거름종이
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1. 개요
거름종이는 공기, 커피, 연료 등 다양한 용도로 사용되는 종이로, 고체와 액체를 분리하는 데 주로 활용된다. 종류에는 공기 여과지, 커피 필터, 연료 여과지, 액체 여과지 등이 있으며, 셀룰로스 섬유, 유리 섬유, 석영 섬유, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 등 재질에 따라 분류된다. 실험실에서는 정성 분석용, 정량 분석용, 크로마토그래피용 등 다양한 종류가 사용되며, 한국 산업 규격(JIS P3801)에 따라 품질과 규격이 정해져 있다.
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2. 종류
여과지는 용도와 목적에 따라 다양한 종류로 나뉜다.
- 공기 여과지: 자동차 엔진, 청소기, 공기청정기 등에 사용되며, 공기 중의 먼지와 불순물을 제거한다.
- 커피 필터: 커피를 내릴 때 커피 가루를 걸러낸다.
- 연료 여과지: 연료 속 불순물을 제거하여 엔진을 보호한다.
- 액체 여과지: 화학 실험에서 고체와 액체를 분리하는 데 사용된다.
- 기타: 가정에서 기름 걸르개 등 요리에 사용된다.
2. 1. 용도별 분류
- 공기 여과지: 공기 중의 먼지, 불순물 등을 제거하는 데 사용된다. 자동차 엔진, 청소기, 공기청정기 등에 사용된다. 필터 용지는 필터 카트리지로 변환되어 홀더에 장착되며, 매우 다공성이어야 하고 무게는 100–200 g/m2이다. 일반적으로 머서화 처리된 특별히 긴 섬유 펄프가 사용되며, 수분에 대한 저항성을 개선하기 위해 수지가 함침된다.
- 커피 필터: 커피를 내릴 때 커피 가루를 걸러내는 데 사용된다. 약 100 g/m2의 크레이프지로 만들어지며, 크레이프 가공은 커피가 여과와 여과 깔때기 사이를 자유롭게 흐르도록 해준다. 원료(펄프)는 조잡한 장섬유를 사용하며, 멜리타(Melitta)는 1998년부터 필터에 최대 60%의 대나무를 사용한다. 표백된 품질과 표백되지 않은 품질 모두 생산된다. 다양한 홀더에 맞도록 다양한 모양과 크기로 만들어진다.
- 티백: 매우 얇고 긴 섬유인 아바카 섬유로 만들어진다. 종종 종이는 소량의 합성 섬유로 보강된다. 다공성이 매우 높고 얇으며 높은 습윤 강도를 갖는다.
- 연료 여과지: 연료 속의 불순물을 제거하여 엔진을 보호한다. 제어된 기공성을 가진 크레이프 종이로, 주름지고 카트리지로 감겨 있다. 여과지 원료는 활엽수와 침엽수 섬유의 혼합물로 만들어지며, 종이의 기본 중량은 50–80 g/m2이다.
- 오일 필터: 엔진 오일은 불순물을 제거하기 위해 여과된다. 윤활유용 필터 종이는 고온에 견딜 수 있도록 함침된다.
- 액체 여과지: 화학실험에서 고체와 액체를 분리하는 데 사용된다.
- 수평 판형 필터 여과지: 산업 공정에서 일반적으로 사용된다. 제조업체의 사양에 맞게 설계되며, 절대 미크론 제거율은 1~100 미크론 범위일 수 있다. 규조토가 여과지와 함께 사용되어 서브 미크론 여과를 얻기도 한다.
- 기타: 가정에서는 커피 필터를 비롯하여 기름 걸르개 등으로 요리에 사용된다.
2. 2. 재질별 분류
거름종이는 재질에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다.- 셀룰로스 섬유 여과지: 면 섬유(셀룰로스)를 주원료로 하며, 일반적인 여과에 사용된다. 산, 염기, 유기 용매 등에 대한 내성은 높지만, 강력한 탈수제(농황산 등)나 산화제에서는 분해될 수 있다.[1] 정성 분석용과 정량 분석용 두 종류가 있으며, 정량 분석용은 소각 후 남는 물질(회분)이 매우 적게 제조된다.[1]
- 유리 섬유 여과지: 미세한 유리 섬유로 만들어져 1μm 크기의 기공을 가지며, 오염도가 높거나 여과하기 어려운 용액을 여과하는 데 유용하다. 필터 수명이 길고, 광범위한 입자 부하를 처리할 수 있으며, 시료 오염을 방지한다. 두께에 따라 7가지 종류로 나뉜다.[1]
- 석영 섬유 여과지: 석영 섬유로 만들어져 화학 물질에 대한 저항성이 높고, NOx 및 SOx 이산화물을 흡수하지 않으며, 습도에 영향을 받지 않고 쉽게 멸균된다. 주로 대기 오염 분석에 사용된다.
- 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 필터: 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 소재로 만들어져 넓은 작동 온도 범위(-120°C ~ 260°C)와 높은 공기 투과성을 가진다. 고온에 대한 저항성으로 인해 오토클레이브(autoclaves) 사용에 적합하며, 뜨거운 오일, 강한 용매를 여과하거나 공기 중 부유 입자를 포집하는 데 사용된다.
그 외에도 유리 섬유 거름종이, 소수성을 높여 유기 용매만을 통과시키는 액상 분리 거름종이 등이 필요에 따라 사용된다.
2. 3. 실험실용 여과지
실험실용 여과지는 다양한 실험실, 특히 화학 및 생물학 분야에서 널리 사용된다. 여과지의 종류는 실험 목적과 화학 물질의 특성에 따라 달라진다. 일반적으로 중력 또는 진공 여과와 같은 실험 기술에 사용된다.'''정성 분석용 여과지'''는 물질의 성분을 분석하는 정성 분석에 사용된다. 침전물의 크기에 따라 여러 등급으로 나뉘며, 총 13가지 등급이 있다. 가장 큰 기공 크기는 4등급(20~25 μm)이고, 가장 작은 기공 크기는 602 h등급(2 μm)이다. 가장 일반적으로 사용되는 등급은 1등급에서 4등급이다.
| 등급 | 기공 크기 | 특징 및 용도 |
|---|---|---|
| 1등급 | 11um | 농업 분석, 대기 오염 모니터링 등 다양한 분야에서 널리 사용 |
| 2등급 | 8um | 1등급보다 여과 시간이 더 필요. 대기 중 특정 오염 물질 모니터링, 토양 검사에 사용 |
| 3등급 | 6um | 여과 후 샘플 운반에 적합 |
| 4등급 | 20um~25um | 가장 큰 기공 크기. 지질 유체 또는 유기 추출물 정화에 유용 |
| 602 h등급 | 2um | 가장 작은 기공 크기. 미세 입자 수집 또는 제거에 사용 |
거름종이는 다양한 특성을 가지고 있다. 중요한 매개변수로는 습윤 강도, 다공성, 입자 보유율, 부피 유량, 적합성, 효율, 그리고 용량이 있다.
여과지는 주로 종이 펄프를 원료로 하여 만들어진다. 펄프는 침엽수, 활엽수, 섬유 작물, 광물 섬유에서 얻을 수 있다. 고품질 필터의 경우, 용해 펄프와 머서화 펄프가 사용된다. 대부분의 여과지는 작은 지류 성형기를 사용하여 만든다. 실험실 필터의 경우, 기계의 폭이 50cm 정도로 작을 수 있다. 종이는 다공성을 향상시키기 위해 종종 크레이프 처리된다. 여과지는 적절한 특성을 얻기 위해 시약으로 처리하거나 함침될 수도 있다.
일반적으로 여과지는 깔때기와 함께 사용된다. 여과지를 반으로 접고 다시 반으로 접은 다음, 원뿔 모양으로 벌려서 깔때기 안에 끼운다. 물로 적셔서 거름종이와 깔때기 사이에 틈이 생기지 않도록 가볍게 눌러 밀착시킨다. 액체를 거를 때는 깔때기를 깔때기 받침대에 올려놓고 깔때기관 끝의 긴 쪽을 비커의 측면에 닿게 하여 거르고자 하는 액체가 비커의 측면을 따라 흐르도록 한다. 유리 막대를 거름종이에 대고 액체를 천천히 깔때기에 붓는다.[1] 실험 목적 및 여과 대상 물질에 따라 4겹 접기, 주름 접기 등 다양한 접는 방법이 사용된다.
거름종이의 종류, 치수, 품질 등은 한국 산업 규격(JIS P3801)에 의해 상세하게 규정되어 있다. 거름종이는 크게 '''정성 분석용'''과 '''정량 분석용'''으로 나뉘며, '''여과 시간, 습윤 파열 강도, 침전 유지성'''의 차이에 따라 각각 4종류씩 규정되어 있다.
'''정량 분석용 여과지'''는 물질의 양을 측정하는 정량 분석 및 중량 분석에 사용된다. '회분 없는 여과지'라고도 불리며, 제조 과정에서 산 처리를 통해 회분(재)의 함량을 최소화하여 고순도를 유지한다.
'''크로마토그래피 여과지'''는 크로마토그래피를 이용해 혼합물을 분리하는 데 사용된다. 종이 크로마토그래피의 결과를 극대화하기 위해 특정 물 흐름 속도와 흡수 속도를 갖도록 제작된다. 흡수 속도는 6 cm에서 18 cm, 두께는 0.17mm에서 0.93mm이다.
3. 여과지의 특성
거름종이를 이용한 여과에는 부피 여과와 표면 여과 두 가지 방식이 있다. 부피 여과의 경우, 입자는 거름종이 내부에서 걸러진다. 표면 여과의 경우, 입자는 종이 표면에 걸러진다. 거름종이는 작은 조각으로도 상당한 양의 액체를 흡수할 수 있기 때문에 주로 사용된다.
4. 제조 방법
5. 사용법
; 4겹 접기: 반으로 접고, 다시 반으로 접는다. 두 번째 접을 때는 약간 어긋나게 접고, 작아진 쪽의 모서리를 찢어내고, 커진 쪽을 펼쳐 삼각뿔로 만든다.[1]
; 주름 접기(16접기)[1]: 반으로 접고, 다시 반으로 접는다. 두 번째 접힌 부분을 되돌려 2겹으로 되돌리고, 양쪽 끝을 그 접힌 부분에 맞춰 골짜기 접기를 하고, 다시 한 번 양쪽 끝에서 골짜기 접기를 한다. 2겹으로 되돌리고, 산・골・산・골 순서가 되도록 다시 접는다. 접을 때는 중심부가 아닌 가장자리를 강하게 접도록 한다(중심부를 강하게 접으면 찢어진다). 사용할 때는 뒤집어서 사용한다.
6. 한국 산업 규격 (JIS P3801)
거름종이의 미세함은 '''침전 유지성'''에 따라 판단할 수 있으며, 다음과 같이 분류된다. 괄호 안은 '''여과 시간'''(물 100ml를 여과하는 데 걸리는 초, 여과 속도를 판단하는 기준)이다.
조대 젤라틴상 침전, 중간 크기 침전, 미세 침전의 구체적인 예로 각각 수산화철, 황산납, 황산 바륨이 제시되어 있다. 각 거름종이는 이들 새로 조제한 현탁액을 여과했을 때 여과액이 투명해지는 정도의 침전 유지성을 가져야 한다.
거름종이는 원형과 각형이 있으며, 원형 거름종이는 직경 55mm~600mm 범위에서 15종류가, 각형 거름종이는 대형(600×600mm)과 소형(560×485mm)의 2종류가 규정되어 있다.
원료는 정제된 면 섬유를 주체로 한다. 청정하고 균일한 조직을 가지며, α-셀룰로스 함량 90% 이상, 구리값 1.6 이하, pH 5.0~8.0이어야 한다. 회분 질량은 정성 분석용으로 0.2% 이하, 정량 분석용은 규정량(여과지의 크기에 따라 정해지며, 예를 들어 5종 C의 경우 직경 55mm에서 0.04mg, 185mm에서 0.45mg) 이하여야 한다.
주요 제조사는 동양 여지(일본), 아사카 여지(일본), WHATMAN(영국), Schleicher & Schuell(독일) 등이 있다.
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