KR100694895B1 - 기능성 직물 여과재 및 이의 제조방법 - Google Patents

기능성 직물 여과재 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 브레이드(Braid)나 캐필러리(capillary)형 직물을 제조할 때 사용되는 원사에 원하는 물질을 코팅한 다음 이것을 원료로 하여 브레이드(Braid)나 스크린(Screen)을 제조하거나, 원사 자체를 기능성 소재로 만들어 이것을 직접 제직하는 방법 및 이러한 방법을 사용하여 제조된 직물 여과재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기능성을 갖는 원사를 제공하는 단계; 및 상기 제공된 기능성 원사를 직접 제직하여 만들어진 브레이드(Braid) 형태 또는 스크린(Screen) 형태의 캐필러리(capillary)형 직물을 이용하여 관형(turbular)의 여과재를 제조하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
브레이드, 기능성, 코팅, 여과재, 필터

Description

기능성 직물 여과재 및 이의 제조방법{Filtration Media by Textile Coated with Functional Materials}
본 발명은, 직물 여과재에 관한 것으로, 구체적으로 기능성을 가지는 섬유를 직접 브레이드(Braid) 형태의 직물로 관형(turbular) 여과재를 제조하거나, 일반 합성섬유, 무기소재섬유 및 천연 섬유에 기능성 소재를 코팅하여 이것을 브레이드(Braid) 형태 또는 관형 직물로 제조하여 필터소재로 사용하기 위한 것으로서, 액체 및 기체 등 유체의 여과를 통하여, 유체를 정제하거나 또는 여과 과정에서 여과물질과 여과재가 접촉하여 화학적 반응 또는 물리적인 작용에 의해 효율적으로 처리될 수 있는 기능성 소재로 제직한 직물 여과재(필터소재)에 관한 것이다.
일반적으로 직물 소재를 이용한 종래의 여과 방법으로, 다음과 같은 방법들을 들 수 있다.
먼저, 섬유 소재를 캐필러리(Capillary) 형태나 관(turbular)형의 브레이드(Braid) 직물 또는 스크린(Screen) 형태로 제직한 다음, 이를 직접 여과재로 사용하여 액체나 기체를 정제하는데 사용하는 방법이 있다.
또한, 섬유 소재를 캐필러리 형태나 관형의 브레이드(Braid) 직물 또는 스크린 형태로 제직한 다음, 직물의 표면에 규조토, 활성탄 등의 물질을 도포하여 케이크(Cake)를 형성시킴으로써 유체를 정제하는 방법이 있다.
그리고, 섬유 소재를 캐필러리 형태나 관형의 브레이드(Braid) 직물 또는 스크린 형태로 제직한 다음, 직물의 표면에 고분자 물질을 이용한 분리막을 형성시켜 이를 여과 소재로 사용하는 방법이 있다.
그러나, 상술한 바와 같은 종래의 방법은 다음과 같은 문제점이 있다.
먼저, 섬유 소재를 캐필러리 형태나 관형의 브레이드(Braid) 직물 또는 스크린 형태로 제직한 다음 이를 직접 여과재로 사용하여 액체나 기체를 정제하는데 사용하는 방법에 있어서는, 수십 미크론 이상의 입자만이 제거가능하여 정밀한 여과가 이루어지기 어려운 문제가 있었다.
또한, 섬유 소재를 캐필러리 형태나 관형의 브레이드(Braid) 직물 또는 스크린 형태로 제직한 다음 직물의 표면에 규조토, 활성탄 등의 물질을 도포하여 케이크(Cake)를 형성시킴으로써 유체를 정제하는 방법에 있어서는, 상기한 정밀 여과의 문제뿐만 아니라, 활성층 형성을 위한 규조토 등을 도포하는데 시간과 비용이 과다하게 소요되며, 또한 처리 방법도 까다로우며, 아울러, 활성 코팅층이 두꺼워 투과유속을 감소시키며, 오염시 역세정 등이 어려운 문제점이 있었다.
그리고, 섬유 소재를 캐필러리 형태나 관형의 브레이드(Braid) 직물 또는 스크린 형태로 제직한 다음 직물의 표면에 고분자 물질을 이용한 분리막을 형성시켜 이를 여과 소재로 사용하는 방법에 있어서는, 오염시 역세정 등이 어려우며 특히 분리막의 경우에는 코팅된 분리막이 직물로부터 탈리되어 막 성능을 잃어 버리기 쉬우며, 또한 분리막의 오염시 세정이 까다롭고, 지지용 브레이드(Braid)가 제직된 것으로서 캐필러리 표면의 평활도에 한계가 있기 때문에 분리막의 제조시 지지용 직물 위에 균일하게 막이 형성되기 어려운 문제점이 있었다. 아울러, 브레이드(Braid) 직물 위에 분리막을 형성시킬 경우 브레이드(Braid)와의 접착이 긴밀하지 않을 경우 막의 운전시 탈리가 일어나기 쉬우며, 이를 위해 브레이드(Braid)에 제막 용액을 깊게 도포 함침시키는 경우에는 투과 저항이 증가하여 투과 유속이 감소되는 경향이 있다. 또한, 최종적으로 제조된 직물 위에 기능성 소재를 코팅한다 하더라도, 처리 대상 물질과 기능성 코팅소재와의 접촉을 통해 반응이나 물리적 작용을 일으키는 경우 기본적으로 막과 처리 대상 물질이 충분히 접촉하기 어렵고, 운전 도중 오염에 대한 효과적 세정이 매우 어려운 문제점이 있었다.
상술한 종래기술에 있어서의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은, 브레이드(Braid)나 캐필러리형 직물 위에 코팅하는 방법을 피하고, 캐필러리 직물을 제조할 때 사용되는 원사에 원하는 물질을 코팅한 다음 이것을 원료로 하여 브레이드(Braid)나 스크린(Screen)을 제조하는 방법을 사용하거나, 원사 자체를 기능성 소재로 만들어 이것을 직접 제직하는 방법을 사용하여 제조된 직물 여과재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 기능성을 갖는 원사를 제공하는 단계; 및 상기 제공된 기능성 원사를 직접 제직하여 만들어진 브레이드(Braid) 형태 또는 스크린(Screen) 형태의 캐필러리(capillary)형 직물을 이용하여 관형(turbular)의 여과재를 제조하는 단계;를 포함하는 기능성 직물 여과재 제조방법이 제공한다.
상기 기능성을 갖는 원사는, 상기 원사 자체가 기능성 소재일 수 있다.
상기 원사 자체가 기능성을 갖기 위하여 상기 기능성 소재로는, 이온교환기능을 갖는 소재 또는 섬유, 활성탄 또는 활성탄 섬유, 하전기를 갖는 소재 또는 섬유, 한외여과, 정밀여과, 나노여과, 역삼투 및 기체분리 등을 위한 제막원료, 친수성 고분자 소재, 촉매제 등을 사용할 수 있다.
대안으로서, 상기 기능성을 갖는 원사는, 원사에 기능성 소재가 코팅된 것일 수도 있다. 여기서, 상기 원사에 기능성 소재를 코팅하는 것은, 건식 코팅, 습식 코팅, 화학 증착, 플라즈마 처리 및 UV 경화 반응을 이용한 수지의 코팅방법으로 구성된 그룹 중 어느 하나의 방법에 의하는 것이 바람직하다
상기 기능성 소재가 코팅된 기능성 원사는, 양이온 교환 기능을 가지는 양이온교환수지 또는 음이온 교환 기능을 가지는 음이온교환수지 중 선택된 하나를 분쇄한 후, 상기 분쇄된 이온교환수지를 폴리스틸렌(Polystyrene), 폴리아크릴로리트릴(Polyacrylonitrile), 폴리술폰(Polysulfone), 폴리에테르술폰 (Polyethersulfone), 폴리비닐크로라이드(Polyvinylchloride), 폴리비닐리덴프로라이드(Polyvinylidenefluoride), 폴리비닐아세테이트(Polyvinylacetate) 및 폴리비닐아세테이트-폴리비닐알콜(Polyvinylacetate-Polyvinylalcohol)로 이루어진 공중합체 중에서 선택된 적어도 하나와 혼합한 후, 상기 혼합된 이온교환수지와 공중합체를 디메칠포름아미드(Dimethylformamide), 포름아미드(Formamide), 디메칠술폭사이드(Dimethylsulfoxide), 디메칠아세트아미드(Dimethylacetamide) 및 N-메칠피롤리돈(N-methylpyrrolidone)으로 이루어진 용매 중에서 선택된 하나 또는 이들을 혼합하여 만든 혼합용매에 녹여 페이스트(Paste) 상태로 조제한 다음, 상기 조제된 페이스트를 불균일 상으로 브레이드 원사에 코팅한 것일 수 있다.
또한, 상기 기능성 소재가 코팅된 기능성 원사는, 입자상 활성 탄소(Powdered Activated Carbon)를 폴리아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile)과 혼합한 후 아세톤(Acetone)에 녹여 페이스트(Paste) 상태로 조제한 다음, 상기 페이스트를 브레이드 직물 원사에 코팅한 후, 이것을 100 ℃ 의 끓는 물에서 열처리한 것일 수 있다.
또한, 상기 기능성 소재가 코팅된 기능성 원사는, 스틸렌(Styrene), 메칠메타클릴레이트(Methylmethacrylate), 메칠아크릴레이트(Methylacrylate) 및 아크릴로니트릴(Acrylonitrile)로 이루어진 소수성 비닐계 모노머(Monomer) 중에서 선택된 적어도 하나와, 아크릴산(Acrylic acid), 하이드록시에칠메타크릴레이트(hydroxyethyl methacrylate), N-비닐피롤리돈(N-vinylpyrrolidone), 아크릴아미드(acrylamide) 및 하이드록시프로필아크릴레이트(hydroxy propylacrylate)로 이루어 진 친수성 비닐계 모노머 중에서 선택된 적어도 하나를 합성하여 블럭공중합체(Block copolymer)를 만든 후, 상기 블록공중합체를 디메칠포름아미드(Dimethylformamide), 포름아미드(Formamide), 디메칠술포사이드(Dimethylsulfoxide), 디메칠아세트아미드(Dimethylacetamide) 및 N-메칠피롤리돈(N-methylpyrrolidone)으로 이루어진 용매 중에서 선택된 하나 또는 이들을 혼합하여 만든 혼합용매에 녹여 페이스트(Paste) 상태로 조제한 다음, 상기 조제된 페이스트를 브레이드 직물 원사에 코팅한 것일 수 있다.
또한, 상기 기능성 소재가 코팅된 기능성 원사는, 폴리스틸렌(Polystyrene), 폴리에테르술폰(Polyethersulfone), 폴리술폰(Polysulfone) 및 폴리에테르에테르케톤(Polyetheretherketone)으로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 하나를 술폰화시켜서 SO3 -기가 도입된 반응물을 만든 후, 상기 SO3 -기가 도입된 반응물을 디메칠포름아미드(Dimethylformamide), 포름아미드(Formamide), 디메칠술폭사이드(Dimethylsulfoxide), 디메칠아세트아미드(Dimethylacetamide) 및 N-메칠피롤리돈(N-methylpyrrolidone)으로 이루어진 용매 중에서 선택된 하나 또는 이들을 혼합하여 만든 혼합용매에 녹여 페이스트(Paste) 상태로 조제한 다음, 상기 조제된 페이스트를 브레이드 직물 원사에 코팅한 것일 수 있다.
또한, 상기 기능성 소재가 코팅된 기능성 원사는, 폴리아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile)을 수산화나트륨(NaOH) 수용액에 분산시킨 다음 반응시킴으로써 얻어지는 COONa기가 도입된 아크릴로니트릴-소디엄아크릴레이트(Acrylonitrile- sodium acrylate)와, 아크릴로니트릴(Acrylonitrile)과 아크릴산(Acrylic acid)을 현탁 중합한 다음 중합 반응 종료 후 수산화나트륨(NaOH) 수용액으로 COOH를 COONa로 치환시킨 공중합체 중 선택된 하나를 건조시켜 반응물을 만든 후, 상기 건조된 반응물을 디메칠포름아미드(Dimethylformamide), 포름아미드(Formamide), 디메칠술포사이드(Dimethylsulfoxide), 디메칠아세트아미드(Dimethylacetamide) 및 N-메칠피롤리돈(N-methylpyrrolidone)으로 이루어진 용매 중에서 선택된 하나 또는 이들을 혼합하여 만든 혼합용매에 녹여 브레이드 원사에 코팅한 것일 수 있다. 여기서, 상기 건조된 반응물은, 폴리스틸렌(Polystyrene), 폴리아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile), 폴리술폰(Polysulfone), 폴리에테르술폰(Polyethersulfone), 폴리비닐크로라이드(Polyvinylchloride), 폴리비닐리덴프로라이드(Polyvinylidenefluoride), 폴리비닐아세테이트(Polyvinylacetate) 및 폴리비닐아세테이트-폴리비닐알콜(Polyvinylacetate-Polyvinylalcohol)로 이루어진 공중합체 중에서 선택된 적어도 하나와 함께 용매에 녹는 것일 수 있다.
또한, 상기 기능성 소재가 코팅된 기능성 원사는, 폴리술폰(Polysulfone), 폴리에테르술폰(Polyethersulfone), 폴리비닐크로라이드(Polyvinyl chloride), 폴리이미드(Polyimide), 폴리아미드(Polyamide), 폴리비닐알콜(Polyvinylalcohol), 폴리우레탄(Polyurethane), 폴리비닐알콜-비닐아세테이트(Polyvinylalcohol-Vinylacetate) 및 폴리비닐이덴프로라이드(Polyvinylidenefluoride)로 이루어진 군 중에서 선택된 적어도 하나의 고분자와, 테트라하이드로프란((Tetrahydrofuran)을 디메틸포름아미드(Dimethylformamide), 디메칠술폭사이드(Dimethylsulfoxide), 디 메칠아세트아미드(Dimethylacetamide), 포름아미드(Formamide) 및 N-메칠피롤리돈(N-methylpyrrolidone)로 이루어진 용매 중에서 선택된 하나 또는 이들을 혼합하여 만든 혼합용매에 녹여 얻어진 도프(Dope)용액을 원사에 코팅한 다음,상기 도프(Dope)용액이 코팅된 원사를 물, 알코올 및 물과 알코올의 혼합액 중 선택된 하나에서 응고하여 용매를 치환시킴으로서 다공성이 부여된 것일 수 있다.
또한, 상기 기능성 소재가 코팅된 기능성 원사는, 폴리우레탄(Polyurethane)을 디메칠포름아미드(Dimethylformamide)에 녹인 다음 N-비닐피롤리돈(N?vinylpyrrolidone), 하이드록시에칠메타크릴레이트(Hydroxyethylmethacrylate), 아크릴산(Acrylic acid) 및 하이드록시프로필아크릴레이트(Hydroxypropylacrylate)로 이루어진 친수성 비닐계모노머 중에서 선택된 적어도 하나와, 폴리우레탄(Polyurethane)을 그라프트 중합하여 얻어진 친수성 모노머 그라프트 폴리우레탄 공중합체를 만든 후, 상기 수성 모노머 그라프트 폴리우레탄 공중합체를 N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone)에 녹여 브레이드 원사에 코팅한 것일 수 있다.
한편, 상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 기능성 직물을 이용한 여과재로서, 상술한 기능성 직물 여과재 제조방법에 의하여 제조된 여과재(필터소재)를 제공한다 .
여기서, 상기 원사는 합성섬유, 천연섬유, 무기섬유, 금속섬유 중 어느 하나로 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 여과재 즉, 필터의 제조방법은 앞서 설명한 바와 같이, 기능 성을 갖는 원사를 직접 브레이드(Braid) 형태의 직물로 관형 여과재를 제조하는 방법과, 일반 합성섬유, 무기소재섬유 및 천연 섬유 등과 같은 원사에 기능성 소재(funtional material)를 코팅하여 이것을 브레이드(Braid) 형태 또는 관형 직물로 제조하는 방법으로 나눌 수 있다.
본 발명에 사용될 수 있는 원사로서, 합성섬유, 천연섬유, 무기섬유, 및 금속섬유가 이에 해당될 수 있다.
또한, 코팅물질로 사용되는 기능성 소재는, 이온교환기능을 가지는 소재 및 이온교환 섬유, 활성탄 및 활성탄 섬유, 한외여과, 정밀여과, 나노여과, 역삼투 및 기체분리를 위한 제막원료, 친수성 고분자 소재, 하전기를 가지는 소재, 촉매제, 실리콘 등 소수성 소재와, 다공성 구조를 형성시키는 고분자 물질 등이 해당될 수 있다. 이와 같은 원사에 코팅된 상기 물질들의 물리화학적 특성에 의해 여과 기능을 향상시키거나 복합적 여과 기능을 발현할 수 있다. 그 예로서, 먼저, 친수성 소재(또는 수팽윤성)를 코팅 물질로 사용하는 경우 여과재가 수처리에 적용될 때 브레이드(Braid) 직물 표면의 코팅 물질이 팽윤하여 간극을 작게 하며, 물과의 수소 결합을 통해 용질을 배제할 수도 있다. 또한, 코팅물질에 양전하나, 음전하를 가지는 물질을 코팅하는 경우 전기적인 성질에 의해 처리 대상 물질에 함유된 전기적 성질을 가지는 불순물을 반발시키거나, 전기적으로 흡착하여 처리 효율을 높일 수 있다. 그리고, 이온교환기능을 가지는 소재나 활성탄과 같은 흡착 능력이 있는 소재를 코팅하여 여과재로 만든 경우 입자성 물질의 제거에 의한 정제와 동시에 이온성 물질이나 유기물질 등을 동시에 제거할 수 있고, 이온교환수지의 경우 기존의 재생 방법보다 간편하게 역세정 및 카트리지 내의 플러싱(Flushing)에 의한 화학 재생 및 수세에 의한 재생 시간을 크게 단축할 수 있으며 사용 세정수의 양을 크게 절감할 수 있어서 경제적이다. 구체적인 내용에 대하여는 후술하는 실시예에 의하여 보다 명확해 질 것이다.
상술한 코팅물질에 대한 코팅 방법으로서 일반적으로 사용되고 있는 건식 코팅법, 습식 코팅법, 화학증착법(CVD), 플라즈마(Plasma)처리법, 및 UV 경화 반응을 이용한 수지의 코팅법 등이 가능하다.
그리고, 상기 관형 직물로서, 브레이드(Braid) 및 편직물, 스크린(Screen) 등이 해당될 수 있다.
상술한 방법에 의하여 제조된 여과재 즉 필터소재는, 자기지지형 캐필러리(Capillary)거나 직물 내부에 다공성 지지체가 있는 형태를 이룬다.
이하, 본 발명에 의한 실시예에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
이온교환수지 또는 킬레이트수지의 코팅
본 실시예는, 이온교환기능을 갖는 수지의 효과를 이용하는 것으로서, 이를 원료로 하여 브레이드(Braid)를 제조하는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 실시예에 의할 경우, 양이온과 음이온의 효과적 제거 및 입자제거가 동시에 가능한데, 이온 교환 수지는 물속에서 팽윤되기 때문에 브레이드(Braid) 직 물의 공극이 작아지면서 입자 제거 효율도 증대된다. 또한, 재생 효율이 증대하고, 세정 시간 단축에 따른 가동율을 향상시킬 수 있으며, 세정수를 절감시킬 수 있다. 그리고, 운전 및 재생 과정에서 이온교환수지가 파괴되는 것을 방지하여 2차 오염 물질의 발생을 방지할 수 있다. 또한 운전시 점차 소실되는 이온교환 수지의 추가적 보충이 필요 없게 된다. 나아가 이온교환수지 처리를 위한 별도의 하우징이 필요없고, 카트리지 형태로 제조하여 운전 조건에 따라 카트리지를 직렬 또는 병렬로 조합하여 적용 가능하다.
<실시예 1>
스티렌(Styrene)과 디비닐벤젠(Divinyl benzene)을 현탁 중합한 다음 얻어진 폴리머(Polymer)를 황산으로 술폰화(Sulfonation)하여 SO3H기를 도입한 이온교환수지를 합성하여 브레이드 원사에 코팅하였다.
<실시예 2>
현재 시판되는 양이온교환수지(삼양사 제품, Diaion SK1B, 진비중 1.29, 교환용량 2 meq/ml)인 SO3Na형 이온교환수지를 분쇄하여 이것을 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile)과 8;2로 섞은 후 DMF(Dimethylformamide)에 페이스트(Paste) 상태로 조제한 다음 불균일 상으로 브레이드 원사에 코팅하였다.
<실시예 3>
SO3기가 도입된 SPEEK(sulfonated poly ether ether ketone)를 50% 및 PES(poly ether sulfone)을 50% 중량비로 섞은 다음 이것을 NMP(N-methyl pyrrolidone)에 20 % 중량비로 용해시켜 도프(Dope)용액을 제조한 다음 원사에 코팅하였다.
<실시예 4>
폴리스틸렌(Polystyrene)을 부분 술폰화(sulfonation)시킨 후 얻어진 폴리머(Polymer)를 DMF(Dimethyl formamide)에 20 % 중량비로 용해시켜 도프(Dope)용액을 제조한 다음 원사에 코팅하였다.
활성탄을 함유한 코팅제 적용 및 활성탄 섬유를 이용한 브레이드 (Braid) 제작
본 실시예는, 활성탄의 효과를 이용하는 것으로서, 이를 원료로 하여 브레이드(Braid)를 제조하는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 실시예에 의할 경우, 활성탄을 바인더와 섞어서 또는 제막용액에 첨가하여 브레이드(Braid) 원사에 코팅하여 비다공성 균질 도막 또는 다공성 도막 내부에 함유될 수 있게 하거나, 활성탄 섬유로 브레이드(Braid)를 제직한다. 또한, 수처리 시 유기물의 제거와 입자 제거가 동시에 일어날 수 있으며, 기체의 정제에 사용할 때, 유기물, VOC, 냄새 등의 제거와 동시에 입자가 제거되어 기존의 여러 단계를 거쳐야 하는 공기청정기의 정제 필터를 단축시킬 수 있다. 그리고, 활성탄을 코팅하기 위한 코팅액에 하전성 물질을 포함시키는 경우 미세한 입자의 제거 및 미생물의 흡착 제거가 가능하다.
<실시예 5>
현재 시판중인 Norit 사의 PAC(Powdered activated carbon) Norit W20을 폴리아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile)과 8:2의 비율로 혼합하여 아세톤(acetone)에 페이스트(Paste) 상태로 조제한 다음 브레이드 직물 원사에 코팅한 후, 이것을 100 ℃ 의 끓는 물에서 열처리하여 브레이드로 제조하였다.
<실시예 6>
아래 도표와 같은 성능을 갖는 활성 탄소섬유를 폴리에스테르 필라멘트(Polyester Filament)와 혼합하여 원사를 제조한 다음 브레이드(Braid)로 제조하였다.
Figure 112005039108831-pat00001
양이온/음이온을 포함한 하전기 보유 물질의 코팅
본 실시예는, 전하를 갖는 물질의 여과 정제 효과를 이용하는 것으로서, 이를 원료로 하여 브레이드(Braid)를 제조하는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 실시예와 같이 SO3 -기 또는 COO-기와 같은 하전기를 갖는 물질을 원사에 코팅하여 브레이드(Braid)를 제조하는 경우, 이러한 물질은 대부분 친수성을 가지므로 물속에서 팽윤되어 브레이드(Braid)의 공극을 작게 하여 공극의 사이즈를 작게 하는 효과를 나타낸다. 그리고, 일반적으로 균, 미생물 및 물속의 진흙(Silt) 등은 음전하를 가지므로 양전하를 가지는 소재를 코팅한 경우 흡착 효율에 의해, 음전하를 가지는 소재를 코팅한 경우는 반발력에 의해 오염 물질을 효과적으로 제거할 수 있다. 아울러, 일반적으로 하전기를 가지는 필터는 대부분 절곡하여 제조한 카트리지 필터의 형태가 통상적이며, 카트리지의 형태상 일회용으로 사용할 수 밖에 없었으나, 본 발명에 의한 캐필러리형(Capillary type) 여과재는 하전기를 가지는 소재가 반대 하전기를 가지는 물질을 흡착하여 그 기능을 더 이상 발휘할 수 없을 때 화학세정에 의해 기능을 재생시킬 수 있는 것이 특징이다.
<실시예 7>
카르복실(Carboxyl)기(COOH-)가 도입된 아크릴로니트릴-아크릴산(acrylonitrile-acrylic acid) 중합체를 합성하여 적용하는데, 아크릴로니트릴(Acrylonitrile) 함량이 70%, 아크릴산(acrylic acid) 함량이 30%인 블럭공중합체(Block copolymer)를 합성하여 DMF(Dimethylformamide)에 15%로 녹여 코팅하였다.
<실시예 8>
폴리술폰(Polysulfone)을 술폰화(sulfonation)시켜서 얻어진 SO3 -기가 도입된 친수화 술폰화된 폴리술폰(Sulfonated Polysulfone)을 NMP(N?methylpyrrolidone)에 15%로 녹여서 브레이드용 원사에 코팅시켰다.
<실시예 9>
PAN(Polyacryloniotrile)을 NaOH 5% 수용액에 분산시킨 다음 70℃에서 2시간 반응시킨 후 얻어진 COONa-기가 도입된 아크릴로니트릴-소디엄아크릴레이트(acrylonitrile-sodium acrylate) 중합체를 합성하여 건조시킨 다음 15 % DMF(Dimethylformamide) 용액으로 조제하여 브레이드 원사에 코팅하였다.
제막 원료 물질의 코팅
본 실시예에 의할 경우, 브레이드(Braid) 보강막을 제조하기 전에 습식 및 건식 방법으로 원사에 막소재로 1차 코팅을 한다.
제막원료로 1차 코팅된 원사를 브레이드(Braid)로 사용하여 분리막을 제조하는 경우, 기존 브레이드(Braid)에 코팅하는 경우에 비해 부착 강도가 높으며, 따라서 브레이드(Braid) 보강막 제조시 막성능을 나타내는 캐필러리(Capillary) 직물의 최외층에 얇은 박막을 형성시킬 수 있어서 막의 투과 성능을 향상시킬 수 있다.
<실시예 10>
브레이드 제조용 원사에, PVDF(Polyvinylidenefluoride) 5% - THF(Tetrahydrofuran) 20 % - DMF 75 % 의 조성으로 코팅하였다.
상기의 묽은 도프 용액으로 코팅한 원사는 25 ℃의 물에 침지되어 응고시킨 후 건조하였다. 이러한 건조된 코팅 원사를 브레이드로 제조하였다.
<실시예 11>
브레이드 제조용 원사에, PU(Polyurethane) 5% - THF(Tetrahydrofuran) 20 % - DMF 75 % 의 조성으로 코팅하였다.
상기의 묽은 도프 용액으로 코팅한 원사는 25 ℃의 물에 침지되어 응고시킨 후 건조하였다. 이러한 건조된 코팅 원사를 브레이드로 제조하였다.
촉매제를 코팅하여 반응기로 적용
본 실시예에서와 같이, 무기소재, 유기소재 및 금속소재의 원사에 촉매(나노소재)를 코팅하였을 때 비표면적을 넓힐 수 있으며, 이로 인하여 여과 및 정제의 효과를 함께 얻을 수 있다.
또한, VOC, 냄새물질 등의 제거 및 화학 반응과 동시에 정제하는 반응기로 적용하는 것이 가능하다.
<실시예 12>
Micro Reactor System사에서 제조한 나노촉매를 스테인레스 스틸 와이어(Stainless steel wire)에 코팅하였다. 상기 얻어진 와이어를 브레이드 형태로 제직하였으며, 이를 촉매 반응기로 적용하였다. 분당 100L의 양으로 배출되는 농도 10,000 ppm의 EO(Ethylene oxide) 가스를 250℃에서 처리하여 0.01 ppm 수준의 청정공기를 배출시킬 수 있었다.
친수성 소재의 코팅
본 실시예에서와 같이 친수성 소재(또는 수팽윤성)를 코팅 물질로 사용하는 경우 여과재가 수처리에 적용될 때 브레이드(Braid) 직물 표면의 코팅 물질이 팽윤 하여 간극을 작게 하며, 물과의 수소 결합을 통해 용질을 배제할 수도 있다.
<실시예 13>
PVA(Polyvinylalcohol), 예를 들면 Kuraray사의 POVAL PVA-117 Grade를 3%의 농도로 90 ℃ 의 열수에 녹인 후 브레이드(Braid)용 원사에 코팅한 다음 글루타르알데히드(Glutaraldehyde) 10% + 염산 (HCl) 1% 수용액에 적셔 100 ℃ 에서 열처리 건조하여 경화시켰다.
<실시예 14>
아크릴로니트릴-HEMA(Acrylonitrile-hydroxy ethyl methacrylate) 공중합체를 서스펜션(Suspension) 중합하여 얻어진 블럭공중합체(Block copolymer)를 DMF에 15%로 녹여 브레이드용 원사에 코팅하였다.
<실시예 15>
PU(Polyurethane)를 DMF에 녹인 다음 NVP(N-vinyl pyrrolidone)을 그라프트 중합하여 얻어진 친수성 고분자 폴리우레탄-g-NVP(Polyurethane-g-NVP)를 15% NMP(N-methyl pyrrolidone)에 녹여 브레이드 원사에 코팅하였다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였지만, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니며 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명에서 의한 여과재에 의하면, 종래의 스크린필터(scree filter)나 뎁스필터(Depth filter) 및 규조토 여과 필터에 비해 여과 정밀도를 크게 증가시킬 수 있으며, 멤브레인(Membrane: 막) 소재에 비해 투과 유속을 크게 향상시킬 수 있으며, 기능성 소재를 사용한 여과 소재를 제조하여 사용하는 경우 처리 대상 유체를 정제할 때 발생되는 여과재의 오염을 여과된 액으로 역세척하거나, 압축 공기로 역세척하여 간편한 방법으로 장기적으로 지속적인 처리 효율을 유지할 수 있다.
또한, 기능성 소재로 코팅된 원사로 브레이드(Braid)를 제직하여 여과재로 사용하는 경우, 브레이드(Braid) 직물의 간극을 통해 여과되는 동안 간극에 의해 불순물의 제거는 물론 여과되면서 원사에 코팅된 물질과 반응하거나 물리적 흡착 등의 처리를 효과적으로 할 수 있다.
아울러, 캐필러리(Capillary) 형태로 제작함으로써 중공사막의 케이스(Case)형 모듈과 같은 형태는 물론 침지형 모듈의 형태로 여과재를 카트리지로 제작함으로써 상술한 바와 같은 효과를 극대화시킬 수 있다.
그리고, 원사에 코팅된 물질의 물리화학적 특성에 의해 여과 기능을 향상시키거나 복합적 여과 기능을 발현할 수 있는 효과를 창출한다.

Claims (20)

  1. 기능성을 갖는 원사를 제공하는 단계; 및
    상기 제공된 기능성 원사를 직접 제직하여 만들어진 브레이드(Braid) 형태 또는 스크린(Screen) 형태의 캐필러리(capillary)형 직물을 이용하여 관형(turbular)의 여과재를 제조하는 단계;를 포함하며,
    상기 기능성을 갖는 원사는, 상기 원사 자체가 기능성 소재이고, 한외여과, 정밀여과, 나노여과, 역삼투 및 기체분리 중 선택된 적어도 하나를 위한 제막원료를 사용하는 것을 특징으로 하는 기능성 직물 여과재 제조방법.
  2. 삭제
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  9. 기능성을 갖는 원사를 제공하는 단계; 및
    상기 제공된 기능성 원사를 직접 제직하여 만들어진 브레이드(Braid) 형태 또는 스크린(Screen) 형태의 캐필러리(capillary)형 직물을 이용하여 관형(turbular)의 여과재를 제조하는 단계;를 포함하며,
    상기 기능성을 갖는 원사는, 원사에 기능성 소재가 코팅된 것을 특징으로 하는 기능성 직물 여과재 제조방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 원사에 기능성 소재를 코팅하는 것은,
    건식 코팅, 습식 코팅, 화학 증착, 플라즈마 처리 및 UV 경화 반응을 이용한 수지의 코팅방법으로 구성된 그룹 중 어느 하나의 방법에 의하는 것을 특징으로 하는 기능성 직물 여과재 제조 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 기능성을 갖는 원사는,
    양이온 교환 기능을 가지는 양이온교환수지 또는 음이온 교환 기능을 가지는 음이온교환수지 중 선택된 하나를 분쇄한 후,
    상기 분쇄된 이온교환수지를 폴리스틸렌(Polystyrene), 폴리아크릴로리트릴(Polyacrylonitrile), 폴리술폰(Polysulfone), 폴리에테르술폰(Polyethersulfone), 폴리비닐크로라이드(Polyvinylchloride), 폴리비닐리덴프로라이드(Polyvinylidenefluoride), 폴리비닐아세테이트(Polyvinylacetate) 및 폴리비닐아세테이트-폴리비닐알콜(Polyvinylacetate-Polyvinylalcohol)로 이루어진 공중합체 중에서 선택된 적어도 하나와 혼합한 후,
    상기 혼합된 이온교환수지와 공중합체를 디메칠포름아미드(Dimethylformamide), 포름아미드(Formamide), 디메칠술포사이드(Dimethylsulfoxide), 디메칠아세트아미드(Dimethylacetamide) 및 N-메칠피롤리돈(N-methylpyrrolidone)으로 이루어진 용매 중에서 선택된 하나 또는 이들을 혼합하여 만든 혼합용매에 녹여 페이스트(Paste) 상태로 조제한 다음,
    상기 조제된 페이스트를 불균일 상으로 브레이드 원사에 코팅한 것을 특징으로 하는 기능성 직물 여과재 제조방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 기능성을 갖는 원사는,
    입자상 활성 탄소(Powdered Activated Carbon)를 폴리아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile)과 혼합한 후 아세톤(Acetone)에 녹여 페이스트(Paste) 상태로 조제한 다음,
    상기 페이스트를 브레이드 직물 원사에 코팅한 후, 이것을 100 ℃ 의 끓는 물에서 열처리한 것을 특징으로 하는 기능성 직물 여과재 제조방법.
  13. 제9항에 있어서, 상기 기능성을 갖는 원사는,
    스틸렌(Styrene), 메칠메타클릴레이트(Methylmethacrylate), 메칠아크릴레이트(Methylacrylate) 및 아크릴로니트릴(Acrylonitrile)로 이루어진 소수성 비닐계 모노머(Monomer) 중에서 선택된 적어도 하나와, 아크릴산(Acrylic acid), 하이드록시에칠메타크릴레이트(hydroxyethyl methacrylate), N-비닐피롤리돈(N-vinylpyrrolidone), 아크릴아미드(acrylamide) 및 하이드록시프로필아크릴레이트(hydroxy propylacrylate)로 이루어진 친수성 비닐계 모노머 중에서 선택된 적어도 하나를 합성하여 블럭공중합체(Block copolymer)를 만든 후,
    상기 블록공중합체를 디메칠포름아미드(Dimethylformamide), 포름아미드(Formamide), 디메칠술포사이드(Dimethylsulfoxide), 디메칠아세트아미드(Dimethylacetamide) 및 N-메칠피롤리돈(N-methylpyrrolidone)으로 이루어진 용매 중에서 선택된 하나 또는 이들을 혼합하여 만든 혼합용매에 녹여 페이스트(Paste) 상태로 조제한 다음,
    상기 조제된 페이스트를 브레이드 직물 원사에 코팅한 것을 특징으로 하는 기능성 직물 여과재 제조방법.
  14. 제9항에 있어서, 상기 기능성을 갖는 원사는,
    폴리스틸렌(Polystyrene), 폴리에테르술폰(Polyethersulfone), 폴리술폰(Polysulfone) 및 폴리에테르에테르케톤(Polyetheretherketone)으로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 하나를 술폰화시켜서 SO3 -기가 도입된 반응물을 만든 후,
    상기 SO3 -기가 도입된 반응물을 디메칠포름아미드(Dimethylformamide), 포름아미드(Formamide), 디메칠술포사이드(Dimethylsulfoxide), 디메칠아세트아미드(Dimethylacetamide) 및 N-메칠피롤리돈(N-methylpyrrolidone)으로 이루어진 용매 중에서 선택된 하나 또는 이들을 혼합하여 만든 혼합용매에 녹여 페이스트(Paste) 상태로 조제한 다음,
    상기 조제된 페이스트를 브레이드 직물 원사에 코팅한 것을 특징으로 하는 기능성 직물 여과재 제조방법.
  15. 제9항에 있어서, 상기 기능성을 갖는 원사는,
    폴리아크릴로리트릴(Polyacrylonitrile)을 수산화나트륨(NaOH) 수용액에 분산시킨 다음 반응시킴으로써 얻어지는 COONa-기가 도입된 아크릴로니트릴-소디엄아 크릴레이트(Acrylonitrile-sodium acrylate)와, 아크릴로리트릴(Acrylonitrile)과 아크릴산(Acrylic acid)을 현탁 중합한 다음 중합 반응 종료 후 수산화나트륨(NaOH) 수용액으로 COOH를 COONa로 치환시킨 공중합체 중 선택된 하나를 건조시켜 반응물을 만든 후,
    상기 건조된 반응물을 디메칠포름아미드(Dimethylformamide), 포름아미드(Formamide), 디메칠술포사이드(Dimethylsulfoxide), 디메칠아세트아미드(Dimethylacetamide) 및 N-메칠피롤리돈(N-methylpyrrolidone)으로 이루어진 용매 중에서 선택된 하나 또는 이들을 혼합하여 만든 혼합용매에 녹여 브레이드 원사에 코팅한 것을 특징으로 하는 기능성 직물 여과재 제조방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 건조된 반응물은,
    폴리스틸렌(Polystyrene), 폴리아크릴로리트릴(Polyacrylonitrile), 폴리술폰(Polysulfone), 폴리에테르술폰(Polyethersulfone), 폴리비닐크로라이드(Polyvinylchloride), 폴리비닐리덴프로라이드(Polyvinylidenefluoride), 폴리비닐아세테이트(Polyvinylacetate) 및 폴리비닐아세테이트-폴리비닐알콜(Polyvinylacetate-Polyvinylalcohol)로 이루어진 공중합체 중에서 선택된 적어도 하나와 함께 용매에 녹는 것을 특징으로 하는 기능성 직물 여과재 제조방법.
  17. 제9항에 있어서, 상기 기능성을 갖는 원사는,
    폴리술폰(Polysulfone), 폴리에테르술폰(Polyethersulfone), 폴리비닐크로라 이드(Polyvinyl chloride), 폴리이미드(Polyimide), 폴리아미드(Polyamide), 폴리비닐알콜(Polyvinylalcohol), 폴리우레탄(Polyurethane), 폴리비닐알콜-비닐아세테이트(Polyvinylalcohol-Vinylacetate) 및 폴리비닐이덴프로라이드(Polyvinylidenefluoride)로 이루어진 군 중에서 선택된 적어도 하나의 고분자와, 테트라하이드로프란((Tetrahydrofuran)을 디메틸포름아미드(Dimethylformamide), 디메칠술포사이드(Dimethylsulfoxide), 디메칠아세트아미드(Dimethylacetamide), 포름아미드(Formamide) 및 N-메칠피롤리돈(N-methylpyrrolidone)로 이루어진 용매 중에서 선택된 하나 또는 이들을 혼합하여 만든 혼합용매에 녹여 얻어진 도웁(Dope)을 원사에 코팅한 다음,
    상기 도웁이 코팅된 원사를 물, 알코올 및 물과 알코올의 혼합액 중 선택된 하나에서 응고하여 용매를 치환시킴으로서 다공성이 부여된 것을 특징으로 하는 기능성 직물 여과재를 제조하는 방법.
  18. 제9항에 있어서, 상기 기능성을 갖는 원사는,
    폴리우레탄(Polyurethane)을 디메칠포름아미드(Dimethylformamide)에 녹인 다음 N-비닐피롤리돈(N-vinylpyrrolidone), 하이드록시에칠메타크릴레이트(Hydroxyethylmethacrylate), 아크릴산(Acrylic acid) 및 하이드록시프로필아크릴레이트(Hydroxypropylacrylate)로 이루어진 친수성 비닐계모노머 중에서 선택된 적어도 하나와, 폴리우레탄(Polyurethane)을 그라프트 중합하여 얻어진 친수성 모노머 그라프트 폴리우레탄 공중합체를 만든 후,
    상기 수성 모노머 그라프트 폴리우레탄 공중합체를 N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone)에 녹여 브레이드 원사에 코팅한 것을 특징으로 하는 기능성 직물 여과재 제조방법.
  19. 기능성 직물을 이용한 여과재에 있어서,
    제1항 또는 제9항 중 어느 한 항에 기재된 기능성 직물 여과재 제조방법에 의하여 제조된 여과재.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 원사는, 합성섬유, 천연섬유, 무기섬유 및 금속섬유로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 여과재.
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