KR20130109730A - Ptfe hollow fiber membrane having porosity - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 다공성 PTFE 중공사 분리막에 관한 것으로, 보다 상세하게는 여과능을 극대화할 수 있는 다공성 PTFE 중공사 분리막을 제공하는 것이다.
The present invention relates to a porous PTFE hollow fiber separator, and more particularly, to provide a porous PTFE hollow fiber separator capable of maximizing filtration capacity.
종래, 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, 이하, "PTFE"라 함)로 이루어지는 다공질체는, 내약품성, 내열성, 내후성, 불연성 등에 뛰어날 뿐만 아니라, 비점착성, 저마찰계수 등의 특성을 가지고 있다. 또, 다공질 구조이기 때문에, 투과성, 유연성, 가요성, 미립자의 포집ㆍ여과성 등에도 우수하다. 이 때문에, PTFE로 이루어지는 되는 재료는, 정밀화학약품의 여과, 배수처리용의 필터 등의 광범위한 분야에서 사용되고 있다.Conventionally, a porous body made of polytetrafluoroethylene (hereinafter referred to as "PTFE ") not only has excellent chemical resistance, heat resistance, weather resistance, and nonflammability but also has properties such as non-stickiness and low friction coefficient. Moreover, since it is a porous structure, it is also excellent in transparency, flexibility, flexibility, trapping and filtering of fine particles, and the like. Therefore, the material made of PTFE is used in a wide range of fields such as filtration of fine chemicals and filters for wastewater treatment.
이 중 PTFE 여과재는 주로 PTFE 미세분말과 윤활제의 혼합물로 구성된 페이스트를 로드화 하고, 두 롤러 사이를 통과하는 압연공정을 거쳐 시트상태로 성형한 후, 윤활제를 제거한 뒤에 연신하는 방법으로 막을 다공화하는 기술, 즉 PTFE 평막의 제조방법은 널리 알려져 있다.Among them, the PTFE filter medium mainly consists of a paste composed of a mixture of PTFE fine powder and a lubricant, which is rolled through a rolling process between the two rollers, formed into a sheet state, and after the lubricant is removed, Technology, that is, a method for producing a PTFE flat membrane, is well known.
구체적으로 PTFE 평막의 제조방법의 예시로서 일본국 특허공개 제1980-075433호, 제1985-104319호 및 제1991-017136호는 PTFE 다공질체 제조방법중 PTFE 다공질체의 기공크기를 조절하기 위해 개량한 것이다. 또한, 일본국 특허공개 제1991-174452호, 제1996-174738호, 제1991-174452호, 제1995-278331호, 제2003-080590호, 제2007-077323호 및 제2008-119662호는 PTFE 다공질체 제조방법 중 기공크기와 기공률을 조절하기 위해 개량한 것들이다. 이상의 특허문헌들에서 개시된 PTFE의 연신에 의해 제조한 PTFE 다공질체는, 다수의 미세한 피브릴(미세섬유)과 상기 피브릴에 의해서 서로 연결된 다수의 노드(결절)로 이루어지는 미세구조를 가지고 있으며, 이 미세구조가 연속 기공성의 다공질 구조를 형성하고 있다. 이때, 연신 PTFE 다공질체는, 연신 조건을 제어함으로써 구멍직경이나 기공률 등의 다공질구조를 임의로 설정할 수 있다.
Specifically, Japanese Patent Laid-Open Publication Nos. 1980-075433, 1985-104319 and 1991-017136 have been modified to control the pore size of the PTFE porous body in the PTFE porous body manufacturing method. will be. In addition, Japanese Patent Publication Nos. 1991-174452, 1996-174738, 1991-174452, 1995-278331, 2003-080590, 2007-077323 and 2008-119662 are PTFE porous. The sieve method was improved to control pore size and porosity. The PTFE porous body produced by the stretching of PTFE disclosed in the above patent documents has a microstructure composed of a plurality of fine fibrils (fine fibers) and a plurality of nodes (nodules) connected to each other by the fibrils. The microstructure forms a continuous porous porous structure. At this time, the porous PTFE porous body can arbitrarily set the porous structure such as the pore diameter and porosity by controlling the stretching conditions.
한편, 중공사막이란 통상적으로 마카로니처럼 가운데 부분이 공동으로 되어 있는 실의 형태로 제작된 것으로 미세한 불순물을 제거하기 위한 투과막으로 주로 사용되고 있으며, 고분자 중공사막, 세라믹 중공사막 및 금속 중공사막으로 분류할 수 있다. 그런대, 종래의 PTFE는 중공사막의 제조방법은 널리 알려져 있지 않을 뿐 아니라, 알려진 방법에 의해 PTFE는 중공사막을 제조하는 경우 단일 중공사막에서 노드 및/또는 피브릴의 크기를 다양하게 조절하기 어려워 여과능을 개선하기 어려운 문제가 있었다. Meanwhile, the hollow fiber membrane is usually formed in the form of a hollow, such as macaroni, which is hollowed in the middle, and is mainly used as a permeable membrane for removing fine impurities. It is classified into a polymer hollow fiber membrane, a ceramic hollow fiber membrane, and a metal hollow fiber membrane . Therefore, it is difficult to control the size of the node and / or the fibril in the single hollow fiber membrane when the hollow fiber membrane is manufactured by a known method, There was a problem that it was difficult to improve performance.
나아가, 통상의 PTFE 중공사는 외부에서 내부로 유체가 통과하면서 여과공정이 수행되므로 정밀한 여과공정을 수행하는데 한계가 있었다.Furthermore, the conventional PTFE hollow yarns have a limit in performing a precise filtration process because the filtration process is performed while the fluid passes from the outside to the inside.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 해결하려는 과제는 단일 PTFE 중공사 분리막에서 중공과의 거리에 따라 따라 노드 및/또는 피브릴의 크기를 조절하여 여과능을 현저하게 개선할 수 있으면서 중공사의 내부에서 외부로 유체가 흐르면서 여과공정을 수행할 수 있는 다공성 PTFE 중공사 분리막을 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above-described problems, the problem to be solved of the present invention is to control the size of the node and / or fibrils in accordance with the distance to the hollow in a single PTFE hollow fiber membrane to significantly improve the filtration capacity The present invention provides a porous PTFE hollow fiber separator capable of improving the filtration process while allowing fluid to flow from the inside of the hollow fiber to the outside.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 다공성 PTFE 중공사 분리막은 노드 및 피브릴을 포함하는 다공성 PTFE 중공사 분리막에 있어서, PTFE 중공사의 내부에서 외부쪽으로 밀도가 감소한다.In order to solve the above problems, the porous PTFE hollow fiber separator of the present invention is a porous PTFE hollow fiber separator including a node and fibrils, the density decreases from the inside to the outside of the hollow PTFE yarn.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, PTFE 중공사의 내부에서 외부쪽으로 피브릴의 길이는 길어지고 노드길이는 감소한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the length of the fibril from the inside to the outside of the PTFE hollow fiber becomes longer and the node length decreases.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 내부에서 외부쪽으로 공극률이 증가하며, 밀도가 감소하고 공극의 크기가 증가할 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, the porosity increases from the inside to the outside, the density decreases, and the size of the pores increases.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 다공성 PTFE 중공사 분리막의 내경은 500 ~ 1200㎛일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the inner diameter of the porous PTFE hollow fiber membrane may be 500 ~ 1200㎛.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 다공성 PTFE 중공사 분리막의 외경은 1800 ~ 2500㎛일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the outer diameter of the porous PTFE hollow fiber membrane may be 1800 ~ 2500㎛.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 다공성 PTFE 중공사 분리막의 기공도는 60% 이상이고 인장강도가 60㎫ 이상일 수 있다.
According to another preferred embodiment of the present invention, the porous PTFE hollow fiber separator has a porosity of 60% or more and a tensile strength of 60 MPa or more.
본 발명의 PTFE 중공사 분리막은 제조비용의 증가 없이도 단일 PTFE 중공사 분리막에서 중공과의 거리에 따라 따라 노드 및/또는 피브릴의 크기를 조절하여 여과능을 현저하게 개선할 수 있다.PTFE hollow fiber membrane of the present invention can significantly improve the filtering capacity by adjusting the size of the node and / or fibrils in accordance with the distance to the hollow in a single PTFE hollow fiber membrane without increasing the manufacturing cost.
또한 통상의 PTFE 중공사는 외부에서 내부로 유체가 통과하면서 여과공정이 수행되는 것에 비하여, 본 발명의 PTFE 중공사 분리막은 중공사의 내부에서 외부로 유체가 통과하게 되므로 정밀한 여과공정의 수행이 가능하게 된다. 또한, 내부가 조밀한 구조를 가지므로 여과공정에서 이물질이 공극에 끼일 문제가 적어져 여과능이 현저하게 개선될 뿐 아니라 역세척이 매우 간편해진다.In addition, since the PTFE hollow fiber membrane of the present invention allows the fluid to pass from the inside to the outside of the hollow fiber membrane, a precise filtration process can be performed . In addition, since the inside has a compact structure, foreign matters are caught in the pores in the filtration process, so that the filtration performance is remarkably improved and backwashing is very simple.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 PTFE 중공사 분리막의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 사용될 수 있는 압축기의 모식도이다.
도 3은 본 발명에 사용될 수 있는 압출기의 모식도이고, 도 4는 본 발명에 사용될 수 있는 압출기 후단의 모식도이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a PTFE hollow fiber membrane according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram of a compressor that can be used in the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram of an extruder which can be used in the present invention, and FIG. 4 is a schematic diagram of a rear stage of an extruder which can be used in the present invention.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
상술한 바와 같이 종래의 PTFE는 중공사막의 제조방법은 널리 알려져 있지 않을 뿐 아니라, 알려진 방법에 의해 PTFE는 중공사막을 제조하는 경우 단일 중공사막에서 노드 및/또는 피브릴의 크기를 다양하게 조절하기 어려워 여과능을 개선하기 어려운 문제가 있었다. 나아가, 통상의 PTFE 중공사는 외부에서 내부로 유체가 통과하면서 여과공정이 수행되므로 정밀한 여과공정을 수행하는데 한계가 있었다.
As described above, the method of manufacturing a hollow fiber membrane of the conventional PTFE is not widely known, and by the known method, the PTFE can be used to variously control the size of nodes and / or fibrils in a single hollow fiber membrane. Difficult to improve the filtration capacity was a problem. Further, the conventional PTFE hollow fiber has a limitation in performing a precise filtration process because the filtration process is performed while the fluid passes from the outside to the inside.
이에 본 발명에서는 노드 및 피브릴을 포함하는 다공성 PTFE 중공사 분리막에 있어서, PTFE 중공사의 내부에서 외부쪽으로 밀도가 감소하는 다공성 PTFE 중공사 분리막을 제공하여 상술한 문제의 해결을 모색하였다. 이를 통해 제조비용의 증가 없이도 단일 PTFE 중공사 분리막에서 중공과의 거리에 따라 따라 노드 및/또는 피브릴의 크기를 조절하여 여과능을 현저하게 개선할 수 있을 뿐 아니라, 통상의 PTFE 중공사는 외부에서 내부로 유체가 통과하면서 여과공정이 수행되는 것에 비하여, 본 발명의 PTFE 중공사 분리막은 중공사의 내부에서 외부로 유체가 통과하게 되므로 정밀한 여과공정의 수행이 가능하게 된다. 또한, 내부가 조밀한 구조를 가지므로 여과공정에서 이물질이 공극에 끼일 문제가 적어져 여과능이 현저하게 개선될 뿐 아니라 역세척이 매우 간편해진다.
Accordingly, in the present invention, in the porous PTFE hollow fiber separator including a node and fibrils, a solution of the above-described problem was sought by providing a porous PTFE hollow fiber separator having a reduced density from the inside of the hollow PTFE yarn to the outside. This not only improves the filtration performance by controlling the size of the node and / or fibrils in accordance with the distance to the hollow in a single PTFE hollow fiber membrane without increasing the manufacturing cost, and the conventional PTFE hollow yarn is Compared to the filtration process is performed while the fluid passes inside, the PTFE hollow fiber membrane of the present invention is capable of performing a precise filtration process because the fluid passes from the inside of the hollow yarn to the outside. In addition, since the internal structure is dense, foreign matters are caught in the pores in the filtration process, so that the filtration performance is remarkably improved and backwashing is very simple.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 PTFE 중공사 분리막의 제조방법을 나타내는 흐름도로서 이를 중심으로 본 발명의 PTFE 중공사 분리막의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.FIG. 1 is a flow chart showing a method of manufacturing a PTFE hollow fiber membrane according to a preferred embodiment of the present invention, and a method of manufacturing the PTFE hollow fiber membrane of the present invention will be described with reference to FIG.
먼저, (1) 단계로서 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 분말 및 액상 윤활제를 혼합하여 페이스트를 제조한다(S1). 본 발명의 페이스트에 포함되는 PTFE 분말은 통상적으로 PTFE 중공사 분리막에 사용되는 것이면 제한없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 상기 PTFE 분말의 평균입경은 300 ~ 500 ㎛일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 분자량 등도 특별히 제한되지 않으며 시판의 제품을 사용해도 무방한 바, 그 예로서는, 폴리프론 F-104(다이킨 공업), 플루온 CD- 123(아사히 ICI 플로로폴리머즈사)등을 들 수 있다.
First, polytetrafluoroethylene (PTFE) powder and a liquid lubricant are mixed as a step (1) to prepare a paste (S1). The PTFE powder contained in the paste of the present invention can be used without limitation as long as it is usually used in a PTFE hollow fiber membrane. Preferably, the PTFE powder may have an average particle size of 300 to 500 탆, but is not limited thereto. The molecular weight and the like are not particularly limited, and commercially available products may be used. Examples thereof include Polyflon F-104 (Daikin Industries) and Fluon CD-123 (Asahi ICI Fluoropolymers Co., Ltd.).
본 발명의 페이스트에 포함되는 액상 윤활제는 PTFE 미세분말의 표면을 적시면서 원활한 압출 및 프리폼 형성을 수행하기 위한 것으로서, 중공사로 성형 후 열에 의한 증발추출 등의 수단에 의해 제거 가능한 물질이라면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 액상 윤활제로서, 유동파라핀, 나프타, 화이트 오일, 톨루엔, 크실렌 등의 탄화수소 오일 외에, 각종 알코올류, 케톤류, 에스테르류 등이 사용될 수 있다.
The liquid lubricant included in the paste of the present invention is for performing smooth extrusion and preform formation while wetting the surface of the PTFE fine powder and is not particularly limited as long as it is a material that can be removed by means such as evaporation extraction by heat after forming into a hollow fiber . For example, as the liquid lubricant, various alcohols, ketones, esters, and the like may be used in addition to hydrocarbon oils such as liquid paraffin, naphtha, white oil, toluene, and xylene.
본 발명의 페이스트에 포함되는 액상 윤활제는 PTFE 미세분말의 표면을 적시면서 원활한 압출 및 프리폼 형성을 수행하기 위한 것으로서, 중공사로 성형 후 열에 의한 증발추출 등의 수단에 의해 제거 가능한 물질이라면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 액상 윤활제로서, 유동파라핀, 나프타, 화이트 오일, 톨루엔, 크실렌 등의 탄화수소 오일 외에, 각종 알코올류, 케톤류, 에스테르류 등이 사용될 수 있다. 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 페이스트는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 분말 100중량부에 대하여 액상 윤활제 10 ~ 50중량부를 포함할 수 있다.
The liquid lubricant included in the paste of the present invention is for performing smooth extrusion and preform formation while wetting the surface of the PTFE fine powder and is not particularly limited as long as it is a material that can be removed by means such as evaporation extraction by heat after forming into a hollow fiber . For example, as the liquid lubricant, various alcohols, ketones, esters, and the like may be used in addition to hydrocarbon oils such as liquid paraffin, naphtha, white oil, toluene, and xylene. According to a preferred embodiment of the present invention, the paste may include 10 to 50 parts by weight of a liquid lubricant based on 100 parts by weight of polytetrafluoroethylene (PTFE) powder.
다음, (2) 단계로서, 상기 페이스트를 압축기에서 압축하여 중공사 형태로 예비성형한다(S2). 구체적으로 본 발명에 사용될 수 있는 압축기는 통상적으로 고분자 중공사 분리막의 제막에 사용되는 것이면 제한없이 사용될 수 있다. 도 2는 본 발명에 사용될 수 있는 압축기의 모식도로서 상기 (1) 단계에서 제조된 페이스트가 중공사 분리막 제조용 압축기(20) 내부로 유입되면, 중공형성부(21)의 외부공간(22)을 흐르게 되며 이 때 열과 압력을 가하여 페이스트를 중공사 형태로 예비성형할 수 있다. 상기 중공형성부(21)의 단면형상은 원형일 수 있으며, 직경은 원하는 중공사의 중공크기에 따라 조절될 수 있다.Next, in step (2), the paste is compressed in a compressor and preformed into a hollow fiber form (S2). Specifically, the compressor that can be used in the present invention can be used without limitation as long as it is usually used for forming a polymer hollow fiber membrane. FIG. 2 is a schematic view of a compressor that can be used in the present invention. When the paste produced in the step (1) is introduced into the
한편, 압축기 내부의 온도 및 압력은 통상의 PTFE 중공사 분리막 제조 시 적용되는 압축기의 조건에 따라 설정할 수 있으며, 바람직하게는 18 ~ 25℃ 및 1 ~ 3㎫의 압력에서 수행될 수 있다.
On the other hand, the temperature and pressure inside the compressor can be set according to the condition of the compressor applied when manufacturing a conventional PTFE hollow fiber membrane, preferably at a temperature of 18 to 25 ° C and a pressure of 1 to 3 MPa.
다음, (3) 단계로서 상기 예비성형된 중공사의 중공 내부에 낮은온도의 기체를 주입하여 압출기에서 압출한다(S3). 구체적으로 본 발명에 사용될 수 있는 압출기는 통상적으로 고분자 중공사 분리막의 제막에 사용되는 것이면 제한없이 사용될 수 있다. Next, in step (3), low-temperature gas is injected into the cavity of the preformed hollow fiber and extruded in an extruder (S3). Specifically, the extruder which can be used in the present invention can be used without limitation as long as it is usually used for the production of a polymer hollow fiber membrane.
한편, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 압출 또는 후술하는 연신공정에서 PTFE 중공사의 중공부에 압출온도보다 낮은 온도의 기체를 주입하는 단계를 포함할 수 있다. 만일 압출공정에서 연신공정까지 연속적으로 진행되는 경우 연신공정에서 기체주입이 어려우므로 압출공정에서 기체를 주입하는 것이 바람직하고, 단속적으로 진행되는 경우로서 특히 PTFE 중공사를 절단하여 개별적으로 연신하는 경우에는 연신공정에서 연신온도보다 낮은 온도의 기체를 주입할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, a step of injecting a gas having a temperature lower than the extrusion temperature may be injected into the hollow portion of the PTFE hollow fiber in the extrusion process or a drawing process described later. In the case of continuously progressing from the extrusion process to the stretching process, gas is difficult to be injected in the stretching process. Therefore, it is preferable to inject the gas in the extrusion process. In the case of intermittently progressing, particularly when the PTFE hollow fiber is cut and individually stretched A gas having a temperature lower than the drawing temperature can be injected in the drawing step.
구체적으로 도 3은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 압출기의 모식도로서, 상기 (2) 단계를 거쳐 예비성형된 PTFE 중공사(120)는 압출기(100) 내부의 맨드렐(mandrel, 110)에 중공이 관통되어 압출기의 후단(도 3의 우측)으로 이송되면서 압출된다. 이 때, 상기 맨드렐의 중공부(111)에 압출온도보다 낮은 온도, 바람직하게는 30℃ 이상 낮은 온도의 기체를 주입하며, 가장 바람직하게는 10 ~ 30℃의 기체를 주입하는 것이 PTFE 중공사의 물성을 향상시키는데 가장 유리하다. 이 경우 상기 기체는 공기, 수소, 산소, 질소 및 이산화탄소로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 이후 연신공정에서 중공내부의 온도를 연신온도보다 낮출 수 있는 것이면 제한없이 사용될 수 있다.3 is a schematic view of an extruder according to a preferred embodiment of the present invention. The preformed PTFE
도 4는 도 3의 압출기의 후단(우측)을 확대한 모식도로서, 상기 맨드렐(110)은 니플(130)과 연통되며 맨드렐의 중공부(111)은 니플(130)의 중공부(131)과 연통된다. 그 결과 맨드렐의 중공부(111)에 주입된 기체는 니플(130)의 중공부(131)로 이송되고, 맨드렐(110)에 관통되어 이송된 PTFE 중공사는 맨드렐(110)과 연통된 니플(130)로 이송되어 압출된 후 압출기(100)의 외부로 이송되며, 이 때 니플(130)의 후단부분에서 이송된 기체가 PTFE 중공사의 중공내부로 직접 분사된다. 그 뒤 내부에 낮은 온도의 기체를 포함하는 압출된 PTFE 중공사(140)는 연속적으로 후술하는 건조 및 연신공정을 수행하게 된다. 한편, 니플(130)과 맨드렐(110)의 결합은 여러가지 공지의 수단을 통해 달성될 수 있으며, 니플과 맨드렐의 결합부(125)가 나사결합을 통해 결합되고 조임과 풀림을 반복하여 PTFE 중공사의 이송량을 적절하게 조절할 수 있다. FIG. 4 is an enlarged schematic view of the rear end (right side) of the extruder of FIG. 3, wherein the
한편, 본 발명의 압출조건은 낮은 온도의 기체를 주입하는 것을 제외하고는 통상의 PTFE 중공사의 압출조건에 따라 수행될 수 있으며, 바람직하게는 상기 (3) 단계는 60 ~ 100℃에서 15 ~ 25㎫의 압력에서 수행될 수 있다. 한편, 상기 (3) 단계를 거친 PTFE 중공사는 외경이 1.5~5mm이고, 내경이 0.5~4mm일 수 있다.
The extrusion conditions of the present invention can be performed according to extrusion conditions of a conventional PTFE hollow fiber, except that a low temperature gas is injected. Preferably, the step (3) Lt; RTI ID = 0.0 > MPa. ≪ / RTI > Meanwhile, the PTFE hollow fiber having been subjected to the step (3) may have an outer diameter of 1.5 to 5 mm and an inner diameter of 0.5 to 4 mm.
다음, (4) 단계로서 상기 압출된 중공사를 가열하여 액상 윤활제를 제거하는 단계를 포함할 수 있다(S4). 구체적으로 상기 중공사의 가열온도는 액상 윤활제가 제거되는 정도의 온도이면 족하나 바람직하게는 110 ~ 150℃일 수 있다. 가열시간은 10 초 ~ 10분간 수행될 수 있다.
Next, in step (4), the extruded hollow fiber may be heated to remove the liquid lubricant (S4). Specifically, the heating temperature of the hollow fiber may be in the range of a temperature at which the liquid lubricant is removed, and preferably 110 to 150 ° C. The heating time can be performed for 10 seconds to 10 minutes.
다음 (5) 단계로서, 상기 액상 윤활제가 제거된 중공사를 연신하여 중공사의 내부에 기공을 형성한다(S5). 구체적으로 통상의 PTFE 중공사는 롤러를 통해 이송되는데 이 경우 롤러간의 속도차를 이용하여 종방향으로 연신할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며 통상의 중공사 제조 시 사용되는 연신방법에 따라 연신될 수 있다. 연신온도 역시 250 ~ 320℃일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 연신비는 1.2 ~ 8 배 연신될 수 있다. 연신과정을 거치면 중공사의 내부에 노드와 피브릴을 형성하여 기공이 형성된다.In the next step (5), the hollow fiber having the liquid lubricant removed is stretched to form pores in the hollow fiber (S5). Specifically, a conventional PTFE hollow fiber is fed through a roller. In this case, the PTFE hollow fiber can be stretched in the longitudinal direction by using the speed difference between the rollers, but not limited thereto. The PTFE hollow fiber can be stretched according to a stretching method used in ordinary hollow fiber production. The stretching temperature may also be 250 to 320 ° C, but is not limited thereto, and the stretching ratio may be stretched by 1.2 to 8 times. After the stretching process, pores are formed by forming fibrils and nodes inside the hollow fiber.
한편, 상기 (3) 단계에서 낮은 온도를 갖는 기체를 주입하지 않은 경우로서 특히 PTFE 중공사를 절단하여 공정이 진행되는 경우에는 (5) 단계인 연신공정에서 On the other hand, in the case where the gas having a low temperature is not injected in the step (3), in particular, in the case where the PTFE hollow fiber is cut, the stretching step (5)
낮은 온도의 기체를 PTFE 중공사의 중공내부로 주입할 수 있다.A low temperature gas can be injected into the hollow interior of the PTFE hollow fiber.
그런대, 상기 (3) 단계에서 압출온도보다 낮은 온도의 기체를 주입하거나 (5) 단계에서 연신온도보다 50℃ 이상 낮은 온도를 갖는 기체를 주입하면 결과적으로 연신공정에서 PTFE 중공사의 중공온도가 연신온도보다 50℃ 이상 낮게 된다. 이러한 상태에서 연신공정이 이루어지게되면 종공부의 온도가 PTFE 중공사 외부의 온도보다 현저하게 낮은 상태에서 연신공정이 수행되므로 PTFE 중공사의 중공과 가까운 부분과 먼부분의 형상에 현저한 차이가 발생하게 된다. 구체적으로 PTFE 중공사 내부에서 외부쪽으로 갈수록 피브릴 길이는 길어지고, 공극률은 커지며, 밀도는 낮아지고, 공극크기는 커지며 노드는 줄어들게 된다. 그 결과 제조비용의 증가 없이도 단일 PTFE 중공사 분리막에서 중공과의 거리에 따라 따라 노드 및/또는 피브릴의 크기를 조절하여 여과능을 현저하게 개선할 수 있게 되는 것이다.If a gas having a temperature lower than the extrusion temperature is injected in the step (3) or a gas having a temperature lower than the stretching temperature by 50 ° C or more is injected in the step (5), the hollow tube of the PTFE hollow fiber is stretched Deg.] C or more. When the stretching process is performed in this state, the stretching process is performed in a state where the temperature of the seed is significantly lower than the temperature outside the PTFE hollow fiber, so that there is a significant difference in the shape of the PTFE hollow fiber near and in the vicinity of the hollow . Specifically, the fibril length becomes longer, the porosity becomes larger, the density becomes lower, the pore size becomes larger, and the number of nodes becomes smaller toward the outer side from inside the PTFE hollow fiber. As a result, the size of the node and / or the fibril can be adjusted according to the distance from the hollow in the single PTFE hollow fiber membrane without increasing the manufacturing cost, thereby remarkably improving the filtering performance.
그 결과, PTFE 중공사 분리막은 제조비용의 증가 없이도 단일 PTFE 중공사 분리막에서 중공과의 거리에 따라 따라 노드 및/또는 피브릴의 크기를 조절하여 여과능을 현저하게 개선할 수 있다. 또한 통상의 PTFE 중공사는 외부에서 내부로 유체가 통과하면서 여과공정이 수행되는 것에 비하여, 본 발명의 PTFE 중공사 분리막은 중공사의 내부에서 외부로 유체가 통과하게 되므로 정밀한 여과공정의 수행이 가능하게 된다. 나아가, 내부가 조밀한 구조를 가지므로 여과공정에서 이물질이 공극에 끼일 문제가 적어져 여과능이 현저하게 개선될 뿐 아니라 외부에서 내부로 여과공정은 중공사와 중공사 사이의 이물질을 역세하는데 있어 어려움이 있으나 내부에서 외부로의 여과 공정은 막과 막사이의 이물질 발생이 없어 역세척이 매우 간편해진다. 뿐만 아니라 모듈을 수직설치와 수평설치를 모두 할 수 있어 동일 면적에 대한 모듈 용적율이 매우 높아질 수 있는 장점이 있다.As a result, the PTFE hollow fiber separator can significantly improve the filtration capacity by adjusting the size of the node and / or fibrils in accordance with the distance to the hollow in a single PTFE hollow fiber separator without increasing the manufacturing cost. In addition, since the PTFE hollow fiber membrane of the present invention allows the fluid to pass from the inside to the outside of the hollow fiber membrane, a precise filtration process can be performed . Furthermore, since the internal structure is dense, foreign matters are caught in the pores in the filtration process, so that the filtration performance is remarkably improved. However, the filtration process from the inside to the outside makes it easy to backwash because there is no foreign matter between the membranes. In addition, the module can be installed vertically and horizontally, there is an advantage that the module volume ratio for the same area can be very high.
이를 위하여 보다 바람직하게는 PTFE 중공사의 중공내부의 온도가 연신온도보다 100℃ 이상 낮을 수 있으며, 가장 바람직하게는 PTFE 중공사의 중공내부의 온도가 연신온도보다 150℃ 이상 낮을 수 있다.
More preferably, the temperature of the hollow interior of the PTFE hollow fiber may be lower than the drawing temperature by 100 ° C or more, and most preferably, the hollow interior of the PTFE hollow fiber may be lower than the drawing temperature by 150 ° C or more.
다음, (6) 단계로서 상기 연신된 PTFE 중공사 분리막의 열수축을 방지하기 위하여 이를 소성한다(S6). 상기 (6) 단계의 소성온도는 300 ~ 400℃에서 10초 내지 10분간 수행될 수 있다.Next, in step (6), the stretched PTFE hollow fiber membrane is sintered to prevent heat shrinkage (S6). The firing temperature in the step (6) may be performed at 300 to 400 ° C for 10 seconds to 10 minutes.
상술한 방법을 통해 제조된 본 발명의 다공성 PTFE 중공사 분리막의 내경은 500 ~ 1200㎛이고 외경은 1800 ~ 2500㎛일 수 있다. 기공도는 60% 이상이고 인장강도가 60㎫ 이상을 가진다.
The porous PTFE hollow fiber separator of the present invention prepared by the above-described method may be an inner diameter of 500 ~ 1200㎛ and an outer diameter of 1800 ~ 2500㎛. The porosity is 60% or more and the tensile strength is 60 MPa or more.
이하, 실시예와 비교예를 통하여 본 발명의 구성 및 그에 따른 효과를 보다 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 예시일 뿐이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the configuration and effects of the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. However, this embodiment is only an example for explaining the present invention more specifically, the scope of the present invention is not limited to these examples.
<실시예><Examples>
PTFE 미세 파우더(DF-130, 솔베이) 75중량%와 액상 윤활제인 유동 파라핀(엑손모빌제품, 상품명 Isopar-H) 25중량%을 혼합하여 PTFE 페이스트를 형성하였다. 상기 PTFE 페이스트를 3MPa 압력에서 20℃에서 압축하여 중공사 형상의 pre-form을 형성하고 20MPa(200kg/㎠)의 압력으로 중공 형상의 외경 4mm 내경 2mm로 80℃에서 압출 성형하면서 램(페이스트)압출기의 맨드릴을 통하여 20℃의 냉각 기체를 공급하며 연속공정으로 이후 상기 형성된 PTFE 중공사를 120℃에서 5분간 가열하여 유동 파라핀을 제거하였다. 연속적으로 상기 성형된 PTFE 중공사 분리막을 롤러간의 속도차에 의해 320℃에서 종방향으로 2배 연신하여 노드와 피브릴을 형성시켜 기공을 형성하였다. 이후 350℃로 소성을 통하여 다공성 PTFE 중공사 분리막을 제조하였다. 제조된 PTFE 중공사 분리막은 내부는 조밀한 구조를 가지며 중공에서 외부로 갈수록 밀도가 낮아지는 구조를 갖는 것을 확인할 수 있다.
75% by weight of PTFE fine powder (DF-130, Solvay) and 25% by weight of liquid paraffin (product of Exxon Mobil, trade name: Isopar-H) as a liquid lubricant were mixed to form a PTFE paste. The PTFE paste was compressed at 20 ° C. at 3 MPa pressure to form a hollow fiber-shaped pre-form, and the ram (paste) extruder was extruded at 80 ° C. with a hollow outer diameter of 4 mm and an inner diameter of 2 mm at a pressure of 20 MPa (200 kg / cm 2). After supplying a cooling gas of 20 ° C through a mandrel of a continuous process, the formed PTFE hollow fiber was then heated at 120 ° C for 5 minutes to remove the liquid paraffin. The formed PTFE hollow fiber membrane was continuously stretched twice at 320 ° C in the longitudinal direction by the speed difference between the rollers to form pores with the nodes and the fibrils. Thereafter, a porous PTFE hollow fiber separator was manufactured by firing at 350 ° C. The fabricated PTFE hollow fiber membrane has a dense structure inside and has a structure of decreasing density from the hollow to the outside.
<비교예><Comparative Example>
압출단계에서 낮은온도의 기체를 주입하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 PTFE 중공사를 제조하였다. 제조된 PTFE 분리막은 중공과 가까운 부분과 먼 부분의 밀도가 별다른 편차를 나타내지 않았다.
A PTFE hollow fiber was produced in the same manner as in Example 1, except that a low temperature gas was not injected in the extrusion step. The density of the PTFE membrane was close to the hollow and did not show any significant difference.
본 발명의 제조방법을 통해 제조된 PTFE 중공사 분리막은 유체분리막 분야에 널리 활용될 수 있다.PTFE hollow fiber separator prepared through the manufacturing method of the present invention can be widely used in the field of fluid separation membrane.
Claims (10)
상기 다공성 PTFE 중공사 분리막의 중공에서 외부로 유체가 여과되는 것을 특징으로 하는 The method of claim 1,
The fluid is filtered from the hollow of the porous PTFE hollow fiber separator to the outside
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