KR20140072744A - 폴리술폰계 다층 제균분리막 및 이를 포함하는 절곡형 카트리지 필터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폴리술폰계 제균분리막에 관한 것으로, 보다 상세하게는 분리막 내부 및 표면에 형성된 기공들의 분산도를 적절하게 제어하여 제균성능 및 고유량 특성을 향상시킬 수 있는 폴리술폰계 제균분리막 및 그 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 폴리술폰계 다층 제균분리막 및 이를 포함하는 절곡형 카트리지 필터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유량감소율이 낮으면서도 제균성능이 현저하게 향상된 다층 제균분리막 및 이를 포함하는 절곡형 카트리지 필터에 관한 것이다.
고분자 멤브레인은 고분자 구조로 이루어진 공경을 이용하여 혼합물의 분리/정제 공정에 적용되는 필터이다. 이러한 멤브레인은 공경의 크기에 따라서 정밀여과막, 한외여과막, 기체 분리막, 투과증발막, 역삼투막 등으로 분류되며, 제약, 바이오, 식품, 반도체, 수처리 분야에 대표적으로 사용되고 있다.
제약/바이오, IT 분야에 있어서 멤브레인은 주로 용수 정제, 입자제거, 제균용 기체/액체용 필터로 적용되며, 이때, 적용되는 멤브레인 소재는 술폰계로 폴리술폰(polysulfone), 폴리이서술폰(polyethersulfone), 올레핀계 폴리에틸렌(polyethylene), 불소계로 폴리비닐덴플루오라이드(Polyvinyldene fluoride), 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene), 아민계로 셀룰로스 아세테이트(cellulose acetate) 셀룰로스 트리아세테이트(cellulose triacetate)등이 대표적이다.
이러한 멤브레인을 제조하는 방법으로는 용매, 고분자, 비-용매로 이루어진 균일용액의 상 분리를 이용하여 멤브레인을 제조하는 비-용매 유도 상전이(nonsolvent induced phase inversion; NIPI) 공정이 주로 이용되며, 용융점 부근의 온도에서 급격한 온도차를 이용하여 멤브레인을 제조하는 열유도 상전이법(thermally induced phase separation)이 이용된다.
종래에 비-용매 유도 상전이법은 고분자를 용매에 녹여 용액을 만든 후 이를 지지체 위에 얇게 캐스팅(casting)하여 이를 비-용매에 침적시킴으로써, 고체상의 막을 얻는 제조 방법으로 지지체를 포함한 코팅 방식과 지지체 위에 캐스팅 후 박리를 통하여 멤브레인을 얻는 방법으로 나누어진다.
이러한 방법에 의한 고분자막 특히, 폴리술폰계 분리막은 높은 열적, 산화 안정성 및 온도에 대한 안정성을 갖고 있어 수처리에 유리하므로 제균분리막에 활용되고 있다.
그러나, 폴리술폰계 제균분리막은 평균기공의 크기를 제균에 적합한 사이즈로 조절한다 하더라도 기공 사이즈의 분산도가 높아 실제 제균성능 및 유량특성을 동시에 달성하기 어려우며 시간이 경과할수록 유량감소율이 높은 문제가 있었다.
또한, 평균기공 사이즈의 분산도가 높은 경우 제균분리막이 가지는 최대기공(버블포인트;B.P)의 크기도 증가함으로써 제균분리막으로 적합한 박테리아 균을 제거하기 어려운 문제가 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 첫번째 해결하려는 과제는 유량감소율이 낮으면서도 제균성능이 현저하게 향상된 다층 제균분리막 및 이를 포함하는 절곡형 카트리지 필터를 제공하는 것이다.
본 발명의 두번째 해결하려는 과제는 다층 분리막 중 적어도 하나 이상의 분리막 내부 및 표면에 형성된 기공들의 분산도를 좁은 범위로 제어하여 제균성능 및 고유량 특성을 동시에 만족하는 다층 제균분리막 및 이를 포함하는 절곡형 카트리지 필터를 제공하는 것이다.
상술한 첫번째 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 2 이상의 폴리술폰계 분리막이 합지되며, 제1 폴리술폰계 분리막의 평균기공크기와 제2 폴리술폰계 분리막의 평균기공크기의 편차가 0.1㎛ 범위내인 것을 포함하는 폴리술폰계 다층 제균분리막을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 제1 폴리술폰계 분리막 및 제2 폴리술폰계 분리막은 대칭 분리막일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 제1 폴리술폰계 분리막의 두께는 50 ~ 200㎛이고, 제2 폴리술폰계 분리막의 두께는 50 ~ 200㎛일 수 있다.
상술한 두번째 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 폴리술폰계 다층분리막은, 상기 제1 폴리술폰계 분리막 및 제2 폴리술폰계 분리막 중 적어도 하나 이상의 분리막이 평균기공크기가 0.01 ~ 1 ㎛ 이며, 소정의 평균기공크기의 ± 0.2㎛ 범위내에 전체 기공중 80% 이상의 기공이 존재할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 평균기공크기는 0.1 ~ 1㎛일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 소정의 평균기공크기의 ± 0.2㎛ 범위내에 전체 기공중 90% 이상의 기공이 존재할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 소정의 평균기공크기의 ± 0.1㎛ 범위내에 전체 기공중 80% 이상의 기공이 존재할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 폴리술폰계 다층 제균분리막의 유량 감소율은 15% 이하이면서, 동시에 ASTM F838에 의한 박테리아 제거율이 99.9999995% 이상일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면, 내부에 여과된 유체가 통과하는 유로를 포함하는 내부코어; 상기 내부코어상에 구비되며 제1 지지층, 상기 제1 지지층상에 구비된 상술한 본 발명의 폴리술폰계 다층 제균분리막 및 제2 지지층을 포함하여 절곡된 핵심여재; 및 상기 핵심여재 상에 구비되며 여과전 유체가 접촉되는 외각 케이지를 포함하는 절곡형 카트리지 필터를 제공한다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 핵심여재는 여과전 유체와 접촉하는 면적을 늘리기 위하여 톱니바퀴 형상으로 절곡된 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 제1 지지체 및 제2 지지체는 부직포일 수 있으며, 보다 바람직하게는 상기 부직포는 평량이 20 ~ 80g/㎡인 폴리올레핀계 및 폴리에스터계 중 1종 이상인 부직포일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 여과전 유체 및 여과된 유체가 한 방향으로 흐르도록, 유체의 흐름방향과 반대방향에서 내부코어, 핵심여재 및 외각케이지에 밀착하여 구비된 앤드캡을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 향상된 다층 제균분리막 및 이를 포함하는 절곡형 카트리지 필터 유량감소율이 낮으면서도 제균성능이 현저하게 향상된다.
또한, 적어도 하나의 분리막에 대하여 분리막 내부 및 표면에 형성된 기공들의 분산도를 좁은 범위로 제어하여 제균성능 및 고유량 특성을 동시에 만족시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 절곡필터의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 절곡필터의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 절곡필터 중 핵심여재의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 절곡필터의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 절곡필터 중 핵심여재의 단면도이다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
상술한 바와 같이, 종래의 폴리술폰계 제균분리막은 평균기공의 크기를 제균에 적합한 사이즈로 조절한다 하더라도 기공 사이즈의 분산도가 높아 실제 제균성능 및 유량특성을 동시에 달성하기 어려우며 시간이 경과할수록 유량감소율이 높은 문제가 있었다.
이에 본 발명에서는 폴리술폰계 제균분리막에 있어서, 본 발명은 2 이상의 폴리술폰계 분리막이 합지되며, 제1 폴리술폰계 분리막의 평균기공크기와 제2 폴리술폰계 분리막의 평균기공크기의 편차가 0.1㎛ 범위내인 것을 포함하는 폴리술폰계 다층 제균분리막을 제공하여 상술한 문제의 해결을 모색하였다. 이를 통해 폴리술폰계 제균분리막의 유량감소율을 현저하게 낮추면서도 제균성능을 현저하게 향상시킬 수 있다.
구체적으로 본 발명의 폴리술폰계 제균분리막은 2 이상의 폴리술폰계 분리막이 합지된 다층 제균분리막의 형태를 가진다.
먼저, 본 발명의 폴리술폰계 제균분리막은 통상적으로 제균분리막에 사용되는 폴리술폰계 고분자이면 제한없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 폴리술폰 폴리에테르술폰, 폴리아릴술폰 및 폴리에테르아릴술폰 등이 1종 이상 포함될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
또한, 합지되는 2 이상의 폴리술폰계 분리막은 제1 폴리술폰계 분리막의 평균기공크기와 제2 폴리술폰계 분리막의 평균기공크기의 편차가 0.1㎛ 범위내여야 한다. 예를 들어 제1 폴리술폰계 분리막의 평균기공의 크기가 0.3㎛라면, 제2 폴리술폰계 분리막의 평균기공크기는 0.2 ~ 0.4㎛ 내의 범위임을 의미하는 것이다. 역으로 제2 제2 폴리술폰계 분리막의 평균기공크기가 0.5㎛ 라면 제1 폴리술폰계 분리막의 평균기공크기는 0.4 ~ 0.6㎛ 내의 범위일 수 있다. 이를 통해 유량감소율의 저하 및 현저하게 우수한 박테리아 제거효율을 달성할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 제1 폴리술폰계 분리막의 두께는 50 ~ 200㎛이고, 제2 폴리술폰계 분리막의 두께는 50 ~ 200㎛일 수 있다.
한편, 합지되는 2 이상의 폴리술폰계 분리막은 2개 이상의 분리막이 합지된 형태일 수 있으며, 3개 또는 4개 이상의 분리막이 합지될 수 있다.
한편, 합지되는 2 이상의 폴리술폰계 분리막 중 적어도 하나 이상의 폴리술폰계 분리막은 평균기공크기가 0.01 ~ 1 ㎛ 이며, 소정의 평균기공크기의 ± 0.2㎛ 범위내에 전체 기공중 80% 이상의 기공이 존재할 수 있으며 바람직하게는 다층을 형성하는 모든 폴리술폰계 분리막이 상술한 범위를 만족할 수 있다. 이를 통해 폴리술폰계 제균분리막 분리막 내부 및 표면에 형성된 기공들의 분산도를 좁은 범위로 제어하여 제균성능 및 고유량 특성을 동시에 만족시킬 수 있다.
예를 들어, 폴리술폰계 제균분리막의 평균기공크기가 0.5㎛ 라면 ± 0.2㎛ 범위인 0.3 ~ 0.7㎛ 범위에 전체 기공 중 80%의 기공이 집중된다는 의미이다. 그 결과, 표 1에서 알 수 있듯이 높은 투과유량을 가지면서도 동시에 현저하게 우수한 제균능(폴리술폰계 제균분리막은 ASTM F838에 의한 박테리아 제거율이 99.9999995% 이상)을 갖는 것을 확인할 수 있다.
이러한 효과는 기공사이즈의 분산도가 낮아질수록 높은 효과를 가지는 것으로 바람직하게는 소정의 평균기공크기의 ± 0.2㎛ 범위내에 전체 기공중 90% 이상의 기공이 존재할 수 있으며, 보다 바람직하게는 소정의 평균기공크기의 ± 0.1㎛ 범위내에 전체 기공중 80% 이상의 기공이 존재할 수 있다.
한편, 본 발명의 폴리술폰계 제균분리막 중 적어도 하나 이상의 제균분리막은 막 내부 및 막 표면의 기공사이즈가 거의 동일한 대칭막일 수 있으며 바람직하게는 모든 제균분리막이 대칭분리막일 수 있다. 다시 말해 평균기공크기가 0.01 ~ 1 ㎛이면 막내부 및 막 표면의 기공사이즈가 모두 상기 범위에 포함될 수 있는 것이다. 이를 통해 제거하고자 하는 크기 이상의 균을 안정적으로 제거하면서도 투과유량을 증대시킬 수 있어 제균분리막으로 요구되어지는 물성을 달성할 수 있다.
한편, 폴리술폰계 비대칭막의 경우 막 내부 및 막 표면의 기공사이즈가 비대칭이면서 분리할 수 있는 층(최소기공영역층)의 깊이가 얇기 때문에 물리적인 힘이나 외부의 환경에 영향을 받을 수 있다. 이는 제거하고자 하는 크기 이상의 균을 안정적으로 제거할 수 없는 문제가 발생할 수 있으므로 바람직하게는 적어도 하나 이상의 폴리술폰계 분리막이 대칭일 수 있다.
결국, 폴리술폰계 제균분리막 분리막 내부 및 표면에 형성된 기공들의 분산도를 좁은 범위로 제어하여 제균성능 및 고유량 특성을 동시에 만족시킬 수 있다.
다음, 본 발명의 폴리술폰계 제균분리막의 제조방법을 설명한다. 후술하는 제조방법은 본 발명의 범위를 만족하는 분리막을 제조할 수 있는 일례이며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 제조방법에 한정되지 않는다.
구체적으로 본 발명의 폴리술폰계 제균분리막의 제조방법은, (1) 지지체의 표면온도를 20∼30℃로 유지하는 단계; (2) 상기 지지체의 표면온도보다 높은 온도에서 상기 지지체에 폴리술폰계 고분자를 포함하는 용액을 캐스팅하여 막의 내부기공을 형성하는 단계; 및 (3) 상기 고분자 용액이 캐스팅된 지지체에 에어를 분사하여 공기 중에 5 ~ 80초간 노출시켜 대칭분리막을 형성하는 단계;를 포함하여 제1 제균분리막 및 제2 제균분리막을 제조하고 이를 합지하여 제조할 수 있다.
먼저, (1) 단계로서 지지체의 표면온도를 20∼30℃로 유지한다. 구체적으로 본 발명에 사용될 수 있는 지지체는 바람직하게는 금속소재일 수 있으며, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 구리합금 등을 사용한다. 본 발명의 실시예에서는 스테인리스 스틸을 이용하여 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 지지체의 표면온도는 20 내지 30℃로 유지하여야 한다. 상기 지지체의 표면온도가 20℃ 미만이면, 막의 내부 및 표면의 기공크기가 커지고, 그로부터 산출된 비대칭도가 높아지는 문제가 있으며, 표면온도가 30℃를 초과하면, 고분자용액간의 온도 차가 작아져 열유도상전이법에 의한 기공의 구조를 조절하기에 비효율적이다.
다음, (2) 단계로서, 상기 지지체의 표면온도보다 높은 온도에서 상기 지지체에 폴리술폰계 고분자를 포함하는 용액을 캐스팅하여 막의 내부기공을 형성형성하는 것으로서, 지지체와 폴리술폰계 고분자를 포함하는 용액간의 온도차에 의하여, 지지체와 접촉하는 막의 내부 기공을 0.01∼10㎛로 형성할 수 있다. 따라서, 원하는 크기의 기공을 형성하기 위하여, 상기 지지체 상에 캐스팅되는 고분자용액의 온도는 상기 지지체 온도보다 높은 온도로 유지하되, 바람직하게는 고분자용액은 35∼60℃로 유지되도록 한다. 만일 폴리술폰계 고분자를 포함하는 용액의 온도가 35℃ 미만이면 용액의 교반시간이 증가하고 제조된 조액이 균일한 상태가 되지 않는 문제가 발생할 수 있고, 60℃를 초과하면 용매의 증기압 증가로 균일한 용액을 제조하는데 정량적인 문제가 발생할 수 있다.
상기 고분자 용액에서 폴리술폰계 고분자는 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리알릴술폰 및 폴리알릴에테르술폰으로 이루어진 군에서 선택되는 단독 또는 그들의 혼합형태를 사용할 수 있으며, 이때, 상기 폴리술폰계 중합체는 -SO2 그룹 주변의 방향족 그룹 사이의 공명전자에 의한 정전기적 인력에 의해 매우 안정적인 특징을 가지기 때문에 넓은 온도 범위에서의 안정성, 내화학성, 다양한 기공크기를 가질 수 있으며 기계적 강도가 우수하다.
한편, 폴리술폰계 고분자는 전체 고분자 용액에서 8 ~ 20중량%를 함유할 수 있다. 만일 폴리술폰계 고분자의 함량이 8 중량% 미만이면 기공 형성한 후 분리막의 인장강도가 약해짐으로써 공정용 필터로 사용하는데 문제가 발생할 수 있고, 20중량%를 초과하면 원하는 마이크로 영역의 기공을 형성하기에 불충분한 조건이며, 다공도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 본 발명의 폴리술폰계 중합체 함유 고분자용액에는 내부 기공을 형성하기 위한 조성으로 친수성 기공조절제를 포함할 수 있다. 이 경우 상기 용매와 잘 혼합되는 것이라면 사용 가능하나, 바람직하게는 에틸렌글리콜 및 글리세롤을 포함하는 글리콜류; 에탄올 및 메탄올을 포함하는 알코올류; 및 아세톤을 포함하는 케톤류; 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌글리콜 및 실리카로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 첨가제를 사용할 수 있다. 더욱 바람직하게는 폴리비닐피롤리돈 또는 폴리에틸렌글리콜의 용매에 상기 제시된 용매 중 다른 1종과의 혼합형태로 사용
되는 것이다.
상기 친수성 기공 조절제의 함량은 10 ~ 30중량%를 일 수 있으며, 이때, 10중량% 미만이면, 친수성 기공조절제의 효과가 미비하고, 30중량%를 초과하면, 응고시 거대기공을 포함한 비대칭구조가 형성되어 막의 기계적 성능에 불리할 수 있다.
상기 고분자용액에 사용되는 용매는 N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸포름아마이드, 디메틸설폭사이드및 디메틸아세트아마이드로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이 사용될 수 있으며, 이때, 용매의 함량은 전체 100중량%에서 상기 조성함량을 제외한 잔량이 사용될 수 있다.
다음, (3) 단계로서 상기 고분자 용액이 캐스팅된 지지체에 에어를 분사하여 공기 중에 5 ~ 80초간 노출시켜 대칭분리막을 형성한다. 상기 공정은 막의 표면에 기공을 형성하는 단계로서, 상술한 지지체의 표면온도, 고분자 용액, 에어분사 조건 및 노출시간을 적절하게 조절하여 평균기공크기가 0.01 ~ 1 ㎛ 이며, 소정의 평균기공크기의 ± 0.2㎛ 범위내에 전체 기공중 80% 이상의 기공이 존재하는 폴리술폰계 대칭형 제균분리막을 제조한다.
이를 위하여 에어분사 조건은 상기 (2) 단계에서 지지체에 캐스팅되는 고분자용액의 공기 노출면에, 에어분사온도 20 ~ 60℃ 및 습도 30~ 80%로 유지된 조건하에서 에어분사속도 1~20m/min으로 에어를 분사하여 기공을 형성할 수 있다.
이때, 상기 에어분사속도가 1m/min미만이면, 공정 컨트롤의 문제가 있고, 20m/min를 초과하는 속도로 수행되면, 막 표면에 흠집이 발생하여 기공형성에 영향을 주기 때문에 바람직하지 않다.
또한, 공기분사 시, 공기 노출시간은 5초 내지 80초간 동안 수행되는 것이 바람직하며, 이때, 5초 미만이면, 표면의 기공형성이 미흡하므로 응고시키기 위한 체류시간을 충분하게 제어하도록 하는 것이 바람직하다. 반면에, 공기 노출시간이 80초를 초과하면 원하는 대칭 기공조건을 만족하기 어렵다.
상기 (3) 단계 이후, 응고조에 침지하여 상기 지지체로부터 막을 박리 시켜, 폴리술폰계 정밀여과막을 수득할 수 있다. 구체적으로 공기에 노출된 고분자용액이 도포된 지지체를 고분자용액을 용해시키지않는 응고조에 통과시킴으로써, 막을 고화시키고, 고화된 막은 상기 지지체로부터 박리된다. 이때, 상기 응고조는 이소프로필알코올 또는 물에서 선택되는 단독 또는 혼합형태가 사용되나, 이에 한정되지는 아니한다.
또한, 본 발명의 제조방법은 상기 박리된 막을 수세조에 침지하여 막 매트릭스 내부에 함유되어 있는 잔여 용매성분을 추출하여 기공을 형성하는 후공정을 더 수행할 수 있다.
다음 상술한 방법을 통해 제조된 제1 폴리술폰계 제균분리막과 제2 폴리술폰계 제균분리막을 합지한다. 이 경우 합지는 통상적으로 다층 분리막의 합지공정에 의해 수행될 수 있으며, 바람직하게는 제1 폴리술폰계 제균분리막과 제2 폴리술폰계 제균분리막은 열압착을 통해 합지공정이 이루어질 수 있으며, 이 때 합지온도는 50 ~ 100℃일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 고유량 절곡형 카트리지 필터는 상술한 본 발명의 폴리술폰계 다층 제균분리막을 핵심여재로 포함한다. 본 발명에 따른 고유량 절곡형 카트리지 필터를 도 1, 2를 중심으로 설명하면 가운데 여과된 유체가 지나갈 수 있는 유로(21)가 형성된 내부코어(20)와 외부 코어의 외주면에 접합되며 본 발명의 폴리술폰계 다층 제균분리막을 핵심여재로 포함하는 핵심여재(30), 상기 핵심여재(30)의 바깥쪽에서 접합되며 원수가 최초로 접촉되는 부분인 외각케이지(40) 및 상기 원수 및 여과된 물이 한방향으로 흘러가도록 다른쪽의 내부코어(20), 핵심여재(30) 및 외각케이지(40)에 밀착하여 부착되는 엔드캡(50)로 구성된다.
먼저 내부코어(20)는 플라스틱 사출물을 포함할 수 있으며 그 내부에 여과된 물이 지나갈 수 있는 유로(21)가 구비된다. 핵심여재(30)는 상술한 본 발명의 폴리술폰계 다층 제균분리막(31)을 포함하며 그 구조를 도 3을 중심으로 설명하면 상기 폴리술폰계 다층 제균분리막 (31)을 지지하기 위한 지지체(32, 33)가 상기 폴리술폰계 다층 제균분리막 (31)의 앞 뒷면에 부착된다. 상기 다층 제균분리막(31)은 2개의 제균분리막(31a, 32b)이 합지된 형태이다. 이 때 사용가능한 지지체(32, 33)는 통상의 폴리술폰계 다층 제균분리막 에 사용되는 지지체를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 20 ~ 80 g/㎡의 폴리올레핀계 또는 폴리에스터계 부직포이며, 상기 부직포는 다층구조일 수 있다.. 평량 20g/㎡ 이하의 부직포 사용시 절곡작업상 문제발생 소지가 있고, 평량 80 g/㎡ 이상의 부직포를 사용할 경우 유효여과면적 저하로 유량이 떨어질 우려가 있다.
본 발명에서 상기 핵심여재(20)는 원수를 여과하는 필터의 역할을 수행하며 원수와 접촉하는 면적을 극대화하기 위하여 상기 핵심여재(20)는 바람직하게는 톱니바퀴 형상으로 절곡되어 형성될 수 있다.
본 발명의고유량 절곡형 카트리지 필터의 작동원리를 설명하면, 먼저 여과하려는 유체가 외곽케이지(40)를 지나 핵심여재(30)를 통과하여 여과되고 여과된 유체가 최종적으로 내부코어(20)의 통로(21)를 통해 원하는 방향으로 이송된다. 또한 여과하려는 유체 및 여과된 유체가 역류하는 경우 엔드캡(50)에 부딪쳐 다시 원래의 방향으로 반송되게 된다.
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의하여 상세히 설명한다. 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
평균분자량이 75000인 폴리술폰계 중합체 17중량%를 디메틸아세트아마이드 53중량%에 녹인 후 폴리에틸렌글리콜(분자량 200) 15중량% 및 폴리비닐피롤리돈 15중량%를 첨가하여 50℃의 물배쓰(bath)에서 12시간 이상 교반하여 고분자 용액을 제조하였다.
상기 고분자 용액을 25℃의 스테인리스 스틸 지지체 상에 두께가 120㎛ 내지 130㎛ 되도록 0.2m/min 속도로 균일하여 코팅하였다.
이후, 온도 30℃, 습도 60% 구배 장치를 이용하여 공기분사속도를 1.0m/min으로 40초 동안 공기노출시켜 코팅된 고분자 용액을 처리하여 표면의 기공크기를 조절하고, 이소프로필알코올/물의 조성비가 일정하게 유지되어 있는 혼합용액 응고조를 통과시켜 고화시켰다. 이후, 막을 지지체로부터 박리시키고, 수세조에서 막 내부에 함유되어 있는 잔여 용매성분을 추출하고, 80℃의 공기로 건조시켜 평균공경이 0.2㎛이며 평균기공크기의 ±0.1㎛ 범위에 거의 95% 이상의 기공이 집중된 대칭막 2장(각각의 두께 120㎛)을 제조하였다.
상기 대칭막 2장을 80℃에서 열압착에 의해 합지하고 스펀본드 부직포(두께200㎛, 평량50g/㎡)을 양쪽면으로 지지하여 도 1과 같이 절곡한 미디어를 제조하였다.
<실시예 2>
상기 실시예 1의 막 제조 공정에서, 공기노출시간을 60초로 변경하여 실시하여 평균공경이 0.45㎛이며 평균기공크기의 ±0.1㎛ 범위에 거의 95% 이상의 기공이 집중된 대칭막 2장(각각 두께 120㎛)을 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 미디어를 제조하였다.
<실시예 3>
평균기공크기가 0.45 ㎛(표층 0.5 ㎛, 내부층 0.38 ㎛)이고 두께가 120㎛인 비대칭 폴리술폰계 분리막 1장에 실시예 2의 대칭분리막 1장을 합지한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 미디어를 제조하였다.
<실시예 4>
평균기공크기가 0.45 ㎛(표층 0.5㎛, 내부층 0.38㎛)이고 두께가 120㎛인 비대칭 폴리술폰계 분리막 2장을 합지한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 미디어를 제조하였다.
<비교예 1>
실시예 1에서 합지하지 않고 대칭막 1장을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 미디어를 제조하였다.
<실험예>
상기 실시예 1 ~ 4 및 비교예 1의 폴리술폰 분리막에 대하여 하기와 같은 물성을 평가하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
1. 유량평가
상기 실시예 1∼4, 비교예 1∼3에서 제조된 막에 대하여, 평막 평가장치의 직경이 90mm인 샘플 홀더를 통해 일정한 압력(1bar)으로 단위면적 및 분당 투과량을 측정하였다.
2. 유량감소율
다양한 입자(Dust)를 이용하여 시간에 따른 투과된 유량을 10분 동안 측정한 결과로써 분당 유량이 감소되는 비율을 측정하였다.
3. 박테리아 제거효율측정
ASTM F838 법으로 규정된 박테리아를 직접 여과하여 제거율을 측정함으로써 필터의 성능을 결정하는 방법으로 공경을 확인하는 지표군으로써, 0.2㎛ Brevundimonas diminuta균과 0.45㎛ Serratia marcescens균을 사용한다. 제균필터의 인증을 받기 위해서는 로그 7이상이 되어야 한다.
| 구분 | 평균공경 (㎛) |
투수량 (㎖/min*㎠*bar) |
유량 감소율 (%) |
박테리아 제거효율(%) 주입농도:로그8이상 |
박테리아 제거효율(%) 주입농도:로그11이상 |
| 실시예1 | 0.2+0.2 | 18~20 | 10 | 99.999998 | 99.9999998 |
| 실시예2 | 0.45+0.45 | 30~32 | 10 | 99.999997 | 99.9999997 |
| 실시예3 | 0.45+0.45 | 25~28 | 15 | 99.999995 | 99.9999995 |
| 실시예4 | 0.45+0.45 | 23~25 | 18 | 99.999994 | 99.9999994 |
| 비교예1 | 0.2 | 15~17 | 50 | 99.99999 | 99.999995 |
표 1에서 알 수 있듯이, 본 발명의 조건을 만족하는 실시예 1 ~ 4의 폴리술폰계 다층 제균분리막은 단층막의 형태인 비교예 1에 비하여 박테리아 제거효율 및 유량감소율이 우수하였다.
또한 2 이상의 제균분리막이 특정조건을 만족하는 대칭막인 경우 이를 만족하지 않는 비대칭막과 합지된 경우에 비하여 보다 유량감소율 및 박테리아 제거효율에서 우수한 물성을 나타낸다.
본 발명은 제약/바이오, IT 공정 등 제균공정이 요구되는 산업에서 유용하게 활용될 수 있다.
Claims (14)
- 2 이상의 폴리술폰계 분리막이 합지되며, 제1 폴리술폰계 분리막의 평균기공크기와 제2 폴리술폰계 분리막의 평균기공크기의 편차가 0.1㎛ 범위내인 것을 포함하는 폴리술폰계 다층 제균분리막.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 폴리술폰계 분리막 및 제2 폴리술폰계 분리막은 대칭 분리막인 것을 특징으로 하는 폴리술폰계 다층 제균분리막. - 제1항에 있어서,
상기 제1 폴리술폰계 분리막의 두께는 50 ~ 200㎛이고, 제2 폴리술폰계 분리막의 두께는 50 ~ 200㎛인 것을 특징으로 하는 폴리술폰계 다층 제균분리막. - 제1항에 있어서, 상기 제1 폴리술폰계 분리막 및 제2 폴리술폰계 분리막 중 적어도 하나 이상의 분리막이 평균기공크기가 0.01 ~ 1 ㎛ 이며, 소정의 평균기공크기의 ± 0.2㎛ 범위내에 전체 기공중 80% 이상의 기공이 존재하는 것을 특징으로 하는 폴리술폰계 다층 제균분리막.
- 제4항에 있어서,
상기 평균기공크기는 0.1 ~ 1㎛인 것을 특징으로 하는 폴리술폰계 다층 제균분리막. - 제4항에 있어서,
상기 소정의 평균기공크기의 ± 0.2㎛ 범위내에 전체 기공중 90% 이상의 기공이 존재하는 폴리술폰계 다층 제균분리막. - 제4항에 있어서,
상기 소정의 평균기공크기의 ± 0.1㎛ 범위내에 전체 기공중 80% 이상의 기공이 존재하는 폴리술폰계 다층 제균분리막. - 제1항에 있어서,
상기 폴리술폰계 다층 제균분리막의 유량 감소율은 15% 이하인 것을 특징으로 하는 폴리술폰계 다층 제균분리막. - 제1항에 있어서,
상기 폴리술폰계 제균분리막은 ASTM F838에 의한 박테리아 제거율이 99.9999995% 이상인 것을 특징으로 하는 폴리술폰계 제균분리막. - 내부에 여과된 유체가 통과하는 유로를 포함하는 내부코어;
상기 내부코어상에 구비되며 제1 지지층, 상기 제1 지지층상에 구비된 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 폴리술폰계 다층 제균분리막 및 제2 지지층을 포함하여 절곡된 핵심여재; 및
상기 핵심여재 상에 구비되며 여과전 유체가 접촉되는 외각 케이지를 포함하는 절곡형 카트리지 필터. - 제10항에 있어서,
상기 핵심여재는 여과전 유체와 접촉하는 면적을 늘리기 위하여 톱니바퀴 형상으로 절곡된 것을 특징으로 하는 절곡형 카트리지 필터. - 제10항에 있어서,
상기 제1 지지체 및 제2 지지체는 부직포인 것을 특징으로 하는 절곡형 카트리지 필터. - 제12항에 있어서,
상기 부직포는 평량이 20 ~ 80g/㎡인 폴리올레핀계 및 폴리에스터계 중 1종 이상인 부직포인 것을 특징으로 하는 절곡형 카트리지 필터. - 제10항에 있어서,
상기 여과전 유체 및 여과된 유체가 한 방향으로 흐르도록, 유체의 흐름방향과 반대방향에서 내부코어, 핵심여재 및 외각케이지에 밀착하여 구비된 앤드캡을 더 포함하는 절곡형 카트리지 필터.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020120140602A KR20140072744A (ko) | 2012-12-05 | 2012-12-05 | 폴리술폰계 다층 제균분리막 및 이를 포함하는 절곡형 카트리지 필터 |
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| KR (1) | KR20140072744A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113670788A (zh) * | 2015-04-08 | 2021-11-19 | Emd密理博公司 | 用于评估过滤器完整性的增强气溶胶测试 |
-
2012
- 2012-12-05 KR KR1020120140602A patent/KR20140072744A/ko not_active Application Discontinuation
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