KR102400732B1 - Filter media, method for manufacturing thereof and Filter unit comprising the same - Google Patents
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Abstract
필터여재가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 필터여재는 다공성의 제1지지체; 상기 제1지지체의 상부 및 하부에 적층된 다공성의 제2지지체; 및 상기 제2지지체의 일면에 적층되어 피처리수를 여과하며, 1L/min의 유량에서 압력강하가 3 ~ 20 psi인 나노섬유웹;을 구비하며, 상기 나노섬유웹에서 여과된 여과액이 상기 제1지지체 방향으로 흐르는 유로가 형성되도록 구현된다. 이에 의하면, 수처리 운전 중에 필터여재의 형상, 구조 변형, 손상이 최소화되는 동시에 유로가 원활히 확보됨에 따라서 큰 유량, 빠른 처리속도를 가지고, 역세척 효율 또한 현저히 향상될 수 있다. 또한, 본 발명은 역세척 공정에서 가해지는 높은 압력에도 유로가 확보될 수 있는 동시에 층간 분리, 막의 손상 등이 최소화될 수 있는 내구성을 가짐에 따라서 각종 수처리 분야에서 다양하게 응용될 수 있다.A filter medium is provided. A filter medium according to an embodiment of the present invention includes a porous first support; a porous second support laminated on top and bottom of the first support; and a nanofiber web laminated on one surface of the second support to filter the water to be treated, and a pressure drop of 3 to 20 psi at a flow rate of 1 L/min; It is implemented so that a flow path flowing in the direction of the first support is formed. According to this, the shape, structural deformation, and damage of the filter medium are minimized during the water treatment operation, and the flow path is smoothly secured, so that it has a large flow rate and a high processing speed, and the backwashing efficiency can also be remarkably improved. In addition, the present invention can be variously applied in various water treatment fields because the flow path can be secured even at high pressure applied in the backwashing process, and at the same time, interlayer separation and membrane damage can be minimized.
Description
본 발명은 필터여재에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 역세척에 따른 높은 압력에도 견딜 수 있는 기계적 강도가 담보되고, 우수한 수투과도를 갖는 동시에 역세척효율이 현저히 향상된 필터여재 및 이를 포함하는 필터유닛에 관한 것이다.The present invention relates to a filter medium, and more particularly, to a filter medium having mechanical strength to withstand high pressure due to backwashing, excellent water permeability and significantly improved backwashing efficiency, and a filter unit comprising the same it's about
분리막은 기공크기에 따라 정밀 여과막(MF), 한외 여과막(UF), 나노분리막(NF) 또는 역삼투막(RO)으로 분류될 수 있다. Separation membranes can be classified into microfiltration membranes (MF), ultrafiltration membranes (UF), nano membranes (NF), or reverse osmosis membranes (RO) according to pore sizes.
상기 예시되는 분리막들은 용도, 기공의 크기 차이점을 가지고 있지만, 공통적으로 섬유로부터 형성된 여과매체 또는 다공성 고분자 여과매체이거나 이들이 복합화된 막의 형태를 가진다는 공통점이 있다.Although the separation membranes exemplified above have differences in use and pore size, they have in common that they are either a filter medium formed from fibers or a porous polymer filter medium, or have the form of a complex membrane.
상기 다공성 고분자 여과매체는 고분자 막 또는 고분자 중공사 내부에 형성되는 기공을 조액에 포함된 별도의 기공형성제를 통해서 상기 기공형성제를 소결시키거나 외부응고액에 용해시키는 등의 방법을 통해 형성시키는 것이 일반적이다. 이에 반하여 상기 섬유로부터 형성된 여과매체는 제조된 단섬유를 축적시킨 후 열/압력 등을 가하여 제조되거나 방사와 동시에 열/압력 등을 가하여 제조되는 것이 일반적이다.The porous polymer filter media is formed through a method such as sintering the pore-forming agent through a separate pore-forming agent contained in the crude solution or dissolving the pores formed inside the polymer membrane or the polymer hollow fiber in an external coagulating solution. it is common In contrast, the filter medium formed from the fibers is generally manufactured by accumulating the manufactured short fibers and then applying heat/pressure or the like or by applying heat/pressure at the same time as spinning.
상기 섬유로부터 형성된 여과매체의 대표적인 예가 부직포인데, 통상적으로 부직포의 기공은 단섬유의 직경, 매체의 평량 등으로 조절된다. 그러나 일반적인 부직포에 포함되는 단섬유의 직경은 마이크로 단위임에 따라 섬유의 직경, 평량을 조절하는 것만으로는 미세하고 균일한 기공구조를 가지는 분리막을 구현하는데 한계가 있었고, 이에 따라 통상의 부직포 만으로는 정밀여과막 정도의 분리막만 구현가능하고 그 보다 미세한 입자를 여과하기 위한 한외여과막, 나노분리막과 같은 분리막은 구현되기 어려웠다.A representative example of the filter media formed from the fibers is a nonwoven fabric, and in general, the pores of the nonwoven fabric are controlled by the diameter of the short fibers, the basis weight of the media, and the like. However, since the diameter of the short fibers included in the general nonwoven fabric is in micro units, there was a limit to realizing a separator having a fine and uniform pore structure only by adjusting the diameter and basis weight of the fiber. Only a separation membrane comparable to a filtration membrane could be implemented, and it was difficult to implement a separation membrane such as an ultrafiltration membrane or a nano separation membrane for filtering finer particles.
이를 해결하기 위해 고안된 방법이 섬유의 직경이 나노단위인 극세섬유를 통해 제조된 분리막이다. 다만, 직경이 나노단위인 극세섬유는 일반적인 습식방사와 같은 섬유방사공정으로는 단 1회의 방사만으로 제조되기 어렵고, 해도사 등으로 방사된 후 해성분을 별도로 용출시켜 극세섬유인 도성분을 수득해야 하는 번거로움, 비용상승, 생산시간의 연장 문제가 있다. 이에 따라 최근에는 전기방사를 통해 직경이 나노단위인 섬유를 직접 방사하여 섬유로부터 형성된 여과매체를 제조하고 있는 추세에 있다.A method devised to solve this problem is a separation membrane manufactured through microfibers with a diameter of nanoscale fibers. However, it is difficult to manufacture microfine fibers with a nano-unit diameter with only one spinning process with a fiber spinning process such as general wet spinning. There are problems of inconvenience, cost increase, and extension of production time. Accordingly, in recent years, there is a trend to manufacture a filter medium formed from fibers by directly spinning fibers having a diameter of nano units through electrospinning.
한편, 수처리 과정을 반복 수행한 여과매체의 기공에는 피처리수에 포함되었던 각종 이물질 중 일부가 남아있거나 여과매체 표면에 부착층을 형성할 수 있는데, 여과매체에 남아있는 이물질은 여과기능을 저하시키는 문제가 있다. On the other hand, some of the various foreign substances contained in the water to be treated remain in the pores of the filtration medium that has been repeatedly subjected to the water treatment process, or an adhesion layer may be formed on the surface of the filtration medium. there is a problem.
이를 해결하기 위하여 전처리를 통해 위와 같은 파울링 현상 자체의 발생을 방지하는 방법이나 이미 파울링 현상이 발생한 여과매체를 세척하는 방법을 생각해볼 수 있는데, 여과매체의 세척은 당해 여과매체로 피처리수가 유입되어 여과 및 유출되는 경로와 정반대의 방향이 되도록 여과매체에 높은 압력을 가해주어서 여과매체에 남아있는 이물질을 제거하는 것이 일반적이다. In order to solve this problem, a method of preventing the occurrence of the above fouling phenomenon itself through pretreatment or a method of washing the filter medium in which the fouling phenomenon has already occurred can be considered. It is common to remove foreign substances remaining in the filtration medium by applying a high pressure to the filtration medium so as to be in the opposite direction to the inflow, filtration and outflow path.
다만, 여과매체의 세척 시 가해지는 높은 압력은 여과매체의 손상을 유발할 수 있고, 다층구조로 형성되는 여과매체의 경우 층간 분리의 문제가 발생할 수 있다.However, high pressure applied during washing of the filter medium may cause damage to the filter medium, and in the case of a filter medium having a multi-layered structure, a problem of separation between layers may occur.
한편, 여과매체에는 여과공정에서도 높은 압력이 가해질 수 있는데, 이 경우 압력이 가해지는 방향에 따라서 여과매체가 압착되어 유로가 원활히 확보되지 못함에 따라서 유량이 현저히 감소되는 문제가 있다.On the other hand, high pressure may be applied to the filtration medium even in the filtration process. In this case, the filtration medium is compressed depending on the direction in which the pressure is applied, and the flow rate is significantly reduced as the flow path is not smoothly secured.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 수처리 운전 중에 필터여재의 형상, 구조 변형, 손상이 최소화되는 동시에 유로가 원활히 확보됨에 따라서 큰 유량, 빠른 처리속도를 가지고, 역세척 효율 또한 현저히 향상된 필터여재를 제공하는데 목적이 있다.The present invention was devised in consideration of the above points, and the shape, structural deformation, and damage of the filter medium during water treatment operation are minimized and the flow path is smoothly secured at the same time, so it has a large flow rate, a fast processing speed, and the backwashing efficiency is also significantly An object of the present invention is to provide an improved filter medium.
또한, 본 발명은 역세척 공정에서 가해지는 높은 압력에도 유로가 확보될 수 있는 동시에 층간 분리, 막의 손상 등이 최소화될 수 있는 내구성이 뛰어난 필터여재를 제공하는데 다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a filter medium having excellent durability in which a flow path can be secured even at high pressure applied in the backwashing process, and separation between layers and damage to the membrane can be minimized.
더불어, 본 발명은 우수한 수투과도 및 내구성을 갖는 상기한 바와 같은 필터여재를 구비함으로써 수처리 분야에서 다양하게 응용될 수 있는 평판형 필터유닛 및 필터모듈을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a plate-type filter unit and filter module that can be variously applied in the water treatment field by having the filter medium as described above having excellent water permeability and durability.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 다공성의 제1지지체; 상기 다공성의 제1지지체 양면에 배치되어 피처리수를 여과하며, 1L/min의 유량에서 압력강하가 3 ~ 20 psi인 나노섬유웹; 및 상기 제1지지체와 나노섬유웹 사이에 개재되는 다공성의 제2지지체;를 구비하는 필터여재를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a porous first support; a nanofiber web disposed on both sides of the porous first support to filter the water to be treated, and having a pressure drop of 3 to 20 psi at a flow rate of 1L/min; and a porous second support interposed between the first support and the nanofiber web.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 나노섬유웹에서 여과된 여과액이 상기 제1지지체 방향으로 흐르는 유로가 형성된 상기 필터여재의 총 압력강하는 1,000 L/hr의 유량에서 2 ~ 10 psi 일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the total pressure drop of the filter medium having a flow path through which the filtrate filtered from the nanofiber web flows in the direction of the first support may be 2 to 10 psi at a flow rate of 1,000 L/hr. .
또한, 상기 제1지지체 및 제2지지체는 각각 독립적으로 부직포, 직물 및 편물 중 어느 하나 이상일 수 있으며, 바람직하게는 상기 제1지지체 및 제2지지체는 부직포일 수 있다.In addition, the first support and the second support may each independently be any one or more of a nonwoven fabric, a woven fabric, and a knitted fabric, and preferably, the first support and the second support may be a nonwoven fabric.
또한, 상기 제1지지체의 평량은 250 ~ 800 g/㎡ 일 수 있으며, 두께는 2 ~ 8㎜ 일 수 있다. In addition, the basis weight of the first support may be 250 ~ 800 g /
또한, 상기 제2지지체는, 지지성분 및 저융점 성분을 포함하여 상기 저융점 성분의 적어도 일부가 외부면에 노출되도록 배치된 제2복합섬유를 구비할 수 있고, 상기 제2복합섬유의 저융점 성분이 나노섬유웹에 융착될 수 있다.In addition, the second support may include a second composite fiber disposed so that at least a portion of the low melting point component is exposed on the outer surface, including the support component and the low melting point component, and the low melting point of the second composite fiber The component may be fused to the nanofiber web.
또한, 상기 제1지지체는 지지성분 및 저융점 성분을 포함하여 상기 저융점 성분의 적어도 일부가 외부면에 노출되도록 배치된 제1복합섬유를 구비할 수 있고, 상기 제1복합섬유의 저융점 성분 및 제2복합섬유의 저융점 성분 간 융착으로 제1지지체 및 제2지지체가 접합될 수 있다.In addition, the first support may include a first composite fiber disposed such that at least a portion of the low melting point component is exposed on the outer surface, including the support component and the low melting point component, and the low melting point component of the first composite fiber And the first support and the second support may be joined by fusion between the low-melting-point components of the second composite fiber.
또한, 상기 나노섬유웹은 섬유형성성분으로 불소계화합물을 포함할 수 있고, 상기 불소계화합물은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)계, 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬 비닐 에테르 공중합체(PFA)계, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체(FEP)계, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌-퍼플루오로알킬 비닐 에테르 공중합체(EPE)계, 테트라플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체(ETFE)계, 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE)계, 클로로트리플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체(ECTFE)계 및 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)계로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 화합물을 포함할 수 있다.In addition, the nanofiber web may include a fluorine-based compound as a fiber-forming component, and the fluorine-based compound is polytetrafluoroethylene (PTFE)-based, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA)-based , Tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP)-based, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (EPE)-based, tetrafluoroethylene-ethylene copolymer (ETFE) )-based, polychlorotrifluoroethylene (PCTFE)-based, chlorotrifluoroethylene-ethylene copolymer (ECTFE)-based, and polyvinylidene fluoride (PVDF)-based compound may include any one or more compounds selected from the group consisting of .
또한, 상기 나노섬유웹은 평균공경이 0.1 ~ 5 ㎛일 수 있고, 기공도가 40 ~ 90 %일 수 있다.In addition, the nanofiber web may have an average pore diameter of 0.1 to 5 μm, and a porosity of 40 to 90%.
또한, 상기 나노섬유웹을 형성하는 나노섬유는 평균직경이 0.05 ~ 1㎛일 수 있다.In addition, the nanofibers forming the nanofiber web may have an average diameter of 0.05 to 1 μm.
또한, 상기 제2지지체의 평량은 10 ~ 200g/㎡이며, 두께는 100 ~ 400㎛일 수 있다.In addition, the basis weight of the second support may be 10 ~ 200g /
한편, 본 발명은 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 필터여재; 및 필터여재에서 여과된 여과액이 외부로 유출되도록 하는 유로를 구비하고, 상기 필터여재의 테두리를 지지하는 지지프레임;을 포함하는 평판형 필터유닛을 제공한다.On the other hand, the present invention is a filter medium according to the present invention as described above; and a support frame having a flow path through which the filtrate filtered from the filter medium flows out to the outside, and supporting the edge of the filter medium.
또한, 본 발명은 다수개의 본 발명에 따른 상기한 평판형 필터유닛이 소정의 간격으로 이격 배치되어 구비된 필터모듈을 제공한다.In addition, the present invention provides a filter module in which a plurality of the above-described plate-type filter units according to the present invention are spaced apart from each other at predetermined intervals.
본 발명의 필터여재는 충분한 기계적 강도를 갖는 지지체를 포함하기 때문에 수처리 운전 중에 필터여재의 형상, 구조 변형, 손상이 최소화되는 동시에 유로가 원활히 확보됨에 따라서 큰 유량, 빠른 처리속도를 가지고, 최외곽에 형성된 층에 인가되는 압력이 상대적으로 크기 때문에 역세척 효율 또한 현저히 향상될 수 있다. Since the filter medium of the present invention includes a support having sufficient mechanical strength, the shape, structural deformation, and damage of the filter medium during water treatment operation are minimized and the flow path is smoothly secured at the same time, so that it has a large flow rate and a fast processing speed, Since the pressure applied to the formed layer is relatively large, the backwashing efficiency may also be significantly improved.
또한, 본 발명은 충분한 기계적 강도를 갖는 지지체를 포함하기 때문에 역세척 공정에서 가해지는 높은 압력에도 유로가 확보될 수 있는 동시에 필터여재에 구비되는 각 층의 접합력을 증가시키는 지지체를 포함하기 때문에 층간 분리, 막의 손상 등이 최소화될 수 있는 내구성을 가짐에 따라서 각종 수처리 분야에서 다양하게 응용될 수 있다.In addition, since the present invention includes a support having sufficient mechanical strength, a flow path can be secured even at a high pressure applied in the backwashing process, and at the same time, since it includes a support that increases the bonding force of each layer provided in the filter medium, separation between layers As it has durability that can minimize damage to , membranes, etc., it can be applied to various water treatment fields.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 필터여재의 단면도,
도 2는 역세척 공정으로 필터여재 내부에서 층분리가 된 후 세척액이 필터여재의 내부에 갇혀 부풀어 오른 일반적인 필터여재의 사진,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 필터여재의 제1지지체와 나노섬유웹을 직접 합지시키는 것을 나타낸 모식도,
도 4는 본 발명이 일실시예에 따른 필터여재를 합지시키는 모식도로써, 도 4a는 나노섬유웹과 제2지지체를 합지시키는 것을 나타낸 도면이고, 도 4b는 합지된 나노섬유웹과 제2지지체를 제1지지체 양면에 배치시켜 합지시키는 것을 나타낸 도면,
도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터여재를 구성하는 나노섬유웹에 대한 도면으로써, 도 5a는 나노섬유웹의 표면 전자현미경 사진이고, 도 5b는 나노섬유웹의 단면 전자현미경 사진,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 필터여재의 단면 전자현미경 사진, 그리고,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 평판형 필터유닛의 도면으로써, 도 7a는 필터유닛의 사시도, 도 7b는 도 7a의 X-X' 경계선의 단면도를 기준으로 한 여과흐름을 나타낸 모식도이다.1 is a cross-sectional view of a filter medium according to an embodiment of the present invention;
2 is a photograph of a general filter medium in which the washing liquid is trapped inside the filter medium and swells after the layers are separated inside the filter medium by the backwashing process;
3 is a schematic diagram showing the direct lamination of the first support of the filter medium and the nanofiber web according to an embodiment of the present invention;
4 is a schematic view of laminating a filter medium according to an embodiment of the present invention, FIG. 4a is a view showing laminating a nanofiber web and a second support, FIG. 4b is a laminated nanofiber web and a second support A view showing the lamination by placing it on both sides of the first support,
5A to 5B are views of a nanofiber web constituting a filter medium according to an embodiment of the present invention. FIG. 5A is a surface electron micrograph of the nanofiber web, and FIG. 5B is a cross-sectional electron microscope of the nanofiber web. Picture,
6 is a cross-sectional electron micrograph of a filter medium according to an embodiment of the present invention, and
7 is a view of a plate-type filter unit according to an embodiment of the present invention. FIG. 7a is a perspective view of the filter unit, and FIG. 7b is a schematic view showing a filtration flow based on a cross-sectional view taken along the boundary line XX' of FIG. 7a.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art can easily carry out the present invention. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are added to the same or similar elements throughout the specification.
도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 필터여재(1000)는 다공성의 제1지지체(130); 상기 다공성의 제1지지체(130)의 양면에 배치되어 피처리수를 여과하며, 1L/min의 유량에서 압력강하가 3 ~ 20 psi인 나노섬유웹(111, 112); 및 상기 제1지지체(130)와 나노섬유웹(111,112) 사이에 개재되는 다공성의 제2지지체(121, 122);를 구비한다.1, the
도 1과 같이 본 발명에 따른 필터여재(1000)는 적어도 5층 구조를 가지며, 두께가 상이한 2종의 지지체(121,122/130)를 구비한다. 본 발명에 따른 필터여재(1000)를 이루는 각 층에 대해 설명하기에 앞서서 본 발명의 필터여재(1000)에 포함되는 상기 나노섬유웹(111, 112)이 1L/min의 유량에서 압력강하가 3 ~ 20 psi를 만족해야 하는 이유에 대해 먼저 설명한다.As shown in FIG. 1 , the
필터여재를 이용한 수처리 공정이 반복될수록 피처리수에 포함된 이물질이 필터여재에 들러붙어 부착층을 형성하거나 필터여재 내부에 박혀 유로를 막고 여과기능을 저하시키는데, 이와 같은 문제가 발생할 때마다 필터여재를 교체할 경우 수처리에 소요되는 비용이 증가한다. 이에 따라 필터여재의 사용주기를 연장시키기 위해 주기적으로 필터여재에 물리적 자극을 가하여 필터여재에 들러붙거나 내부에 박힌 이물질을 제거하는 세척공정을 수행할 필요가 있고, 이를 역세척이라고 한다. 통상적으로 역세척은 필터여재의 여과방향에 반대되는 방향으로 세척수를 강하게 흘려주거나 공기를 불어넣는 방식으로 필터여재에 부착되거나 박힌 이물질을 제거하는데, 세척수 및/또는 공기를 필터여재에 공급하고 동시에 이물질을 제거하기 위해서는 여과공정에서 필터여재에 가해지는 압력보다 더 높은 압력으로 세척수나 공기를 공급할 필요가 있다. As the water treatment process using the filter media is repeated, foreign substances contained in the water to be treated adhere to the filter media to form an adhesion layer or become lodged inside the filter media to block the flow path and reduce the filtration function. Replacing it increases the cost of water treatment. Accordingly, in order to extend the use cycle of the filter medium, it is necessary to periodically apply a physical stimulus to the filter medium to perform a cleaning process to remove foreign substances adhering to or embedded in the filter medium, which is called backwashing. In general, backwashing removes foreign substances attached to or embedded in the filter media by strongly flowing washing water or blowing air in the direction opposite to the filtration direction of the filter media. It is necessary to supply washing water or air at a pressure higher than the pressure applied to the filter media in the filtration process in order to remove it.
이에 따라서 본 발명에 따른 필터여재(1000)는 역세척 효율을 향상시키기 위한 충분한 압력을 가하기 위해 1L/min의 유량에서 압력강하가 3 ~ 20 psi인 나노섬유웹(111, 112)를 구비하며, 상기 나노섬유웹(111, 112)의 압력강하는 1L/min의 유량에서 바람직하게는 3 ~ 18 psi, 보다 바람직하게는 5 ~ 13 psi일 수 있다. 나노섬유웹(111, 112)의 압력강하가 상기 범위를 만족함에 따라 충분한 압력을 통해 역세척 효율이 현저히 향상될 수 있다. 만일 나노섬유웹(111, 112)의 압력강하가 1L/min의 유량에서 3 psi미만일 경우 가해지는 압력이 충분하지 않기 때문에 역세척 효율이 좋지 않을 수 있다. 또한, 만일 압력강하가 1L/min의 유량에서 20 psi를 초과하면 가해지는 압력이 과도하기 때문에 층간 박리현상이 발생할 수 있다.Accordingly, the
이에 따라, 필터여재에 가해지는 충분한 압력에도 필터여재가 변형되거나 손상되지 않을 정도의 기계적 강도를 갖는 것이 중요하며, 기계적 강도의 보완을 위한 지지체가 통상적으로 필터여재에 구비된다. 지지체의 기계적 강도에 영향을 미칠 수 있는 인자로는 지지체의 구조, 일예로 상기 지지체가 부직포인 경우 부직포를 형성하는 섬유의 직경, 섬유장, 섬유간 결합방식, 두께, 평량일 수 있고, 두께가 두껍거나 평량이 클수록 지지체의 기계적 강도는 증가할 수 있다. 따라서 역세척에 강한 필터여재를 설계하기 위한 일예로 두께가 두꺼운 부직포를 사용하거나 두께가 다소 얇더라도 평량이 매우 큰 부직포를 지지체로 사용할 수 있다. Accordingly, it is important to have a mechanical strength enough to not deform or damage the filter media even with sufficient pressure applied to the filter media, and a support for supplementing the mechanical strength is usually provided in the filter media. Factors that can affect the mechanical strength of the support include the structure of the support, for example, when the support is a non-woven fabric, the diameter of the fibers forming the non-woven fabric, the length of the fibers, the bonding method between fibers, the thickness, the basis weight, and the thickness As the thickness or basis weight increases, the mechanical strength of the support may increase. Therefore, as an example for designing a filter medium resistant to backwashing, a thick nonwoven fabric may be used, or a nonwoven fabric having a very large basis weight may be used as a support even if the thickness is somewhat thin.
한편, 지지체는 필터여재의 여과액의 흐름에 영향을 미치지 않도록 큰 공경을 갖는 것이 좋다. 기계적 강도의 보완을 위해 구비된 지지체로 인해 유량이 저하되는 것은 필터여재의 주요 물성을 저하시키는 것임에 따라서 매우 바람직하지 못하다. 그런데 얇은 두께임에도 충분한 기계적 강도가 발현되는 부직포를 지지체로 사용할 경우 부직포의 평량이 매우 큼에 따라서 부직포 내 기공의 직경, 기공도가 현저히 작을 수밖에 없고, 필터여재의 여과액 흐름에 영향을 미침에 따라서 목적하는 수준의 유량을 확보하지 못할 수 있다.On the other hand, it is preferable that the support has a large pore diameter so as not to affect the flow of the filtrate of the filter medium. It is very undesirable for the flow rate to be lowered due to the support provided to supplement the mechanical strength, as it lowers the main physical properties of the filter medium. However, when a nonwoven fabric that exhibits sufficient mechanical strength despite its thin thickness is used as a support, the diameter and porosity of the pores in the nonwoven fabric are remarkably small as the basis weight of the nonwoven fabric is very large, and as it affects the filtrate flow of the filter media, The desired level of flow may not be achieved.
한편, 여재로써 기능하는 나노섬유웹(111,112)과 상기 제1지지체(130)의 결합력이 약할 경우 기계적 강도가 매우 뛰어남에도 역세척에 따른 필터여재의 내구성이 저하될 수 있다. 즉, 역세척 과정에서 가해지는 높은 압력은 필터여재를 형성하는 각 층간의 계면분리를 가속화시킬 수 있고, 이 경우 도 2에 도시된 것과 같이 역세척 공정에서 분리막의 배부름 현상이 발생할 수 있으며, 분리막으로써 기능이 현저히 저하 또는 완전 상실할 수 있다.On the other hand, when the bonding force between the
따라서, 제1지지체(130)와 여재로써의 나노섬유웹(111, 112) 간에 높은 부착력은 잦은 역세척에도 충분한 내구성을 발휘하는 필터여재(1000)의 구현에 있어서 매우 중요하다.Therefore, high adhesion between the
통상적으로 지지체와 나노섬유웹을 부착시키는 방법은 별도의 접착물질을 이용하거나 지지체에 구비된 저융점 성분을 나노섬유웹에 융착시켜 두 층을 접합시킬 수 있다. 그러나 별도의 접합물질을 통해 두 층을 접합시킬 경우 피처리수에 의해 접합물질이 용해될 우려가 있고, 이로 인한 여과액의 오염 및/또는 수투과도가 저하될 수 있다. 만일 접합물질이 부분적으로 용해된 필터여재를 역세척할 경우 필터여재의 배부름 현상이나 심할 경우 나노섬유웹이 박리되어 필터여재로의 기능을 완전히 상실할 수 있다. In general, in the method of attaching the support and the nanofiber web, the two layers can be joined by using a separate adhesive material or by fusing a low-melting component provided in the support to the nanofiber web. However, when the two layers are joined through a separate bonding material, there is a fear that the bonding material is dissolved by the water to be treated, and thus the contamination of the filtrate and/or water permeability may be reduced. If the filter media in which the bonding material is partially dissolved is backwashed, the filter media may become full or, in severe cases, the nanofiber web may be peeled off and completely lose its function as a filter media.
이에 따라 바람직하게는 나노섬유웹과 지지체가 융착(A)을 통해 접합되는 방식을 채용할 수 있고, 도 3과 같이 적층된 지지체(1) 및 나노섬유웹(2)의 양방에서 열 및/또는 압력을 가해 이들을 접합시킬 수 있다. 다만, 열 및/또는 압력을 가해 이들을 접합시킬 때 고려해야 할 점은 가해지는 열, 압력으로 인해 여재로써 기능하는 나노섬유웹(2)이 물리, 화학적으로 변형되는 것을 최소화해야 하며, 만일 열접합 과정에서 나노섬유웹이 물리, 화학적으로 변형될 경우 초도에 설계한 필터여재의 유량, 여과율 등의 물성이 변경될 수 있다. Accordingly, it is preferable to adopt a method in which the nanofiber web and the support are joined through fusion (A), and heat and / or They can be joined by applying pressure. However, the point to be considered when joining them by applying heat and/or pressure is to minimize the physical and chemical transformation of the
나노섬유웹(2)의 물리/화학적 변형이 없도록 부착공정에서 열 및/또는 압력 조건을 선택할 때 고려되어야 하는 점은 나노섬유웹, 지지체의 재질적 특성, 일예로 융점, 열전도율, 열용량 등일 수 있고, 통상적으로 융점 이상의 온도 또는 융점 이상의 온도와 압력을 동시에 가하여 지지체의 저융점성분을 나노섬유웹에 융착시키거나 융점보다 다소 낮더라도 높은 압력을 가해 지지체의 저융점성분을 나노섬유웹에 융착시킬 수 있다. The point to be considered when selecting heat and/or pressure conditions in the attachment process so that there is no physical/chemical deformation of the
한편, 지지체나 나노섬유웹을 형성하는 재질은 고분자화합물로써, 이와 같은 고분자화합물은 열전도율이 작고, 열용량이 매우 크기 때문에, 도 3과 같이 양방에 소정의 열(H1, H2)을 가하더라도 열(H1, H2)이 나노섬유웹(1)과 지지체(2) 사이의 계면에 도달하여 지지체(2)에 구비된 저융점성분의 온도를 융점까지 상승시키기 위해서는 오랜 시간 동안 지속적으로 열이 가해져야 한다. 더욱이 도 3과 같이 지지체(1)의 두께가 매우 두꺼울 경우 하방에서 전달되는 열(H2)이 나노섬유웹(2)과 지지체(1)의 계면부근까지 전달되고 해당 부근의 지지체에 구비된 저융점성분의 온도를 융점까지 상승시키는 데에는 더욱 오랜 시간이 소요될 수 있고, 시간의 단축을 위해 더 큰 열을 하방에서 가해줄 필요가 있다. 그러나 너무 큰 열을 하방에서 가할 경우 제1지지체 하부에서 저융점 성분의 용융이 먼저 일어날 수 있고, 지지체의 형상, 구조가 변경될 수 있다. On the other hand, the material for forming the support or nanofiber web is a high molecular compound, and since such a high molecular compound has low thermal conductivity and a very large heat capacity, as shown in FIG. 3 , even when a predetermined heat (H 1 , H 2 ) is applied to both sides Heat (H 1 , H 2 ) reaches the interface between the
다른 방법으로 상방에서 가해지는 열(H1)을 더 크게 하여 지지체(1)의 두께에 따른 난점을 해결해볼 수 있으나, 이 경우 나노섬유웹(2)의 물리/화학적 변형이 초래될 수 있고, 초도에 설계한 필터여재의 물성을 온전히 발현하지 못할 수 있다. In another method, it is possible to solve the difficulties depending on the thickness of the
이에 따라서, 본 발명의 일실시예에 의한 필터여재(1000)는 제1지지체(130)와 나노섬유웹(111,112)을 직접 대면시키지 않고, 그 보다 두께가 얇은 제2지지체(121,122)를 개재시키며, 이를 통해 층간 부착공정을 보다 안정적이고 용이하게 수행할 수 있고, 각 층 간의 계면에서 현저히 우수한 결합력을 발현하며, 역세척 등으로 인해 높은 외력이 가해져도 층간 분리, 박리 문제를 최소화할 수 있다. Accordingly, the
이를 도 4a를 통해 설명하면, 제2지지체(3)는 나노섬유웹(2)과의 두께 차이가 나노섬유웹(2)과 제1지지체(1)간의 두께 차이에 비해 현저히 적어짐에 따라서 나노섬유웹(2)/제2지지체(3)의 적층체 상방, 하방에서 가해지는 열(H1, H2)이 이들 간 계면에 도달하여 융착부(B)를 형성하기가 도 3에 비해 용이하다. 또한, 가해주는 열의 양과 시간을 조절하기가 도 3에 비해 용이함에 따라서 나노섬유웹(2)의 물리/화학적 변형 방지에 유리함에 따라서 도 4a와 같이 제2지지체(3)에 나노섬유웹(2)이 결합된 경우 초도에 설계된 나노섬유웹(2)의 물성 변화 없이 지지체 상에 우수한 접착력으로 나노섬유를 결합시킬 수 있는 이점이 있다. When this is explained through FIG. 4A , the
이하, 필터여재(1000)에 구비되는 각 구성에 대해 구체적으로 설명한다.Hereinafter, each configuration provided in the
먼저, 상기 제1지지체(130)는 필터여재(1000)를 지지하고 큰 유로를 형성하여 여과공정 또는 역세척공정을 보다 원활히 수행하는 기능을 담당한다. 구체적으로 여과과정에서 필터여재의 밖보다 내부가 낮은 압력이 되도록 압력구배가 형성될 경우 필터여재는 압착될 수 있는데, 이 경우 여과액이 필터여재 내부에서 흐를 수 있는 유로가 현저히 줄어들거나 차단됨에 따라서 필터여재에 더 큰 차압이 걸리는 동시에 유량이 현저히 저하될 수 있다. 또한, 역세척 과정에서 필터여재의 내부에서 외부 양방향을 향해 팽창시키는 외력이 가해질 수 있는데 기계적 강도가 낮을 경우 가해지는 외력으로 인해 필터여재가 손상될 수 있다.First, the
제1지지체(130)는 여과과정 및/또는 역세척과정에서 발생하는 위와 같은 문제들을 방지하기 위해 구비되며, 수처리 분야에서 사용되며, 기계적 강도가 담보되는 공지된 다공성 부재일 수 있으며, 일예로 상기 제1지지체는 부직포, 직물 또는 원단일 수 있다. The
상기 직물은 직물에 포함되는 섬유가 종횡의 방향성이 있는 것을 의미하며, 구체적인 조직은 평직, 능직 등일 수 있으며, 경사와 위사의 밀도는 특별히 한정하지 않는다. 또한, 상기 편물은 공지의 니트조직일 수 있으며, 위편물, 경편물 등일 수 있고, 일예로 원사가 경편성된 트리코트(Tricot)일 수 있다. 또한, 도 1과 같이 제1지지체(130)는 제1복합섬유(130a)에 종횡의 방향성이 없는 부직포일 수 있고, 케미컬본딩 부직포, 써멀본딩 부직포, 에어레이 부직포 등의 건식부직포나 습식부직포, 스판레스 부직포, 니들펀칭 부직포 또는 멜트블로운과 같은 다양한 방법으로 제조되는 공지된 부직포를 사용할 수 있다. The fabric means that the fibers included in the fabric have a vertical and horizontal direction, and specific structures may be plain weave, twill, etc., and the density of warp and weft yarns is not particularly limited. In addition, the knitted fabric may be a known knitted structure, may be a weft knitted fabric, a warp knitted fabric, etc., for example, may be a tricot in which the yarn is warp knitted. In addition, as shown in FIG. 1 , the
상기 제1지지체(130)는 충분한 기계적 강도를 발현할 수 있는 두께일 수 있으며, 일예로 상기 제1지지체(130)의 두께는 2 ~ 8㎜일 수 있고, 바람직하게는 2 ~ 5㎜, 보다 바람직하게는 3 ~ 5㎜일 수 있다. 두께가 2㎜ 미만일 경우 잦은 역세척에 견딜 수 있는 충분한 기계적 강도를 발현하지 못할 수 있다. 또한, 두께가 8㎜를 초과할 경우 필터여재가 후술하는 필터유닛으로 구현된 후 복수개의 필터유닛을 한정된 공간의 필터모듈로 구현할 때, 모듈의 단위 부피당 필터여재의 집적도가 감소할 수 있다.The
바람직하게는 상기 제1지지체(130)는 상기 두께를 만족하는 동시에 평량이 250 ~ 800 g/㎡일 수 있고, 보다 바람직하게는 350 ~ 600g/㎡일 수 있다. 만일 평량이 250 g/㎡ 미만인 경우 충분한 기계적 강도를 발현하기 어려울 수 있고, 제2지지체와의 부착력이 감소할 수 있으며, 만일 평량이 800 g/㎡를 초과할 경우 충분한 유로를 형성하지 못해 유량이 감소하며, 차압 증가로 인한 원활한 역세척이 어려울 수 있다. Preferably, the
또한, 상기 제1지지체(130)가 부직포와 같이 섬유로 형성된 경우 상기 섬유의 평균직경은 5 ~ 50 ㎛일 수 있고, 바람직하게는 20 ~ 50㎛일 수 있다. 또한, 상기 제1지지체(130)는 평균공경이 20 ~ 200 ㎛일 수 있으며, 기공도는 50 ~ 90%일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 여과공정 및/또는 역세척 공정에서 후술한 나노섬유웹(111,112)을 지지하여 목적하는 수준의 기계적 강도를 발현시킴과 동시에 높은 압력에도 유로를 원활히 형성시킬 수 있을 정도의 기공도 및 공경크기이면 제한이 없다. In addition, when the
상기 제1지지체(130)는 분리막의 지지체로 사용되는 재질인 경우 그 재질에 있어서 제한은 없다. 이에 대한 비제한적인 예로써, 폴리에스테르계, 폴리우레탄계, 폴리올레핀계 및 폴리아미드계로 이루어진 군에서 선택되는 합성고분자 성분; 또는 셀룰로오스계를 포함하는 천연 고분자성분이 사용될 수 있다. 다만, 제1지지체가 브리틀한 물성이 강할 경우 제1지지체와 제2지지체를 합지시키는 공정에서 목적하는 수준의 결합력을 기대하기 어려울 수 있는데, 이는 제1지지체가 필름과 같이 표면이 매끄러운 상태가 아니라 다공성을 형성하면서 표면이 거시적으로 울퉁불퉁한 형상일 수 있고, 부직포와 같이 섬유들로 형성된 표면은 섬유들의 배치, 섬유의 섬도 등에 따라서 표면이 매끄럽지 못하며, 위치별로도 그 정도가 상이할 수 있기 때문이다. 만일 합지되는 두 층간 계면에 밀착되지 않은 부분이 존재한 채로 나머지 부분들이 접합될 경우 밀착되지 않은 부분으로 인해 층간 분리가 시작될 수 있다. 이를 해결하기 위해서는 두 층의 양방에서 압력을 가해 두 층의 밀착 정도를 높인 상태에서 합지공정을 수행할 필요가 있는데, 만일 브리틀한 물성이 강한 지지체의 경우 압력이 가해져도 두 층간 계면의 밀착성을 높이는데 한계가 있고, 더 큰 압력을 가할 경우 지지체가 파손될 수도 있어서 제1지지체의 재질은 유연성이 좋고, 신율이 높은 재질이 적합할 수 있으며, 바람직하게는 제2지지체(121,122)와 우수한 밀착성을 가질 수 있도록 제1지지체(130)는 폴리올레핀계 재질일 수 있다.When the
한편, 상기 제1지지체(130)는 별도의 접착제나 접착층 없이도 제2지지체(121,122)와 결속되기 위하여 저융점 성분을 포함할 수 있다. 상기 제1지지체(130)가 부직포와 같은 원단일 경우 저융점 성분을 포함하는 제1복합섬유(130a)로 제조된 것일 수 있다. 상기 제1복합섬유(130a)는 지지성분 및 저융점 성분을 포함하여 상기 저융점 성분의 적어도 일부가 외부면에 노출되도록 배치된 것일 수 있다. 일예로, 지지성분이 코어부를 형성하고, 저융점 성분이 상기 코어부를 둘러싸는 시스부를 형성한 시스-코어형 복합섬유나, 지지성분의 일측에 저융점 성분이 배치되는 사이드-바이-사이드 복합섬유일 수 있다. 상기 저융점 성분 및 지지 성분은 상술한 것과 같이 지지체의 유연성 및 신율 측면에서 바람직하게는 폴리올레핀계일 수 있고, 일예로 지지성분은 폴리프로필렌, 저융점 성분은 폴리에틸렌일 수 있다. 상기 저융점 성분의 융점은 60 ~ 180℃일 수 있다.Meanwhile, the
다음으로, 상술한 제1지지체(130)와 후술한 나노섬유웹(111, 112) 사이에 개재되는 제2지지체(121,122)에 대하여 설명한다.Next, the
상기 제2지지체(121,122)는 후술한 나노섬유웹(111,112)을 지지하고, 필터여재에 구비되는 각 층의 접합력을 증가시키는 기능을 담당한다.The second supports 121 and 122 support the
상기 제2지지체(121,122)는 통상적으로 필터여재의 지지체 역할을 수행하는 것이라면 특별한 제한은 없으나, 그 형상에 있어서는 바람직하게는 직물, 편물 또는 부직포일 수 있다. 상기 직물은 직물에 포함되는 섬유가 종횡의 방향성이 있는 것을 의미하며, 구체적인 조직은 평직, 능직 등일 수 있으며, 경사와 위사의 밀도는 특별히 한정하지 않는다. 또한, 상기 편물은 공지의 니트조직일 수 있으며, 위편물, 경편물 등일 수 있으나 이에 대해서는 특별히 한정하지 않는다. 또한, 상기 부직포는 포함되는 섬유에 종횡의 방향성이 없는 것을 의미하고, 케미컬본딩 부직포, 써멀본딩 부직포, 에어레이 부직포 등의 건식부직포나 습식부직포, 스판레스 부직포, 니들펀칭 부직포 또는 멜트블로운와 같은 공지된 방법으로 제조된 부직포를 사용할 수 있다. The second supports 121 and 122 are not particularly limited as long as they normally serve as support for the filter media, but may preferably be woven, knitted or non-woven in shape. The fabric means that the fibers included in the fabric have a vertical and horizontal direction, and specific structures may be plain weave, twill, etc., and the density of warp and weft yarns is not particularly limited. In addition, the knitted fabric may be a known knitted fabric, and may be a weft knitted fabric, a warp knitted fabric, or the like, but is not particularly limited thereto. In addition, the nonwoven fabric means that there is no longitudinal and lateral direction in the fibers contained therein, and known such as chemical bonding nonwoven fabric, thermal bonding nonwoven fabric, dry nonwoven fabric or wet nonwoven fabric such as airlay nonwoven fabric, spanless nonwoven fabric, needle punching nonwoven fabric or melt blown nonwoven fabric A nonwoven fabric manufactured by the method described above may be used.
상기 제2지지체(121,122)는 일예로 부직포일 수 있는데, 이때 상기 제2지지체(121,122)를 형성하는 섬유는 평균직경이 5 ~ 30 ㎛일 수 있다. 또한, 상기 제2지지체(121,122)는 두께가 100 ~ 400 ㎛일 수 있고, 보다 바람직하게는 150 ~ 400㎛일 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 150 ~ 250㎛일 수 있고, 일예로 200㎛일 수 있다. The second supports 121 and 122 may be, for example, non-woven fabrics. In this case, the fibers forming the
또한, 상기 제2지지체(121,122)는 평균공경이 20 ~ 100㎛일 수 있으며, 기공도는 50 ~ 90%일 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며, 후술하는 나노섬유웹(111,112)을 지지하여 목적하는 수준의 기계적 강도를 발현시킴과 동시에 나노섬유웹(111,112)을 통해 유입되는 여과액의 흐름을 저해시키지 않을 정도의 기공도 및 공경크기이면 제한이 없다.Also, the
또한, 상기 제2지지체(121,122)는 평량이 10 ~ 200 g/㎡, 보다 바람직하게는 35 ~ 200 g/㎡일 수 있고, 보다 더 바람직하게는 35 ~ 80 g/㎡일 수 있고, 일예로, 40 g/㎡ 일 수 있다. 만일 평량이 10 g/㎡ 미만일 경우 후술하는 나노섬유웹(111,112)과 형성하는 계면에 분포하는 제2지지체를 형성하는 섬유의 양이 적을 수 있고, 이에 따라서 나노섬유웹과 접하는 제2지지체의 유효접착면적의 감소로 목적하는 수준의 결합력을 발현할 수 없을 수 있다. 또한, 나노섬유웹을 지지할 수 있을 충분한 기계적 강도를 발현하지 못할 수 있고, 제1지지체와의 부착력이 감소할 수 있다. 또한, 만일 평량이 200 g/㎡을 초과할 경우 목적하는 수준의 유량을 확보하기 어려울 수 있고, 원활한 역세척이 어려울 수 있다. In addition, the
상기 제2지지체(121,122)는 필터여재의 지지체로 사용되는 재질인 경우 그 재질에 있어서 제한은 없다. 이에 대한 비제한적인 예로써, 폴리에스테르계, 폴리우레탄계, 폴리올레핀계 및 폴리아미드계로 이루어진 군에서 선택되는 합성고분자 성분; 또는 셀룰로오스계를 포함하는 천연 고분자성분이 사용될 수 있다.When the
다만, 상기 제2지지체(121,122)는 후술하는 나노섬유웹(111,112) 및 상술한 제1지지체(130)와의 밀착력 향상을 위해 폴리올레핀계 고분자성분일 수 있다. 또한, 상기 제2지지체(121,122)가 부직포와 같은 원단일 경우 저융점 성분을 포함하는 제2복합섬유(121a)로 제조된 것일 수 있다. 상기 제2복합섬유(121a)는 지지성분 및 저융점 성분을 포함하여 상기 저융점 성분의 적어도 일부가 외부면에 노출되도록 배치된 것일 수 있다. 일예로, 지지성분이 코어부를 형성하고, 저융점 성분이 상기 코어부를 둘러싸는 시스부를 형성한 시스-코어형 복합섬유나, 지지성분의 일측에 저융점 성분이 배치되는 사이드-바이-사이드 복합섬유일 수 있다. 상기 저융점 성분 및 지지 성분은 상술한 것과 같이 지지체의 유연성 및 신율 측면에서 바람직하게는 폴리올레핀계일 수 있고, 일예로 지지성분은 폴리프로필렌, 저융점 성분은 폴리에틸렌일 수 있다. 상기 저융점 성분의 융점은 60 ~ 180℃일 수 있다.However, the
만일 상술한 제1지지체(130)가 상기 제2지지체(121,122)와 더욱 향상된 결합력을 발현하기 위하여 저융점 성분을 포함하는 제1복합섬유(130a)로 구현될 경우 제1지지체(130) 및 제2지지체(121) 간 계면에 제1복합섬유(130a)의 저융점 성분 및 제2복합섬유(121a)의 저융점 성분들의 융착으로 인한 더욱 견고한 융착부를 형성할 수 있다. 이때, 상기 제1복합섬유(130a) 및 제2복합섬유(121a)는 상용성 측면에서 동종의 재질일 수 있다. If the above-described
다음으로, 상술한 제1지지체(130)의 양면에 배치되는 나노섬유웹(111,112)에 대해 설명한다. 상기 나노섬유웹(111,112)은 한 가닥 또는 여러가닥의 나노섬유가 랜덤하게 3차원적으로 적층되어 형성된 3차원 네트워크 구조일 수 있다(도 5 참조). Next, the
상기 나노섬유웹을 형성하는 나노섬유는 공지된 섬유형성성분으로 형성된 것일 수 있다. 다만 바람직하게는 우수한 내화학성 및 내열성을 발현하기 위해 불소계 화합물을 섬유형성성분으로 포함할 수 있고, 이를 통해 피처리수가 강산/강염기의 용액이거나 온도가 높은 용액일지라도 필터여재의 물성 변화 없이 목적하는 수준으로 여과효율/유량을 확보 및 오랜 사용주기를 가질 수 있는 이점이 있다. 상기 불소계 화합물은 나노섬유로 제조될 수 있는 공지된 불소계 화합물의 경우 제한 없이 사용될 수 있으며, 일예로, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)계, 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬 비닐 에테르 공중합체(PFA)계, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체(FEP)계, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌-퍼플루오로알킬 비닐 에테르 공중합체(EPE)계, 테트라플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체(ETFE)계, 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE)계, 클로로트리플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체(ECTFE)계 및 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)계로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 화합물을 포함할 수 있고, 보다 바람직하게는 제조 단가가 낮고 전기방사를 통하여 나노섬유의 대량생산이 용이하며, 기계적 강도 및 내화학성이 우수한 측면에서 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)일 수 있다. 이때, 상기 나노섬유가 섬유형성성분으로 PVDF를 포함할 경우 상기 PVDF의 중량평균분자량은 10,000 ~ 1,000,000일 수 있고, 바람직하게는 300,000 ~ 600,000일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. The nanofibers forming the nanofiber web may be formed of known fiber-forming components. However, preferably, in order to express excellent chemical resistance and heat resistance, a fluorine-based compound may be included as a fiber-forming component, and through this, even if the water to be treated is a solution of a strong acid/base or a solution with a high temperature, the desired level without changing the physical properties of the filter medium This has the advantage of securing filtration efficiency/flow rate and having a long use cycle. The fluorine-based compound may be used without limitation in the case of known fluorine-based compounds that can be prepared into nanofibers, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE)-based, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer ( PFA) type, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP) type, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (EPE) type, tetrafluoroethylene-ethylene copolymer Containing any one or more compounds selected from the group consisting of copolymer (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), chlorotrifluoroethylene-ethylene copolymer (ECTFE), and polyvinylidene fluoride (PVDF) More preferably, it may be polyvinylidene fluoride (PVDF) in terms of low manufacturing cost, easy mass production of nanofibers through electrospinning, and excellent mechanical strength and chemical resistance. In this case, when the nanofiber includes PVDF as a fiber-forming component, the weight average molecular weight of the PVDF may be 10,000 to 1,000,000, preferably 300,000 to 600,000, but is not limited thereto.
또한, 상기 나노섬유는 평균직경이 0.05 ~ 1㎛일 수 있고, 종횡비는 1,000 ~ 100,000일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 일예로, 상기 나노섬유웹(111,112)에 구비된 나노섬유는 직경이 0.1 ~ 0.2 ㎛인 제1나노섬유군, 직경이 0.2 ~ 0.3㎛인 제2나노섬유군 및 직경이 0.3 ~ 0.4㎛인 제3나노섬유군을 나노섬유웹(111) 전체 중량에 대하여 각각 35 중량%, 53 중량%, 12 중량%로 포함할 수 있다.In addition, the nanofiber may have an average diameter of 0.05 to 1 μm, and an aspect ratio of 1,000 to 100,000, but is not limited thereto. For example, the nanofibers provided in the
상술한 나노섬유웹(111,112)은 두께가 0.5 ~ 50㎛로 형성될 수 있고, 일예로 20㎛일 수 있다. 상기 나노섬유웹(111,112)의 기공도는 40 ~ 90%이고, 보다 바람직하게는 60 ~ 90%일 수 있다. 또한, 평균공경은 0.1 ~ 5㎛일 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.1 ~ 1㎛일 수 있다. 일예로, 상기 나노섬유웹(111,112)의 평균 공경은 0.2 ~ 0.45㎛일 수 있다. 만일 상기 나노섬유웹(111, 112)의 평균공경이 0.1㎛ 미만이면 나노섬유웹(111, 112)의 압력강하가 과도해지고, 필터여재의 내구성이 좋지 않을 수 있고, 평균공경이 5㎛를 초과하면 역세척 효율이 좋지 않을 수 있다.The above-described
상기 나노섬유웹(111,112)은 평량이 0.05 ~ 20 g/㎡일 수 있고, 일예로 10g/㎡일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 목적하는 수투과도 및 여과효율을 고려하여 적절히 변경될 수 있다. The
또한, 상기 나노섬유웹(111,112)은 한층 이상으로 필터여재(1000)에 구비될 수도 있고, 이때 각 나노섬유웹의 기공도, 공경, 평량 및/또는 두께 등은 상이할 수 있다. In addition, the
한편, 상기 나노섬유웹(111,112)을 형성하는 나노섬유는 친수성을 높이기 위해 개질된 것일 수 있고, 일예로, 친수성 코팅층이 나노섬유의 외부면 적어도 일부에 더 구비될 수 있다. 만일 나노섬유가 상술한 것과 같이 불소계 화합물을 포함할 경우 상기 불소계 화합물은 소수성이 매우 강해 피여과액이 친수성 용액일 경우 유량이 좋지 못할 수 있다. 이를 위해 상기 소수성의 나노섬유 표면에 친수성 코팅층을 더 구비시킬 수 있으며, 상기 친수성 코팅층은 공지된 것일 수 있고, 일예로 히드록시기를 구비하는 친수성고분자를 포함하여 형성되거나 상기 친수성고분자가 가교제를 통해 가교되어 형성될 수 있다. 일예로, 상기 친수성고분자는 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol, PVA), 에틸렌비닐알코올(Ethylenevinyl alcohol, EVOH), 알긴산 나트륨(Sodium alginate) 등의 단독 또는 혼합 형태일 수 있으며, 가장 바람직하게는 폴리비닐알코올(PVA)일 수 있다. 또한, 상기 가교제는 상기 친수성고분자가 구비하는 히드록시기와 축합반응 등을 통하여 가교될 수 있는 관능기를 구비한 공지된 가교제의 경우 제한 없이 사용할 수 있다. 일예로, 상기 관능기는 히드록시기, 카르복시기 등일 수 있다. On the other hand, the nanofibers forming the
상기 친수화코팅층은 보다 향상된 물성의 발현을 위하여 폴리비닐알코올(PVA) 및 카르복시기를 포함하는 가교제가 가교되어 형성될 수 있다. 상기 폴리비닐알코올은 중합도가 500 ~ 2000이고, 검화도가 85 ~ 90%인 것일 수 있다. 폴리비닐알코올의 중합도가 과도하게 낮을 경우 친수성 코팅층의 형성이 원활히 되지 않거나 형성되더라도 쉽게 벗겨질 수 있고, 친수도를 목적하는 수준까지 향상시키지 못할 수 있다. 또한, 중합도가 너무 클 경우 친수성코팅층의 형성이 과도할 수 있으며 이에 따라서 나노섬유웹의 기공구조가 변경되거나 기공을 폐쇄시킬 수 있다. 또한, 검화도가 너무 낮을 경우 친수성 향상이 어려울 수 있다.The hydrophilicization coating layer may be formed by crosslinking polyvinyl alcohol (PVA) and a crosslinking agent including a carboxyl group in order to express more improved physical properties. The polyvinyl alcohol may have a polymerization degree of 500 to 2000 and a saponification degree of 85 to 90%. When the polymerization degree of polyvinyl alcohol is excessively low, the formation of the hydrophilic coating layer may not be smooth or may be easily peeled off even if formed, and the hydrophilicity may not be improved to a desired level. In addition, when the polymerization degree is too large, the formation of the hydrophilic coating layer may be excessive, and thus the pore structure of the nanofiber web may be changed or the pores may be closed. In addition, when the degree of saponification is too low, it may be difficult to improve hydrophilicity.
상기 가교제는 상술한 폴리비닐알코올과 가교될 수 있도록 카르복시기를 함유하는 성분일 수 있다. 일예로, 상기 가교제는 폴리(아크릴산-말레산), 폴리아크릴산 및 폴리(스티렌술폰산-말레산)로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상을 물질을 포함할 수 있다. 또한, 보다 향상된 소수성의 나노섬유 표면에의 코팅성/접착성 및 나노섬유웹(111,112)의 기공구조의 변경이 없도록 매우 얇게 코팅되는 동시에 더욱 향상된 유량을 발현하기 위하여 상기 가교제는 적어도 3개 이상의 카르복시기를 포함하는 다관능성 가교제일 수 있다. 만일 가교제가 구비하는 카르복시기가 3개 미만일 경우 소수성인 나노섬유의 표면에 코팅층이 형성되기 어렵고, 형성되더라도 부착력이 매우 약해 쉽게 벗겨질 수 있다. 일예로 카르복시기를 3개 이상 구비하는 가교제는 폴리(아크릴산-말레산)일 수 있다. The crosslinking agent may be a component containing a carboxyl group to be crosslinked with the above-described polyvinyl alcohol. For example, the crosslinking agent may include at least one material selected from the group consisting of poly(acrylic acid-maleic acid), polyacrylic acid, and poly(styrenesulfonic acid-maleic acid). In addition, the crosslinking agent is at least three or more carboxyl groups to express a more improved flow rate while being coated very thinly so that there is no change in the pore structure of the
상기 친수성코팅층은 상기 폴리비닐알코올 100 중량부에 대해 카르복시기를 함유하는 가교제가 2 ~ 20 중량부 가교되어 형성될 수 있다. 만일 가교제가 2 중량부 미만으로 구비되는 경우 친수성 코팅층의 형성성이 저하될 수 있고, 내화학성 및 기계적 강도가 저하될 수 있다. 또한, 가교제가 20 중량부를 초과하여 구비되는 경우 코팅층으로 인해 기공이 줄어 유량이 저하될 수 있다.The hydrophilic coating layer may be formed by crosslinking 2 to 20 parts by weight of a crosslinking agent containing a carboxyl group based on 100 parts by weight of the polyvinyl alcohol. If less than 2 parts by weight of the crosslinking agent is provided, the formability of the hydrophilic coating layer may be reduced, and chemical resistance and mechanical strength may be reduced. In addition, when the crosslinking agent is provided in excess of 20 parts by weight, pores may be reduced due to the coating layer, thereby reducing the flow rate.
한편, 상기 친수성코팅층은 나노섬유의 외부면 일부 또는 전부에 형성될 수 있다. 이때, 상기 친수성 코팅층은 나노섬유웹 단위면적(㎡)당 0.1 ~ 2g 포함되도록 나노섬유를 피복될 수 있다. On the other hand, the hydrophilic coating layer may be formed on some or all of the outer surface of the nanofiber. In this case, the hydrophilic coating layer may be coated with the nanofibers to contain 0.1 ~ 2g per unit area (m2) of the nanofiber web.
상술한 것과 같이 친수성 코팅층을 구비하도록 개질된 나노섬유웹(111,112)쪽 표면의 젖음각은 30° 이하일 수 있고, 보다 바람직하게는 20 °이하, 보다 더 바람직하게는 12°이하, 더욱 바람직하게는 5°이하일 수 있으며, 이를 통해 재질상 소수성인 나노섬유로 구현된 섬유웹임에도 불구하고 향상된 유량을 확보할 수 있는 이점이 있다.The wetting angle of the surface of the
한편, 나노섬유웹에서 여과된 여과액이 상기 제1지지체 방향으로 흐르는 유로가 형성된 본 발명에 따른 필터여재의 총 압력강하는 1,000 L/hr의 유량에서 2 ~ 10 psi 일 수 있고, 바람직하게는 4 ~ 8 psi일 수 있으며, 일예로 필터여재의 총 압력강하는 1,000 L/hr의 유량에서 5.8 psi 일 수 있다.On the other hand, the total pressure drop of the filter medium according to the present invention in which the flow path through which the filtrate filtered from the nanofiber web flows in the direction of the first support is formed may be 2 to 10 psi at a flow rate of 1,000 L/hr, preferably It may be 4 to 8 psi, for example, the total pressure drop of the filter medium may be 5.8 psi at a flow rate of 1,000 L/hr.
상술한 필터여재(1000)는 후술하는 제조방법으로 제조될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.The above-described
본 발명에 따른 필터여재(1000)는 (1) 나노섬유웹 및 제2지지체를 합지하는 단계; 및 (2) 상기 제2지지체가 제1지지체와 맞닿도록 제1지지체의 양면에 각각 상기 합지된 나노섬유웹 및 제2지지체를 배치시켜 합지지시키는 단계;를 포함하여 제조될 수 있다. The
먼저, 본 발명에 따른 (1) 단계로써, 나노섬유웹 및 제2지지체를 합지하는 단계를 수행한다. First, as step (1) according to the present invention, a step of laminating the nanofiber web and the second support is performed.
상기 나노섬유웹은 나노섬유를 구비하여 3차원 네트워크 형상의 섬유웹을 형성시키는 방법의 경우 제한 없이 사용될 수 있다. 바람직하게는 상기 나노섬유웹은 불소계 화합물을 포함하는 방사용액을 제2지지체 상에 전기방사 하여 나노섬유웹을 형성할 수 있다.The nanofiber web may be used without limitation in the case of a method of forming a fiber web of a three-dimensional network shape by providing nanofibers. Preferably, the nanofiber web may be formed by electrospinning a spinning solution containing a fluorine-based compound on a second support to form a nanofiber web.
상기 방사용액은 섬유형성성분으로써, 일예로 불소계 화합물과, 용매를 포함할 수 있다. 상기 불소계 화합물은 방사용액에 5 ~ 30 중량%, 바람직하게는 8 ~ 20중량%로 포함됨이 좋고, 만일 불소계 화합물이 5 중량% 미만일 경우 섬유로 형성되기 어려우며, 방사 시 섬유상으로 방사되지 않고 액적상태로 분사되어 필름상을 형성하거나 방사가 이루어지더라도 비드가 많이 형성되고 용매의 휘발이 잘 이루어지지 않아 후술하는 캘린더링 공정에서 기공이 막히는 현상이 발생할 수 있다. 또한, 만일 불소계 화합물이 30 중량% 초과할 경우 점도가 상승하여 용액 표면에서 고화가 일어나 장시간 방사가 곤란하며, 섬유직경이 증가하여 마이크로미터 이하 크기의 섬유상을 만들 수 없을 수 있다.The spinning solution may include, for example, a fluorine-based compound and a solvent as a fiber-forming component. The fluorine-based compound is preferably included in the spinning solution in an amount of 5 to 30% by weight, preferably 8 to 20% by weight, and if the fluorine-based compound is less than 5% by weight, it is difficult to form into a fiber, and it is not spun into a fiber during spinning and is in a droplet state Even if it is sprayed to form a film or spinning, a lot of beads are formed and the solvent is not volatilized well, which may cause clogging of pores in the calendering process to be described later. In addition, if the fluorine-based compound exceeds 30% by weight, the viscosity rises and solidification occurs on the surface of the solution, making it difficult to spin for a long time, and the fiber diameter may increase so that it may not be possible to make a fibrous shape having a size of micrometers or less.
상기 용매는 섬유형성성분인 불소계 화합물을 용해시키면서 침전물을 생성시키지 않고 후술하는 나노섬유의 방사성에 영향을 미치지 않는 용매의 경우 제한 없이 사용될 수 있으나 바람직하게는 γ-부티로락톤, 사이클로헥사논, 3-헥사논, 3-헵타논, 3-옥타논, N-메틸피롤리돈, 디메틸아세트아미드, 아세톤, 디메틸설폭사이드, 디메틸포름아마이드로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 일예로 상기 용매는 디메틸아세트아미드와 아세톤의 혼합용매일 수 있다.The solvent may be used without limitation in the case of a solvent that does not form a precipitate while dissolving the fluorine-based compound as a fiber-forming component and does not affect the radioactivity of nanofibers to be described later, but is preferably γ-butyrolactone, cyclohexanone, 3 -hexanone, 3-heptanone, 3-octanone, N-methylpyrrolidone, dimethylacetamide, acetone, dimethylsulfoxide, may include any one or more selected from the group consisting of dimethylformamide. For example, the solvent may be a mixed solvent of dimethylacetamide and acetone.
상기 제조된 방사용액은 공지된 전기방사 장치 및 방법을 통해 나노섬유로 제조될 수 있다. 일예로, 상기 전기방사 장치는 방사 노즐이 1개인 단일 방사팩을 구비한 전기방사 장치를 사용하거나 양산성을 위하여 단일 방사팩을 복수개로 구비하거나 노즐이 복수개인 방사팩을 구비한 전기방사 장치를 사용해도 무방하다. 또한 전기방사 방식에 있어서 건식방사 또는 외부응고조를 구비하는 습식방사를 이용할 수 있고 방식에 따른 제한은 없다.The prepared spinning solution may be prepared into nanofibers through a known electrospinning device and method. For example, the electrospinning apparatus uses an electrospinning device having a single spinning pack having one spinning nozzle, or an electrospinning device having a plurality of single spinning packs for mass production, or an electrospinning device having a spinning pack having multiple nozzles. it is free to use In addition, in the electrospinning method, dry spinning or wet spinning having an external coagulation bath can be used, and there is no limitation according to the method.
상기 전기방사장치에 교반시킨 방사용액을 투입시켜 콜렉터, 일예로 종이 상에 전기방사시킬 경우 나노섬유로 형성된 나노섬유웹을 수득할 수 있다. 상기 전기방사를 위한 구체적 조건은 일예로써, 방사팩의 노즐에 구비되는 에어분사노즐은 에어 분사의 에어압은 0.01 ~ 0.2 MPa 범위로 설정될 수 있다. 만약 에어압이 0.01MPa 미만인 경우 포집, 집적에 기여를 하지 못하며, 0.2 MPa를 초과하는 경우 방사노즐의 콘을 굳게 하여 니들을 막는 현상이 발생하여 방사 트러블이 발생할 수 있다. 또한, 상기 방사용액을 방사할 때, 노즐 당 방사용액의 주입속도는 10 ~ 30㎕/min일 수 있다. 또한, 상기 노즐의 팁과 콜렉터까지의 거리는 10 ~ 30㎝일 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며 목적에 따라 변경하여 실시할 수 있다.A nanofiber web formed of nanofibers can be obtained when the electrospinning solution is put into the electrospinning device and electrospun on a collector, for example, paper. The specific conditions for the electrospinning are as an example, and the air pressure of the air jet nozzle provided in the nozzle of the spinning pack may be set in the range of 0.01 to 0.2 MPa. If the air pressure is less than 0.01 MPa, it cannot contribute to collection and accumulation, and if it exceeds 0.2 MPa, the cone of the spinning nozzle hardens and blocks the needle, which may cause spinning trouble. In addition, when spinning the spinning solution, the injection rate of the spinning solution per nozzle may be 10 ~ 30㎛ / min. In addition, the distance between the tip of the nozzle and the collector may be 10 to 30 cm. However, it is not limited thereto and may be changed and implemented according to the purpose.
또는, 상술한 제2지지체 상에 나노섬유를 직접 전기방사 시킴으로써 나노섬유웹을 제2지지체상에 직접 형성시킬 수 있다. 상기 제2지지체 상에 축적/수집된 나노섬유는 3차원 네트워크 구조를 가지며, 목적하는 분리막의 수투과도, 여과효율을 발현하기에 적합한 기공율, 공경, 평량 등을 보유하기 위해 열 및/또는 압력이 축적/수집된 나노섬유에 더 가해짐으로써 3차원 네트워크 구조를 가지는 나노섬유웹으로 구현될 수 있다. 상기 열 및/또는 압력을 가하는 구체적인 방법은 공지의 방법을 채택할 수 있으며, 이에 대한 비제한적인 예로써 통상의 캘린더링 공정을 사용할 수 있고 이때 가해지는 열의 온도는 70 ~ 190℃일 수 있다. 또한, 캘린더링 공정을 수행할 경우 이를 몇 차로 나누어 복수 회 실시할 수도 있고, 예를 들어 1차 캘린더링을 통해 나노섬유에 잔존하는 용매와 수분을 일부 또는 전부 제거하기 위한 건조과정을 수행 후 기공조절 및 강도 향상을 위해 2차 캘린더링을 실시할 수 있다. 이때, 각 캘린더링 공정에서 가해지는 열 및/또는 압력의 정도는 동일하거나 상이할 수 있다.Alternatively, the nanofiber web may be formed directly on the second support by directly electrospinning the nanofibers on the above-described second support. The nanofibers accumulated/collected on the second support have a three-dimensional network structure, and heat and/or pressure are applied to maintain a porosity, pore size, basis weight, etc. suitable for expressing the desired water permeability and filtration efficiency of the separation membrane. By being further applied to the accumulated/collected nanofibers, it can be implemented as a nanofiber web having a three-dimensional network structure. As a specific method of applying the heat and/or pressure, a known method may be adopted, and a conventional calendering process may be used as a non-limiting example thereof, and the temperature of the applied heat may be 70 to 190°C. In addition, when performing the calendering process, it may be divided into several steps and performed multiple times. For example, after performing a drying process to remove some or all of the solvent and moisture remaining in the nanofiber through primary calendering, the pores Secondary calendering may be performed to improve control and strength. In this case, the degree of heat and/or pressure applied in each calendering process may be the same or different.
한편, 제2지지체가 저융점 복합섬유로 구현된 것일 경우 상기 캘린더링 공정을 통하여 나노섬유웹과 제2지지체의 열융착을 통한 결속을 동시에 진행시킬 수 있다.On the other hand, when the second support is implemented as a low-melting composite fiber, binding through the thermal fusion of the nanofiber web and the second support can be simultaneously progressed through the calendering process.
또한, 제2지지체 및 나노섬유웹을 결속시키기 위해 별도의 핫멜트 파우더나 핫멜트 웹을 더 개재시킬 수도 있다. 이때 가해지는 열은 60 ~ 190℃일 수 있으며, 압력은 0.1 ~ 10 kgf/㎠로 가할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 그러나 결속을 위하여 별도 더해지는 핫멜트 파우더와 같은 성분들은 흄(Fumed)을 생성시키거나 지지체간, 지지체와 나노섬유간 합지공정에서 용융되어 기공을 폐쇄시키는 경우가 빈번히 발생하여 초도 설계된 필터여재의 유량을 달성할 수 없을 수 있다. 또한, 수처리과정에서 용해될 수 있어서 환경적으로 부정적 문제를 야기시킬 수 있어서 바람직하게는 포함시키지 않고 제2지지체 및 나노섬유웹을 결속시키는 것이 좋다. In addition, a separate hot melt powder or hot melt web may be further interposed in order to bind the second support and the nanofiber web. At this time, the applied heat may be 60 ~ 190 ℃, the pressure may be applied at 0.1 ~ 10 kgf / ㎠, but is not limited thereto. However, components such as hot melt powder added separately for binding generate fumed or are melted in the laminating process between supports and between supports and nanofibers to close pores frequently. may not be able to In addition, it is preferable to bind the second support and the nanofiber web without including it because it can be dissolved in the water treatment process and cause negative environmental problems.
다음으로 후술하는 (2) 단계 수행 전, 상기 나노섬유웹에 친수성 코팅층 형성조성물을 처리하여 친수성 코팅층을 형성시키는 단계를 더 수행할 수 있다. Next, before performing step (2) to be described later, the step of forming a hydrophilic coating layer by treating the composition for forming a hydrophilic coating layer on the nanofiber web may be further performed.
구체적으로 본 단계는 나노섬유웹에 친수성 코팅층 형성조성물을 처리하는 단계; 및 상기 친수성 코팅층 형성조성물을 열처리하여 친수성 코팅층을 형성시키는 단계;를 포함하여 수행될 수 있다.Specifically, this step comprises the steps of treating the composition for forming a hydrophilic coating layer on the nanofiber web; and heat-treating the hydrophilic coating layer-forming composition to form a hydrophilic coating layer.
먼저 친수성 코팅층 형성조성물은 친수성 성분 및 가교성 성분을 포함할 수 있고, 일예로 폴리비닐알코올, 카르복시기를 포함하는 가교제 및 이들을 용해시키는 용매, 일예로 물을 포함할 수 있다. 상기 친수성 코팅층 형성조성물은 폴리비닐알코올 100 중량부에 대하여 가교제를 2 ~ 20 중량부, 용매를 1,000 ~ 100,000 중량부로 포함할 수 있다. First, the composition for forming a hydrophilic coating layer may include a hydrophilic component and a crosslinkable component, for example, polyvinyl alcohol, a crosslinking agent including a carboxyl group, and a solvent for dissolving them, for example, water. The composition for forming the hydrophilic coating layer may contain 2 to 20 parts by weight of a crosslinking agent and 1,000 to 100,000 parts by weight of a solvent based on 100 parts by weight of polyvinyl alcohol.
한편, 제조된 나노섬유웹을 형성하는 나노섬유가 불소계 화합물을 포함할 경우 소수성이 강함에 따라서 상술한 친수성 코팅층 형성조성물을 처리하더라도 코팅층이 표면에 제대로 형성되지 못할 수 있다. 이에 따라서 친수성 코팅층 형성조성물이 나노섬유 외부면에 잘 젖도록 하기 위하여 상기 친수성 코팅층 형성조성물은 젖음성 개선제를 더 포함할 수 있다.On the other hand, when the nanofiber forming the prepared nanofiber web contains a fluorine-based compound, since hydrophobicity is strong, the coating layer may not be properly formed on the surface even if the above-described hydrophilic coating layer-forming composition is treated. Accordingly, the hydrophilic coating layer-forming composition may further include a wettability improving agent in order to make the hydrophilic coating layer-forming composition well wet on the outer surface of the nanofiber.
상기 젖음성 개선제는 소수성의 나노섬유 외부면의 친수성 용액에 대한 젖음성을 향상시킬 수 있는 동시에 친수성 코팅층 형성조성물에 용해될 수 있는 성분인 경우 제한 없이 사용될 수 있다. 일예로, 상기 젖음성 개선제는 이소프로필알코올, 에틸알코올 및 메틸알코올로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 성분일 수 있다. 또한, 상기 젖음성 개선제는 친수성 코팅층 형성조성물에 구비되는 폴리비닐알코올 100 중량부에 대하여 1,000 ~ 100,000 중량부로 포함될 수 있다. 만일 젖음성 개선제가 1000 중량부 미만으로 구비되는 경우 나노섬유의 젖음성 개선이 미약하여 친수성 코팅층의 형성이 원활하지 않을 수 있고, 친수성 코팅층의 박리가 빈번할 수 있다. 또한, 상기 젖음성 개선재가 100,000 중량부를 초과하여 포함될 경우 젖음성 향상정도가 미미할 수 있고, 친수성 코팅층 형성조성물에 구비되는 폴리비닐알코올 및 가교제의 농도가 낮아져 친수성 코팅층의 형성이 원활하지 못할 수 있다. The wettability improving agent may be used without limitation if it is a component capable of improving the wettability of the outer surface of the hydrophobic nanofiber with respect to the hydrophilic solution and soluble in the composition for forming a hydrophilic coating layer. For example, the wettability improving agent may be one or more components selected from the group consisting of isopropyl alcohol, ethyl alcohol and methyl alcohol. In addition, the wettability improving agent may be included in an amount of 1,000 to 100,000 parts by weight based on 100 parts by weight of polyvinyl alcohol included in the composition for forming a hydrophilic coating layer. If the wettability improving agent is provided in less than 1000 parts by weight, the wettability improvement of the nanofibers is weak, so the formation of the hydrophilic coating layer may not be smooth, and the peeling of the hydrophilic coating layer may be frequent. In addition, when the wettability improving material is included in excess of 100,000 parts by weight, the degree of wettability improvement may be insignificant, and the concentration of polyvinyl alcohol and crosslinking agent provided in the composition for forming the hydrophilic coating layer is lowered, so that the formation of the hydrophilic coating layer may not be smooth.
한편, 친수성 코팅층 형성조성물에 젖음성 개선제를 구비시키지 않고, 상기 나노섬유웹에 젖음성 개선제를 전처리한 후 친수성 코팅층 형성조성물을 처리하여 친수성 코팅층을 형성시킬 수도 있다. 다만, 젖음성 개선제를 기공에 담지한 상태의 나노섬유웹을 친수성 코팅층 형성조성물에 침지 시 기공에 담지된 젖음성 개선제가 나노섬유웹에서 빠져 나오고, 동시에 친수성 코팅층 형성조성물이 상기 기공에 침투하는데 소요되는 시간이 길어 제조시간이 연장될 수 있다. 또한, 친수성 코팅층 형성조성물의 침투정도가 나노섬유웹의 두께 및 기공의 직경에 따라 상이함에 따라서 친수성 코팅층이 섬유웹의 위치별로 불균일하게 형성될 수 있다. 나아가 친수성 코팅층이 불균일하게 형성됨에 따라서 나노섬유웹의 일부분에서는 기공이 친수성 코팅층으로 폐쇄될 수 있고, 이 경우 초도 설계된 나노섬유웹의 기공구조가 변화하게 됨에 따라서 목적하는 유량을 수득할 수 없을 수 있어서 친수성 코팅층 형성조성물에 젖음성 개선제를 구비시키는 것이 나노섬유웹의 기공구조를 변경시키지 않으면서도 제조시간의 단축, 제조공정의 간소화 및 친수성코팅층의 형성성 향상을 동시에 달성시키기에 유리하다. On the other hand, without a wettability improving agent in the composition for forming a hydrophilic coating layer, the nanofiber web is pretreated with a wettability improving agent and then the hydrophilic coating layer forming composition is treated to form a hydrophilic coating layer. However, when the nanofiber web in which the wettability improving agent is supported in the pores is immersed in the hydrophilic coating layer-forming composition, the wettability improving agent supported in the pores comes out of the nanofiber web, and at the same time, the time it takes for the hydrophilic coating layer-forming composition to penetrate the pores This length may extend the manufacturing time. In addition, since the degree of penetration of the composition for forming the hydrophilic coating layer is different depending on the thickness of the nanofiber web and the diameter of the pores, the hydrophilic coating layer may be non-uniformly formed for each position of the fibrous web. Furthermore, as the hydrophilic coating layer is formed non-uniformly, the pores in a part of the nanofiber web may be closed with the hydrophilic coating layer, and in this case, the desired flow rate may not be obtained as the pore structure of the initially designed nanofiber web is changed. It is advantageous to provide a wettability improving agent in the composition for forming the hydrophilic coating layer without changing the pore structure of the nanofiber web while simultaneously achieving shortening of the manufacturing time, simplification of the manufacturing process, and improvement of the formability of the hydrophilic coating layer.
상술한 친수성 코팅층 형성조성물을 나노섬유웹에 형성시키는 방법은 공지된 코팅방법의 경우 제한 없이 채용할 수 있으며, 일예로, 침지, 스프레잉 방법 등을 사용할 수 있다. The method for forming the above-described hydrophilic coating layer-forming composition on the nanofiber web may be employed without limitation in the case of a known coating method, for example, dipping, spraying, etc. may be used.
이후 나노섬유웹에 처리된 친수성 코팅층 형성조성물을 열처리 하여 친수성 코팅층을 형성시키는 단계;를 수행할 수 있다. 상기 열처리를 통해 친수성 코팅층 형성조성물 중 용매의 건조 공정이 동시에 이루어질 수 있다. 상기 열처리는 건조기에서 수행될 수 있으며, 이때 가해지는 열은 온도가 80 ~ 160℃일 수 있고, 처리시간은 1 분 ~ 60분일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. Thereafter, a step of heat-treating the hydrophilic coating layer-forming composition treated on the nanofiber web to form a hydrophilic coating layer; may be performed. Through the heat treatment, the drying process of the solvent in the composition for forming the hydrophilic coating layer may be simultaneously performed. The heat treatment may be performed in a dryer, and the heat applied at this time may be at a temperature of 80 to 160° C., and the treatment time may be 1 to 60 minutes, but is not limited thereto.
다음으로 본 발명에 따른 (2) 단계로써, 합지된 제2지지체 및 나노섬유웹에서 상기 제2지지체가 제1지지체와 맞닿도록 제1지지체의 양면에 각각 상기 합지된 나노섬유웹 및 제2지지체를 배치시켜 합지지시키는 단계를 수행한다.Next, as the step (2) according to the present invention, the nanofiber web and the second support laminated on both sides of the first support so that the second support comes into contact with the first support in the laminated second support and the nanofiber web, respectively. to perform the step of arranging and supporting lamination.
상기 (2) 단계는 2-1) 제1지지체의 양면에 상술한 (1) 단계에서 합지된 제2지지체 및 나노섬유웹을 적층시키는 단계; 및 2-2) 열 및 압력 중 어느 하나 이상을 가하여 제1지지체 및 제2지지체를 융착시키는 단계;를 포함하여 수행될 수 있다. The step (2) is 2-1) laminating the second support and the nanofiber web laminated in step (1) above on both sides of the first support; and 2-2) applying any one or more of heat and pressure to fusion-bond the first support and the second support.
상기 2-2) 단계에서의 열 및/또는 압력을 가하는 구체적인 방법은 공지의 방법을 채택할 수 있으며, 이에 대한 비제한적인 예로써 통상의 캘린더링 공정을 사용할 수 있고 이때 가해지는 열의 온도는 70 ~ 190℃일 수 있다. 또한, 캘린더링 공정을 수행할 경우 이를 몇 차로 나누어 복수 회 실시할 수도 있고, 예를 들어 1차 캘린더링 후 2차 캘린더링을 실시할 수도 있다. 이때, 각 캘린더링 공정에서 가해지는 열 및/또는 압력의 정도는 동일하거나 상이할 수 있다. 상기 2-2) 단계를 통하여 제2지지체와 제1지지체간에 열융착을 통한 결속이 일어날 수 있으며 별도의 접착제나 접착층을 생략할 수 있는 이점이 있다.As a specific method of applying heat and/or pressure in step 2-2), a known method may be adopted, and a conventional calendering process may be used as a non-limiting example thereof, and the temperature of the applied heat is 70 It may be ~ 190 °C. In addition, when performing the calendering process, it may be divided into several divisions and performed a plurality of times, for example, the second calendering may be performed after the first calendering. In this case, the degree of heat and/or pressure applied in each calendering process may be the same or different. Through the step 2-2), bonding can occur between the second support and the first support through thermal fusion, and there is an advantage that a separate adhesive or adhesive layer can be omitted.
본 발명은 상술한 제조방법을 통해 제조된 필터여재를 포함하여 구현된 필터유닛을 포함한다.The present invention includes a filter unit implemented by including the filter media manufactured through the above-described manufacturing method.
도 7a와 같이 상기 필터여재(1000)는 평판형 필터유닛(2000)으로 구현될 수 있다. 구체적으로 상기 평판형 필터유닛(2000)은 필터여재(1000) 및 상기 필터여재(1000)의 테두리를 지지하는 지지프레임(1100)을 포함하며, 상기 지지프레임(1100)의 어느 일영역에는 필터여재(1000)의 외부와 내부 간 압력차를 구배시킬 수 있는 흡입구(1110)가 구비될 수 있다. 또한, 상기 지지프레임(1100)에는 나노섬유웹(101,102)에서 여과된 여과액이 필터여재(1000) 내부의 제2지지체/제1지지체가 적층된 지지체(200)를 거쳐 외부로 유출될 수 있도록 하는 유로가 형성될 수 있다. As shown in FIG. 7A , the
구체적으로 도 7a와 같은 필터유닛(2000)은 상기 흡입구(1110)를 통해 높은 압력의 흡입력을 가할 경우 도 7b와 같이 필터여재(1000)의 외부에 배치되는 피여과액(P)이 필터여재(1000)의 내부를 향하게 되고, 나노섬유웹(101,102)을 거쳐 여과된 여과액(Q1)은 제2지지체/제1지지체가 적층된 지지체(200)를 통해 형성된 유로를 따라 흐른 뒤 지지프레임(1100)에 구비된 유로(E)로 유입되고, 유입된 여과액(Q2)은 상기 흡입구(1110)를 통해 외부로 유출될 수 있다. Specifically, in the
또한, 도 7a와 같은 평판형 필터유닛(2000)은 복수개가 하나의 외부케이스에 소정의 간격을 두고 이격하여 구비되는 필터모듈을 구현할 수 있고, 이와 같은 필터모듈이 다시 복수개로 적층/블록화 하여 대형 수처리 장치를 구성할 수도 있다. In addition, the plate-
하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention will be described in more detail through the following examples, but the following examples are not intended to limit the scope of the present invention, which should be construed to aid understanding of the present invention.
<실시예><Example>
먼저, 방사용액을 제조하기 위하여 섬유형성성분으로 폴리비닐리덴플루오라이드(Arkema사, Kynar761) 12g을 디메틸아세트아마이드와 아세톤의 중량비를 70:30으로 혼합한 혼합용매 88g에 80℃의 온도로 6시간 동안 마그네틱바를 사용하여 용해시켜 혼합용액을 제조했다. 상기 방사용액을 전기방사장치의 용액탱크에 투입하고, 15㎕/min/hole의 속도로 토출하였다. 이때 방사 구간의 온도는 30℃, 습도는 50%를 유지하고, 콜렉터와 방사노즐팁 간 거리를 20㎝하고, 상기 콜렉터 상부에 제2지지체로 두께 약 200㎛이며, 융점이 약 120℃인 폴리에틸렌을 초부로 하고, 폴리프로필렌을 심부로 하는 저융점 복합섬유로 형성된 부직포(㈜남양부직포, CCP40) 를 배치시킨 후 고전압 발생기를 사용하여 방사 노즐 팩(Spin Nozzle Pack)에 40kV 이상의 전압을 부여함과 동시에 방사 팩 노즐 당 0.03MPa의 에어압력을 부여하여 제2지지체의 일면에 PVDF 나노섬유로 형성된 나노섬유웹이 구비된 적층체를 제조하였다. 다음으로 상기 적층체의 나노섬유웹에 잔존하는 용매, 수분을 건조시키고, 제2지지체와 나노섬유웹을 열융착시키기 위해 140℃ 이상의 온도 및 1kgf/㎠로 열과 압력을 가해 캘린더링 공정을 실시하였다. 제조된 적층체는 도 6과 같이 제2지지체와 나노섬유웹은 열융착 되어 결속되었고, 나노섬유웹은 도 5a 및 5b와 같이 3차원 네트워크 구조를 가졌다.First, in order to prepare a spinning solution, 12 g of polyvinylidene fluoride (Arkema, Kynar761) as a fiber-forming component was mixed in 88 g of a mixed solvent in which the weight ratio of dimethylacetamide and acetone was 70:30 at a temperature of 80° C. for 6 hours. During the dissolution using a magnetic bar to prepare a mixed solution. The spinning solution was put into the solution tank of the electrospinning device and discharged at a rate of 15 μl/min/hole. At this time, the temperature of the spinning section is maintained at 30°C, the humidity is 50%, the distance between the collector and the spinning nozzle tip is 20 cm, the second support is on the collector, the thickness is about 200 μm, and the melting point is about 120°C. After placing a nonwoven fabric (Namyang Nonwoven Fabric, CCP40) formed of low-melting composite fiber with polypropylene as the core and then applying a voltage of 40 kV or more to the Spin Nozzle Pack using a high voltage generator, At the same time, an air pressure of 0.03 MPa per nozzle of the spinning pack was applied to prepare a laminate having a nanofiber web formed of PVDF nanofibers on one surface of the second support. Next, the solvent and moisture remaining in the nanofiber web of the laminate were dried, and in order to heat-seal the second support and the nanofiber web, heat and pressure were applied at a temperature of 140° C. or higher and 1 kgf/
이후 하기의 준비예에서 준비된 친수성 코팅층 형성조성물에 상기 제조된 적층체를 침지시킨 후 건조기에서 110℃ 의 온도로 5분간 건조시켜 친수성 코팅층을 나노섬유웹의 나노섬유 표면에 구비시켰다.Thereafter, the prepared laminate was immersed in the hydrophilic coating layer-forming composition prepared in the following preparation example and dried at a temperature of 110° C. in a dryer for 5 minutes to provide a hydrophilic coating layer on the nanofiber surface of the nanofiber web.
이후, 제조된 적층체에서 제2지지체가 대면되도록 제1지지체의 양면에 적층체를 배치시켰다. 이때 상기 제1지지체는 두께가 약 5 mm이며, 융점이 약 120℃인 폴리에틸렌을 초부로 하고, 폴리프로필렌을 심부로 하는 저융점 복합섬유로 형성된 부직포(남양부직포, NP450)를 사용하였다. 이후 140℃ 이상의 온도로 열 및 1kgf/㎠의 압력을 가해 필터여재를 제조하였다.Thereafter, the laminate was disposed on both sides of the first support so that the second support faced in the manufactured laminate. At this time, the first support has a thickness of about 5 mm, a nonwoven fabric (Namyang nonwoven fabric, NP450) formed of a low-melting composite fiber having polyethylene as a sheath part and polypropylene as a core part having a melting point of about 120°C was used. Thereafter, a filter medium was prepared by applying heat and a pressure of 1 kgf/
<< 준비예preparation example > - 친수성 코팅층 형성조성물 > - Composition for forming a hydrophilic coating layer
친수성 성분으로 폴리비닐알코올(Kuraray사, PVA217) 100 중량부에 대하여 초순수 7142 중량부를 혼합한 후 80℃의 온도로 6시간 동안 마그네틱바를 사용하여 PVA를 용해시켜 혼합용액을 제조했다. 이후 상기 혼합용액을 상온으로 낮춘 후 가교제로써, 폴리아크릴릭에시드코말레익에시드(Aldrich, PAM)를 폴리비닐알코올 100 중량부에 대하여 15 중량부가 되도록 상기 혼합용액에 혼합하고 상온에서 12시간 용해시켰다. 이후 상기 혼합용액에 이소프로필알코올(덕산화학, IPA)을 상기 폴리비닐알코올 100 중량부에 대하여 7142 중량부 첨가 및 2시간 동안 혼합하여 친수성 코팅층 형성 조성물을 제조했다. After mixing 7142 parts by weight of ultrapure water with respect to 100 parts by weight of polyvinyl alcohol (Kuraray, PVA217) as a hydrophilic component, the PVA was dissolved using a magnetic bar at a temperature of 80° C. for 6 hours to prepare a mixed solution. After lowering the mixed solution to room temperature, as a crosslinking agent, polyacrylic acid commaleic acid (Aldrich, PAM) was mixed in the mixed solution so as to be 15 parts by weight based on 100 parts by weight of polyvinyl alcohol, and dissolved at room temperature for 12 hours. Thereafter, 7142 parts by weight of isopropyl alcohol (Duksan Chemical, IPA) was added to the mixed solution based on 100 parts by weight of polyvinyl alcohol and mixed for 2 hours to prepare a composition for forming a hydrophilic coating layer.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.Although one embodiment of the present invention has been described above, the spirit of the present invention is not limited to the embodiments presented herein, and those skilled in the art who understand the spirit of the present invention can add components within the scope of the same spirit. , changes, deletions, additions, etc. may easily suggest other embodiments, but this will also fall within the scope of the present invention.
101,102,111,112: 나노섬유웹 121,122: 제2지지체
130: 제1지지체 1000: 필터여재
2000, 2000': 필터유닛101,102,111,112: nanofiber web 121,122: second support
130: first support 1000: filter media
2000, 2000': filter unit
Claims (14)
상기 제1지지체는 2 ~ 5㎜의 두께, 350 ~ 600g/㎡의 평량을 가지고, 60 ~ 180℃의 융점을 가지는 저융점 성분을 포함하는 제1복합섬유로 제조된 것이며,
상기 나노섬유웹은 1L/min의 유량에서 압력강하가 5 ~ 13 psi이고, 0.5 ~ 50㎛의 두께, 0.1 ~ 1㎛의 평균 공경, 0.05 ~ 20 g/㎡의 평량을 가지며,
상기 나노섬유웹은 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF) 나노섬유를 포함하고, 상기 나노섬유 표면에는 폴리비닐알코올 100 중량부에 대하여, 폴리(아크릴산-말레산) 2 ~ 20 중량부로 포함하는 친수성 코팅층이 형성되어 있으며,
상기 제2지지체는 150 ~ 400㎛의 두께, 35 ~ 200g/㎡의 평량을 가지고, 60 ~ 180℃의 융점을 가지는 저융점 성분을 포함하는 제2복합섬유로 제조된 것이며,
나노섬유웹에서 여과된 여과액이 제1지지체 방향으로 흐르는 유로가 형성된 필터여재의 총 압력강하는 1,000 L/hr의 유량에서 4 ~ 8 psi인 필터여재.a porous first support; a nanofiber web disposed on both sides of the porous first support to filter the water to be treated; and a porous second support interposed between the first support and the nanofiber web;
The first support is made of a first composite fiber having a thickness of 2 to 5 mm, a basis weight of 350 to 600 g/m2, and a low-melting component having a melting point of 60 to 180 ° C.
The nanofiber web has a pressure drop of 5 to 13 psi at a flow rate of 1 L/min, a thickness of 0.5 to 50 μm, an average pore diameter of 0.1 to 1 μm, and a basis weight of 0.05 to 20 g/m2,
The nanofiber web includes polyvinylidene fluoride (PVDF) nanofibers, and the surface of the nanofiber has a hydrophilic coating layer comprising 2 to 20 parts by weight of poly(acrylic acid-maleic acid) with respect to 100 parts by weight of polyvinyl alcohol. is formed,
The second support has a thickness of 150 ~ 400㎛, has a basis weight of 35 ~ 200g / ㎡, is made of a second composite fiber containing a low melting point component having a melting point of 60 ~ 180 ℃,
The total pressure drop of the filter media having a flow path through which the filtrate filtered from the nanofiber web flows in the direction of the first support is 4 to 8 psi at a flow rate of 1,000 L/hr.
필터여재에서 여과된 여과액이 외부로 유출되도록 하는 유로를 구비하고, 상기 필터여재의 테두리를 지지하는 지지프레임;을 포함하는 평판형 필터유닛.The filter medium according to claim 1; and
A flat plate filter unit comprising a; having a flow path through which the filtrate filtered from the filter medium flows out to the outside, and a support frame for supporting the edge of the filter medium.
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