필터종류별개발기술과평가방법 1. 필터개요 필터는다른상을포함한기체, 액체가통과하는격벽의양측에압력차를만들어기체, 액체로부터그안에현탁되어있는다른상의입자를효과적으로분리하는소재또는장치로정의된다. 필터는미세먼지를비롯한각종오염과세균및바이러스등을차단하는성능의여과소재로써멤브레인의일종으로일반적인멤브레인은미세기공을통해여과시키는물질로필름의형태나필름코팅소재를지칭하지만광범위하게는부직포소재의경우에도미세기공의크기에따라다양한오염원을제어하는역할을하므로멤브레인이라고할수있다. 필터는에어필터, 수처리필터, 가스필터등여과대상에따라구분되며각분류에따라각각의평가장치및방법이구체화되어있다. 최근공기의질뿐아니라수질환경오염의증가로인해산업용, 가정용, 개인용으로공기청정기, 에어컨및마스크등다양한용도맞춰제품의성능이고도화되는경향과더불어환경친화성소재개발로기존의유리섬유를대체하거나다양한후가공및복합화가공을통해성능향상뿐아니라내구성이우수한필터여재의개발이활발해지고있다. 본자료에서는에어필터와수처리필터의구조및성능구분, 그리고평가방법및개발방향에대해서서술하기로한다. 1) 필터의종류 1 Gravity filter : 여과저항이비교적적은경우에중력만으로여과재를통과하여여과하는방식이다. 2 Vacuum filter : 여과저항이커져서중력만으로는불충분할때필요한경우로보통 0.5~5기압정도의압력을적용된다. 3 Pressure filter : 1기압이상의여과압력이필요한경우보통 0.5-5 기압정도의압력이적용된다. 4 Compression filter : 액체를고압으로압출하는것으로서 300-600기압의압력이적용된다. - 1 -
2) 필터의소재별종류및제조방법 3) 필터소재별특징 소재 사용온도 ( ) 화학적안정성연속최대산소계산알칼리유기용제 Cotton 80 110 X Wool 95 120 X Polyamide(Nylon) 95 120 X Polypropylene(PP) 80 105 Polyacrylonitrile (PAN) 110 140 Polyester(PET) 120 180 X Polyphenylenesulp hide(pps) 190 230 M-Polyaramide (Nomex) 200 240 X X Polyimide(PI) 240 260 Polytetrafluoroet hylene(ptfe) 260 280 Glass 280 300 X Ceramic (Metal oxide) 760 1200 X : Excellent, : Good, : Not Good, X : Poor 부직포소재필터 정의 종이제조원리로습식부직포수중에서웹이형성되며 부직포원료로사용되는섬유는섬유장이긴화학섬유를사용하고부직포웹을슬롯을통해벨트에적층하여제조한다 특징 부직포제조공법중중량편차가낮고 두께가균일한부직포를제조할수있으며 상대적으로섬유장이타부직포대비짧으나 강도는우수하며웹내이방성섬유배향을가진다 용도 연료필터 제지 포장지 지지체등 - 2 -
멜트블로운부직포소재필터 - 정의 : 고분자수지를초극세검유부직포로전환시키는방법이다 - 특징 : 고유직경이 3-5µm인초극세섬유로구성되어있어, 유연성, 비투과성, 절연성, 차단성이뛰어나며, 정전성능을부여하면여과성능이우수하며 1µm이하의섬유를제조하여고성능고효율의울파필터제조가가능한기술개발이되고있다. - 용도 : Filter, 절연재, 마스크, 흡수시트, Wiper, 오일흡착포등. 스펀본드부직포소재필터 - 정의 : 열가소성고분자를용융하여노즐을통해연속필라멘트직접방사하고, 에스피레이터에서상온고압으로섬유극세화및냉각후벨트에웹을형성한후, 카렌더링, 니들펀칭등의결합방법으로이루어진부직포제조방법이다. - 특징 : 등방성질 ( 인장강도, 탄성율, 인열강도 ) 을가지고있으며, 상대적으로뻣뻣하며, 흡수성및균제도가낮은단점이있다. - 용도 : 일회용위생제, 일회용보호의복, 내구성종이및포장재, 자동차, 집진용여과필터, 토목용및농업용, 보강및스크림. 니들펀칭부직포소재필터 - 정의 : 웹형성기에의해형성된웹을바늘로수직, 경사방향또는양방향으로바늘을상하운동으로웹내섬유간상호결합시켜웹강도, 두께및형태를부여하는부직포제조방법이다 - 특징 : 니들의펀칭횟수, 밀도에따라부직포의두께조절과강도조절이용이하며, 다양한형태의부직포를생산할수있다. - 용도 : 카페트, 모포, 필터, 코팅기포제. 심지등. 직물소재필터 - 정의 : 씨실 ( 경사 ) 과날실 ( 위사 ) 이서로교대로교락되면서가로와세로축이안정한구조를이루어직물형태로제조된다. - 특징 : 사용되는실의소재, 굵기에상관없이안정된구조를가지며, 경 / 위사방향으로강도및형태안정성이우수하다. - 용도 : 의류, 침장지, 필터, 스크림등. 멤브레인소재필터 - 정의 : 필름제조공정중 MD로연신하면서기공을형성하기때문에다양한기공크기에필름형여과재를제조할수있다. - 특징 : 멤브레인기공이아주작아우수한포집효율을가지며, 발수발유성능이우수하여여과된이물질과쉽게탈락되는장점과역세공정을통해재사용이가능하다. - 용도 : 백필터, 수처리멤브레인, 의류용투습방수포, 의료용등. - 3 -
2. 에어필터 1) 에어필터란? 에어필터는공기중부유하는작은미세입자 ( 미세먼지및곰팡이등 ) 를여과하는여과매체로써사용하는장소와용도에따라제품의형태와요구특성을구분하고있으며, 용도및성능별평가기준을각지역에따라테스트조건을달리하고있다. 에어필터의구분 - 에어필터에서산업용필터는주로공기조화기필터로써공장및건물외부의공기를내부로흡기할때공기중의미세입자를여과하는필터로써기본적으로필터시스템은 3단계로구성된다. - Pre Filter -> Medium Filter -> HEPA Filter Pre Filter는 50% 내외의오염원을제어하고 Medium Filter는 80%, HEPA Filter는 95% 이상의미세먼지를여과하는공기가유입하게된다. - HEPA Filter는 0.3마이크론크기의미세먼지를 99.97% 를여과하는고성능필터를일컫지만 95% 또는 97% 이상을 semi-hepa Filter로명명하여사용하기도한다. - 가정용필터는공기청정기가대표적으로실내일정공간의미세입자를제거하는필터와에어컨, 진공청소기와같은백색가전제품사용시배출되는공기의미세입자를제거하는필터가주류이다. - 90년대까지주로유리섬유필터를사용하였으나, 유리섬유의잠재적인체위험요소로인해대체소재로써폴리플로필렌과같은합성섬유필터여재제조기술이개발되어성능및내구성향상등필터여재의기술적도약이이뤄졌다. - 마스크필터는산업용과보건용으로구분하며산업용은공장현장및산업현장의발생되는미세입자및흄을여과하는필터이고, 보건용은대기환경의오염및산업화에의해일상생활에부유하는미세입자와중국에서발생되는황사를여과하는필터이다. - 마스크필터는지역별, 성능별등급으로구분하여제품화되고있다. - 자동차용필터는연료및엔진오일의효율증대를위한유수분리필터외부의공기를자동차실내로유입할때먼지를제거하는에어컨필터등다양한형태와용도로사용되고있다. - 4 -
에어필터의성능시험방법 중량법비색법계수법 시험법 규정 AFI SFCTION-1 1953 년 AFI SFCTION-@2 1960 년 MIL STANDARD 1943 년 ASHRAE STANDARD 52-76 1876년 AFI DUST NBS A AIR-CLEANER 시험 96% CONTROL DUST DIOCITYL-PHTALATE TEST DUST(FINE) 72% 분진 4% CONTROL DUST 0.3um(D.O.P 입자 ) CARBON BLACK NBS-B 대기진 25% 적용 PRE FILTER MEDIUM-FILTER HEPA FILTER - 에어필터를측정하는기본테스트방법이며제품에따른테스트방법이다소차이가있다. - 산업용필터의 Pre Filter, Medium Filter는중량법, 비색법을사용하며그외 HEPA급또한가정용, 마스크, 자동차에어컨필터는계수법으로측정한다. - 중량법 : 일정량의분진을통과시켜필터통과후통과한분진량의차이를확인하여필터등급을나누는방법. 중량법포집효율 (%)=[m 1 /(m 1 +m 2 )]x100 *m 1 : 시험필터의포집된분진중량 m 2 : 후미필터에포집된분진중량 - 비색법 : 시험필터전후에분진을포함한공기의일부를여지에공급하여빛을죄어서통과한양을측정, 분진의양에따라투과광의양이변하므로투과광양을필터의상류, 하류측에서측정하여효율을계산. (OD값 = 광학밀도 ) 비색법포집효율 (%)=[1-(OD하/OD상)]x100 *OD하 : 하류측의 OD값 OD상 : 상류측의 OD값 - 계수법 : 초고성능필터 (HEPA) 의포비효율을측정하는시험법,. 시험분체는 JIS-13 종의분경 0.3µm HOT DOP(Di-Octyl Phthalate) 로써, 이를분산시켜필터의상류측으로보내고검출기에의해포집효율산출. DOP 포집효율 (%)=[1-(C 2 /C 1 )]x100 *C 2 : 하류측에어로졸농도 C 1 : 상류측에어로졸농도 - 5 -
2) 산업용 ( 공기조화기 ) 필터 - 공장및건물의외 / 내부의공기유입에대한분진을여과하는필터. * 산업용필터제품구성 Pre-Filter Medium Filter HEPA Filter ULPA Filter 소재 부직포 Synthetic/ Synthetic/ Synthetic/ 유리섬유유리섬유유리섬유 형태 Pleat / Pocket Pleat / Pocket Pleat Pleat 효율 65% 이하 65 ~ 95% 99.97% 99.995% 이상 Test 방법 중량법 비색법 계수법 계수법 사용기간 6개월 ~1년 6개월 ~1년 2~3년 5년이상 - 필터별 Grade는여과효율로구분하며 Grade별테스트기준의차이가있다. - 산업용필터등급은 MERV(Minimum Efficiency Reporting Value) 를기준으로분류한다. : ASHRAE Standard 52.2-1999 명시 Dust size별효율기준으로 Grade가나뉘며효율은말기차압기준 (= 초기차압 2배시점중큰숫자로지정 / 여과속도 2.5m/s) 으로분류한다. MERV 입자크기별효율 (%) / 크기범위 (µm) 평균최소최종압력손실 0.30-1.0 1.0-3.0 3.0-10.0 포집율 (%) Pa Aqua 1 n/a n/a E 3 <20 A svg <65 75 0.3 2 n/a n/a E 3 <20 65 A svg <70 75 0.3 3 n/a n/a E 3 <20 70 A svg <75 75 0.3 4 n/a n/a E 3 <20 75 A svg 75 0.3 5 n/a n/a 20 E 3 <35 n/a 150 0.6 6 n/a n/a 35 E 3 <50 n/a 150 0.6 7 n/a n/a 50 E 3 <70 n/a 150 0.6 8 n/a n/a 70 E 3 n/a 150 0.6 9 n/a E 2 <50 85 E 3 n/a 250 1.0 10 n/a 50 E 2 <65 85 E 3 n/a 250 1.0 11 n/a 65 E 2 <80 85 E 3 n/a 250 1.0 12 n/a 80 E 2 90 E 3 n/a 250 1.0 13 E 1 <75 90 E 2 90 E 3 n/a 350 1.4 14 75 E 1 <85 90 E 2 90 E 3 n/a 350 1.4 15 85 E 1 <95 90 E 2 90 E 3 n/a 350 1.4 16 95 E 1 95 E 2 90 E 3 n/a 350 1.4-6 -
* 에어필터에너지효율등급 에너지 예상연간전력소비량 (kwh/annum)) 효율등급 MERV 9~10 MERV 11~12 MERV 13 MERV 14 MERV 15~16 1 0~450 0~550 0~800 0~1,000 0~1,250 2 450~600 550~650 800~950 1,000~1,200 1,250~1,450 3 600~700 650~800 950~1,200 1,200~1,500 1,450~1,900 4 700~950 800~1,100 1,200~1,700 1,500~2,000 1,900~2,600 5 950< 1,100< 1,700< 2,000< 2,600< - 에너지효율등급은외부공기를흡입하는 motor 의전략소비량으로 계산되며차압 ( 압력손실차이 ) 에의하여차압이낮을수록 Motor 의 Fan 속도가낮아져도동일유량이통과하기때문이며, 높은차압의 필터대비에너지를적게사용하기때문에에너지효율등급이높아 진다. 3) 필터의개발현황 - 공조기필터는단순히여과성능을기본으로한유리섬유필터여과매체에서현재저차압성능의동등이상수준의여과효율을보이는필터소재인합성고분자필터여과매체로대체가이루어졌다. - 기존유리섬유필터여과매체가물리적기공크기로써성능을구현하였다면합성고분자필터여과지의경우 Melt-blown이대표적인부직포제조방법을통해정전처리기술을융합시켜여과성능뿐아니라저차압성능에이한에너지절감과인체및환경무해성소재로의대체효과, 내구성향상등고성능필터소재로써각광받고있다. * Glass Fiber vs Melt Blown 여과지비교 구분 유리섬유 멜트블로운 제조방식 Flame Attenuation Process Meltblown 1) 섬유직경이작고, 강직함 1) PP,PET 소재로열가소성고분자를용융방사 특징 성능비교원단업체 2) 내열성이우수 ( 무기물의큰특징 ) 3) 물리적여과방식 ( 원단내기공이작은만큼의입자만여과 ) : 효율대비 MB 원단비교시압력손실높음 4) 제조공정및작업과정내불량발생높음 5) 인체유입시피부자극및호흡기질병유발 가능성높음 6) 폐기시환경오염발생 / 산업폐기물기준으 로처리필요 (= 매립작업 ) 여과성능 : 99.99% 압력손실 : 42.6mmAq H&V 타입 2) 내열성이약함 (= 가소성 Olefin 계열 ) 3) 제조공정및소재자체가인체친화적 (= 원료의 MSDS 보유 ) 4) 제조공정및설치작업시불량발생적음 5) 정전여과방식에따른동일효율대비압력 손실이낮음 6) 폐기시환경오염문제미비 / 가소성소재는 재활용이가능함여과성능 : 99.99% 압력손실 : 13.1mmAq 3M, Welcron, C&S, 선진등다수 - 7 -
1 공기청정기필터 : 공기청정기는외부의공기를흡입구를통하여흡입한후제품의내부필터와같은정화장치를거쳐정화된공기를배출구를통하여외부로배출하는구조로구성되어있으며따라서필터는외부공기의정화장치라고할수있다. - 공기청정기구성 Pre-Filter 기능성 Filter 탈취 Filter 소재 Mesh Mesh / 부직포 A.C (Active Carbon) HEPA( 고성능 ) Filter Synthetic 특징 1) 외기의큰분진을여과하는필터로 MESH 형태임 2) 측정기준없으며 Maker 마다항균및탈취성능을추가한제품도있음. 1) 기능성만추가된필터로포함이안된공기청정기도있음 2) Mesh 나부직포에항균, 탈취성능을증가시키기위한필터 1) 활성탄폼, 활성탄활성탄가루입힌부직포등의탈취위한필터 2) Maker 마다별도필터로장착하거나고성능필터내표함제작되어있음 1) 제품의흡기모터용량에따라여과효율차이를두고있으며분진을여과핵심필터 2) Maker 마다고성능필터내카테킨, 은나노를포함시키기도함. 효율 - - - 95%~99.97% Test 방법 사용기간 중량법비색법계수법계수법 2 개월 6 개월 ~1 년 6 개월 ~1 년 6 개월 ~1 년 * 공기청정기의고성능필터구성 재질 PET (polyester) / PP (Polypropylene) 구조 지지층 (Support Layer) + Melt Blown (Filtering Layer) - 지지층 : 국내제조되는제품으로 TB(Thermal Bond), CB(ChemicalBond),SPB(Spun Bond) 를주로사용하며 MB를지지하고형태가공성을좋게하는역할을하는부직포지지층에항균처리등의기능성을처리하여항균, 방미기능을부여할수있다. - MB : 특수대전처리된섬유로이루어져있으며, 필터의저압손, 고효율을담당 사용온도 60 이하 면속도 1.0m/sec( 권장사양 ) - 8 -
2 공기청정기테스트방법 - CADR ( 공기정화량 ) 테스트 Clean Air Delivery Rate의약자인 CADR은미국 AHAM(Association of Home Appliance Manufacturer) 에서표준으로정하고있는공기청정성능지수로서 tobacco, smoke, dust, pollen에대한제거성능을표기한다. - CADR 지수평가는 30m3 Chamber 밀폐실에서입자개수감소를측정하여실시하며공기청정시스템을작동하여구한입자감쇠상수 K e 와자연감쇠상수 K n 을구하여계산하면 CADR 지수를구할수있다. - C t =C ie -K t (*C t : t분경과후입자수, C i : 초기입자수, K : 감쇠상수 (minute-1), t : 시간 (minute)) - CADR=V(K e -K n ) =1008x(K e -K n ) (V : room 체적 (ft 3 )) - CCM ( 누계정화량 ) 1m3 Chamber내에서청정기를가동시키면서담배5개피씩총600개피까지피우면서 200개피 -> 400개피 -> 600개피연소후필터의수명을측정한다. CCM은공기청정기를사용하고일정시간이지난후흡수하는오염된공기의총중량을말한다. - 9 -
* CCM 등급기준 등급 니코틴양 (mg) P1 3,000 P2 5,000 P3 8,000 P4 12,000 * 중국의경우측정방식은한국기준과차이가있으며 CCM 기준 1 m3가 아닌 3 m3공간내에담배의개피수를증가하면서효율이 50% 시점에 서의필터여과지의농도를확인한다. (= 담배 1 개피기준니코틴량 70mg) 3 공기청정기의개발현황 공기청정기국내시장현황 - 국내공기청정기시장은 2005~2010년사이 12.2% 의성장율을기록 - 국내시장규모전망 ( 단위 : 억원 ) 구분 2013 2014 2015(E) 2016(E) 2017(E) 2018(E) 2019(E) CAGR ( 13-19) 판매액평균 3,000 5,000 5,600 6,272 7,025 7,868 8,812 12.0 출하액평균 3,000 5,000 5,250 5,512 5,788 6,077 6,380 5.0 자료 : 판매액평균성장률, 출하액평균성장률기준, KISTI 작성 - 국내시장의주요생산업체로는코웨이, LG전자, 삼성전자, 청호나이스, 위닉스, 캐리어에어컨등이있다. - 판매종류점유율 : 자연기화식 48%, 초음파식 36%, 복합식 10%, 가열식 6%. 으로구성된다. - 국내공기청기기시장은전문기업과대기업이주도하는대형제품시장에집중되고있으며보급율은유럽 42%, 미국 27%, 일본과한국 - 10 -
17%, 중국 1% 미만으로구성되어있다. (b) 공기청정기세계시장현황 - 공기청정기세계시장규모 : 2014년약 41억달러 (4조 4,000억원 ) (c) 공기청정기국가별비중 - 일본 26% - 중국 22% - 미국 22% - 캐나다 10% - 한국 9% - 기타 ( 유럽 ) 11% 로구성되어있으며아시아지역은중국을중심으로지속적인증가세를보이고있다. < 공기청정기시장규모전망 (2013-2019) > ( 단위 : 억달러, 억원, %) 구분 2013 2014 2015(E) 2016(E) 2017(E) 2018(E) 2019(E) CAGR ( 13-19) 세계시장 38 41 48 57 67 78 92 16.1 국내 3,00 5,00 시장 0 0 5,600 6,272 7,025 7,868 8,812 12.0 - 각국의시장성장률은평균 10% 수준으로예측하고있으며아시아지역, 특히중국, 한국, 인도시장은더높은성장율을예상하고있다. (d) 개발진행현황 - 중국및아시아공기청정기시장확대에따라필터여재뿐아니라모듈에대한기술개발속도도증가하고있다. - 여과효율에대한기준만보면저차압과 Dust Capacity를증가시키는추세로변하고있다 - 미세먼지및황사의주원인국가인중국에서공기청정기필터의수요가급성장하면서그에따른규격강화도이뤄지고있다. - 중국공기청정기의필터여과매체 Maker는한국 > 일본 > 미국순으로한국의필터여과지는일본과동등성능에가격적메리트를보유함으로써중국시장에서의우위권을점하고있다. - 그러나현재기준의차압보다낮으면서 Dust Holding량을증가하는여과매체개발이초점이며이에대한기술개발력은 3M( 북미 ) 이우월적기술을가지고있으며 Toray( 일본 ), 프루덴버그 ( 독일 ) 등현재까지선진국의제품에대응하여한국 maker들이추격하는형태로기술개발이이루어지고있다. - 11 -
3. 수처리필터 1) 수처리필터란? 수처리필터는물에부유하는오염물을제거하는필터이며에어필터와다르게 Pore size의차이로여과하는 Physical Filtration으로작용한다. 1 수처리필터종류 형태에따른구분제거등급에따른구분재질에따른분류 1) Depth Filter 2) Wound Filter 3) Pleated Filter 4) Membrane Filter 5) Capsule Filter 1) Nominal Rating Filter 2) Absolute Rating Filter 1) Activated Carbon Filter 2) Metal Filter 3) Polypropylene Filter 4) Poly-Sulfone Filter 2 필터성능별구분 구분 기공사이즈 (um) 필터형태성 여과원리 정밀여과 (Microfiltration) 10-1 ~ 10 Pleated/Depth 체거름원리에의한분리 한외여과 10-3 ~ 10-1 Spiral wound/ (Ultrafiltration) Hollow Fiber 저분자, 고분자물질분리 나노여과 10-3 2가이온이나저분자물질 Spiral wound (Nano Filtration) 분리 역삼투막 10-4 ~ 10-3 역삼투현상을이용한분리 Spiral wound (Reverse Osmosis) 2) 수처리필터평가방법 - 수처리필터는여과방식이에어필터방식과는차이가있으며 Nominal Filter는제거효율 90% 이상의필터를 Absolute Filter는제거효율 99.7% 이상필터를말한다. 평가방법으로는일반적으로 PMI(Capillary Flow Porometer) 평가를통해필터여재의최대최소, 평균기공크기를측정하여여과입자의크기및성능을평가한다. (a) PMI(Capillary Flow Porometer) 분석법 - Through-pore( 열린기공 ) 를측정할수있는기공크기측정방법으로최대기공 (bubble point), 기공분포 (pore size distribution), 평균크기 (mean pore size) 를측정하는방법으로 ASTM F316 규격방법에따라 - 12 -
측정하는멤브레인또는필터에 Galwick 용액을충분히습윤시킨후멤브레인에형성된기공이압력에따라터지면서통과되는에어의압력과공기의양을측정한다. - Galwick 용액을습윤시키기전에공기투과도를측정하고, 습윤시킨후측정하는 Dry up/wet up 방식으로진행된다. < 기공측정기 (PMI) > 구분수처리필터에어필터 1) 물리적인여과방식 1) 정전여과방식추가 2) 오염된물을필터내부로 2) 외기 ( 오염공기 ) 를 Suction으로여과방식빨아당겨서제거하는방식필터를통과하여여과하는방식 분석방법 1) 필터의제거효율수치가고정 2) Test 시료사이즈별여과효율이 1) Test 시료사이즈고정 (0.3um) 2) 고정된 Test 시료필터통과율을 - 13 -
Grade 표시 95% or 99.5% 이상나온기준으로 Grade를나눔 1) 0.3um 시료가 99.7% 여과되는필터 : 0.3um Absolute Filter 2) 1.0um 시료가 90% 여과되는필터 : 1.0um Nominal Filter 확인하여효율별 Grade를나눔. 1) 시료사이즈 : 0.3um 유량 32LPM 기준효율측정시 85% /95% /99.5% 측정결과치에따라 Grade구분 ( 수처리필터여과모식도 ) (b) 현재국내수처리필터기준규격에제거효율및차압에대한기준은없으며공인분석은여과지의용출검사, 미생물테스트가있다. - 미생물테스트는대장균사이즈 (0.45um) 를통과시켜서 Grade를나누는테스트이나 Membrane 제품에한해적용되고있다. - 용출검사는정수기필터에적용되고있으며환경부산하한국수도환경연구원의먹는물기준법에의거하여여과지의물질용출검사를진행하고있다. - 수처리제거효율은각업체마다분석장비로진행하고있으나입자제거효율은 ASTM F 795 기준으로필터의상부, 하부의물을추출하여확인하고탁도의비교분석은 ASTM D 6698기준으로측정한다. < 입자제거효율및탁도분석기기개략도 > - 14 -
3) 수처리필터시장현황 (a) 물부족현상이심화되면서수질오염에의한물산업중요성이부각 되고있으며앨빈토플러와같은미래학자들은 21 세기에는 20 세기 의석유산업을물산업이추월하여주력산업이될것으로전망하므 로써물산업관련소재산업의성장성이예견되고있다. (b) 현재물산업은단위산업으로는반도체산업이나조선산업보다큰 규모를갖추어가고있으며수처리필터시장은매년급격한증가 추세를보이고있다. 특히 RO/NF 시장이급속도로성장하고있다. ($ million) 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 MF/UF- Municipal 111.3 107.1 129.6 150.1 181.6 204.4 195.3 228.7 MF/UF-Industrial 54.9 66.7 80.0 97.1 121.0 142.2 160.4 183.6 RO/NF-Municipal 490.8 453.0 632.4 791.1 1,051.3 1,231.4 1,114.5 1,373.0 RO/NF-Industrial 231.0 254.2 295.1 320.3 360.3 406.6 476.6 576.1 MF/UF-Replacements 13.3 13.9 16.8 19.8 24.2 27.2 28.5 33.0 MF/UF-Replacements 158.8 155.6 204.0 244.5 310.6 360.4 350.0 428.8 (c) 분리막을이용한세계수처리시장규모는 2013 년 178 억달러에서 2016 년 303 억달러로연 20% 성장하고있으며분리막시장자체 는작으나, 분리막을이용한수처리시장은규모가빠르게성장중 이다. - 분리막주요기업 MF, UF 분리막제조 : GE, Simens, Asahi Kasei NF 분리막제조 : Dow FilmTec, Nitto Denko, Toray RO 분리막제조 : Doe Chemical, Nitto Denko, Toray 4) 수처리필터의기술개발현황 1 수처리필터는 Pore size에따라용도및성능이구분되며멤브레인에서는고부가소재인 NF( 나노여과막 ), RO( 역삼투막 ) 의기술개발이증가하고있으며이에맞추어 UF( 한외여과막 ), MF( 정밀여과막 ) 등 - 15 -
pre-filter 소재개발이병행되고있다. 특히최근에는항바이러스성능을가진 MF 필터부직포가개발되어중저가필터소재의부가성능개발이활발히전개되고있다. 2 수처리필터의기술은미세다공성 Particle을가진분리막에얼마나많은투수량의여과가되고 Life Time이길어지는가에대하여초점이맞추어져있으며다양한신소재의개발과역세용이성등에대한연구개발이활발하다. 3 기존의 MF 수처리필터여과지는 Melt blown타입의폼형태, 실을감는 Wound 타입으로여과하는 Particle size에한계가있어그로인한 NF, RO 여과지에서미여과된 Particle을추가적으로여과해야하기때문에라이프타임이감소하는현상을보였으나 MF급여과지가 Melt blown의나노급원사를적층한 Sheet 타입이개발되면서필터의타입또한 Pleat Type으로단면적이넓어지고기존투수량대비 Particle size가작은오염까지여과하여내구성향상의효과를얻고있으며 UF, NF의여과층을감싸는역할을하면서직접적인 Damage를줄이는효과도기대되고있다. 4 현재 Melt blown 부직포시트타입의여과지는중량을떨어뜨리면서 Pore size를줄이는개발을하고있으며 Melt Blown타입으로중량 25~30gsm Mean-Pore size 5~7um대진행되며 Melt Blown에전기방사형나노부직포를복합화하여 Pore size를줄이는방향으로개발되고있다. 참고문헌 Handbook of filter media Basic Principles of Membrane Technology by Marcel Mulder (Kluwer Academic Publishers) 멤브레인 ( 여과막 ) 및모듈최신기술동향과시장분석세미나 (2012) 고청정환경개선용복합섬유기술개발산업용섬유전문인력양성사업 ( 생산기술연구원 ) 중기거점기술사업 : 고청정환경개선용복합섬유기술개발 - 16 - 이창환연구소장 ( 전무 ) 웰크론