KR20110055825A - A tubular braid and composite hollow fiber membrane using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 구현예들은 수처리에 이용될 수 있는 중공사막에 대한 것으로서, 보다 구체적으로는 복합 중공사막에 관한 것이다. Embodiments of the present invention are directed to hollow fiber membranes that can be used in water treatment, and more particularly to composite hollow fiber membranes.
일반적으로 분리막을 응용한 수처리는 물질의 선택 투과 메카니즘을 이용한 정화 기술임이 잘 알려져 있다. 이 때, 분리막을 이용한 수처리 즉, 오염수의 분리 기술은 전통적인 화학처리에서 사용되는 증류법에 비해 에너지의 절감, 설비의 간소화, 운영의 효율성 등에서 경제적일 뿐만 아니라, 환경보호 등의 사회적 요구에 따라서 간단한 실험실적 규모로부터 각종 산업분야의 규모에 이르기까지 폭넓은 연구와 실용화가 이루어지고 있다. 이러한 분리막으로는 형태학적으로 평막, 관형막, 중공사막 등이 나열될 수 있는데 평막의 경우 내오염성이 강하여 하폐수의 처리기술로 많이 응용되고 있으나, 단위체적당 집적도가 낮아 경제적인 설치가 곤란하다. 중공사막은 형태학적으로 실의 형상을 지니고 있고 단위 체적당 막을 많이 패킹할 수 있다는 장점을 가져 처리량을 증대시킬 수 있다. 그러나 중공사막은 기계적 강도가 낮아 운전 도중 쉽사리 단사되는 사례가 빈번히 발생하고 있고, 특히 수처리 분야에 있어서 이러한 단점이 양질의 수질을 확보하는데 저해요소로 작용하고 있다. 분리막으로 이용되는 복합 중공사막은 우수한 투과성능을 나타냄과 동시에 우수한 기계적 강도를 발현해야 한다. 최근 복합 중공사막은 침지형 모듈의 형태로 수처리 공정에 적용되고 있는데, 이러한 침지형 모듈은 폭기를 통한 세정작용이 필수 공정으로 구성되어 있으며, 막오염을 최소화하기 위하여 운전/휴지의 반복된 싸이클로 작동된다. 이 경우 폭기로 인해 중공사막 사이에 발생하는 마찰과 물리적 충격 및 계속적인 운전과 휴지의 반복은 모듈과 막 사이의 경계면에서 막의 지지체로부터의 이탈 현상 및 자체적인 벗겨짐 현상을 발생시킬 수 있다. 이러한 중공사막을 다양한 수처리 분야에 적용하기 위해서는 우수한 투과성능, 우수한 기계적 강도, 높은 여과신뢰도, 높은 박리 강도, 낮은 도프 침투성 및 높은 스티프니스와 같은 다양한 특성이 요구된다. In general, it is well known that water treatment using a separation membrane is a purification technique using a selective permeation mechanism of a material. At this time, the water treatment using the membrane, that is, the separation of contaminated water is not only economical in terms of energy saving, facility simplification, and operation efficiency compared to the distillation method used in the conventional chemical treatment, A wide range of research and practical use has been made, ranging from laboratory scale to various industrial sectors. Such membranes may be morphologically listed as flat membranes, tubular membranes, hollow fiber membranes, etc. The flat membranes have high pollution resistance and are widely applied as wastewater treatment technologies, but are difficult to install economically due to their low density per unit volume. Hollow fiber membrane is morphologically shaped in the form of a yarn and can pack a lot of membranes per unit volume, thereby increasing throughput. However, hollow fiber membranes are often easily cut off during operation due to low mechanical strength, and in particular, these disadvantages act as a deterrent to securing high quality water. The composite hollow fiber membrane used as the separator must exhibit excellent permeability and at the same time exhibit excellent mechanical strength. Recently, the composite hollow fiber membrane is applied to a water treatment process in the form of an immersion type module, and the immersion type module is composed of an essential process for cleaning through aeration, and is operated by repeated cycles of operation / rest in order to minimize membrane contamination. In this case, friction, physical shock, and continuous operation and repetition of the hollow fiber membranes due to the aeration may cause the film to deviate from the support of the membrane and its own peeling at the interface between the module and the membrane. In order to apply such hollow fiber membranes to various water treatment fields, various characteristics such as excellent permeability, excellent mechanical strength, high filtration reliability, high peel strength, low dope penetration, and high stiffness are required.
본 발명의 구현예들은 삼각형 구조 멀티 필라멘트로 구성되어 투과성능, 기계적 강도 및 박리 강도가 우수하고, 도프 침투성은 낮으면서 높은 스티프니스 특성을 구비한 관형 편직물을 제공한다. Embodiments of the present invention are composed of a triangular multifilament to provide a tubular knitted fabric having excellent permeability, mechanical strength and peel strength, low dope permeability and high stiffness properties.
본 발명의 구현예들은 상기 관형 편직물을 이용하여 기계적 강도가 향상된 복합 중공사막을 제공한다. Embodiments of the present invention provide a composite hollow fiber membrane having improved mechanical strength by using the tubular knitted fabric.
본 발명의 하나의 양상은, 삼각형 구조 멀티 필라멘트로 편직된 관형 편직물로서, 상기 멀티 필라멘트는 20 내지 300 개의 모노 필라멘트를 조합하여 이루어지며, 섬도가 20 내지 100 데니아인 것을 특징으로 하는 관형 편직물에 관한 것이다. One aspect of the present invention relates to a tubular knitted fabric knitted from triangular multifilament, wherein the multifilament is made by combining 20 to 300 monofilaments and has a fineness of 20 to 100 denier. will be.
본 발명의 다른 양상은, 20 내지 300 개의 모노 필라멘트를 조합하여 이루어지며 섬도가 20 내지 100 데니아인 삼각형 구조 멀티 필라멘트로 편직된 관형 편직물 및 상기 관형 편직물의 표면에 코팅된 고분자 수지 박막으로 이루어진 복합 중공사막에 관한 것이다. Another aspect of the present invention is a composite hollow consisting of a tubular knitted fabric made of a combination of 20 to 300 monofilaments and knitted with a triangular structure multifilament having a fineness of 20 to 100 denier and a polymer resin thin film coated on the surface of the tubular knitted fabric. It's about the desert.
본 발명의 구현예들에 의한 관형 편직물의 삼각형 구조는 원형에 비하여 치밀 구조를 형성할 수 있어, 비표면적이 확대되어 관형 편직물과 수지 박막사이의 박리강도가 우수하고 관형 편직물 사이의 공극이 최소화되어 도프의 완전 함침이나 중공의 막힘현상을 방지할 수 있다. 또한, 중공사막의 스티프니스를 증가시킬 수 있어 기계적인 강도가 우수하고, 지지체의 진원도가 향상되어 균일한 코팅층의 고분자 수지 박막을 얻을 수 있을 뿐 아니라 우수한 인장강도 및 내압성의 향상을 유도할 수 있다. The triangular structure of the tubular knitted fabric according to the embodiments of the present invention can form a denser structure than a circular shape, so that the specific surface area is expanded, so that the peel strength between the tubular knitted fabric and the resin thin film is excellent and the voids between the tubular knitted fabric are minimized. Complete immersion of dope or blockage of hollow can be prevented. In addition, since the stiffness of the hollow fiber membrane can be increased, the mechanical strength is excellent, and the roundness of the support can be improved to obtain a polymer resin thin film having a uniform coating layer, as well as to improve the tensile strength and the pressure resistance.
이하, 본 발명의 구현예들에 대하여 도면을 참조하여 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 의한 복합 중공사막의 단면도이다. 1 is a cross-sectional view of a composite hollow fiber membrane according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 구현예에 의한 복합 중공사막은 보강재인 관형 편직물(tubular braid)(1), 관형 편직물(1)의 표면에 코팅된 고분자 수지 박막(2) 및 처리된 물질을 수용하는 중공부(3)로 구성된다. 상기 관형 편직물(1)은 섬도 20 내지 100 데니아, 20 내지 300 필라로 구성된 삼각형 구조 멀티 필라멘트를 재조합하여 총섬도 200 내지 800데니아로 편직된다. 삼각형 구조의 멀티필라멘트로 구성된 관형 편직물(1)에 의해 관형 편직물(1)과 고분자 수지 박막(2) 사이의 박리강도가 우수해지고, 관형 편직물의 패킹 집적도가 높아져 고분자 수지 박막이 형성에 사용되는 도프의 완전 함침 또는 중공부의 막힘이 방지된다. As shown in Figure 1, the composite hollow fiber membrane according to an embodiment of the present invention is a tubular braid (1), a polymeric resin thin film (2) coated on the surface of the tubular knitted fabric (1) as a reinforcing material and treatment It consists of a
도 2는 원형구조 필라멘트사로 직조한 관형 편직물의 개략적인 확대도이고, 도 3은 삼각형 구조 필라멘트사로 직조한 관형 편직물의 개략적인 확대도이다. 삼각형 구조의 필라멘트사를 사용하면 원형구조 필라멘트사에 비하여 비표면적의 확대를 꾀할 수 있다. 이러한 구조적인 장점은 고분자 수지막을 형성하기 위해 도프액이 관형 편직물로 침투하는 경우 상호 접촉면을 확대할 수 있어 고분자 수지막과의 접착력을 향상시킬 수 있다. 따라서 박리강도를 향상시킬 수 있다. 2 is a schematic enlarged view of a tubular knitted fabric woven from circular filament yarns, and FIG. 3 is a schematic enlarged view of a tubular knitted fabric woven from triangular filament yarns. The use of triangular filament yarns allows the specific surface area to be expanded compared to circular filament yarns. Such a structural advantage is that when the dope liquid penetrates into the tubular knitted fabric to form the polymer resin film, the mutual contact surface can be enlarged, thereby improving adhesion to the polymer resin film. Therefore, peeling strength can be improved.
한편, 삼각형 구조의 필라멘트사를 이용하게 되면 패킹밀도를 높일 수 있어 도프 용액이 중공내부로 침투하지 못하게 함으로써 중공 막힘 현상을 방지할 수 있다. 또한, 삼각형 구조는 중공내부까지의 경로를 원형구조에 비하여 다변화시켜(도 2 및 3의 화살표 참조) 마찰력의 상승효과 및 낮은 도프 침투성을 유도하고 이에 의해 중공 막힘 현상을 방지할 수 있다. 패킹 밀집도가 높아져서 발현될 수 있는 부가적인 특성으로는 스티프니스(stiffness)가 우수한 점을 들 수 있다. 스티프니스의 중요성은 두 가지 측면으로 고려될 수 있는데 그 하나는 중공사막의 원형 유지 정도이다. 이는 복합막의 균일한 코팅여부를 결정짓는데 있어 중요한 요소로 작용하고 있다. 또한, 수처리 적용시 스티프니스의 증가는 폭기에 의한 진동작용을 증폭시켜 오염물질을 용이하게 제거할 수 있다. On the other hand, when the filament yarn of the triangular structure can be used to increase the packing density it is possible to prevent the hollow plug phenomenon by preventing the dope solution from penetrating into the hollow. In addition, the triangular structure diversifies the path to the inside of the hollow than the circular structure (see arrows in FIGS. 2 and 3) to induce a synergistic effect of friction force and low dope penetration, thereby preventing the hollow clogging phenomenon. An additional property that can be expressed due to increased packing density is that the stiffness is excellent. The importance of stiffness can be considered in two aspects, one of which is the roundness of the hollow fiber membrane. This is an important factor in determining the uniform coating of the composite film. In addition, the increase in stiffness in the application of water treatment can amplify the vibration action due to aeration can easily remove contaminants.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 멀티 필라멘트는 섬도가 0.3 내지 50 데 니어인 모노 필라멘트를 다수 개 조합하여 이루어진 것이 바람직하다. 모노 필라멘트의 섬도가 50 데니어를 초과하는 경우에는 관형 편직물(1)과 표면에 코팅된 고분자 수지 박막(2)간의 박리강도가 낮아지고 도프가 침투할 수 있으며, 도프침투성이 커져 중공 막힘 현상과 비표면적의 축소로 인한 박리강도의 저하를 초래한다. 또한, 모노 필라멘트의 섬도가 0.3 데니어 미만인 경우에는 수투과도가 감소되고, 필라멘트의 탄성률이 낮아져 굽힘 강도 및 스티프니스가 저하될 수 있다. 멀티 필라멘트는 박리강도와 도프 침투 조절 용이성 및 경제성 등의 측면에서 20 내지 300개의 모노 필라멘트를 조합하여 이루어지며, 형성된 필라멘트의 섬도는 20 내지 100 데니어 일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the multifilament is preferably made by combining a plurality of monofilament having a fineness of 0.3 to 50 denier. When the fineness of the monofilament exceeds 50 denier, the peeling strength between the tubular knitted
본 발명의 일 구현예에 의해 직조된 관형 편직물의 멀티 필라멘트는 삼각형 구조로 인해 물리적 치밀도가 높다. 이는 탄성률을 상승시키며, 관형 편직물(1)의 스티프니스를 높게 하여 균일한 코팅층을 형성할 수 있는 진원성을 확보하는데 기여한다. 동시에 수처리 공정에서 폭기를 통한 세정작용에 바람직한 영향력을 미쳐 내오염 성질을 갖춘 모듈을 제작할 수 있다. The multifilament of the tubular knitted fabric woven by one embodiment of the present invention has a high physical density due to the triangular structure. This increases the modulus of elasticity and contributes to securing the roundness of forming a uniform coating layer by increasing the stiffness of the tubular knitted
본 발명의 일 구현예에 의한, 삼각형 필라멘트로 이루어진 원사(yarn)의 총섬도는 200 내지 800 데니어인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 250 내지 600 데니어의 범위이다. 원사의 총섬도가 200 데니어 미만인 경우에는 생산속도가 저하되고, 원사의 총섬도가 800 데니어를 초과하면 관형 편직물(1)의 외경이 확장되어 단위체적당 집적도가 떨어진다. According to one embodiment of the invention, the total fineness of the yarn (yarn) consisting of triangular filaments is preferably 200 to 800 denier, more preferably in the range of 250 to 600 denier. When the total fineness of the yarn is less than 200 denier, the production speed is lowered, and when the total fineness of the yarn exceeds 800 denier, the outer diameter of the tubular knitted
본 발명의 일 구현예에 의한 관형 편직물(1)의 재질로는 극성기를 함유 하는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 나일론(nylon) 등일 수 있으나 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 비극성 분자쇄로 구성되어진 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등은 코팅층과의 접착능력이 떨어지는 반면, 극성기를 함유하는 폴리에스터계 및 폴리아마이드계 재질은 코팅층과의 계면접착력이 우수하다. The material of the tubular knitted
본 발명의 일 구현예에 의하면, 고분자 수지 박막(2)이 관형 편직물(1)의 표면에 코팅되어 복합 중공사막을 구성하는데, 고분자 수지 박막(2)은 복합 중공사막의 기계적 강도, 막의 수투과성 및 여과신뢰성에 영향을 미친다. 고분자 수지 박막(2)은 관형 편직물(1)에 비하여 낮은, 고분자 수지 박막(2) 자체가 박리되거나 파손되지 않을 정도의 기계적 강도를 가지며, 복합 중공사막의 인장강도 및 내압성 등을 보완한다. According to one embodiment of the invention, the polymer resin thin film (2) is coated on the surface of the tubular knitted fabric (1) to form a composite hollow fiber membrane, the polymer resin thin film (2) is the mechanical strength of the composite hollow fiber membrane, the water permeability of the membrane And filtration reliability. The polymer resin
본 발명의 일 구현예에 의하면, 관형 편직물(1)은 고분자 수지 박막(2)에 비하여 상대적으로 큰 공극을 갖기 때문에, 고분자 수지 박막(2)을 통과한 여과액은 큰 공극을 갖는 관형 편직물(1)을 큰 저항 없이 통과한다. 즉, 여과액의 수투과도는 작은 공극을 갖는 고분자 수지 박막(2)에 의해 영향을 받게 되며, 고분자 수지 박막(2)의 미세공 구조 및 다공도에 따라 전체 복합 중공사막의 수투과도가 결정된다. According to one embodiment of the present invention, since the tubular knitted
이와 같은 고분자 수지 박막(2)의 미세공 구조 및 다공도는 도프의 조성에 따른 열역학적 안정성의 차이에 따라 결정된다. 보다 상세하게 설명하면, 도프용액을 구성하는 용매 혹은 첨가제들이 고분자와 강하게 상호작용하면 고분자와 응고조 용액과의 "디믹싱(demixing) 지연효과"로 인하여 스폰지구조 (sponge-like structure)를 형성하고, 고분자와의 상호작용이 약해지면 ‘디믹싱 효과’가 급속히 진행되어 핑거구조(finger-like structure)를 형성한다. 스폰지 구조는 기계적인 강도 측면에서 핑거구조에 비하여 유리하지만, 수투과도 측면에 있어서는 불리하다. 그 이유는 스폰지 구조는 수리학적 저항성이 핑거구조에 비하여 강하게 걸리기 때문이다. 한편, 표면에 분포하는 표면공경은 여과특성의 신뢰성을 부여하는데 중요한 기능을 나타낸다. 즉, 동일한 분포를 갖는 표면공경의 형성은 일정크기 이상의 입자를 배제하여 수처리공정에 있어서 수질의 안정성을 부여한다. The micropore structure and porosity of the polymer resin
본 발명의 일 구현예에 의하면, 고분자 수지 박막(2)은 기계적 강도, 수투과량, 여과 신뢰성을 동시에 발현하기 위해 하층에서 50~190 ㎛까지는 스폰지 구조를 형성하고 상단 0.1~10 ㎛까지는 핑거구조를 형성하여 표면공경의 분포분산도를 최소화한다. 표면층에는 공경이 0.01 ~ 1㎛인 미세공이 형성되고, 내층에는 공경이 0.01 ~ 10㎛인 미세공이 형성될 수 있다. 또한, 복합 중공사막의 내층에 형성된 미세공의 직경을 중심방향으로 갈수록 점진적으로 증대시켜 비대칭성을 크게하면 수투과도를 증진시킬 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the polymer resin thin film (2) forms a sponge structure up to 50 ~ 190 ㎛ in the lower layer and the finger structure up to 0.1 ~ 10 ㎛ in the lower layer in order to simultaneously express mechanical strength, water transmission rate, filtration reliability To minimize the distribution of surface porosity. Micropores having a pore size of 0.01 to 1 μm may be formed in the surface layer, and micropores having a pore size of 0.01 to 10 μm may be formed in the inner layer. In addition, when the diameter of the micropores formed in the inner layer of the composite hollow fiber membrane gradually increases toward the center direction to increase the asymmetry, the water permeability can be enhanced.
다음으로 고분자 수지 박막(2)은 관형 편직물(1)에 도포된 후 응고과정을 거치게 되는데, 응고과정에서 유기용매가 빠져나가면서 내부에 공경이 형성된다. 이때, 상기 고분자 수지 박막(2)의 표면층이 내층에 비하여 응고속도가 빠르기 때문에 표면층의 공경이 내층의 공경에 비하여 상대적으로 작게 형성된다. Next, the polymer resin
본 발명의 일 구현예에서, 고분자 수지 박막(2)의 두께는 10 내지 200㎛ 범위가 바람직한데, 고분자 수지 박막(20)의 두께가 10㎛보다 작을 경우 기계적 강 도가 떨어지고, 200㎛ 보다 클 경우에는 수투과도가 떨어진다. 고분자 수지 박막(2)이 관형 편직물(1) 내로 침투하는 거리는 관형 편직물(1)의 두께(즉, 관형 편직물 (1)의 외경과 내경의 차)의 10 내지 30% 범위인 것이 바람직한데, 관형 편직물(1) 두께의 10% 보다 작을 경우 기계적 강도가 떨어지고, 30%보다 클 경우 수투과도가 저하되기 때문이다. In one embodiment of the present invention, the thickness of the polymer resin thin film (2) is preferably in the range of 10 to 200㎛, when the thickness of the polymer resin thin film 20 is less than 10㎛ falls in mechanical strength, if larger than 200㎛ There is a drop in water permeability. The distance that the polymer resin
본 발명의 일 구현예에 의한 고분자 수지 박막(2)은 고분자 수지, 유기용매, 및 첨가제인 폴리비닐피롤리돈과 친수성 화합물로 구성되는 방사 도프가 관형 편직물(1)의 표면에 코팅되어 형성된다. The polymer resin
본 발명의 일 구현예에 의한 복합 중공사막을 제조하는 공정은, 이중 관형노즐의 중앙부로 관형 편직물(1)을 통과시킴과 동시에 방사 도프를 관형 편직물(1)의 표면으로 유입시켜 관형 편직물(1)의 표면에 방사 도프를 코팅하는 단계를 포함한다. 이어서 방사 도프를 노즐 외부의 공기 중으로 토출시키고 외부 응고액으로 응고시킨 후 수세 및 건조시키는 공정을 포함할 수 있다. In the process of manufacturing a composite hollow fiber membrane according to an embodiment of the present invention, the tubular knitted fabric (1) passes through the tubular knitted fabric (1) to the center of the double tubular nozzle and flows the spinning dope into the surface of the tubular knitted fabric (1). Coating the spin dope on the surface of the substrate). Subsequently, the spinning dope may be discharged into the air outside the nozzle, coagulated with an external coagulation liquid, and then washed with water and dried.
본 발명의 일 구현예에서 방사 도프는 고분자 수지, 첨가제인 폴리비닐피롤리돈 및 친수성 화합물을 유기용매에 용해하여 제조한다. 바람직한 함량범위는 고분자 수지 10 ~ 50중량%, 폴리비닐피롤리돈 및 친수성 화합물 1 ~ 30중량%, 및 유기용매 20 ~ 89중량%로 구성된다. In one embodiment of the present invention, the spinning dope is prepared by dissolving a polymer resin, an additive polyvinylpyrrolidone, and a hydrophilic compound in an organic solvent. The preferred content range is 10 to 50% by weight of the polymer resin, polyvinylpyrrolidone and 1 to 30% by weight of the hydrophilic compound, and 20 to 89% by weight of the organic solvent.
본 발명의 일 구현예에 사용되는 고분자 수지로는 폴리설폰 수지, 폴리에테르설폰 수지, 설폰화 폴리설폰 수지, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF) 수지, 폴리아크릴로니트릴(PAN) 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 및 폴리 에스테르이미드 수지로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 이용할 수 있다. 이 때, 유기용매로는 디메틸아세트아미드 및 디메틸포름아미드로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 이용할 수 있다. 표면공경 형성제로는 물 혹은 폴리피롤리돈계 화합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 이용할 수 있다. 폴리피롤리돈화합물이 1% 미만인 경우는 균일한 표면공경의 형성이 이루어지지 않으며, 폴리피롤리돈 화합물이 30% 이상인 경우는 박막의 브리틀리스 (Brittleness) 증가에 의해 기계적 강도가 떨어진다. The polymer resin used in one embodiment of the present invention is polysulfone resin, polyethersulfone resin, sulfonated polysulfone resin, polyvinylidene fluoride (PVDF) resin, polyacrylonitrile (PAN) resin, polyimide resin , Polyamideimide resin, and at least one selected from the group consisting of polyesterimide resin can be used. At this time, at least one selected from the group consisting of dimethylacetamide and dimethylformamide may be used as the organic solvent. As the surface pore-forming agent, at least one selected from the group consisting of water or polypyrrolidone-based compounds may be used. If the polypyrrolidone compound is less than 1% does not form a uniform surface pore, if the polypyrrolidone compound is 30% or more, the mechanical strength is lowered by the brittleness of the thin film.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 복합 중공사막을 제조한 후, 각각에 대한 물성 측정을 통해 본 발명의 실시예에 따라 제조된 복합 중공사막의 특성을 살펴보기로 한다. 열거된 실시예는 이해를 돕기 위한 것으로 본 발명을 이에 한정하는 것은 아니다. Hereinafter, after the composite hollow fiber membranes are prepared through Examples and Comparative Examples, the properties of the composite hollow fiber membranes prepared according to the Examples of the present invention will be described by measuring physical properties thereof. The listed examples are for ease of understanding and are not intended to limit the invention.
실시예Example 1: 복합 중공사막의 제조 1: Preparation of Composite Hollow Fiber Membrane
섬도가 1.4 데니아인 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET) 모노 필라멘트 36필라로 이루어진 50 데니아의 삼각형 구조의 원사를 6가닥을 합사하여 원사 (yarn) 1개의 총섬도가 300데니아가 되게 하였다. 그 후, 제조된 원사 26가닥을 사용하여 외경이 1.9 mm가 되도록 직조한 관형 편직물을 준비하였다. 제조된 삼각형 구조 필라멘트사의 SEM 사진을 도 4에 도시하였다. A total of 50 denier triangular yarns consisting of 36 filaments of polyethylene terephthalate (PET) monofilament having 1.4 deniers of fineness were spliced into 6 strands so that the total fineness of one yarn was 300 deniers. Then, using the 26 yarns prepared to prepare a tubular knitted fabric woven so that the outer diameter is 1.9 mm. The SEM image of the prepared triangular filament yarn is shown in FIG.
도프용액으로는 폴리비닐리덴플루오라이드 (PVDF) 17%, 폴리비닐피롤리돈 10%, 디메틸아크릴아마이드 73%로 이루어진 조성물을 40℃에서 충분히 녹인 후, 디게싱(degasing) 하여 발생한 가스를 제거하고 상온에 위치시켰다. 제조된 도프용액을 이중 관형노즐에 공급하고 중앙부에서 준비된 관형 편직물을 통과시켜 관형 편직물의 외부에 도프용액을 코팅하였다. 이때 코팅의 두께는 0.2mm로 하였다. 에어갭 (5cm)을 통과 시킨 편직물을 30℃의 외부 응고조에서 응고시켰다. 이후 잔류 솔벤트 및 첨가제를 제거하기 위해 1일간 60℃의 열수장치에서 후처리하였고 20 wt% 알코올 수용액에 2시간 침적시킨 후 40℃의 건조기에서 24시간 건조시켜 복합 중공사막을 얻었다. As a dope solution, a composition composed of 17% polyvinylidene fluoride (PVDF), 10% polyvinylpyrrolidone, and 73% dimethyl acrylamide was sufficiently dissolved at 40 ° C., and then degased to remove the generated gas. Placed at room temperature. The prepared dope solution was supplied to a double tubular nozzle and the dope solution was coated on the outside of the tubular knitted fabric by passing through the tubular knitted fabric prepared in the center. At this time, the thickness of the coating was 0.2mm. The knitted fabric passed through the air gap (5 cm) was coagulated in an external coagulation bath at 30 ° C. Thereafter, in order to remove residual solvents and additives, the mixture was post-treated in a hydrothermal apparatus at 60 ° C. for 1 day, immersed in 20 wt% alcohol solution for 2 hours, and then dried in a dryer at 40 ° C. for 24 hours to obtain a composite hollow fiber membrane.
제조된 복합막은 박리강도 1.10 Mpa, 스티프니스 0.132 kg, 수투과도 500 LMH 의 특성을 나타내었고, 중공으로 도프용액의 침투가 발생하지 않는 우수한 막을 얻었다. The prepared composite membrane had the characteristics of 1.10 Mpa peel strength, 0.132 kg stiffness and 500 LMH water permeability, and obtained an excellent membrane which did not penetrate the dope solution into the hollow.
실시예Example 2: 복합 중공사막의 제조 2: Preparation of Composite Hollow Fiber Membrane
섬도가 0.5 데니아인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 모노 필라멘트 100필라로 이루어진 50 데니아의 삼각형 구조의 원사를 6가닥을 합사하여 원사(yarn) 1개의 총섬도가 300데니아가 되게 하였다. 그 후, 제조된 원사 26가닥을 사용하여 외경이 1.9 mm가 되도록 직조한 관형 편직물을 준비하였다. 코팅층의 형성은 상기 실시예 1과 동일한 제조 및 공정에 따라 수행하였다. A total of 50 denier triangular yarns consisting of 100 filaments of polyethylene terephthalate (PET) monofilament having 0.5 denia of fineness were spliced into 6 strands so that the total fineness of one yarn was 300 denia. Then, using the 26 yarns prepared to prepare a tubular knitted fabric woven so that the outer diameter is 1.9 mm. Formation of the coating layer was performed according to the same preparation and process as in Example 1.
얻어진 복합막은 박리강도 1.22 MPa, 스티프니스 0.103 kg, 수투과도 492 LMH의 특성을 나타내었다. 실시예 1과 비교하여 섬도의 데니아 수가 낮아 도프액과의 접촉면적이 넓어져 박리강도가 상승하였음을 알 수 있다. 반면, 스티프니스는 낮은 결과를 나타내었다. The obtained composite membrane showed the characteristics of 1.22 MPa peel strength, 0.103 kg of stiffness, and 492 LMH of water transmission. Compared with Example 1, it can be seen that the denia number of the fineness was low, and the contact area with the dope liquid was widened, thereby increasing the peel strength. Stiffness, on the other hand, showed low results.
실시예 3: 복합 중공사막의 제조 Example 3: Preparation of Composite Hollow Fiber Membrane
섬도가 5 데니아인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 모노 필라멘트 100필라로 이루어진50 데니아의 삼각형 구조의 원사를 6가닥을 합사하여 원사(yarn) 1개의 총섬도가 300데니아가 되게 하였다. 그 후, 제조된 원사 26가닥을 사용하여 외경이 1.9 mm가 되도록 직조한 관형 편직물을 준비하였다. 코팅층의 형성은 상기 실시예 1과 동일한 제조 및 공정에 따라 수행하였다. A total of 50 denier triangular yarns consisting of 100 filaments of polyethylene terephthalate (PET) monofilament having 5 deniers were spliced into 6 strands so that the total fineness of one yarn was 300 denia. Then, using the 26 yarns prepared to prepare a tubular knitted fabric woven so that the outer diameter is 1.9 mm. Formation of the coating layer was performed according to the same preparation and process as in Example 1.
얻어진 복합막은 박리강도 0.92 MPa, 스티프니스 0.170 kg, 수투과도 486 LMH의 특성을 나타내었다. 실시예 1과 비교하여 섬도의 데니아 수가 높아 도프액과의 접촉면적이 작아져 박리강도가 저하하였음을 알 수 있다. 반면, 스티프니스는 상승된 결과를 나타내었다. The obtained composite membrane exhibited characteristics of peel strength of 0.92 MPa, stiffness of 0.170 kg, and water permeability of 486 LMH. Compared with Example 1, it can be seen that the denia number of the fineness is high and the contact area with the dope liquid is small, so that the peel strength is lowered. Stiffness, on the other hand, showed elevated results.
비교예Comparative example 1: 복합 중공사막의 제조 1: Preparation of Composite Hollow Fiber Membrane
섬도가 1.4 데니아인 PET 모노 필라멘트 36가닥으로 이루어진 50 데니아의 원형구조 원사 6가닥을 합사하여 원사(yarn) 1개의 총섬도가 300데니아가 되게 하였다. 그 후, 제조된 원사 26가닥을 사용하여 외경이 1.9 mm가 되도록 직조한 관형 편직물을 준비하였다. 제조된 원형 구조 필라멘트사의 SEM 사진을 도 5에 도시하였다. 이후의 공정은 실시예 1과 동일한 공정 및 조건으로 실시하여 복합 중공사막을 얻었다. A total of 6 yarns of 50 denier circular structure yarns consisting of 36 PET monofilament yarns having 1.4 deniers of fineness were combined so that the total fineness of one yarn was 300 deniers. Then, using the 26 yarns prepared to prepare a tubular knitted fabric woven so that the outer diameter is 1.9 mm. SEM pictures of the manufactured circular structure filament yarn are shown in FIG. 5. Subsequent processes were performed under the same processes and conditions as in Example 1 to obtain a composite hollow fiber membrane.
얻어진 복합막은 박리강도가 0.72 MPa의 낮은 수치를 나타내었다. 이는 원형 구조의 관형 편직물은 도프 용액과의 접촉 비표면적이 낮기 때문인 것으로 생각된다. 스티프니스는 0.112kg으로 비교적 높지만 도프 용액의 침투로 인하여 중공사막의 기능이 상실되었다. The obtained composite film had a low peel strength of 0.72 MPa. This is considered to be because the tubular knitted fabric of circular structure has a low contact specific surface area with the dope solution. Although the stiffness was relatively high at 0.112 kg, the function of the hollow fiber membrane was lost due to the penetration of the dope solution.
비교예Comparative example 2: 복합 중공사막의 제조 2: Preparation of Composite Hollow Fiber Membrane
섬도가 0.5 데니아인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 모노 필라멘트 100필라로 이루어진 50 데니아의 원형 구조 원사 6가닥을 합사하여 원사(yarn) 1개의 총섬도 300데니아가 되게 하였다. 그 후, 상기 원사 26가닥을 사용하여 외경이 1.9 mm인 관형 편직물을 준비하였다. 코팅층의 형성은 상기 실시예 1과 동일한 제조 및 공정에 따라 수행하였다. Six strands of 50 denier circular structural yarns composed of 100 filaments of polyethylene terephthalate (PET) monofilament with 0.5 degree of fineness were synthesized to give a total fineness of 300 dennes per yarn. Thereafter, using the 26 strands of yarn, a tubular knitted fabric having an outer diameter of 1.9 mm was prepared. Formation of the coating layer was performed according to the same preparation and process as in Example 1.
얻어진 복합막은 수투과도492 LMH, 박리강도가 0.91MPa이고 스티프니스가 0.062인 낮은 수치를 나타냈다. The obtained composite membrane had a low water permeability of 492 LMH, a peel strength of 0.91 MPa, and a stiffness of 0.062.
실시예 및 비교예에서 나타난 바와 같이 삼각형 구조로 이루어진 원사는 원형구조로 이루어진 원사에 비하여 패킹 밀집도가 높아 저 도프침투성 및 스티프니스가 뛰어나고 비표면적의 확대를 통한 박리강도의 증진을 꾀할 수 있음을 알 수 있다. As shown in the Examples and Comparative Examples, the yarn having a triangular structure has a higher packing density than the yarn having a circular structure, which shows excellent dope permeability and stiffness, and promotes peel strength by expanding a specific surface area. have.
박리강도Peel strength
관형 편직물로부터 고분자 수지 박막이 박리되는 순간의 하중을 인장시험기를 이용해 측정하였고, 이를 전단력이 가해지는 면적(㎡)으로 나누어 박리강도 를 계산하였다. 구체적인 측정조건을 하기 표 1에 표시하였다. The load at the moment of peeling of the polymer resin thin film from the tubular knitted fabric was measured by a tensile tester, and the peel strength was calculated by dividing this by the area (㎡) to which the shear force was applied. Specific measurement conditions are shown in Table 1 below.
<표 1>TABLE 1
박리강도는 시편 인장시 코팅된 고분자 수지 박막에 가해지는 단위면적당 전단력(Shear Strength)으로 정의되고, 전단력이 가해지는 면적(m2)은 π× 복합 중공사막의 외경(m)× 복합 중공사막의 접착부 길이(m)로 계산하였다. 계산식은 다음와 같다. Peel strength is defined as shear strength per unit area applied to the coated polymer resin thin film when the specimen is tensioned, and the area (m 2 ) to which shear force is applied is π × outer diameter of the composite hollow fiber membrane (m) × Calculated by the adhesion length (m). The calculation is as follows.
박리강도 (Pa) = 항복점의 하중 (kg) / 전단력이 가해지는 면적 (m2) Peel strength (Pa) = load at yield point (kg) / area under shear (m 2 )
도프의Dope 침투성permeability
제조된 복합 중공사막의 단면을 절단하고 현미경을 통해 도프가 관형 편직물 내로 침투된 정도를 관찰하였다. The cross section of the prepared composite hollow fiber membrane was cut and the degree of penetration of the dope into the tubular knitted fabric was observed through a microscope.
스티프니스Stiffness (( StiffnessStiffness ))
인스트론에서 제공되는 샘플 홀더를 이용하여 복합 중공사막을 압축방향 (Compression mode)으로 눌러, 굽힘이 발생될 때 생기는 최대 하중으로 스티프니스(Stiffness)를 평가하였다. 구체적인 측정조건을 하기 표 2에 표시하였다.Using the sample holder provided by Instron, the composite hollow fiber membrane was pressed in the compression mode to evaluate the stiffness with the maximum load generated when bending occurred. Specific measurement conditions are shown in Table 2 below.
<표 2>TABLE 2
투수량Permeability 측정 Measure
막면적 0.0057 m2의 소형 가압모듈을 제작하여 압력계가 부착된 장치에 위치시켰다. 막간 차압을 100kPa로 일정하게 유지하고 24±1℃ 의 RO수를 공급하여 2분간의 투수량을 측정하였다. 투수량의 단위는 LMH(L /m2×h)이다. A compact pressure module with a membrane area of 0.0057 m 2 was fabricated and placed in a device with a pressure gauge. The interlayer differential pressure was kept constant at 100 kPa and RO water of 24 ± 1 ° C. was supplied to measure the water permeation rate for 2 minutes. The unit of permeation amount is LMH (L / m 2 × h).
이상에서 본 발명의 바람직한 구현예를 들어 본 발명에 대해서 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명이 다양하게 변경 또는 변형될 수 있음은 당업자에게 자명하므로, 이러한 모든 변경 및 변형예들도 본 발명의 보호범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. Although the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments of the present invention, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be variously changed or modified without departing from the spirit and scope of the present invention. Modifications and variations are also to be construed as being included in the scope of protection of the present invention.
이하의 도면들은 본 발명의 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 이해를 돕는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 이들 도면에 기재된 사항으로만 한정되어 해석되어서는 안된다.The following drawings illustrate one embodiment of the present invention, and together with the detailed description of the present invention serve to assist in understanding the present invention, the present invention should not be construed as limited to the matters set forth in these drawings.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 의한 복합 중공사막의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a composite hollow fiber membrane according to an embodiment of the present invention.
도 2는 원형구조 필라멘트사로 직조한 관형 편직물의 개략적인 확대도이다. 도 3은 본 발명의 일 구현예에 의한 삼각형 구조 필라멘트사로 직조한 관형2 is a schematic enlarged view of a tubular knitted fabric woven from circular filament yarns. Figure 3 is a tubular woven of triangular structure filament yarn according to an embodiment of the present invention
편직물의 개략적인 확대도이다.A schematic enlarged view of a knitted fabric.
도 4는 실시예 1에 의한 삼각형 구조 필라멘트사의 SEM 사진이다. 4 is a SEM photograph of the triangular structure filament yarn according to Example 1. FIG.
도 5는 비교예 1에 의한 원형 구조 필라멘트사의 SEM 사진이다. 5 is a SEM photograph of a circular structure filament yarn according to Comparative Example 1. FIG.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1: 관형 편직물 2: 고분자 수지 박막1: tubular knitted fabric 2: polymer resin thin film
3: 중공부3: hollow part
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