KR100444127B1 - 폴리올레핀계 중공사 분리막의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리올레핀계를 소재로 하는 중공사 분리막의 제조공정에 관한 것으로서, 일정하고 균일한 다공을 지니며 연속적으로 사용가능한 폴리올레핀계 중공사 분리막의 제조를 목적으로 한 것이다.

본 발명은 구체적으로 폴리올레핀계 폴리머와 다공형성체인 디부틸프탈레이트로 이루어진 이성분계 단일상의 혼합물을 방사구로 이송하여 중공형성체 존재하에 방사하고 형성된 중공사는 온도구배를 지닌 토출부와 드라이빙롤을 통과시킨후 응고액에 통하여 급냉화하고, 형성된 중공사를 추출제를 이용하여 다공형성체를 제거한 다음 릴 와인더를 이용하여 권취하는 것을 특징으로 한 폴리올레핀계 중공사 분리막의 제조법에 관한 것으로, 이와같이 제조함에 의해 일정하고 균일한 다공을 지니며 연속적으로 사용가능한 중공사 분리막이 얻어진다.

Description

폴리올레핀계 중공사 분리막의 제조 방법

본 발명은 폴리올레핀계를 소재로 하는 중공사 분리막의 제조공정에 관한 것으로, 좀 더 상세히는, 일정하고 균일한 다공을 지니며, 연속적으로 사용가능한 폴리올레핀계 중공사 분리막의 제조방법에 관한 것이다.

막분리공정은 기존에는 기술적으로 중요한 분리공정으로 여겨지지 않았으나 최근들어 많은 응용 분야에 걸쳐 막분리 공정이 이용되면서 관심과 연구개발이 증대되고 있는 공정으로, 이러한 막분리 공정에 이용되고 있는 여과방법으로는 정밀여과(microfiltration), 한외여과(ultrafiltration), 역삼투(reverse osmosis), 기체투과(gas separation), 투과증발(pervaporation)등이 있다.

일반적으로 0.05∼10㎛ 크기의 다공을 가지고 있으며 현탁액이나 에멀젼의 농축에 적합한 정밀여과막은 기존의 여과 방법과 가장 밀접한 관계를 지닌 막으로서 의약, 발효 산업을 비롯한 각종 산업분야에서 가장 광범위하게 사용되고 있다. 이러한 정밀여과막은 현재 TIPS(thermally induced phase separation) 방법과 냉연신법(cold stretching method)에 의해 중공사 형태로 제조되고 있는데, 후자는 연신에 의해 다공을 형성하기 때문에 최종 중공사 분리막의 신도가 매우 떨어져 반복적으로 사용하기 위한 에어크리닝시의 압력에 대해 유연성이 부족한 단점이 있다. 이에 비해 전자는 중공사의 연신이 거의 이루어지지 않은 상태에서 제조하게 되는데, 먼저 두가지의 다른 성분을 일정한 온도까지 가열하여 단일상으로 만든 다음 적정온도에서 방사를 하고 이후에 방사된 중공사를 다시 원하는 온도로 급냉하여 미세다공표면을 형성시킨 후 추출제를 이용하여 다공형성체를 제거하기 때문에 세척공정시의 에어 크리닝 압력에 잘 견딜 수 있는 고신도의 중공사 분리막을 제조할 수 있어 기존 사용되어 온 정밀여과막의 사용시간을 대폭 증대시킬 수 있으므로, 최근 중공사 분리막 제조방법으로 널리 연구되고 있는 실정이다.

이와같이 일정시간 사용이후 수세가 가능하며 신도가 우수한 중공사막을 제조하기 위한 방법은 미국특허 4,594,207호, 미국특허 5,250,240호, 미국특허 5,395,570호 등에 의하여 공지되어 있다. 그러나, 이들의 방법은 중공사의 물성을 좌우하는 방사공정시 방사성 및 상분리거동을 조절하기 위하여 고온의 방사공정조건에서 방사를 실시하며, 이후 방사된 섬유의 응고 및 냉각시의 상분리거동을 통한 미세다공표면을 얻기 위하여 공기나 오일등으로 응고, 냉각하게 되는데, 이때 오일이나 제3성분 또는 공기 등의 접촉으로 표면이 불균일하게 되고 최종 중공사 형성시에 표면에 이물질이 잔존하는 단점이 있다. 이러한 문제로 인하여 결국 중공사 분리막 필터의 성능을 저하시키고 순수의 제조시에 오염등의 문제가 초래될 가능성이 있다. 또한 미세다공형성체로서 상분리 거동을 일으키는 성분은 오일을 사용할 경우 가격이 싸고 취급이 용이하다는 장점이 있으나, 일반적인 식용기름의 경우 열안정성이 나쁘기 때문에 고온의 경우 탄회되기 쉬운 문제점이 있다.

이에따라 산화를 방지하며 적정온도조건에서 중공사의 응고를 일으키기 위해서는 가열장치가 되어있는 진공부를 방사구와 응고액 사이에 장치하여야 한다. 이러한 진공부는 일정 길이로 온도 구배를 이루는 것이 매우 중요한데, 이는 각 부위에 따른 온도 차이로 인한 중공사 분리막의 성능이 결정되기 때문이다. 첫번째 영역은 상분리거동이 일어나는 영역으로서 중공사에 균일하고 적절한 크기를 갖도록 두가지 성분의 상분리 정도를 조절하는 영역이므로, 이 영역의 온도는 중공사 분리막의 분리성능을 좌우한다. 두번째 영역은 중공사 분리막의 섬유 구조를 형성하는 영역으로서, 상분리가 이루어진 이후에 중공사 분리막의 우수한 분리성능을 얻기 위해서는 다공의 구조가 피브릴 구조를 형성하는 것이 적합한데, 두번째 영역에서의 온도차이를 통하여 자발적 연신이 이루어져 이러한 피브릴 구조를 갖게 된다. 세번째 영역은 형성된 중공사의 물리적 성질을 조절하는 영역으로서, 세번째 영역에서 완전한 냉각을 이루어 중공사의 형태를 유지한다. 만일 이부분의 완전한 냉각이 이루어지지 않는다면 두번째 영역에서 피브릴 구조를 갖게하기가 어렵다.

상기방법에 의해 얻어지는 중공사 분리막은 신도가 높고, 고중공율 및 다공표면을 포함하고 있기 때문에, 표면이 매우 소프트한 특징을 갖고 있으므로 와인딩시에 기존의 와인더를 이용하여 작업후 해사시 중공단면의 원형 유지율이 떨어지며 사표면의 손상이 발생되기 쉬운 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 해사공정 없이 직접 절사하는 방법을 사용함에 있어서 이에 적합한 폴리올레핀계 중공사 분리막의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한 것이다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 일방법으로 폴리올레핀계 폴리머와 추출효율이 우수하고 열적안정성이 우수한 다공형성체인 디부틸프탈레이트의 2성분으로 이루어진 혼합물을 가열하여 단일상으로 만들고 방사구로 이송하여 중공형성체 존재하에 방사하며, 이어서 온도구배를 지닌 길이 1m 이상의 토출부를 통과시킨 다음 중공사막의 안정한 장력을 유지시켜 주는 드라이빙 롤을 지나 응고액을 통하여 급냉하고, 이렇게 급냉시킨 중공사에 다공형성체를 제거하기 위하여 추출제가 담긴 추출조에 수초간 침지시킨 후 와인더를 이용하여 권취하는 것을 특징으로 한 폴리올레핀계 중공사 분리막의 제조방법을 제공한다.

본 발명에서 사용되는 폴리올레핀계 폴리머로는 주로 폴리프로필렌이 사용되며, 방사구에서 방사시 중공형성체로서의 역할과 방사구 부분의 온도유지를 위하여 뜨거운 질소가스(hot nitrogen gas)를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 방사구의 방사온도는 160∼200℃ 범위가 적당한데, 이때 방사온도가 200℃를 넘게 되면 다공형성체의 탄화현상이 발생되기 쉽고 폴리올레핀의 물리적 성질이 저하되는 문제가 있으며, 방사온도가 160℃미만으로 되는 경우에는 방사구가 막히는 현상이 발생하여 토출이 잘 이루어지지 않는 문제가 발생한다.

본 발명에서 사용되는 토출부는 그 길이가 1m이상이고 대략 50∼200℃ 온도범위에서 온도구배를 갖도록 구성하는 것이 유리하며, 이와 같이 방사구와 응고액 사이에 1m 이상이 길이를 지닌 토출부를 사용함에 의해 미세다공 표면의 형성을 촉진한다. 또한 본 발명에서는 제조된 중공사의 권취시에 중공사의 단면보호를 위하여 응고액 배스(bath)에 구동이 가능한 롤을 방사속도와 와인딩 속도의 중간속도 구배를 이루어 사용하는 것이 더욱 바람직 하다.

이하에서 실시예 및 비교실시예를 들어 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명한다.

(실시예 1)

폴리올레핀계 폴리머로서 폴리프로필렌(Mw:400,000)을 사용하고 다공형성체로서 디부틸프탈레이트를 사용하여 단일상의 액체를 만든 후 중공 형성체로서 뜨거운 질소가스를 사용하여 200℃에서 중공사 형태로 융용방사하였으며, 이때 200℃부터 3단계로 온도구배를 준 1.5m의 길이로 된 토출부를 통과하도록 하였으며, 방사된 중공사는 드라이빙롤을 지나 공지된 구조 및 성분으로 구성된 응고조와 추출조를 통과하여 와인더를 통해 권취하였으며, 그 물성을 평가하여 표1에 나타내었다.

(실시예 2)

토출부의 길이를 1.8m로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였으며, 물성을 평가하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

(실시예 3)

토출부의 길이를 2.0m로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였으며, 물성을 평가하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

(비교실시예 1)

토출부의 길이를 0.4m로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였으며, 물성을 평가하여 그 결과를 표1에 나타내었다.

(비교실시예 2)

실시예 1에 있어서 드라이빙 롤을 거치지 않은 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였으며, 물성을 평가하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

(비교실시예 3)

토출부의 온도를 온도구배없이 100℃로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였으며, 물성을 평가하여 그 결과를 표1에 나타내었다.

물성 구분	인장강도(g/㎠)	신도(%)	균제도(%)	원형유지율(%)	절사(회)
실시예 1	3.0	200	99	99.9	0
실시예 2	2.4	191	98	99.9	1
실시예 3	2.5	183	98	99.8	0
비교실시예 1	0.8	382	91	96.0	0
비교실시예 2	2.3	167	72	84.1	6
비교실시예 3	2.2	92	99	94.0	12

상기 실시예 및 비교예에서도 확인되듯이 본 발명에 따라 제조된 중공사는 인장강도, 신도와 같은 물성이 우수하면서도 일정하고 균일한 다공을 지니며 연속적으로 사용이 가능한 등의 우수한 성능을 지닌다.

Claims (5)

1. 폴리올레핀계 폴리머와 다공형성체인 디부틸프탈레이트로 이루어진 이 성분계 혼합물을 가열하여 단일상으로 만들고 방사구로 이송하여 중공형성체 존재하에 방사하며, 이어서 온도구배를 지닌 길이 1.5m이상의 토출부를 통과시킨 다음 중공사 분리막의 안정한 장력을 유지시켜 주는 드라이빙롤을 지나 응고액을 통하여 급냉하고, 이렇게 형성된 중공사에 추출제를 이용하여 다공형성체를 제거한 후 와인더를 이용하여 권취하는 것을 특징으로하는 폴리올레핀계 중공사 분리막의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 방사구의 방사온도는 160∼200℃범위에서 조절되는 것을 특징으로 하는 폴리올레핀계 중공사 분리막의 제조방법.
3. 제 1항에 있어서, 중공형성체로 뜨거운 질소가스(hot nitrogen gas)를 사용하는 것을 특징으로 하는 폴리올레핀계 중공사 분리막의 제조방법.
4. 제 1항에 있어서, 토출부는 온도를 50∼200℃의 범위에서 온도구배를 지니도록 하는 것을 특징으로 하는 폴리올레핀계 중공사 분리막의 제조방법.
5. 제 1항에 있어서, 폴리올레핀계 폴리머는 폴리프로필렌임을 특징으로 하는 폴리올레핀계 중공사 분리막의 제조방법.