KR102022264B1 - Manufacturing Method of Hollow Fiber Membrane using Organic acids - Google Patents

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KR102022264B1
KR102022264B1 KR1020180060457A KR20180060457A KR102022264B1 KR 102022264 B1 KR102022264 B1 KR 102022264B1 KR 1020180060457 A KR1020180060457 A KR 1020180060457A KR 20180060457 A KR20180060457 A KR 20180060457A KR 102022264 B1 KR102022264 B1 KR 102022264B1
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정휘동
김민원
최정환
홍성우
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    • D01F1/02Addition of substances to the spinning solution or to the melt
    • D01F1/08Addition of substances to the spinning solution or to the melt for forming hollow filaments

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Abstract

The present invention relates to a manufacturing method of a hollow fiber membrane using an organic acid, comprising: a step (A) of putting a polysulfone (PSF) polymer resin and carboxy acid-based organic acid and additives into a solvent and mixing the same to manufacture a polymer solution; a step (B) of agitating the polymer solution at 20-25°C; a step (C) of using a spinning nozzle to spin the polymer solution passed through the step of (B) to coagulation bath having a solidification solution of 45-60°C to solidify the same; and a step (D) of immersing the solidifying product passed through the step of (C) in a precipitation tank having water of 15-25°C filled therein for 20-24 hours to remove the solvent and non-solvent. In the step (C), a condition of 60% or more humidity is required to form pores of a hollow fiber membrane manufactured uniformly and improve a water permeability. The present invention can to manufacture a polysulfone hollow fiber membrane having porosity which has a greatly excellent permeation rate compared with pore sizes by using organic acids and polysulfones, can manufacture a polysulfone hollow fiber membrane which has excellent performances in terms of porosity and permeation rate rather than hollow fiber membranes based on existing polysulfone polymer resins, and can manufacture a hollow fiber membrane having a performance very fitted for water treatment.

Description

유기산을 이용한 중공사막 제조방법{Manufacturing Method of Hollow Fiber Membrane using Organic acids} Manufacturing Method of Hollow Fiber Membrane Using Organic Acids

본 발명은 유기산을 이용한 중공사막 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폴리술폰(PSF) 고분자 및 막 표면에 기공(pore)을 형성시키기 위한 카르복시산계 유기산을 첨가제로 포함하는 고분자 조성물 및 이를 방사한 후 적정한 온도 및 높은 습도 조건에서 수분 동안 노출시킨 후 상온의 물에 침지시킴으로써 투과유량이 우수한 다공성을 갖는 중공사막을 제조할 수 있도록 한 유기산을 이용한 중공사막 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hollow fiber membrane manufacturing method using an organic acid, and more particularly, a polymer composition comprising polysulfone (PSF) polymer and a carboxylic acid-based organic acid for forming pores on the surface of the membrane as an additive and spinning the same The present invention relates to a hollow fiber membrane manufacturing method using an organic acid, which is capable of producing a hollow fiber membrane having excellent porosity by exposing for a few minutes at an appropriate temperature and high humidity conditions and then immersing in water at room temperature.

일반적으로 분리막 제조 시 기본 고분자 이외에 다른 첨가제를 첨가하여 용매에 녹여 고분자 용액을 제조한다.In general, during the preparation of the separator, a polymer solution is prepared by adding other additives in addition to the basic polymer and dissolving it in a solvent.

이때, 고분자 용액에 첨가한 첨가제의 종류 및 양에 따라 분리막의 형태, 기공크기, 투과성 등의 성능이 크게 변화되므로 분리막 제조에 있어서 첨가제는 매우 중요한 요소 중에 하나이다.At this time, the performance of the shape, pore size, permeability, etc. of the membrane is greatly changed depending on the type and amount of the additive added to the polymer solution, so the additive is one of the important factors in the membrane production.

현재 분리막의 응용 및 사용분야가 넓어짐에 따라 높은 기계적 강도, 내화학성, 내오염성 등의 경제성이 우수한 분리막을 요구하고 있으며, 이와 같은 분리막의 성질을 충족시키기 위해서는 막 제조 시 사용되는 고분자 선택이 매우 중요하다.As the application and field of use of the separators expands, there is a demand for separators with high economic strength such as high mechanical strength, chemical resistance, and fouling resistance, and in order to satisfy the properties of such membranes, selection of polymers used in membrane manufacturing is very important. Do.

일 예로서, 폴리술폰은 기계적 강도, 내화학성, 열적 안정성 등이 뛰어난 분리막 제조용 고분자로 널리 알려져 있으며, 증기유도 상분리법을 이용한 분리막 제조 과정에서 수증기와 친화력이 높은 첨가제를 사용하려는 시도가 많이 이루어지고 있는데, 대부분은 첨가제로서 폴리에틸렌글리콜이나 폴리비닐피롤리돈을 사용하거나 염류 또는 톨루엔술폰산 등을 사용하고 있다.For example, polysulfone is widely known as a polymer for preparing a membrane having excellent mechanical strength, chemical resistance, and thermal stability, and many attempts have been made to use additives having high affinity with water vapor in the process of preparing a membrane using a vapor induction phase separation method. Most of them use polyethylene glycol, polyvinylpyrrolidone, or salts or toluenesulfonic acid as additives.

하지만, 고다공성 중공사막에 의한 분리막을 제조하는데 기술적 한계가 있고 우수한 투과유량을 갖게 하는데 어려움이 있으며, 보다 우수한 투과유량 및 향상된 분리성능을 갖는 기술을 요구하고 있다.However, there is a technical limitation in producing a membrane by a highly porous hollow fiber membrane and there is a difficulty in having an excellent permeate flow rate, and there is a demand for a technique having a better permeate flow rate and improved separation performance.

나아가, 다양한 고분자를 사용하여 고분자 용액을 만들고 기타 첨가제를 첨가하여 중공사막을 제조 및 이를 이용한 분리막을 제조할 시 기공 크기 및 투과유량 등의 성능을 극대화하기 위한 연구개발이 활발히 수행되고 있다.Furthermore, research and development have been actively conducted to maximize performances such as pore size and permeate flow rate when preparing a hollow fiber membrane using various polymers and adding other additives to prepare a hollow fiber membrane and a separator using the same.

(특허문헌 1) 대한민국 등록특허공보 제10-1409965호(Patent Document 1) Republic of Korea Patent Registration No. 10-1409965

(특허문헌 2) 대한민국 공개특허공보 제10-2018-0016142호(Patent Document 2) Republic of Korea Patent Publication No. 10-2018-0016142

본 발명은 상술한 문제점 등을 개선 및 이를 감안하여 안출된 것으로서, 폴리술폰(PSF) 고분자 및 막 표면에 기공(pore)을 형성시키기 위한 카르복시산계 유기산을 첨가제로 포함하는 고분자 조성물 및 이를 방사한 후 적정한 온도 및 높은 습도 조건에서 수분 동안 노출시킨 후 상온의 물에 침지시킴으로써 투과유량이 우수한 다공성을 갖는 중공사막을 제조할 수 있도록 한 유기산을 이용한 중공사막 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above-described improvement and the like, a polymer composition comprising a polysulfone (PSF) polymer and a carboxylic acid-based organic acid for forming pores on the membrane surface as an additive and after spinning It is an object of the present invention to provide a method for producing a hollow fiber membrane using an organic acid, which is capable of producing a hollow fiber membrane having excellent porosity by exposing for a few minutes at an appropriate temperature and a high humidity condition and immersing in water at room temperature.

본 발명은 종래 폴리술폰 고분자를 기본으로 하는 중공사막보다 다공성 및 투과유량이 월등히 우수한 성능을 갖도록 제조함으로써 수처리에 매우 적합한 기능을 발휘할 수 있도록 한 유기산을 이용한 중공사막 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to provide a hollow fiber membrane manufacturing method using an organic acid to exhibit a function that is very suitable for water treatment by manufacturing so that the porosity and permeate flow rate is superior to the conventional hollow fiber membrane based on polysulfone polymer. .

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기산을 이용한 중공사막 제조방법은, 폴리술폰을 고분자수지로 하여 고분자용액을 제조한 후 중공사막을 제조하는 중공사막 제조방법에 있어서, (A) 폴리술폰(PSF) 고분자수지와 카르복시산계 유기산 및 첨가제를 용매에 넣고 혼합하여 고분자용액을 제조하는 단계; (B) 상기 고분자용액을 20℃ 내지 25℃의 상온에서 교반하는 단계: (C) 상기 (B)단계를 거친 고분자용액에 대해 45℃ 내지 60℃의 응고액을 갖는 응고조에 방사노즐을 이용하여 방사함으로써 고형화 처리하는 단계; (D) 상기 (C)단계를 거친 고형화물을 15℃ 내지 25℃의 물이 채워진 침전조에 20~24시간 침지시켜 용매 및 비용매를 제거하는 단계;를 포함하며, 상기 (C)단계에서는, 제조되는 중공사막의 기공을 균일하게 형성 및 수투과도를 높일 수 있도록 습도 60% 이상의 조건을 갖게 하는 것을 특징으로 한다.The hollow fiber membrane manufacturing method using the organic acid according to the present invention for achieving the above object, in the hollow fiber membrane manufacturing method for producing a hollow fiber membrane after preparing a polymer solution using a polysulfone as a polymer resin, (A) polysulfone (PSF) preparing a polymer solution by mixing a polymer resin with a carboxylic acid-based organic acid and an additive in a solvent; (B) stirring the polymer solution at room temperature of 20 ° C. to 25 ° C .: (C) using a spinning nozzle in a coagulation bath having a coagulation solution of 45 ° C. to 60 ° C. with respect to the polymer solution passed through step (B). Solidifying by spinning; (D) removing the solvent and the non-solvent by immersing the solid product passed through the step (C) in a precipitation tank filled with water of 15 ° C to 25 ° C for 20 to 24 hours; in the step (C), The pores of the hollow fiber membrane to be produced are characterized in that it has a condition of humidity of 60% or more to uniformly form and increase the water permeability.

여기에서, 상기 (A)단계에서는, 용매 100~120중량부를 기준으로 하여 폴리술폰(PSF) 고분자수지 15~35중량부, 카르복시산계 유기산 3~15중량부, 첨가제 10~20중량부를 혼합하여 고분자용액을 제조하는 것을 특징으로 한다.Here, in the step (A), 15 to 35 parts by weight of polysulfone (PSF) polymer resin, 3 to 15 parts by weight of carboxylic acid-based organic acid, 10 to 20 parts by weight of additives are mixed based on 100 to 120 parts by weight of solvent. It is characterized by preparing a solution.

여기에서, 상기 용매는, 디메틸아세트아마이드(DMAc)이고; 상기 카르복시산계 유기산은, 카르복시산 1개 이상을 갖는 유기산이며; 상기 첨가제는, 폴리에틸렌글리콜(PEG)과 폴리비닐피롤리돈(PVP)을 함께 사용하는 것을 특징으로 한다.Wherein the solvent is dimethylacetamide (DMAc); The carboxylic acid-based organic acid is an organic acid having one or more carboxylic acids; The additive is characterized by using a combination of polyethylene glycol (PEG) and polyvinylpyrrolidone (PVP).

여기에서, 상기 카르복시산계 유기산은, 젖산, 숙신산, 구연산, 말론산, 말레산, 벤조산 중에서 선택된 1종인 것을 특징으로 한다.Here, the carboxylic acid-based organic acid is characterized in that one selected from lactic acid, succinic acid, citric acid, malonic acid, maleic acid, benzoic acid.

여기에서, 상기 첨가제로 사용되는 폴리에틸렌글리콜(PEG)과 폴리비닐피롤리돈(PVP)은 폴리에틸렌글리콜 : 폴리비닐피롤리돈 = 0.5~1 : 1~1.5의 중량비로 첨가하는 것을 특징으로 한다.Here, polyethylene glycol (PEG) and polyvinylpyrrolidone (PVP) used as the additive is characterized in that the polyethylene glycol: polyvinylpyrrolidone = 0.5 to 1: 1 to 1.5 by weight.

본 발명에 따르면, 유기산을 이용하여 기공 크기 대비 투과유량이 극히 우수한 다공성을 갖는 폴리술폰 중공사막을 제조할 수 있는 유용한 효과를 달성할 수 있다.According to the present invention, it is possible to achieve a useful effect of producing a polysulfone hollow fiber membrane having an extremely excellent porosity relative to the pore size using the organic acid.

본 발명은 종래 폴리술폰 고분자수지를 기본으로 하는 중공사막보다 다공성 및 투과유량이 월등히 우수한 성능을 갖는 폴리술폰 중공사막을 제조할 수 있으며, 수처리에 매우 적합한 성능의 중공사막을 제조할 수 있는 유용한 효과를 달성할 수 있다.The present invention can produce a polysulfone hollow fiber membrane having a superior performance in porosity and permeate flow rate than the hollow fiber membrane based on a conventional polysulfone polymer resin, and a useful effect of producing a hollow fiber membrane having a very suitable performance for water treatment. Can be achieved.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유기산을 이용한 중공사막 제조방법을 나타낸 제조 공정도이다.
도 2는 본 발명에 있어 실시예 1에 의해 제조된 중공사막의 표면 SEM 사진이다.
도 3은 본 발명에 있어 실시예 2에 의해 제조된 중공사막의 표면 SEM 사진이다.
도 4는 본 발명에 있어 실시예 3에 의해 제조된 중공사막의 표면 SEM 사진이다.
도 5는 본 발명에 있어 실시예 4에 의해 제조된 중공사막의 표면 SEM 사진이다.
도 6은 본 발명에 있어 실시예 5에 의해 제조된 중공사막의 표면 SEM 사진이다.
도 7은 본 발명에 있어 실시예 6에 의해 제조된 중공사막의 표면 SEM 사진이다.
도 8은 본 발명에 있어 비교예 1에 의해 제조된 중공사막의 표면 SEM 사진이다.
도 9는 본 발명에 있어 비교예 2에 의해 제조된 중공사막의 표면 SEM 사진이다.
도 10은 본 발명에 있어 비교예 3에 의해 제조된 중공사막의 표면 SEM 사진이다.
도 11은 본 발명에 있어 비교예 4에 의해 제조된 중공사막의 표면 SEM 사진이다.
1 is a manufacturing process chart showing a hollow fiber membrane manufacturing method using an organic acid according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a SEM image of the surface of the hollow fiber membrane prepared in Example 1 in the present invention.
Figure 3 is a SEM image of the surface of the hollow fiber membrane prepared in Example 2 in the present invention.
Figure 4 is a SEM image of the surface of the hollow fiber membrane prepared in Example 3 in the present invention.
5 is a SEM image of the surface of the hollow fiber membrane prepared according to Example 4 in the present invention.
Figure 6 is a SEM image of the surface of the hollow fiber membrane prepared in Example 5 in the present invention.
Figure 7 is a SEM image of the surface of the hollow fiber membrane prepared in Example 6 in the present invention.
8 is a SEM image of the surface of the hollow fiber membrane prepared according to Comparative Example 1 in the present invention.
9 is a SEM image of the surface of the hollow fiber membrane prepared in Comparative Example 2 in the present invention.
10 is a SEM image of the surface of the hollow fiber membrane prepared in Comparative Example 3 in the present invention.
11 is a SEM image of the surface of the hollow fiber membrane prepared in Comparative Example 4 in the present invention.

본 발명에 대해 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같으며, 이와 같은 상세한 설명을 통해서 본 발명의 목적과 구성 및 그에 따른 특징들을 보다 잘 이해할 수 있게 될 것이다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, and the detailed description will provide a better understanding of the purpose, configuration, and features thereof.

본 발명의 실시예에 따른 유기산을 이용한 중공사막 제조방법은 도 1에 나타낸 바와 같이, 고분자용액 제조단계(S10), 고분자용액 교반단계(S20), 중공사막 제조단계(S30), 침지단계(S40)를 포함하는 구성으로 이루어진다.Hollow fiber membrane manufacturing method using an organic acid according to an embodiment of the present invention, as shown in Figure 1, the polymer solution manufacturing step (S10), polymer solution stirring step (S20), hollow fiber membrane manufacturing step (S30), immersion step (S40) It consists of a configuration including.

상기 고분자용액 제조단계(S10)는 폴리술폰(PSF) 고분자수지와 카르복시산계 유기산 및 첨가제를 용매에 넣고 혼합하여 고분자용액을 제조한다.In the preparing of the polymer solution (S10), a polysulfone (PSF) polymer resin, a carboxylic acid-based organic acid, and an additive are mixed in a solvent to prepare a polymer solution.

이때, 상기 고분자용액 제조단계(S10)는 용매 100~120중량부를 기준으로 하여 폴리술폰(PSF) 고분자수지 15~35중량부, 카르복시산계 유기산 3~15중량부, 첨가제 10~20중량부를 혼합하여 고분자용액을 제조한다.At this time, the polymer solution manufacturing step (S10) is based on 100 to 120 parts by weight of solvent polysulfone (PSF) polymer resin 15 to 35 parts by weight, carboxylic acid-based organic acid 3 to 15 parts by weight, additives 10 to 20 parts by weight of Prepare a polymer solution.

여기에서, 상기 폴리술폰(PSF) 고분자수지를 사용함에 있어 15중량부 미만일 경우 고분자용액의 점도가 낮아 중공사막의 형태가 균일하지 못하게 형성될 뿐만 아니라 강도가 약해지는 문제가 발생하고, 30중량부를 초과할 경우 강도는 향상시킬 수 있지만 수투과도가 급격히 감소하는 문제가 발생한다.Here, when the polysulfone (PSF) polymer resin is less than 15 parts by weight, the viscosity of the polymer solution is low, not only the shape of the hollow fiber membrane is not uniformly formed, but the strength is weakened, 30 parts by weight If exceeded, the strength can be improved, but the water permeability decreases rapidly.

여기에서, 상기 카르복시산계 유기산을 사용함에 있어 3중량부 미만일 경우 제조되는 중공사막이 갖는 기공 크기 및 투과유량이 극히 저하되는 문제가 발생하고, 15중량부를 초과할 경우 기공 크기 대비 투과유량이 떨어지는 문제가 발생한다.Herein, when the carboxylic acid-based organic acid is used, the pore size and permeation flow rate of the hollow fiber membrane to be manufactured are extremely low when the carboxylic acid-based organic acid is used, and when the amount exceeds 15 parts by weight, the permeation flow rate is lowered compared to the pore size. Occurs.

상기 용매로는 폴리술폰(PSF)과 카르복시산계 유기산 및 첨가제를 잘 용해시켜 고분자용액을 용이하게 제조할 수 있도록 디메틸아세트아마이드(DMAc)를 사용함이 바람직하다.As the solvent, dimethylacetamide (DMAc) is preferably used to dissolve polysulfone (PSF), carboxylic acid-based organic acid and additives so as to easily prepare a polymer solution.

상기 카르복시산계 유기산으로는 기공 크기 대비 투과유량을 극대화시켜 성능을 향상시킬 수 있도록 카르복시산 1개 이상을 갖는 유기산이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 젖산, 숙신산, 구연산, 말론산, 말레산, 벤조산 중에서 선택된 어느 1종을 사용할 수 있다.The carboxylic acid-based organic acid is preferably an organic acid having one or more carboxylic acids to maximize the permeation flow rate compared to the pore size to improve performance, more preferably selected from lactic acid, succinic acid, citric acid, malonic acid, maleic acid, benzoic acid Either one can be used.

상기 첨가제로는 성능 개선을 위한 가소제 등으로 활용할 수 있도록 폴리에틸렌글리콜(PEG)과 폴리비닐피롤리돈(PVP)을 함께 사용함이 바람직하다.As the additive, it is preferable to use polyethylene glycol (PEG) and polyvinylpyrrolidone (PVP) together to use as a plasticizer for improving performance.

이때, 상기 폴리에틸렌글리콜(PEG)과 폴리비닐피롤리돈(PVP)은 폴리에틸렌글리콜 : 폴리비닐피롤리돈 = 0.5~1 : 1~1.5의 중량비로 첨가할 수 있다.In this case, the polyethylene glycol (PEG) and polyvinylpyrrolidone (PVP) may be added in a weight ratio of polyethylene glycol: polyvinylpyrrolidone = 0.5 to 1: 1 to 1.5.

상기 고분자용액 교반단계(S20)는 상기 S10단계를 통해 제조된 고분자용액을 20℃ 내지 25℃의 상온에서 교반하는 단계로서, 고분자용액을 구성하는 조성물들이 더욱 잘 혼합될 수 있도록 하는 단계이다.The polymer solution stirring step (S20) is a step of stirring the polymer solution prepared through the step S10 at a room temperature of 20 ℃ to 25 ℃, it is a step to allow the compositions constituting the polymer solution to be better mixed.

상기 중공사막 제조단계(S30)는 상기 고분자용액 교반단계(S20)를 거친 고분자용액에 대해 45℃ 내지 60℃의 응고액을 갖는 응고조에 방사노즐을 이용하여 방사함으로써 고형화 처리하는 단계로서, 이를 통해 다공성 구조를 위한 기공을 갖는 중공사막을 제조하는 단계이다.The hollow fiber membrane manufacturing step (S30) is a step of solidifying treatment by spinning with a spinning nozzle in a coagulation bath having a coagulating solution of 45 ℃ to 60 ℃ for the polymer solution undergoing the polymer solution stirring step (S20), through It is a step of preparing a hollow fiber membrane having pores for the porous structure.

이때, 상기 중공사막 제조단계(S30)에서는 제조되는 중공사막의 기공을 균일하게 형성 및 수투과도를 높일 수 있도록 하기 위해 습도 60% 이상의 조건을 갖는 상태에서 실시함이 바람직하다.In this case, the hollow fiber membrane manufacturing step (S30) is preferably carried out in a state having a humidity of 60% or more in order to uniformly form the pores of the hollow fiber membrane to be manufactured and to increase the water permeability.

여기에서, 상기 습도 조건을 제공함에 있어 습도를 60% 미만으로 할 경우 표면의 기공이 불규칙하게 형성됨은 물론 수투과도가 크게 떨어지는 문제가 발생한다.Here, in providing the humidity condition, if the humidity is less than 60%, the pores of the surface are irregularly formed, as well as the water permeability is greatly reduced.

여기에서, 상기 습도 조건은 제조되는 중공사막의 기공에 대한 균일성 및 수투과도를 크게 향상시킬 수 있도록 습도 90% 이상의 조건을 갖는 상태에서 실시하는 것이 더욱 바람직하다.Here, the humidity conditions are more preferably carried out in a condition having a humidity of 90% or more so as to greatly improve the uniformity and water permeability of the pores of the hollow fiber membrane to be produced.

상기 침지단계(S40)는 상기 중공사막 제조단계(S30)를 거친 고형화물, 즉 다공성 구조를 위한 기공을 갖는 중공사막을 15℃ 내지 25℃의 물이 채워진 침전조에 20~24시간 침지시켜 용매 및 비용매를 제거하는 단계이다.The immersion step (S40) is a solvent and by immersing the hollow fiber membrane having a solid for the hollow fiber membrane manufacturing step (S30), that is, the porous fiber having pores for the porous structure for 20 to 24 hours in a water-filled sedimentation tank of 15 ℃ to 25 ℃ This step is to remove nonsolvent.

이와 같은 상술한 단계를 통해 품질이 우수하고 수처리에 적합한 중공사막을 제조할 수 있고, 특히 기공 크기 대비 투과유량이 아주 우수한 다공성을 갖는 중공사막을 제조할 수 있으며, 종래 폴리술폰 고분자수지를 기본으로 하는 중공사막보다 다공성 구조 및 투과유량이 월등히 우수한 성능을 갖는 중공사막을 제조할 수 있다.Through the above-described steps, it is possible to produce a hollow fiber membrane having excellent quality and suitable for water treatment, and in particular, to produce a hollow fiber membrane having a very high porosity relative to the pore size and having a very high porosity, and based on a conventional polysulfone polymer resin. The hollow fiber membrane having a porous structure and a permeate flow rate superior to that of the hollow fiber membrane can be produced.

이하, 본 발명에 따라 제조되는 유기산을 이용한 중공사막에 대해 구체적인 실시예 및 실험예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, specific examples and experimental examples of the hollow fiber membrane using the organic acid prepared according to the present invention will be described.

(실시예 1)(Example 1)

폴리술폰(PSF) 20중량부, 디메틸아세트아마이드(DMAc) 112중량부, 구연산 (citric acid) 4.5중량부, 폴리에틸렌글리콜 5중량부와 폴리비닐피롤리돈 10중량부를 혼합하여 고분자용액을 제조하고 이를 상온(20℃)에서 다시 교반하였으며, 이러한 고분자용액을 50℃의 응고액을 갖는 응고조에 방사하되 90% 습도조건에 방사하여 고형화 처리 및 중공사막을 제조하고, 중공사막을 20℃의 물이 채워진 침전조에서 24시간 침지시켜 폴리술폰 중공사막을 완성하였다.20 parts by weight of polysulfone (PSF), 112 parts by weight of dimethylacetamide (DMAc), 4.5 parts by weight of citric acid, 5 parts by weight of polyethylene glycol and 10 parts by weight of polyvinylpyrrolidone were mixed to prepare a polymer solution. The mixture was stirred again at room temperature (20 ° C.), and the polymer solution was spun into a coagulation bath having a coagulation solution of 50 ° C., but at 90% humidity to prepare a solidification treatment and a hollow fiber membrane, and the hollow fiber membrane was filled with water at 20 ° C. The polysulfone hollow fiber membrane was completed by immersion in a precipitation tank for 24 hours.

(실시예 2)(Example 2)

폴리술폰(PSF) 22중량부, 디메틸아세트아마이드(DMAc) 110중량부, 구연산 (citric acid) 4.5중량부, 폴리에틸렌글리콜 5중량부와 폴리비닐피롤리돈 10중량부를 혼합하여 고분자용액을 제조하고 이를 상온(20℃)에서 다시 교반하였으며, 이후에는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리술폰 중공사막을 완성하였다.A polymer solution was prepared by mixing 22 parts by weight of polysulfone (PSF), 110 parts by weight of dimethylacetamide (DMAc), 4.5 parts by weight of citric acid, 5 parts by weight of polyethylene glycol, and 10 parts by weight of polyvinylpyrrolidone. After stirring again at room temperature (20 ° C.), polysulfone hollow fiber membranes were completed in the same manner as in Example 1.

(실시예 3)(Example 3)

폴리술폰(PSF) 23중량부, 디메틸아세트아마이드(DMAc) 108중량부, 구연산 (citric acid) 4.5중량부, 폴리에틸렌글리콜 5중량부와 폴리비닐피롤리돈 10중량부를 혼합하여 고분자용액을 제조하고 이를 상온(20℃)에서 다시 교반하였으며, 이후에는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리술폰 중공사막을 완성하였다.A polymer solution was prepared by mixing 23 parts by weight of polysulfone (PSF), 108 parts by weight of dimethylacetamide (DMAc), 4.5 parts by weight of citric acid, 5 parts by weight of polyethylene glycol, and 10 parts by weight of polyvinylpyrrolidone. After stirring again at room temperature (20 ° C.), polysulfone hollow fiber membranes were completed in the same manner as in Example 1.

(실시예 4)(Example 4)

폴리술폰(PSF) 23중량부, 디메틸아세트아마이드(DMAc) 112중량부, 구연산 (citric acid) 3중량부, 폴리에틸렌글리콜 5중량부와 폴리비닐피롤리돈 10중량부를 혼합하여 고분자용액을 제조하고 이를 상온(20℃)에서 다시 교반하였으며, 이후에는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리술폰 중공사막을 완성하였다.A polymer solution was prepared by mixing 23 parts by weight of polysulfone (PSF), 112 parts by weight of dimethylacetamide (DMAc), 3 parts by weight of citric acid, 5 parts by weight of polyethylene glycol, and 10 parts by weight of polyvinylpyrrolidone. After stirring again at room temperature (20 ° C.), polysulfone hollow fiber membranes were completed in the same manner as in Example 1.

(실시예 5)(Example 5)

폴리술폰(PSF) 23중량부, 디메틸아세트아마이드(DMAc) 106중량부, 구연산 (citric acid) 8중량부, 폴리에틸렌글리콜 5중량부와 폴리비닐피롤리돈 10중량부를 혼합하여 고분자용액을 제조하고 이를 상온(20℃)에서 다시 교반하였으며, 이후에는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리술폰 중공사막을 완성하였다.A polymer solution was prepared by mixing 23 parts by weight of polysulfone (PSF), 106 parts by weight of dimethylacetamide (DMAc), 8 parts by weight of citric acid, 5 parts by weight of polyethylene glycol, and 10 parts by weight of polyvinylpyrrolidone. After stirring again at room temperature (20 ° C.), polysulfone hollow fiber membranes were completed in the same manner as in Example 1.

(실시예 6)(Example 6)

폴리술폰(PSF) 23중량부, 디메틸아세트아마이드(DMAc) 103중량부, 구연산 (citric acid) 11중량부, 폴리에틸렌글리콜 5중량부와 폴리비닐피롤리돈 10중량부를 혼합하여 고분자용액을 제조하고 이를 상온(20℃)에서 다시 교반하였으며, 이후에는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리술폰 중공사막을 완성하였다.A polymer solution was prepared by mixing 23 parts by weight of polysulfone (PSF), 103 parts by weight of dimethylacetamide (DMAc), 11 parts by weight of citric acid, 5 parts by weight of polyethylene glycol, and 10 parts by weight of polyvinylpyrrolidone. After stirring again at room temperature (20 ° C.), polysulfone hollow fiber membranes were completed in the same manner as in Example 1.

(비교예 1)(Comparative Example 1)

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되 구연산(citric acid) 대신 벤조산 (benzoic acid) 4.5중량부로 하여 폴리술폰 중공사막을 완성하였다.Prepared in the same manner as in Example 1, but instead of citric acid (citric acid) to benzoic acid (benzoic acid) 4.5 parts by weight to complete the polysulfone hollow fiber membrane.

(비교예 2)(Comparative Example 2)

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되 구연산(citric acid) 대신 젖산 (lactic acid) 4.5중량부로 하여 폴리술폰 중공사막을 완성하였다.Prepared in the same manner as in Example 1, but instead of citric acid (citric acid) lactic acid (lactic acid) to 4.5 parts by weight to complete the polysulfone hollow fiber membrane.

(비교예 3)(Comparative Example 3)

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되 구연산(citric acid) 대신 말레산 (maleic acid) 4.5중량부로 하여 폴리술폰 중공사막을 완성하였다.Prepared in the same manner as in Example 1, but instead of citric acid (citric acid) maleic acid (maleic acid) to 4.5 parts by weight to complete the polysulfone hollow fiber membrane.

(비교예 4)(Comparative Example 4)

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되 구연산(citric acid) 대신 숙신산 (succinic acid) 4.5중량부로 하여 폴리술폰 중공사막을 완성하였다.Prepared in the same manner as in Example 1, but instead of citric acid (citric acid) to succinic acid (succinic acid) 4.5 parts by weight to complete the polysulfone hollow fiber membrane.

(비교예 5)(Comparative Example 5)

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되 구연산을 사용하지 않았을 때의 물성을 확인하기 위해 폴리술폰 중량부, 디메틸아세트아마이드 117중량부, 폴리에틸렌글리콜 6중량부, 폴리비닐피롤리돈 11중량부로 하여 고분자용액의 조성을 변화시킨 상태로 폴리술폰 중공사막을 완성하였다.Prepared in the same manner as in Example 1, but in order to check the physical properties when no citric acid is used, polysulfone parts by weight, 117 parts by weight of dimethylacetamide, 6 parts by weight of polyethylene glycol, 11 parts by weight of polyvinylpyrrolidone The polysulfone hollow fiber membrane was completed in the state which changed the composition of the solution.

(비교예 6)(Comparative Example 6)

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되 구연산(citric acid) 대신 톨루엔술폰산(toluene sulfonic acid) 4.5중량부로 하여 폴리술폰 중공사막을 완성하였다.Prepared in the same manner as in Example 1, but instead of citric acid (citric acid) toluene sulfonic acid (toluene sulfonic acid) to 4.5 parts by weight to complete the polysulfone hollow fiber membrane.

(실험예 : 물성측정실험)(Experimental example: physical property measurement experiment)

상기 실시예 1 ~ 6 및 비교예 1 ~ 6의 제조방법으로 제조한 폴리술폰 다공성 필름의 물성(투과유량, 기공크기)을 측정하였으며, 그 결과는 아래의 표 1에 나타내었다.The physical properties (transmission flow rate, pore size) of the polysulfone porous film prepared by the production method of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 6 were measured, and the results are shown in Table 1 below.

본 실험에서 평균기공크기는 PMI를 사용하여 측정하였고, 순수투과유량은 아미콘셀을 사용하여 순수(20℃)를 1kgf/cm2으로 가압하여 측정하였다.In this experiment, the average pore size was measured using PMI, and the net flux was measured by pressing 1 kgf / cm 2 of pure water (20 ° C) using Amiconcell.

구분division 평균기공크기
(μm)
Average pore size
(μm)
순수투과량
(L/m2hr)
Pure permeation
(L / m 2 hr)
실시예 1Example 1 0.490.49 7,0107,010 실시예 2Example 2 0.450.45 6,3306,330 실시예 3Example 3 0.380.38 6,3906,390 실시예 4Example 4 0.270.27 3,7503,750 실시예 5Example 5 0.340.34 5,9505,950 실시예 6Example 6 0.130.13 1,2701,270 비교예 1Comparative Example 1 0.360.36 6,7806,780 비교예 2Comparative Example 2 0.280.28 5,7705,770 비교예 3Comparative Example 3 0.230.23 6,4406,440 비교예 4Comparative Example 4 0.210.21 5,7305,730 비교예 5Comparative Example 5 0.200.20 4,3004,300 비교예 6Comparative Example 6 0.420.42 5,6005,600

상기한 표 1의 물성측정결과를 살펴보았을 때, 실시예 6에서 평균기공크기 및 순수투과량이 다른 실시예 및 비교예에 비해 현저히 낮음을 알 수 있는데, 이는 구연산 함량이 높을 경우 물성에 영향을 미침을 확인할 수 있다.Looking at the measurement results of the physical properties of Table 1, it can be seen that in Example 6 the average pore size and pure permeation rate is significantly lower than the other examples and comparative examples, which affects the physical properties when the citric acid content is high can confirm.

또한, 비교예 1 ~ 4에서 평균기공크기 및 순수투과량이 높게 나타났고, 카르복시산계 유기산을 사용한 경우가 사용하지 않은 경우보다 투과유량이 훨씬 높은 것을 확인할 수 있으며, 유기산의 한 종류인 술폰산계 유기산에 비해서 카르복시산계 유기산이 기공크기 대비 투과유량이 훨씬 높은 것을 확인하였다.In addition, in Comparative Examples 1 to 4, the average pore size and the pure permeation amount were high, and the use of the carboxylic acid-based organic acid was found to be much higher than that of the non-use, and the sulfonic acid-based organic acid, which is one kind of organic acid, was used. Compared to the pore size, the carboxylic acid-based organic acid was confirmed to have a much higher permeate flow rate.

이에, 상기한 물성측정결과를 통해 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 균일한 분포의 기공을 갖게 하면서 투과유량이 높은 폴리술폰 다공성 필름을 제조할 수 있었으며, 기공크기 또한 0.5 ㎛에서 0.1㎛ 까지 기공의 크기를 다양하게 조절할 수 있음을 나타내고 있어 수처리에 넓게 사용할 수 있음을 보여주고 있다.Thus, as can be seen from the above measurement results, the present invention was able to manufacture a porous polysulfone porous film having a high transmission flow rate while having a uniform distribution of pores, the pore size is also pore size from 0.5 ㎛ to 0.1 ㎛ It shows that the size of can be adjusted in various ways, so it can be widely used in water treatment.

이상에서 설명한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 이러한 실시예에 극히 한정되지 않는다 할 것이며, 본 발명의 기술적 사상과 청구범위 내에서 이 기술분야의 당업자에 의하여 이루어지는 다양한 수정과 변형 또는 단계의 치환 등은 본 발명의 기술적 범주 내에 해당한다 할 것이다.The embodiments described above are merely to describe preferred embodiments of the present invention, and are not limited to these embodiments, and various modifications made by those skilled in the art within the technical spirit and claims of the present invention and Modifications or substitution of steps will fall within the technical scope of the present invention.

Claims (5)

폴리술폰을 고분자수지로 하여 고분자용액을 제조한 후 중공사막을 제조하는 중공사막 제조방법에 있어서,
(A) 폴리술폰(PSF) 고분자수지와 카르복시산계 유기산 및 첨가제를 용매에 넣고 혼합하여 고분자용액을 제조하는 단계;
(B) 상기 고분자용액을 20℃ 내지 25℃의 상온에서 교반하는 단계:
(C) 상기 (B)단계를 거친 고분자용액에 대해 45℃ 내지 60℃의 응고액을 갖는 응고조에 방사노즐을 이용하여 방사함으로써 고형화 처리하는 단계;
(D) 상기 (C)단계를 거친 고형화물을 15℃ 내지 25℃의 물이 채워진 침전조에 20~24시간 침지시켜 용매 및 비용매를 제거하는 단계; 를 포함하고,
상기 (C)단계에서는 제조되는 중공사막의 기공을 균일하게 형성 및 수투과도를 높일 수 있도록 습도 60% 이상의 조건을 갖게 하며;
상기 용매는 디메틸 아세트아마이드(DMAc)이고;
상기 카르복시산계 유기산은 카르복시산 1개 이상을 갖는 유기산이되 젖산, 숙신산, 구연산, 말론산, 말레산, 벤조산 중에서 선택된 1종이며;
상기 첨가제는 폴리에틸렌글리콜(PEG)과 폴리비닐피롤리돈(PVP)을 함께 사용하는 것을 특징으로 하는 유기산을 이용한 중공사막 제조방법.
In the hollow fiber membrane manufacturing method for producing a hollow fiber membrane after preparing a polymer solution using a polysulfone as a polymer resin,
(A) preparing a polymer solution by mixing a polysulfone (PSF) polymer resin with a carboxylic acid-based organic acid and an additive in a solvent;
(B) stirring the polymer solution at room temperature of 20 ℃ to 25 ℃:
(C) solidifying treatment by spinning with a spinning nozzle in a coagulation bath having a coagulating solution of 45 ℃ to 60 ℃ for the polymer solution subjected to the step (B);
(D) removing the solvent and the non-solvent by immersing the solid product passed through step (C) in a precipitation tank filled with water at 15 ° C. to 25 ° C. for 20 to 24 hours; Including,
In the step (C) to have a condition of humidity of 60% or more to uniformly form the pores of the hollow fiber membrane to be manufactured and to increase the water permeability;
The solvent is dimethyl acetamide (DMAc);
The carboxylic acid-based organic acid is an organic acid having one or more carboxylic acids, but is one selected from lactic acid, succinic acid, citric acid, malonic acid, maleic acid, and benzoic acid;
The additive is a hollow fiber membrane manufacturing method using an organic acid, characterized in that the polyethylene glycol (PEG) and polyvinylpyrrolidone (PVP) is used together.
제 1항에 있어서,
상기 (A)단계에서는,
용매 100~120중량부를 기준으로 하여 폴리술폰(PSF) 고분자수지 15~35중량부, 카르복시산계 유기산 3~15중량부, 첨가제 10~20중량부를 혼합하여 고분자용액을 제조하는 것을 특징으로 하는 유기산을 이용한 중공사막 제조방법.
The method of claim 1,
In the step (A),
15 to 35 parts by weight of polysulfone (PSF) polymer resin, 3 to 15 parts by weight of carboxylic acid-based organic acid, and 10 to 20 parts by weight of additive based on 100 to 120 parts by weight of a solvent to prepare an organic acid. Hollow fiber membrane manufacturing method using.
삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 첨가제로 사용되는 폴리에틸렌글리콜(PEG)과 폴리비닐피롤리돈(PVP)은 폴리에틸렌글리콜 : 폴리비닐피롤리돈 = 0.5~1 : 1~1.5의 중량비로 첨가하는 것을 특징으로 하는 유기산을 이용한 중공사막 제조방법.
The method of claim 1,
Polyethylene glycol (PEG) and polyvinylpyrrolidone (PVP) used as the additive is a polyethylene fiber: polyvinylpyrrolidone = 0.5 ~ 1: hollow fiber membrane using an organic acid, characterized in that the addition of 1 to 1.5 Manufacturing method.
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