KR19990027172A

KR19990027172A - 중공사막

Info

Publication number: KR19990027172A
Application number: KR1019970049570A
Authority: KR
Inventors: 최기석; 박호진
Original assignee: 구광시; 주식회사 코오롱
Priority date: 1997-09-29
Filing date: 1997-09-29
Publication date: 1999-04-15

Abstract

본 발명은 물질의 분리, 투과에 직접적으로 관여하는 유효막의 면적이 넓은 중공사막에 관한 것으로, 길이 방향의 수직으로 절단한 고분자 재질의 중공사막 단면을 육안 또는 확대 배율이 50~100 배인 현미경으로 관찰시 중공사막의 외경면 형상이 2n+1개 (여기서, n=3 이상의 정수) 각을 갖는 다각형 [도2 (a)], 주름이 많이 잡힌 톱니 바퀴형 [도2 (b)] 또는 물결 무늬형 [도2 (c)]인 중공사막을 제조한다.

Description

중공사막

본 발명은 물질의 분리/정제 공정에 사용되는 고분자 재질의 중공사막에 관한 것이다.

중공사막은 굵기가 가늘고 원형인 원사로서 그 가운데에는 일정한 크기의 중공(中空)이 있는 형상을 갖는다.

종래의 중공사막은 길이의 수직 방향으로 절단한 단면을 육안 또는 확대 배율이 50~100배인 현미경을 관찰할 때 도1과 같이 내경면 및 외경면 모두가 원형을 갖는다. 이때 단면의 중심점에서 반지름이 r₁인 안쪽면이 내경면이고 반지름이 r₂인 바깥면이 외경면이다.

일반적으로 중공사막은 물질의 분리/정제 공정에서 막으로서의 특성을 발휘할 수 있도록 도3과 같은 모듈상태로 사용된다.

상기 모듈은 중공사막들을 일정한 길이로 절단하고, 절단된 중공사막 여러가닥을 집속하여 중공사막 다발을 제조한 다음, 이들의 양쪽끝은 접착제로 모듈케이스에 접착하여 제조한다.

이와 같이 제조된 모듈은 외압식(out to in) 방법에 의해 물질을 분리, 정제한다. 즉, 모듈내에 존재하는 중공사막의 외경면에 분리하고자 하는 물질(액체 또는 기체)을 공급하면 분리, 투과된 물질이 중공사막의 내경면으로 흘러나오게 된다.

도4는 외압식 방법에 의한 중공사막의 투과 메카니즘을 나타낸다.

이와 같은 외압식 방법에 있어서는 중공사막 다발의 외표면적의 넓이에 따라 분리, 투과되는 물질의 양이 결정된다. 중공사막 다발의 외표면적은 이론적으로는 중공사막 한가닥의 표면적×중공사막 가닥수로 계산할 수 있지만 실질적으로 모듈내에서 물질의 분리, 투과에 직접적으로 관여하는 중공사막의 유효표면적은 설계한 중공사막 다발의 표면적 보다는 적다.

이것은 모듈내의 중공사막 가닥들이 서로 붙어 있어 투과하려는 물질(특히 수용액 상태)과 접촉하는 면적이 적어지게 되며, 또한 도5와같이 중공사막 들이 서로 밀집되어 있어 다발 중심부까지 투과하려는 물질이 침투하기가 어려워져서 다발 내부에 있는 중공사막은 실제로 투과에 관여하지 못하기 때문이다.

특히 종래의 중공사막은 단면의 외경면이 원형이기 때문에 모듈내에서 상호간 밀집 현상이 더욱 심하다. 그 결과 중공사막의 유효표면적은 더욱 감소하게 되고 모듈 카트리지에 접착시 접착제의 침투가 어렵게 되어 제조 공정중 불량율이 증가하게 된다.

따라서 모듈내 설치시 중공사막 상호간의 밀착현상을 감소시켜서 중공사막의 투과효율을 향상시킴과 동시에 접착제의 침투가 용이한 새로온 중공사막의 개발이 요구되어 왔다.

본 발명은 이상에서 설명한 문제점들을 해결하기 위해서 모듈내에 설치된 중공사막 다발의 유효 표면적을 넓게해주므로서 분리 및 투과 효율이 개선됨과 동시에 접착제가 잘 침투하여 모듈 카트리지내에 접착이 용이한 중공사막을 제공하고자 한다.

도1은 종래 중공사막을 길이 방향의 수직으로 절단한 도면이다.

도2 (a)~(c)는 본 발명 중공사막을 길이 방향의 수직으로 절단한 단면도이다.

도3은 중공사막 모듈의 단면 개략도이다.

도4는 외압식 방법에 의한 중공사막의 투과 메카니즘을 나타내는 개략도이다.

도5는 종래 중공사막 다발을 길이 방향의 수직으로 절단한 단면도이다.

도6 (a)~(c)는 본 발명 중공사막 다발을 길이 방향의 수직으로 절단한 단면도이다.

도7은 중공사막을 제조하는 방사구금의 단면 개략도이다.

도면의 주요부분에 대한 부호 설명

r₁: 중공사막의 중심점에서 내경면까지의 거리

r₂: 중공사막의 중심점에서 외경면까지의 거리

1 : 중공사막 2 : 모듈케이스 3 : 접착제

A : 방사용액 B : 내부응고제

본 발명은 물질의 분리/정제 공정에 사용되며, 중공사막 다발의 유효 표면적이 넓어서 분리 및 투과 효율이 향상된 고분자 재질의 중공사막에 관한 것이다.

더욱 구체적으로 본 발명은 길이 방향의 수직으로 절단한 고분자 재질의 중공사막 단면을 육안 또는 확대 배율이 50~100 배인 현미경으로 관찰시 중공사막의 외경면 형상이 2n+1개 (여기서, n=3이상의 정수) 각을 갖는 다각형 [도2 (a)], 주름이 많이 잡힌 톱니 바퀴형 [도2 (b)] 또는 물결 무늬형 [도2 (c)]인 것을 특징으로 하는 중공사막에 관한 것이다.

이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 중공사막은 각종 고분자 물질로 제조할 수 있다.

예를들면 폴리설폰이나 폴리에테르설폰 등의 폴리설폰계, 폴리페닐렌옥사이드계, 폴리아크릴로니트릴계, 폴리카아보네이트계, 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌 등의 폴리올레핀계, 폴리아미드계, 폴리셀룰로오즈 아세테이트 등의 셀룰로오즈계 폴리머 등으로 제조된다.

본 발명의 중공사막은 상기 고분자 물질을 적절한 용매에 녹인후 여기에 1종 이상의 첨가제를 혼합하여 제조한 방사용액(A)과 물 및 용매로 제조한 내부 응고제 (B)를 습식, 건식 또는 건습식 방사하여 제조한다.

상기 방사시에는 중공사막에 중공을 형성하기 위해서 도7과 같은 튜브 인 오리피스(Tube in Orifice) 형 방사구금을 사용한다. 이때 도2 (a)~(c)의 형태를 갖는 방사 구금공 (토출공)을 사용하여 중공사막의 외경면 형태를 7개 이상의 홀수각을 갖는 다각형, 톱니 바퀴형 또는 물결 무늬형으로 제조한다.

건습식 방사시에는 방사구금을 응고조로부터 10㎝ 이하의 높이에 장착하는 것이 바람직하다. 방사구금과 응고조 까지의 공간을 에어갭 (Air Gap)이라고 한다. 구금에서 방사된 방사용액은 중공사막을 형성한다.

방사된 중공사막은 구금에서 함께 토출되는 내부응고액에 의해 내경면이 응고됨과 동시에, 에어갭의 공기에 의해 외경면이 응고된 후 계속해서 외부 응고액조를 통과하면서 응고가 완료된다.

이와 같이 제조된 본 발명의 중공사막은 단면 외경면이 원형이 아니다.

본 발명의 중공사막은 단면 (길이 방향의 수직으로 절단한 면)을 육안 또는 확대 배율이 50~100 배인 현미경으로 관찰해 보면 도2 (a)와 같이 2n+1개 각을 갖는 다각형 (n=3이상의 정수)이거나, 도2 (b)와 같이 주름이 많이 잡힌 톱니바퀴형이거나, 도2 (c)와 같이 물결 무늬형이다.

본 발명의 중공사막으로 중공사막 다발을 제조하면 도6 (a)~(c)와 같이 중공사막들의 외경면이 서로 각을 이룬 상태로 벌키하게 집속하기 때문에 도5와 같이 종래의 중공사막으로 중공사막 다발을 제조할 때에 비해 중공사막 다발의 유효 표면적이 증가하게 된다. 그 결과 공급 물질과의 접촉 면적이 넓어져 분리 및 투과 효율이 향상된다.

한편, 중공사막 다발을 모듈 케이스내에 넣어 접착제로 고정시 접착제가 중공사막 다발의 가닥 사이 사이에 골고루 침투 되어져야만 중공사막의 내경면과 외경면의 공급 물질 흐름을 분리할 수 있다. 만일 중공사막 가닥이 서로 붙어 있다면 접착제가 막 사이에 침투하기가 어려워진다. 이 경우 접착후의 절단시 접착제가 스며 들어 있지 않은 부분에서는 중공사막의 내경면과 외경면을 분리할 수 없어서 불량의 원인이 된다. 그러나 본 발명의 중공사막은 원형이 아닌 각형, 톱니바퀴형 또는 물결무늬형의 외경면을 가지고 있어서 막 사이의 간격이 확보되므로 접착제가 용이하게 침투하여 이와같은 불량율을 줄일 수 있는 부수적인 효과도 있다.

본 발명에 있어서 중공사막의 단면형태, 수투과 계수 및 수투과량을 측정하는 방법은 다음과 같다.

· 중공사막의 단면 형태

중공사막을 길이 방향의 수직으로 절단한 단면을 육안 또는 확대 배율이 50~100 배인 현미경으로 관찰한다.

· 수투과 계수 (ml/분·㎠·㎏/㎠)

길이가 10㎝인 중공사막 10가닥을 집속하여 다발을 만든 후 이들을 아크릴 튜브내에 접착, 충진시켜 모듈을 제조한다. 제조한 모듈을 질소압으로 가압하면서 순수를 중공사막의 외표면으로 공급하여 단위시간 (분), 단위 압력(㎏/㎠) 및 단위 중공사 면적 (㎠)당 내경면으로 투과되어 나오는 순수의 유량을 측정한다.

· 수투과량 (ℓ/분)

길이가 25㎝인 중공사막 10가닥을 집속한 중공사막 다발을 내경이 5㎝이고 길이가 25㎝인 모듈 케이스내에 충진/접착시켜 모듈을 제조한 후 제조한 모듈에 내압식으로 순수를 투과시켜 일정시간 (분) 동안의 순수 투과량(ℓ)을 측정한다.

이하 실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 살펴보기로 한다. 그러나 본 발명이 실시예에만 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

폴리설폰(아모코 P3500) 18 중량%를 디메틸포름아마이드 75 중량%에 용해시킨후 여기에 폴리비닐피롤리돈 7 중량%를 첨가하여 방사용액을 제조한다. 한편 물과 용매를 혼합하여 내부 응고액을 제조한다. 이와 같이 제조한 방사 용액 및 내부 응고액을 도7과 같은 튜브 인 오리피스형 방사구금 [구금홀형태 : 도2 (a)]에 공급하여 방사한 후 에어갭(Air Gap)을 거쳐 방사구금으로부터 5㎝ 아래에 위치하는 외부 응고액조를 통과시켜 응고한 다음 일정 속도로 권취하여 중공사막을 제조한다. 앞에서 설명한 측정방법에 의하여 제조한 중공사막의 단면형태, 수투과 계수 및 수투과량을 측정한 결과는 표1과 같다.

(실시예 2~3 및 비교실시예 1)

방사구금 중 구금홀(토출공)의 형태를 표1과 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건 및 공정으로 중공사막을 제조한다. 앞에서 설명한 측정 방법에 의하여 제조한 중공사막의 단면 형태, 수투과 계수 및 수투과량을 측정한 결과는 표1과 같다.

제조 조건 및 중공사막 물성 측정 결과

[표 1]

본 발명의 중공사막은 단면 외경면이 2n+1개 (n=3 이상정수) 각을 갖는 다각형, 톱니 바퀴형 또는 물결 무늬형이기 때문에 중공사막 다발 상태에서 상호간의 밀착정도가 떨어져 분리 및 투과에 관여하는 유효 표면적이 넓어지게 된다.

그 결과 중공사막의 분리 및 투과 효율이 향상됨과 동시에 중공사막내로 접착제의 침투가 용이하여 중공사막을 모듈 카트리지에 접착할 때 불량율이 감소된다.

Claims

길이 방향의 수직으로 절단한 고분자 재질의 중공사막 단면을 육안 또는 확대 배율이 50~100 배인 현미경으로 관찰시 중공사막의 외경면 형상이 2n+1개 (여기서, n=3이상의 정수) 각을 갖는 다각형 [도2 (a)], 주름이 많이 잡힌 톱니 바퀴형 [도2 (b)] 또는 물결 무늬형 [도2 (c)]인 것을 특징으로 하는 중공사막.