KR20110078834A - 관형 편직물 및 이를 이용하는 복합 중공사막 - Google Patents

관형 편직물 및 이를 이용하는 복합 중공사막 Download PDF

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KR20110078834A
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주식회사 효성
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Abstract

본 발명은 관형 편직물 및 이를 이용하는 복합 중공사막에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 종래의 복합 중공사막과 달리 꼬임 구조의 원사가 합사된 멀티 필라멘트 및 삼각형 구조의 원사가 합사된 멀티 필라멘트를 혼합하여 관형 편직물을 편직하고, 이를 이용하여 복합 중공사막을 제조함으로써, 원사의 꼬임 구조 및 삼각형 구조에 의한 비표면적의 확대, 도프 침투 조절 용이, 박리강도의 향상을 도모할 수 있다.
꼬임 구조의 원사가 합사된 멀티 필라멘트, 삼각형 구조의 원사가 합사된 멀티 필라멘트, 관형 편직물, 복합 중공사막, 박리강도, 스티프니스

Description

관형 편직물 및 이를 이용하는 복합 중공사막 {Tubular braid and Composite Hollow Fiber Membrane using the same}
본 발명은 관형 편직물 및 이를 이용하는 복합 중공사막에 관한 것으로, 보다 상세하게는 꼬임 구조의 원사가 합사된 멀티 필라멘트 및 삼각형 구조의 원사가 합사된 멀티 필라멘트가 혼합되어 직조된 관형 편직물 및 이를 이용하여 기계적 강도가 향상된 복합 중공사막에 관한 것이다.
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 부응하여 간단한 실험실적 규모로부터 각종 산업분야의 규모에 이르기까지 폭넓은 연구와 실용화가 이루어지고 있다.
이러한 분리막으로는 형태학적으로 평막(flat type), 관형막(tubular type), 중공사막(hollow fiber) 등이 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 있어 처리량을 증대시킬 수 있다는 장점이 있다. 따라서, 중공사막은 동일한 부피의 다른 막에 비해 막 표면적이 크고 모듈화하기 쉬운 장점 때문에 최근 한외여과막을 중심으로 그 응용이 활발히 진행되고 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. 이러한 중공사막에 대한 기계적 강도의 향상에 대한 요구에 따라 기계적 강도가 우수한 직물 혹은 관형 직물을 이용하여 중공사막을 제조하는 복합 중공사막이 제시되었다.
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 작동되고 있다. 이 경우 폭기로 인해 중공사막 사이에 발생하는 마찰과 물리적 충격 및 계속되는 운전과 휴지의 반복으로 모듈과 막 사이의 경계면에서 막의 지지체로부터의 이탈 현상 및 자체적인 벗겨짐 현상 즉, 중공사막 표면이 벗겨져 디펙트가 발생하여 수질 처리의 안정성이 확보되지 않는다는 문제점이 있다.
종래의 복합 중공사막의 박리강도를 향상시키기 위해 제시된 제안들은 멀티 필라멘트의 데니어수의 조절만으로 박리강도를 제어하기 때문에 편직물의 확대 및 스티프니스를 제어하는데 한계를 가진다. 또한, 복합 중공사막의 박리강도를 증진하기 위해 비표면적의 확대 방안으로 세섬유를 사용하는 해결 방안은 편직물 제작 시 많은 보플 발생을 유도함으로써 도프 용액에 의한 코팅 시 바람직하지 않은 문제점이 발생되는 요인으로 작용하게 된다. 또한, 스티프니스의 개선을 위해 태섬유를 병행하여 사용하는 합사의 경우에는 세섬유와의 형태학적 조합이 어긋나 밀집도 및 공경 진원도의 저하를 초래할 가능성을 내포하게 된다. 따라서 이러한 경우에는 관형 편직물 표면에의 고분자 수지 박막 코팅이 균일하게 이루어지기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상술된 종래기술의 문제점을 극복하기 위한 것으로, 본 발명의 하나의 목적은 기계적 강도, 특히 박리강도가 우수하고, 도프액의 침투성은 낮으면서 높은 스티프니스(stiffness) 특성을 구비하는 관형 편직물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 관형 편직물을 이용하여 기계적 강도가 향상되어 보강재와 고분자 수지 박막이 운전 중에 분리되는 문제점이 개선된 복합 중공사막을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 하나의 양상은 꼬임 구조의 원사가 합사된 멀티 필라멘트 및 삼각형 구조의 원사가 합사된 멀티 필라멘트가 혼합되어 직조된 관형 편직물에 관한 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 양상은 꼬임 구조의 원사가 합사된 멀티 필라멘트 및 삼각형 구조의 원사가 합사된 멀티 필라멘트가 혼합되어 직조된 관형 편직물 및 상기 관형 편직물의 표면에 코팅된 고분자 수지 박막으로 이루어진 복합 중공사막에 관한 것이다.
본 발명의 구현예들에 의하면, 꼬임 구조의 원사가 합사된 멀티 필라멘트 및 삼각형 구조의 원사가 합사된 멀티 필라멘트를 혼합하여 사용함으로써 관형 편직물과 고분자 수지 박막 사이의 박리강도를 향상시킬 수 있다. 또 다른 장점으로는 패킹밀도를 높일 수 있어 도프용액의 중공부 내로의 침투가 어렵게 되어 도프의 완전 함침이나 중공의 막힘 현상을 방지할 수 있다. 또한 이러한 원사들이 신장률과 회복성이 우수하기 때문에 편직을 통해 만들어진 보강재의 눌림이나 충격에 의한 손상을 최소화할 수 있고, 스티프니스가 향상될 수 있다.
이와 같은 복합 중공사막은 하수의 종말처리, 정화조에서 고액분리, 산업폐수에서의 부유물질의 제거, 하천수의 여과, 공업용수의 여과 및 수영장물의 여과 등에서 사용되어 우수한 처리 안정성을 확보할 수 있다.
이하, 첨부하는 도면을 참조하여 본 발명의 구현예들에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 일실시예는 꼬임 구조의 원사가 합사된 멀티 필라멘트 및 삼각형 구조의 원사가 합사된 멀티 필라멘트가 혼합되어 직조된 관형 편직물에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 의한 복합 중공사막의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 의한 복합 중공사막은 보강재인 관형 편직물(tubular braid: 1), 상기 관형 편직물(1)의 표면에 코팅된 고분자 수지 박막(2) 및 처리된 물질을 수용하는 중공부(3)로 구성된다. 상기 관형 편직물(1) 은 꼬임 구조의 원사(yarn) 여러 가닥이 합사되어 이루어진 멀티 필라멘트 및 삼각형 구조의 원사 여러 가닥이 합사되어 이루어진 멀티 필라멘트를 혼합하여 직조한 것으로, 복합 중공사막의 특성 향상에 기여하게 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 꼬임 구조의 원사 및 삼각형 구조의 원사를 혼합하여 직조한 관형 편직물의 전자현미경 사진이며, 도 3은 종래의 원형 구조의 원사로 직조한 관형 편직물의 전자현미경 사진이다. 도 3의 종래 원형 구조의 관형 편직물의 경우 그 표면이 잘 짜여져 있어 상대적으로 고분자 수지에 대한 접촉면적이 적어 박리강도가 낮다. 반면 도 2의 경우 즉, 꼬임 구조의 원사 및 삼각형 구조의 원사를 혼합하여 사용하게 되면, 그 표면에 꼬임 구조 및 삼각형 구조의 혼합형태로 인해 접촉면적이 확대되고 또한 도프액이 관형 편직물로 침투할 수 있어 고분자 수지 박막과의 접착력을 향상시킬 수 있다. 따라서 종래의 보강 중공사막의 단점으로 지적되는 박리강도를 향상시킬 수 있게 되는 것이다.　 또 다른 장점으로는 패킹밀도를 높일 수 있어 도프용액의 중공부 내로의 침투가 어렵게 되어 도프의 완전 함침이나 중공의 막힘 현상을 방지할 수 있다.
꼬임 구조의 원사가 합사된 멀티 필라멘트 및 삼각형 구조의 원사가 합사된 멀티 필라멘트를 혼합하여 사용하면, 이러한 원사들이 신장률과 회복성이 우수하기 때문에 편직을 통해 만들어진 보강재의 눌림이나 충격에 의한 손상을 최소화할 수 있고, 스티프니스가 향상될 수 있다. 이러한 스티프니스의 중요성은 두 가지 측면으로 고려될 수 있는데 그 중 하나는 복합 중공사막의 진원도(중공사막의 원형 유지의 정도)이며, 이는 복합 중공사막의 균일한 코팅여부를 결정짓는데 있어 중요한 요소로 작용하고 이에 따라 제품의 안정성을 확보할 수 있다. 또 다른 측면은 수처리 적용 시 스티프니스의 증가는 폭기에 의한 진동작용을 증폭시켜 오염물질의 제거에 용이성을 부여할 수 있다. 이러한 관형 편직물에 고분자 수지 박막을 코팅한 복합 중공사막은 우수한 인장강도 및 내압성의 향상을 유도할 수 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에서 사용가능한 상기 원사(yarn)의 필라수는 10 내지 300 필라이며, 섬도는 3 내지 500 데니어이다. 즉, 상기 원사는 10 내지 300 필라수의 모노 필라멘트로 이루어지고, 상기 모노 필라멘트의 섬도는 0.3 내지 50 데니어인 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, 모노 필라멘트의 섬도가 0.3 데니어 미만인 경우에는 비록 박리강도와 도프 침투 조절의 용이성은 증대되지만, 스티프니스 및 수투과도가 감소될 수 있다.
상기 원사는 박리강도와 도프 침투 조절의 용이성 및 경제성 등의 측면에서 2 내지 16 가닥이 합사되어 멀티 필라멘트를 구성할 수 있으며, 상기 멀티 필라멘트의 섬도는 5 내지 1500 데니어이다. 보다 바람직하게는 상기 관형 편직물에 사용되는 멀티 필라멘트의 섬도는 100 내지 800 데니어일 수 있으며, 가장 바람직하게는 200 내지 300 데니어이나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 멀티 필라멘트의 섬도가 100 데니어 미만인 경우에는 생산속도가 저하되고, 상기 멀티 필라멘트의 섬도가 800 데니어를 초과하면 관형 편직물(1)의 외경이 확장됨에 따라 단위체적 당 집적도가 떨어질 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 의한 관형 편직물(1)의 재질로는 극성기를 포함하는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 나일론(Nylon) 등일 수 있으나 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 비극성 분자쇄로 구성되는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등은 코팅층인 고분자 수지 박막층과의 접착능력이 떨어지는 반면, 극성기를 포함하는 폴리에스터계 및 폴리아마이드계 재질은 코팅층과의 계면접착력이 우수하다.
본 발명의 일 실시예는 꼬임 구조의 원사가 합사된 멀티 필라멘트 및 삼각형 구조의 원사가 합사된 멀티 필라멘트가 혼합되어 직조된 관형 편직물 및 상기 관형 편직물의 표면에 코팅된 고분자 수지 박막으로 이루어진 복합 중공사막에 관한 것이다.
본 발명의 일 구현예에 의하면, 고분자 수지 박막(2)이 관형 편직물(1)의 표면에 코팅되어 복합 중공사막을 구성하는데, 상기 고분자 수지 박막(2)은 복합 중공사막의 기계적 강도, 막의 수투과성 및 여과 신뢰성에 영향을 미친다. 상기 고분자 수지 박막(2)은 관형 편직물(1)에 비하여 기계적 강도는 낮지만, 고분자 수지 박막(2) 자체가 박리되거나 파손되지 않을 정도의 기계적 강도를 가지며,　복합 중공사막의 인장강도 및 내압성 등을 보완한다.
수투과성 및 여과 신뢰성과 관련하여서는, 상기 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.
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 스폰지 구조 (sponge-like structure)를 형성하고, 고분자와의 상호작용이 약해지면 '디믹싱 효과'가 급속히 진행되어 핑거 구조(finger-like structure)를 형성한다. 스폰지 구조는 기계적인 강도 측면에서 핑거 구조에 비하여 유리하지만, 수투과도 측면에 있어서는 불리하다. 그 이유는 스폰지 구조는 수리학적 저항성이 핑거 구조에 비하여 강하게 걸리기 때문이다. 한편, 표면에 분포하는 표면공경은 여과특성의 신뢰성을 부여하는데 중요한 기능을 나타낸다. 즉, 동일한 분포를 갖는 표면공경의 형성은 일정크기 이상의 입자를 배제하여 수처리 공정에 있어서 수질의 안정성을 부여한다.
본 발명의 일 구현예에 의하면, 고분자 수지 박막(2)은 기계적 강도, 수투과량, 여과 신뢰성을 동시에 발현하기 위해 하층에서 50 내지 190㎛까지는 스폰지 구조를 형성하고, 상단 0.1 내지 10㎛까지는 핑거 구조를 형성하여 표면공경의 분포분산도를 최소화할 수 있다. 상기 표면층에는 공경이 0.01 내지 1㎛인 미세공이 형성되고, 내층에는 공경이 0.01 내지 10㎛인 미세공이 형성될 수 있다. 또한, 복합 중공사막의 내층에 형성된 미세공의 직경을 중심방향으로 갈수록 점진적으로 증대시켜 비대칭성을 크게 하면 수투과도를 증진시킬 수 있다.
다음으로 고분자 수지 박막(2)은 관형 편직물(1)에 도포된 후 응고과정을 거 치게 되는데, 응고과정에서 유기용매가 빠져나가면서 그 내부에 공경이 형성된다. 이때, 상기 고분자 수지 박막(2)의 표면층이 내층에 비하여 응고속도가 빠르기 때문에 표면층의 공경이 내층의 공경에 비하여 상대적으로 작게 형성된다.
본 발명의 일 구현예에서, 고분자 수지 박막(2)의 두께는 10 내지 200㎛ 범위일 수 있는데, 고분자 수지 박막(20)의 두께가 10㎛보다 작을 경우 기계적 강도가 떨어지고, 200㎛보다 클 경우에는 수투과도가 떨어질 수 있다. 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% 범위일 수 있는데, 상기 침투거리가 관형 편직물(1)의 두께의 10% 미만일 경우 기계적 강도가 떨어지고, 30%를 초과하는 경우 수투과도가 저하될 수 있다.
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.
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.
본 발명의 구현예들에서 사용가능한 방사 도프는 고분자 수지, 첨가제인 폴리비닐피롤리돈 및 친수성 화합물을 유기용매에 용해하여 제조한다. 바람직한 함 량범위는 고분자 수지 10 내지 50중량%, 폴리비닐피롤리돈 및 친수성 화합물 1 내지 30중량%, 및 유기용매 20 내지 89중량%로 구성되나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 고분자 수지로는 폴리설폰 수지, 폴리에테르설폰 수지, 설폰화 폴리설폰 수지, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF) 수지, 폴리아크릴로니트릴(PAN) 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 및 폴리에스테르이미드 수지로 구성된 군에서 선택된 하나 이상을 이용할 수 있다.
상기 유기용매로는 디메틸아세트아미드, 디메틸포름아미드 및 디메틸아크릴아마이드로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 표면공경 형성제로는 물 혹은 폴리피롤리돈계 화합물로 구성된 군에서 선택된 하나 이상을 이용할 수 있으며, 폴리피롤리돈 화합물이 1% 미만인 경우에는 균일한 표면공경의 형성이 이루어지지 않으며, 폴리피롤리돈 화합물이 30% 이상인 경우에는 박막의 브리틀니스(Brittleness) 증가에 의해 기계적 강도가 떨어진다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명에 따른 실시예들을 다양하게 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
실시예 1
섬도가 1.4 데니어인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 모노 필라멘트 36 필라(fila)로 이루어진 50 데니어의 꼬임 구조의 원사 6 가닥을 합사하여 멀티 필라멘트 1개의 섬도가 300 데니어가 되게 하였다. 동일한 구성을 갖는 삼각형 구조의 원사 6 가닥을 합사하여 멀티 필라멘트 1개의 섬도가 300 데니어가 되게 하였다. 그 후, 상기 꼬임 구조의 원사가 합사된 멀티 필라멘트 및 삼각형 구조의 원사가 합사된 멀티 필라멘트를 혼합하여 26 가닥을 사용하여 외경이 1.9 mm가 되도록 직조한 관형 편직물을 준비하였다. 직조한 관형 편직물의 전자현미경 사진을 도 2에 나타내었다.
도프용액으로는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF) 16%, 폴리비닐피롤리돈 12%, 디메틸아크릴아마이드 72%로 이루어진 조성물을 50℃에서 충분히 녹인 후, 디게싱(degasing)하여 제조과정 중 발생한 가스를 제거하고 상온에 위치시켰다. 상기 제조된 도프용액을 이중 관형노즐에 공급하고 중앙부에는 상기 직조한 관형 편직물을 통과시킴으로써 관형 편직물의 외부에 도프용액을 코팅하였다. 이때 코팅층의 두께는 0.2mm로 하였다. 에어갭 5cm를 통과시킨 편직물을 30℃의 외부 응고조에서 응고시켰다. 이후 잔류 용매 및 첨가제를 제거하기 위해 하루 동안 60℃의 열수장치에서 후처리를 실시하였고, 20 wt% 알코올 수용액에 2시간 동안 침적시킨 후 40℃의 건조기에서 하루 동안 건조하여 복합 중공사막을 제조하였다.
실시예 2
섬도가 0.5 데니어인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 모노 필라멘트 100 필 라로 이루어진 50 데니어의 꼬임 구조의 원사 6 가닥을 합사하여 멀티 필라멘트 1개의 섬도가 300 데니어가 되게 하였다. 동일한 구성을 갖는 삼각형 구조의 원사 6 가닥을 합사하여 멀티 필라멘트 1개의 섬도가 300 데니어가 되게 하였다. 그 후, 상기 꼬임 구조의 원사가 합사된 멀티 필라멘트 및 삼각형 구조의 원사가 합사된 멀티 필라멘트를 혼합하여 26 가닥을 사용하여 외경이 1.9 mm가 되도록 직조한 관형 편직물을 준비하였다. 상기 실시예 1과 동일한 공정을 수행하여 코팅층을 형성하고, 복합 중공사막을 제조하였다.
실시예 3
섬도가 2 데니어인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 모노 필라멘트 25 필라로 이루어진 50 데니어의 꼬임 구조의 원사 6 가닥을 합사하여 멀티 필라멘트 1개의 섬도가 300 데니어가 되게 하였다. 동일한 구성을 갖는 삼각형 구조의 원사 6 가닥을 합사하여 멀티 필라멘트 1개의 섬도가 300 데니어가 되게 하였다. 그 후, 상기 꼬임 구조의 원사가 합사된 멀티 필라멘트 및 삼각형 구조의 원사가 합사된 멀티 필라멘트를 혼합하여 26 가닥을 사용하여 외경이 1.9 mm가 되도록 직조한 관형 편직물을 준비하였다. 상기 실시예 1과 동일한 공정을 수행하여 코팅층을 형성하고, 복합 중공사막을 제조하였다.
비교예 1
섬도가 1.4 데니어인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 모노 필라멘트 36 가닥 으로 이루어진 50 데니어의 원형 구조의 원사 6 가닥을 합사하여 멀티 필라멘트 1개의 섬도가 300 데니어가 되게 하였다. 그 후, 상기 멀티 필라멘트 26 가닥을 사용하여 외경이 1.9 mm가 되도록 직조한 관형 편직물을 준비하였다. 상기 실시예 1과 동일한 공정을 수행하여 코팅층을 형성하고, 복합 중공사막을 제조하였다.
비교예 2
섬도가 0.5 데니어인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 모노 필라멘트 100 필라로 이루어진 50 데니어의 원형 구조의 원사 6 가닥을 합사하여 멀티 필라멘트 1개의 섬도가 300 데니어가 되게 하였다. 그 후, 상기 멀티 필라멘트 26 가닥을 사용하여 외경이 1.9 mm가 되도록 직조한 관형 편직물을 준비하였다. 상기 실시예 1과 동일한 공정을 수행하여 코팅층을 형성하고, 복합 중공사막을 제조하였다.
<복합 중공사막의 물성 평가 방법>
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2에서 제조된 복합 중공사막의 물성을 하기와 같은 방법으로 측정하여 하기 표 3에 나타내었다.
실험예 1 -박리강도
관형 편직물로부터 고분자 수지 박막이 박리되는 순간의 하중을 인장시험기를 이용해 측정하였고, 이를 전단력이 가해지는 면적(㎡)으로 나누어 박리강도를 계산하였다. 구체적인 측정조건을 하기 표 1에 표시하였다.
Figure 112009082130131-PAT00001
박리강도는 시편 인장 시 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 다음과 같다.
* 박리강도 (Pa) = 항복점의 하중 (kg) / 전단력이 가해지는 면적 (m2)
실험예 2 -도프액의 침투성
제조된 복합 중공사막의 단면을 절단하고 현미경을 통해 도프액이 관형 편직물 내로 침투된 정도를 관찰하였다.
실험예 3 -스티프니스(Stiffness)
인스트론社에서 제공되는 샘플 홀더를 이용하여 복합 중공사막을 압축방향 으로 눌러(Compression mode), 굽힘이 발생될 때 생기는 최대 하중으로 스티프니스(Stiffness)를 평가하였다. 구체적인 측정조건을 하기 표 2에 표시하였다.
Figure 112009082130131-PAT00002
실험예 4 -투수량
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.
Figure 112009082130131-PAT00003
상기 표 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 꼬임 구조의 원사 및 삼각형 구조의 원사를 사용한 경우에는 중공사막의 중공부로 도프액의 침투가 발생하지 않고 투수량이 가장 많은 우수한 막을 얻을 수 있다. 또한, 실시예 2의 경우에는 실시예 1과 비교하여 낮은 데니어의 모노 필라멘트를 사용하여 비교적 도프액과의 접촉 면적이 넓어지게 된다. 따라서 박리강도가 증가한 반면, 스티프니스는 낮은 데니어로 인해 낮아짐을 확인할 수 있다. 실시예 3의 경우에는 실시예 1과 비교하여 높은 데니어의 모노 필라멘트를 사용하여 비교적 도프액과의 접촉면적이 작게 된다. 따라서 박리강도가 저하된 반면, 스티프니스는 높은 데니어로 인해 상승된 결과를 나타내었다.
원형 구조의 원사를 사용한 비교예 1의 경우에는 박리강도가 매우 낮음을 확인할 수 있다. 이는 관형 편직물이 원형 구조의 원사에 의해 형성된 편직물로 도프액과의 접촉 비표면적이 낮기 때문이다. 비교예 1의 경우, 스티프니스는 비교적 높은 수치를 나타내고 있으나, 박리강도가 현저히 낮으며 도프액의 중공부로의 침투로 인하여 중공사막의 기능이 상실되었음을 확인할 수 있다. 또한, 낮은 데니어의 모노 필라멘트로 이루어진 원사를 사용한 비교예 2의 경우에는 비록 도프액이 침투되지는 아니하나, 원형 구조의 원사를 사용함에 따라 박리강도, 스티프니스 및 투수량 측면에서 모두 본 발명에 의한 꼬임 구조의 원사 및 삼각형 구조의 원사를 사용한 경우(실시예 2) 보다 그 수치가 낮아 이러한 효과가 낮음을 확인할 수 있다.
즉, 상기 실시예 및 비교예에 대한 실험예의 결과로부터, 본 발명과 같이 꼬임 구조의 원사 및 삼각형 구조의 원사를 사용한 복합 중공사막은 원형 구조로 이루어진 원사에 비하여 도프액의 침투성이 낮고, 투과성능 및 스티프니스가 뛰어나고 더불어 비표면적의 확대를 통한 박리강도의 증진을 꾀할 수 있음을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 참고로 본 발명에 대해서 상세하게 설명하였으나, 이들은 단지 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 복합 중공사막의 단면도이다.
도 2는 실시예 1에 의한 꼬임 구조의 원사가 합사된 멀티 필라멘트 및 삼각형 구조의 원사가 합사된 멀티 필라멘트를 혼합하여 직조한 관형 편직물의 전자현미경 사진이다.
도 3은 비교예 1에 의한 원형 구조의 원사가 합사된 멀티 필라멘트로 직조한 관형 편직물의 전자현미경 사진이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 관형 편직물 2: 고분자 수지 박막
3: 중공부

Claims (12)

  1. 꼬임 구조의 원사가 합사된 멀티 필라멘트 및 삼각형 구조의 원사가 합사된 멀티 필라멘트가 혼합되어 직조된 관형 편직물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 각각의 원사는 10 내지 300 필라수의 모노 필라멘트로 이루어지며, 상기 모노 필라멘트의 섬도는 0.3 내지 50 데니어인 것을 특징으로 하는 관형 편직물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 각각의 원사의 섬도는 3 내지 500 데니어인 것을 특징으로 하는 관형 편직물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 각각의 멀티 필라멘트의 섬도는 5 내지 1500 데니어인 것을 특징으로 하는 관형 편직물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 관형 편직물의 재질은 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 나일론으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 관형 편직물.
  6. 꼬임 구조의 원사가 합사된 멀티 필라멘트 및 삼각형 구조의 원사가 합사된 멀티 필라멘트가 혼합되어 직조된 관형 편직물 및 상기 관형 편직물의 표면에 코팅된 고분자 수지 박막으로 이루어진 복합 중공사막.
  7. 제6항에 있어서, 상기 원사의 필라수는 10 내지 300 필라이며, 섬도는 3 내지 500 데니어인 것을 특징으로 하는 복합 중공사막.
  8. 제6항에 있어서, 상기 관형 편직물의 재질은 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 나일론으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 복합 중공사막.
  9. 제6항에 있어서, 상기 고분자 수지 박막은 하층에서 50 내지 190㎛까지는 스폰지 구조(sponge-like structure)를 형성하고 상단 0.1 내지 10㎛까지는 핑거 구 조(finger-like structure)를 형성하는 것을 특징으로 하는 복합 중공사막.
  10. 제6항에 있어서, 상기 고분자 수지 박막은 공경의 분포가 0.01 내지 1㎛인 미세공이 형성된 표면층과 공경의 분포가 0.01 내지 10㎛인 미세공이 형성된 내층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 복합 중공사막.
  11. 제6항에 있어서, 상기 고분자 수지 박막의 두께는 10 내지 200㎛인 것을 특징으로 하는 복합 중공사막.
  12. 제6항에 있어서, 상기 고분자 수지 박막이 관형 편직물 내로 침투하는 거리는 관형 편직물의 두께의 10 내지 30% 범위인 것을 특징으로 하는 복합 중공사막.
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