KR100844043B1 - 중공사막 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 원사를 관형상으로 배치시켜 지지체를 형성하고 이 지지체에 방사원액을 코팅시키는 간단한 방법으로 일정 강도가 유지되면서 생산성을 향상시켜 주도록 된 중공사막 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 중공사막 제조방법은 원사공급부로부터 방사구금의 중앙노즐로 유입되는 원사에 방사원액을 방사하고 이 방사원액이 코팅된 원사를 원사응고액에 침전시켜 중공사막을 제조방법에 있어서, 원사공급부에서 방사구금의 중앙노즐 내측으로 다수의 원사를 늘어뜨려 관형상의 지지체를 형성한 상태에서 지지체에 방사원액을 방사하도록 된 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 방사구금의 중앙노즐 내측으로 늘어뜨린 원사를 흔들어 지지체에 꼬임을 형성한 상태에서 지지체에 방사원액을 방사하도록 구성할 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면 다수의 원사를 늘어뜨리거나 늘어뜨린 원사를 흔들어 주는 간단한 방법으로 지지체를 형성함으로써, 일정 레벨의 강도가 유지되면서도 생산성이 향상된 중공사막 제조방법을 제공할 수 있게 된다.
중공사막
Description
도1과 도3 및 도8 내지 도10은 본 발명이 적용되는 중공사막 제조장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도2와 도7은 원사공급기(100)의 구성을 도시한 도면.
도4와 도5는 방사구금(200)의 중앙노즐(210)에 배치된 지지체(S)의 상태를 도시한 단면도.
도6과 도11은 방사구금(200)으로부터 토출되는 지지체(P)의 단면을 도시한 도면.
******* 도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명 *******
100 : 원사공급부, 200 : 방사구금,
210 : 중앙노즐, 220 : 방사원액노즐,
230 : 와이어, 300 : 수조,
400 : 권취수단, 410 : 롤러,
420 : 보빈, 500 : 융착처리기,
600 : 플라즈마처리기, 700 : 관,
A : 방사원액, B : 코팅/응고액,
S,P,P' : 지지체.
본 발명은 원사를 관형상으로 배치시켜 지지체를 형성하고 이 지지체에 방사원액을 코팅시키는 간단한 방법으로 일정 강도가 유지되면서 생산성을 향상시켜 주도록 된 중공사막 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 중공사막은 동일한 부피의 다른 막에 비해 막 표면적인 크고 모듈화하기 쉬운 장점 때문에 최근 한외여과막을 중심으로 그 응용이 활발히 진행되고 있다. 예컨대, 중공사막은 하수 종말처리, 정화조에서 고액분리, 산업폐수에서의 부유물질 제거, 하천수의 여과, 공업용수의 여과 및 수영장물의 여과에 주로 이용되고 있다.
상기 중공사막을 구성하는 재질로는 셀룰로오스계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리비닐계 수지, 폴리아크릴계 수지 및 폴리올레핀계 수지 등이 사용된다. 그러나, 상기한 재질로 제조되는 중공사막은 강도가 약하다는 단점이 있다.
이에, 미국특허 5,472,607호에는 중공사막에 선택투과막을 얇게 코팅하여 중공사막의 강도를 강화하도록 하는 방법이 제안되었다. 그러나, 상기한 기술은 선택투과막이 얇게 코팅되어 있기 때문에 충격에 의해 코팅이 부분적으로 벗겨지는 단점을 갖는다. 이는 결국 중공사막의 여과기능을 저하시키는 결과를 낳게 된다.
한편, 상기 중공사막은 통상 원사를 직조하여 지지체를 형성하는 단계와, 이 지지체에 방사원액(A)을 방사하는 단계, 방사원액(A)이 코팅된 상태의 지지체를 코팅하는 단계를 통해 완성된다. 이에, 최근에는 중공사막의 강도를 강화시키기 위해 지지체의 직조형태를 변화시키는 방법이 제안되었다. 예컨대, 중공사막의 강도를 강화시키기 위해 특허공개 제04-77322호에는 방사되고 있는 지지체의 외부표면쪽으로는 저비점 용매를 냉각 쳄버를 통하여 분사하고 지지체의 내부표면에는 뜨거운 질소가스를 연속적으로 공급하여 지지체의 외부와 내부표면의 결정화 속도를 조절함으로써 중공사막의 내부와 외부표면의 기공크기가 서로 다른 비대칭구조를 형성하도록 된 구성이 기재되어 있고, 특허공개 제04-8935호에는 지지체를 모노-필라멘트 단독 또는 멀티-필라멘트와 일정 비율로 혼방하여 직조하도록 된 구성이 기재되어 있다. 그러나, 상기한 기술은 중공사막의 강도를 향상시키는 장점은 있으나, 제조공정이 복잡하고 제조시간이 길어 생산성을 저하시키는 문제가 있다.
이에, 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로, 중공사막의 강도특성을 일정 레벨 유지하면서 제조공정과정 및 제조공정시간을 단축시켜 생산성을 향상시키도록 해 주는 중공사막 제조방법을 제공함에 그 기술적 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 중공사막 제조방법은 원사공급부로부터 방사구금의 중앙노즐로 유입되는 지지체에 방사원액을 방사하고 이 방사원액이 코팅된 지지체를 원사응고액에 침전시켜 중공사막을 제조방법에 있어서, 원사공급부에서 방사구금의 중앙노즐 내측으로 다수의 원사를 늘어뜨려 관형상의 지지 체를 형성한 상태에서 지지체에 방사원액을 방사하도록 된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서는 상기 방사구금의 중앙노즐 내측으로 늘어뜨린 원사를 흔들어 꼬임이 형성된 지지체를 형성한 상태에서 지지체에 방사원액을 방사하도록 된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서 상기 지지체는 원사를 일정 시간간격마다 오른쪽방향과 왼쪽방향으로 번갈아 흔들어 주는 SZ꼬임방식으로 꼬임을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서는 상기 지지체는 원사공급기의 회전부재에 의해 자동으로 꼬임이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서는 꼬임이 형성된 지지체에 대해 융착처리를 수행한 후, 융착처리된 지지체를 방사구금의 중앙노즐로 유입시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서는 원사공급기로부터 배출되는 지지체에 플라즈마처리를 수행하여 꼬임을 형성되도록 된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서는 상기 지지체에 방사원액이 방사된 후 지지체의 내측으로 코팅/응고액을 공급하여 지지체 내에 내부막을 형성하는 것을 특징으로 한다.
즉, 상기한 바에 의하면 다수의 원사를 늘어뜨리거나 늘어뜨린 원사를 흔들어 주는 간단한 방법으로 지지체를 형성함으로써, 일정 레벨의 강도가 유지되면서도 생산성이 향상된 중공사막 제조방법을 제공할 수 있게 된다.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 설명한다.
도1은 본 발명에 따른 중공사막 제조방법이 적용되는 중공사막 제조장치의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도1에 도시된 바와 같이 본 발명이 적용되는 중공사막 제조장치는 다수의 원사(101)를 늘어뜨려 관형상의 지지체(S)를 제공하는 원사공급기(100)와, 원사공급기(100)로부터 공급되는 지지체(S)에 방사원액(A)을 방사시키는 방사구금(200), 방사구금(200)으로부터 토출되는 방사원액(A)이 코팅된 지지체(P)를 응고시키기 위한 원사응고액이 보관된 수조(300) 및, 수조(300)를 통해 방사원액(A)이 응고된 지지체(P)를 권취하기 위한 권취수단(400)을 포함하여 구성된다.
상기 원사공급기(100)는 도2에 도시된 바와 같이 일정 두께를 가지면서 중앙이 중공된 원형의 판형상으로 된 몸체(110)의 상면에 원사(101)가 권취된 다수의 직조콘(120)이 구비되고, 상기 몸체(110)의 중공부분에는 상기 원사(101)가 유입되는 다수의 홀(131)이 구비된 원사유입부(130)가 결합되어 구성될 수 있다. 여기서, 원사공급기(100)에서 제공되는 원사(101)는 폴리에스테스(Polyester)계통이나 나일론(nylon)계통의 모노-필라멘트이거나 또는 멀티-필라멘트이거나 또는 모노-필라멘트와 멀티-필라멘트가 혼합될 수 있다.
상기 방사구금(200)은 중앙 종축을 따라 연장되어 상기 원사공급기(100)로부터 다수의 원사(101)로 구성되는 지지체(S)가 유입되는 원사유입구(201) 및 지지체토출구(202)를 갖는 중앙 노즐(210)과, 상기 중앙 노즐(210)의 중간 측면과 연통되어 지지체(S)와 방사원액(A)이 합류하도록 형성되는 방사원액노즐(220)을 구비하여 구성된다. 여기서, 상기 방사원액(A)은 폴리머, 첨가제 및 용매로 구성되며, 예컨대 폴리머는 PVDF(polyvinylidene fluoride), ECTFE, 폴리아크릴로나이트릴(polyacrylonitril), 폴리아크릴로나이트릴 공중합체, 폴리술폰(polysulfone), 술폰화폴리술폰(sulfonated polysulfone), 폴리에스테르술폰(polyethersulfone), 셀룰로즈 아세테이트(cellulose acetate), 셀룰로즈트리아세테이트(cellulose triacetate), 폴리메틸메타아크릴레이트(polymethyl methacrylate) 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로 구성될 수 있다. 또한, 상기 첨가제는 물, 메틸알콜, 에틸알콜, 에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 글리세린, 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone, PVP)류 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로 구성될 수 있다. 또한, 상기 용매는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP : N-methyl-2-pyrrolidone), 디메틸포름아미드(DMF:dimethyl formamide), 디메틸아세트아미드(DMAc:dimethyl acetamide), 클로로포름(chloroform), 테트라하이드로퓨란(tetrahhydrofuran) 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로 구성될 수 있다. 또한, 상기 방사구금(200)은 도3에 도시된 바와 같이 상기 중앙노즐(210)의 내측 직경보다 작은 직경을 가지면서 중앙노즐(210)의 중앙 종축을 따라 연장되게 배치되어 지지체(S)가 안정적으로 토출되도록 안내하기 위한 봉형상의 와이어(230)를 추가로 구비하여 구성될 수 있다.
상기 수조(300)에 보관된 원사응고액은 물(W)이 될 수 있으며, 수조(300)는 그 내부에 보관된 물(W)의 온도 조절을 조절할 수 있도록 구성된다.
상기 권취수단(400)은 상기 수조(300)로 방사원액(A)이 응고된 지지체(P)를 이송하기 위한 롤러(410)와, 롤러(410)를 통해 이송되는 지지체(P)를 권취하기 위한 보빈(420)을 구비하여 구성된다.
이어, 상기한 중공사막 제조장치를 이용하여 본 발명에 따른 중공사막 제조 방법을 설명한다.
먼저, 원사공급부(100)에서 제공되는 원사(101)의 일단을 방사구금(200)의 중앙노즐(210)에 늘어뜨려 관형상의 지지체(S)를 형성한 후 수조(300)를 통해 보빈(420)에 결합시킨다. 이때, 상기 지지체(S)는 도4에 도시된 바와 같이 중앙노즐(210)의 내측에 종방향 배치된다. 또한, 도3에 도시된 바와 같은 중공사막 제조장치의 경우 지지체(S)는 도5에 도시된 바와 같이 관(500)의 외측에 종방향 배치된다.
상기한 상태에서, 방사구금(200)의 방사원액노즐(220)을 통해 방사구금(200)의 중앙노즐(210)로 방사원액(A)을 분사한다. 이와 동시에 보빈(420)을 동작시켜 지지체(S)를 중앙노즐(210)의 하측으로 이송시킨다. 즉, 도6에 도시된 바와 같이 지지체(S)는 방사원액(A)이 코팅된 상태(P)로 지지체토출구(202)를 통해 토출된다.
이후, 방사구금(200)으로부터 토출된 지지체(P)는 원사응고액(300), 즉 물(W)이 보관된 수조(300)를 거쳐 방사원액(A)이 응고된 상태로 롤러(410)에 의해 보빈(420)에 권취된다. 이때, 수조(300)에 보관된 물(W)의 온도조절을 통해 방사원액(A)이 지지체(P)에 응고되게 된다.
즉, 상기 실시예에 의하면 다수의 원사(101)를 별도로 직조하지 않고 방사구금의 중앙노즐에 관형상으로 늘어뜨리도록 배치시켜 지지체(S)를 형성하고 이 지지체(S)에 방사원액(A)을 방사하는 간단한 방법으로 중공사막을 제조함으로써, 일정 레벨의 강도를 유지하면서 중공사막의 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 있어서는 중공사막의 강도를 보다 강화하기 위해 지지체(S) 에 꼬임을 형성하도록 제조하는 것도 가능하다.
즉, 원사공급부(100)에서 제공되는 원사(101)의 일단을 방사구금(200)의 중앙노즐(210)을 관통하여 수조(300)를 통해 보빈(420)에 결합시킨 상태에서, 원사공급부(100)에서 원사(101)를 일정 시간간격마다 오른쪽방향과 왼쪽방향으로 번갈아 흔들어 주는 SZ꼬임방식으로 흔들어 원사(101)가 꼬이도록 하면서 보빈(420)을 구동한다. 여기서, 원사(101)를 SZ꼬임방식으로 흔들어 주는 기술은 광섬유의 심선을 꼬는 방법과 동일하므로 그 상세한 설명은 생략한다. 이때, 상기 원사공급부(100)는 도7에 도시된 바와 같이 몸체(110)의 내측에 원사유입부(130) 또는 몸체(110)를 좌우회동하거나 또는 일방향으로 회전시키는 소정 회전부재(140)를 구비하여 자동으로 원사(101)를 흔들어주도록 구성하는 것도 가능하다(도2의 단면도). 예컨대, 상기 회전부재(140)는 원사유입부(130)에 권취된 코일(141)과, 이 코일(141) 대향면의 몸체(120)측에 형성되는 자석(142) 및, 원사유입부(130)의 이송을 원활하게 해주는 베어링(143)을 구비하여 상기 코일(141)로 전류를 제공함으로써 상기 원사유입부(130)를 회전시키도록 구성될 수 있다. 여기서 상기 원사공급부(100)로부터 꼬임형성된 지지체(S)에 대해서는 도8에 도시된 바와 같이 예컨대 열융착 또는 초음파를 이용한 융착처리기(500)를 통해 소정 레벨로 융착처리를 수행한 후 이를 방사구금(200)으로 제공하도록 구성하는 것도 가능하다.
또한, 지지체(S)에 꼬임을 형성하는 방법으로는 도9에 도시된 바와 같이 원사공급기(100)로 제공되는 원사(101)에 플라즈마처리기(500)를 통해 소정 레벨의 플라즈마처리를 행하는 방법이 있을 수 있다. 즉, 플라즈마에 의해 원사(101)에 정 전기가 발생됨으로써 원사(101)는 자동으로 스파게티(spaghetti)타입의 꼬임을 형성하게 된다. 이때, 플라즈마처리는 꼬임형성된 원사(101)를 융착시키는 기능도 제공하게 된다.
이후, 원사공급부(100)에서 꼬임이 형성된 지지체(S)를 형성하여 방사구금(200)의 중앙노즐(210)로 유입한 상태에서 방사구금(200)의 방사원액노즐(220)을 통해 방사구금(200)의 중앙노즐(210)로 방사원액(A)을 분사함과 더불어 보빈(420)을 동작시켜 지지체(S)를 중앙노즐(210)의 하측으로 이송시킨다. 즉, 지지체(S)에 꼬임이 형성된 상태에서 방사원액(A)이 코팅되게 된다. 따라서, 지지체(S)의 꼬임에 의해 중공사막의 강도가 강해지게 된다.
또한, 본 발명에 있어서는 중공사막의 강도를 보다 강화하기 위해 지지체(S)의 내부로 코팅/응고액(B)을 제공하는 방법이 적용될 수 있다. 이 코팅/응고액(B)은 지지체(S) 내부에 코팅되어 내부막을 형성하거나 또는 방사원액(A)를 응고시키는 기능을 수행한다. 이는 상술한 바와 같은 방법, 즉 원사를 늘어뜨려 지지체를 형성하는 방법과 원사에 꼬임을 주어 지지체를 형성하는 방법에 모두 적용될 수 있다. 이를 위해서는 중공사막 제조장치가 도10에 도시된 바와 같이 방사구금(200)의 중앙노즐(210)의 내측에 그 내측 직경보다 적은 직경을 가지면서 중앙노즐(210)의 중앙 종축을 따라 일정 길이 연장됨과 더불어 그 입구와 출구가 개방된 봉 형상의 관(700)이 배치되도록 구성된다. 그리고, 상기 관(700)의 끝단은 방사원액(A)이 원사(S)에 배치되는 위치보다 낮게 되도록 설정된다.
즉, 원사공급부(100)에서 제공되는 지지체(S)의 일단을 방사구금(200)의 중앙노즐(210)을 관통하여 수조(300)를 통해 보빈(400)에 결합시킨 상태에서, 방사구금(200)의 방사원액노즐(220)을 통해 방사구금(200)의 중앙노즐(210)로 방사원액(A)을 분사함과 더불어 관(700)의 내측으로 코팅/응고액(B)을 유입시키면서 보빈(400)을 동작시켜 지지체(S)를 중앙노즐(210)의 하측으로 이송시킨다. 따라서, 지지체(S)의 외측에 방사원액(A)이 코팅된 후 일정 길이, 즉 관(700)의 끝단까지 이송된 상태에서 관(700)의 끝단으로부터 제공되는 코팅/응고액(B)이 지지체(S)의 내측에 코팅된다. 즉, 방사구금(200)으로부터 도11과 같은 형태의 지지체(P')가 토출된다.
따라서, 상기 실시예에 의하면 일정 레벨의 강도가 유지되면서 원사를 직조하여 지지체를 생성하는데 따른 시간을 소비하지 않음으로써, 생산성이 향상된 중공사막 제조방법을 제공할 수 있게 된다.
한편, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형시켜 실시하는 것이 가능하다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 다수의 원사를 늘어뜨리거나 늘어뜨린 원사를 흔들어 주는 간단한 방법으로 지지체를 형성함으로써, 일정 레벨의 강도가 유지되면서도 생산성이 향상된 중공사막 제조방법을 제공할 수 있게 된다.
Claims (7)
- 원사공급부로부터 방사구금의 중앙노즐로 유입되는 지지체에 방사원액을 방사하고 이 방사원액이 코팅된 지지체를 원사응고액에 침전시켜 중공사막을 제조방법에 있어서,원사공급부에서 방사구금의 중앙노즐 내측으로 다수의 원사를 늘어뜨려 관형상의 지지체를 형성한 상태에서 지지체에 방사원액을 방사하도록 된 것을 특징으로 하는 중공사막 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 방사구금의 중앙노즐 내측으로 늘어뜨린 원사를 흔들어 꼬임이 형성된 지지체를 형성한 상태에서 지지체에 방사원액을 방사하도록 된 것을 특징으로 하는 중공사막 제조방법.
- 제2항에 있어서,상기 지지체는 원사를 일정 시간간격마다 오른쪽방향과 왼쪽방향으로 번갈아 흔들어 주는 SZ꼬임방식으로 꼬임을 형성하는 것을 특징으로 하는 중공사막 제조방법.
- 제2항에 있어서,상기 지지체는 원사공급기의 회전부재에 의해 자동으로 꼬임이 형성되는 것 을 특징으로 하는 중공사막 제조방법.
- 제4항에 있어서,상기 꼬임이 형성된 지지체에 대해 융착처리를 수행한 후, 융착처리된 지지체를 방사구금의 중앙노즐로 유입시키는 것을 특징으로 하는 중공사막 제조방법.
- 제2항에 있어서,상기 원사공급기로부터 배출되는 지지체에 플라즈마처리를 수행하여 꼬임이 형성하도록 된 것을 특징으로 하는 중공사막 제조방법.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,상기 지지체에 방사원액이 방사된 후 지지체의 내측으로 코팅/응고액을 공급하여 지지체 내에 내부막을 형성하는 것을 특징으로 하는 중공사막 제조방법.
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