KR102444741B1 - 수처리 분리막 지지체용 부직포의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 수처리 분리막 지지체용 부직포 - Google Patents
수처리 분리막 지지체용 부직포의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 수처리 분리막 지지체용 부직포 Download PDFInfo
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Abstract
본 명세서는 주 섬유, 바인더 섬유 및 분산 매체를 혼합하여 분산액을 제조하는 단계; 상기 분산액 중 분산 매체를 제거하여 습식 부직포를 제조하는 단계; 및 상기 습식 부직포를 건조한 후 가열압착하는 단계를 포함하며, 상기 바인더 섬유는 저융점 고분자 수지 및 고분자 펄프를 포함하는 것이고, 상기 바인더 섬유의 녹는점은 상기 주 섬유의 녹는점보다 낮은 것인 수처리 분리막 지지체용 부직포의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 수처리 분리막 지지체용 부직포에 관한 것이다.
Description
본 명세서는 수처리 분리막 지지체용 부직포의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 수처리 분리막 지지체용 부직포에 관한 것이다.
반투과성막으로 격리된 두 용액 사이에서 용매가 용질의 농도가 낮은 용액에서 높은 용액 쪽으로 분리막을 통과하여 이동하는 현상을 삼투 현상이라 하며, 이 때 용매의 이동으로 용질의 농도가 높은 용액 측에 작용하는 압력을 삼투압이라고 한다. 그런데 삼투압보다 높은 외부 압력을 걸어주면 용매는 용질의 농도가 낮은 용액 쪽으로 이동하게 되는데, 이 현상을 역삼투라고 한다. 역삼투 원리를 이용하여 압력 구배를 구동력으로 해서 반투과성 막을 통해 각종 염이나 유기 물질을 분리해낼 수 있다. 이러한 역삼투 현상을 이용한 수처리 분리막은 분자 수준의 물질을 분리하고, 염수 또는 해수에서 염을 제거하여 가정용 및 건축용, 산업용 용수를 공급하는데 사용되고 있다.
이러한 수처리 분리막의 대표적인 예로는 폴리아미드계 수처리 분리막을 들 수 있는데, 폴리아미드계 수처리 분리막은 미세 다공층 지지체 상에 폴리아미드 활성층을 형성하는 방법으로 제조되고 있다.
상기 지지체로는 통상적으로 부직포가 사용되고 있으며, 부직포의 기공 특성을 조절하여 수처리 분리막의 성능을 향상시키는 연구가 중요한 상황이다.
본 명세서는 수처리 분리막 지지체용 부직포의 제조 방법, 이에 의하여 제조된 수처리 분리막 지지체용 부직포, 상기 수처리 분리막 지지체용 부직포를 포함하는 수처리 분리막 및 상기 수처리 분리막을 포함하는 수처리 모듈을 제공하고자 한다.
본 명세서의 일 실시상태는
주 섬유, 바인더 섬유 및 분산 매체를 혼합하여 분산액을 제조하는 단계;
상기 분산액 중 분산 매체를 제거하여 습식 부직포를 제조하는 단계; 및
상기 습식 부직포를 건조한 후 가열압착하는 단계를 포함하며,
상기 바인더 섬유는 저융점 고분자 수지 및 고분자 펄프를 포함하는 것이고,
상기 바인더 섬유의 녹는점은 상기 주 섬유의 녹는점보다 낮은 것인 수처리 분리막 지지체용 부직포의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태는 상기 수처리 분리막 지지체용 부직포의 제조 방법에 따라 제조된 수처리 분리막 지지체용 부직포를 제공한다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태는 상기 수처리 분리막 지지체용 부직포를 포함하는 수처리 분리막을 제공한다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태는 상기 수처리 분리막을 하나 이상 포함하는 수처리 모듈을 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 수처리 분리막 지지체용 부직포의 제조 방법은 저융점 고분자 수지와 고분자 펄프를 혼합하여 바인더로 사용함으로써 통기성이 우수한 수처리 분리막 지지체용 부직포를 제조할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 명세서의 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 부직포의 표면을 전자주사현미경(SEM)으로 관찰한 이미지이다.
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서에서 어떤 부재가 다른 부재 '상에' 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함' 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 '고분자'는 중량 평균 분자량이 500g/mol 이상 5,000,000g/mol 이하이다.
본 명세서에서 '섬유'는 폴리에틸렌테르프탈레이트 단독 중합체 또는 공중합체, 폴리에틸렌 등과 같은 열가소성 고분자가 섬유화 된 것으로서, 예를 들면, 수 nm 내지 수십 ㎛의 직경을 가지면서 길이가 직경보다 현저하게 긴 물질을 의미한다.
본 명세서에서 '펄프'는 합성 고분자로 이루어진 섬유를 분쇄 등의 방법을 통해 피브릴화(fibrillated)하여 목재 펄프와 유사한 형태를 갖도록 제조한 섬유로, 섬유의 평균 직경은 0.001mm 내지 0.1mm이며, 평균길이는 0.1mm 내지 2.0mm인 것을 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태는 주 섬유, 바인더 섬유 및 분산 매체를 혼합하여 분산액을 제조하는 단계; 상기 분산액 중 분산 매체를 제거하여 습식 부직포를 제조하는 단계; 및 상기 습식 부직포를 건조한 후 가열압착하는 단계를 포함하며, 상기 바인더 섬유는 저융점 고분자 수지 및 고분자 펄프를 포함하는 것이고, 상기 바인더 섬유의 녹는점은 상기 주 섬유의 녹는점보다 낮은 것인 수처리 분리막 지지체용 부직포의 제조 방법을 제공한다.
종래에는 수처리 분리막 지지체용 부직포를 제조하기 위한 바인더 섬유로 저융점 폴리에스테르 또는 폴리에스테르 미연신사를 사용하였다. 그러나, 저융점 폴리에스테르 또는 폴리에스테르 미연신사의 경우, 제조 상의 어려움으로 인해 섬도가 1.0 데니어 이상인 것이 일반적이기 때문에, 기공 특성을 조절하는 데는 한계가 있었다.
이에 따라, 본 발명자들은 저융점 고분자 수지와 고분자 펄프를 혼합하여 바인더로 사용함으로써, 인장 강도의 저하 없이 통기성과 균제도가 향상된 부직포를 제조하였다. 이는 고분자 펄프가 미세한 피브릴 구조를 가져 평균 섬유 직경이 작아지므로, 이를 이용한 부직포의 평균 기공이 감소하고 균제도가 향상될 수 있기 때문이다.
특히, 상기 바인더 섬유에 포함되는 저융점 고분자 수지와 고분자 펄프는 상기 주 섬유에 비해 녹는점이 낮은 것을 사용하였는데, 이는 바인더 섬유가 가열압착 단계에서 녹지 않고 섬유의 형상 그대로 남아 바인더로서의 역할을 수행하지 못하는 것을 방지하기 위함이다. 또한, 이 경우 섬유의 형상이 그대로 남아 본래 얻고자 하였던 주 섬유만의 특성을 방해할 수 있으므로 이를 방지하기 위함이다.
본 명세서에서 '주 섬유'란 상기 분산액에 포함된 섬유 100wt%를 기준으로, 50wt%를 초과하여 포함된 섬유를 의미한다.
본 명세서에서 '바인더 섬유'란 바인더(binder)로서의 역할을 할 수 있는 섬유를 의미하며, 가열되면 연화(softening) 또는 용융(melting)이 일어나 부직포를 구성하는 섬유간의 결합을 만들어 내게 된다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 주 섬유는 폴리에스테르 섬유, 폴리아마이드 섬유, 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide) 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리비닐 알코올 섬유 중 선택된 1종 이상일 수 있으며, 바람직하게는 폴리에스테르 섬유일 수 있다. 폴리에스테르 섬유는 통액성, 인장 강도, 습윤 강도 및 내구성이 우수하며 가격이 저렴한 장점이 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 분산 매체는 상기 주 섬유 및 바인더 섬유를 분산 시킬 수 있는 물질이라면 특별히 한정되지 않으나, 바람직하게는 물일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 주 섬유, 바인더 섬유 및 분산 매체를 혼합하는 단계는 교반을 통해 수행될 수 있으며, 상기 교반은 500rpm 내지 3,000rpm에서 1분 내지 30분 동안 수행될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 저융점 고분자 수지는 저융점 폴리에스테르, 미연신된 폴리에스테르, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌 중 선택된 1종 이상일 수 있으며, 바람직하게는 저융점 폴리에스테르일 수 있다. 저융점 폴리에스테르는 낮은 온도에서도 바인딩(binding) 특성이 우수하고 인장 강도 및 내약품성이 우수한 장점이 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 저융점 고분자 수지는 상기 주 섬유와 동일한 종류의 고분자를 포함하는 것으로 선택될 수 있다. 예컨대, 주 섬유가 폴리에스테르 섬유일 경우, 상기 저융점 고분자 수지는 저융점 폴리에스테르일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 저융점 고분자 수지의 녹는점(melting point) 또는 연화점(softening point)은 200℃ 이하, 바람직하게는 190℃ 이하, 더욱 바람직하게는 150℃ 이하일 수 있다. 저융점 고분자 수지의 녹는점 또는 연화점이 200℃ 이하일 경우, 가열압착 과정에서 저융점 고분자 수지가 녹지 않아 바인더의 역할을 하지 못하는 문제점을 방지할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 고분자 펄프는 폴리에틸렌 펄프, 폴리프로필렌 펄프 및 저융점 폴리에스테르 펄프 중 선택된 1종 이상일 수 있으며, 바람직하게는 폴리에틸렌 펄프일 수 있다. 폴리에틸렌 펄프는 내화학성이 우수하고 융점이 낮다는 장점이 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 고분자 펄프는 섬유의 평균 직경이 0.001mm 내지 0.1mm, 바람직하게는 0.01mm 내지 0.05mm이며, 섬유의 평균 길이는 0.1mm 내지 2.0mm, 바람직하게는 0.5mm 내지 1.5mm인 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 고분자 펄프의 녹는점은 200℃ 이하, 바람직하게는 190℃ 이하, 더욱 바람직하게는 150℃ 이하일 수 있다. 고분자 펄프의 녹는점이 200℃ 이하일 경우, 가열압착 과정에서 고분자 펄프가 녹지 않아 바인더의 역할을 하지 못하는 문제점을 방지할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 고분자 펄프의 함량은 상기 바인더 섬유 100wt%를 기준으로 5wt% 내지 45wt%, 바람직하게는 10wt% 내지 35wt%, 더욱 바람직하게는 15wt% 내지 25wt%일 수 있다.
고분자 펄프의 함량이 5wt% 이상일 때 펄프 형태의 고분자를 사용함으로써 얻을 수 있는 기공 특성이 충분히 확보 가능하며, 45wt% 이하일 때 기공이 너무 미세해져 통기성이 저하되는 문제점을 방지할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 습식 부직포는 상기 주 섬유와 상기 바인더 섬유가 95:5 내지 55:45의 중량비로 포함되는 것이며, 바람직하게는 85:15 내지 55:45, 더욱 바람직하게는 70:30 내지 55:45의 중량비로 포함되는 것이다.
주 섬유와 바인더 섬유의 중량비가 상기 범위에 있을 때 인장 강도, 평균 기공의 크기 등이 수처리 분리막용 부직포로 사용하기에 적절한 범위를 갖는다. 구체적으로, 바인더 섬유가 주 섬유 및 바인더 섬유 100wt%를 기준으로 5wt% 이상 포함될 때, 부직포가 충분한 강도를 가지면서 표면이 균일하게 형성될 수 있고, 45wt% 이하로 포함될 때, 저렴한 비용으로 통기도를 향상시킬 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 습식 부직포는 상기 저융점 고분자 수지와 상기 고분자 펄프가 95:5 내지 55:45의 중량비로 포함되는 것이며, 바람직하게는 90:10 내지 60:40, 더욱 바람직하게는 90:10 내지 70:30의 중량비로 포함되는 것이다.
저융점 고분자 수지와 고분자 펄프의 중량비가 상기 범위에 있을 때 인장 강도, 평균 기공의 크기 등이 수처리 분리막용 부직포로 사용하기에 적절한 범위를 갖는다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 습식 부직포를 건조하는 단계는 80℃ 내지 150℃의 오븐에서 1분 내지 30분 동안 수행될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 가열압착은 100℃ 내지 200℃의 온도에서 캘린더링(calendering)함으로써 수행될 수 있으며, 구체적으로는 100℃ 내지 180℃의 온도에서 1차 캘린더링 후, 120℃ 내지 200℃ 온도에서 2차 캘린더링하는 방법으로 수행될 수 있다. 2차 캘린더링의 온도가 1차 보다 높을 때, 저밀도 결점의 재용융화가 진행되어 저밀도 결함의 발생을 줄임으로써 균제도 및 평활도를 높이는 효과를 얻을 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태는 전술한 수처리 분리막 지지체용 부직포의 제조 방법에 따라 제조된 수처리 분리막 지지체용 부직포를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 부직포는 통기도가 0.5cc/cm2/s 이상일 수 있다.
상기 통기도는 ASTM D737(Air permeability at 125Pa) 규격에 따라 공기투과도 시험기(FX-3300, Textest사)를 사용하여 20cm×20cm 시료의 공기 투과도를 측정한 것이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 수처리 분리막 지지체용 부직포의 인장 강도는 80N/15mm 이상, 바람직하게는 85N/15mm 이상, 더욱 바람직하게는 90N/15mm 이상이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 수처리 분리막 지지체용 부직포의 평균 기공의 크기는 7㎛ 이하, 바람직하게는 5㎛ 이하이다. 평균 기공의 크기가 7㎛ 이하일 경우, 기공 크기의 균일성이 높아 물리적 강도가 향상되며, 부직포 상에 고분자 및 기타 물질을 고팅할 때 유출되지 않는 장점이 있다. 뿐만 아니라, 기재로 사용하는 부직포에 반투막 도공액을 탑재할 때 도공 적성을 양호하게 할 수 있다는 장점이 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 수처리 분리막 지지체용 부직포의 두께는 100㎛ 이하이다. 부직포의 두께가 100㎛ 이하일 경우, 소형화된 수처리 모듈의 제작이 가능하며, 보다 두꺼운 분리막을 도입할 수 있다는 장점이 있다.
본 명세서의 일 실시상태는 전술한 수처리 분리막 지지체용 부직포를 포함하는 수처리 분리막을 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 수처리 분리막은 상기 수처리 분리막 지지체용 부직포 상에 고분자 재료를 코팅하여 다공성 지지체를 제조하는 단계; 및 아민 화합물 및 아실 할라이드 화합물을 계면 중합하여 상기 다공성 지지체 상에 폴리아미드 활성층을 형성하는 단계를 통해 제조될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 고분자 재료는 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리프로필렌, 폴리메틸펜텐, 폴리메틸클로라이드 또는 폴리비닐리덴플루오라이드일 수 있으며, 바람직하게는 폴리설폰일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 폴리아미드 활성층을 형성하는 단계는 상기 다공성 지지체 상에 아민 화합물을 포함하는 수용액층을 형성하는 단계; 및 상기 아민 화합물을 포함하는 수용액층 상에 아실 할라이드 화합물 및 유기용매를 포함하는 유기용액을 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 아민 화합물을 포함하는 수용액층과 상기 유기용액의 접촉시, 상기 다공성 지지체의 표면에 코팅된 아민 화합물과 아실 할라이드 화합물이 반응하면서 계면 중합에 의해 폴리아미드를 생성하고, 미세 다공성 지지체에 흡착되어 박막이 형성된다. 상기 접촉 방법은 침지, 스프레이 또는 코팅 등의 방법을 사용할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 아민 화합물은 폴리아미드의 중합에 사용될 수 있는 것이라면 제한하지 않으나, m-페닐렌디아민(mPD), p-페닐렌디아민(PPD), 1,3,6-벤젠트리아민(TAB), 4-클로로-1,3-페닐렌디아민, 6-클로로-1,3-페닐렌디아민, 3-클로로-1,4-페닐렌 디아민 또는 이들의 혼합물일 수 있으며, 바람직하게는 m-페닐렌디아민(mPD)일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 아민 화합물의 함량은 상기 아민 화합물을 포함하는 수용액 100wt%를 기준으로 0.1wt% 내지 10wt%일 수 있으며, 바람직하게는 1wt% 내지 9wt%, 더욱 바람직하게는 2wt% 내지 8wt%일 수 있다.
아민 화합물의 함량이 상기 범위에 있을 때 균일한 폴리아미드 활성층의 제조가 가능하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 아민화합물을 포함하는 수용액은 계면활성제를 추가로 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 계면활성제는 비이온성, 양이온성, 음이온성 및 양쪽성 계면활성제 중에서 선택될 수 있다. 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 계면활성제는 소듐 라우릴 설페이트(SLS); 알킬 에테르 설페이트류; 알킬 설페이트류; 올레핀 술포네이트류; 알킬 에테르 카르복실레이트류; 술포석시네이트류; 방향족 술포네이트류; 옥틸페놀 에톡실레이트류; 에톡시화 노닐페놀류; 알킬 폴리(에틸렌 옥사이드); 폴리(에틸렌 옥사이드) 및 폴리(프로필렌 옥사이드)의 공중합체; 옥틸 글루코시드 및 데실 말토시드 등의 알킬 폴리글루코시드류; 세틸 알코올, 올레일 알코올, 코카미드 MEA, 코카미드 DEA, 알킬 히드록시 에틸 디메틸 암모늄 클로라이드, 세틸트리메틸 암모늄 브로마이드, 세틸트리메틸 암모늄 클로라이드, 헥사데실트리메틸암모늄 브로마이드 및 헥사데실트리메틸암모늄 클로라이드 등의 지방산 알코올류; 및 알킬 베타인류 중 선택되는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 계면활성제는 SLS, 옥틸페놀 에톡실레이트류 또는 에톡시화 노닐페놀류일 수 있다.
특히, 상기 계면활성제로서 소듐 라우릴 설페이트(SLS)를 이용할 경우, SLS는 물과 기름에 대한 친화성 정도(Hydrophile-Lipophile Balance, HLB)가 높아 물에 잘 녹으며, 임계 미셸 농도(Critical Michelle Concentration, CMC)도 높기 때문에 과량으로 투입해도 폴리아미드 활성층을 형성을 저해하지 않는다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 계면활성제는 상기 아민화합물을 포함하는 수용액 100wt%를 기준으로 0.005wt% 내지 10wt%일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 다공성 지지체 상에 아민 화합물을 포함하는 수용액층을 형성하는 방법은 특별히 한정하지 않으며, 지지체 위에 수용액층을 형성할 수 있는 방법이라면 제한하지 않고 사용할 수 있다. 구체적으로, 상기 다공성 지지체 상에 아민 화합물을 포함하는 수용액층을 형성하는 방법은 분무, 도포, 침지 또는 적하 등을 들 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 수용액층은 필요에 따라 과잉의 아민 화합물을 포함하는 수용액을 제거하는 단계를 추가적으로 거칠 수 있다. 상기 다공성 지지체 상에 형성된 수용액층은 지지체 상에 존재하는 수용액이 지나치게 많은 경우에는 불균일하게 분포할 수 있는데, 수용액이 불균일하게 분포하는 경우 이후의 계면 중합에 의해 불균일한 폴리아미드 활성층이 형성될 수 있다. 따라서, 상기 지지체 상에 수용액층을 형성한 후 과잉의 수용액을 제거하는 것이 바람직하다. 상기 과잉의 수용액 제거는 특별히 제한되지는 않으나, 예를 들면, 스펀지, 에어나이프, 질소 가스 블로잉, 자연건조, 또는 압축 롤 등을 이용하여 행할 수 있다.
상기 아실 할라이드 화합물로는 폴리아미드의 중합에 사용될 수 있는 것이라면 제한하지 않으나, 2개 내지 3개의 카르복실산 할라이드를 갖는 방향족 화합물, 예를 들면, 트리메조일클로라이드, 이소프탈로일클로라이드 및 테레프탈로일클로라이드로 이루어진 화합물군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물이 바람직하게 사용될 수 있으며, 바람직하게는 트리메조일클로라이드가 사용될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기용매는 계면중합 반응에 참여하지 않는 것이 바람직하며, 지방족 탄화수소 용매, 예를 들면, 프레온류와 탄소수가 5 내지 12인 알칸 및 알칸 혼합물질인 이소파라핀계 용매 중에서 선택된 1종 이상을 포함할수 있다. 구체적으로, 헥산, 헵탄, 옥탄, 노난, 데칸, 운데칸, 도데칸, 사이클로헥산, IsoPar(Exxon), IsoPar G(Exxon), ISOL-C(SK Chem) 및 ISOL-G(Exxon) 등이 사용될 수 있으나, 이로써 제한되는 것은 아니다.
상기 아실 할라이드 화합물의 함량은 상기 유기용액 100wt%를 기준으로 0.05wt% 내지 1wt%, 바람직하게는 0.1wt% 내지 0.7wt%, 더욱 바람직하게는 0.2wt% 내지 0.5wt%일 수 있다.
아실 할라이드 화합물의 함량이 상기 범위에 있을 때 균일한 폴리아미드 활성층의 제조가 가능하다.
상기 수처리 분리막은 지지체로 상기 수처리 분리막 지지체용 부직포를 사용하는 것을 제외하고는 당 기술분야에 알려진 재료 및 방법을 이용하여 제조할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 수처리 분리막은 정밀 여과막(Micro Filtration), 한외 여과막(Ultra Filtration), 나노 여과막(Nano Filtration) 또는 역삼투막(Reverse Osmosis)일 수 있으며, 구체적으로는 역삼투막일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태는 전술한 수처리 분리막을 적어도 하나 이상 포함하는 수처리 모듈을 제공한다.
상기 수처리 모듈의 구체적인 종류는 특별히 제한되지 않으며, 그 예에는 판형(plate & frame) 모듈, 관형(tubular) 모듈, 중공사형(Hollow & Fiber) 모듈 또는 나권형(spiral wound) 모듈 등이 포함된다. 또한, 상기 수처리 모듈은 전술한 본 명세서의 일 실시상태에 따른 역삼투막을 포함하는 한, 그 외의 기타 구성 및 제조 방법 등은 특별히 한정되지 않고, 이 분야에서 공지된 일반적인 수단을 제한없이 채용할 수 있다.
한편, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 수처리 모듈은 염제거율 및 붕소제거율이 우수하므로 가정용/산업용 정수 장치, 하수 처리 장치, 해담수 처리 장치 등과 같은 수처리 장치에 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 본 명세서를 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명한다. 그러나, 본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
<실시예 : 부직포의 제조>
실시예 1.
주 섬유로 섬도가 0.7데니어이며 평균 길이가 5mm인 폴리에스테르(PET) 섬유(제조사: 웅진케미칼, 녹는점 250℃)를, 바인더 섬유로 섬도가 2.0데니어, 평균 길이가 6mm인 저융점 폴리에스테르(LM-PET)(제조사: 휴비스, 녹는점 110℃) 및 평균 섬유 길이가 0.9mm이며 섬유 직경이 15㎛인 폴리에틸렌(PE) 펄프(제조사:Minifibers, 녹는점 135℃)를 사용하였으며, 주 섬유 및 바인더 섬유 100wt%를 기준으로 PET는 60wt%, LM-PET는 32wt%, PE 펄프는 8wt%였다. 분산 매체인 물에 주 섬유 및 바인더 섬유를 넣고, 교반기(pulper)로 실온에서 10분 동안 강하게 교반하여 혼합 분산액을 제조하였다. 혼합 분산액을 습식 부직포 제조기로 이송한 후, 스크린 메쉬(screen mesh)를 이용해 분산 매체인 물을 제거하여 PET 섬유와 바인더 섬유의 중량비 60:40이며, 바인더 섬유인 LM-PET와 PE 펄프의 중량비가 80:20인 습식 부직포를 제조하였다. 이후 110℃에서 건조한 후, 롤 캘린더를 이용해 120℃에서 1차로 캘린더링 한 후, 140℃에서 2차로 캘린더링하여 75g/m2의 부직포를 제조하였다.
비교예 1.
상기 실시예 1에서 바인더 섬유로 PE 펄프 없이 LM-PET만 40wt% 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 과정으로 부직포를 제조하였다.
비교예 2.
상기 실시예 1에서 바인더 섬유로 LM-PET 없이 PE 펄프만 40wt% 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 과정으로 부직포를 제조하였다.
<실험예 : 부직포의 성능 평가>
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 부직포의 성능 평가를 위해 두께, 통기도, 인장 강도 및 평균 기공 크기를 측정하여 표 1에 기재하였다. 통기도는 ASTM D737(Air permeability at 125Pa) 규격에 따라 공기투과도 시험기(FX-3300, Textest사)를 사용하여 20cm×20cm의 시료의 공기 투과도를 측정하였으며, 인장 강도는 만능인장시험기를 사용하여 시료 폭을 15mm로 하여, 파지 길이 50mm, 인장 속도 50mm/min의 조건으로 종방향(MD)과 횡방향(CD)을 각각 측정한 것이다.
| 두께 (㎛) |
통기도
(cc/cm 2 /s) |
MD 인장 강도 (N/15mm) |
CD 인장 강도 (N/15mm) |
평균 기공 크기 (㎛) |
|
| 실시예 1 | 83.5±1.3 | 0.59±0.09 | 95.8±1.3 | 95.3±0.5 | 4.9 |
| 비교예 1 | 85.0±1.8 | 0.45±0.26 | 95.6±0.9 | 95.9±0.8 | 5.1 |
| 비교예 2 | 88.9±4.2 | 0.07±0.01 | 44.3±3.0 | 36.1±1.2 | 6.4 |
상기 표 1의 결과를 통해, 실시예 1의 경우 비교예 1과 비교하여 두께, 인장 강도 및 기공의 크기 등 다른 특성의 저하 없이 향상된 통기도를 얻을 수 있었음을 확인할 수 있다. 또한, PE 펄프만을 사용한 비교예 2의 경우 인장강도 및 통기도가 크게 저하되는 것을 확인할 수 있었다. 통기도가 높을 경우, 수처리 분리막에 적용하였을 때 높은 여과 유속을 얻을 수 있는 장점이 있다.
또한, 도 1을 살펴보면, 비교예 1에서 제조된 부직포는 표면 균제도가 떨어지는 형상인데 반해 실시예 1에서 제조된 부직포는 상대적으로 균일한 형상을 갖고 있음을 확인할 수 있다. 이를 통해 본 발명에 따라 제조된 부직포는 균제도가 우수한 장점이 있음을 확인할 수 있다.
Claims (12)
- 주 섬유, 바인더 섬유 및 분산 매체를 혼합하여 분산액을 제조하는 단계;
상기 분산액 중 분산 매체를 제거하여 습식 부직포를 제조하는 단계; 및
상기 습식 부직포를 건조한 후 가열압착하는 단계를 포함하며,
상기 바인더 섬유는 저융점 고분자 수지 및 고분자 펄프를 포함하는 것이고,
상기 저융점 고분자 수지의 녹는점(melting point) 또는 연화점(softening point)은 150℃ 이하인 것이며,
상기 바인더 섬유의 녹는점은 상기 주 섬유의 녹는점보다 낮은 것인 수처리 분리막 지지체용 부직포의 제조 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 고분자 펄프의 함량은 상기 바인더 섬유 100wt%를 기준으로 5wt% 내지 45wt%인 것인 수처리 분리막 지지체용 부직포의 제조 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 습식 부직포는 상기 주 섬유와 상기 바인더 섬유를 95:5 내지 55:45의 중량비로 포함하는 것인 수처리 분리막 지지체용 부직포의 제조 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 습식 부직포는 상기 저융점 고분자 수지와 상기 고분자 펄프를 95:5 내지 55:45의 중량비로 포함하는 것인 수처리 분리막 지지체용 부직포의 제조 방법. - 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 고분자 펄프의 녹는점은 200℃ 이하인 것인 수처리 분리막 지지체용 부직포의 제조 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 고분자 펄프는 섬유의 평균 직경이 0.001mm 내지 0.1mm인 것인 수처리 분리막 지지체용 부직포의 제조 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 고분자 펄프는 섬유의 평균 길이가 0.1mm 내지 2.0mm인 것인 수처리 분리막 지지체용 부직포의 제조 방법. - 청구항 1 내지 4 및 6 내지 8 중 어느 한 항의 제조 방법에 따라 제조된 수처리 분리막 지지체용 부직포.
- 청구항 9에 있어서,
통기도가 0.5cc/cm2/s 이상인 수처리 분리막 지지체용 부직포. - 청구항 9에 따른 수처리 분리막 지지체용 부직포를 포함하는 수처리 분리막.
- 청구항 11에 따른 수처리 분리막을 하나 이상 포함하는 수처리 모듈.
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