KR101665189B1 - Polysulfone-based Hollow Fiber Membrane Having Excellent Chemical Resistance and Preparation Method Thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내화학성이 우수한 폴리설폰계 중공사막 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 중공사막 제조 시 기공형성제의 분자량 및 폴리설폰계 매트릭스 수지의 분자량 및 함량과 함께, 방사용액에 함유된 비용매의 함량을 최적화함으로써, 기계적 강도 및 수투과도가 뛰어날 뿐만 아니라, 내화학성이 우수한 폴리설폰계 중공사막을 제공할 수 있다.The present invention relates to a polysulfone-based hollow fiber membrane excellent in chemical resistance and a method for producing the same. In addition to the molecular weight of the pore-forming agent and the molecular weight and content of the polysulfone-based matrix resin, By optimizing the content, it is possible to provide a polysulfone-based hollow fiber membrane excellent in mechanical strength and water permeability as well as excellent in chemical resistance.

Description

내화학성이 우수한 폴리설폰계 중공사막 및 이의 제조방법{Polysulfone-based Hollow Fiber Membrane Having Excellent Chemical Resistance and Preparation Method Thereof}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a polysulfone-based hollow fiber membrane excellent in chemical resistance and a method for producing the same.

본 발명은 내화학성이 우수한 폴리설폰계 중공사막 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a polysulfone-based hollow fiber membrane excellent in chemical resistance and a method for producing the same.

분리막은 서로 다른 두 물질 사이에 존재하는 선택능력을 가진 장애물로서 어떤 물질을 선택적으로 통과시키거나 배제하는 역할을 하는 소재를 말한다. 분리막 소재로는 기본적으로 다양한 고분자가 사용될 수 있으나, 실제적으로는 요구되는 물리 화학적 특성으로 인해 상당히 제한적이다. 따라서, 제조공정, 막 오염 경향, 화학적 내구성과 열적 안정성 등의 용도에 따라 요구되는 물성을 고려하여 막 소재 선택이 이루어지고 있다.
Membrane is an obstacle with selective ability existing between two different materials, and is a material that selectively passes or excludes a substance. Basically various polymers can be used as membrane materials, but they are practically limited due to the required physicochemical properties. Accordingly, the film material is selected in consideration of the physical properties required depending on the application such as the manufacturing process, film fouling tendency, chemical durability and thermal stability.

이러한 분리막 기술은 수처리 공정에 적용될 수 있는데, 수처리 공정에 적용되는 분리막들은 수처리 능력에 영향을 주는 특성으로 사용 수명을 연장하기 위한 기계적 강도, 내화학성; 처리비용과 관련이 있는 수투과도 등의 다양한 물성이 요구된다. 따라서, 최근 기계적 강도가 우수하고, 내화학성이 우수한 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF)와 같은 불소계 고분자 소재를 분리막 소재로 이용한 수처리 방식이 각광받고 있으며, 이에 따라 다양한 PVDF계 중공사막이 개발되고 있다. 그 예로서, 특허문헌 1은 PVDF, 유기용매 및 무기 미분체를 이용하여 압출시킨 중공사막 표면에 친수화 처리시킨 대칭구조의 PVDF계 중공사막을 개시하고 있으며, 특허문헌 2는 셀룰로오스아세테이트 계열의 친수성 고분자가 함유된 PVDF 조액과 친수성 고분자가 미함유된 PVDF 조액을 중 노즐을 통해 방사하여 제조한 PVDF 중공사막을 개시하고 있다.These membrane technologies can be applied to water treatment processes. Membranes used in water treatment process are properties that affect the water treatment ability, and they have mechanical strength and chemical resistance to extend service life; Various water properties such as water permeability associated with the treatment cost are required. Recently, a water treatment method using a fluorine-based polymer material such as polyvinylidene fluoride (PVDF), which has excellent mechanical strength and excellent chemical resistance, has been attracting attention, and accordingly, various PVDF hollow fiber membranes have been developed . As an example thereof, Patent Document 1 discloses a PVDF hollow fiber membrane having a symmetrical structure obtained by hydrophilizing the surface of a hollow fiber membrane extruded using PVDF, an organic solvent and an inorganic fine powder, and Patent Document 2 discloses a cellulose acetate- Discloses a PVDF hollow fiber membrane prepared by spinning a PVDF tank liquid containing a polymer and a PVDF tank liquid containing no hydrophilic polymer through a middle nozzle.

그러나, 상기 기술들에 사용되는 PVDF와 같은 고분자 소재는 소수성 특성으로 인하여 수투과도가 현저히 낮고, TIPS공법으로 제조하므로, 제조공정이 까다로우며, 제조비용이 높은 문제가 있다.However, the polymer material such as PVDF used in the above techniques has a low water permeability due to its hydrophobic property and is manufactured by the TIPS method, so that the manufacturing process is complicated and the manufacturing cost is high.

이에, 본 발명자들은 불소계 수지에 비해 비교적 친수성이 양호한 폴리설폰계 고분자를 이용한 중공사막의 구조를 특정화하는 경우, 중공사막이 고수투과 성능을 나타냄과 동시에, 종래 폴리설폰계 중공사의 단점인 기계적 강도와 내화학성이 향상됨을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.
The present inventors have found that when the structure of a hollow fiber membrane using a polysulfone-based polymer having a relatively good hydrophilicity is better than that of a fluorine-based resin, the hollow fiber membrane exhibits high water permeability and at the same time, It was confirmed that the chemical resistance was improved, and the present invention was completed.

국제공개특허 제2002/070115호International Patent Publication No. 2002/070115 국제공개특허 제2008/001426호WO 2008/001426

본 발명은 기계적 강도 및 수투과도가 뛰어날 뿐만 아니라 내화학성이 우수한 폴리설폰계 중공사막 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
The present invention provides a polysulfone-based hollow fiber membrane excellent in mechanical strength and water permeability as well as excellent chemical resistance and a method for producing the same.

본 발명의 하나의 실시예에 따른 폴리설폰계 중공사막은,In the polysulfone-based hollow fiber membrane according to one embodiment of the present invention,

외부 표면층과 내부 표면층을 갖는 중공 구조이며,A hollow structure having an outer surface layer and an inner surface layer,

외부 표면층 및 내부 표면층에 형성된 기공의 평균 직경에 대한 비율이 하기 일반식 1을 만족하고,The ratio of the average diameter of the pores formed in the outer surface layer and the inner surface layer satisfies the following general formula (1)

내화학성에 관한 하기 일반식 2를 만족하는 것을 특징으로 한다.And satisfies the following general formula (2) concerning chemical resistance.

[일반식 1][Formula 1]

0.1 < Do/Di < 0.90.1 < Do / Di < 0.9

[일반식 2][Formula 2]

L* ≥ 80L *? 80

상기 식에서,In this formula,

Do는 외부 표면층에 형성된 기공의 평균 직경을 나타내고,Do represents the average diameter of the pores formed in the outer surface layer,

Di는 내부 표면층에 형성된 기공의 평균 직경을 나타내며,Di represents an average diameter of pores formed in the inner surface layer,

L*은 중공사막을 KS K 3103 조건 하에서, 5만 ppm 농도의 NaOH 수용액에 침지 2일이 경과된 시점에서의 평균 색좌표 중 명도를 나타낸다.
L * represents the average color coordinate of the hollow fiber membrane at the point of 2 days after immersion in a 50,000 ppm NaOH aqueous solution under KS K 3103 condition.

본 발명의 하나의 실시예에 따른 중공사막의 제조방법은,A method of manufacturing a hollow fiber membrane according to an embodiment of the present invention includes:

폴리설폰계 매트릭스 수지를 포함하는 방사원액, 및 내부 응고액을 노즐을 통하여 방사하는 단계를 포함하고,A spinning stock solution containing a polysulfone-based matrix resin, and an inner coagulating solution through a nozzle,

상기 방사원액은, 방사원액 100 중량부에 대하여 폴리설폰계 매트릭스 수지 18 내지 35 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
The spinning stock solution is characterized by containing 18 to 35 parts by weight of a polysulfone-based matrix resin per 100 parts by weight of the spinning solution.

본 발명은, 중공사막 제조 시 기공형성제의 분자량 및 폴리설폰계 매트릭스 수지의 분자량 및 함량과 함께, 방사용액에 함유된 비용매의 함량을 최적화함으로써, 기계적 강도 및 수투과도가 뛰어날 뿐만 아니라, 내화학성이 우수한 폴리설폰계 중공사막을 제공할 수 있다.
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is not only superior in mechanical strength and water permeability, but also excellent in mechanical strength and water permeability by optimizing the molecular weight of the pore-forming agent and the molecular weight and content of the polysulfone-based matrix resin, A polysulfone-based hollow fiber membrane excellent in chemical properties can be provided.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 방사설비를 모식적으로 나타낸 개략도이다.
도 2 내지 4는 각각 실시예 또는 비교예에 따른 폴리설폰계 중공사막의 단면을 전자현미경(SEM)으로 관찰한 결과를 나타낸 이미지들이다.
도 5는 KS K 3103 조건 하에서 내화학성 평가 시, 실시예 또는 비교예에서 제조된 중공사막의 변색 정도를 촬영한 이미지이다: 이때, A는 침지 2일이 경과된 실시예 1의 중공사막이고, B 및 C는 각각 침지 2일 및 60일 경과된 비교예 5의 중공사막이다.
도 6은 KS K 3103 조건 하에서 5만 ppm 농도의 NaOCl 수용액에 침지 시, 경과 시간에 따른 실시예 1에서 제조된 중공사막의 단면을 전자현미경(SEM)으로 관찰한 결과를 나타낸 이미지이다.
도 7은 KS K 3103 조건 하에서 10만 ppm 농도의 NaOH 수용액에 침지 시, 경과 시간에 따른 실시예 1에서 제조된 중공사막의 단면을 전자현미경(SEM)으로 관찰한 결과를 나타낸 이미지이다.
도 8은 KS K 3103 조건 하에서 5만 ppm 농도의 NaOCl 수용액에 침지 시, 경과 시간에 따른 비교예 5에서 제조된 중공사막의 단면을 전자현미경(SEM)으로 관찰한 결과를 나타낸 이미지이다.
도 9는 KS K 3103 조건 하에서 10만 ppm 농도의 NaOH 수용액에 침지 시, 경과 시간에 따른 비교예 5에서 제조된 중공사막의 단면을 전자현미경(SEM)으로 관찰한 결과를 나타낸 이미지이다.
도 10은 KS K 3103 조건 하에서 내화학성 평가 시, 실시예 또는 비교예에서 제조된 중공사막의 경과 시간에 따른 기계적 강도 변화율을 도시한 그래프이다: 이때, A는 5만 ppm 농도의 NaOCl 수용액에 침지한 결과이고, B는 10만 ppm 농도의 NaOH 수용액에 침지한 결과이다.
도 11은 KS K 3103 조건 하에서 내화학성 평가 시, 실시예 또는 비교예에서 제조된 중공사막의 경과 시간에 따른 유량 변화율을 도시한 그래프이다: 이때, A는 5만 ppm 농도의 NaOCl 수용액에 침지한 결과이고, B는 10만 ppm 농도의 NaOH 수용액에 침지한 결과이다.
1 is a schematic view schematically showing a radiation facility according to one embodiment of the present invention.
Figs. 2 to 4 are images showing the results of observing the cross section of the polysulfone-based hollow fiber membrane according to the embodiment or the comparative example by an electron microscope (SEM).
FIG. 5 is an image of the degree of discoloration of the hollow fiber membrane produced in Examples or Comparative Examples at the time of evaluating the chemical resistance under the conditions of KS K 3103. Here, A is the hollow fiber membrane of Example 1, B and C are the hollow fiber membranes of Comparative Example 5, which have been dipped 2 days and 60 days, respectively.
6 is an image showing the result of observation of the cross-section of the hollow fiber membrane produced in Example 1 by an electron microscope (SEM) according to elapsed time when immersed in an aqueous solution of NaOCl at a concentration of 50,000 ppm under KS K 3103.
7 is an image showing the result of observation of the cross-section of the hollow fiber membrane produced in Example 1 by an electron microscope (SEM) according to elapsed time when immersed in an aqueous solution of NaOH at a concentration of 100,000 ppm under KS K 3103.
8 is an image showing the result of SEM observation of the cross-section of the hollow fiber membrane produced in Comparative Example 5 according to elapsed time when immersed in a NaOCl aqueous solution at a concentration of 50,000 ppm under KS K 3103 conditions.
9 is an image showing the result of observation of the cross-section of the hollow fiber membrane produced in Comparative Example 5 by an electron microscope (SEM) according to elapsed time when immersed in an aqueous solution of NaOH at a concentration of 100,000 ppm under KS K 3103.
10 is a graph showing the mechanical strength change rates of the hollow fiber membranes prepared in Examples or Comparative Examples with respect to the elapsed time under the conditions of KS K 3103 under the conditions of KS K 3103: At this time, A was immersed in a NaOCl aqueous solution having a concentration of 50,000 ppm And B is the result of immersing in an aqueous solution of NaOH at a concentration of 100,000 ppm.
11 is a graph showing the rate of change in flow rate of the hollow fiber membrane produced in Examples or Comparative Examples with respect to the elapsed time under the KS K 3103 condition. In this case, A was immersed in a NaOCl aqueous solution having a concentration of 50,000 ppm And B is the result of immersing in an aqueous solution of NaOH at a concentration of 100,000 ppm.

본 발명에서 "강도"란, 절단점에서의 하중을 초기 단위 면적으로 나눈 값을 의미하며, "수투과도"란, 단위 면적에 일정 압력을 가하여 통과된 초순수의 양을 측정한 값을 의미한다.In the present invention, "strength" means a value obtained by dividing a load at a breaking point by an initial unit area, and "water permeability" means a value obtained by measuring the amount of ultrapure water passed through a certain pressure on a unit area.

또한, 본 발명에서 "신도"란, 섬유를 인장시켜 원래 길이 대비 끊어지는 시점에서 늘어난 길이의 비율을 백분율로 나타낸 것으로, 아래 식을 통해 산출 가능하다.In the present invention, the term " elongation "refers to the percentage of the elongated length at the time when the fiber is pulled to the original length by pulling it, as a percentage, and can be calculated by the following equation.

신도(%) = {늘어난 길이(cm)/ 원래 길이(cm)} × 100Elongation (%) = {Elongated length (cm) / Original length (cm)} × 100

나아가, 본 발명에서 "비대칭 구조"란, 중공사의 내부 표면층의 임의의 지점과 그에 대응되는 외부 표면층의 지점 사이의 중간점을 기준으로, 외부 표면층 방향과 내부 표면층 방향으로 각각 형성된 기공들의 평균 사이즈 변화값이 상이한 것을 의미한다.The term "asymmetric structure" in the present invention means an average size variation of pores formed in the direction of the outer surface layer and the inner surface layer, respectively, with reference to a midpoint between an arbitrary point of the inner surface layer of the hollow fiber and the corresponding point of the outer surface layer Which means that the values are different.

이와 더불어, 본 발명에서 "중량부"란, 각 성분 간의 중량 비율을 의미한다.
In addition, in the present invention, "weight portion" means a weight ratio between the components.

본 발명은 내화학성이 우수한 폴리설폰계 중공사막을 제공한다.The present invention provides a polysulfone-based hollow fiber membrane excellent in chemical resistance.

하나의 예로서, 상기 폴리설폰계 중공사막은,As one example, the polysulfone-

외부 표면층과 내부 표면층을 갖는 중공 구조이며,A hollow structure having an outer surface layer and an inner surface layer,

외부 표면층 및 내부 표면층에 형성된 기공의 평균 직경에 대한 비율이 하기 일반식 1을 만족하고,The ratio of the average diameter of the pores formed in the outer surface layer and the inner surface layer satisfies the following general formula (1)

내화학성에 관한 하기 일반식 2를 만족한다:Satisfies the following general formula 2 on chemical resistance:

[일반식 1][Formula 1]

0.1 < Do/Di < 0.90.1 < Do / Di < 0.9

[일반식 2][Formula 2]

L* ≥ 80L *? 80

상기 식에서,In this formula,

Do는 외부 표면층에 형성된 기공의 평균 직경을 나타내고,Do represents the average diameter of the pores formed in the outer surface layer,

Di는 내부 표면층에 형성된 기공의 평균 직경을 나타내며,Di represents an average diameter of pores formed in the inner surface layer,

L*은 중공사막을 KS K 3103 조건 하에서, 25±2℃, 5만 ppm 농도의 NaOH 수용액에 침지 2일이 경과된 시점에서의 평균 색좌표 중 명도를 나타낸다.L * represents the average color coordinate of the hollow fiber membrane at the point of 2 days after immersing the hollow fiber membrane in an aqueous solution of NaOH at a concentration of 50 ± 2 ppm at 25 ± 2 ° C under the condition of KS K 3103.

본 발명에 따른 폴리설폰계 중공사막은, 중공환 형상을 갖는 중공 구조의 필터로서 기공이 형성되어 있는 외부 표면층과 내부 표면층을 갖는다. 여기서, 상기 외부 표면층과 내부 표면층에 형성된 기공의 크기는 서로 상이할 수 있다. 구체적으로, 외부 표면층에서 내부 표면층으로 갈수록 기공 사이즈가 증가되는 비대칭 구조를 가질 수 있으며, 이러한 기공의 비대칭 구조를 가짐으로써, 높은 기계적 강도와 우수한 수투과도를 동시에 구현할 수 있다. 이때, 상기 외·내부 표면층에 형성된 기공의 평균 직경에 대한 비율은 상기 일반식 1을 만족할 수 있다.The polysulfone-based hollow fiber membrane according to the present invention is a hollow filter having a hollow ring shape, and has an outer surface layer and an inner surface layer on which pores are formed. Here, the sizes of pores formed in the outer surface layer and the inner surface layer may be different from each other. Specifically, it can have an asymmetric structure in which the pore size increases from the outer surface layer to the inner surface layer. By having such an asymmetric structure of the pores, high mechanical strength and excellent water permeability can be simultaneously realized. At this time, the ratio of the pores formed in the outer and inner surface layers to the average diameter may satisfy the formula (1).

일실시예에서, 본 발명에 따른 폴리설폰계 중공사막의 외부 표면층 및 내부 표면층에 형성된 기공의 크기를 측정하였다. 그 결과, 상기 폴리설폰계 중공사막의 크기는, 3만 배율 전자현미경(SEM)으로 측정 시, 외부 표면층에 형성된 기공의 평균 직경이 0.15 내지 0.2 μm인 것으로 확인되었으며, 외부 표면층 및 내부 표면층에 형성된 기공의 평균 직경에 대한 비율이 상기 일반식 1을 만족하는 것으로 나타났다. 이러한 결과로부터, 상기 폴리설폰계 중공사막은 비대칭 구조의 기공을 외부 표면층 및 내부 표면층에 포함함으로써, 중공사막의 기계적 강도 및 수투과도를 동시에 향상시키는 것을 알 수 있다(실험예 1 참조).In one embodiment, the sizes of the pores formed in the outer surface layer and the inner surface layer of the polysulfone-based hollow fiber membrane according to the present invention were measured. As a result, it was confirmed that the size of the polysulfone-based hollow fiber membrane was 0.15 to 0.2 μm in the average diameter of the pores formed in the outer surface layer when measured by a 30,000 magnification electron microscope (SEM), and the outer surface layer and the inner surface layer The ratio of the pore diameter to the average diameter satisfied the above general formula (1). From these results, it can be seen that the polysulfone-based hollow fiber membrane improved the mechanical strength and water permeability of the hollow fiber membrane simultaneously by including asymmetric pores in the outer surface layer and the inner surface layer (see Experimental Example 1).

또한, 상기 폴리설폰계 중공사막은, 내화학성이 우수하여 일반식 1을 만족함과 동시에 내화학성에 관한 일반식 2를 만족할 수 있다. 구체적으로, 상기 중공사막은 일반식 2의 조건을 80 이상; 85 이상; 90 이상; 91 이상; 92 이상; 93 이상; 94 이상; 또는 95 이상으로 만족시킬 수 있다.The polysulfone-based hollow fiber membrane is excellent in chemical resistance and satisfies the general formula (1) and the chemical formula (2). Specifically, the hollow fiber membrane preferably satisfies the condition of the general formula 2 at 80 or more; 85 or more; over 90; 91 or more; 92 or higher; 93 or more; 94 or higher; Or 95 or more.

일실시예에서, 본 발명에 따른 폴리설폰계 중공사막에 대하여 KS K 3103 조건의 화학처리에 따른 중공사막의 색차 황변도(color difference yellowness index)를 평가하였다. 그 결과, 상기 폴리설폰계 중공사막은 화학처리 이후에도 황색과 청색의 비율을 나타내는 b*가 낮은 값을 나타낼 뿐만 아니라, 80 이상의 높은 명도(L*)를 갖는 것으로 확인되었다. 이러한 결과로부터, 본 발명에 따른 폴리설폰계 중공사막은 내화학성이 우수하여 상기 일반식 2를 만족시키는 것을 알 수 있다(실험예 2 참조).
In one embodiment, the color difference yellowness index of the hollow fiber membrane according to the chemical treatment of KS K 3103 condition was evaluated for the polysulfone hollow fiber membrane according to the present invention. As a result, it was confirmed that the polysulfone-based hollow fiber membrane showed a low b * value indicating the ratio of yellow to blue after the chemical treatment and a high brightness (L *) of 80 or more. From these results, it can be seen that the polysulfone-based hollow fiber membrane according to the present invention has excellent chemical resistance and satisfies the formula 2 (see Experimental Example 2).

다른 하나의 예로서, 상기 폴리설폰계 중공사막은, 내화학성에 관한 하기 일반식 3을 만족한다:As another example, the polysulfone-based hollow fiber membrane satisfies the following general formula 3 regarding chemical resistance:

[일반식 3][Formula 3]

|(Sr1-Sr2)/Sr1 X 100| ≤ 3| (S r1 -S r2 ) / S r1 X 100 | ≤ 3

상기 식에서,In this formula,

Sr1은 중공사막을 25±2℃, 5만 ppm 농도의 NaOCl 수용액에 침지하기 전의 신도를 나타내고,S r1 represents elongation before immersing the hollow fiber membrane in an aqueous solution of NaOCl at a concentration of 50,000 ppm at 25 ± 2 ° C,

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Sr2는 중공사막을 KS K 3103 조건 하에서, 25±2℃, 5만 ppm 농도의 NaOCl 수용액에 침지 60일이 경과된 시점에서의 신도를 나타낸다.S r2 represents the elongation at 60 days after immersion of the hollow fiber membrane in aqueous solution of NaOCl at a concentration of 50 ± 2 ppm at 25 ± 2 ° C under the conditions of KS K 3103.

일실시예에서, 본 발명에 따른 폴리설폰계 중공사막에 대하여 KS K 3103 조건의 화학처리에 따른 내·외부 표면층에 형성된 기공의 형태 및 신도 변화 정도를 평가하였다. 그 결과, 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 상기 폴리설폰계 중공사막은 NaOH 용액 또는 NaOCl 용액에 침지 전·후, 중공사막의 내·외부 표면층에 형성된 기공의 크기 및 형태가 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 화학처리 이후 중공사막의 신도는 화학처리 이전의 신도를 기준으로 1% 이하의 감소율을 가져 상기 일반식 3을 만족시키는 것으로 나타났다. 이러한 결과로부터, 본 발명에 따른 폴리설폰계 중공사막은 내화학성이 향상되어 내·외부 표면층에 형성된 기공의 화학처리로 인한 크기 및 형태 변형이 억제되는 것을 알 수 있으며, 이에 따라 화학처리 이후에도 중공사막의 내구성 저하가 방지되는 것을 알 수 있다 (실험예 3 참조).
In one embodiment, the polysulfone-based hollow fiber membrane according to the present invention was evaluated for the degree of pore formation and degree of elongation formed on the inner and outer surface layers by chemical treatment under the conditions of KS K 3103. As a result, as shown in FIG. 6 and FIG. 7, the polysulfone-based hollow fiber membrane was maintained in a state where the size and shape of the pores formed on the inner and outer surface layers of the hollow fiber membrane were kept constant before and after immersion in NaOH solution or NaOCl solution . In addition, the elongation of the hollow fiber membrane after the chemical treatment was found to satisfy the above-mentioned general formula 3 with a reduction rate of 1% or less based on the elongation before the chemical treatment. From these results, it can be seen that the polysulfone-based hollow fiber membrane according to the present invention has improved chemical resistance, so that the size and shape deformation due to the chemical treatment of the pores formed on the inner and outer surface layers are suppressed, (See Experimental Example 3). &Lt; tb &gt;&lt; TABLE &gt;

또 다른 하나의 예로서, 상기 폴리설폰계 중공사막은 내화학성에 대한 하기 일반식 4를 만족할 수 있다:As another example, the polysulfone-based hollow fiber membrane may satisfy the following chemical formula 4 for chemical resistance:

[일반식 4][Formula 4]

(St1-St2)/St1 X 100 ≤ 10(S t1 -S t2 ) / S t1 X 100? 10

상기 식에서,In this formula,

St1은 중공사막을 25±2℃, 10만 ppm 농도의 NaOH 수용액에 침지하기 전의 강도를 나타내고,S t1 represents the strength of the hollow fiber membrane before immersing it in an aqueous solution of NaOH at a concentration of 25 ± 2 ° C and 100,000 ppm,

St2는 중공사막을 KS K 3103 조건 하에서, 25±2℃, 10만 ppm 농도의 NaOH 수용액에 침지 60일이 경과된 시점에서의 강도를 나타낸다.S t2 represents the strength of the hollow fiber membrane after 60 days of immersion in an aqueous solution of NaOH at a concentration of 25 ± 2 ° C and 100,000 ppm under the conditions of KS K 3103.

일실시예에서, 본 발명에 따른 폴리설폰계 중공사막에 대하여 KS K 3103 조건의 화학처리에 따른 내·외부 표면층에 형성된 기공의 형태 및 기계적 강도 변화 정도를 평가하였다. 그 결과, 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 상기 폴리설폰계 중공사막은 NaOH 용액 또는 NaOCl 용액 처리 전·후, 중공사막의 내·외부 표면층에 형성된 기공의 크기 및 형태가 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 화학처리 이후 중공사막의 기계적 강도는 화학처리 이전의 기계적 강도를 기준으로 4 내지 8%의 감소율을 가져 상기 일반식 4를 만족시키는 것으로 나타났다. 이러한 결과로부터, 본 발명에 따른 폴리설폰계 중공사막은 내화학성이 향상되어 내·외부 표면층에 형성된 기공의 화학처리로 인한 크기 및 형태 변형이 억제되는 것을 알 수 있으며, 이에 따라 화학처리 이후에도 중공사막의 내구성 저하가 방지되는 것을 알 수 있다(실험예 3 참조).In one embodiment, the polysulfone hollow fiber membrane according to the present invention was evaluated for the degree of change in the shape and mechanical strength of the pores formed on the inner and outer surface layers according to the chemical treatment of KS K 3103 conditions. As a result, as shown in FIG. 6 and FIG. 7, the polysulfone-based hollow fiber membrane was found to have a constant size and shape of pores formed in the inner and outer surface layers of the hollow fiber membrane before and after treatment with NaOH solution or NaOCl solution I could confirm. Further, the mechanical strength of the hollow fiber membrane after the chemical treatment was found to satisfy the above-mentioned formula 4 because it had a reduction rate of 4 to 8% based on the mechanical strength before the chemical treatment. From these results, it can be seen that the polysulfone-based hollow fiber membrane according to the present invention has improved chemical resistance, so that the size and shape deformation due to the chemical treatment of the pores formed on the inner and outer surface layers are suppressed, (See Experimental Example 3). &Lt; tb &gt; &lt; TABLE &gt;

이때, 상기 폴리설폰계 중공사막의 강도는 6.5 Mpa 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 강도는 6.5 Mpa 이상, 7 Mpa 이상, 7 내지 20 Mpa, 또는 7 내지 9 Mpa 범위를 나타낼 수 있다.
At this time, the strength of the polysulfone-based hollow fiber membrane may be 6.5 Mpa or more. Specifically, the strength may be in the range of 6.5 Mpa or more, 7 Mpa or more, 7 to 20 Mpa, or 7 to 9 Mpa.

다른 하나의 예로서, 상기 폴리설폰계 중공사막은 내화학성에 대한 하기 일반식 5를 만족할 수 있다:As another example, the polysulfone-based hollow fiber membrane may satisfy the following chemical formula 5 for chemical resistance:

[일반식 5][Formula 5]

(F1-F2)/F1 X 100 ≤ 15(F 1 -F 2 ) / F 1 X 100 ≤ 15

상기 식에서,In this formula,

F1은 중공사막을 25±2℃, 10만 ppm 농도의 NaOH 수용액에 침지하기 전의 유량을 나타내고,F 1 represents the flow rate before immersing the hollow fiber membrane in an aqueous solution of NaOH at a concentration of 100,000 ppm at 25 ± 2 ° C,

F2는 중공사막을 KS K 3103 조건 하에서, 25±2℃, 10만 ppm 농도의 NaOH 수용액에 침지 60일이 경과된 시점에서의 유량을 나타낸다.F 2 represents the flow rate at 60 days after immersion of the hollow fiber membrane in an aqueous solution of NaOH at a concentration of 25 ± 2 ° C and 100,000 ppm under the conditions of KS K 3103.

일실시예에서, 본 발명에 따른 폴리설폰계 중공사막에 대하여 KS K 3103 조건의 화학처리에 따른 내·외부 표면층에 형성된 기공의 형태 및 유량 변화 정도를 평가하였다. 그 결과, 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 상기 폴리설폰계 중공사막은 NaOH 용액 또는 NaOCl 용액 처리 전·후, 중공사막의 내·외부 표면층에 형성된 기공의 크기 및 형태가 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 화학처리 이후 중공사막의 유량은 화학처리 이전의 유량을 기준으로 7 내지 10%의 감소율을 가져 상기 일반식 5를 만족시키는 것으로 나타났다. 이러한 결과로부터, 본 발명에 따른 폴리설폰계 중공사막은 내화학성이 향상되어 내·외부 표면층에 형성된 기공의 화학처리로 인한 크기 및 형태 변형이 억제되는 것을 알 수 있으며, 이에 따라 화학처리 이후에도 중공사막의 수투과도 저하가 방지되는 것을 알 수 있다(실험예 3 참조).In one embodiment, the polysulfone-based hollow fiber membrane according to the present invention was evaluated for the degree of pore shape and flow rate change in the inner and outer surface layers according to the chemical treatment of KS K 3103 condition. As a result, as shown in FIG. 6 and FIG. 7, the polysulfone-based hollow fiber membrane was found to have a constant size and shape of pores formed in the inner and outer surface layers of the hollow fiber membrane before and after treatment with NaOH solution or NaOCl solution I could confirm. In addition, the flow rate of the hollow fiber membrane after the chemical treatment has a reduction rate of 7 to 10% based on the flow rate prior to the chemical treatment, so that it satisfies the general formula (5). From these results, it can be seen that the polysulfone-based hollow fiber membrane according to the present invention has improved chemical resistance, so that the size and shape deformation due to the chemical treatment of the pores formed on the inner and outer surface layers are suppressed, (See Experimental Example 3). &Lt; tb &gt; &lt; TABLE &gt;

이때, 상기 폴리설폰계 중공사막은, 초순수에 대한 수투과도가 1000 내지 5000 LMH일 수 있다. 구체적으로, 상기 수투과도는 1500 내지 2500 LMH; 950 내지 3500 LMH; 950 내지 4000 LMH; 1000 내지 3500 LMH; 1500 내지 4000 LMH; 2500 내지 4000 LMH; 950 내지 2500 LMH; 2500 내지 4000 LMH; 1750 내지 4750 LMH; 3500 내지 4750 LMH; 또는 2500 내지 4500 LMH일 수 있다.
At this time, the polysulfone-based hollow fiber membrane may have a water permeability of 1000 to 5000 LMH for ultrapure water. Specifically, the water permeability is 1500 to 2500 LMH; 950 to 3500 LMH; 950 to 4000 LMH; 1000 to 3500 LMH; 1500 to 4000 LMH; 2500 to 4000 LMH; 950 to 2500 LMH; 2500 to 4000 LMH; 1750 to 4750 LMH; 3500 to 4750 LMH; Or 2500 to 4500 LMH.

나아가, 본 발명에 따른 상기 폴리설폰계 중공사막은 폴리설폰계 수지를 포함하며, 상기 폴리설폰계 수지는 중공사막을 형성할 수 있는 경우라면 특별히 제한되지 않는다. 하나의 예로서, 상기 폴리설폰계 매트릭스 수지로는 폴리설폰(polysulfone), 폴리이서설폰(polyethersulfone) 또는 이들의 혼합물을 기초수지로 사용할 수 있다.
Further, the polysulfone-based hollow fiber membrane according to the present invention includes a polysulfone resin, and the polysulfone resin is not particularly limited as long as it can form a hollow fiber membrane. As one example, the polysulfone-based matrix resin may be polysulfone, polyethersulfone, or a mixture thereof as a base resin.

본 발명에 따른 폴리설폰계 중공사막은 기계적 강도 및 수투과도가 뛰어날 뿐만 아니라 내화학성이 우수하므로, 정밀 여과용, 한외 여과용 또는 나노 여과용 수처리에 적합하게 활용 가능하며, 정수, 중수 및 하수 등의 산업용 수처리, 가정용 수처리 등의 분야에서 용이하게 사용할 수 있다.
The polysulfone-based hollow fiber membrane according to the present invention is excellent in mechanical strength and water permeability, and is excellent in chemical resistance. Therefore, it can be suitably used for microfiltration, ultrafiltration or nanofiltration water treatment, and can be used for water purification, Industrial water treatment, domestic water treatment, and the like.

또한, 본 발명은 앞서 설명한 폴리설폰계 중공사막을 제조하는 방법을 제공한다.The present invention also provides a method for producing the polysulfone-based hollow fiber membrane as described above.

하나의 예로서, 본 발명에 따른 폴리설폰계 중공사막의 제조방법은, 폴리설폰계 매트릭스 수지를 포함하는 방사원액, 및 내부 응고액을 노즐을 통하여 방사하는 단계를 포함하고, 상기 방사원액은, 방사원액 100 중량부에 대하여 폴리설폰계 매트릭스 수지 18 내지 35 중량부를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 방사원액은 폴리설폰계 매트릭스 수지를 18 내지 35 중량부; 18 내지 28 중량부; 25 내지 35 중량부; 28 내지 32 중량부; 19 내지 25 중량부; 20 내지 27 중량부; 또는 19 내지 22 중량부를 포함할 수 있다.As one example, a method for producing a polysulfone-based hollow fiber membrane according to the present invention comprises spinning a spinning stock solution containing a polysulfone-based matrix resin and an inner coagulation solution through a nozzle, And 18 to 35 parts by weight of a polysulfone-based matrix resin per 100 parts by weight of the spinning solution. Specifically, the spinning stock solution contains 18 to 35 parts by weight of a polysulfone-based matrix resin; 18 to 28 parts by weight; 25 to 35 parts by weight; 28 to 32 parts by weight; 19 to 25 parts by weight; 20 to 27 parts by weight; Or 19 to 22 parts by weight.

본 발명에 따른 폴리설폰계 중공사막의 제조방법은, 방사원액에 매트릭스 수지로서 상기 함량의 폴리설폰계 수지를 포함함으로써, 외부 표면층과 내부 표면층에 형성된 기공의 평균 직경에 대한 비율이 하기 일반식 1을 만족하는 중공 구조를 갖는 중공사막을 제조할 수 있으며, 이에 따라 중공사막의 내화학성이 향상되어 이에 관한 하기 일반식 2를 만족할 수 있다:The method for producing a polysulfone-based hollow fiber membrane according to the present invention is characterized in that the content of the polysulfone resin as the matrix resin in the spinning stock solution is such that the ratio of the pores formed in the outer surface layer and the inner surface layer, The hollow fiber membrane having the hollow structure satisfying the following formula 2 can be prepared, thereby improving the chemical resistance of the hollow fiber membrane and satisfying the following general formula 2:

[일반식 1][Formula 1]

0.1 < Do/Di < 0.90.1 < Do / Di < 0.9

[일반식 2][Formula 2]

L* ≥ 80L *? 80

상기 식에서,In this formula,

Do는 외부 표면층에 형성된 기공의 평균 직경을 나타내고,Do represents the average diameter of the pores formed in the outer surface layer,

Di는 내부 표면층에 형성된 기공의 평균 직경을 나타내며,Di represents an average diameter of pores formed in the inner surface layer,

L*은 중공사막을 KS K 3103 조건 하에서, 25±2℃, 5만 ppm 농도의 NaOH 수용액에 침지 2일이 경과된 시점에서의 평균 색좌표 중 명도를 나타낸다.L * represents the average color coordinate of the hollow fiber membrane at the point of 2 days after immersing the hollow fiber membrane in an aqueous solution of NaOH at a concentration of 50 ± 2 ppm at 25 ± 2 ° C under the condition of KS K 3103.

구체적으로, 상기 일반식 2를 80 이상; 85 이상; 90 이상; 91 이상; 92 이상; 93 이상; 94 이상; 또는 95 이상으로 만족시킬 수 있다.
Specifically, the formula 2 is preferably 80 or more; 85 or more; over 90; 91 or more; 92 or higher; 93 or more; 94 or higher; Or 95 or more.

다른 하나의 예로서, 상기 방사원액은 폴리설폰계 매트릭스 수지; 가교형성 수지; 기공형성제; 및 비용매를 포함하고, 상기 기공형성제의 중량평균분자량은 800 이하일 수 있다. 하나의 예로서, 기공형성제의 중량평균 분자량은 100 내지 800, 150 내지 650, 150 내지 450, 350 내지 650, 또는 200 내지 600 범위일 수 있다.As another example, the spinning solution may be a polysulfone-based matrix resin; A crosslinking resin; Pore formers; And a non-solvent, and the weight average molecular weight of the pore-forming agent may be 800 or less. As one example, the weight average molecular weight of the pore-former may range from 100 to 800, 150 to 650, 150 to 450, 350 to 650, or 200 to 600. [

본 발명에 따른 폴리설폰계 중공사막을 제조하는 과정에 있어서, 상기 기공형성제는 응고액으로 빠져나오면서 비용매와 상전환을 이루면서 기공을 형성하게 된다. 만약 기공형성제의 중량평균분자량이 지나치게 큰 경우에는 상전환 속도가 느려지게 되고, 그로 인해 형성되는 기공의 크기가 커지게 된다. 예를 들어, 중공사막 제조 시, 중량평균분자량이 큰 기공형성제를 사용할 경우에는, 핑거 구조의 기공이 형성된 폴리설폰계 중공사막이 제조될 수 있다.In the process of preparing the polysulfone-based hollow fiber membrane according to the present invention, the pore-forming agent is poured into the coagulating solution and forms a pore while converting into a non-solvent. If the weight average molecular weight of the pore-forming agent is excessively large, the phase change speed is slowed, and the pore size formed thereby becomes large. For example, when a pore-forming agent having a large weight average molecular weight is used in the production of a hollow fiber membrane, a polysulfone-based hollow fiber membrane having a pore structure of a finger structure can be produced.

이때, 상기 폴리설폰계 매트릭스 수지는 중공사막을 형성할 수 있는 경우라면 특별히 제한되지 않는다. 하나의 예로서, 상기 폴리설폰계 매트릭스 수지로는 폴리설폰(polysulfone), 폴리이서설폰(polyethersulfone) 또는 이들의 혼합물을 기초수지로 사용할 수 있다. 폴리설폰계 수지는 내열성이 우수하고, 적용되는 pH 범위가 넓으며 용매에 대한 용해도가 우수하여 방사원액(dope)의 조액이 용이한 장점을 가진다.At this time, the polysulfone-based matrix resin is not particularly limited as long as it can form a hollow fiber membrane. As one example, the polysulfone-based matrix resin may be polysulfone, polyethersulfone, or a mixture thereof as a base resin. Polysulfone resins are excellent in heat resistance, have a wide pH range to be applied, and are excellent in solubility in solvents, thus facilitating conditioning of a spinning dope.

또한, 상기 가교형성 수지는 폴리설폰계 매트릭스 수지 내에 가교를 형성할 수 있는 경우라면 특별히 제한되지 않는다. 가교형성 수지는, 폴리설폰계 중공사막의 가교형성을 유도하고, 친수성 부여에 영향을 미치며 수투과도와 밀접한 관련이 있다. 예를 들어, 가교형성 수지는 폴리설폰계 수지 내부에 친수화기가 가교화(Cross-Linkage)되어 폴리설폰계 중공사의 친수화도를 높여주는 효과를 제공한다. 가교형성 수지의 종류로는, 예를 들어, 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone, PVP), 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate, CA), 폴리아크릴아마이드(polyacrylamide, PAAm) 및 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol, PVA)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.The crosslinking resin is not particularly limited as long as it can form a crosslink in the polysulfone-based matrix resin. The crosslinking resin induces crosslinking of the polysulfone-based hollow fiber membrane, affects hydrophilicity imparting, and is closely related to water permeability. For example, the crosslinking resin provides cross-linkage of the hydrophilic group inside the polysulfone resin to increase the hydrophilicity of the polysulfone-based hollow fiber. Examples of the crosslinking resin include polyvinylpyrrolidone (PVP), cellulose acetate (CA), polyacrylamide (PAAm), and polyvinyl alcohol (PVA) And at least one selected from the group consisting of

나아가, 상기 기공형성제는 비용매와의 상전환을 통해 기공을 형성하는 경우라면 특별히 제한되지 않는다. 기공형성제는 폴리설폰계 중공사막의 기공형성에 영향을 미치며, 수투과도와 밀접한 관련이 있다. 하나의 예로서, 방사원액이 이중관형 노즐에서 토출된 후 응고조에 체류하는 동안 방사원액 내부에 존재하는 기공형성제가 응고조의 비용매를 흡수하여 방사원액의 용매와 상전환이 용이하게 이루어질 수 있다. 또한, 기공형성제는 팽윤제의 역할을 하여 기공크기를 증가시키는 효과를 제공한다. 기공형성제의 종류는, 예를 들어, 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol), 폴리프로필렌 글리콜(polypropylene glycol), 에틸렌 글리콜(ethylene glycol), 글리세린(glycerin) 및 피마자유(castor oil)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.Further, the pore-forming agent is not particularly limited as long as it forms pores through phase conversion with non-solvent. Pore-forming agents affect pore formation of polysulfone-based hollow fiber membranes and are closely related to water permeability. As one example, the pore forming agent present in the spinning stock solution can absorb the non-solvent of the coagulating solution while the spinning spinning solution is discharged from the double pipe type nozzle and stays in the coagulation bath, so that the spinning stock solution can be easily converted into the solvent. In addition, the pore-forming agent serves as a swelling agent and provides an effect of increasing the pore size. The type of porogen is selected from the group consisting of, for example, polyethylene glycol, polypropylene glycol, ethylene glycol, glycerin and castor oil It may be more than one kind.

또한, 상기 용매의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 다이메틸아세트아마이드(dimethylacetamide, DMAc), 다이메틸포름아마이드(dimethylformamide, DMF), 클로로포름(chloroform), N-메틸-2-피롤리돈(N-Methyl-2-Pyrrolidone, NMP) 및 다이메틸설폭사이드(dimethylsulfoxide, DMSO)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 용매로는 다이메틸아세트아마이드(DMAc)가 사용될 수 있다.The type of the solvent is not particularly limited and includes, for example, dimethylacetamide (DMAc), dimethylformamide (DMF), chloroform, N-methyl-2-pyrrolidone (N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), and dimethylsulfoxide (DMSO). For example, dimethylacetamide (DMAc) may be used as the solvent.

아울러, 상기 비용매의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 물, 알코올 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 비용매로는 초순수 또는 메탄올이 사용될 수 있다.
In addition, the type of the non-solvent is not particularly limited, and water, an alcohol, or a mixture thereof may be used. For example, ultrapure water or methanol may be used as the non-solvent.

또 다른 하나의 예로서, 상기 방사원액은 하기 일반식 6 또는 7을 만족할 수 있으며, 경우에 따라서는 일반식 6 및 7을 동시에 만족할 수 있다.As another example, the spinning stock solution may satisfy the following general formula 6 or 7, and in some cases, it may satisfy the general formulas 6 and 7 simultaneously.

[일반식 6][Formula 6]

90 < MWm/MWp < 500,90 < MWm / MWp < 500,

[일반식 7][Formula 7]

20 < MWc/MWp < 30020 <MWc / MWp <300

상기 식에서, In this formula,

MWm은 폴리설폰계 매트릭스 수지의 중량평균분자량을 나타내고, MWm represents the weight average molecular weight of the polysulfone-based matrix resin,

MWp는 기공형성제의 중량평균분자량을 나타내며, MWp represents the weight average molecular weight of the pore-forming agent,

MWc는 가교형성 수지의 중량평균분자량을 나타낸다.MWc represents the weight average molecular weight of the crosslinking resin.

본 발명에 따른 발명자들은 반복적이고 다양한 실험을 통해서, 폴리설폰계 매트릭스 수지, 기공형성제 및 가교형성 수지의 중량평균분자량을 상기 일반식 6 및/또는 7을 만족하도록 제어함으로써, 폴리설폰계 중공사막의 내화학성을 향상시킬 수 있음을 확인하였다. 하나의 예로서, 폴리설폰계 매트릭스 수지의 중량평균분자량은 65,000 내지 80,000 범위이고, 가교형성 수지의 중량평균분자량은 25,000 내지 35,000 범위일 수 있다. 이 경우, 기공형성제의 중량평균 분자량은 800 이하이며, 예를 들어, 200 내지 600 범위일 수 있다.
The inventors of the present invention have conducted repeated and various experiments to control the weight average molecular weight of the polysulfone-based matrix resin, the pore-forming agent and the crosslinking-forming resin to satisfy the above-mentioned general formulas 6 and / It is possible to improve the chemical resistance of the composition. As one example, the weight average molecular weight of the polysulfone-based matrix resin may range from 65,000 to 80,000, and the weight average molecular weight of the crosslinking resin may range from 25,000 to 35,000. In this case, the pore-forming agent has a weight average molecular weight of 800 or less, for example, in the range of 200 to 600. [

또한, 상기 방사원액은,In addition, the above-

매트릭스 수지 18 내지 35 중량부;18 to 35 parts by weight of a matrix resin;

기공형성제 10 내지 30 중량부;10 to 30 parts by weight of a pore-forming agent;

가교형성 수지 2 내지 10 중량부;2 to 10 parts by weight of a crosslinking resin;

용매 45 내지 55 중량부; 및45 to 55 parts by weight of a solvent; And

비용매 2 내지 10 중량부를 포함할 수 있다.And 2 to 10 parts by weight of the non-solvent.

구체적으로, 상기 방사원액은, 폴리설폰계 매트릭스 수지 18 내지 25 중량부; 가교형성 수지 3 내지 7 중량부; 기공형성제 15 내지 25 중량부; 용매 45 내지 55 중량부; 및 비용매 3 내지 8 중량부를 혼합하여 제조할 수 있으며, 이는 하나의 예로서 개시한 것으로, 본 발명의 범주가 이에 제한되는 것은 아니다.Specifically, the spinning stock solution comprises 18 to 25 parts by weight of a polysulfone-based matrix resin; 3 to 7 parts by weight of a crosslinking resin; 15 to 25 parts by weight of a pore-forming agent; 45 to 55 parts by weight of a solvent; And 3 to 8 parts by weight of non-solvent can be manufactured by way of example, and the scope of the present invention is not limited thereto.

상기 조성 범위는, 본 발명의 발명자가 반복적이고 다양한 실험을 통해서, 조성물의 점도를 제어하고, 제조된 중공사의 내화학성을 향상시킬 수 있는 범위를 도출한 것이다.
The above composition ranges are derived from the range in which the inventors of the present invention can repeatedly and experimentally control the viscosity of the composition and improve the chemical resistance of the produced hollow fiber.

하나의 예로서, 상기 방사원액에 포함된 폴리설폰계 매트릭스 수지와 비용매의 함량비는 하기 일반식 8을 만족할 수 있다:As one example, the content ratio of the polysulfone-based matrix resin and the non-solvent contained in the spinning solution may satisfy the following general formula (8)

[일반식 8][Formula 8]

1 < Wm/Wns < 201 < Wm / Wns < 20

상기 식에서, In this formula,

Wm은 매트릭스 수지의 함량(중량부)을 나타내고,Wm represents the content (parts by weight) of the matrix resin,

Wns는 비용매의 함량(중량부)을 나타낸다.And Wns represents the content (parts by weight) of the non-solvent.

상기 방사원액은 폴리설폰계 매트릭스 수지의 함량과 비용매의 함량을 상기 범위로 제어함으로써, 중공사 제조 시, 방사원액의 점도를 적절히 조절할 수 있으며, 특히 수투과도가 저하되는 문제를 방지할 수 있다.
By controlling the content of the polysulfone-based matrix resin and the non-solvent content within the above range, the spinning stock solution can appropriately control the viscosity of the spinning solution during the production of the hollow fiber, and in particular, the problem that the water permeability is lowered can be prevented .

또한, 상기 방사원액의 방사 시 점도는 20,000 내지 24,500 cps 범위일 수 있다. 구체적으로는, 상기 점도는 20,000 내지 24,000 cps, 21,000 내지 24,500 cps, 21,000 내지 24,000 cps, 21,000 내지 23,000 cps, 22,000 내지 24,000 cps 또는 22,000 내지 23,000 cps 범위일 수 있다. 방사원액의 방사 시 점도를 상기 범위로 제어함으로써, 기공의 크기 및 기공의 분포를 적절히 조절하고, 우수한 수투과도를 구현할 수 있다.
The spinning viscosity of the spinning solution may range from 20,000 to 24,500 cps. Specifically, the viscosity may range from 20,000 to 24,000 cps, 21,000 to 24,500 cps, 21,000 to 24,000 cps, 21,000 to 23,000 cps, 22,000 to 24,000 cps, or 22,000 to 23,000 cps. By controlling the spinning viscosity of the spinning stock solution in the above range, the pore size and pore distribution can be controlled appropriately and excellent water permeability can be realized.

나아가, 상기 내부 응고액은, 비용매 10 내지 30 중량부; 및 용매 70 내지 90 중량부를 배합하여 제조 가능하다.Furthermore, the internal coagulating solution may be prepared by adding 10 to 30 parts by weight of non-solvent; And 70 to 90 parts by weight of a solvent.

하나의 예로서, 상기 폴리설폰계 중공사막의 제조방법은,As one example, the method for producing the polysulfone-

방사원액, 및 내부 응고액을 이중 노즐을 통해서 방사하는 방사 단계;A spinning step of spinning the spinning stock solution and the inner coagulating solution through the double nozzle;

노즐에서 방사된 방사원액 및 내부 응고액이 에어갭을 통해 수지의 결정화 및 수증기와 상전환을 거치는 상전환 단계; 및A phase change step in which the spinning liquid and the inner coagulating liquid radiated from the nozzle undergo crystallization of the resin through the air gap and phase transformation with water vapor; And

용매 및 기공형성제가 비용매와 상전환을 이루어 기공을 형성하는 기공형성 단계를 포함할 수 있다.
The solvent and the pore forming agent may include a pore forming step of forming a pore by performing a phase transfer with the non-solvent.

다른 하나의 예로서, 방사과정에서, 방사원액의 방사 시 온도는 20 내지 35℃이고, 내부 응고액의 방사 시 온도는 40 내지 60℃ 범위 일 수 있다. 본 발명에서는, 방사원액 및 내부 응고액의 온도를 제어함으로써, 기공의 크기 내지 분포를 적절히 조절할 수 있다. 즉, 상전환 시, 용매 유도 상 분리법과 열 유도 상 분리법이 동시에 수행될 수 있는 하이브리드 상 분리법을 적용함으로써, 폴리설폰계 중공사막의 기계적 강도 성능을 높이고, 수투과 성능을 증진시키는 기공의 비대칭 구조를 구현할 수 있다.
As another example, in the spinning process, the spinning temperature of the spinning solution may be 20 to 35 占 폚, and the spinning temperature of the inner coagulating solution may be in the range of 40 to 60 占 폚. In the present invention, the size and distribution of pores can be appropriately controlled by controlling the temperature of the spinning stock solution and the inner coagulating solution. That is, by applying the hybrid phase separation method in which the solvent-induced phase separation method and the heat-induced phase separation method can be simultaneously carried out at the time of phase change, the mechanical strength of the polysulfone type hollow fiber membrane can be improved and the asymmetric structure of the pores Can be implemented.

본 발명의 방사공정 모식도를 도 1에 일례로서 나타내었다. 도 1을 참조하면, 상기 방사원액 및 내부 응고액의 방사단계에서 사용하는 방사 설비는 방사원액(Dope) 탱크(11) 및 내부 응고액(Core) 탱크(12), 기어펌프(21) 및 정량펌프(22)가 연동된 이중관형 노즐(30), 에어갭(40), 응고조(50), 수세조(60), 연신조(70) 및 권취조(80)를 포함한다.A schematic representation of the spinning process of the present invention is shown in Fig. 1 as an example. 1, the spinning apparatus used in the spinning step of the spinning stock solution and the inner coagulating solution is composed of a spinning dope tank 11 and an inner coagulating liquid tank 12, a gear pump 21, An air gap 40, a coagulation tank 50, a water treatment tank 60, an elongating tank 70, and a take-up tank 80 in which a pump 22 is interlocked.

상기 방사원액(Dope) 및 내부 응고액(Core) 탱크(11, 12), 노즐 (30) 공정라인에는 열매 시스템을 구축하여 25 내지 200℃의 범위에서 온도를 조절 유지할 수 있다.In the process line of the spinning liquid Dope and the inner core liquid tank 11 and 12 and the nozzle 30, a fruiting system can be constructed to maintain the temperature in the range of 25 to 200 ° C.

상기 노즐(30)은 거치대 내에서 상하좌우로 이동이 가능하게 제조하여 노즐(30)과 응고조(50) 사이의 에어갭(40, Air Gap)을 조절할 수 있다. 상기 에어갭(40)은 1차 상전환이 일어나는 구간으로, 대기 중 수분과 방사원액 내의 유기용매가 교환되어 상전환이 이루어진다.The nozzle 30 can be vertically and horizontally moved in the mount to adjust the air gap 40 between the nozzle 30 and the coagulation bath 50. The air gap 40 is a section in which the first-order phase change occurs, and the water in the air and the organic solvent in the spinning liquid are exchanged for phase change.

상기 응고조(50)는 2차 상전환이 일어나는 곳으로 상전환 시간을 연장시키기 위해, 응고조(50) 내에 다단 고뎃 롤러(Godet Roller)를 설치하여 분리막의 체류시간을 연장시켰다. 또한, 상기 수세조(60) 내에도 다단 고뎃 롤러를 설치함으로써 체류시간을 조절할 수 있다.The coagulation tank 50 is provided with a multi-stage godet roller in the coagulation tank 50 to extend the residence time of the separation membrane in order to extend the phase change time to the place where the secondary phase change occurs. Also, by providing a multi-stage godet roller in the water tank 60, the residence time can be adjusted.

상기 수세조(60)의 체류단계는 응고조(50)에서 상전환이 미처 완료되지 못한 방사원액의 상전환이 이루어지는 3차 상전환 과정 및 내부 응고액의 수세가 이루어지는 단계이다.The retention stage of the water treatment tank (60) is a stage where the phase of the spinning stock solution, in which the phase change in the coagulation tank (50) is not completed, is converted into a tertiary phase and washing of the inner coagulating solution is performed.

총 체류시간이 길수록 상전환과 세정에는 유리하지만 생산 공정 시간이 길어져 생산성이 낮아지기 때문에 적절한 수준에서 최적 조건을 선택하는 것이 바람직하다.The longer the total residence time, the more advantageous for phase change and cleaning, but the longer the production process time and the lower the productivity, so it is desirable to select the optimum condition at an appropriate level.

구체적인 방사공정 조건으로는 준비된 상기 방사원액과 내부 응고액을 이중관형 노즐(30)을 이용하여 방사시킴으로써 중공사가 토출되고, 에어갭(40, Air Gap)에서 1차 상전환이 이루어진다. 다음으로 응고조(50)를 통과하며 2차 상전환이 이루어진다. 이후 수세조(60)에서 첨가제 및 잔류 유기용매를 제거한 후 권취조(80)로 이송하여 권취됨으로써 방사공정이 완료된다.
As the specific spinning process conditions, the hollow fiber is discharged by spinning the prepared spinning stock solution and the inner coagulating solution using the double pipe type nozzle 30, and the first phase is changed in the air gap (40, air gap). And then passes through the coagulation bath (50) to perform the second phase conversion. Thereafter, the additive and the residual organic solvent are removed from the water bath 60, and the water is transferred to the winding drum 80 and wound, thereby completing the spinning process.

나아가, 본 발명은 앞서 설명한 중공사막을 포함하는 수처리 모듈을 제공한다.Further, the present invention provides a water treatment module including the above-described hollow fiber membrane.

하나의 예로서, 본 발명에 따른 수처리 모듈은,As one example, a water treatment module according to the present invention comprises:

복수의 중공사막과 상기 중공사막의 일단 또는 양단을 고정하는 포팅부를 포함하는 중공사막 모듈;A hollow fiber membrane module including a plurality of hollow fiber membranes and a potting portion for fixing one or both ends of the hollow fiber membranes;

중공사막 모듈이 삽입되는 중공 하우징; 및A hollow housing into which the hollow fiber membrane module is inserted; And

중공 하우징의 일측 또는 양측 끝단에 위치하며, 유체 연결 파이프가 결착되는 파이프 결착부가 형성된 하우징 캡 등을 포함한다.And a housing cap which is located at one or both ends of the hollow housing and has a pipe connecting portion to which the fluid connecting pipe is connected.

상기 유체 연결 파이프는, 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 수처리 대상수 공급 라인, 공기 주입 라인, 정제수 배출 라인 및 농축수 배출 라인 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
The fluid connection pipe is not particularly limited and may include, for example, at least one of a water supply target water supply line, an air injection line, a purified water discharge line, and a concentrated water discharge line.

이하, 본 발명에 따른 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of Examples and the like according to the present invention, but the scope of the present invention is not limited thereto.

실시예Example 1 및 2. 1 and 2.

먼저, 하기 표 1의 조성으로 폴리설폰계 매트릭스 수지를 포함하는 방사원액 및 내부 응고액을 각각 제조하였다. 이때, 표 1의 PES, PVP, PEG, 비용매 및 DMAc에 대한 함량은 중량부를 기준으로 나타낸 것이다.First, a spinning stock solution containing a polysulfone-based matrix resin and an inner coagulating solution were prepared by the compositions shown in Table 1 below. At this time, the contents of PES, PVP, PEG, Nonspecific and DMAc in Table 1 are shown in terms of parts by weight.

성분ingredient 실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 방사원액Spinning liquid 폴리이서설폰(PES)Polyisocyanurate (PES) 2020 2222 폴리비닐피롤리돈(PVP)Polyvinylpyrrolidone (PVP) 55 55 폴리에틸렌글리콜(PEG)Polyethylene glycol (PEG) 1919 1919 비용매Expense 6 (물)6 (water) 6 (물)6 (water) 다이메틸아세트아마이드(DMAc)Dimethylacetamide (DMAc) 5050 4848 점도(cps)Viscosity (cps) 22,00022,000 23,50023,500 내부 응고액Internal coagulation amount DMAc/물의 함량(중량부)DMAc / water content (parts by weight) 80/2080/20 80/2080/20

표 1에 나타낸 바와 같이, 제조된 방사원액은 22,000 내지 23,500 cps 범위의 점도를 유지하고 있음을 확인하였다. 그 후, 제조된 방사원액 및 내부 응고액을 하기의 방사 조건 하에서 이중 노즐로 방사하여 폴리설폰계 중공사막을 제조하였다.As shown in Table 1, it was confirmed that the prepared spinning solution maintained a viscosity ranging from 22,000 to 23,500 cps. Thereafter, the prepared spinning solution and inner coagulating solution were spinned with a double nozzle under the following spinning conditions to prepare a polysulfone-based hollow fiber membrane.

· 방사원액의 방사온도: 25℃· Spinning temperature of spinning liquid: 25 ℃

· 내부 응고액의 방사온도: 50℃· Radiation temperature of internal coagulating liquid: 50 ℃

· 응고조의 온도: 50℃· Temperature of coagulation bath: 50 ℃

· 응고 시간: 5 분· Coagulation time: 5 minutes

· 방사 속도: 20 m/분
· Radial speed: 20 m / min

비교예Comparative Example 1 내지 5. 1 to 5.

하기 표 2의 조성으로 방사원액 및 내부 응고액을 각각 제조하였다. 이때, 표 2의 PES, PVP, PEG, 비용매 및 DMAc에 대한 함량은 중량부를 기준으로 나타낸 것이다.A spinning stock solution and an inner coagulating solution were prepared by the compositions shown in Table 2 below. In this case, the contents of PES, PVP, PEG, Nonaqueous solution and DMAc in Table 2 are expressed in terms of parts by weight.

성분ingredient 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 비교예 3Comparative Example 3 비교예 4Comparative Example 4 비교예 5Comparative Example 5 방사원액Spinning liquid 폴리이서설폰(PES)Polyisocyanurate (PES) 2020 1515 1010 2020 -- 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)Polyvinylidene fluoride (PVDF) -- -- -- -- 2020 폴리비닐피롤리돈(PVP)Polyvinylpyrrolidone (PVP) 55 55 55 77 55 폴리에틸렌글리콜(PEG)Polyethylene glycol (PEG) 1919 1919 1919 2020 1919 비용매Expense 6 (물)6 (water) 6 (물)6 (water) 6 (물)6 (water) -- 6 (물)6 (water) 다이메틸아세트아마이드(DMAc)Dimethylacetamide (DMAc) 5050 5555 6060 5353 5050 점도(cps)Viscosity (cps) 28,00028,000 16,80016,800 15,40015,400 19,00019,000 24,00024,000 내부 응고액Internal coagulation amount DMAc/물의 함량(중량부)DMAc / water content (parts by weight) 80/2080/20 80/2080/20 80/2080/20 80/2080/20 80/2080/20

상기 표 2에 나타낸 조성으로 제조된 방사원액 및 내부 응고액을 하기의 방사 조건 하에서 이중 노즐로 방사하여 중공사막을 제조하였다.The spinning solution and inner coagulating solution prepared in the composition shown in Table 2 were spinned with a double nozzle under the following spinning conditions to prepare a hollow fiber membrane.

· 방사원액의 방사온도: 25℃· Spinning temperature of spinning liquid: 25 ℃

· 내부 응고액의 방사온도: 50℃· Radiation temperature of internal coagulating liquid: 50 ℃

· 응고조의 온도: 50℃· Temperature of coagulation bath: 50 ℃

· 응고 시간: 5 분· Coagulation time: 5 minutes

· 방사 속도: 20 m/분
· Radial speed: 20 m / min

실험예Experimental Example 1. 전자현미경( 1. Electron microscope ( SEMSEM ) 관찰) observe

실시예 1, 비교예 1 및 4에서 제조된 폴리설폰계 중공사막의 단면을 전자현미경(SEM)으로 관찰하였다. 이때, 전자현미경의 배율(SEM)은 3만 배율이었으며, 관찰된 결과는 각각 도 2 내지 4에 도시하였다.
Sections of the polysulfone-based hollow fiber membranes prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 and 4 were observed with an electron microscope (SEM). At this time, the magnification (SEM) of the electron microscope was 30,000 magnifications, and the observed results are shown in FIGS. 2 to 4, respectively.

도 2는 실시예 1에 따른 폴리설폰계 중공사막을 관찰한 결과로서, 상기 폴리설폰계 중공사막은 외부 표면층에서 내부 표면층으로 갈수록 연속적으로 기공크기가 증대되는 비대칭 다공성 구조임을 확인할 수 있다. 아울러, 외부 표면층에 형성된 기공의 평균 직경은 0.15 내지 0.2 μm인 것으로 확인되었다.FIG. 2 shows the polysulfone-based hollow fiber membrane according to Example 1, wherein the polysulfone-based hollow fiber membrane has an asymmetric porous structure in which the pore size is continuously increased from the outer surface layer to the inner surface layer. It was also confirmed that the average diameter of the pores formed in the outer surface layer was 0.15 to 0.2 μm.

또한, 도 3은 점도가 높은 방사원액을 사용한 비교예 1에 따른 폴리설폰계 중공사막을 관찰한 결과로서, 비교예 1에 따른 중공사막은 단면에 핑거 구조의 거대기공들이 형성된 것을 확인할 수 있다.FIG. 3 shows the result of observing the polysulfone hollow fiber membrane according to Comparative Example 1 using a spinning stock solution having a high viscosity. As a result, it can be confirmed that the hollow fiber membrane according to Comparative Example 1 has macropores of a finger structure formed on its cross section.

나아가, 도 4는 비용매를 사용하지 않은 비교예 4에 따른 폴리설폰계 중공사막을 관찰한 결과로서, 비교예 4에 따른 중공사막은 단면에 불규칙적인 거대 기공들이 형성된 것을 확인할 수 있다.
4 shows the results of observing the polysulfone-based hollow fiber membrane according to Comparative Example 4 in which the non-solvent was not used, and it was confirmed that the hollow fiber membrane according to Comparative Example 4 had irregular macropores on its cross section.

이러한 결과로부터, 본 발명에 따른 폴리설폰계 중공사막은 중공사막 제조 시 20,000 내지 24,500 cps의 점도를 갖고, 비용매를 포함하는 방사원액을 사용함으로써 외부 표면층에서 내부 표면층으로 갈수록 연속적으로 기공크기가 증대되는 비대칭 다공성 구조의 폴리설폰계 중공사막을 제조할 수 있음을 알 수 있다.
From these results, it can be seen that the polysulfone-based hollow fiber membrane according to the present invention has a viscosity of 20,000 to 24,500 cps when producing the hollow fiber membrane, and the pore size is continuously increased from the outer surface layer to the inner surface layer by using the spinning stock solution containing non- It is possible to produce a polysulfone-based hollow fiber membrane having an asymmetric porous structure.

실험예Experimental Example 2. 화학처리에 따른 중공사막의 물성 변화 1 2. Changes in Properties of Hollow Fiber Membranes by Chemical Treatment 1

실시예 1 및 비교예 5에서 제조된 중공사막에 대해서, 화학처리 후의 색상 변화를 육안으로 확인하였으며, 그 결과를 도 5에 나타내었다.For the hollow fiber membranes prepared in Example 1 and Comparative Example 5, the color change after the chemical treatment was visually confirmed, and the results are shown in FIG.

또한, 화학처리 전·후의 중공사막의 색차 황변도(Color difference yellowness index)를 평가하였다. 상기 중공사막에 대한 화학처리는, 농도가 5만 ppm인 NaOH 수용액을 제조하여 KS K 3103의 조건에 따라 60일간 수행하였으며, 각 중공사막의 색차 황변도는 침지 전, 침지 2일 및 60일이 경과된 시점에서 중공사막의 색좌표를 측정하였다. 이하, 색좌표의 측정방법을 간략하게 설명한다.In addition, the color difference yellowness index of the hollow fiber membranes before and after the chemical treatment was evaluated. The chemical treatment of the hollow fiber membranes was performed for 60 days according to the conditions of KS K 3103 by preparing an aqueous NaOH solution having a concentration of 50,000 ppm and the color difference yellowing degree of each hollow fiber membrane was measured before immersion, The chromaticity coordinates of the hollow fiber membrane were measured at the elapsed time. Hereinafter, a method of measuring the color coordinates will be briefly described.

· 색좌표: 가로 3 cm X 세로 3 cm의 중공사막 상에 존재하는 임의의 3 지점에 대하여, 명도와 채도의 3차원 값을 나타내는 CIE 색좌표의 L, ab를 측정하였다. 이때, 상기 측정은 환경온도 25±2℃, 상대습도 50%의 분위기 하에서 색상 조합 시험기(color matching tester, Gretag Macbeth 7000A)를 사용하여 수행하였으며, 색상 모형은 L(명도), a와 b(각각 적색/녹색, 황색/청색의 보색축)라는 값으로 색상을 정의하였다. 측정된 색좌표의 평균값 중 그 편차가 가장 큰 것으로 확인된 명도(L*)값을 하기 표 3에 나타냈다.Color Coordinates: L , a, and b of CIE color coordinates showing three-dimensional values of lightness and chroma were measured at arbitrary three points on the hollow fiber membrane of 3 cm x 3 cm in length. At this time, the measurement was performed using a color matching tester (Gretag Macbeth 7000A) in an atmosphere of an ambient temperature of 25 ± 2 ° C. and a relative humidity of 50%. The color models were L (lightness), a and b Red / green, yellow / blue complementary axis). Table 3 shows the brightness (L *) values of the average values of the measured color coordinates that are found to have the greatest deviation.

침지 경과 시간Immersion time 명도 편차Brightness deviation 0 시간0 hours 2일2 days 실시예 1Example 1 97.25397.253 96.53796.537 0.7160.716 비교예 5Comparative Example 5 94.48294.482 75.89175.891 18.59118.591

도 5를 살펴보면, 실시예 1의 폴리설폰계 중공사막은 NaOH 수용액 침지 2일이 경과 후의 색상이 침지 이전과 색차가 크지 않아 육안으로 변색여부를 확인하는 것이 어려웠다. 그러나, 비교예 5의 중공사막의 경우, NaOH 수용액 침지 2일이 경과하면 황토색(yellow ocher)으로, 60일이 경과하면 갈색(brown)으로 변색된 것으로 확인되었다.5, in the polysulfone-based hollow fiber membrane of Example 1, the hue after 2 days of immersion of the aqueous NaOH solution was not so large as that before the immersion, and it was difficult to confirm whether the hue was discolored visually. However, in the case of the hollow fiber membrane of Comparative Example 5, it was found to be yellow ocher after 2 days of dipping of aqueous NaOH solution, and discolored to brown after 60 days.

또한, 상기 실시예 1 및 비교예 5의 중공사막의 색좌표 측정 결과, NaOH 수용액 침지 전 후 색좌표 편차에 있어서, b*의 색좌표 편차는 크지 않으나, 침지 2일 경과 후 실시예 1 및 비교예 5의 중공사막은 b*가 각각 2.222 및 7.766으로, 비교예 5의 중공사막이 실시예 1의 중공사막과 대비하여 3배 이상의 색차 황변도를 갖는 것으로 나타났다. 또한, 색좌표 편차 중 그 값이 가장 컸던 명도(L*)는 상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 및 비교예 5의 중공사막이 각각 0.716 및 18.591으로 확인되었다. 다시 말하면, 실시예 1의 폴리설폰계 중공사막은 화학처리에 상관없이 약 95 이상의 명도(L*)를 유지하나, 비교예 5의 불소계 중공사막은 화학처리로 인하여 명도(L*)가 약 15 이상 감소하는 것을 알 수 있다.As a result of the measurement of chromaticity coordinates of the hollow fiber membranes of Example 1 and Comparative Example 5, the chromaticity coordinate deviations of b * before and after immersion in aqueous NaOH solution were not large. However, after 2 days of immersion, The hollow fiber membranes had b * values of 2.222 and 7.766, respectively, and the hollow fiber membranes of Comparative Example 5 had a color difference yellowing degree of 3 times or more as compared with the hollow fiber membranes of Example 1. As shown in Table 3, the lightness (L *) having the greatest value among the color coordinate deviations was 0.716 and 18.591, respectively, for the hollow fiber membranes of Examples 1 and 5. In other words, the polysulfone-based hollow fiber membrane of Example 1 maintained a lightness (L *) of about 95 or more regardless of chemical treatment, whereas the fluorinated hollow fiber membrane of Comparative Example 5 had a lightness (L *) of about 15 Or more.

이러한 결과로부터, 본 발명에 따른 폴리설폰계 중공사막은 중공사막 제조 시 폴리설폰계 매트릭스 수지의 분자량 및 함량과 함께, 방사용액에 함유된 비용매의 함량을 제어함으로써, 내화학성이 현저히 향상됨을 알 수 있다.
From these results, it can be seen that the polysulfone-based hollow fiber membrane according to the present invention is remarkably improved in chemical resistance by controlling the molecular weight and content of the polysulfone-based matrix resin in the production of the hollow fiber membrane and the content of non- .

실험예Experimental Example 3. 화학처리에 따른 중공사막의 물성 변화 2 3. Changes in Properties of Hollow Fiber Membranes by Chemical Treatment 2

실시예 1, 실시예 2, 및 비교예 2 내지 5에서 제조된 중공사막에 대해서, 화학처리 전· 후의 초기 강도, 신도 및 유량을 측정하였다. Initial strength, elongation and flow rate of the hollow fiber membranes prepared in Examples 1, 2 and Comparative Examples 2 to 5 before and after the chemical treatment were measured.

이때, 상기 중공사막에 대한 화학처리는, 농도가 5만 ppm인 NaOCl 수용액과 농도가 10만 ppm인 NaOH 수용액을 각각 제조하고, 제조된 수용액을 이용하여 KS K 3103의 조건에 따라 120일간 수행하였다. 또한, 각 중공사막의 강도, 신도 및 유량을 침지 30일 및 60일이 경과된 시점에서 측정하였다. 아울러, 침지 1일, 30일, 90일 및 120일이 경과된 시점에서는, 침지된 중공사막들의 단면을 전자현미경(SEM) 관찰하였다. 이하, 강도, 신도 및 유량의 측정방법을 간략하게 설명한다.At this time, NaOCl aqueous solution having a concentration of 50,000 ppm and NaOH aqueous solution having a concentration of 100,000 ppm were prepared by chemical treatment of the hollow fiber membrane, and the aqueous solution was used for 120 days according to the conditions of KS K 3103 . The strength, elongation and flow rate of each hollow fiber membrane were measured at 30 days and 60 days after immersion. In addition, at 1, 30, 90, and 120 days after soaking, the sections of the immersed hollow fiber membranes were observed under an electron microscope (SEM). Hereinafter, methods of measuring strength, elongation and flow rate will be briefly described.

· 강도 및 신도: 인장 시험기 Instron 5564를 사용하여 온도 25±2℃, 상대습도 50%의 분위기 하에서, 초기 시료길이 100 mm(즉, 파지 거리), 크로스 헤드속도 200 mm/min의 조건 하에서 강도를 측정하였다. 곡선 Grip을 사용하여 물리는 점의 손상을 최소화하였으며, 측정된 값의 오차 범위는 ±2%이다.Strength and elongation: The tensile strength was measured under the conditions of an initial sample length of 100 mm (ie, gripping distance) and a crosshead speed of 200 mm / min, using an Instron 5564 instrument at a temperature of 25 ± 2 ° C. and a relative humidity of 50% Respectively. The curve Grip is used to minimize damage to the point being struck, and the error range of the measured value is ± 2%.

강도 = 절단점에서의 하중 / 초기의 단위 면적Strength = load at break point / initial unit area

신도(%) = {늘어난 길이(cm)/ 원래 길이(cm)} × 100Elongation (%) = {Elongated length (cm) / Original length (cm)} × 100

· 유량: 단위 면적에 일정 압력을 가하여 통과된 초순수의 양을 측정하였다. 이때, 초순수는 25℃로 유지하고, 환경온도 25±2℃, 상대습도 50%의 분위기 하에서 측정하였다.Flow rate: The amount of ultrapure water passed through the unit area was measured by applying a constant pressure. At this time, the ultrapure water was maintained at 25 캜 and measured under an atmosphere of an environmental temperature of 25 2 캜 and a relative humidity of 50%.

상기 방법으로 측정된 결과로부터, 화학처리 이전에 측정된 측정값(100%)을 기준으로 화학처리 60일 경과된 시점에서의 강도, 신도 및 유량의 감소율을 도출하였으며, 그 결과를 하기 표 4 및 표 5에 나타내었다. 이때, 표 4는 농도가 5만 ppm인 NaOCl 수용액에 처리한 중공사막의 결과이고, 표 5는 농도가 10만 ppm인 NaOH 수용액에 처리한 중공사막의 결과이다. 또한, 전자현미경(SEM)으로 관찰된 실시예 1의 중공사막 단면을 도 6 및 7에, 비교예 5의 중공사막 단면을 도 8 및 9에 나타내었다.From the results measured by the above method, the reduction rates of the strength, elongation and flow rate at the elapse of 60 days of chemical treatment based on the measured value (100%) measured before the chemical treatment were deduced. Table 5 shows the results. Table 4 shows the results of hollow fiber membranes treated with a NaOCl aqueous solution having a concentration of 50,000 ppm, and Table 5 shows hollow fiber membranes treated with a NaOH aqueous solution having a concentration of 100,000 ppm. 6 and 7 show the hollow fiber membrane cross-section of Example 1 observed with an electron microscope (SEM), and FIGS. 8 and 9 show the hollow fiber membrane cross-section of Comparative Example 5.

강도 감소율 (%)Strength reduction rate (%) 신도 감소율 (%)Elongation reduction rate (%) 유량 감소율 (%)Flow rate reduction (%) 실시예 1Example 1 88 1One 1010 실시예 2Example 2 55 1One 88 비교예 2Comparative Example 2 2020 55 1818 비교예 3Comparative Example 3 5050 2020 3030 비교예 4Comparative Example 4 1515 55 2020 비교예 5Comparative Example 5 1212 55 1717

강도 감소율 (%)Strength reduction rate (%) 신도 감소율 (%)Elongation reduction rate (%) 유량 감소율 (%)Flow rate reduction (%) 실시예 1Example 1 66 1One 1010 실시예 2Example 2 44 1One 77 비교예 2Comparative Example 2 1515 44 1717 비교예 3Comparative Example 3 3535 1515 2525 비교예 4Comparative Example 4 1414 77 1717 비교예 5Comparative Example 5 1010 66 1515

상기 표 4 및 5의 결과를 참조하면, 중공사막의 기계적 강도와 관련하여 실시예 1 및 2의 폴리설폰계 중공사막은 NaOH 수용액 또는 NaOCl 수용액의 처리로 인한 기계적 강도 감소율이 4 내지 8%인 것으로 나타났다. 반면, 폴리설폰계 매트릭스 수지의 함량이 낮은 비교예 2 및 3의 중공사막은 폴리설폰계 수지의 함량이 감소할수록 기계적 강도가 현저히 감소하는 것으로 나타났다. 또한, 비용매를 포함하지 않는 방사원액을 이용한 비교예 4의 중공사막은, 실시예의 중공사막과 대비하여 약 1.88 내지 3배 높은 감소율을 나타냈으며, 매트릭스 수지로서 불소계 수지를 사용한 비교예 5의 중공사막은 기계적 강도 감소율이 12%로 본 발명에 따른 폴리설폰계 중공사막과 대비하여 높은 감소율을 나타냈다.Referring to the results of Tables 4 and 5, regarding the mechanical strength of the hollow fiber membrane, the polysulfone hollow fiber membranes of Examples 1 and 2 had a mechanical strength reduction rate of 4 to 8% due to the treatment of NaOH aqueous solution or NaOCl aqueous solution appear. On the other hand, the hollow fiber membranes of Comparative Examples 2 and 3 in which the content of the polysulfone-based matrix resin was low showed that the mechanical strength was remarkably decreased as the polysulfone resin content was decreased. In addition, the hollow fiber membrane of Comparative Example 4 using the spinning solution containing no nonsolvent had a reduction ratio of about 1.88 to 3 times higher than that of the hollow fiber membrane of Example, and the hollow fiber membrane of Comparative Example 5 using the fluororesin as the matrix resin Desertification showed a 12% decrease in the mechanical strength and a high reduction rate compared with the polysulfone-based hollow fiber membrane according to the present invention.

또한, 신도와 관련하여 실시예 1 및 2의 폴리설폰계 중공사막은 1% 이하의 신도 감소율을 나타낸 반면, 비교예 2 내지 5의 중공사막은 4 내지 20%의 높은 신도 감소율을 갖는 것으로 나타났다. 특히, 폴리설폰계 매트릭스 수지의 함량이 현저히 적은 비교예 3에서 제조된 중공사막의 경우, 신도 감소율은 15 내지 20%로 그 정도가 매우 큰 것으로 확인되었다.In addition, the polysulfone-based hollow fiber membranes of Examples 1 and 2 were shown to have an elongation reduction of 1% or less, while the hollow fiber membranes of Comparative Examples 2 to 5 had a high elongation reduction rate of 4 to 20%. In particular, in the case of the hollow fiber membrane produced in Comparative Example 3 in which the content of the polysulfone-based matrix resin was remarkably small, the elongation reduction rate was 15 to 20%, which was found to be very large.

나아가, 유량과 관련하여, 실시예 1 및 2의 폴리설폰계 중공사막은 7 내지 10%의 낮은 유량 감소율을 나타냈다. 이에 반해, 비교예 2 내지 5의 중공사막은 15 내지 30%의 유량 감소율을 나타내 화학처리로 인한 감소율이 매우 큰 것으로 확인되었다.
Further, with respect to the flow rate, the polysulfone-based hollow fiber membranes of Examples 1 and 2 exhibited a low flow rate reduction of 7 to 10%. On the contrary, the hollow fiber membranes of Comparative Examples 2 to 5 exhibited a flow rate reduction rate of 15 to 30%, indicating that the reduction rate due to the chemical treatment was very large.

이와 더불어, 도 6 및 7을 살펴보면 실시예 1의 폴리설폰계 중공사막의 경우, NaOH 수용액 또는 NaOCl 수용액에 침지 4개월이 경과하여도 외부 표면층 및 내부 표면층에 형성된 기공의 크기 및 형태가 일정하게 유지되는 것으로 확인되었다.6 and 7, in the case of the polysulfone-based hollow fiber membrane of Example 1, the size and shape of the pores formed in the outer surface layer and the inner surface layer were kept constant even after 4 months of immersion in the NaOH aqueous solution or NaOCl aqueous solution Respectively.

그러나, 도 8 및 9를 살펴보면, 비교예 5의 중공사막은 침지 1일이 경과된 시점에서 외부 표면층에 형성된 기공의 크기 및 형태의 변화가 시작되어, 이후 시간이 경과됨에 따라 외부 표면층에 형성된 기공은 핑거 구조(finger structure)의 거대기공으로 변형되고, 내부 표면층에 형성된 기공은 그 크기가 불균일하게 변하는 것으로 확인되었다.
However, referring to FIGS. 8 and 9, the hollow fiber membrane of Comparative Example 5 starts to change in size and shape of the pores formed in the outer surface layer at a point of time when one day of immersion has elapsed. Was deformed into macropores of a finger structure, and pores formed in the inner surface layer were found to vary in size unevenly.

이러한 결과로부터, 본 발명에 따른 폴리설폰계 중공사막은 중공사막 제조 시 폴리설폰계 매트릭스 수지의 분자량 및 함량과 함께, 방사용액에 함유된 비용매의 함량을 제어함으로써, 내화학성을 현저히 향상시켜 화학처리로 인한 내·외부 표면층에 형성된 기공의 변형을 억제할 수 있으며, 이로 인하여 화학처리에 따른 중공사막의 우수한 내구성 및 수투과도의 저하를 방지할 수 있음을 알 수 있다.
From these results, it can be seen that the polysulfone-based hollow fiber membrane according to the present invention significantly improves the chemical resistance by controlling the molecular weight and the content of the polysulfone-based matrix resin in the production of the hollow fiber membrane, It is possible to suppress the deformation of the pores formed in the inner and outer surface layers due to the treatment, and as a result, it is possible to prevent the durability of the hollow fiber membrane due to the chemical treatment and deterioration of the water permeability.

11: 방사원액 탱크 12: 내부 응고액 탱크
21: 기어펌프 22: 정량펌프
30: 이중관형 노즐 40: 에어갭
50: 응고조 60: 수세조
70: 연신조 80: 권취조
11: spinning stock tank 12: internal coagulating solution tank
21: gear pump 22: metering pump
30: double pipe type nozzle 40: air gap
50: coagulation bath 60: water bath
70: drawing machine 80: winding machine

Claims (9)

외부 표면층과 내부 표면층을 갖는 중공 구조이며,
외부 표면층에 형성된 기공의 평균 직경은 0.15 내지 0.2 ㎛이고,
외부 표면층 및 내부 표면층에 형성된 기공의 평균 직경에 대한 비율이 하기 일반식 1을 만족하며,
내화학성에 관한 하기 일반식 2 내지 5를 만족하는 폴리설폰계 중공사막:
[일반식 1]
0.1 < Do/Di < 0.9
[일반식 2]
L* ≥ 80
[일반식 3]
|(Sr1-Sr2)/Sr1 X 100| ≤ 3
[일반식 4]
(St1-St2)/St1 X 100 ≤ 10
[일반식 5]
(F1-F2)/F1 X 100 ≤ 15
상기 식에서,
Do는 외부 표면층에 형성된 기공의 평균 직경을 나타내고,
Di는 내부 표면층에 형성된 기공의 평균 직경을 나타내며,
L*은 중공사막을 KS K 3103 조건 하에서, 25±2℃, 5만 ppm 농도의 NaOH 수용액에 침지 2일이 경과된 시점에서의 평균 색좌표 중 명도를 나타내고,
Sr1은 중공사막을 25±2℃, 5만 ppm 농도의 NaOCl 수용액에 침지하기 전의 신도를 나타내며,
Sr2는 중공사막을 KS K 3103 조건 하에서, 25±2℃, 5만 ppm 농도의 NaOCl 수용액에 침지 60일이 경과된 시점에서의 신도를 나타내고,
St1은 중공사막을 25±2℃, 10만 ppm 농도의 NaOH 수용액에 침지하기 전의 강도를 나타내며,
St2는 중공사막을 KS K 3103 조건 하에서, 25±2℃, 10만 ppm 농도의 NaOH 수용액에 침지 60일이 경과된 시점에서의 강도를 나타내고,
F1은 중공사막을 25±2℃, 10만 ppm 농도의 NaOH 수용액에 침지하기 전의 유량을 나타내며,
F2는 중공사막을 KS K 3103 조건 하에서, 25±2℃, 10만 ppm 농도의 NaOH 수용액에 침지 60일이 경과된 시점에서의 유량을 나타낸다.
A hollow structure having an outer surface layer and an inner surface layer,
The average diameter of the pores formed in the outer surface layer is 0.15 to 0.2 탆,
The ratio of the average diameter of the pores formed in the outer surface layer and the inner surface layer satisfies the following general formula (1)
Polysulfone-based hollow fiber membranes satisfying the following general formulas 2 to 5 regarding chemical resistance:
[Formula 1]
0.1 < Do / Di < 0.9
[Formula 2]
L *? 80
[Formula 3]
| (S r1 -S r2 ) / S r1 X 100 | ≤ 3
[Formula 4]
(S t1 -S t2 ) / S t1 X 100? 10
[Formula 5]
(F 1 -F 2 ) / F 1 X 100 ≤ 15
In this formula,
Do represents the average diameter of the pores formed in the outer surface layer,
Di represents an average diameter of pores formed in the inner surface layer,
L * represents the lightness of the average color coordinates at the point of 2 days after the immersion of the hollow fiber membrane in an NaOH aqueous solution of 25 ± 2 ° C. and a concentration of 50,000 ppm under the conditions of KS K 3103,
S r1 represents the elongation before immersing the hollow fiber membrane in an aqueous solution of NaOCl at a concentration of 50 ± 2 ppm at 25 ± 2 ° C.,
S r2 represents the elongation at 60 days after the immersion of the hollow fiber membrane in an aqueous solution of NaOCl at a concentration of 50 ± 2 ppm at 25 ± 2 ° C under the conditions of KS K 3103,
S t1 represents the strength of the hollow fiber membrane before immersing it in an aqueous solution of NaOH at a concentration of 25 ± 2 ° C and a concentration of 100,000 ppm,
S t2 represents the strength of the hollow fiber membrane after 60 days of immersion in an aqueous solution of NaOH at a concentration of 25 ± 2 ° C. and 100,000 ppm under the conditions of KS K 3103,
F 1 represents the flow rate before immersing the hollow fiber membrane in an aqueous solution of NaOH having a concentration of 100,000 ppm at 25 ± 2 ° C,
F 2 represents the flow rate at 60 days after the immersion of the hollow fiber membrane in an aqueous solution of NaOH at a concentration of 25 ± 2 ° C and 100,000 ppm under the conditions of KS K 3103.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
폴리설폰계 중공사막은 폴리설폰(polysulfone) 및 폴리이서설폰(polyethersulfone)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 폴리설폰계 중공사막.
The method according to claim 1,
The polysulfone-based hollow fiber membrane includes at least one selected from the group consisting of polysulfone and polyethersulfone.
폴리설폰계 매트릭스 수지를 포함하는 방사원액, 및 내부 응고액을 노즐을 통하여 방사하는 단계를 포함하고,
상기 방사원액은, 방사원액 100 중량부에 대하여 폴리설폰계 매트릭스 수지 18 내지 35 중량부를 포함하고,
방사원액의 점도가 20,000 내지 24,500 cps인 폴리설폰계 중공사막의 제조방법.
A spinning stock solution containing a polysulfone-based matrix resin, and an inner coagulating solution through a nozzle,
Wherein the spinning stock solution comprises 18 to 35 parts by weight of a polysulfone-based matrix resin per 100 parts by weight of the spinning solution,
Wherein the viscosity of the spinning solution is 20,000 to 24,500 cps.
제 7 항에 있어서,
방사원액은, 폴리설폰계 매트릭스 수지; 가교형성 수지; 기공형성제; 및 비용매를 포함하고,
상기 기공형성제의 중량평균분자량은 800 이하이며,
하기 일반식 6 또는 7을 만족하는 폴리설폰계 중공사막의 제조방법:
[일반식 6]
90 < MWm/MWp < 500
[일반식 7]
20 < MWc/MWp < 300
상기 식에서,
MWm은 폴리설폰계 매트릭스 수지의 중량평균분자량을 나타내고,
MWp는 기공형성제의 중량평균분자량을 나타내며,
MWc는 가교형성 수지의 중량평균분자량을 나타낸다.
8. The method of claim 7,
The spinning liquid may be a polysulfone-based matrix resin; A crosslinking resin; Pore formers; And non-payment,
The weight average molecular weight of the pore-forming agent is 800 or less,
A process for producing a polysulfone-based hollow fiber membrane satisfying the following general formula 6 or 7:
[Formula 6]
90 <MWm / MWp <500
[Formula 7]
20 <MWc / MWp <300
In this formula,
MWm represents the weight average molecular weight of the polysulfone-based matrix resin,
MWp represents the weight average molecular weight of the pore-forming agent,
MWc represents the weight average molecular weight of the crosslinking resin.
제 7 항에 있어서,
폴리설폰계 중공사막의 제조방법은,
폴리설폰계 매트릭스 수지를 포함하는 방사원액, 및 내부 응고액을 이중 노즐을 통해서 방사하는 방사 단계;
노즐에서 방사된 방사원액 및 내부 응고액이 에어갭을 통해 수지의 결정화 및 수증기와 상전환을 거치는 상전환 단계; 및
방사원액에 함유된 용매 및 기공형성제가 내부 응고액에 함유된 비용매와 상전환을 이루어 기공을 형성하는 기공형성 단계를 포함하는 폴리설폰계 중공사막의 제조방법.
8. The method of claim 7,
A method for producing a polysulfone-based hollow fiber membrane comprises:
A spinning step of spinning a spinning stock solution containing a polysulfone type matrix resin and an inner coagulating solution through a double nozzle;
A phase change step in which the spinning liquid and the inner coagulating liquid radiated from the nozzle undergo crystallization of the resin through the air gap and phase transformation with water vapor; And
Wherein the solvent contained in the spinning solution and the pore-forming agent are phase-converted with the non-solvent contained in the inner coagulating solution to form pores.
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