KR20030068642A - 액체여과용 유에프 멤브레인 절곡 필터의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 지지체를 갖는 폴리설폰계의 고분자를 소재로 하는 멤브레인을 절곡하여 제조함을 특징으로 하는 액체 여과용 멤브레인(membrane) 절곡 필터에 관한 것으로, 지지체를 포함하여 50∼200㎛의 두께를 가지며, 평균 기공의 크기가 0.01∼0.1㎛인 폴리설폰 멤브레인과 폴리에스터 또는 폴리올레핀계의 부직포층으로 구성된 여재층을 절곡하여 원통형으로 접합시키고, 여기에 외각케이지. 내부코어 및 엔드캡을 통상의 방법으로 열접합시킴을 특징으로 하는 액체여과용 UF 멤브레인 절곡필터의 제조방법으로, 본 발명의 실시에 의해 폴리설폰 UF 멤브레인 필터는 아주 우수한 친수성을 가지게 되므로 수축이 일어나지 않고, 투수능의 저하가 거의 발생하지 않는 필터의 완전성을 용이하게 도모할 수 있고, 막의 양쪽 표면에 크기가 0.01 내지 0.1㎛인 기공을 형성함으로써 높은 여과효율을 가지며 부직포로 부터 여과액의 용출이 거의 없는 폴리설폰 멤브레인 카트리지 필터를 제조할 수 있게 되었다.
Description
본 발명은 액체 여과용 멤브레인(membrane) 절곡 필터에 관한 것으로, 보다
상세하게는 지지체를 갖는 폴리설폰계의 고분자를 소재로 하는 멤브레인을 절곡하여 제조함을 특징으로 하는 제거효율이 우수한 액체여과용 UF(Ultra Filtration) 멤브레인 절곡 필터의 제조 방법에 관한 것이다.
인구의 증가와 자연의 훼손으로 인한 환경문제가 사회적인 문제로 대두됨에따라 대기, 수질 및 토양의 오염을 해결하기 위한 대책이 최근에 시급한 사회문제로 떠오르게 되었으며, 특히 수질의 오염은 사람이 먹고 마시는데 직접적인 영향을 주게되어 그 대책이 크게 부각되고 있다. 따라서 오염된 물의 정화처리와 식수사용을 위한 일반수의 정수처리가 광범위하게 연구되고 있으며, 특히 정수처리로서 역삼투막 방식과 한외 여과막을 이용하는 정화처리 시스템이 활발하게 연구되고 있다.
종래에 정수기에 사용되는 고정밀 맴브레인으로는 폴리올레핀계 고분자 또는 폴리설폰계의 고분자물을 소재로 하는 멤브레인이 알려져 있다. 이러한 정수기는 주로 상온의 물의 여과에 사용되지만, 급탕기등으로 부터 고온의 물이 유입될 경우 폴리올레핀계 고분자로 된 멤브레인은 물의 온도가 높아짐에 따라, 투수능이 저하되는 문제가 있고, 내열성이 불충분하여 멸균처리가 어려운 결함이 있다.
한편, 폴리설폰계의 고분자물을 소재로 하는 멤브레인의 경우, 충분한 내열성을 갖고 있으며, 고온의 물이 투과하더라도 수축이 발생하지 않고 투수능의 저하가 없으나, 소수성 고분자를 소재로 하기 때문에 친수화 처리가 필요하며, 이에 따라 초기 여과수에 친수화제가 용출되는 폐단이 있다.
일본 공개특허 특개평10-71327에서는 정밀 여과막을 친수성 폴리설폰 막으로 하고, 친수성 부직포를 구성하는 섬유중 일부가 친수화제를 함유케 함으로써 신뢰성이 높은 여과효과를 갖는 폴리설폰 멤브레인 카트리지형 필터의 제조방법이 알려져 있다.
또한, 일본 공개특허 특개평8-154744에는 고온의 물이 유입하더라도 효율적인 여과가 가능하고, 중공사막으로부터의 용출물이 없고, 많은 유량의 여과수를 동시에 얻을 수 있는 다공질 중공사로 이루어진 필터의 제조방법이 소개되고 있다.
또한, 일본 공개특허 특개평12-251413에서는 폴리에테르 술폰막의 친수성을 증가시키기 위해 폴리비닐피롤리돈과 술폰화 폴리에테르 술폰을 최적량 첨가하여, 하천수나 호수 또는 지하수의 여과시 박테리아, 바이러스등의 제거효율을 향상시키는 중공사로 이루어진 필터의 제조방법이 소개되고 있다.
상기 일본 공개특허 특개평10-71327에서 개시된 폴리설폰 멤브레인 카트리지 필터의 경우, 지지체가 없는 멤브레인 상태의 필터를 제조하기 때문에 카트리지 제조시 멤브레인에 결점이 발생할 우려가 있으며, 액체 여과시 리크가 발생하게 되는 결점이 있다. 또한, 일본 공개특허 특개평8-154744에 개시된 다공질 중공사막의 경우, 정수기용 필터 제조시 중공사막의 손상에 의해 리크발생 가능성이 높고, 이에 따라 세균의 제거효율이 저하되는 단점이 있다.
또한, 일본 공개특허 특개평12-251413에 개시된 중공사막의 경우에도 여과막 자체의 제거효율은 기존의 중공사 여과막에 비해 향상된다 하더라도, 필터 제조시 중공사막 자체의 손상에 의한 제거효율이 크게 저하되고, 제조비용이 상승되는 단점이 있다.
이에따라 본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 필터의 제조공정을 단순화시켜 생산성 향상을 목적으로 하며, 지지체를 갖는 폴리설폰 멤브레인을 이용하여 액체여과용 필터제조시 여과막 손상에 의한 제거효율 저하문제를 해결한 액체여과용 멤브레인 절곡필터의 제조방법을 장기간에 걸쳐 연구한 결과, 본 발명에 이르게 되었다.
도 1은 본 발명 멤브레인 절곡필터의 개괄적인 설명도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
1 : 엔드캡 2 : UF 멤브레인
3 : 내부 코어 4 : 외각 케이지
본 발명은 지지체를 갖는 폴리설폰 멤브레인과 폴리에스터 또는 폴리올레핀계 부직포층으로 구성된 여재층을 절곡시켜 원통형으로 접합시킨 후, 이것을 외각케이지, 내부코어, 엔드캡에 접합시켜 제조하였다.
평균 기공의 크기가 0.01∼0.1㎛이고, 50 ∼ 200 ㎛ 두께의 지지체를 갖는 폴리설폰 멤브레인과 절곡시 작업성을 향상시키고, 멤브레인의 손상을 최소화하기 위하여 폴리에스터 또는 폴리올레핀계 부직포층을 형성하여 절곡 필터를 제조하였다. 절곡 필터에 사용되는 폴리설폰계의 고분자물을 소재로 하는 멤브레인은 두께 50∼200 ㎛의 지지체를 갖는 멤브레인을 자체 제작하여 사용하였다. 멤브레인에 사용되는 지지체로는 중량 50∼200 g/㎡를 갖는 폴리에스터 또는 폴리올레핀계 지지체의 사용을 특징으로 하고 있다. 멤브레인이 지지체를 갖지 않는 경우, 카트리지 제작시 작업성이 떨어지고, 액체 여과시에도 고압에서 리크 문제가 야기될 가능성이 높다.
상기 멤브레인을 사용하여 절곡작업을 진행시 원활한 작업을 가능하게 하고, 멤브레인의 손상을 최소화 하기위해 사용된 지지체로는 평량 20∼200 g/㎡의 폴리올레핀계 또는 폴리에스터계 부직포를 2층 및 다층구조로 사용하였다. 평량 20g/㎡ 이하의 부직포 사용시 절곡작업상에 문제발생 소지가 많고, 평량 200 g/㎡ 이상의 부직포를 사용할 경우, 유효 여과면적의 저하로 유량이 떨어질 우려가 있다. 부직포 적용시, 절곡작업에서 멤브레인의 미끄럼현상을 방지하기 위하여 폴리올레핀계 또는 폴리에스터계 부직포층을 2층 또는 그 이상의 다층구조로 멤브레인 지지체의 뒷면에 배설하고, 멤브레인의 손상을 방지하며 배수능을 향상시키기 위해 폴리올레핀계 또는 폴리에스터계 부직포층을 양쪽 바깥층에 형성하여 여재층을 구성하고 이를 절곡한 다음 원통형으로 접합시키고, 외각 케이지, 내부코어 및 엔드캡에 접합시켜 제조하였다.
본 발명에 있어 절곡작업은 온도 80 ∼ 130℃, 속도 20 ∼ 50 rpm하에서 실시하였으며, 접합은 초음파, 폴리우레탄계 접착제 또는 핫멜트를 단독 또는 복합방식으로 적용하여 실시하였다.
초음파 작업시 온도는 80 ∼ 130℃, 압력은 10 ∼ 20 psi의 조건에서 실시하였다.
또한 본 발명에서 상기 소재를 이용하여 제작한 필터의 성질 및 제반 물성의 측정은 하기와 같은 방법으로 측정하였다.
평가 항목 | 평가 방법 | 측정단위 |
유 량 | 순수 탱크에 18메가Ω의 순수를 넣고, 20psi의 압력에서 유량을 플로우 미터(flow meter)로 평가함. | GPD |
리크(leak) | 필터를 넣은 평가기내에 순수 또는 알코올을 채운 후, 15~30 psi 정도의 압축공기를 통과시켜 리크 여부를 평가함. | - |
이하 본 발명을 실시예와 비교예에 의거 상세히 설명한다.
〔실시예 1〕
지지체를 포함하여 50 ∼ 200 ㎛ 두께를 가지며, 평균 기공의 크기가 0.01∼0.1 ㎛인 폴리설폰 UF 멤브레인과 절곡작업시 멤브레인의 미끄럼현상을 방지해 주기 위한 평량 20 g/㎡의 멜트블론 부직포층을 멤브레인 지지체 뒷면에 형성하고, 멤브레인의 손상을 방지하고 배수능을 향상시키기 위해 평량 30 g/㎡의 스펀본드 부직포층을 양쪽 바깥층에 형성하여 여재층을 구성하고, 온도 90℃, 속도 30 rpm으로 절곡작업을 실시한 다음 초음파 및 폴리우레탄계 접착제 접합방식을 복합적으로 실시하여 접합시킨다. 이때에 초음파 작업은 온도 90℃, 압력 20 psi의 조건에서 실시하였다. 또한 통상의 방법으로 외각 케이지, 내부코어 및 엔드캡을 열접합시켜 절곡 필터를 완성하였다. 이상의 제조 조건을 표1에 표시하고, 그 물성을 평가하여 표2에 나타내었다.
〔실시예 2〕
실시예 1에서 절곡작업시의 온도를 115℃, 속도를 45 rpm으로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 하였으며, 제조 조건은 표1과 같고, 그 물성을 평가한 결과는 표2와 같다.
〔실시예 3〕
실시예 1에서 접합작업시 초음파 및 핫멜트 접합방식을 복합적으로 적용한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 실시하였으며, 제조 조건은표1과 같고, 그 물성을 평가한 결과는 표2와 같다.
〔실시예 4〕
실시예 1에 있어서, 평량 40 g/㎡의 멜트블론 부직포층을 멤브레인 지지체 뒷면에 배설하고, 절곡작업시 온도를 120 ℃, 속도를 45 rpm으로 변경한 것 이외는 실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 실시하였으며, 제조 조건은 표1과 같고, 그 물성을 평가한 결과는 표2와 같다.
〔실시예 5〕
실시예 1에 있어서, 평량 54 g/㎡의 스펀본드 부직포층을 양쪽 바깥층에 형성하여 여재층을 구성하고, 절곡작업의 온도를 120 ℃, 속도를 45 rpm으로 변경한 것 이외는 실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 실시하였으며 제조 조건은 표1과 같고, 그 물성을 평가한 결과는 표2와 같다.
〔비교예 1〕
실시예 1에 있어서, 지지체를 갖지 않는 멤브레인을 사용한 것 이외는 실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 실시하였으며, 제조 조건은 표1과 같고, 그 물성을 평가한 결과를 표2에 표시하였다.
〔비교예 2〕
비교예 1에서 지지체를 갖지 않는 멤브레인에 평량 54 g/㎡의 스펀본드 부직포층만을 양쪽 바깥층에 형성하여 여재층을 형성한 것 이외는 비교예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 실시하였으며, 제조 조건은 표1과 같고, 그 물성을 평가한결과는 표2에 나타내었다.
〔표 1〕
구 분 | 여재층의 구성 | 절곡작업(온도/속도) | 접합작업 |
실시예 1 | SB30/MB20/UF(지지체有)/SB30 | 90 ℃/30 rpm | 초음파 + 접착제 |
실시예 2 | SB30/MB20/UF(지지체有)/SB30 | 115 ℃/45 rpm | 초음파 + 접착제 |
실시예 3 | SB30/MB20/UF(지지체有)/SB30 | 90 ℃/30 rpm | 초음파 + 핫멜트 |
실시예 4 | SB30/MB40/UF(지지체有)/SB30 | 120 ℃/45 rpm | 초음파 + 접착제 |
실시예 5 | SB54/MB20/UF(지지체有)/SB54 | 120 ℃/45 rpm | 초음파 + 접착제 |
비교예 1 | SB30/MB20/UF(지지체無)/SB30 | 90 ℃/30 rpm | 초음파 + 접착제 |
비교예 2 | SB54/MB20/UF(지지체無)/SB54 | 90 ℃/30 rpm | 초음파 + 접착제 |
※ SB30 : 평량 30 g/㎡의 스판본드 부직포층
MB20: 평량 20 g/㎡의 멜트블론 부직포층
〔표 2〕
항목 | 절곡 작업성 | 리크 발생여부 | 유량(GPD) |
실시예 1 | 작업성 양호 | 리크 발생없음 | 1,800 |
실시예 2 | 작업성 양호 | 리크 발생없음 | 1,700 |
실시예 3 | 작업성 양호 | 리크 발생없음 | 1,650 |
실시예 4 | 작업성 양호 | 리크 발생없음 | 1,670 |
실시예 5 | 작업성 양호 | 리크 발생없음 | 1,520 |
비교예 1 | 작업 가능 | 리크 발생 | - |
비교예 2 | 작업성 양호 | 리크 발생 | - |
본 발명의 실시에 의해 폴리설폰 UF 멤브레인 필터는 아주 우수한 친수성을 가지게 되므로 수축이 일어나지 않고, 투수능의 저하가 거의 발생하지 않는 필터의 완전성을 용이하게 도모할 수 있고, 막의 양쪽 표면에 크기가 0.01 내지 0.1㎛인 기공을 형성함으로써 높은 여과효율을 가지며, 부직포로 부터 여과액의 용출이 거의 없는 폴리설폰 멤브레인 카트리지 필터를 제조할 수 있게 되었다.
Claims (3)
- 지지체를 포함하여 50∼200㎛의 두께를 가지며, 평균 기공의 크기가 0.01∼0.1㎛인 폴리설폰 멤브레인과 폴리에스터 또는 폴리올레핀계의 부직포층으로 구성된 여재층을 절곡하여 원통형으로 접합시키고, 여기에 외각 케이지, 내부코어 및 엔드캡을 통상의 방법으로 열접합시킴을 특징으로 하는 액체여과용 UF 멤브레인 절곡필터의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,지지체로서 평량 20∼200g/㎡의 멜트블론 부직포층과 평량 30∼50 g/㎡의 스펀본드 부직포층을 사용하여 여재층을 형성함을 특징으로 하는 액체여과용 UF 멤브레인 절곡필터의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,절곡작업시 온도 80∼130℃, 속도 20∼50 rpm의 조건하에서 실시하고, 초음파 또는 폴리우레탄계 접착제에 의한 접합을 복합적으로 실시함을 특징으로 하는 액체여과용 UF 멤브레인 절곡필터의 제조방법.
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- 2002-02-15 KR KR1020020008124A patent/KR100809145B1/ko not_active IP Right Cessation
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