KR20050094966A - 브레이드 보강 복합중공사막 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 브레이드 보강 복합중공사막에 관한것으로서, 브레이드 보강재 및 브레이드 보강재의 표면에 피복된 고분자수지 박막으로 구성되며, 외표면의 제타전위가 -60㎷ 내지 20㎷인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제조방법은 고분자수지, 유기용매 및 친수성 화합물을 포함하는 첨가제로 조성된 고분자수지 박막 제조용 방사도프를 2중관형노즐에 공급함과 동시에 브레이드 보강재를 상기 2중관형노즐의 중앙 중공부로 통과시켜 브레이드 외표면에 방사도프를 피복한 후 이를 응고, 건조 및 권취하여 브레이드 보강 복합중공사막을 제조함에 있어서, 친수성 화합물로서 분자량이 50,000 내지 90,000인 비닐피롤리돈계 수지 또는 이를 포함하는 혼합물을 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 브레이드 보강 중공사막은 외표면의 친수성이 크게 향상되어 막 표면의 오염이 적어 투과능 저하폭이 작으며, 유지 보전 비용도 절감된다.
Description
본 발명은 브레이드에 의하여 보강된 복합중공사막 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
최근 고분자분리막은 정수 및 수처리분야에서 진보를 거듭하여 환경보존을 목적으로 하는 다양한 분리막 시스템이 개발되고 있다. 일반적으로 분리막(Membrane)에 있어서 기본이 되는 2가지 요소는 투과능 및 분리능이다. 하지만 정수 및 수처리분야에서는 분리막 시스템의 신뢰도를 확보하거나, 보다 다양하며 가혹한 운전조건에 대응하기 위하여 우수한 기계적강도가 추가로 필요한 것이 현실이다.
이와 같은 요구에 부응하고자 미국특허 제 3,644,139호, 미국특허 제 4,061,821호 및 미국특허 제 5,472,602호 등에서는 다공성 표층(表層)과 우수한 기계적강도를 가지는 지지층을 가지는 복합중공사막을 제안하고 있다.
이들 종래 기술은 기계적강도가 상대적으로 우수한 지지층(보강재)과 선택투과성을 가지나 기계적강도가 상대적으로 열등한 표층(박막)을 효율적으로 결합시키는 방법을 제공한다.
여기서 표층(박막)의 성능은 복합막 전체의 성능, 더 나아가서는 분리막 시스템의 성능을 좌우한다. 즉 표층(박막)을 투과한 여과수는 상대적으로 큰 공극을 가지는 브레이드의 지지층(보강재)을 거의 저항없이 투과한다. 특히 표층(박막) 표면(최상부)의 특성은 더욱 중요하다. 항시 물과 접촉하는 표층(박막) 표면의 오염(Fouling)은 투과능의 저하를 야기하며, 주기적인 분리막 시스템의 유지관리가 필요한 원인의 한가지이다.
본 발명은 상기의 종래 문제점을 해소 할 수 있도록 소수성 물질에 의한 분리막 표면의 오염이 적고, 분리막 시스템의 유지 관리가 간편한 브레이드 보강 복합중공사막과 그의 제조방법을 제공하고자 한다.
이와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 브레이드 보강 복합중공사막은, 브레이드 보강재 및 브레이드 보강재의 표면에 피복된 고분자수지 박막으로 구성되며, 외표면의 제타전위가 -60㎷ 내지 20㎷인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제조방법은, 고분자수지, 유기용매 및 친수성 화합물을 포함하는 첨가제로 조성된 고분자수지 박막 제조용 방사도프를 2중관형노즐에 공급함과 동시에 브레이드 보강재를 상기 2중관형노즐의 중앙 중공부로 통과시켜 브레이드 외표면에 방사도프를 피복한 후 이를 응고, 건조 및 권취하여 브레이드 보강 복합중공사막을 제조함에 있어서, 친수성 화합물로서 분자량이 50,000 내지 90,000인 비닐피롤리돈계 수지 또는 이를 포함하는 혼합물을 사용하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 브레이드 보강 복합중공사막은 브레이드 보강재와 상기 보강재의 외표면에 피복되어 있으며 친수성 표면을 갖는 고분자수지 박막으로 구성된다.
기계적강도 및 수투과성능의 면에서 상기 고분자수지 박막의 두께는 0.2mm 이하인 것이 바람직하고, 고분자수지 박막이 브레이드 보강재 내부에 침투하는 깊이는 보강재 두께의 30%미만인 것이 바람직하다.
고분자수지 박막은, 고분자수지, 유기용매 및 첨가제인 친수성화합물로 구성되는 방사도프를 사용하여 제조된다.
본 발명의 브레이드 보강 복합중공사막은 통상의 2중관형노즐의 중앙 중공부에 브레이드를 통과시키면서 방사도프공급구에는 고분자수지 박막용의 방사도프를 공급하여 이를 브레이드의 외표면에 피복한 후, 이를 일단 공기중에서 80중량% 이상의 비용매를 함유하는 외부응고욕을 향하여 수직하방으로 토출하여 응고 한 후, 응고된 브레이드보강 복합중공사막을 수세, 열풍건조 및 권취하여 제조된다.
상기 고분자수지로서는 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 설폰화 폴리설폰, 폴리비닐리덴플루오리드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리이미드, 폴리아미드이미드 또는 폴리에스터이미드 등을 단독 혹은 2종 이상을 혼합하여 사용하는 것이 가능하다.
유기용매로서는 N, N'-디메틸포름아미드, N, N'-디메틸아세트아미드 혹은 N-메틸-2-피롤리돈 등을 단독 또는 2종이상을 혼합하여 사용하는 것이 가능하다.
친수성화합물(첨가제)로서는 분자량이 50,000 내지 90,000인 비닐피롤리돈계 수지 또는 이를 포함하는 혼합물을 사용한다.
상기 비닐피롤리돈계 수지를 포함하는 혼합물로는 물과 상기 비닐피롤리돈계 수지의 혼합물이나 글리콜류 화합물과 상기 비닐피롤리돈계 수지의 혼합물 등을 사용할 수 있다.
비닐피롤리돈계 폴리머로는 고분자수지 박막의 표층에 집중적으로 잔존할 수 있도록 분자량이 50,000 ~ 90,000인 것을 사용한다. 그 분자량이 50,000미만이면 수세과정에서 막외부로 전량 씻겨나가 박막표면의 친수화에 기여할 수 없으며, 분자량이 90,000을 초과하면 박막 표면 뿐만 아니라 박막 전체에 고루 분포하게 되므로 원하는 친수화 효과를 얻기 위해서는 과량의 비닐피롤리돈계 폴리머를 사용해야 하고, 수세공정의 단수를 늘려야 하는 등 추가적인 운전비용이 소요되는 문제가 발생한다. 비닐피롤리돈계 폴리머로는 폴리비닐피롤리돈 등을 사용하는 것이 바람직하다.
방사도프내 폴리설폰계 수지의 함랑은 15 ~ 35중량%, 비닐피롤리돈계 폴리머의 함량은 10 ~ 25중량%로 하는 것이 좋다. 방사도프가 상기 조건들을 벗어나게 조제되는 경우는 복합중공사막의 제조공정성이 나빠지거나 본 발명에서 제공하고자 하는 표층의 친수성을 얻을 수 없게 될수도 있다.
본 발명은 앞에서 설명한 바와 같이 브레이드 보강재의 외표면에 친수성 고분자수지 박막을 형성시켜 분리능을 결정하는 치밀층의 막구조 및 투과능을 그대로 유지하면서 막시스템의 내구성을 현저하게 증대한 복합중공사막에 관한 것이다.
본 발명의 복합중공사막을 구성하는 친수성 고분자수지 박막의 표면 제타전위는 -60㎷ ~ 20㎷ 이다.
본 발명의 브레이드보강 복합중공사막은 기존의 제품에 비하여 표층(박막)의 친수성이 비약적으로 향상되어 복합막의 오염에 따른 투과능의 저하폭이 작으며, 유지보전 비용이 절감되는 등 기존 분리막에 비해 분리공정의 효율이 증대된다.
본 발명에 있어서 브레이드복합 중공사막의 각종 성능은 아래와 같은 방법으로 측정하였다.
ㆍ수투과성 측정
복합중공사막의 길이가 25 내지 30cm인 침지형 모듈을 제작하여 25℃에서 100㎜Hg의 흡인압으로 증류수를 외압식으로 일정시간 투과시켜 그 용적을 측정하였다.
ㆍ헤모시아닌 배제율 측정
약100ppm의 헤모시아닌(분자량: 200만)을 완충용액에 용해한 후 이를 전술한 방법으로 제작한 침지형 모듈에 외압식으로 투과시킨 후, 복합막을 투과한 투과수와 원액의 농도를 UV-160A(Shimadzu 회사 제품)를 이용하여 측정하여 헤모시아닌의 배제율을 식(1)에 의하여 산출하였다.
헤모시아닌 배제율(%) = [(원액의 농도 - 투과수의 농도)/원액의 농도] × 100 (1)
ㆍ기계적성질 측정
인장시험기(Instron 회사 제품)를 사용하여 복합막의 인장강도 및 신도를 측정하였다. 시료장은 100㎜, 인장속도는 3㎝/분으로 설정하여 상온에서 행하였다.
ㆍ외표면 제타전위 측정
길이 3cm의 복합중공사막 17본을 간격없이 나란히 늘어놓은 상태에서 양면테입으로 편평한 판(Plate) 위에 고정하고, 측정기기로 평판 시료용셀을 장착한 레이저 제타전위계(ELS-8000, 오오츠카 전자회사 제품)를 사용하고, 측정용 용매로 1mM 염화나트륨 수용액을 사용하여 외표면 제타전위를 측정하였다.
ㆍ복합중공사막의 내구성 시험
복합중공사막을 시험용모듈(P1010, 주식회사 코오롱 제품)에 설치한 후 공급수의 SS 0.5, 운전압력 0.4kgf/㎠의 조건으로 폭기하에서 지속적으로 운전하면서 순간처리량(L/min)이 초기처리량의 90%에 도달하는 누적처리량(ton)을 구하였다.
이하 실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 살펴본다. 그러나 본 발명이 아래 실시예에만 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
폴리설폰 수지(S6010, BASF) 17중량%와 폴리비닐피롤리돈(분자량 90,000) 15중량%를 디메틸아세트아미드 68중량%에 투입한 후 교반, 용해시켜 투명한 방사도프를 제조한다. 전술한 방사도프를 2중관형노즐에 흘려넣음과 동시에 외경 2㎜의 브레이드를 전술한 노즐의 심액공급구에 통과시켜 브레이드의 외표면에 폴리설폰수지 박막을 피복하여 복합중공사막을 제조 하였다. 이때 방사도프의 공급속도 및 브레이드의 진행속도를 적절히 조절하여 폴리설폰수지 박막의 두께를 0.15㎜로 제조하였다.
상기와 같이 제조된 복합중공사막을 100㎝의 길이로 절단하여 침지형 모듈을 제조하였다.
제조한 복합중공사막 및 침지형 모듈의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같다.
실시예 2
실시예 1에 있어서 폴리설폰 수지(S6010, BASF) 17중량%를 폴리에테르설폰 수지(E6020P, BASF) 17중량%로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 복합중공사막 및 침지형 모듈을 제조하였다.
제조한 복합중공사막 및 침지형 모듈의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같다.
비교실시예 1
실시예 1에 있어서 분자량 90,000의 폴리비닐피롤리돈을 분자량 40,000의 폴리비닐피롤리돈으로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 복합중공사막 및 침지형 모듈을 제조하였다.
제조한 복합중공사막 및 침지형 모듈의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같다.
비교실시예 2
실시예 1에 있어서 분자량 90,000의 폴리비닐피롤리돈을 분자량 120,000의 폴리비닐피롤리돈으로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 복합중공사막 및 침지형 모듈을 제조하였다.
제조한 복합중공사막 및 침지형 모듈의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같다.
< 표 1 > 물성측정결과
| 구분 | 실시예 1 | 실시예 2 | 비교실시예 1 | 비교실시예 2 | |
| 복합중공사막 물성 | 제타전위(mV) | -5.6 | -7.0 | 32 | -69 |
| 인장강도(gf/1가닥) | 39 | 45 | 38 | 35 | |
| 인장신도(%) | 70 | 85 | 75 | 70 | |
| 내구성(ton) | 200 | 270 | 40 | 90 | |
| 침지형 모듈 물성 | 수투과성(LMH) | 160 | 190 | 80 | 150 |
| 헤모시아닌 베제율(%, 초기) | 92 | 91 | 90 | 91 | |
본 발명은 브레이드 보강 복합중공사막은 기존의 제품에 비하여 외표면의 친수성이 비약적으로 향상되어 소수성 물질에 의한 막표면의 오염에 따른 투과능의 저하폭이 작으며, 유지 보전 비용이 절감된다.
Claims (6)
- 브레이드 보강재 및 브레이드 보강재의 표면에 피복된 고분자수지 박막으로 구성되며, 외표면의 제타전위가 -60㎷ 내지 20㎷인 것을 특징으로 하는 브레이드 보강 복합중공사막.
- 1항에 있어서, 복합중공사막의 외표면에 분자량이 50,000 내지 90,000인 비닐피롤리돈계 수지가 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 브레이드 보강 복합중공사막.
- 1항에 있어서, 고분자수지 박막의 두께가 0.2㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 브레이드 보강 복합중공사막.
- 1항에 있어서, 고분자수지 박막이 브레이드 보강재 내로 침투하는 깊이가 브레이드 보강제 두께의 30% 미만인 것을 특징으로 하는 브레이드 보강 복합중공사막.
- 고분자수지, 유기용매 및 친수성 화합물을 포함하는 첨가제로 조성된 고분자수지 박막 제조용 방사도프를 2중관형노즐에 공급함과 동시에 브레이드 보강재를 상기 2중관형노즐의 중앙 중공부로 통과시켜 브레이드 외표면에 방사도프를 피복한 후 이를 응고, 건조 및 권취하여 브레이드 보강 복합중공사막을 제조함에 있어서, 친수성 화합물로서 분자량이 50,000 내지 90,000인 비닐피롤리돈계 수지 또는 이를 포함하는 혼합물을 사용하는 것을 특징으로 하는 브레이드 보강 복합중공사막의 제조방법.
- 5항에 있어서, 비닐피롤리돈계 수지를 포함하는 혼합물이 물과 비닐피롤리돈계 수지의 혼합물 또는 글리콜류 화합물과 비닐피롤리돈계 수지의 혼합물인 것을 특징으로 하는 브레이드 보강 복합중공사막의 제조방법.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020040019861A KR20050094966A (ko) | 2004-03-24 | 2004-03-24 | 브레이드 보강 복합중공사막 및 그의 제조방법 |
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ID=37275537
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| KR (1) | KR20050094966A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116238174A (zh) * | 2023-02-27 | 2023-06-09 | 海卓迈博(苏州)新材料有限公司 | 一种连续化制备碱性电解水复合膜的方法 |
-
2004
- 2004-03-24 KR KR1020040019861A patent/KR20050094966A/ko not_active Application Discontinuation
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