KR102347498B1 - 중금속 비용출성 나권형 필터 모듈 및 이의 제조방법 - Google Patents

중금속 비용출성 나권형 필터 모듈 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 중금속 비용출성 나권형 필터 모듈 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 물에 침적 시 중금속의 용출량이 현저히 저하되어 안전한 음용수 제조용 필터로 사용할 수 있는 나권형 필터 모듈 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

중금속 비용출성 나권형 필터 모듈 및 이의 제조방법{Spiral membrane module with low elution of heavy metal and preparing method of the same}
본 발명은 중금속 비용출성 나권형 필터 모듈 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 물에 침적 시 중금속의 용출량이 현저히 저하되어 안전한 음용수 제조용 필터로 사용할 수 있는 나권형 필터 모듈 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
정수 및 하폐수의 처리 기술이 발달됨에 따라서 종래의 모래 여과 방식에서 분리막을 이용한 막 여과 방식으로 처리기술의 방향이 변화하고 있다.
이러한 수처리용 분리막 기술은 막의 기공 크기, 기공 분포 및 막 표면의전하에 따라 처리수 중에 존재하는 처리 대상물질을 거의 완벽하게 분리 제거하기 위한 고도의 분리여과 수처리 기술이다.
이러한 수처리 기술의 핵심 부품인 수처리용 분리막은 그 기공의 크기에 따라서 정밀 여과막(microfilter, MF), 한외여과막(Ultrafilter, UF), 나노분리막(Nanofilter, NF) 및 역삼투막(Reverse Osmosis, RO)로 분류된다. 수처리 분야에 있어 양질의 음용수 및 공업 용수의 생산, 하/폐수 처리 및 재이용, 무방류 시스템 개발과 관련된 청정생산공정 등 그 응용범위가 확대되고 있다. 이러한 수처리 여과막 기술은 수질 오염이 심각해지는 최근 상황에 맞추어 근래에 주목받는 핵심 기술로서, 일반인들이 정수 처리되어 공급된 수돗물을 다시 정수기를 통해 재처리하여 식용으로 사용함에 따라 기술 개발이 더욱 요구되는 실정이다.
한편, 정수기 시스템은 필터 모듈, 전처리 및 후처리 필터, 펌프, 배관, 탱크 및 기타 보조장치로 구성되어 있으며, 이러한 시스템을 구성하는 요소 중 가장 중요한 것이 필터 모듈이다.
이러한 필터 모듈의 종류로는 평판형, 중공사형, 관상형, 나권형 등이 상업화되어 있으며, 단위 면적당 분리막의 삽입 밀도가 높고, 물 속의 이온을 제거할 수 있는 나권형 분리막 모듈에 대한 연구가 주로 진행되고 있다.
상기 나권형 필터 모듈은 분리막과 유로 채널이 나권형으로 권취된 형태로 이루어져 있을 수 있는데, 이 때 폴리에스테르 원단을 사용하는 여과수 유로 채널은 주로 안티몬(Antimony, Sb)계 촉매를 사용하여 축합 중합한 폴리에스테르 섬유를 포함하는데, 장시간 정체되어 있던 여과수는 안티몬이 용출되어 안정상의 문제가 있다. 따라서, 보다 안전한 음용수 제공을 위하여 중금속 용출을 억제할 수 있는 기술의 개발이 필요한 실정이다.
KR 2017-0112994 A
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 음용수 제조를 위한 필터로서, 여과수에 용출되는 중금속의 함량을 현저히 감소시킬 수 있는 나권형 필터 모듈 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 폴리에스테르 섬유를 포함하고, 하기 측정방법에 따라 측정한 원자량 63g/mol 에서 200g/mol까지, 밀도 4g/cm3 이상인 중금속의 용출량이 1ppb 이하인 중금속 비용출 원단을 포함하는 여과수 유로 채널 시트; 및 분리막 시트; 및 유입수 유로 채널 시트를 포함하는 나권형 필터 모듈을 제공한다.
[측정방법]
순도 99.9% 이상의 탈이온수(DI water) 1,000g에 상기 중금속 비용출 원단을 0.7g의 무게로 재단한 시편을 100시간 침적한 후 꺼내고 상기 탈이온수에 용출된 금속 원소의 농도를 측정한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 중금속 비용출 원단은 상기 폴리에스테르 섬유를 제편한 트리코트 원단일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 폴리에스테르 섬유는 시스/코어 섬유로서, 코어부 폴리에스테르 수지의 융점이 시스부 폴리에스테르 수지의 융점보다 높은 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 시스부 폴리에스테르 수지는 융점이 150℃ 에서 220℃까지일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 코어부 폴리에스테르 수지 및 상기 시스부 폴리에스테르 수지는 티타늄(Ti)계 촉매만을 포함하는 중합 촉매를 사용하여 중합된 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 폴리에스테르 섬유에는 안티몬(Antimony, Sb)이 1 ppm 이하의 함량으로 포함되어 있을 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 나권형 필터 모듈은 상기 분리막 시트를 포함하는 제1 분리막 시트; 상기 여과수 유로채널 시트; 상기 분리막 시트를 포함하는 제2 분리막 시트; 및 유입수 유로채널 시트;가 순차적으로 각각 1층 이상 교호 적층되어 나권형으로 권취된 것일 수 있다.
본 발명에 따른 나권형 필터 모듈에 따르면 상기 필터 모듈 내에 물이 정체되어 있는 시간이 길어지더라도 필터에 의하여 여과된 물에 용출된 중금속 농도를 현저히 저하시켜 안전한 음용수를 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 중금속 비용출 원단과 비교예에 따른 폴리에스테르 트리코트 원단에 대한 안티몬 용출 테스트 결과를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
상술한 바와 같이 종래의 나권형 필터 모듈의 경우에는 여과수 유로 채널 시트용 원단으로부터 여과수에 중금속이 용출되어 음용수를 오염시키는 문제가 있었다.
이에, 본 발명에서는 폴리에스테르 섬유를 포함하고 하기 측정방법에 따라 측정한 원자량 63g/mol 에서 200g/mol까지, 밀도 4g/cm3 이상 중금속의 용출량이 1ppb 이하인 중금속 비용출 원단을 포함하는 여과수 유로 채널 시트; 분리막 시트; 및 유입수 유로채널 시트;를 포함하는 나권형 필터 모듈을 제공하여 이와 같은 문제점의 해결을 도모하였다.
[측정방법]
순도 99.9% 이상의 탈이온수(DI water) 1,000g에 상기 중금속 비용출 원단을 0.7g의 무게로 재단한 시편을 100시간 침적한 후 꺼내고 상기 탈이온수에 용출된 금속 원소의 농도를 측정한다.
환경부의 2017 먹는물 수질기준 해설서에 따르면, 음용수에 포함된 농도 수질기준항목으로 등록된 중금속은 납(lead, Pb), 수은(mercury, Hg), 크롬(chrome, Cr), 카드뮴(cadmium, Cd) 및 구리(copper, Cu)가 있고, 먹는물 수질감시항목으로 등록된 중금속은 안티몬(antimony, Sb), 우라늄(uranium, Ur)이 있다. 이 중에서 특히 안티몬은 소화기계 자극 및 화상, 복통, 구토, 설사, 저혈압 등이 유발될 수 있고 피부 자극 등을 유발하는 유해한 특성을 갖는 성분이다. 이러한 안티몬은 음용수의 다른 오염 물질을 제거하기 위하여 필터를 사용하여 유입수를 여과하는 과정에서 필터 모듈에 사용되는 여과수 유로 채널의 폴리에스테르 성분 제조 시 잔류하는 안티몬 촉매 성분으로부터 용출되기 용이하여 특히 주의할 중금속 성분이다.
상기 2017 먹는물 수질기준 해설서에 따르면, 안티몬의 수질감시기준은 약 20 ppb 이하의 함량으로 포함되어 있어야 한다.
폴리에스테르 섬유는 주로 산(dicarboxylic acid) 성분과 디올(diol) 성분을 에스테르화 반응(축합 중합 반응)하여 제조하게 되는데, 이 때, 공업적으로 안티몬계 촉매를 주로 사용한다.
안티몬계 촉매로는 삼산화안티몬(Sb2O3), 안티몬 옥살레이트(Antimony oxalate), 안티몬 글루콕사이드(Antimony glucoxide) 및 안티몬 부톡사이드(Antimony butoxide)이 있다. 이러한 안티몬계 촉매를 사용하여 폴리에스테르 섬유를 중합하는 경우 제조 후 잔류하는 안티몬 촉매로 인하여 필터 모듈에 포함된 안티몬이 필터 이용 과정에서 여과수로 용출되어 나오게 되는 문제가 있었다.
이러한 안티몬계 촉매를 사용하여 중합한 폴리에스테르 섬유는 나권형 필터 모듈에서 분리막과 분리막 사이에 위치하는 여과수 유로 채널에 사용되는데, 이러한 유로 채널은 시트 형태의 원단으로 제공되며, 분리막 사이에서 여과수가 이동하는 수로의 역할을 한다.
본 발명은 여과수 유로채널 시트로서 상기와 같이 낮은 중금속 용출량을 갖는 폴리에스테르 섬유를 포함하는 중금속 비용출 원단을 포함한 것을 사용함으로써, 환경부 고시 먹는물 수질 감시항목 기준을 충족할 수 있으며, 음용수로 안전한 물을 제공할 수 있다.
만일 상기 측정방법에 따라서 측정한 용출량이 1 ppb를 넘는 경우, 정수기를 휴가, 여행 등의 이유로 장기간 방치할 경우 필터 내에 잔류하고 있던 유입수에 용출되는 중금속의 함량이 증가하여 환경부 고시 수질감시기준을 충족하지 못하는 등 안전한 음용수로 사용하기 어려워지는 문제가 있을 수 있다.
이하, 본 발명의 각 구성별로 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 나권형 필터 모듈에 관한 것으로서, 핵심적인 구성은 분리막 시트와 여과수 유로채널 시트이다.
1. 분리막 시트
분리막은 상술한 바와 같이 정밀여과막, 한외여과막, 나노분리막, 역삼투막 등의 분리막을 의미하며, 유입수 내에 존재하는 오염 물질을 여과하는 실질적인 역할을 한다. 분리막 내에는 미세한 기공이 존재하여 오염 물질을 흡착함으로써 거르는 작용을 한다.
이러한 분리막은 각각 필터 모듈의 사용 용도에 따라서 정밀여과막, 한외여과막, 나노분리막, 역삼투막 등의 분리막 중에서 선택하여 사용할 수 있다.
상기 분리막은 바람직하게는 다공성 지지체층과 상기 다공성 지지체층의 적어도 일면 상에 형성된 폴리아미드층을 포함할 수 있다.
상기 다공성 지지체층은 바람직하게는 부직포 또는 직물일 수 있다.
또한, 상기 다공성 지지체층은 바람직하게는 100㎛ 에서 250㎛의 두께를 갖는 것일 수 있다. 만일 다공성 지지체층의 두께가 100㎛ 미만인 경우 분리막 시트-유로채널 시트의 적층체 두께가 지나치게 얇아져 필터의 내구성이 감소하게 될 수 있다. 또한 그 두께가 250㎛를 초과하는 경우에는 상기 다공성 지지체층의 공극 내로 침투하여 형성된 폴리아미드층의 두께가 지나치게 두꺼워지게 되는 바 여과수의 투과유량이 감소하게 되는 문제점이 있을 수 있다.
2. 여과수 유로채널 시트
여과수 유로채널 시트는 상기 분리막 시트에 부착되어 여과수가 통과하는 통로를 제공한다.
상기 여과수 유로채널 시트는 다공성 시트이며, 폴리에스테르 섬유를 포함하는 중금속 비용출 원단을 포함한다.
"중금속 비용출"이라는 것은 중금속이 전혀 용출되지 않는다는 것을 의미하는 것이 아니라, 하기의 측정방법에 따라서 중금속의 용출량을 측정하였을 때, 용출량이 1ppb 이하의 저농도로 용출되는 정도의 수준을 의미한다.
[측정방법]
상기 중금속 비용출 원단을 0.7g의 무게를 갖는 시편으로 제작한 후, 순도 99.9% 이상의 탈이온수(DI water) 1,000g에 상기 중금속 비용출 원단을 100시간 침적한 후 꺼내고, 남은 탈이온수에 용출된 금속 원소의 농도를 측정한다.
본 명세서에서 중금속이란 63g/mol 내지 200g/mol의 원자량을 갖고 4g/㎤ 이상의 밀도를 갖는 금속 원소를 나타낸다.
바람직하게는 중금속 용출량은 상기 측정방법에 의하여 측정한 안티몬(Antimony, Sb), 원자량: 121.760g/mol, 밀도: 6.697g/㎤)의 용출량을 의미하는 것일 수 있다.
상기와 같이 낮은 중금속 용출량을 가짐으로써 필터 내에 잔류하는 물에 용출되어 나오는 중금속의 농도를 현저하게 낮출 수 있어, 안전한 음용수를 제공하는데 적합한 필터를 구현할 수 있다. 종래의 필터의 경우에는 정수기에 사용하는 경우, 여행을 다녀온다든지 하여 정수기를 장기간 사용하지 않는 경우 필터 내에 장시간 고여 있는 여과수에 중금속의 용출량이 증가하여 수질감시항목 기준을 초과하게 되는 문제가 있었다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 중금속 비용출 원단은 상기 폴리에스테르 섬유를 제직한 직물, 제편한 편물이거나 상기 폴리에스테르 섬유를 포함하는 부직포일 수 있다. 바람직하게는 상기 폴리에스테르 섬유를 제편한 트리코트 원단일 수 있다.
상기 폴리에스테르 섬유는 바람직하게는 중금속 비용출 폴리에스테르 섬유일 수 있다. 더욱 바람직하게는 안티몬 비용출 폴리에스테르 섬유일 수 있다. 즉, 상기 폴리에스테르 섬유는 바람직하게는 안티몬의 함량이 종래의 폴리에스테르 섬유에 비하여 현저하게 낮은 폴리에스테르 섬유일 수 있다.
상기 폴리에스테르 섬유는 바람직하게는 산(dicarboxylic acid) 성분과 디올(diol) 성분을 안티몬계 촉매를 포함하지 않는 중합 촉매를 사용하여 중합한 폴리에스테르 수지를 방사하여 형성된 것일 수 있다.
바람직하게는 상기 중합 촉매는 티타늄(Ti)계 촉매로 이루어지는 것일 수 있다. 즉, 상기 중합 촉매는 티타늄계 촉매만을 포함하는 것일 수 있다.
상기 티타늄계 촉매는 바람직하게는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
(MxO)a(TiO2)[(CH2)yOH]b
상기 화학식 1에 있어서, M은 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 칼슘(Ca), 루비듐(Rb), 마그네슘(Mg), 스트론튬(Sr) 및 바륨(Ba) 중에서 선택되는 어느 하나의 알칼리계 금속이고, x은 1 또는 2이고, a는 0.001≤a≤0.1을 만족하는 유리수이며, y은 1≤y≤10을 만족하는 정수이고, b는 1≤b≤100을 만족하는 유리수이다.
결과적으로 상기 폴리에스테르계 섬유는 바람직하게는 안티몬을 1 ppb 이하의 함량으로 포함하고 있을 수 있으며, 이로 인하여 상기 측정방법에 따른 안티몬 용출량을 현저히 저하시킬 수 있다.
상기 폴리에스테르 섬유는 바람직하게는 시스/코어 복합 섬유이되, 코어부 폴리에스테르 수지의 융점이 시스부 폴리에스테르 수지의 융점보다 높은 것일 수 있다. 시스/코어 섬유는 섬유의 중심부를 이루는 코어부 및 상기 코어부 주위를 감싸는 형태로 형성된 시스부로 이루어진 복합 섬유를 의미한다.
이를 통하여 종래의 폴리에스테르 섬유를 포함하는 유로채널 시트에 비하여 강도가 우수한 시트를 제공할 수 있다.
바람직하게는 상기 시스부의 폴리에스테르 수지는 융점이 150℃ 내지 220℃인 저융점 폴리에스테르 수지일 수 있다. 또한, 코어부의 폴리에스테르 수지는 융점이 바람직하게는 200℃ 내지 300℃일 수 있다.
상기 시스부 폴리에스테르 수지 및 코어부 폴리에스테르 수지는 통상적으로 복합섬유의 시스부 및 코어부에 사용되는 수지로 당업계에서 사용되는 것이라면 제한되지 않는다.
바람직하게는 상기 시스부 폴리에스테르 수지는 티타늄계 촉매를 포함하고 안티몬계 촉매를 포함하지 않는 중합촉매의 존재 하에서 산 성분과 디올 성분을 에스테르화 반응 및 축합 중합하여 제조된 것일 수 있다.
바람직하게는 상기 시스부 폴리에스테르 수지는 200℃ 에서 300℃까지의 온도 조건에서, 바람직하게는 230℃ 에서 270℃까지의 온도 조건에서 상기 산 성분 및 상기 디올 성분을 1:0.8 내지 1:2.2의 몰비로, 바람직하게는 1:1 내지 1:2의 몰비로 혼합한 혼합물을 상기 혼합물 100 중량부에 대하여 상기 중합 촉매를 2 ppm 내지 500 ppm, 바람직하게는 50 ppm 내지 200 ppm 첨가하여 에스테르화 반응을 수행하고, 이어서 230℃ 에서 320℃까지의 온도에서, 바람직하게는 260℃ 에서 305℃까지의 온도에서 축합 중합 반응을 수행하여 시스부 폴리에스테르 수지를 제조하는 단계를 포함하여 제조될 수 있다.
상시 시스부 폴리에스테르 수지의 중합에 사용되는 산 성분은 바람직하게는 테레프탈산(terephthalic acid, TPA) 및 이소프탈산(isophthalic acid, IPA) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 또한, 상기 디올 성분은 바람직하게는 1,2-에탄디올(1,2-ethandiol), 1,3-프로판디올(1,3-propandiol), 1,4-부탄디올(1,4-butandiol) 및 이소프로판올(isopropanol) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
그러나, 상기 산 성분 화합물과 디올 성분 화합물은 상기 열거된 것에 한정되지 않으며, 상술한 시스부 폴리에스테르 수지의 물성을 만족하도록 제조할 수 있는 것으로 당업계에서 일반적으로 사용되는 폴리에스테르 중합 단량체로 사용되는 것 중에서 제한 없이 선택할 수 있다.
만일 상기 에스테르화 반응을 진행하는 온도 조건이 200℃ 미만인 경우, 혼합물 및 촉매와의 반응열이 부족하여 중축합 반응이 발생할 수 없거나 저분자량의 중축합물이 형성되어 강도가 낮고 섬유화가 어려운 문제가 발생할 수 있고, 300℃를 초과하면 높은 반응열로 인하여 중축합물의 분해가 일어나서 목적으로 하는 고분자량의 중축합물의 확보가 어렵거나 분해 반응 외 높은 반응열로 인하여 생성되는 디에틸렌 글리콜 글리콜 및 각종 다이머류의 부반응물의 생성으로 형성된 중축합물의 강도가 저하되고 황변이 발생되는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 만일 상기 중축합 반응을 수행하는 온도가 230℃ 미만이면 혼합물 및 촉매와의 반응열이 부족하여 중축합 반응이 발생할 수 없거나 저분자량의 중축합물이 형성되어 강도가 낮고 섬유화가 어려운 문제가 발생할 수 있고, 온도가 320℃를 초과하는 경우에는 열분해가 일어나는 등 중금속 비용출 폴리에스테르 원단의 물성이 약화되는 원인이 될 수 있다.
또한, 만일 산 성분 및 알코올 성분의 몰비가 1:0.8 미만이면 목적으로 하는 고분자량의 중축합물의 제조가 어렵거나 제조된 중축합물의 섬유화가 어려운 문제가 발생할 수 있고, 몰비가 1:2.2를 초과하면 부산물이 과다하게 발생하여 미반응물 잔류로 방사 공정에서 사절과 팩압 상승을 유도하여 방사작업성이 현저하게 저하될 수 있는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 만일 첨가되는 촉매가 상기 산 성분 화합물과 디올 성분 화합물의 혼합물 100 중량부에 대하여 2 ppm 미만이면 반응성 저하로 시스부 폴리에스테르 수지의 제조가 어려운 문제가 발생할 수 있고, 500 ppm을 초과하면 반응성은 촉진이 되지만 황변으로 인한 착색 현상이 높아지는 문제가 발생할 수 있다.
한편, 상기 촉매는 상기 에스테르화 반응의 초기에 첨가될 수 있는데, 이에 따라 반응 활성화 시간이 늦어지는 문제가 발생할 수 있으며, 이를 보완하기 위하여 중합 전에 상기 촉매를 질소 분위기 하에서 140℃ 에서 200℃까지, 바람직하게는 150℃에서 190℃까지의 온도 조건으로 1시간에서 3시간 동안, 바람직하게는 1.5시간에서 2.5시간 동안 예열하여 활성도를 높일 수 있으나, 온도와 시간 조건이 이에 제한되지는 않는다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 코어부 폴리에스테르 수지는 티타늄계 촉매를 포함하고 안티몬계 촉매를 포함하지 않는 중합 촉매의 존재 하에 산 성분 화합물 및 디올 성분 화합물을 축합 중합하여 제조할 수 있다. 구체적으로, 상기 코어부 폴리에스테르 수지는 200℃에서 300℃의 온도 조건으로, 바람직하게는 230℃에서 270℃까지의 온도 조건으로 산 성분 화합물 및 디올 성분 화합물을 1:1에서 1:2까지의 몰비로, 바람직하게는 1:1.1에서 1:1.9까지의 몰비로 혼합하고, 상기 혼합물 100 중량부에 대하여 상기 중합 촉매를 2 ppm에서 500 ppm까지, 바람직하게는 50 ppm에서 200 ppm까지 첨가하여 에스테르화 반응을 수행하고, 이어서 230℃에서 320℃까지의 온도에서, 바람직하게는 260℃에서 305℃까지의 온도에서 축합 중합 반응을 수행하여 코어부 폴리에스테르 수지를 제조하는 단계를 수행하여 제조할 수 있다.
상기 축합 중합 반응에는 추가적으로 보색제 또는 열안정제가 첨가될 수 있다. 상기 보색제로는 코발트 아세테이트, 안트라퀴논(anthraquinone)계 염료 등이 있다. 상기 보색제는 상기 시스부 폴리에스테르 수지 중량 대비 10 ppm에서 200 ppm까지 첨가될 수 있으며, 보색제의 함량이 10 ppm 미만인 경우 소정의 색상을 얻기 어렵고, 200 ppm을 초과하는 경우 특히 코발트 아세테이트 함량의 증가로 인하여 색도 값이 저하되어 폴리에스테르 색도가 어두워지며 광택이 감소될 수 있다. 한편, 안트라퀴논계 염료를 사용하는 경우에는 상기 시스부 폴리에스테르 수지 중량 대비 0.01 ppm에서 10 ppm까지 첨가될 수 있으며, 상기 안트라퀴논계 염료의 함량이 0.01 ppm 미만인 경우 소정의 색상이 얻어지지 않을 수 있고, 10 ppm을 초과하는 경우에는 색상이 그린(Green)이나 진한 청색 계통에 가까워져 사용이 어려운 문제가 발생할 수 있다. 바람직하게는 보색제로 안트라퀴논계 염료를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 열안정제의 예에는 TPP(triphenylphosphate), TEP(triethylphosphate), H3PO4(Phosphoric Acid) 및 TMP(trimethylphosphate) 중에서 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다. 상기 열안정제는 상기 시스부 폴리에스테르 수지 중량 대비 100 ppm에서 400 ppm 첨가될 수 있으며, 열안정제 함량이 100 ppm 미만이면 열안정제로서의 기능의 발휘가 어렵고, 후가공시 열분해 요인으로 작용할 수 있으며, 열안정제의 함량이 400 ppm을 초과하면 열안정성은 향상되되 상기 중합 반응의 반응성 저해 요인으로 작용하게 될 수 있다. 그러나 함량 범위가 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 코어부 폴리에스테르 수지에 중합되는 산 성분 화합물은 바람직하게는 테레프탈산 및 이소프탈산 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있고, 상기 디올 성분 화합물은 1,2-에탄디올, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올 및 이소프로판올 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 그러나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며 당업계에서 폴리에스테르 섬유, 특히 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 섬유의 제조에 사용되는 단량체 화합물 중에서 제한 없이 선택할 수 있다.
만일 상기 산 성분 화합물과 디올 성분 화합물의 혼합 몰비가 1:1 미만이면 목적으로 하는 고분자량의 중축합물의 제조가 어렵거나 제조된 중축합물의 섬유화가 어려운 문제가 발생할 수 있고, 몰비가 1:2를 초과하면 부산물이 과다하게 발생하여 미반응물 잔류로 방사공정에서 사절과 팩압 상승을 유도하여 방사작업성이 현저하게 저하될 수 있는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 만일 첨가되는 촉매가 상기 산 성분 화합물과 디올 성분 화합물의 혼합물 100 중량부에 대하여 2 ppm 미만이면 반응성 저하로 코어부 폴리에스테르 수지의 제조가 어려운 문제가 발생할 수 있고, 500 ppm을 초과하면 반응성은 촉진이 되지만 황변으로 인한 착색 현상이 높아지는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 만일 상기 축합 중합 반응을 수행하는 온도가 230℃ 미만인 경우코어부 폴리에스테르 수지의 융점보다 낮은 온도로 축합 반응이 일어나지 않는 문제가 발생할 수 있고, 온도가 320℃를 초과하면 실제로 고온에 의한 분해 반응으로 고분자량의 수지를 확보하기 어렵고 고온에 의한 반응 중 수지의 탄화가 발생하는 등의 문제가 생길 수 있다.
한편, 상기 촉매는 상기 에스테르화 반응의 초기에 첨가될 수 있는데, 이에 따라 반응 활성화 시간이 늦어지는 문제가 발생할 수 있으며, 이를 보완하기 위하여 중합 전에 상기 촉매를 질소 분위기 하에서 140℃에서 200℃까지, 바람직하게는 150℃에서 190℃까지의 온도 조건으로 1시간에서 3시간까지의 시간 동안, 바람직하게는 1.5시간에서 2.5 시간까지의 시간 동안 예열하여 활성도를 높일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
또한, 상기 중합 반응에는 보색제, 열 안정제 등이 함께 첨가될 수 있는데, 보색제로는 코발트 아세테이트, 안트라퀴논계 염료 등이 사용될 수 있다. 상기 보색제는 상기 코어부 폴리에스테르 수지 중량 대비 10 ppm에서 200 ppm까지 첨가할 수 있으며, 보색제의 함량이 만일 10 ppm 미만이면 소정의 색상을 얻을 수 없고, 200 ppm을 초과하는 경우에는 특히 코발트 아세테이트 함량의 증가로 인하여 색도 ?戮? 저하되어 폴리에스테르 색도가 어둡고(dark) 광택이 감소될 수 있다. 한편 안트라퀴논계 염료를 사용하는 경우 상기 코어부 폴리에스테르 수지 중량 대비 0.01 ppm에서 10 ppm까지 첨가할 수 있으며, 상기 안트라퀴논계 염료의 함량이 0.01 ppm 미만인 경우 소정의 색상을 얻기 어렵고, 10 ppm을 초과하는 경우에는 색상이 그린(Green)이나 진한 청색 계통에 가까워져 사용이 어려운 문제가 발생할 수 있다. 바람직하게는 보색제로 안트라퀴논계 염료를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 열안정제로는 TPP(triphenylphosphate), TEP(triethylphosphate), H3PO4(Phosphoric Acid) 및 TMP(Trimethylphosphate) 중에서 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다. 상기 열안정제는 100 ppm에서 400 ppm까지 첨가할 수 잇으며, 100 ppm 미만이면 열안정제로서 기능 발휘가 어렵고 후가공시 열분해 요인으로 작용할 수 있고, 400 pm을 초과하면 열안정성이 뛰어나지만 상기 중합반응의 반응성 저해 요인으로 작용하는 문제가 발생할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 시스부 폴리에스테르 수지 및 코어부 폴리에스테르 수지의 에스테르화 반응은 바람직하게는 1,000 torr에서 1,300 torr까지의 압력 하에서 수행될 수 있으며, 최종 압력이 0.3 torr에서 0.7 torr의 압력이 될 때까지 서서히 감압하면서 축합 중합 반응을 수행할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 폴리에스테르 섬유는 상기 시스부 폴리에스테르 수지 및 코어부 폴리에스테르 수지를 복합 방사하여 제조할 수 있다. 복합 방사 단계에서는 상기 시스부 폴리에스테르 수지 및 코어부 폴리에스테르 수지를 1:0.67에서 1:1.43까지의 중량비로, 바람직하게는 1:0.8에서 1:1.25까지의 중량비로 용융 방사하여 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 유로채널 시트의 중금속 비용출 원단은 상기 폴리에스테르 섬유를 제직, 제편하거나 부직포로 제조하는 방식으로 제조한다.
또한, 바람직하게는 상기 중금속 비용출 원단의 제조 단계에서 열처리를 수행할 수 있다.
바람직하게는 상기 열처리 단계 전에 복합방사한 폴리에스테르 섬유를 냉각시키는 단계 및 상기 냉각시킨 방사물을 연신시키는 단계를 더 포함할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 열처리는 상기 시스부 폴리에스테르 수지의 융점 이상의 온도에서 10초에서 10분 간 수행될 수 있고, 바람직하게는 150℃ 내지 250℃에서, 더욱 바람직하게는 170℃ 내지 250℃의 온도에서 수행될 수 있다. 수행 시간은 바람직하게는 10초에서 5분 동안, 더욱 바람직하게는 30초에서 3분간 수행될 수 있다. 이러한 열처리를 통하여 상기 폴리에스테르 섬유의 시스부의 적어도 일부가 용융되어 섬유 간에 융착이 일어날 수 있다. 따라서 완성된 여과수 유로채널 시트의 기계적 강도와 내구성이 향상되며, 공극의 크기를 조절할 수 있다.
만일 상기 열처리 온도가 시스부 폴리에스테르 수지의 융점 미만이면 시스부가 용융되지 않아 중금속 비용출 원단의 강도가 나빠지는 문제가 발생할 수 있고, 250℃를 초과하면 시스부 및 코어부 폴리에스테르 수지가 모두 용융되는 문제가 있을 수 있다. 또한, 만일 상기 열처리 시간이 10초 미만인 경우 시스부 폴리에스테르 수지가 잘 용융되지 않는 문제가 있을 수 있고, 열처리 시간이 10분을 초과하면 시스부 폴리에스테르 수지가 과잉 용융되는 문제가 발생할 수 있다.
3. 유입수 유로채널 시트
이외에도 본 발명에 따른 나권형 필터 모듈은 유입수 유로채널 시트 또한 포함한다. 유입수 유로채널 시트는 필터 내로 유입되는 유입수의 유로를 제공하는 역할을 하며, 상기 유입수를 통하여 유입된 유입수가 분리막 시트를 통하여 여과된 후 상기 여과수 유로채널 시트를 통과하게 된다.
상기 유입수 유로채널 시트는 바람직하게는 상기 여과수 유로채널 시트와 동일한 시트를 사용할 수 있다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 동일한 기술분야에서 유입수 유로채널로서 사용되는 시트 중에서 통상의 기술자가 사용 목적에 따라 적당한 것을 어렵지 않게 선택할 수 있다.
본 발명에 따른 나권형 필터 모듈은 제1 분리막 시트; 여과수 유로채널 시트; 제2 분리막 시트; 유입수 유로채널 시트가 각각 1층 이상 교호 적층되어 나권형으로 권취된 형태일 수 있다. 여기서 나권형이란 두루마리처럼 말려 있는 형태를 의미한다.
상기 제1 분리막 시트와 상기 제2 분리막 시트는 바람직하게는 서로 동일한 것이며, 상이한 것일 수도 있다. 바람직하게는 상기 제1 분리막 시트와 상기 제2 분리막 시트는 각각 독립적으로 상기 본 발명에 따른 분리막 시트일 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 나권형 필터 모듈은 (1) 제1 분리막 시트; 중금속 비용출 원단으로 이루어지는 여과수 유로채널 시트; 제2 분리막 시트; 및 유입수 유로채널 시트를 순차적으로 각각 1회 이상 교호 적층한 적층체를 제조하는 단계; 및
(2) 상기 적층체를 나권형으로 권취하는 단계;를 포함하여 제조된다.
이 중 상기 제1 분리막 시트, 여과수 유로채널 시트, 제2 분리막 시트 및 유입수 유로채널 시트에 관한 세부적인 내용은 상술한 바와 같으므로 생략한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 나권형 필터 모듈은 상기 제1 분리막 시트와 상기 여과수 유로채널 시트를 동일한 폭으로 맞추어 상기 분리막 시트의 일면에 상기 여과수 유로채널 시트를 올려 놓은 후 네 면 중 한 면을 제외한 나머지 세 면의 끝에 접착제를 일정량 도포하고 다른 동일한 폭을 갖는 제2 분리막 시트 및 유입수 유로채널 시트를 올려 놓고 동일한 방식으로 접착제를 도포하여 적층하는 방식을 1회 이상 반복한 후, 소정의 압력을 가하면서 롤링하여 제조할 수 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예들을 통하여 설명한다. 이 때, 하기 실시예들은 발명의 예시하기 위하여 제시된 것일 뿐, 본 발명의 권리 범위가 하기 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
실시예 1
산 성분 화합물로 TPA(terephthalic acid) 및 디올 성분 화합물로 1,4-부탄디올(1,4-butandiol)을 1:1.5의 몰비로 혼합하고, 상기 혼합물 100 중량부에 대하여 하기 화학식 2로 표시되는 티타늄계 촉매를 150 ppm 첨가하여 온도 270℃, 압력 1,200 torr 하에서 에스테르화 반응을 수행하고, 이어서 압력을 0.5 torr까지 감압하며 270℃에서 축합 중합 반응을 수행하여 융점 255℃인 코어부 폴리에스테르 수지를 제조하였다.
[화학식 2]
(M2O)0.01(TiO2)[(CH2)8OH]20
산 성분 화합물로 TPA, 디올 성분 화합물로 1,2-에탄디올을 1:1의 몰비로 혼합하고, 상기 혼합물 중량 대비 상기 화학식 2로 표시되는 촉매를 150 ppm의 함량으로 첨가하여 온도 250℃, 압력 1,100 torr 하에서 에스테르화 반응을 수행하였다. 이어서 압력을 0.5 torr까지 감압하여 285℃의 온도에서 축합 중합 반응으로 융점 180℃의 시스부 폴리에스테르 수지를 제조하였다.
이로부터 폴리에스테르 복합 섬유를 제조하기 위하여 상기 시스부 폴리에스테르 수지 및 코어부 폴리에스테르 수지를 1:1의 중량비로 심초형 복합 방사구금에 투입 및 용융 방사하여 시스/코어 폴리에스테르 복합 섬유를 제조하였다.
상기 시스/코어 폴리에스테르 복합 섬유로 생지를 제조하여 배치식 전처리기로 200℃에서 15분 동안 전처리를 진행하여 트리코트 원단으로 제조한 후, 상기 트리코트 원단을 미니 텐터기(대림스타릿, DL-2015)에 넣고 180℃로 30초 동안 수행하여 열처리된 중금속 비용출 원단을 제조하였다.
실시예 2 내지 9 및 비교예
실시예 1과 동일하게 실시하되 하기의 표 1과 같이 조건을 달리한 중금속 비용출 원단을 제조하였다.
구분 코어부
폴리에스테르
수지		 시스부
폴리에스테르
수지		 열처리 조건
촉매
(종류/함량)		 촉매
(종류/함량)		 온도
(℃)		 시간
(초)
실시예 1 화학식 2
150		 화학식 2
150		 180 30
실시예 2 화학식 2
150		 화학식 2
150		 120 30
실시예 3 화학식 2
150		 화학식 2
150		 270 30
실시예 4 화학식 2
150		 화학식 2
150		 180 10
실시예 5 화학식 2
150		 화학식 2
150		 180 60
실시예 6 화학식 2
150		 화학식 2
150		 180 100
실시예 7 없음 화학식 2
150		 180 30
실시예 8 화학식 2
1		 화학식 2
1		 180 30
실시예 9 화학식 2
1000		 화학식 2
1000		 180 30
비교예 1 Sb 촉매*
150		 Sb 촉매*
150		 180 30
* Sb 촉매는 삼산화안티몬(Sb2O3)이다.
<실험예>
실험예 1: 강도 테스트
실시예 및 비교예에 따라 제조된 트리코트 원단에 대한 접착 강도의 측정을 실시하였다. 구체적으로, 실시예 및 비교예에 따른 트리코트 원단을 100 mm(L)×20mm(W)×10mm(D)의 크기로 제작한 시편을 준비하고, 이를 섬유인장 시험기(UMT, Instron)를 이용하여 인장 속도 500 mm/min으로 15회 측정하였다. 측정값 중에서 최대값과 최소값을 제외한 13회 측정값의 평균을 분석하여 접착강도 값을 결정하였다. 이를 하기의 표 2에 나타내었다.
실험예 2: 안티몬 용출량 테스트
실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 트리코트 원단에 대한 안티몬 용출량을 측정하였다. 구체적으로 99.9% 순도의 탈이온수(DI water)에 상기 트리코트 원단 시편을 준비하였다. 각각 시편의 무게는 0.7g이었다.
상기 시편을 각각 상기 탈이온수에 참적하여 상온에서 방치하였다. 그리고 각각 24시간, 48시간, 70시간 및 90시간이 지났을 때 탈이온수를 ICP-MS(Perkin Elmer, NexION 300X)를 이용하여 안티몬 용출량을 측정하였다. 그 결과를 하기 도 1 및 표 2에 나타내었다.
도 1을 참고하면, 실시예 1에 따른 트리코트 원단은 용출 테스트 결과 100시간이 지나도 안티몬 용출량이 1ppb 이하로, 거의 검출되지 않는 수준으로만 용출되는 것을 확인할 수 있었다. 반면에 안티몬계 촉매를 사용하여 폴리에스테르 수지를 중합한 비교예 1에 따른 트리코트 원단은 용출 테스트 결과 침적 후 100 시간이 지나자 기준인 1ppb의 거의 2배에 가깝게 높은 수치로 용출량이 측정되었음을 알 수 있다.
구분 강도
(N)		 침적시간별 Sb 용출량
(ppb)
24hr 48hr 70hr 94hr
실시예 1 203 0 0 0 0
비교예 1 194 1.197 1.463 1.572 1.732
실시예 2 54 0 0 0 0
실시예 3 - 0 0 0 0
실시예 4 88 0 0 0 0
실시예 5 201 0 0 0 0
실시예 6 192 0 0 0 0
실시예 7 85 0 0 0 0
실시예 8 79 0 0 0 0
실시예 9 203 0 0 0 0
상기 표 2를 참조하면, 실시예에 따른 트리코트 원단은 안티몬계 촉매를 포함하지 않은 촉매를 사용하여 폴리에스테르 수지를 중합한 결과 용출량 테스트에서 안티몬이 거의 검출되지 않은 것을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 1 실시예 5 및 실시예 9에 따른 트리코트 원단은 강도가 우수한데 반하여 열처리 온도가 지나치게 낮은 실시예 2, 열처리 시간이 지나치게 짧거나 긴 실시예 4, 6 및 코어부가 없는 실시예 7은 강도가 떨어졌다. 또한, 실시예 8은 촉매 농도가 지나치게 낮아 중합이 잘 이루어지지 않은 결과로 강도가 낮은 것을 알 수 있었다.

Claims (8)

  1. 코어부 폴리에스테르 수지 및 시스부 폴리에스테르 수지가 티타늄(Ti)계 촉매만을 포함하는 중합 촉매를 사용하여 중합되어, 안티몬(Antimony, Sb)이 1ppb 이하의 함량으로 포함되어 있는 시스/코어형 폴리에스테르 섬유를 포함하며, 하기 측정방법에 따라 측정한 원자량 63g/mol 에서 200g/mol까지, 밀도 4g/cm3 이상인 중금속의 용출량이 1ppb 이하인 중금속 비용출 원단을 포함하는 여과수 유로 채널 시트;
    분리막 시트; 및
    유입수 유로채널 시트;를 포함하는 나권형 필터 모듈:
    [측정방법]
    순도 99.9% 이상의 탈이온수(DI water) 1,000g에 상기 중금속 비용출 원단을 0.7g의 무게로 재단한 시편을 100시간 침적한 후 꺼내고 상기 탈이온수에 용출된 금속 원소의 농도를 측정한다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중금속 비용출 원단은 상기 폴리에스테르 섬유를 제편한 트리코트 원단인 것을 특징으로 하는 나권형 필터 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폴리에스테르 섬유는 코어부 폴리에스테르 수지의 융점이 시스부 폴리에스테르 수지의 융점보다 높은 것을 특징으로 하는 나권형 필터 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 시스부 폴리에스테르 수지는 융점이 150℃에서 220℃까지인 것을 특징으로 하는 나권형 필터 모듈.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제3항에 있어서,
    상기 중금속 비용출 원단은 상기 폴리에스테르 섬유의 적어도 일부가 시스부 간에 융착되어 형성된 것을 특징으로 하는 나권형 필터 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 나권형 필터 모듈은, 상기 분리막 시트를 포함하는 제1 분리막 시트; 상기 여과수 유로채널 시트; 상기 분리막 시트를 포함하는 제2 분리막 시트; 및 유입수 유로채널 시트;가 순차적으로 각각 1층 이상 교호 적층되어 나권형으로 권취된 것을 특징으로 하는 나권형 필터 모듈.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102648803B1 (ko) * 2021-12-16 2024-03-18 도레이첨단소재 주식회사 수처리 분리막의 지지체용 심초형 복합섬유, 이를 포함하는 수처리 분리막용 지지체, 이를 포함하는 수처리용 분리막, 및 이를 포함하는 필터 모듈

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000354743A (ja) * 1999-06-15 2000-12-26 Nitto Denko Corp 液体分離膜モジュール
JP2007111606A (ja) * 2005-10-19 2007-05-10 Japan Organo Co Ltd 分離膜の改質方法および装置並びにその方法により改質された分離膜
JP2017119932A (ja) * 2015-12-28 2017-07-06 Ｋｂセーレン株式会社 嗜好性飲料抽出フィルター用フィラメント、及びそれからなる嗜好性飲料抽出フィルター用織物

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0367774B1 (en) * 1987-06-03 1993-04-28 EASTMAN KODAK COMPANY (a New Jersey corporation) Reverse osmosis apparatus
JP4488431B2 (ja) * 2005-12-22 2010-06-23 日東電工株式会社 スパイラル型分離膜エレメント
US20110003100A1 (en) * 2006-06-02 2011-01-06 Toyo Boseki Kabushiki Kaisha Polyester composition and polyester molded article comprising the same
KR20160141912A (ko) * 2015-06-01 2016-12-12 주식회사 아모그린텍 흡착 멤브레인
JP6575154B2 (ja) * 2015-06-09 2019-09-18 東レ株式会社 トリコット流路材
DE202015005969U1 (de) * 2015-08-27 2015-09-28 Carl Freudenberg Kg Vliesstoff umfassend antimonfreien Polyester
KR102471008B1 (ko) * 2016-03-04 2022-11-24 도레이첨단소재 주식회사 안티몬 비용출 심초형 복합섬유 및 이를 포함하는 안티몬 비용출 트리코트 여과직물
KR101867870B1 (ko) 2016-03-29 2018-06-18 주식회사 엠씨엠 나권형 필터 카트리지의 제조방법
EP3468698B1 (en) * 2016-06-09 2022-06-29 EMD Millipore Corporation Radial-path filter elements, systems and methods of using same
JP6610778B2 (ja) * 2017-02-09 2019-11-27 東レ株式会社 熱接着性芯鞘型複合繊維およびトリコット編み地
EP3466385B1 (en) * 2017-10-06 2020-05-27 The Procter & Gamble Company Absorbent article or wipe comprising a nonwoven material with bicomponent fibers comprising antimony-free polyethylene terephthalate
CN208694726U (zh) * 2018-05-16 2019-04-05 南京帝膜净水材料开发有限公司 一种卷式膜元件

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000354743A (ja) * 1999-06-15 2000-12-26 Nitto Denko Corp 液体分離膜モジュール
JP2007111606A (ja) * 2005-10-19 2007-05-10 Japan Organo Co Ltd 分離膜の改質方法および装置並びにその方法により改質された分離膜
JP2017119932A (ja) * 2015-12-28 2017-07-06 Ｋｂセーレン株式会社 嗜好性飲料抽出フィルター用フィラメント、及びそれからなる嗜好性飲料抽出フィルター用織物

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