KR20040077322A - Preparation of asymmetric polyethylene hollow fiber membrane having high strength - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: Provided is a method for preparing an asymmetric polyethylene hollow fiber membrane which is able to provide an asymmetric polyethylene hollow fiber membrane having high tensional strength and good porosity by changing melt spinning condition of a hollow fiber. CONSTITUTION: The method comprising the steps of (a) spinning polyethylene through a spinneret having a double nozzle; and (b) after cooling the polyethylene hollow fiber, annealing, cold stretching, hot stretching and thermal setting the cooled polyethylene hollow fiber. The method is characterized in that the crystallization speed of the outer surface and that of the polyethylene hollow fiber are different from each other by supplying nitrogen gas to the inner surface of the polyethylene hollow fiber while cocurrently spraying a solvent having a boiling point of 30 to 80 deg.C as a cooling media on the outer surface of the polyethylene hollow fiber in the cooling step.

Description

고강도를 가진 비대칭성 폴리에틸렌 중공사막의 제조방법{PREPARATION OF ASYMMETRIC POLYETHYLENE HOLLOW FIBER MEMBRANE HAVING HIGH STRENGTH}Manufacturing method of asymmetric polyethylene hollow fiber membrane with high strength {PREPARATION OF ASYMMETRIC POLYETHYLENE HOLLOW FIBER MEMBRANE HAVING HIGH STRENGTH}

본 발명은 수처리용 분리막으로 유용한 다공성 폴리에틸렌 중공사막의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 내부표면과 외부표면 간의 기공크기가 다른 비대칭 특성을 가지며 높은 인장강도, 수투과 능력 및 입자제거능을 가지는 다공성 폴리에틸렌 중공사막을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a porous polyethylene hollow fiber membrane useful as a separation membrane for water treatment, and more specifically, a porous structure having a high asymmetry property and high tensile strength, water permeability, and particle removal ability, having a different pore size between the inner surface and the outer surface. A method for producing a polyethylene hollow fiber membrane.

결정성 고분자인 폴리올레핀 소재를 이용하여 정밀여과막을 제조하는 통상적인 방법으로는 열유도 상분리법 및 연신법이 있는데, 열유도 상분리법에 의해 제조된 중공사막은 다공성이 우수하지만 중공사막으로 제조할 때 높은 연신비를 부여하지 않기 때문에 고분자 사슬들이 높은 배향성을 가지기 힘들고 대체로 중공사막의인장강도가 약한 단점을 가지고 있다. 이에 반해, 연신법에 의해 제조된 중공사막은 우수한 다공성을 가짐은 물론이고 높은 연신비를 부여할 수 있기 때문에 배향성과 인장강도가 매우 높다. 또한 제조공정 중 용매, 희석제, 추출제 등의 특정 첨가제 및 화학약품을 필요로 하지 않기 때문에 원가절감 및 작업환경 개선에도 크게 기여할 수 있다.Conventional methods for preparing a microfiltration membrane using a polyolefin material, which is a crystalline polymer, include a thermally induced phase separation method and a stretching method. The hollow fiber membranes prepared by the thermally induced phase separation method have excellent porosity, Since it does not impart a high draw ratio, it is difficult for polymer chains to have high orientation and generally has a weak tensile strength of hollow fiber membranes. In contrast, the hollow fiber membranes produced by the stretching method have high porosity as well as excellent porosity, so the orientation and tensile strength are very high. In addition, since it does not require specific additives such as solvents, diluents, extractants and chemicals during the manufacturing process, it can greatly contribute to cost reduction and work environment improvement.

일반적으로 폴리올레핀계 고분자가 결정화할 때 나타나는 몇 가지 모폴로지(morphology) 형태를 분류해 보면, 폴리프로필렌의 경우 용융상태에서 결정상태로 전이가 될 때 일정방향으로 가해지는 외부응력의 크기가 작으면 고분자사슬들은 핵(nuclei)을 중심으로 동심원 방향으로 성장해 나가며 스페럴라이트(spherulite)를 생성한다. 이 경우 스페럴라이트 내부의 밀도는 높지만 스페럴라이트와 스페럴라이트 사이의 지역(interspherulitic region)은 상대적으로 낮은 고분자밀도를 갖게 된다. 이 때 스페럴라이트와 스페럴라이트 사이의 영역을 개열시키면서 기공을 형성할 수 있는데 이렇게 생성된 분리막의 예는 대한민국 특허 제0321133호에 예시된 바 있다.In general, when morphology of polyolefin-based polymers are classified into several morphologies, polypropylene polymer chains are formed when the amount of external stress applied in a certain direction is small when transitioned from molten state to crystalline state. They grow concentrically around the nuclei and produce spherulite. In this case, the density inside the spearite is high, but the interspherulitic region between the spearlite and the spearite has a relatively low polymer density. At this time, the pores may be formed by cleaving the region between the sparite and the sparite. An example of the separation membrane thus produced has been illustrated in Korean Patent No. 0321133.

한편 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌과 같은 결정성 고분자가 용융상태에서 결정상태로 전이가 될 때 일정방향으로 가해지는 외부응력의 크기가 클 경우 고분자사슬은 응력이 가해진 방향과 수직으로 성장해 나가는 로우 뉴클리에이티드 라멜라(row nucleated lamella)를 형성하게 된다. 이 때 수직으로 쌓여나가는 로우 뉴클리에이티드 라멜라(row nucleated lamella)층이 대략적으로 5개 내외가 모여 하나의 라멜라 스택(lamella stack)을 이루게 된다. 이러한 라멜라 스택들의 사이지역에는 비결정영역(amorphous region)이 존재하게 된다. 연신법에서는 이렇게 생성된 비결정 영역을 개열시켜 기공을 형성시키는 방법을 사용한다. 방사시 고분자의 냉각 속도가 빠르면 최종 기공의 크기는 작아지며 냉각속도가 상대적으로 느리게 되면 기공의 크기는 증가하게 된다. 냉연신 공정은 이러한 비결정 영역에 미세 크레이즈(microcraze)를 생성하기 위해 수행되며 낮은 온도에서 매우 빠른 속도로 연신을 한다. 냉연신 공정이 완료되고 나면 높은 온도에서 매우 느린 속도로 열연신 공정을 적용하여 미세크레이즈가 생성된 부분을 개열시키면서 매우 다공성이 큰 중공사막을 제조하게 된다.On the other hand, when the crystalline polymers such as polypropylene or polyethylene transition from the molten state to the crystalline state, when the external stress applied in a certain direction is large, the polymer chain grows perpendicularly to the stressed direction. (row nucleated lamella). At this time, approximately 5 rows of nucleated lamellas stacked vertically form a lamellar stack. An amorphous region exists between the lamellar stacks. The stretching method uses a method of cleaving the amorphous regions thus formed to form pores. The faster the cooling rate of the polymer during spinning, the smaller the final pore size and the slower the cooling rate, the larger the pore size. Cold drawing processes are performed to create microcrazes in these amorphous regions and draw at very high speeds at low temperatures. After the cold drawing process is completed, the heat drawing process is applied at a very slow speed at a high temperature to produce a microporous hollow fiber membrane having a very high porosity while cleaving the part where the microcraze is formed.

셀라니즈 코퍼레이션(Celanese Corporation)의 미국특허 4,541,981을 보면 외경이 300-400㎛ 정도이며 산소투과도가 9×104ℓ/㎡ hr 0.68 atm 인 폴리프로필렌 중공사막을 제조한 예가 있다. 이 특허에서는 중공사를 방사한 후 냉연신과 열연신을 복합한 연신법을 이용하여 제조하였는데 이 막은 용도가 기체투과에 있기 때문에 수처리막에 비해 다공도가 40% 내외로 비교적 낮으며 산소투과량 또한 낮다.In US Patent 4,541,981 of Celanese Corporation, there is an example of manufacturing a polypropylene hollow fiber membrane having an outer diameter of about 300-400 μm and an oxygen permeability of 9 × 10 4 L / m 2 hr 0.68 atm. In this patent, after the hollow fiber is spun, cold drawing and hot drawing are used in the stretching method. Since the membrane is used in gas permeation, the membrane has a relatively low porosity of about 40% and low oxygen permeability compared to the water treatment membrane.

또한, 미쓰비시 레이욘의 미국특허 5,294,338를 보면 미세 피브릴들로 구성된 직사각형모양의 기공형태를 가지며 기공의 크기는 2㎛ 내지 10㎛ 사이의 크기를 가지고, 공기투과도는 80×104ℓ/㎡ hr 0.5 atm 이상을 가지는 폴리에틸렌 중공사막을 제조하였다. 그러나 이는 중공사막의 내부 및 외부표면의 크기가 같은 대칭성을 가지며 중공사막 제조가 끝난 후 2차적으로 친수성 고분자를 외부표면에 코팅하여 비대칭성을 유도하였다.In addition, Mitsubishi Rayon's U.S. Patent No. 5,294,338 has a rectangular pore form consisting of fine fibrils, the size of the pores is between 2㎛ 10㎛, air permeability 80 × 10 4 L / ㎡ hr Polyethylene hollow fiber membranes having 0.5 atm or more were prepared. However, the internal and external surfaces of the hollow fiber membranes have the same symmetry, and after the manufacturing of the hollow fiber membranes, the hydrophilic polymer was secondarily coated on the outer surface to induce asymmetry.

이에, 본 발명자들은, 인장강도가 높고 다공도가 우수한 비대칭성 폴리에틸렌 중공사막을 제조하는 새로운 방법에 대해 예의 연구한 결과, 표면코팅에 의한 방법이 아닌 중공사의 방사조건을 변화시킴으로써 중공사막 자체가 원천적으로 우수한 비대칭 특성을 나타내는 폴리에틸렌 중공사막의 제조방법을 개발하게 되었다.Accordingly, the present inventors have diligently studied a new method for producing an asymmetric polyethylene hollow fiber membrane having high tensile strength and excellent porosity. As a result, the hollow fiber membrane itself is fundamentally changed by changing the spinning conditions of the hollow fiber rather than the surface coating method. A method for preparing polyethylene hollow fiber membranes having excellent asymmetric properties has been developed.

도 1은 본 발명에 따른 폴리에틸렌 중공사막 제조에 사용되는 장치를 개략적으로 도시한 블럭도이고,1 is a block diagram schematically showing an apparatus used for producing a polyethylene hollow fiber membrane according to the present invention,

도 2a와 2b는 냉각쳄버의 냉각매체로서 40℃ 공기를 병류로 공급한 경우의 외부표면 및 내부표면 사진이며,2A and 2B are photographs of the outer surface and the inner surface when 40 ° C. air is supplied in co-current as a cooling medium of the cooling chamber.

도 3a와 3b는 냉각쳄버의 냉각매체로서 20℃ 공기를 병류로 공급한 경우의 외부표면 및 내부표면 사진이며,3A and 3B are photographs of the outer surface and the inner surface when 20 ° C. air is supplied in co-current as a cooling medium of the cooling chamber.

도 4a와 4b는 냉각쳄버의 냉각매체로서 20℃ 프레온 분사액을 병류로 공급한 경우의 외부표면 및 내부표면 사진이며,4A and 4B are photographs of the outer surface and the inner surface when 20 ° C. freon injection liquid is supplied in co-current as a cooling medium of the cooling chamber.

도 5a와 5b는 냉각쳄버의 냉각매체로서 40℃ 공기를 향류로 공급한 경우의 외부표면 및 내부표면 사진이며,5A and 5B are photographs of the outer surface and the inner surface when 40 ° C. air is supplied in countercurrent as a cooling medium of the cooling chamber.

도 6a와 6b는 냉각쳄버의 냉각매체로서 20℃ 공기를 향류로 공급한 경우의 외부표면 및 내부표면 사진이며,6A and 6B are photographs of the outer surface and the inner surface when 20 ° C. air is supplied in countercurrent as a cooling medium of the cooling chamber.

도 7a와 7b는 냉각쳄버의 냉각매체로서 20℃ 프레온 분사액을 향류로 공급한 경우의 외부표면 및 내부표면 사진이다.7A and 7B are photographs of the outer surface and the inner surface when the 20 ° C. freon injection liquid is supplied countercurrently as a cooling medium of the cooling chamber.

<도면의 부호에 대한 간단한 설명><Short description of the symbols in the drawings>

1 : 호퍼 2 : 압출기1: Hopper 2: Extruder

3 : 기어펌프 4 : 방사구금3: gear pump 4: spinneret

5 : 배플 6 : 냉각쳄버5: baffle 6: cooling chamber

7 : 중공사 8 : 흡입펌프7: hollow fiber 8: suction pump

9 : 응축기 10 : 공급펌프9: condenser 10: feed pump

11 : 드레인(drain) 밸브 12 : 질소 탱크11 drain valve 12 nitrogen tank

13 : 롤러 14 : 권취(winding) 보빈13: roller 14: winding bobbin

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 이중 노즐을 가진 방사구금을 통해 폴리에틸렌을 방사하고 방사된 폴리에틸렌 중공사를 냉각시킨 후 아닐링, 냉연신, 열연신 및 열고정하여 폴리에틸렌 중공사막을 제조하는 방법에 있어서, 냉각 단계에서, 방사된 폴리에틸렌 중공사의 내부 표면에는 질소가스를 공급하고 방사된 폴리에틸렌 중공사의 외부 표면에는 냉각 매체로서 비점 30 내지 80℃의용매를 병류로 분사하여 중공사의 외부 표면과 내부 표면의 결정화 속도를 다르게 하는 것을 특징으로 하는, 비대칭성 폴리에틸렌 중공사막의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for producing a polyethylene hollow fiber membrane by spinning polyethylene through a spinneret having a double nozzle and cooling the spun polyethylene hollow fiber, followed by annealing, cold stretching, hot stretching and heat setting. In the cooling step, nitrogen gas is supplied to the inner surface of the spun polyethylene hollow yarn, and a solvent having a boiling point of 30 to 80 ° C. is co-flowed on the outer surface of the spun polyethylene hollow fiber as a cooling medium. Provided is a method for producing an asymmetric polyethylene hollow fiber, characterized by varying the crystallization rate.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명에서는 중공사 제조 원료로서 밀도가 0.96 g/㎤ 이상인 고밀도 폴리에틸렌을 사용한다. 이 폴리에틸렌을 특정 조건하에서 용융방사한 후 특정 조건하에서 연신공정을 가함으로써 기공크기 및 다공성이 매우 큰 정밀여과용 중공사막을 제조할 수 있다. 본 발명에 사용될 수 있는 고밀도 폴리에틸렌은 용융지수(meltindex)가 0.03 내지 8.0g/10분 범위, 바람직하게는 0.1 내지 5.5g/10분 범위인 것이다. 용융지수가 8.0 g/10분 이상인 경우는 강도가 약하며 연신을 많이 할 수 없어 기공크기도 작으며, 용융지수가 낮을수록 연신비를 증대시킬 수 있어 기공의 크기가 커지며 강도도 우수하지만 0.03 g/10분 이하의 용융지수를 가질 경우에는 균일하게 방사하기가 힘들다.In the present invention, a high density polyethylene having a density of 0.96 g / cm 3 or more is used as a raw material for manufacturing hollow fiber. The polyethylene is melt-spun under specific conditions and then subjected to an stretching process under specific conditions, thereby producing a microfiltration hollow fiber membrane having a very large pore size and porosity. High density polyethylenes that can be used in the present invention have a melt index in the range of 0.03 to 8.0 g / 10 minutes, preferably 0.1 to 5.5 g / 10 minutes. When the melt index is more than 8.0 g / 10 minutes, the strength is weak and the stretching is not possible much, so the pore size is small. The lower the melt index, the higher the draw ratio can be, the larger the pore size and the higher the strength, but 0.03 g / 10 If the melt index is less than minutes, it is difficult to uniformly spin.

도 1은 본 발명에 따른 연신법을 적용하기 위한 비대칭성 폴리올레핀 중공사의 미연신사(unstretched fiber)를 제조하는 장치의 한 예를 개략적으로 도시한 것이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 호퍼(1)를 통해 고밀도 폴리에틸렌을 주입하여 압출기(2) 실린더 내에서 스크류와 배럴 사이의 마찰열에 의해 용융시키며 용융물을 기어펌프(3)를 사용하여 일정량씩 방사구금(4)으로 공급한다.1 schematically shows an example of an apparatus for producing unstretched fibers of an asymmetric polyolefin hollow yarn for applying the stretching method according to the present invention. As shown in FIG. 1, high-density polyethylene is injected through the hopper 1 to be melted by frictional heat between the screw and the barrel in the extruder 2 cylinder, and the melt is spun by a predetermined amount using the gear pump 3. 4) to supply.

방사구금(4)의 출구에는 이중 방사노즐이 구비되어 있으며, 이 중 방사 노즐의 내부 노즐에 뜨거운 질소가스를 연속적으로 공급하여, 폴리에틸렌이 내부에 질소를 포함한 채 방사되도록 한다. 폴리에틸렌 용융물이 방사될 때 노즐의 온도는 150℃ 내지 220℃, 바람직하게는 170℃ 내지 220℃를 유지하며, 노즐의 온도를 비롯하여 방사시 폴리에틸렌의 결정화거동에 결정적인 역할을 하는 드래프트비(draft ratio)(즉, 권취 선속도/방사 선속도)는 100 내지 800 범위를 유지하는 것이 좋다. 드래프트 비가 100 이하로 떨어지면 로우 뉴클리에이티드 라멜라 구조의 생성이 어려우며 800 이상이면 기공크기가 매우 미세한 중공사가 제조된다.The outlet of the spinneret (4) is provided with a double spinning nozzle, of which continuously supply hot nitrogen gas to the inner nozzle of the spinning nozzle, so that the polyethylene is spun with nitrogen inside. When the polyethylene melt is spun, the nozzle temperature is maintained at 150 ° C to 220 ° C, preferably 170 ° C to 220 ° C, and the draft ratio plays a decisive role in the crystallization behavior of polyethylene during spinning as well as the nozzle temperature. (Ie, the winding linear velocity / radiation linear velocity) is preferably maintained in the range of 100 to 800. If the draft ratio falls below 100, it is difficult to produce a low nucleated lamellar structure, and if it is 800 or more, hollow yarns having very fine pore sizes are produced.

방사구금(4)을 통해 사에 연속적으로 공급되는 뜨거운 질소가스는, 질소 탱크(12)로부터 방사구금(4) 내부로 유입되면서 자연스럽게 노즐 몸체와 같은 온도로승온되어 중공사 내부로 공급되며, 이때 공급되는 질소의 양은 0.1 m/분 내지 0.3 m/분 범위의 느린 속도로 도입되는 것이 바람직하다.The hot nitrogen gas continuously supplied to the yarns through the spinneret 4 is naturally heated up to the same temperature as the nozzle body while being supplied into the spinneret 4 from the nitrogen tank 12 and supplied into the hollow fiber. The amount of nitrogen supplied is preferably introduced at a slow rate ranging from 0.1 m / min to 0.3 m / min.

방사구금(4)으로부터 방사노즐을 통해 질소와 함께 방사된 용융물은 노즐 하단에서 일정한 거리의 대기중 혹은 송풍된 바람에 의해서 상온의 냉각과정을 거친 후 응고조에 침지되거나 공기중에서 지속적으로 냉각과정을 거쳐 결정화되는 과정을 거치게 된다. 이 냉각과정은 중공사막이 제조되는 전체 공정 중 가장 핵심이 되는 부분으로서 냉각 메카니즘에 의해서 최종 중공사막의 기공크기, 형태 및 다공도가 크게 좌우된다.The melt spun together with nitrogen through the spinneret from the spinneret (4) is cooled to room temperature by air or blown wind at a certain distance from the bottom of the nozzle and then immersed in a coagulation bath or continuously cooled in air. It is a process of crystallization. This cooling process is the most important part of the overall process in which the hollow fiber membrane is manufactured, and the pore size, shape, and porosity of the final hollow fiber membrane are largely determined by the cooling mechanism.

일반적으로 응고액을 이용하여 급속냉각을 시키는 방법은 고분자 표면에서 지나치게 급속히 고화 현상이 일어나므로 고분자 사슬이 배열되면서 결정화가 진행되기 위한 적절한 시간을 부여하지 못하고 최종 중공사막의 다공도가 현저히 낮아지거나 거의 기공이 생성되지 않는다. 따라서 연신법을 적용하여 다공성이 부여되어야 하는 중공사의 특수성을 고려할 때 위의 방법은 그다지 바람직하지 못하다.In general, the method of rapid cooling using a coagulation liquid causes the solidification phenomenon on the surface of the polymer so rapidly that it does not give adequate time for the crystallization to proceed as the polymer chains are arranged and the porosity of the final hollow fiber membrane is significantly lowered or almost pore. Is not generated. Therefore, the above method is not very preferable considering the specificity of the hollow fiber to which porosity is to be applied by applying the stretching method.

노즐 하단에서 중공사를 공기에 의해 서서히 냉각시키는 방법은 비교적 적절하게 결정화 시간을 조절할 수 있으므로 연신법을 적용한 중공사막을 제조하는데 더욱 바람직한 방법이다. 종래의 방법에서는 상온 부근에서 공기를 아주 낮은 유속으로 흘려보내며 냉각을 시키는데 유속이 클 경우 중공사의 흔들림이나 표면마찰 등으로 인하여 중공사의 불균일성을 초래하므로 유속을 높히는데 한계가 있었다.The method of gradually cooling the hollow fiber by air at the lower end of the nozzle is a more preferable method for preparing the hollow fiber membrane to which the stretching method is applied because the crystallization time can be adjusted relatively appropriately. In the conventional method, the air is flowed at a very low flow rate in the vicinity of room temperature, and cooling is performed. If the flow rate is large, there is a limit to increase the flow rate because the hollow fiber is caused to be uneven due to the shaking or surface friction of the hollow fiber.

본 발명에서는, 상기 냉각 과정에서 중공사의 외부표면과 내부표면의 결정화속도를 다르게 조절하면 최종 중공사막에서 외부표면과 내부표면의 기공크기가 서로 다른 중공사막을 얻을 수 있다는데 착안하여, 중공사의 내부표면에 방사구금(4)을 통해 뜨거운 질소가스가 연속적으로 공급되는 것에 대해, 중공사의 외부 표면에 대해서는 냉각 매체로서 공기가 아닌, 비점이 낮은 저비점 용매를, 바람직하게는 병류(co-current flow)로 분사한다. 즉, 본 발명에서는 중공사의 냉각과정에서, 미세노즐을 통하여 냉각쳄버(cooling chamber)(6)의 내부로 방사되는 중공사의 외부표면 쪽으로 저비점 용매를 불어넣음으로써 중공사의 외부와 내부표면의 결정화 속도를 다르게 조절함을 특징으로 한다. 이렇게 결정화도가 조절된 중공사는 모든 공정을 거쳐 최종 중공사막으로 제조될 때 내부와 외부의 기공의 크기가 다른 비대칭성 중공사막이 된다.In the present invention, by adjusting the crystallization rate of the outer surface and the inner surface of the hollow fiber in the cooling process differently, it can be obtained that the hollow fiber membrane having a different pore size of the outer surface and the inner surface in the final hollow fiber membrane, the inner surface of the hollow yarn In the continuous supply of hot nitrogen gas through the spinneret 4 to the outer surface of the hollow fiber, a low boiling point solvent, preferably air, which is not air, is preferably used as co-current flow. Spray. That is, in the present invention, in the cooling process of the hollow yarns, a low boiling point solvent is blown toward the outer surface of the hollow yarns radiated into the cooling chamber 6 through the micronozzle to increase the crystallization rate of the outer and inner surfaces of the hollow yarns. It is characterized by different adjustments. When the hollow fiber with the crystallinity is controlled as a final hollow fiber membrane through all processes, it becomes an asymmetric hollow fiber membrane having different internal and external pore sizes.

본 발명에서 사용가능한 저비점 용매는 비점이 30 내지 80℃ 범위의 유기용매로서, 구체적으로는 메탄올, 에탄올, 아세톤, 메틸에틸케톤, 에틸포르메이트, 사염화탄소, 프레온 등이 있다.The low boiling point solvent usable in the present invention is an organic solvent having a boiling point of 30 to 80 ° C., specifically, methanol, ethanol, acetone, methyl ethyl ketone, ethyl formate, carbon tetrachloride, freon and the like.

본 발명에서는 상기 냉각과정에서 냉각쳄버(6)에 배플(5)를 구비시켜 저비점 용매를 미세한 액상입자로 분사한다. 도 1의 장치는 특히 냉각매체로 프레온을 사용한 경우를 나타내는 것으로, 공급펌프(10)을 통해 냉각쳄버(6) 내로 분사된 액상 프레온은 중공사로부터 열을 빼앗으면서 기화한 후 흡입펌프(8)에 의해 응축기(9)(냉각수가 순환되고 있으며, 도시하지는 않음)로 보내어져 다시 액상으로 응축을 하게 되며 응축된 프레온은 다시 공급펌프(10)를 통해 냉각쳄버로 공급된다. 응축과정에서 물이 일부 생성되는데 프레온을 사용할 경우 물의 비중이 프레온보다 작으므로 응축기내에서 자연스럽게 분리되어 저장되며, 이는 일정량이 쌓이면 드레인밸브(11)를 통해 분리할 수 있다.In the present invention, the cooling chamber 6 is provided with a baffle 5 in the cooling process to spray a low boiling point solvent into fine liquid particles. In particular, the apparatus of FIG. 1 shows a case where freon is used as the cooling medium. The liquid freon injected into the cooling chamber 6 through the supply pump 10 vaporizes while depriving heat from the hollow fiber, and then the suction pump 8. By the condenser 9 (cooling water is circulated, not shown) to be condensed back to the liquid phase, the condensed freon is again supplied to the cooling chamber through the supply pump (10). Part of the water is produced during the condensation process, when using the Freon specific gravity of the water is less than the Freon is naturally separated and stored in the condenser, which can be separated through the drain valve 11 when a certain amount is accumulated.

본 발명에 따르면, 상기 액상 저비점 용매는 냉각효율이 매우 좋기 때문에, 약 0.5 내지 3 m/초 이내의 낮은 유속으로 공급하더라도 균일한 중공사를 안정적으로 만들어낼 수 있다.According to the present invention, since the liquid low boiling point solvent has a very good cooling efficiency, even when supplied at a low flow rate of about 0.5 to 3 m / sec, it is possible to stably produce a uniform hollow fiber.

상기 도 1의 장치에서 냉각용매로 프레온을 사용하지 않고 기타 다른 용매를 사용하는 경우는 응축기를 사용하지 않고 별도의 저장 탱크로부터 직접 공급하여 사용할 수 있다.In the apparatus of FIG. 1, when other solvents are used without using a freon as a cooling solvent, they may be directly supplied from a separate storage tank without using a condenser.

냉각쳄버(6)에서 나온 방사된 미연신 중공사(7)는 곧바로 롤러(13)를 거쳐권취보빈(14)에 감기게 된다. 이 후 중공사는 권취보빈(14)에 감긴 채로 가열된 오븐(oven)에서 아닐링을 거친 후 롤러들 상에서 냉연신, 열연신을 거치게 되며, 이 후 보빈에 감긴 채로 열고정 공정을 거쳐 최종 중공사막으로 만들어지게 된다.The unstretched hollow fiber 7 emitted from the cooling chamber 6 is immediately wound on the winding bobbin 14 via the roller 13. Thereafter, the hollow fiber is subjected to annealing in a heated oven while wound on the winding bobbin 14, and then subjected to cold stretching and hot stretching on rollers, and then to a final hollow fiber membrane through a heat setting process while being wound on a bobbin. Will be made.

상기 아닐링(annealing) 공정은 80℃ 내지 130℃, 바람직하게는 120℃ 내지 127℃의 열풍건조기 내에서 2시간 내지 24시간, 바람직하게는 6 시간 내지 24시간 동안 수행하게 되며, 아닐링 공정을 행하는 이유는 미처 결정화에 참여하지 못한 비결정 영역을 결정영역에 추가적으로 참여할 수 있도록 유도하여 결정화도를 더욱 높히고 결정 영역과 비결정 영역이 잘 분배되도록 하기 위함이다.The annealing process is performed in a hot air dryer at 80 ° C. to 130 ° C., preferably 120 ° C. to 127 ° C., for 2 hours to 24 hours, preferably 6 hours to 24 hours. The reason for this is to induce non-crystalline regions that do not participate in the crystallization to participate additionally in the crystal regions, thereby increasing the degree of crystallization and distributing the crystal regions and the amorphous regions well.

아닐링 공정이 끝난 미연신사는 상온 내지 40℃ 이하의 온도에서 냉연신 공정을 거치게 되는데, 이는 매우 균일하면서 빠른 속도로 충격을 가하여 중공사 전반에 걸쳐 미세 크레이즈를 생성시키기 위함이다. 이때 변형율(deformation rate)은 50%/초 내지 200 %/초 이내, 바람직하게는 150 %/초 이내가 되어야 하며, 연신비는 5% 내지 100% 범위 이내가 되어야 한다.The unstretched yarn after the annealing process is subjected to a cold draw process at a temperature of from room temperature to 40 ° C. or less, in order to generate fine crazes throughout the hollow fiber by applying a shock at a very uniform and high speed. In this case, the deformation rate should be within 50% / second to 200% / second, preferably within 150% / second, and the draw ratio should be within the range of 5% to 100%.

냉연신 공정이 끝난 상태에서는 아직 기공이 생성되지는 않는다. 따라서, 냉연신 공정이 끝난 중공사에 대하여 추가의 열처리 공정 없이 곧바로 열연신 공정을 수행하게 되는데, 이때 온도는 80 내지 130℃, 바람직하게는 105 내지 120℃ 범위가 적합하고 열연신비는 300 내지 1,000% 이내에서 수행하며 변형율은 약 1 내지 10 %/초 범위 이내가 되도록 한다. 열연신 공정을 거치면서 비로소 다공성이 큰 중공사 막으로 형성되는데, 상기 변형율이 10 %/초를 초과할 때는 중공사의 굵기가 매우 가늘어지며 꺾임 현상이 심해지고 다공도가 매우 떨어지게 된다.At the end of the cold drawing process, no pores are formed yet. Therefore, the heat drawing process is immediately performed on the hollow fiber after the cold drawing process without an additional heat treatment process, wherein the temperature is in the range of 80 to 130 ° C., preferably 105 to 120 ° C., and the heat drawing ratio is 300 to 1,000. It is carried out within% and the strain rate is within the range of about 1 to 10% / second. It is finally formed through the hollow fiber membrane having a large porosity during the thermal stretching process. When the strain exceeds 10% / sec, the thickness of the hollow yarn becomes very thin, the bending phenomenon becomes severe, and the porosity is very low.

열연신 공정이 끝난 중공사막은 110 내지 130℃사이에서 0.5 내지 30분 범위 동안 열고정(thermal setting) 공정을 거쳐 탄성 회복력이 최종적으로 제거되어 중공사로 제조된다.After the heat stretching process, the hollow fiber membrane is finally manufactured by hollow fiber through a thermal setting process in a range of 0.5 to 30 minutes between 110 and 130 ° C. to remove elastic recovery force.

상술한 바와 같이, 본 발명의 방법에 따르면, 인장강도가 1,000 gf/필라멘트 이상으로 매우 높고 다공도가 우수할 뿐 아니라, 비대칭 부여를 위한 별도의 표면코팅을 하지 않고도, 내부표면과 외부표면의 기공크기가 달라 한쪽은 입자 제거효율을 증대시키는 역할을 하고 다른 한 쪽은 수투과도를 증대시키는 역할을 할 수 있는 비대칭성 폴리에틸렌 중공사막을 제조할 수 있다.As described above, according to the method of the present invention, the tensile strength is very high and more than 1,000 gf / filament and excellent porosity, as well as the pore size of the inner surface and the outer surface without the need for a separate surface coating for imparting asymmetry Different one can produce an asymmetric polyethylene hollow fiber membrane that can act to increase the particle removal efficiency and the other can increase the water permeability.

이하, 본 발명을 실시예와 시험예로써 상세히 설명하며, 이들이 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 이하 실시예에서, 중공사막의 성능 측정은 아래에 설명한 방법들을 이용하였다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with examples and test examples, which are not intended to limit the present invention. In the examples below, the performance measurements of the hollow fiber membranes were used in the methods described below.

(1) 기체투과도(1) Gas Permeability

중공사막 15 가닥을 길이 15cm, 외경 1cm, 내경 0.7cm의 아크릴 튜브 속에 에폭시 접착제를 이용하여 유효길이가 12cm가 되도록 양 끝단을 고정시킨 다음, 25℃의 상온에서 0.5 atm의 압력을 가하며 공기를 중공사막 내부로 주입시킨 후, 중공사막의 단면을 통하여 외부로 투과된 공기의 부피를 측정하였다.15 ends of the hollow fiber membranes were fixed to both ends with an epoxy adhesive in an acrylic tube of 15 cm in length, 1 cm in outer diameter and 0.7 cm in inner diameter so that the effective length was 12 cm. Then, the air was hollowed at a temperature of 25 ° C. with 0.5 atm pressure. After the injection into the desert, the volume of air transmitted to the outside through the cross section of the hollow fiber membrane was measured.

(2) 순수투과도(2) Pure Permeability

폴리올레핀 계열의 고분자는 표면특성이 소수성이므로 수투과 실험을 수행하기 이전에 표면 및 내부를 계면활성제를 이용하여 친수화시켜야 하는데, 이때 측정을 위한 중공사막 미니모듈은 기체투과시 사용했던 모듈과 같은 방법으로 제작한다. 계면활성제는 20부피%의 트윈(Tween) 80(알드리치(Aldrich)사 제품) 수용액을 사용하였다. 공급압력을 1 kgf/㎠ 로 유지시키고 역압 조절기(back pressure regulator)를 개방시킨 상태에서 크로스플로우(cross flow) 여과 방식을 적용하여 공급물 측으로 계면활성제를 15 분간 공급한 후 역압 조절기를 완전히 잠그고 데드-엔드(dead-end) 여과 방식으로 투과시키면서 압력이 서서히 감소하다가 더 이상 떨어지지 않고 일정하게 유지되는 시점에서 계면활성제의 공급을 중단하였다. 표면 및 내부를 물로 치환시키기 위하여 역압 조절기를 개방시킨 상태에서 크로스플로우 여과 방식을 적용하여 5분간 증류수를 공급한 다음, 역압 조절기를 완전히 잠근 후 10분 이상 계속적으로 공급물 용액을 투과시키며 압력이 안정화 될 때까지 기다린 후, 압력이 안정화되고나서 10 분 동안 채취한 투과수의 부피를 측정하였다.Since the polyolefin-based polymer has a hydrophobic surface property, the surface and the inside of the polymer should be hydrophilized using a surfactant before performing the water permeation experiment. Produced by As the surfactant, an aqueous solution of 20% by volume of Tween 80 (Aldrich) was used. With the supply pressure maintained at 1 kgf / ㎠ and the back pressure regulator open, crossflow filtration was used to supply the surfactant to the feed for 15 minutes, then the back pressure regulator was completely closed and dead The supply of the surfactant was stopped when the pressure gradually decreased while permeating through a dead-end filtration method and remained constant without any further drop. Distilled water was supplied for 5 minutes by applying crossflow filtration with the back pressure regulator open to replace the surface and the inside with water.Then, the back pressure regulator was completely shut off, and the feed solution was continuously permeated for at least 10 minutes and the pressure was stabilized. After waiting until the pressure was stabilized, the volume of permeate collected for 10 minutes was measured.

(3) 인장강도(3) tensile strength

중공사막의 인장강도를 측정하기 위하여 인스트론(INSTRON)을 사용하였다. 측정을 위한 중공사막의 길이는 100 mm로 하였고 테스트속도는 50 mm/min으로 실험하였다.Instron (INSTRON) was used to measure the tensile strength of the hollow fiber membrane. The hollow fiber membrane for measurement was 100 mm in length and the test speed was 50 mm / min.

(4) 기공크기(4) pore size

중공사막 기공 크기를 측정하기 위해, 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 15,000배 확대한 표면의 이미지를 얻은 후 이미지 분석기(image analyzer)를 이용하여 임의로 50개의 기공을 선별한 후 장축 및 단축의 평균길이를 측정하였다.In order to measure the pore size of the hollow fiber membrane, an image of a surface magnified 15,000 times using a scanning electron microscope (SEM) was obtained, and then 50 pores were arbitrarily selected using an image analyzer, and then the average of long and short axes was obtained. The length was measured.

(5) 입자 제거능(5) particle removal ability

에멀젼 중합법에 의하여 제조된 평균 0.1 내지 0.62㎛의 크기를 갖는 폴리스티렌 입자를 혼합하여 0.1 wt% 수용액을 제조한 후 중공사막의 외부로부터 내부로 여과하여 걸러진 투과수의 폴리스티렌 입도분포를 측정하였다.Polystyrene particles having an average size of 0.1 to 0.62 μm prepared by the emulsion polymerization method were mixed to prepare a 0.1 wt% aqueous solution, and then filtered from the outside of the hollow fiber membrane to the inside to measure the polystyrene particle size distribution of the filtered permeate.

비교예 1Comparative Example 1

이중 슬릿 형태를 갖는 노즐을 이용하여 내부 노즐에 질소를 주입하면서 고밀도 폴리에틸렌 (MI = 0.35 g/10분)을 180℃에서 용융방사하였다. 방사된 중공사를 공기를 이용하여 냉각한 후 권취 롤러에 감았으며, 냉각시 주입된 공기의 조건은 온도 40℃, 주입속도 2 m/초를 유지시키며 중공사가 방사되는 방향과 병류로 주입하였다. 미연신사는 120℃의 온도에서 24시간 동안 아닐링 공정을 거쳤다. 아닐링 공정을 거친 미연신사는 110 %/초의 변형율로 처음 길이의 50%의 냉연신 공정을 거쳤다. 이후 110℃의 가열쳄버 내에서 5 %/초의 변형율로 냉연신된 사 길이의600%의 열연신 공정을 추가적으로 가함으로써 총연신비는 950%가 되도록 하였으며, 115℃에서 10분간 열고정하였다.High density polyethylene (MI = 0.35 g / 10 min) was melt spun at 180 ° C. while nitrogen was injected into the internal nozzle using a double slit nozzle. The spinning hollow fiber was cooled with air and then wound on a winding roller. The injected air was maintained at a temperature of 40 ° C. and an injection speed of 2 m / sec, and injected in parallel with the direction in which the hollow yarns were radiated. The undrawn yarn was subjected to an annealing process for 24 hours at a temperature of 120 ° C. The undrawn yarn, which has undergone an annealing process, has undergone a cold drawing process of 50% of its initial length at a strain rate of 110% / second. After the addition of a hot stretching process of 600% of the length of the cold-drawn yarn at a strain rate of 5% / second in a heating chamber at 110 ℃ to achieve a total draw ratio of 950%, it was heat set at 115 ℃ 10 minutes.

최종 수득된 중공사막의 물성을 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었고 외부표면의 사진을 도 2a, 내부표면의 사진을 도 2b에 각각 나타내었다. 외부표면과 내부표면의 기공크기가 거의 같은 대칭성 구조를 나타내었다.The physical properties of the finally obtained hollow fiber membranes were measured, and the results are shown in Table 1, and the photographs of the outer surface are shown in FIG. 2A and the photographs of the inner surface in FIG. 2B, respectively. The pore sizes of the outer and inner surfaces are almost the same.

비교예 2Comparative Example 2

방사된 원사의 냉각을 위해 사용된 공기를 온도 20℃, 공급 속도 2 m/초로 유지하며 병류로 주입한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 수행하였으며, 최종 수득된 중공사막의 물성을 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었고 외부표면의 사진을 도 3a, 내부표면의 사진을 도 3b에 각각 나타내었다.The air used for cooling the spun yarn was maintained in the same manner as in Comparative Example 1 except that air was maintained at a temperature of 20 ° C. and a feed rate of 2 m / sec, and injected in a co-current manner. The results are shown in Table 1, and the photograph of the outer surface is shown in FIG. 3A and the photograph of the inner surface in FIG. 3B, respectively.

같은 공기를 사용하고 온도만 낮춘 조건하에서는 비교예 1과 거의 비슷한 양상을 보였다.Under the condition of using the same air and only lowering the temperature, it showed a similar pattern to Comparative Example 1.

실시예 1Example 1

방사된 원사의 냉각을 위해 공기 대신, 대기온도 20℃를 유지하면서 프레온 액을 2 m/초의 속도를 유지하며 병류로 분사하는 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 수행하였으며, 최종 수득된 중공사막의 물성을 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었고 외부표면의 사진을 도 4a, 내부표면의 사진을 도 4b에 각각 나타내었다.Instead of air for cooling the spun yarn, the same procedure as in Comparative Example 1 was carried out except that the Freon liquid was sprayed in a cocurrent flow at a rate of 2 m / sec while maintaining an air temperature of 20 ° C. The physical properties of and the results are shown in Table 1, and the photograph of the outer surface is shown in Figure 4a and the photograph of the inner surface in Figure 4b, respectively.

도 4a 및 4b에서 보는 바와 같이 내부 기공크기는 거의 변화가 없고 외부 기공크기는 오히려 감소하였지만 다공도가 증가함으로써 공기투과량과 순수투과량은 감소없이 그대로 유지되는 경향을 나타내었다.As shown in FIGS. 4A and 4B, the internal pore size was almost unchanged and the external pore size was decreased, but the porosity increased and the air permeability and pure permeability remained unchanged.

실시예 2Example 2

방사된 원사의 냉각을 위해 공기 대신, 대기온도 20℃를 유지하면서 아세톤을 2 m/초의 속도를 유지하며 병류로 분사하는 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 수행하였으며, 최종 수득된 중공사막 물성을 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다. 기공 크기 면에서는 실시예 1과 거의 비슷한 결과를 얻었으나 외부표면의 다공도가 떨어져서 공기투과량과 순수투과량은 프레온을 사용한 경우 보다는 다소 감소하였다.Instead of air for cooling the spun yarn, it was carried out in the same manner as in Comparative Example 1 except that acetone was sprayed in a cocurrent flow at a rate of 2 m / sec while maintaining an air temperature of 20 ° C., and finally obtained hollow fiber membrane properties Was measured and the results are shown in Table 1. In terms of pore size, the results were almost similar to those of Example 1, but the air permeability and the net permeability were slightly decreased compared to those using Freon due to the poor porosity of the outer surface.

실시예 3Example 3

방사된 원사의 냉각을 위해 공기 대신, 대기온도 20℃를 유지하면서 메탄올을 2 m/초의 속도를 유지하며 병류로 분사하는 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 수행하였으며, 최종 수득된 중공사막의 물성을 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다. 기공 크기 면에서는 실시예 1과 거의 비슷한 결과를 얻었으나 역시 외부표면의 다공도가 떨어져서 공기투과량과 순수투과량은 프레온을 사용한 경우보다 다소 감소하였다.The cooling was performed in the same manner as in Comparative Example 1, except that methanol was sprayed in a cocurrent flow at a rate of 2 m / sec while maintaining an air temperature of 20 ° C. instead of air to cool the spun yarn. Physical properties were measured and the results are shown in Table 1. In terms of pore size, the results were almost similar to those of Example 1, but the porosity of the outer surface was also lowered, so that the air permeability and the net permeability were slightly decreased than those of Freon.

비교예 3Comparative Example 3

방사된 원사의 냉각을 위해 사용된 공기를 40℃, 2 m/초의 속도를 유지하며 향류로 주입하는 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 수행하였으며, 최종 수득된 중공사막의 물성을 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었고 외부표면의 사진을 도 5a, 내부표면의 사진을 도 5b에 각각 나타내었다.Except for injecting air used for cooling the spun yarn at 40 ° C., 2 m / sec in countercurrent, the same procedure as in Comparative Example 1 was carried out, and the physical properties of the finally obtained hollow fiber membrane were measured. The results are shown in Table 1, and the photograph of the outer surface is shown in FIG. 5A and the photograph of the inner surface in FIG. 5B, respectively.

기공구조가 비대칭성을 나타내기는 하지만 외부표면의 다공도가 감소하여 실시예 1의 결과에 비해 공기투과량 및 수투과량이 감소하는 결과를 나타내었다.Although the pore structure shows asymmetry, the porosity of the outer surface was reduced, resulting in a decrease in air permeation and water permeation compared to the results of Example 1.

비교예 4Comparative Example 4

방사된 원사의 냉각을 위해 사용된 공기를 온도 20℃, 2 m/초의 속도를 유지하며 향류로 주입하는 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 수행하였으며 최종 수득된 중공사막의 물성을 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었고 외부표면의 사진을 도 6a, 내부표면의 사진을 도 6b에 각각 나타내었다.Except for injecting air used for cooling the spun yarn at a temperature of 20 ℃, 2 m / sec in a countercurrent flow was carried out in the same manner as in Comparative Example 1 was measured by measuring the physical properties of the final hollow fiber membrane The results are shown in Table 1, and the photograph of the outer surface is shown in FIG. 6A and the photograph of the inner surface in FIG. 6B, respectively.

역시 기공구조가 비대칭성을 나타내기는 하지만 외부표면의 다공도가 감소하여 실시예 1의 결과에 비해 공기투과량 및 수투과량이 감소하는 결과를 나타내었다.In addition, although the pore structure exhibits asymmetry, the porosity of the outer surface is reduced, resulting in a decrease in air permeation and water permeation compared to the results of Example 1.

비교예 5Comparative Example 5

방사된 원사의 냉각을 위해 대기온도 20℃에서 프레온 액을 5 m/초의 속도를 유지하며 향류로 분사하는 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 수행하였으며 최종 수득된 중공사막의 물성을 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었고 외부표면의사진을 도 7a, 내부표면의 사진을 도 7b에 각각 나타내었다.The cooling was carried out in the same manner as in Comparative Example 1 except for spraying the freon liquid at a constant temperature of 5 m / sec at 20 ° C. to cool the spun yarn, and measured the physical properties of the final hollow fiber membrane. The results are shown in Table 1, and the photograph of the outer surface is shown in FIG. 7A and the photograph of the inner surface in FIG. 7B, respectively.

전자현미경으로 관찰가능한 범위 내에서 외부표면의 기공이 거의 발견되지 않았고 공기 투과량과 순수 투과량도 현저하게 감소하는 경향을 나타내었다.The pores of the outer surface were hardly found within the range that can be observed by the electron microscope, and the air permeability and the pure water permeability tended to decrease significantly.

물성Properties 외경(㎛)Outer Diameter (㎛) 벽두께(㎛)Wall thickness (㎛) 공기투과량(ℓ/㎡hr0.5 bar)Air permeation amount (ℓ / ㎡hr0.5 bar) 순수투과량(ℓ/㎡hrbar)Pure permeation amount (ℓ / ㎡hrbar) 인장강도(g f /fil.)Tensile Strength (g f / fil.) 평균외부기공지름(㎛,단축/장축)Average external pore diameter (㎛, short axis / long axis) 평균내부기공지름(㎛,단축/장축)Average internal pore diameter (㎛, short axis / long axis) 입자제거능(particle cut-off)(㎛)Particle cut-off (㎛) 비교예1Comparative Example 1 600600 110110 185×104 185 × 10 4 14,00014,000 1,0001,000 0.75/3.80.75 / 3.8 0.8/3.50.8 / 3.5 > 0.6> 0.6 비교예2Comparative Example 2 600600 110110 185×104 185 × 10 4 14,00014,000 1,1001,100 0.7/3.50.7 / 3.5 0.8/3.70.8 / 3.7 0.580.58 실시예1Example 1 610610 115115 185×104 185 × 10 4 14,00014,000 1,3001,300 0.4/1.50.4 / 1.5 0.8/4.20.8 / 4.2 0.370.37 실시예2Example 2 610610 115115 165×104 165 × 10 4 13,00013,000 1,3501,350 0.42/1.70.42 / 1.7 0.8/4.00.8 / 4.0 0.390.39 실시예3Example 3 610610 115115 150×104 150 × 10 4 12,50012,500 1,3501,350 0.45/1.80.45 / 1.8 0.8/4.00.8 / 4.0 0.390.39 비교예3Comparative Example 3 620620 117117 80×104 80 × 10 4 9,0009,000 1,3001,300 0.2/2.50.2 / 2.5 0.4/3.40.4 / 3.4 0.170.17 비교예4Comparative Example 4 620620 117117 75×104 75 × 10 4 8,5008,500 1,3001,300 0.1/1.50.1 / 1.5 0.4/3.40.4 / 3.4 0.130.13 비교예5Comparative Example 5 625625 122122 50×102 50 × 10 2 5050 1,5001,500 -- 0.4/3.40.4 / 3.4 < 0.1<0.1

본 발명에 따라, 방사된 폴리에틸렌 중공사의 외부 표면을 냉각 매체로서 액상 프레온과 같은 저비점 용매를 사용하여 냉각한 후 아닐링, 냉연신, 열연신 및 열고정시키는 방법은, 인장강도가 매우 높고 다공도가 우수할 뿐 아니라 내부와 외부표면의 기공크기가 다른 비대칭성 폴리에틸렌 중공사막을 제공할 수 있으며, 이러한 비대칭성 폴리에틸렌 중공사막은, 공기버블에 의한 진동이 매우 큰 침지형 분리막 시스템에 효과적으로 적용될 수 있으며 제거효율과 분리막의 내구성이 요구되는 정수처리 분야에도 적용이 가능하다.According to the present invention, the method of cooling the outer surface of the spun polyethylene hollow yarn using a low boiling point solvent such as liquid freon as a cooling medium, followed by annealing, cold drawing, hot drawing and heat setting has very high tensile strength and porosity. In addition to providing excellent asymmetric polyethylene hollow fiber membranes with different internal and external pore sizes, these asymmetric polyethylene hollow fiber membranes can be effectively applied to immersion type membrane systems with high vibration due to air bubbles and removal efficiency. It is also applicable to the field of water treatment where the durability of the membrane is required.

Claims (12)

이중 노즐을 가진 방사구금을 통해 폴리에틸렌을 방사하고 방사된 폴리에틸렌 중공사를 냉각시킨 후 아닐링, 냉연신, 열연신 및 열고정하여 폴리에틸렌 중공사막을 제조하는 방법에 있어서, 냉각 단계에서, 방사된 폴리에틸렌 중공사의 내부 표면에는 질소가스를 공급하고, 방사된 폴리에틸렌 중공사의 외부 표면에는 냉각 매체로서 비점 30 내지 80℃ 범위의 용매를 병류로 분사하여 중공사의 외부와 내부 표면의 결정화 속도를 다르게 하는 것을 특징으로 하는, 비대칭성 폴리에틸렌 중공사막의 제조방법.A method of producing polyethylene hollow fiber membranes by spinning polyethylene through a spinneret having a double nozzle and cooling the spun polyethylene hollow fiber and then annealing, cold stretching, hot stretching and heat setting, in the cooling step, the spun polyethylene hollow Nitrogen gas is supplied to the inner surface of the yarn, and a solvent having a boiling point of 30 to 80 ° C is co-flowed on the outer surface of the spun polyethylene hollow yarn as a cooling medium to vary the crystallization rate of the outer and inner surfaces of the hollow yarn. , Method for producing asymmetric polyethylene hollow fiber membrane. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 폴리에틸렌이 용융지수(MI)가 0.1 내지 5.5 g/10분 범위의 것임을 특징으로 하는 방법.Wherein the polyethylene has a melt index (MI) in the range of 0.1 to 5.5 g / 10 minutes. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 방사시 노즐의 온도가 170℃ 내지 220℃ 범위임을 특징으로 하는 방법.And the temperature of the nozzle during spinning is in the range of 170 ° C to 220 ° C. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 방사시 중공사의 드래프트비(draft ratio)가 100 내지 800 범위인 것을 특징으로 하는 방법.The draft ratio of the hollow fiber during spinning is in the range of 100 to 800. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 냉각매체로서 메탄올, 에탄올, 아세톤, 메틸에틸케톤, 에틸포르메이트, 사염화탄소 및 프레온 중에서 선택된 용매를 사용함을 특징으로 하는 방법.And a solvent selected from methanol, ethanol, acetone, methyl ethyl ketone, ethyl formate, carbon tetrachloride and freon as the cooling medium. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 냉각매체가 0.5 내지 3 m/초의 속도로 공급됨을 특징으로 하는 방법Method characterized in that the cooling medium is supplied at a speed of 0.5 to 3 m / second 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 질소가스의 온도가 170℃ 내지 220℃ 범위이고 0.1 내지 0.3m/초의 속도로 공급됨을 특징으로 하는 방법.Characterized in that the temperature of the nitrogen gas ranges from 170 ° C. to 220 ° C. and is supplied at a rate of 0.1 to 0.3 m / sec. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 아닐링이, 80℃ 내지 130℃의 열풍건조기 내에서 6 시간 내지 24시간 동안 수행됨을 특징으로 하는 방법.Annealing is carried out in a hot air dryer at 80 ° C. to 130 ° C. for 6 to 24 hours. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 냉연신이, 상온 내지 40℃ 범위의 온도에서, 냉연신비 5 내지 100% 범위, 변형율(deformation rate) 50 내지 200%/초 범위로 수행됨을 특징으로 하는 방법.Cold drawing is carried out at a temperature ranging from room temperature to 40 ° C., cold drawing ratio in the range of 5 to 100%, deformation rate in the range of 50 to 200% / second. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 열연신이, 80℃ 내지 130℃ 범위의 온도에서, 열연신비 300 내지 1,000% 범위, 변형율 1 내지 10 %/초 범위로 수행됨을 특징으로 하는 방법.And wherein the hot drawing is carried out at a temperature in the range of 80 ° C. to 130 ° C., at a hot draw ratio of 300 to 1,000%, and a strain of 1 to 10% / second. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 열고정이, 110℃ 내지 130℃ 범위의 온도에서 0.5 내지 30분 동안 수행됨을 특징으로 하는 방법.Heat-setting is carried out for 0.5 to 30 minutes at a temperature in the range from 110 ℃ to 130 ℃. 제 1 항 내지 제 11항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제조된, 비대칭성 폴리에틸렌 중공사막.An asymmetric polyethylene hollow fiber membrane prepared according to the method of any one of claims 1 to 11.
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