KR101257622B1 - 금속 중공사 전구체 권취용 보빈 - Google Patents

Abstract

본 발명의 금속중공사 전구체 권취용 보빈은 권취부의 단면의 형상을 변형하여 권취되는 금속 중공사 전구체의 굴곡을 최소화하였다. 이를 통해 본 발명의 보빈에 권취 및 권출된 금속중공사 전구체는 휨 현상이 최소화되므로 권출 후 휘어진 부분인 양 단면을 절단하여 휘어지지 않은 금속 중공사 전구체를 제조하고 이를 산화 및 소결하여 불량품을 최소화할 수 있다.

Description

금속 중공사 전구체 권취용 보빈{ bobbin for metallic hollow fiber precursor winding}

본 발명은 금속 중공사 전구체 권취용 보빈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 보다 상세하게는 방사법에 의한 금속 중공사 여과재의 제조 시 보빈에 권취 후 발생하는 금속중공사 전구체의 휨 현상을 해결할 수 있는 금속 중공사 여과재를 제조할 수 있는 금속 중공사 전구체 권취용 보빈에 관한 것이다.

중공사막이란 통상적으로 마카로니처럼 가운데 부분이 공동으로 되어 있는 실의 형태로 제작된 것으로 미세한 불순물을 제거하기 위한 투과막으로 주로 사용되고 있으며, 고분자 중공사막, 세라믹 중공사막 및 금속 중공사막으로 분류할 수 있다.

일반적으로 고분자 중공사 분리막은 인장강도가 약하여 절단의 위험이 크고, 막의 오염이 발생할 경우 역세척 방법에 의한 투과유량 회복이 어려운 단점이 있다. 또한, 높은 역세척 압력에 의해 기공이 붕괴될 위험이 있으며 화학적 세척의 경우 기공의 형태 및 물성이 변하는 문제가 있었다.

나아가, 고분자 중공사 분리막은 온도 저항성이 높지 않아 고온의 처리물질에 사용될 수 없으며, 절사의 위험이 없는 보강재 보강형 중공사 분리막의 경우 역세척 방법에 의하여 역세척할 시, 보강재로부터 고분자 분리막 코팅층이 벗겨져 사용할 수 없는 문제가 있었다. 이러한 종래의 문제점을 개선한 세라믹 분리막의 경우 고분자 분리막의 단점을 어느 정도 극복할 수 있지만 사용중 깨지는 문제가 발생하여 그 사용이 극히 제한적이다.

금속 분리막은 주로 튜브형태로서 독일의 GKN에서 생산이 되고 있지만, 방사법이 아니고 일정틀에 금속입자를 압착하여 성형한 후 고온 및 고압에서 소결하는 방식을 택하고 있어서 생산방법상 제조단가가 매우 높고 고분자 중공사 분리막에 비해서 직경이 매우 큰 튜브 형태이므로 단위 부피당 충전밀도(packing density)가 매우 작아서 수처리 분야에 사용할 경우 경쟁력이 떨어져서 고분자 분리막으로 사용이 불가한 특수한 경우에만 사용이 되고 있다.

상기 분말소결방법에 의한 금속분리막의 제조공정의 문제점을 극복하기 위하여 한국등록특허 제10-0562043호에서는 방사법에 의한 금속중공사의 제조방법을 개시하고 있다. 방사법은 상술한 분말소결방법에 비하여 30% 이상의 생산비용을 절감할 수 있을 뿐 아니라 단위부피당 충전밀도가 높아 산업분야에서 널리 활용될 수 있다. 구체적으로 방사법은 금속 전구체 용액을 방사노즐을 통해 자유 방사를 통하여 응고시킨 후 이를 하루동안 물속에 침적하여 전구체를 제조하거나 이를 보빈에 권취하게 된다. 그러나 종래의 방사법에 의하여 금속 중공사를 제조하는 경우 이들 과정에서 금속 중공사 전구체가 휘게되어 다시 원상태로 복원되지 않는 문제가 있었다.

구체적으로, 도 1은 종래의 자유방사에 의한 금속 중공사 전구체 수집 공정의 사진이다. 종래의 방사법을 이용하여 전구체를 제조할 경우 제조된 금속 중공사 전구체 권출 과정에서 전구체의 직진성을 강제로 부여하여야 하는 공정상의 문제를 포함할 뿐만 아니라 절사의 가능성을 내재한다. 또한 수축방향을 제공하여 휨현상을 유발하였다.

도 2는 자유방사를 통하여 제조된 금속 중공사 전구체를 이용하여 제작된 금속중공사의 사진으로서 휨현상이 유발된 금속 중공사 전구체의 사진이다.

한편, 종래의 금속중공사 전구체를 이용한 방사에서는 보빈을 이용한 권취를 통하여 중공사를 수집한다. 도 3은 종래의 보빈에서 금속 중공사가 권취되는 권취부의 사시도이고, 도 4는 상기 권취부의 단면도이다. 하지만 메탈 입자가 포함된 용액을 이와 같이 보빈에 권취할 경우 휨 현상이 발생하는 문제가 있었다.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 첫번째 해결하려는 과제는 방사법에 의한 금속 중공사 여과재의 제조 시 보빈에 권취 후 발생하는 금속중공사 전구체의 휨 현상을 해결할 수 있는 금속 중공사 전구체 권취용 보빈을 제공하는 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 방사된 금속 중공사 전구체가 권취되는 보빈에 있어서, 상기 금속 중공사 전구체가 권취되는 보빈의 권취부의 길이방향의 단면이 하기 관계식 1을 만족하는 금속 중공사 전구체 권취용 보빈을 제공한다.

[관계식 1]

장축길이 > 5 × 단축길이

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 권취부는 길이방향의 단면형상이 타원형 또는 양단부가 곡면처리된 장방형일 수 있다.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 권취부의 길이방향의 단면은 연속적이거나 비연속적일 수 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 단축의 길이는 5 ~ 10㎝ 이고, 장축의 길이는 25 ~ 150㎝ 일 수 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 금속 중공사 전구체 단층 금속중공사 전구체이거나 다층 금속중공사 전구체일 수 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 금속중공사 전구체는 금속분말 100 중량부에 대하여 고분자 5 ~ 50 중량부 및 용매 34 ~ 80 중량부를 포함하는 금속 전구체 용액이 방사된 것일 수 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 금속 중공사 여과재 제조용 보빈은 금속중공사 전구체의 방사 및 응고 이후 산화공정 이전에 사용되는 것일 수 있다.

본 발명의 금속중공사 전구체 권취용 보빈은 권취부의 단면의 형상을 변형하여 권취되는 금속 중공사 전구체의 굴곡을 최소화하였다. 이를 통해 본 발명의 보빈에 권취 및 권출된 금속중공사 전구체는 휨 현상이 최소화되므로 권출 후 휘어진 부분인 양 단면을 절단하여 휘어지지 않은 금속 중공사 전구체를 제조하고 이를 산화 및 소결하여 불량품을 최소화할 수 있다.

도 1은 종래의 자유방사에 의한 전구체 수집 공정의 사진이다.
도 2는 종래의 보빈을 이용하여 제작된 금속중공사의 사진이다.
도 3은 종래의 금속중공사의 제조 시 사용되던 보빈에 포함된 권취부의 사시도이고, 도 4는 권취부의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 금속 중공사 전구체 권취용 보빈의 권취부의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 금속 중공사 전구체 권취용 보빈의 권취부의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 다른 일구현예에 따른 금속 중공사 전구체 권취용 보빈의 권취부의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 다른 일구현예에 따른 금속중공사를 권취하는 보빈의 사진이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 다른 일구현예에 따른 보빈을 이용하여 제작된 금속중공사의 사진이다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

상술한 바와 같이 종래의 도 3 및 도 4와 같은 원형단면의 권취부를 갖는 보빈에 권취할 경우 금속 중공사 전구체 권출 과정에서 전구체의 직진성을 강제로 부여하여야 하는 공정상의 문제를 포함할 뿐만 아니라 절사의 가능성을 내재한다.

또한, 소결과정에서 수축방향을 제공하여 휨현상을 유발하는 문제점을 갖는다. 금속 중공사 전구체를 권취하고 이를 권출하면 도 2와 같이 금속 중공사 전구체에 휨 현상이 발생하여 다시 원상태로 돌아오지 않게 된다. 이는 일반적인 금속선과는 달리 금속 중공사 전구체는 내부에 고분자를 다수 포함하고 있어 시간이 지날수록 연성이 낮아지기 때문이다.

이에 본 발명은 방사된 금속 중공사 전구체가 권취되는 보빈에 있어서, 상기 금속 중공사 전구체가 권취되는 보빈의 권취부의 길이방향의 단면이 하기 관계식 1을 만족하는 금속 중공사 전구체 권취용 보빈을 제공하여 상술한 문제를 해결하였다.

결국, 금속중공사 전구체 권취용 보빈은 권취부의 단면의 형상을 변형하여 권취되는 금속 중공사 전구체의 굴곡을 최소화하였다. 이를 통해 본 발명의 보빈에 권취 및 권출된 금속중공사 전구체는 휨 현상이 최소화되므로 권출 후 휘어진 부분인 양 단면을 절단하여 휘어지지 않은 금속 중공사 전구체를 제조하고 이를 산화 및 소결하여 불량품을 최소화할 수 있다.

[관계식 1]

장축길이 > 5 × 단축길이

한편, 본 발명에서는 보빈의 권취부의 길이방향의 단면을 기준으로 장축길이가 단축길이의 5배보다 큰 권취부에 권취하여 전구체의 휨 현상을 극복하였다. 한편, 한편, 장축길이가 단축길이의 5배보다 작을 경우에는 장축에 수집된 직진성을 갖는 전구체와 단축의 절단 부위간의 전체량이 유사하여 휨현상이 개선되기 어려울 뿐 아니라 경제성이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.

먼저, 통상적으로 금속중공사 전구체는 니켈 등의 금속분말과 폴리술폰계 고분자를 N-메틸-2-피롤리돈 등의 극성용매에 혼합하여 금속 전구체 용액을 제조을 제조하게 된다. 이 경우 바람직하게는 상기 금속중공사 전구체는 금속분말 100 중량부에 대하여 고분자 5 ~ 50 중량부 및 용매 34 ~ 80 중량부를 포함하는 금속 전구체 용액이 방사된 것일 수 있다.

이후 방사노즐을 통해 상기 전구체 용액을 방사하고 이를 응고시키면 금속 중공사 전구체가 제조된다. 상기 제조된 전구체를 보빈에 권취하고 하루정도 보관한 후 다시 권출하고 휘어진 부분을 절단한 후 600 ℃ 정도에서 산화 및 1200 ℃ 정도에서 소결공정을 거쳐 금속 중공사를 제조하게 되는 것이다.

본 발명의 금속 중공사 전구체 권취용 보빈은 상기 방사 및 응고된 금속중공사 전구체를 산화단계 이전에 권취하는데 사용된다.

구체적으로 도 5는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 보빈의 권취부의 사시도로서 장축길이가 단축길이보다 훨씬 길게되므로 금속중공사 전구체가 휘어지는 부분이 현저하게 줄어들게 된다. 도 6은 상기 도 5의 권취부의 길이방향의 단면으로서 장축길이(b)가 단축길이 (c) 보다 5배보다 크게된다.

도 7은 본 발명의 바람직한 다른 일구현예에 따른 권취부의 사시도로서 금속중공사 전구체가 권취되는 부분이 도 5와 같이 연속적으로 형성되는 것이 아니라 전구체가 권취되는 양 단부에 각각 지지부재가 형성되고, 중앙에 고정을 위한 고정부재가 형성된다.

도 7에서 알 수 있듯이, 금속 중공사 전구체는 양 단부에 형성된 지지부재에 각각 권취되는 것이 아니라 양 단부의 지지부재 2개를 하나의 권취부로 하여 전체적으로 권취되는 것이다. 따라서, 도 5와 같이 권취부의 길이방향의 단면이 연속적이 아닌 단속적(비연속적)인 경우에도 상기 비연속적인 지지부재들이 하나의 권취부를 형성하여 금속 중공사 전구체가 전체적으로 권취될 수 있고, 이를 연속하는 형태로 보아 양 단부의 지지부재간의 간격(장축길이)가 단축길이보다 5배 보다 크다면 본 발명의 기술적 사상에 속하게 되는 것이다.

따라서, 권취부의 길이방향의 단면형상은 타원형, 양 단부가 곡면(라운드)처리된 장방형 등 연속적 형상이거나 도 7과 같은 비연속적 형상일 수 있다.

이 경우 상기 단축의 길이는 5~10 cm이고, 장축의 길이는 단축길이 보다 5배 보다 크며, 최대 150 cm 일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.

한편 도 8은 도 7의 권취부를 채용한 금속중공사 전구체 권취용 보빈의 사진이며, 도 9는 도 8의 보빈을 통해 권취 된 전구체를 권출하고 양 단부를 절단한 금속중공사 전구체의 사진으로서 휨 현상이 거의 나타나지 않은 것을 확인할 수 있다.

한편, 본 발명에 사용되는 보빈은 권취부의 형상이 상술한 관계식을 만족하는 것을 제외하고는 통상적으로 사용되는 금속 중공사 권취용 보빈과 동일한 것은 당업자에게 자명한 것이다.

본 발명의 금속 중공사 전구체 권취용 보빈은 방사법에 의한 금속 중공사의 제조에 폭넓게 활용될 수 있다.

Claims (8)

1. 방사된 금속 중공사 전구체가 권취되는 보빈에 있어서,
   상기 금속 중공사 전구체가 권취되는 보빈의 권취부의 길이방향의 단면이 하기 관계식 1을 만족하며,
   상기 금속 중공사 전구체는 단층 금속 중공사 전구체 또는 다층 금속 중공사 전구체인 것을 특징으로 하는 금속 중공사 전구체 권취용 보빈.
   [관계식 1]
   장축길이 > 5 × 단축길이
2. 제1항에 있어서,
   상기 권취부는 길이방향의 단면형상이 타원형 또는 양단부가 곡면처리된 장방형인 것을 특징으로 하는 금속 중공사 전구체 권취용 보빈.
3. 제1항에 있어서,
   상기 권취부의 길이방향의 단면은 연속적이거나 비연속적인 것을 특징으로 하는 금속 중공사 전구체 권취용 보빈.
4. 제1항에 있어서,
   상기 단축의 길이는 5 ~ 10 cm 이고,
   상기 장축의 길이는 상기 관계식 1을 만족하며, 150 cm 이하인 것을 특징으로 하는 금속 중공사 전구체 권취용 보빈.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 금속중공사 전구체는 금속분말 100 중량부에 대하여 고분자 5 ~ 50 중량부 및 용매 34 ~ 80 중량부를 포함하는 금속 전구체 용액이 방사된 것을 특징으로 하는 금속 중공사 전구체 권취용 보빈.
7. 제1항에 있어서,
   금속 중공사 여과재 제조시 금속중공사 전구체의 방사 및 응고 이후 산화공정 이전에 사용되는 것을 특징으로 하는 금속 중공사 전구체 권취용 보빈.
8. 제1항 내지 제4항 및 제6항 내지 제7항 중에서 선택된 어느 한 항의 금속 중공사 권취용 보빈을 이용하에 제조된 금속 중공사 여과재.

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