일하게 코팅하고, 그 위에 알루미늄 포스페이트(aluminum phosphate)를 2차로 코팅하여 세라믹 파이버간의 결합을 이루게 하여 세라믹 페이퍼의 기공크기, 공기투과도, 강도 물성을 조절할 수 있으며, 상기 알루미늄 포스페이트에 포함된 인산으로 인한 세라믹 파이버 자체의 결함을 나노크기의 알루미나 옥사이드(또는 알루미나라고도 함)의 1차 코팅을 통해 억제할 수 있고 결합력 향상에도 기여할 수 있다.
이렇게 얻어진 본 발명의 허니컴 구조를 갖는 세라믹 필터는 배기가스용 필터로 사용되어 디젤 배기 가스에 포함된 입자를 효과적으로 제거할 수 있다. 또한, 본 발명의 세라믹 필터는 발전소, 화학공장, 시멘트 공장에서 분진 제거 필터 로도 사용될 수도 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1
세라믹 그린 페이퍼 제조
물 2000 ml에 평균 길이 300 마이크로의 알루미나-실리카 파이버 3g을 넣고 강하게 교반하여 파이버를 분산시켰다. 유기 파이버인 침엽수 펄프를 파이버 무게에 대해 25%를 투입하였다. 세라믹 페이퍼의 유연성을 갖도록 해주는 아크릴 바인더를 파이버의 무게대비 20 퍼센트를 첨가하고, pH 3의 1% 알루미늄 설페이트 수용액을 소량 넣어 전체 슬러리의 pH를 5.5정도가 되도록 해주었다.
최종적으로 과량의 물을 제거하고, 직경 9.5cm, 두께 750 마이크로 미터 정도의 세라믹 그린 페이퍼를 제조하였다. 제조한 세라믹 그린 페이퍼를 상온에서 30분간만 자연건조한 뒤 100 ℃의 건조오븐에서 잔존하는 수분을 건조하였다.
(1차 무기물 코팅)
50 nm의 크기를 가지는 알루미나 옥사이드 파우더를 물과 이소프로필 알코올과 혼합하여 각각 5%, 10%, 20%의 농도가 되도록 제조하였다. 제조된 알루미나 졸 용액에 준비된 세라믹 그린 페이퍼를 담그어 코팅하고, 100 ℃에서 건조한 후에 최종적으로 1,100 ℃에서 열처리하였다.
(2차 무기물 코팅)
상기 열처리된 세라믹 페이퍼에 알루미늄 포스페이트 용액을 이용하여 2차로 무기물 코팅을 실시하였다.
알루미늄 포스페이트는 Al(OH)3(알드리치사 제조)와 H3PO4(85%, Junsei사 제조)를 혼합하여 P/Al의 원자비가 23이 되도록 정량하여 섞고, 온도를 150 ℃로 올려주면서 교반시켜, Al(OH)3파우더가 인산에 녹아들게 함으로써, 점도가 높고 맑은 용액이 생성되도록 하였다.
코팅을 위한 알루미늄 포스페이트 용액은, 상기에서 제조된 알루미늄 포스페이트 용액을 물과 이소프로필 알코올의 3:1 혼합용매에 녹여, 20% 알루미늄 포스페이트 용액을 제조하였다. 1차 코팅 처리된 세라믹 페이퍼를 딥핑(Dipping) 코팅하고 110 ℃에서 건조 후 대기 조건에서 800 ℃로 소성처리 하였다.
실시예 2 내지 9
1차 코팅 용액의 알루미나 졸의 조성과 2차 코팅 용액의 P/Al의 비를 하기 표 1와 같이 변화시킨 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
최종적으로 얻어진 상기 실시예 1 내지 9의 세라믹 페이퍼를 이용하여 하중 강도, 평균 기공 크기 및 공기 투과도를 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
[표 1]
실시예 Al2O3 sol 농도 AlPO 농도 Peak Load MFP 투과도(Permeability)
1 5% 23 176 28.7 15
2 5% 30 183 31.3 16
3 5% 35 171 34 17.3
4 10% 23 329 32.9 8
5 10% 30 385 21.1 8.8
6 10% 35 343 28.3 9.8
7 20% 23 300 33.8 10
8 20% 30 358 34.1 6.8
9 20% 35 371 30.9 4
비교예 1
실시예 1에서 얻어진 세라믹 그린 페이퍼를 아래와 같이 준비된 1차 및 2차 코팅 용액을 이용하여 처리하였다.
(1차 무기물 코팅)
40~70mm의 크기를 가지는 벤토나이트 클레이(bentonite clay) 파우더를 물과 이소프로필 알코올과 혼합하여 각각 2 중량%, 및 4 중량%가 되도록 제조하였다. 제조된 클레이 파우더 용액에 준비된 세라믹 그린 페이퍼를 담구어 코팅하고 100℃에서 건조한 후에 최종적으로 1100℃에서 열처리하였다.
(2차 무기물 코팅)
상기 열처리된 세라믹 페이퍼에 알루미늄 포스페이트 용액을 이용하여 2차로 무기물 코팅을 실시하였다.
알루미늄 포스페이트는 Al(OH)3와 H3PO4를 P/Al의 비가 23이 되도록 정량하여 섞고 온도를 150℃로 올려주면서 교반시키면 Al(OH)3파우더가 인산에 녹아들어 맑은 점도가 높은 용액이 생성되도록 하여 제조하였다.
코팅을 위한 알루미늄 포스페이트 용액은 알루미늄 포스페이트를 물과 이소 프로필 알코올(3:1)을 섞은 혼합용매에 녹여 20% 용액을 합성하였다. 1차 코팅 처리된 세라믹 페이퍼를 딥핑(Dipping) 코팅하고 110℃에서 건조 후, 대기 조건에서 800℃로 소성처리 하였다.
최종적으로 얻어진 세라믹페이퍼는 강도는 61g 하중강도 값을 나타내었다.
비교예 2
실시예 1에서 얻어진 세라믹 그린 페이퍼를 알루미늄 포스페이트 용액만을 사용하여 코팅하고 800 ℃에서 열처리하였다. 강도는 87g 하중강도 값을 나타내었다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 세라믹 페이퍼는 알루미나 옥사이드와 알루미늄 포스페이트를 이용한 2단계의 코팅공정을 통해 기공크기, 공기투과도, 및 강도간의 상충효과를 최소화하고 적용 요건에 따른 물성 변화를 쉽게 달성하여 고온에서 효과적으로 사용할 수 있는 기질을 제조할 수 있다.

Claims (11)

  1. 세라믹 페이퍼, 알루미나 옥사이드의 1차 코팅층 및 알루미늄 포스페이트의 2차 코팅층을 포함하는 세라믹 필터.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 알루미나 옥사이드의 1차 코팅층은 40-60 나노크기의 알루미나 옥사이드 분말을 포함하는 0.1 내지 10 중량% 농도의 졸용액에 의해 형성되는 세라믹 필터.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 알루미늄 포스페이트의 2차 코팅층은 알루미늄 하이드록사이드 및 인산을 포함하며, P/Al의 원자비가 3 내지 50인 코팅 용액에 의해 형성되는 세라믹 필터.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 세라믹 필터는 파이버 길이가 0.1 내지 10mm 이며, 알루미나 및 실리카로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 세라믹 파이버; 유기 파이버; 및 유기바인더를 포함하는 슬러리 조성물로부터 제조되는 세라믹 페이퍼, 및 파형화된 페이퍼로 이루어진 허니컴 구조인 세라믹 필터.
  5. (a) 0.1 내지 10mm의 세라믹 파이버, 유기파이버 및 유기바인더를 포함하는 슬러리 용액을 이용하여 세라믹 페이퍼를 제조하고;
    (b) 상기 세라믹 페이퍼를 파형화하고 권취하여 허니컴 구조의 세라믹 필터를 제조하고,
    (c) 상기 세라믹 필터를 알루미나 옥사이드 용액으로 1차 코팅한 후 건조하고; 및
    (d) 상기 1차 코팅된 세라믹 필터를 알루미늄 포스페이트 용액으로 2차 코팅하고 건조 및 소성하는 공정
    을 포함하는 세라믹 필터의 제조방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 알루미나 옥사이드 용액의 코팅후의 열처리 건조 공정은 공기 분위기에서 이루어지며, 400 내지 1200 ℃에서 이루어지는 세라믹 필터의 제조방법.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 알루미늄 포스페이트 용액에서 알루미늄 포스페이트의 중량은 고형분을 기준으로 1-80 중량%인 세라믹 필터의 제조방법.
  8. 제 5항에 있어서, 상기 소성 공정은 진공, 불활성가스, 또는 공기중에서 이루어지며, 400 내지 1100 ℃에서 이루어지는 세라믹 필터의 제조방법.
  9. 제 5항에 있어서, 상기 유기바인더는 아크릴계 바인더, 폴리비닐알코올, 양성전분, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 세라믹 필터의 제조방법.
  10. 제 5항에 있어서, 상기 세라믹 파이버는 알루미나, 알루미노 실리케이트, 알루미노 보로 실리케이트 및 뮬라이트로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 세라믹 필터의 제조방법.
  11. 제 5항에 있어서, 상기 유기파이버는 셀룰로오스 파이버, 헴프, 나일론, 레이욘, 폴리에스터, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 아라미드, 아크릴 파이버 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되며, 유기파이버의 함량이 세라믹 파이버 100 중량부에 대하여 5 내지 50 중량부인 세라믹 필터의 제조방법.
KR1020050122384A 2005-12-13 2005-12-13 세라믹 필터 및 이의 제조방법 KR100784483B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050122384A KR100784483B1 (ko) 2005-12-13 2005-12-13 세라믹 필터 및 이의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050122384A KR100784483B1 (ko) 2005-12-13 2005-12-13 세라믹 필터 및 이의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20070062697A KR20070062697A (ko) 2007-06-18
KR100784483B1 true KR100784483B1 (ko) 2007-12-11

Family

ID=38362944

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020050122384A KR100784483B1 (ko) 2005-12-13 2005-12-13 세라믹 필터 및 이의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100784483B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101202538B1 (ko) 2008-04-16 2012-11-19 주식회사 엘지화학 세라믹 보드를 이용한 선택적 산화 반응기

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100836059B1 (ko) * 2006-03-31 2008-06-09 주식회사 엘지화학 점토를 포함하는 세라믹 필터 및 그 제조 방법
KR101251160B1 (ko) * 2008-04-16 2013-04-04 주식회사 엘지화학 세라믹 보드를 이용한 연소 개질 반응기
CN203764271U (zh) * 2013-06-21 2014-08-13 赫多特普索化工设备公司 用于移除废气中的氮氧化物的蜂窝状催化剂

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002028419A (ja) 2000-05-18 2002-01-29 Fleetguard Inc 高温複合セラミックフィルタ
KR20040030791A (ko) * 2001-07-06 2004-04-09 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 배기 시스템용 무기 섬유 기판 및 그의 제조 방법
KR20070013206A (ko) * 2005-07-25 2007-01-30 주식회사 엘지화학 세라믹 필터의 제조방법 및 이에 의해 제조된 세라믹 필터

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002028419A (ja) 2000-05-18 2002-01-29 Fleetguard Inc 高温複合セラミックフィルタ
KR20040030791A (ko) * 2001-07-06 2004-04-09 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 배기 시스템용 무기 섬유 기판 및 그의 제조 방법
KR20070013206A (ko) * 2005-07-25 2007-01-30 주식회사 엘지화학 세라믹 필터의 제조방법 및 이에 의해 제조된 세라믹 필터

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101202538B1 (ko) 2008-04-16 2012-11-19 주식회사 엘지화학 세라믹 보드를 이용한 선택적 산화 반응기

Also Published As

Publication number Publication date
KR20070062697A (ko) 2007-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100836059B1 (ko) 점토를 포함하는 세라믹 필터 및 그 제조 방법
US9321694B2 (en) Method for applying discriminating layer onto porous ceramic filters via gas-borne prefabricated porous assemblies
KR100704010B1 (ko) 세라믹 필터의 제조방법 및 이에 의해 제조된 세라믹 필터
US7052532B1 (en) High temperature nanofilter, system and method
US9745227B2 (en) Method for applying discriminating layer onto porous ceramic filters
US20030165638A1 (en) Inorganic fiber substrates for exhaust systems and methods of making same
US20100222205A1 (en) Method Of Manufacturing A Catalyst Body By Post-Impregation
JP2009532311A (ja) 多孔質ウォールフロー式フィルタのための反応性結合剤
KR101679883B1 (ko) 다공성 바늘형 뮬라이트체의 제조 방법
WO2011042990A1 (ja) ハニカムフィルタ
KR100784483B1 (ko) 세라믹 필터 및 이의 제조방법
KR100826762B1 (ko) 세라믹 필터 및 그 제조방법
KR101909231B1 (ko) 선택적촉매환원용 촉매 카트리지 제조장치 및 그 제조방법
KR101322153B1 (ko) 다공질 세라믹 구조체, 그 제조방법 및 이를 포함하는 가습장치
KR101237348B1 (ko) 내열충격성이 우수한 알루미노실리케이트 필터의 제조방법
KR101237350B1 (ko) 내열충격성이 우수한 탄화규소 복합섬유 필터의 제조방법
KR101237349B1 (ko) 내충격성이 뛰어난 플러깅된 탄화규소 필터의 제조방법
WO2023096764A1 (en) Wall flow honeycomb filters and method of manufacture

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120927

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130930

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140924

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150923

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170828

Year of fee payment: 11

LAPS Lapse due to unpaid annual fee