KR20080078935A - 편물로 보강된 중공사막 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 편물로 보강된 중공사막 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 고분자 수지 박막 제조용 방사도프를 관형노즐을 통해 공기 중으로 토출함과 동시에 보강재인 관형편물을 상기 노즐 중앙부로 통과시켜 상기 관형편물 상에 방사도프를 코팅한 후 외부응고액에서 응고시켜 편물로 보강된 중공사막을 제조할 때 공기 중으로 토출되지 않은 관형노즐내 방사도프의 온도와 공기 중으로 토출된 응고조내 방사도프의 온도 차이가 5~50℃가 되도록 조절하여 이들의 점도 차이가 500~30,000센티포아즈(CPS)가 되도록 조절함을 특징으로 한다.

복합, 보강재, 중공사막, 코팅, 균일, 압력, 브레이드

Description

편물로 보강된 중공사막 및 그의 제조방법{Braid-reinforced hollow fiber membrane and method of manufacturing the same}

본 발명은 보강재인 관형편물 상에 고분자 수지 박막이 균일하게 코팅되어 압력에 대한 내구성이 우수하고 막 손상에 의한 시스템 신뢰도가 높은 편물로 보강된 중공사막 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

고분자 분리막은 최근 들어 그 기술의 진보에 따라 기존 응용분야는 물론 다양한 분야로의 적용이 확대되고 있다. 특히 환경의 중요성과 함께 수처리 분야에서 그 수요가 증가되고 있다. 모든 응용분야에서 분리막은 선택도 및 수투과도 이외에도 항상 기계적 강도가 중요한 인자로 부각되는데, 특히 수처리 분야에서는 높은 투과성능과 함께 분리막 시스템의 신뢰도 측면에서 우수한 기계적 강도가 필수적으로 요구되어 진다.

중공사 형태의 막은 설치면적당 처리량이 높아 수처리에 적합한 반면 다공성이라는 막 구조상의 특징으로 인해 항상 기계적 강도가 해결되어야 할 문제로 대두되어 왔다. 이에 분리막의 지지체로 기계적 강도가 우수한 직물이나 관형 편물 로 보강한 복합막을 제조하여 강도를 보완하고자 하였다.

이러한 복합막에 대한 개념 자체는 공지된 사실로 이에 대한 기술은 미국특허 제4,061,821호, 동 제3,644,139호, 동 제5,472,602호 등에 개시되어 있다.

이중, 관형 편물을 이용한 중공사형의 복합막에 관한 것이 하야노(Hayano) 등에 의해 미국특허 제4,061,821호에서 최초로 제시 되었다.

그러나 이 기술에서는 관형 편물을 코팅을 위한 지지체 개념으로 사용한 것이 아니고, 아크릴계 중공사막이 80℃ 이상에서 단독으로 사용될때 발생되는 수축현상에 의한 수투과도 감소를 보완하기 위해 관형 편물을 막 내부에 완전히 함침시킨 것을 특징으로 한다. 이러한 복합막은 지지체 위에 박막이 코팅된 경우에 비해 막 두께가 증가하고 함침된 편물이 유체흐름의 저항을 증대시켜 수투과도가 현저히 감소하는 현상이 발생된다.

한편, 미국특허 제5,472,607호에서는 앞선 기술과 달리, 보강재가 막내에 함침된 것이 아니라 기존 평막형 복합막의 코팅방식과 같이 보강재 표면에 박막으로 코팅되도록 하였다.

그러나, 상기 종래방식은 보강재에 코팅된 박막층의 두께가 균일하지 못해, 다시말해 코팅층의 균일도가 낮아 압력에 대한 내구성이 낮고 박막 손상에 의한 시스템 신뢰도 저하를 방지할 수 없는 문제점이 있었다.

복합 중공사막은 탁월한 기계적 강도로 인해, 수처리 분야에서 특히 침지형 모듈에 적합한데, 이러한 침지형 모듈에서는 폭기로 인한 막 사이에 발생하는 마찰 및 물리적 충격에 의해 막 표면 손상의 우려가 있으므로 특히 높은 여과신뢰도가 보장될 수 있도록 내층에 의한 여과가 요구된다.

본 발명은 편물의 지지체 상에 고분자 수지 박막이 균일하게 코팅되어 압력에 대한 내구성, 여과신뢰도 및 수투과 성능이 모두 우수한 중공사막을 제공한다.

본 발명은 편물로 보강된 중공사막의 제조시에 보강재인 관형편물 상에 고분자 수지 박막을 균일하게 코팅하는 방법을 제공한다.

이와 같은 과제를 달성하기 위해서, 본 발명은 고분자 수지 박막 제조용 방사도프를 관형노즐을 통해 공기 중으로 토출함과 동시에 보강재인 관형편물을 상기 노즐 중앙부로 통과시켜 상기 관형편물 상에 방사도프를 코팅한 후 외부응고액에서 응고시켜 편물로 보강된 중공사막을 제조할 때, 공기 중으로 토출되지 않은 관형노즐 내 방사도프의 온도와 공기 중으로 토출된 응고조내 방사도프의 온도 차이가 5~50℃가 되도록 조절하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명에서는 상기와 같이 공기 중으로 토출되지 않은 관형노즐 내 방사도프의 온도와 공기 중으로 토출된 응고조내 방사도프의 온도 차이가 5~50℃가 되도록 조절함으로써, 방사도프의 점도를 높이고 이에 따라 그 흐름성을 낮추어, 보강재인 관형편물 상에 상기 방사도프가 균일하게 코팅된다.

공기 중으로 토출되지 않은 관형노즐 내 방사도프 점도와 공기 중으로 토출된 응고조내 방사도프의 점도 차이는 50~30,000센티포아즈(CPS)인 것이 바람직하 다.

코팅 균일도 측면에서 상기의 온도차이와 점도차이가 각각 5~50℃와 50~30,000센티포아즈(CPS) 범위인 것이 바람직하다.

기계적 강도 및 수투과 성능을 모두 향상시키는 측면에서 분자 수지 박막의 두께는 0.2mm 이하이고, 고분자 수지 박막이 보강재내로 침투하는 거리는 보강재 두께의 30% 미만인 것이 바람직하다.

고분자 수지 박막은 고분자 수지, 유기용매, 첨가제인 폴리비닐피롤리돈과 친수성 화합물로 구성되는 방사도프로 제조될 수 있다.

이때 고분자 수지 박막용 방사도프는 고분자 수지, 첨가제인 폴리비닐피롤리돈 및 친수성 화합물을 유기용매에 용해하여 제조할 수 있다. 상기 방사도프는 고분자 수지 10~50중량%, 첨가제인 폴리비닐피롤리돈 및 친수성 화합물 9~30중량% 및 유기용매 20~89중량%로 구성되는 것이 바람직하지만, 본 발명은 방사도프의 구성을 특별하게 한정하는 것은 아니다.

상기 고분자 수지로는 폴리설폰 수지, 폴리에테르설폰 수지, 설폰화 폴리설폰 수지, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF) 수지 또는 폴리아크릴로니트릴(PAN) 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지 또는 폴리에스테르이미드 수지 등을 사용할 수 있으며, 유기용매로는 디메틸아세트아미드, 디메틸포름아미드 또는 이들의 혼합액을 사용할 수 있다.

친수성 화합물로는 물 또는 글리콜류 화합물, 더욱 바람직하게는 분자량 2,000 이하인 폴리에틸렌 글리콜을 사용할 수 있다.

본 발명에 따라 제조된 편물로 보강된 중공사막은 보강재인 관형편물에 코팅된 고분자 수지 박막의 최대 코팅두께 대비 최소 코팅두께의 비율이 80% 이상으로서, 코팅 균일도가 높다.

그로인해 압력에 대한 내구성이 우수하고 막 손상에 의한 시스템 신뢰도가 높아진다.

이하, 실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 살펴본다. 그러나 본 발명이 하기 실시예에만 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

폴리비닐리덴플루오라이드 14중량%, 폴리비닐피롤리돈 5중량%, 리튬클로라이드 6중량% 및 물 3중량%를 디메틸아세트아미드(유기용매) 72중량% 에 교반하에 용해하여 투명한 방사도프를 제조하였다. 다음으로 상기 방사도프를 직경이 2.38mmφ인 2중 관형노즐에 공급함과 동시에 섬도 0.4데니어인 모노필라멘트 205가닥으로 이루어진 82데니어의 멀티필라멘트 6본을 합사하여 준비한 제편용 원사 12본을 사용하여 외경이 2mm가 되도록 제편된 관형편물을 상기 노즐 중앙부로 통과시켜 상기 관형노즐 표면에 방사도프를 피복(코팅)시킨 다음, 이를 공기중으로 토출하였다.

이때 관형노즐 내 방사도프와 공기 중으로 토출된 방사도프 간의 온도차이를 20℃ 로 조절하였다. 계속해서 상기와 같이 방사도프가 피복된 관형 편물을 10cm의 에어갭 내로 통과시킨 후 35℃의 외부응고조를 통과시켜 응고처리하였다. 계속해서 이를 세정조에서 세정한 후 권취하여 중공사막을 제조하였다.

제조된 중공사막의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같다.

실시예 2

토출전인 2중 관형노즐 내 방사도프와 공기 중으로 토출된 방사도프 간의 온도차이를 5℃ 로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정 및 조건으로 중공사막을 제조하였다.

제조된 중공사막의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같다.

실시예 3

토출전인 2중 관형노즐 내 방사도프와 공기 중으로 토출된 방사도프 간의 온도차이를 50℃ 로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정 및 조건으로 중공사막을 제조하였다.

제조된 중공사막의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같다.

비교실시예 1

25℃에서 방사도프를 제조하여 이를 2중 관형노즐을 통해 공기 중으로 토출함으로써 토출전인 2중 관형노즐 내 방사도프와 공기 중으로 토출된 방사도프 간의 온도차이가 없도록 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정 및 조건으로 중공사막을 제조하였다.

제조된 중공사막의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같다.

비교실시예 2

토출전인 2중 관형노즐 내 방사도프와 공기 중으로 토출된 방사도프 간의 온 도차이를 55℃ 로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정 및 조건으로 중공사막을 제조하였다.

제조된 중공사막의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같다.

물성평가 결과

구분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교실시예 1	비교실시예 2
점도 차이 (센티포아즈)	10,000	5,000	30,000	10	40,000
수지 박막의 두께 (mm)	0.15	0.17	0.14	0.09	0.23
고분자 수지 박막의 최대코팅 두께 대비 최소코팅 두께 비율	88%	94%	90%	50%	40%
편물 전체 두께 대비 편물 내 침부한 수지 박막의 두께비(%)	25%	27%	20%	35%	15%
압력에 대한 내구성 (막 붕괴시 압력)	3기압	3.1기압	3기압	1기압	0.9기압

본 발명으로 제조된 중공사막은 관형편물 상에 고분자 수지 박막이 균일하게 코팅되어 압력에 대한 내구성이 우수하고 막 손상에 의한 시스템 신뢰도가 높으며 수투과 성능이 우수하다.

Claims (5)

1. 고분자 수지 박막 제조용 방사도프를 관형노즐을 통해 공기 중으로 토출함과 동시에 보강재인 관형편물을 상기 노즐 중앙부로 통과시켜 상기 관형편물 상에 방사도프를 코팅한 후 외부응고액에서 응고시켜 편물로 보강된 중공사막을 제조함에 있어서, 공기 중으로 토출되지 않은 관형노즐 내 방사도프의 온도와 공기 중으로 토출된 응고조내 방사도프의 온도 차이가 5~50℃가 되도록 조절하는 것을 특징으로 하는 편물로 보강된 중공사막의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 공기 중으로 토출되지 않은 관형노즐 내 방사도프 점도와 공기 중으로 토출된 응고조내의 방사도프의 점도 차이가 50~30,000센티포아즈(CPS)가 되도록 조절하는 것을 특징으로 하는 편물로 보강된 중공사막의 제조방법.
3. 제1항 또는 제2항의 제조방법으로 제조되어 보강재인 관형편물에 코팅된 고분자 수지 박막의 최대코팅 두께 대비 최소코팅 두께의 비율이 80% 이상인 것을 특징으로 하는 편물로 보강된 중공사막.
4. 제1항 또는 제2항의 제조방법으로 제조되어 보강재인 관형편물에 코팅된 고분자 수지 박막의 두께가 0.2㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 편물로 보강된 중공사막.
5. 제1항 또는 제2항의 제조방법으로 제조되어 보강재인 관형편물 내로 고분자 수지 박막이 침투한 거리가 보강재인 관형편물 전체 두께의 30% 미만인 것을 특징으로 하는 편물로 보강된 중공사막.