(57)【要約】      （修正有）【課題】ろ過粒子と超高分子量ポリエチレン重合体を利用して、優れた吸着性能を持つカーボンブロックフィルターを製造できるカーボンブロックフィルターの製造方法の提供。【解決手段】ろ過粒子にリン酸（Ｈ３ＰＯ４）を添着するステップ（Ｓ１００）と、リン酸が添着された前記ろ過粒子と超高分子量ポリエチレン重合体を混合するステップ（Ｓ２００）と、前記混合された原料を内部コアが挿入された金型に充填した後、プレスのガイドリングを押圧し前記ガイドリングが混合原料を押圧してフィルターを成形するステップ（Ｓ３００）と、前記金型で成形されたフィルターを引き出さず、熱処理炉で熱処理するステップ（Ｓ４００）と、及び前記熱処理された金型と前記コアとをそれぞれ分離してカーボンブロックフィルターを金型から引き出すステップ（Ｓ５００）と、を有する空気浄化用カーボンブロックフィルターの製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均粒度範囲が２００μｍないし６５０μｍである７６重量％ないし９６重量％のろ過粒子にリン酸（Ｈ３ＰＯ４）を添着するステップと、
リン酸を添着した前記ろ過粒子と超高分子量ポリエチレン重合体とを混合するステップと、
前記混合した原料を内部コアを挿入した金型に充填した後、プレスのガイドリングを押圧し前記ガイドリングによって混合原料を押圧してフィルターを成形するステップと、
前記金型で成形したフィルターを引き出さず、熱処理炉で熱処理するステップと、
前記熱処理した金型と前記コアとをそれぞれ分離してカーボンブロックフィルターを金型から引き出すステップと、
を有する空気浄化用カーボンブロックフィルターの製造方法。
【請求項２】
代替剤を添着した平均粒度範囲が２００μｍないし６５０μｍである７６重量％ないし９６重量％のろ過粒子と超高分子量ポリエチレン重合体とを混合するステップと、
前記混合した原料を内部コアを挿入した金型に充填した後、プレスのガイドリングを押圧し前記ガイドリングによって混合原料を押圧してフィルターを成形するステップと、
前記金型で成形したフィルターを引き出さず、熱処理炉で熱処理するステップと、及び
前記熱処理した金型と前記コアとをそれぞれ分離してカーボンブロックフィルターを金型から引き出すステップと、
を有する空気浄化用カーボンブロックフィルターの製造方法。
【請求項３】
前記代替剤は、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）、硝酸（ＨＮＯ３）塩酸（ＨＣｌ）、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）、酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ）、炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、スルファニル酸（Ｃ６Ｈ４（ＮＨ２）ＳＯ３Ｈ）及びエチレンジアミン（ＮＨ２ＣＨ２ＣＨ２ＮＨ２）のうち少なくとも一つであることを特徴とする請求項２に記載の空気浄化用カーボンブロックフィルターの製造方法。
【請求項４】
前記超高分子量ポリエチレン重合体は５μｍないし６００μｍの粒度を持つ、４重量％ないし３４重量％で、平均粒度範囲が３０μｍないし６０μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の空気浄化用カーボンブロックフィルターの製造方法。
【請求項５】
前記混合するステップにおいて、触媒を添加するステップをさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載の空気浄化用カーボンブロックフィルターの製造方法。
【請求項６】
前記触媒は、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、オスミウム（Ｏｓ）及びイリジウム（Ｉｒ）のうち少なくとも一つを有する請求項５に記載の空気浄化用カーボンブロックフィルターの製造方法。
【請求項７】
前記超高分子量ポリエチレン重合体の分子量は、３，５００，０００ｇ／ｍｏｌないし９，２００，０００ｇ／ｍｏｌであることを特徴とする請求項１または２に記載の空気浄化用カーボンブロックフィルターの製造方法。
【請求項８】
前記フィルターを成形するステップは４ｋｇｆ／ｃｍ２ないし６．５ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で押圧することを特徴とする請求項１または２に記載のカーボンブロックフィルターの製造方法。
【請求項９】
前記熱処理するステップは、２２０℃ないし２６０℃の温度条件下で５０分間ないし７０分間熱処理することを特徴とする請求項１または２に記載の空気浄化用カーボンブロックフィルターの製造方法。
【請求項１０】
請求項１または２による空気浄化用カーボンブロックフィルターの製造方法で製造された空気浄化用カーボンブロックフィルターは、３ｍｍないし３０ｍｍの厚さで形成されていることを特徴とする空気浄化用カーボンブロックフィルター。
【請求項１１】
前記カーボンブロックフィルターは複数の気孔が形成され、前記気孔の直径は９ｍｍないし３０ｍｍであることを特徴とする請求項１０に記載の空気浄化用カーボンブロックフィルター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ろ過粒子と超高分子量ポリエチレン重合体から成る空気浄化用カーボンブロックフィルターを製造する空気浄化用カーボンブロックフィルターの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気清浄機に使用していた活性炭フィルターは、主に粒状活性炭を充填されていて、粒状活性炭によって汚染物質をろ過、吸着していた。しかし、単なる粒状活性炭を充填して使用する場合、ろ過層内のチャネリング現状で汚染物質の除去効率が低く、活性炭の微細粒子が持続的に流出するという使用上の問題があった。
【０００３】
また、一般的なポリエチレン（ＬＤＰＥ，ＨＤＰＥ）バインダーは、融点以上で粘度が低く流動特性の大きいため、活性炭の表面を被覆することによってブロックの気孔と吸着性とを確保できない問題がある。低分子量ポリエチレンは、融点が８０℃以上で流動特性の良好な特徴を持つため、押出方法でフィルター生産は可能であるが、活性炭の吸着表面積がバインダーによって塞がれて減少され、気孔のコントロールが困難で高性能のフィルターを製造できないという問題があった。
【０００４】
このような問題点を補完するために、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）と粒度とが調節された粉末活性炭とを利用して、これらを一定の割合で組成して焼結して、吸着性に優れた多孔性の吸着ろ過フィルターを作っていた。このような製品は、カーボンブロックフィルターと呼ばれ、近年、空気清浄機のろ過フィルターは、従前のカーボンブロックフィルターに替えられている実情である。
【０００５】
特に、従前のカーボンブロックフィルターは、バインダーの特性によって圧縮モールド方式で生産されており、フィルターの吸着性能と気孔の発達とが非常に優れているという高性能カーボンブロックとして認められている。一般的に、優れたブロックフィルター製造技術は、高い吸着性を持つと共にブロックの多孔性を効率良くコントロールする、圧縮モールド方法の生産技術と言うことができる。
【０００６】
しかし、従来の技術で使用していたブロックの気孔調節技術は、粒度を人工的に調節した活性炭粉末に、商用品のバインダーを一定の割合で混合して圧縮成形する方法で気孔を形成しているので、高品質のカーボンブロックフィルターを生産できないという実情がある。このような生産方式の問題点は、微粉の活性炭を効率良く成形することができないため、成形後の表面から微粉の活性炭が多く落ちる問題を生じて商品性が劣る傾向がある。
【特許文献１】大韓民国公開特許第１０−２００７−００２８４４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、ろ過粒子と超高分子量ポリエチレン重合体とを利用して、優れた吸着性能を持つカーボンブロックフィルターを製造できるカーボンブロックフィルターの製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、ろ過粒子にリン酸（Ｈ３ＰＯ４）を添着するステップと、リン酸を添着した前記ろ過粒子と超高分子量ポリエチレン重合体を混合するステップと、前記混合した原料を内部コアを挿入した金型に充填した後、プレスのガイドリングを押圧し前記ガイドリングによって混合原料を押圧してフィルターを成形するステップと、前記金型で成形したフィルターを引き出さず、熱処理炉で熱処理するステップと、前記熱処理した金型と前記コアとをそれぞれ分離してカーボンブロックフィルターを金型から引き出すステップと、を含む空気浄化用カーボンブロックフィルターの製造方法である。
【０００９】
本発明は、代替剤を添着したろ過粒子と超高分子量ポリエチレン重合体とを混合するステップと、前記混合した原料を内部コアを挿入した金型に充填した後、プレスのガイドリングを押圧し前記ガイドリングによって混合原料を押圧してフィルターを成形するステップと、前記金型で成形したフィルターを引き出さず、熱処理炉で熱処理するステップと、前記熱処理した金型と前記コアをそれぞれ分離してカーボンブロックフィルターを金型から引き出すステップと、を含む空気浄化用カーボンブロックフィルターの製造方法である。
【００１０】
本発明は、前記空気浄化用カーボンブロックフィルターの製造方法で製造された空気浄化用カーボンブロックフィルターである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によって製造されたカーボンブロックフィルターは、リン酸が添着されたろ過粒子に因って空気中に有害物質を除去して奪取効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係るカーボンブロックフィルターの製造方法を示す工程図である。
【図２】本発明の実施形態に係るカーボンブロックフィルターの製造方法を示す工程図である。
【図３】本発明の実施形態に沿って製造されたカーボンブロックフィルターを示す図である。
【図４】本発明の実施形態においてカーボンブロックフィルターを製造するための金型を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
【００１４】
先ず、本明細書及び特許請求の範囲に使用される用語や単語は、通常的または辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者はその自身の発明を最良の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則を踏まえて、本発明の技術的思想に符合する意味と概念で解釈されなければならない。
【００１５】
従って、本明細書に記載された実施形態と図面に示された構成は、本発明の最も好ましい一実施形態に過ぎず、本発明の技術的思想を全て代弁するものではないので、本出願時点においてこれらを代替できる様々な均等物と変形例があり得ることを理解しなければならない。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態に係るカーボンブロックフィルターの製造方法を示す工程図である。図２は、本発明の実施形態に係るカーボンブロックフィルターの製造方法を示す工程図である。図３は、本発明の実施形態に沿って製造されたカーボンブロックフィルターを示す図である。図４は、本発明の実施形態においてカーボンブロックフィルターを製造するための金型を示す図である。以下、図１ないし図４及び実施形態を介して本発明の空気浄化用カーボンブロックフィルターの製造方法を詳細に説明する。
【００１７】
本発明は、ろ過粒子と超高分子量ポリエチレン重合体とを利用して優れた吸着性能を持つ空気浄化用カーボンブロックフィルターの製造方法とこれによるカーボンブロックフィルターに関する。
【００１８】
ここで、ろ過粒子とは、活性炭を意味する。特に、活性炭は、吸着性が強く、殆どの構成物質が炭素質から成る物質の吸着剤で、気体や湿気を吸収させる役割を果たす。本発明では、粉末活性炭（ａｃｔｉｖａｔｅｄ  ｃａｒｂｏｎ  ｐｏｗｄｅｒ）を意味し、粉末活性炭によって空気中の有害物質及び匂いを除去し、揮発性有機化合物及び一部の重金属を除去する。
【００１９】
また、本発明における超高分子量ポリエチレン重合体とは、超高分子量ポリエチレンバインダーを意味するもので、フィルターをブロックの形態に成形するために粉末活性炭の連結鎖を形成させる接着剤の役割を果たし、分子量の大きい多孔質物質で構成される。
【００２０】
より詳細には、本発明の空気清浄機用カーボンブロックフィルターの製造方法は、図１に示されるように、ろ過粒子にリン酸（Ｈ３ＰＯ４）を添着するステップと、リン酸を添着した前記ろ過粒子と超高分子量ポリエチレン重合体とを混合するステップと、前記混合した原料を内部コアを挿入した金型に充填した後、プレスのガイドリングを押圧し前記ガイドリングが混合原料を押圧してフィルターを成形するステップと、前記金型で成形したフィルターを引き出さず、熱処理炉で熱処理するステップと、前記熱処理した金型と前記コアとをそれぞれ分離してカーボンブロックフィルターを金型から引き出すステップと、を含む。
【００２１】
この時、リン酸を添着させていない活性炭は、アンモニアに対する除去性能が悪く、リン酸を添着させた活性炭ではアンモニアの除去性能を増大させる。
【００２２】
特定の態様として、本発明のカーボンブロックフィルターの製造方法は、代替剤を添着したろ過粒子と超高分子量ポリエチレン重合体とを混合するステップと、前記混合した原料を内部コアを挿入した金型に充填した後、プレスのガイドリングを押圧し前記ガイドリングが混合原料を押圧してフィルターを成形するステップと、前記金型で成形したフィルターを引き出さず、熱処理炉で熱処理するステップと、前記熱処理した金型と前記コアとをそれぞれ分離してカーボンブロックフィルターを金型から引き出すステップと、を有する。
【００２３】
この時、前記代替剤とは、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）、硝酸（ＨＮＯ３）、塩酸（ＨＣｌ）、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）、酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ）、炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、スルファニル酸（Ｃ６Ｈ４（ＮＨ２）ＳＯ３Ｈ）及びエチレンジアミン（ＮＨ２ＣＨ２ＣＨ２ＮＨ２）のうち少なくとも一つであり、一例としてリン酸（Ｈ３ＰＯ４）、炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３）、及びスルファニル酸（Ｃ６Ｈ４（ＮＨ２）ＳＯ３Ｈ）が添着された活性炭を用いることができる。
【００２４】
また、前記ろ過粒子は、５μｍないし１９００μｍの粒度を持ち、７６重量％ないし９６重量％で、平均粒度の範囲が２００ないし６００μｍまたは２５０ないし５９０μｍである。前記超高分子量ポリエチレン重合体は、５μｍないし６００μｍの粒度を持ち、４重量％ないし３４重量％で、平均粒度の範囲が３０μｍないし６０μｍまたは３０μｍないし４０μｍである。特に、ろ過粒子の平均粒度範囲が２５０μｍないし５９０μｍの時と超高分子量ポリエチレン重合体の平均粒度範囲が３０μｍである時とに、優れた性能のカーボンブロックフィルターを製造することができる。
【００２５】
それに加えて、前記原料を混合するステップにおいて触媒を添加するステップをさらに含む。この時、触媒は、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、オスミウム（Ｏｓ）及びイリジウム（Ｉｒ）のうちいずれか一つであり、前記超高分子量ポリエチレン重合体の分子量は、３，５００，０００ｇ／ｍｏｌないし９，２００，０００ｇ／ｍｏｌである。
【００２６】
この時、フィルターを成形するステップは、４ｋｇｆ／ｃｍ２ないし６．５ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で押圧することができ、前記熱処理ステップは２２０℃ないし２４０℃の温度条件下で５０分間ないし７０分間熱処理して成形することができる。
【００２７】
また、本発明はカーボンブロックフィルターの製造方法で製造されたカーボンブロックフィルターに関する。特に、前記カーボンブロックフィルターは、少なくとも一つの通気孔が形成され、前記通気孔の気孔は、円形、六角形、四角形または櫛目模様などに形成され、これはカーボンブロックフィルターの成形工程時に使用される金型の形状に応じて異なる。また、前記通気孔のサイズは、前記金型の大きさに応じて決められ、一例として、気孔は９ｍｍないし３０ｍｍの大きさで成形される。さらに、成形されるカーボンブロックフィルターは、３ｍｍないし３０ｍｍの厚さで成形される。こうして成形された気孔とカーボンブロックフィルターは、奪取効率に適合した大きさと厚さである。
【００２８】
また、このような活性炭を使用することによって、活性炭に存在する気孔で空気中の有害物質を物理的に吸着することが可能となり、アセトアルデヒド、酢酸、アンモニアなどを除去することができる。
【００２９】
以下、本発明の理解のために、実施形態を挙げて詳細に説明する。ただ、下記の実施形態は、本発明の内容を例示するだけであって本発明の範囲が下記の実施形態に限定されるものではない。本発明の実施形態は、当業界で平均的な知識を持つ者に、本発明をより完全に説明するために提供されるものである。
【００３０】
（実施形態１）
混合工程−１
本発明の実施形態において、ろ過粒子は活性炭を意味し、５μｍないし１９００μｍの粒度を持つ活性炭（Ａｃｔｉｖａｔｅｄ  ｃａｒｂｏｎ，ＫＵＲＡＲＡＹ  ＣＨＥＭＩＣＡＬ  ＣＯ．，ＬＴＤ）を使用する。また、平均粒度範囲が２００μｍないし６５０μｍである活性炭を使用する。
【００３１】
まず、本発明の実施形態において、粉末タイプの活性炭（Ａｃｔｉｖａｔｅｄ  ｃａｒｂｏｎ，ＫＵＲＡＲＡＹ  ＣＨＥＭＩＣＡＬ  ＣＯ．，ＬＴＤ）をバキューム（ｖａｃｕｕｍｅ）の条件下でリン酸（Ｈ３ＰＯ４、ＧＵＡＮＧＸＩ  ＭＩＮＧＬＩ  ＣＨＥＭＩＣＡＬＳ  ＣＯ.，ＬＴＤ）水溶液に浸漬した後、３時間放置してリン酸を活性炭の細孔内に１次添着する。それから、一定時間乾燥させた後、同じ方式で２次添着を行って添着活性炭の全体重量に対して炭酸カリウムを１０重量％ないし１５重量％含有する活性炭を得る。
【００３２】
次に、リン酸が添着された活性炭と炭酸カルシウム（Ｋ２ＣＯ３、デミョン化工薬品）、スルファニル酸（（Ｃ６Ｈ４（ＮＨ２）ＳＯ３Ｈ），ＢＡＯ  ＭＩＮＧ  ＴＲＡＤＩＮＧ  ＣＯ.，ＬＴＤ）、５μｍないし６００μｍの粒度を持つ超高分子量ポリエチレン重合体を、重量対比６：１：１：２の割合になるよう等しく混合する。
【００３３】
この超高分子量ポリエチレン重量体は、超高分子量ポリエチレンバインダー（Ｔｉｃｏｎａ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ社）を意味する。
【００３４】
特に、前記活性炭に添着されたリン酸は、空気中のアンモニアを除去するために寄与する。また、添加剤のうち炭酸カリウムは空気中の酢酸を除去するために寄与し、スルファニル酸は空気中のアセトアルデヒドを除去するために寄与する。
【００３５】
それに加えて、反応性向上のための触媒剤として白金をさらに混合する。
【００３６】
混合工程では攪拌機を使用し、１４分間ないし１６分間混合し、２２０ＲＰＭないし２３５ＲＰＭで攪拌機の混合速度を調整する。
【００３７】
ここで、前記超高分子量ポリエチレンバインダーは、Ｔｉｃｏｎａ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ社の製品で、下記の表１のように商業的に利用される製品で、ＧＵＲ  ２１２６、ＧＵＲ  ２１２２、ＧＵＲ  ４０５０−３、ＧＵＲ  ４１２０、ＧＵＲ  ４０２２及びＧＵＲ  ４０２２−６を使用する。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
なお、前記超高分子量ポリエチレンバインダーの固有の特性は、下記の表２のとおりである。
【００４０】
【表２】
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【００４１】
（実施形態２）
混合工程−２
本発明の実施形態において代替剤が添着されたろ過粒子と超高分子量ポリエチレン重合体とを所定の割合で混合する。
【００４２】
このろ過粒子は粉末活性炭を意味し、超高分子量ポリエチレン重合体は超高分子量ポリエチレンバインダーを意味する。前記超高分子量ポリエチレンバインダーは、実施形態１の場合と同じ製品を使用する。
【００４３】
より詳しくは、本発明の実施形態において、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）、 炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３）、スルファニル酸（Ｃ６Ｈ７ＮＯ３Ｓ）が添着された３つの活性炭をＯＳＡＫＡ  ＧＡＳから購入したポリエチレンバインダーと混合する。
【００４４】
この前記活性炭は、代替剤が添着された活性炭で、炭酸カリウムを添着した活性炭、リン酸を添着した活性炭、スルファニル酸を添着した活性炭及び超高分子量ポリエチレンバインダーの割合が、４．２：１．７：１．７：１．６の割合になるよう等しく混合する。
【００４５】
（実施形態３）
フィルター成形工程
【００４６】
図３は、本発明の実施形態によって製造されたカーボンブロックフィルターを示す図である。本実施形態におけるフィルターの成形工程は、上述したそれぞれの主原料及び副原料を適正な割合で混合して生成された混合原料を利用して、図３のような通気孔が形成された板状のカーボンブロックフィルターを成形するための工程である。
【００４７】
本工程は、図４に示されたアルミニウム金型に等しく混合された混合原料を容器に入れて精密なデジタルはかりを利用して定量を確認した後、前記金型の内部に混合原料を充填する。
【００４８】
また、プレスを利用してガイドリングを上部から下部へ押圧して前記ガイドリングが混合原料を４ｋｇｆ／ｃｍ２ないし６．５ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で押圧してカーボンブロックフィルターを成形する。
【００４９】
その後、成形されたカーボンブロックフィルターは、金型を分離しない状態で熱処理作業のために熱処理炉へ移動する。
【００５０】
（実施形態３）
熱処理及び分離工程
【００５１】
熱処理工程は、数百本のフィルターを同時に熱処理できる大きさの電気炉で２２０℃ないし２４０℃または１３０℃ないし２００℃の温度条件下で１０分間ないし６０分間熱処理を施す。また、前記金型を外部へ引き出した後、約１時間、冷風を利用して、加熱された金型を冷やす。
【００５２】
前記金型を冷やした後、別途の治具を利用して外部の金型と内部コアとを分離し外部へ引き出して、図３に示すカーボンブロックフィルターを製造する。このように製造したカーボンブロックフィルターは、使用される空気清浄機の大きさに合わせて切断する。
【実験例】
【００５３】
（実施例１）
カーボンブロックフィルターの奪取効率
本発明によって製造されたカーボンブロックフィルターを空気清浄機に装着し、この空気清浄機を通過した空気の奪取効率を測定し、本発明のカーボンブロックフィルターが装着されていない通常の空気清浄機の奪取効率を測定した。
【００５４】
このように測定された数値は、下記の表３に示すとおりである。
【００５５】
【表３】
2015208671.tif 000005
【００５６】
製品奪取効率は、Ｃｏｗａｙ  Ｒ＆Ｄ  ｃｅｎｔｅｒ、ＯＳＡＫＡ  ＧＡＳ  Ｒ＆Ｄ  ｃｅｎｔｅｒで韓国空気清浄機協会検査規格（ＳＰＳ−ＫＡＣＡ００２−１３２）、日本家庭空気清浄機検査規格（ＪＥＭ  １４６７）に基づいて試験した奪取効率である。
【００５７】
表３のように、本発明のカーボンブロックフィルターが内蔵された空気清浄機の場合、本発明のカーボンブロックフィルターが内蔵されていない空気清浄機よりも遥かに効率が高いことを確認することができる。
【００５８】
即ち、本発明によると、活性炭に含浸された添加剤によって有害物質を除去することによって奪取効率が高くなることが分かる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2015208671.tif 000008
【図４】
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