KR20170026297A - 다공형 중공사막 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일실시예에 따른 다공형 중공사막은, 횡단면의 중심부에 제1 중공이 형성되고, 상기 중심부를 기준으로 균일하게 등방사되도록 배치되어 N(N은 3이상의 자연수)개의 제2 중공이 형성되며, 상기 횡단면 외주 면에는 상기 제2 중공과 제2 중공 사이를 일체로 연결해주기 위한 N개의 오목부분이 형성된다.
Description
본 발명은 다공형 중공사막에 관한 것으로, 보다 상세하게는 중공사의 횡단면에 복수개의 구멍이 형성되고 외주 면에는 꽃잎 모양을 갖도록 형성된 다공형 중공사막에 관한 것이다.
일반적으로 분리막 기술은 고분자재료 등의 선택적 투과성을 이용한 것으로, 1960년대 미국에서 담수화 공정에 적용하면서 상업화된 기술이다. 이러한 분리막이 적용되는 막분리 공정은 증류공정과는 달리 상변화가 없으므로 에너지를 절약할 수 있고 비교적 공정이 간단하므로 장치가 차지하는 공간이 작은 장점이 있다. 따라서, 분리막은 역삼투(RO) 분리공정을 비롯하여 한외여과(UF), 정밀여과(MF) 및 나노여과(NF) 분리공정에 광범위하게 적용되고 있다.
일반적으로 분리막은 나권형(spiral wound), 관형(tubular), 중공사형(hollow fiber), 판틀형(plat and frame) 등의 다양한 형태가 있는데, 그 중에서 중공사형은 내부중앙 직경이 0.2~2mm의 실관 형태이므로 중공사의 단위부피당 면적비가 나권형, 관형 및 판틀형에 비하여 높은 생산성을 얻을 수 있는 장점이 있다.
특히, 최근에는 종래 상업화된 중공사막에 비하여 특이한 구조를 갖는 중공사막이 개발되었는바, 독일의 Inge사는 원형의 외주면을 갖는 강성의 단섬유(single fiber)에 7개의 독립적인 모세관(capillary, 중공)이 형성된 구조의 다공형 멤브레인(Multibore® membrane)을 상용화하였다. 이 중공사막은 수처리용 한외여과공정에 적용됨으로써 종래 단섬유에 1개의 모세관(capillary, 중공) 만이 형성된 통상의 단공형(single-bore) 중공사막에 비하여 분리성능이 우수하고, 기계적 물성, 화학적 안정성 및 막오염(fouling) 방지 효과 등이 뛰어난 것으로 알려져 있으나, 투과성능, 여과효율 및 막오염 방지 성능을 극대화하기 위해서는 여전히 개선의 여지가 있었다(특허문헌 1)
따라서, 본 발명자는 새로운 구조를 갖는 수처리용 중공사막에 관한 연구를 거듭한 결과, 중공사를 이루는 단섬유에 복수개의 구멍(multi-bore, 중공)을 갖는 채널을 형성하되, 그 구멍(multi-bore, 중공)을 포함하는 단섬유의 외주면이 원형이 아닌 오목부분 및 볼록부분이 반복된 패턴의 꽃잎 모양으로 설계하면, 단섬유의 외주면이 원형형태에 비하여 충진 밀도 및 비표면적이 증가하여 여과효율 및 투과성능을 더욱 향상시킬 수 있고, 아울러 막오염 방지 성능도 크게 개선될 수 있음에 착안하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명의 목적은 충진 밀도 및 비표면적이 증가하여 여과효율, 투과성능이 향상될 뿐만 아니라 막오염 방지 효과도 우수한, 중공사를 이루는 단섬유에 복수개의 중공(구멍)이 형성되고, 그 구멍을 포함하는 중공사 단섬유의 외주 면에 오목부분 및 볼록부분이 반복된 패턴의 꽃잎 모양으로 형성된 다공형 중공사막을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 다공형 중공사막은, 횡단면의 중심부에 제1 중공이 형성되고, 상기 중심부를 기준으로 균일하게 등방사되도록 배치되어 N(N은 3이상의 자연수)개의 제2 중공이 형성되며, 상기 횡단면 외주 면에는 상기 제2 중공과 제2 중공 사이를 일체로 연결해주기 위한 N개의 오목부분이 형성된다.
또한, 제1 중공보다 직경이 크고, 상기 제1 중공의 동심원을 제1 가상원으로 정의하고, 상기 제2 중공보다 직경이 크고, 상기 제2 중공의 동심원을 제2 가상원 으로 정의할 때, 상기 제2 가상원은 상기 제1 가상원에 외접하는 하도록 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 제1 가상원 반지름은 상기 제2 가상원 반지름과 동일한 크기로 형성된다.
또한, 제1 가상원 반지름은 상기 제2 가상원 반지름보다 크게 형성될 수도 있다.
또한, 제1 가상원 반지름은 상기 제2 가상원 반지름보다 작게 형성된다.
또한, 상기 다공형 중공사막은 그 재질이 폴리에틸렌(PE)수지, 폴리프로필렌(PP)수지, 에틸렌 클로로 트리플루오로 에틸렌 수지(ECTFE), 폴리염화비닐(PVC)수지, 폴리설폰 수지, 폴리에테르설폰수지, 설폰화 폴리설폰 수지, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF) 수지, 폴리아크릴로니트릴(PAN) 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지 및 폴리에테르이미드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 것이 적절하다.
또한, 상기 다공형 중공사막은 통상의 비용매유도 상전이법(NIPS) 또는 열유도 상전이법(TIPS)에 의하여 제조되는 것이 바람직하다.
또한, 전술한 다공형 중공사막은 정밀여과막, 한외여과막과, 탈기막, 투과증발막에 적용되는 것이 좋다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고, 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 실시예에 따른 다공형 중공사막은, 종래 단공형 또는 다공형 중공사막에 비하여 막의 기계적 강도가 증가하거나 충진 밀도 및 비표면적이 증가함으로써 여과효율, 투과성능이 향상될 뿐만 아니라 막오염 방지 효과도 우수하여 수처리용 정밀여과 및 한외여과 분리공정에 적용할 수 있다.
또한, 중공사 단섬유의 외주 면에 오목부분 및 볼록부분이 반복된 패턴의 꽃잎으로 형성된 다공형 중공사막을 제공하는 효과가 있다.
또한, 제2 중공과 볼록부분간 거리가 일정함으로써, 종래 중공사막에 비해 균일한 투과성 및 제품의 균일한 신뢰성을 갖는 다중공사막 모듈을 제공하는 효과가 있다.
또한, 제2 중공과 볼록부분간 거리가 일정함으로써, 종래 원형보다 휨 강도및 기계적 강도가 개선된 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다공형 중공사막의 사시도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다공형 중공사막의 제1 가상원 지름과 제2 가상원 지름이 동일하게 형성된 단면 예시도.
도 3은 도 2에 대한 형태를 도시한 예시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 다공형 중공사막의 제1 가상원 지름이 제2 가상원 지름보다 크게 형성된 단면 예시도.
도 5는 도 4에 대한 형태를 도시한 예시도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 다공형 중공사막의 제1 가상원 지름이 제2 가상원 지름보다 작게 형성된 단면 예시도.
도 7은 도 6에 대한 형태를 도시한 예시도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다공형 중공사막의 제1 가상원 지름과 제2 가상원 지름이 동일하게 형성된 단면 예시도.
도 3은 도 2에 대한 형태를 도시한 예시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 다공형 중공사막의 제1 가상원 지름이 제2 가상원 지름보다 크게 형성된 단면 예시도.
도 5는 도 4에 대한 형태를 도시한 예시도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 다공형 중공사막의 제1 가상원 지름이 제2 가상원 지름보다 작게 형성된 단면 예시도.
도 7은 도 6에 대한 형태를 도시한 예시도.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다공형 중공사막의 사시도, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다공형 중공사막의 제1 가상원 지름과 제2 가상원 지름이 동일하게 형성된 단면 예시도, 도 3은 도 2에 대한 형태를 도시한 예시도, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 다공형 중공사막의 제1 가상원 지름이 제2 가상원 지름보다 크게 형성된 단면 예시도, 도 5는 도 4에 대한 형태를 도시한 예시도, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 다공형 중공사막의 제1 가상원 지름이 제2 가상원 지름보다 작게 형성된 단면 예시도 및 도 7은 도 6에 대한 형태를 도시한 예시도 이다.
도 1 내지 3를 참조하여 설명하면, 본 발명의 일실시예에 따른 다공형 중공사막은, 횡단면의 중심부에 제1 중공(100)이 형성되고, 상기 중심부를 기준으로 균일하게 등 방사되도록 형성된 N(N은 3이상의 자연수)개의 제2 중공(200)이 형성되며, 상기 횡단면 외주 면에는 상기 제2 중공(200)과 제2 중공(200) 사이를 일체로 연결해주기 위한 N개의 오목부분이 형성된다.
도 1을 참조하여 설명하면, 다공형 중공사막(10)은 중심부분에 제1 중공(100)이 형성된 기둥형태로 형성된다. 이때, 제1 중공(100)은 이물질 또는 정제된 물질이 이동하는 통로 역할을 한다. 제2 중공(200)은 제1 중공(100)의 중심부를 기준으로 균일하게 등 방사위치에 형성된다. 즉, 제2 중공(200)은 제1 중공(100)의 N(N은 3 이상의 자연수)개가 형성되는 것이 적절하다.
도 2 및 3을 참조하여 설명하면, 다공형 중공사막(10)은 제1 중공(100)의 중심을 기준으로 제1 중공 반지름(a1)보다 크게 형성된 제1 가상원(310)과 제2 중공(200)의 동심원 중심을 기준으로 제2 중공 반지름(b1)보다 크게 형성된 제2 가상원(330)과 제1 중공(100)의 동심원 중심으로부터 제2 가상원(330)을 내측에 접하도록 형성된 제3 가상원(350)을 포함한다.
도 2를 참조하여 설명하면, 제1 가상원(310)은 제1 중공의 반지름(a1)보다 크고, 제1 중공(100)의 동심원을 중심으로 형성된다. 제1 가상원(310)은 제2 가상원(330)이 외접하도록 형성된다. 제1 가상원(310)은 제2 중공(200)이 균일하게 등 방사된 위치에 배치된다.
제2 가상원(330)은 제2 중공 반지름(b1)보다 크고, 제2 중공(200)의 동심원을 중심으로 형성된다. 제2 가상원(330)은 제1 가상원(310)에 외접하도록 형성된다. 제1 가상원(310)을 중심으로 제2 가상원(330)이 N(N은 3 이상의 자연수)개 접한다. 즉 제2 중공(200)은 제1 중공(100)에서 등 방사형태로 떨어져 형성되고, 제2 중공(200)은 N(N은 3 이상의 자연수)개가 형성된다.
제3 가상원(350)은 제1 중공(100)의 중심에서 제2 가상원(330)을 내측에 접하도록 형성된다. 즉, 제3 가상원(350)은 제1 중공(100)의 중심에서 다공형 중공사막(10) 외주면 크기로 형성된다.
다공형 중공사막(10)의 외주 면에는 요철이 형성된다. 요철(110)의 굴곡은 제2 중공(200)이 배치된 개수에 대응하여 형성된다. 즉, 요철(110)은 오목부분(111)과 볼록부분(113)의 형태로 나눌 수 있다. 이러한, 요철(110)은 다공형 중공사막(10)의 횡단면에 대하여 꽃잎형태로 형성되는 것이 적절하다. 다공형 중공사막(10)은 종래 원형보다 휨 강도 및 기계적 강도가 개선된다. 즉, 다공형 중공사막(10)은 여과장치에 설치 시 수직으로 분사된 에어를 견디는 역할을 한다. 다공형 중공사(10) 표면에는 많은 공기 압이 형성되어 여과효율을 개선하는 효과가 있다.
요철(110)은 외주방향으로 제2 중공(200)이 연장되어 형성된 부분에 볼록부분(113)이 형성된다. 또한, 요철(110)은 외주방향으로 제2 중공(200)과 제2 중공(200)을 연결해 주는 부분에 오목부분(111)으로 이루어진다.
요철(110)의 볼록부분(113)은 제3 가상원(350)의 내측에 접하도록 형성되고, 요철(110)의 오목부분(111)은 제2 중공(200)과 제2 중공(200) 사이에 형성된다. 즉, 오목부분(111)은 제2 중공(200)과 제2 중공(200)이 형성된 간격과 밀접한 간격을 갖는다.
요철(110)은 다공형 중공사막(10)의 외주 면에 형성됨으로써, 비표면적과 여과효율을 향상시키는 효과를 갖는다. 또한, 요철(110)은 다공형 중공사막(10)의 외주 면에 오목부분(111)을 형성함으로써, 요철(110)은 제작시 사용된 원료를 감소하여 경제성을 개선한다. 더욱이, 요철(110)은 제2 중공(200)과 볼록부분(113)간의 거리를 일정하게 함으로써, 종래 중공사막에 비해 균일한 투과성 및 제품의 균일한 신뢰성을 확보하는 역할도 수행한다.
예를 들어, 도 3a에 도시된 바와 같이 제2 중공(200)이 3개 형성되면, 오목부분(111)은 제1 중공(100) 방향으로 가까워지도록 형성된다.즉, 제2 중공(200)이 3개 형성되면 제1 가상원(310)에 오목부분(111)이 접하는 것을 알 수 있다. 이는, 제2 중공(200)이 3개 형성되면 제1 가상원(310)에 오목부분(111)이 반드시 접하도록 형성됨을 의미하는 것은 아니다. 즉, 오목부분(111)은 제1 가상원(310) 부근에 형성된다는 의미임을 밝힌다.
도 3b 내지 3h를 참조하여 설명하면, 다공형 중공사막(10)은 제2 중공(200)이 1개씩 증가시, 오목부분(111)은 제1 중공(100) 방향에서 멀어지도록 형성된다. 즉, 제2 중공(200)이 4개 이상 형성되면 제1 가상원(310)에 오목부분(111)이 멀어지는 것을 알 수 있다. 즉, 오목부분(111)은 제2 중공(200)이 증가시 제1 가상원(310) 부근에서 서서히 멀어지면서 제3 가상원(350) 방향에 가까워지도록 형성된다. 즉, 오목부분(111)은 도 3a에 도시된 바와 같이 제1 가상원(310) 부근에 형성되고, 오목부분(111)은 도 3h에 도시된 바와 같이 제3 가상원(350) 부근에 형성됨을 확인할 수 있다. 된다.
다공형 중공사막(10)은 제1 가상원(310)의 반지름(a2)과 제2 가상원의 반지름(b2)이 동일한 크기로 형성된다.
한편, 상기 다공형 중공사막(10)의 재질은 비닐계 고분자 및 올레핀 고분자를 비롯한 소수성 고분자일 수 있다. 상기 소수성 고분자로서는 폴리에틸렌(PE)수지, 폴리프로필렌(PP)수지, 에틸렌 클로로 트리플루오로 에틸렌 수지(ECTFE), 폴리염화비닐(PVC)수지, 폴리설폰 수지, 폴리에테르설폰수지, 설폰화 폴리설폰 수지, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF) 수지, 폴리아크릴로니트릴(PAN) 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 및 폴리에테르이미드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 것을 사용할 수 있다. 특히, 화학적 안정성을 고려하여 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF) 호모 폴리머 또는 그의 공중합체와 같은 불소 함유 소수성 고분자를 더욱 바람직하게 사용한다.
아울러, 본 발명에 따른 다공형 중공사막(10)은 상술한 소수성 고분자를 용매, 또는 필요에 따라 비용매 또는 첨가제를 함유하는 용매에 녹여 방사용액을 얻고, 이 방사용액과 내부응고제를 방사노즐을 통하여 토출 및 공급하여 방사한 후, 외부응고제에 의하여 완전히 상전이된 중공사를 형성하는 통상의 비용매유도 상전이법(nonsolvent induced phase separation, NIPS) 또는 열유도 상전이법(thermally induced phase separation, TIPS)에 의하여 제조될 수 있다.
제2 실시 예
도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 다공형 중공사막(10)은, 제1 실시예의 동일구성요소는 생략하고, 제1 가상원(310) 반지름(a2)은 제2 가상원(330) 반지름(b2)보다 크게 형성된 경우를 자세히 설명한다.
다공형 중공사막(10)의 외주 면에는 요철이 형성된다. 요철(110)의 굴곡은 제2 중공(200)이 배치된 개수에 대응하여 형성된다. 즉, 요철(110)은 오목부분(111)과 볼록부분(113)의 형태로 나눌 수 있다(도 4를 참조).
요철(110)은 외주방향으로 제2 중공(200)이 연장되어 형성된 부분에 볼록부분(113)이 형성된다. 또한, 요철(110)은 외주방향으로 제2 중공(200)과 제2 중공(200)을 연결해 주는 부분에 오목부분(111)으로 이루어진다.
요철(110)의 볼록부분(113)은 제3 가상원(350)의 내측에 접하도록 형성되고, 요철(110)의 오목부분(111)은 제2 중공(200)과 제2 중공(200) 사이에 형성된다. 즉, 오목부분(111)은 제2 중공(200)과 제2 중공(200)이 형성된 간격과 밀접한 간격을 갖는다.
예를 들어, 도 5a에 도시된 바와 같이 제2 중공(200)이 6개 형성되면, 오목부분(111)은 제1 중공(100) 방향으로 “v”형태의 깊이가 형성된다.
도 5a 내지 5d를 참조하여 설명하면, 다공형 중공사막(10)은 제2 중공(200)이 1개씩 증가 된다. 오목부분(111)은 제2 중공(200)과 제2 중공(200) 사이 1개씩 형성되면, 오목부분(111)은 제1 중공(100) 방향에서 멀어지도록 형성된다. 즉, 제2 중공(200)이 7개 이상 형성되면 제1 가상원(310)에 오목부분(111)이 멀어지는 것을 알 수 있다. 즉, 오목부분(111)은 제1 가상원(310) 부근에서 서서히 멀어지면서 제3 가상원(350) 방향에 가까워지도록 형성된다.
제3 실시 예
도 6를 참조하여 설명하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 다공형 중공사막(10)은, 제1 실시예의 동일구성요소는 생략하고, 제1 가상원(310) 반지름(a2)은 제2 가상원(330) 반지름(b2)보다 작게 형성된 경우를 자세히 설명한다.
다공형 중공사막(10)의 직경을 줄이면서 여과효율을 높일 수 있다. 다공형 중공사막(10)은 제1 가상원(310) 반지름(a2)이 작아지도록 형성되며, 다공형 중공사막(10)의 제2 가상원(330) 반지름(b2)을 크게 한다. 즉, 다공형 중공사막(10)의 표면 외경의 제2 중공(200) 반지름(b1)을 크게하여 여과효율 및 충진밀도를 높일 수 있다(도 6 또는 도 7을 참조).
다공형 중공사막(10)의 외주 면에는 요철이 형성된다. 요철(110)의 굴곡은 제2 중공(200)이 배치된 개수에 대응하여 형성된다. 즉, 요철(110)은 오목부분(111)과 볼록부분(113)의 형태로 나눌 수 있다(도 6을 참조).
요철(110)은 외주방향으로 제2 중공(200)이 연장되어 형성된 부분에 볼록부분(113)이 형성된다. 또한, 요철(110)은 외주방향으로 제2 중공(200)과 제2 중공(200)을 연결해 주는 부분에 오목부분(111)으로 이루어진다.
요철(110)의 볼록부분(113)은 제3 가상원(350)의 내측에 접하도록 형성되고, 요철(110)의 오목부분(111)은 제2 중공(200)과 제2 중공(200) 사이에 형성된다. 즉, 오목부분(111)은 제2 중공(200)과 제2 중공(200)이 형성된 간격과 밀접한 간격을 갖는다.
예를 들어, 도 6a에 도시된 바와 같이 제2 중공(200)이 3개 형성되면, 오목부분(111)은 제1 중공(100) 방향으로 “v”형태의 깊이가 형성된다.
도 7a 내지 7c를 참조하여 설명하면, 다공형 중공사막(10)은 제2 중공(200)이 1개씩 증가 된다. 이때, 오목부분(111)은 제2 중공(200)과 제2 중공(200) 사이 1개씩 형성되면, 오목부분(111)은 제1 중공(100) 방향에서 멀어지도록 형성된다. 즉, 제2 중공(200)이 4개 이상 형성되면 제1 가상원(310)에 오목부분(111)이 멀어지는 것을 알 수 있다. 즉, 오목부분(111)은 제1 가상원(310) 부근에서 서서히 멀어지면서 제3 가상원(350) 방향에 가까워지도록 형성된다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 중공사 단섬유의 외주면에 오목부분 및 볼록부분이 반복된 패턴의 꽃잎 모양으로 형성된 다공형 중공사막을 제조하여 수투과도 및 기계적 물성을 평가한 실험예를 구체적으로 서술한다.
[실험예]
노즐의 외경 형태가 꽃잎 모양인 다공형(멀티보아) 노즐을 사용하여 폴리비닐리덴플루오라이드 수지(중량평균분자량 300,000~320,000) 40 중량%, 실리카 15 중량%, 디옥틸프탈레이트 30 중량% 및 디부틸프탈레이트 15 중량%의 조성으로 2축압출기를 이용하여 240℃에서 토출하였다. 중공형성제로는 디옥틸프탈레이트를 30℃에서 사용하였고, 80mm의 에어 챔버를 통과 한 다음 60℃의 수조에서 응고시킨 후, 60℃의 수조에서 50% 연신하고 120℃의 열풍에서 안정화를 시켰으며, 권취속도는 15m/min으로 조절하여 도 1에 나타낸 것과 같은 외주면이 꽃잎 모양인 다공형 중공사막을 제조하였다(외경 4.2 ㎛, 내경 0.8 ㎛). 상기 외주면이 꽃잎 모양인 다공형 중공사막을 메틸렌클로라이드에 30분 침지 후 수산화나트륨 8 중량% 수용액에 15분 침지, 에탄올에 10분 침지, 글리세린 3 중량% 수용액에 24시간 순차적으로 침지 및 건조하는 후처리 과정을 거쳐 수투과도 및 기계적 물성을 평가하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
[비교예]
노즐의 외경 형태가 원형인 다공형(멀티보아) 노즐을 사용한 것을 제외하고는 상기 실험예와 동일한 방법으로 외주면이 원형인 다공형 중공사막을 제조하고 후처리 과정을 거쳐 수투과도 및 기계적 물성을 평가하였다.
| 샘플 | 수투과 플럭스(L/㎡.hr, 0.1mpa) | 파단최대하중(N) | 파단신율(%) |
| 실험예 | 3,600 | 46.9 | 120 |
| 비교예 | 2,100 | 36.2 | 80 |
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따라 상기 실험예로부터 제조된 외주면이 꽃잎 모양인 다공형 중공사막은 비교예로부터 제조된 외주면이 원형인 다공형 중공사막에 비하여 수투과도가 현저하게 증가된 것을 확인할 수 있는데, 이는 노즐의 외경 형태가 꽃잎 모양인 것이 중공사막 형성과정에서 열전달이 균일하게 이루어지고, 그 표면적이 큰 점에 기인하는 것이라 할 수 있다.
아울러 파단최대하중과 파단신율과 같은 기계적 물성 측면에서도 본 발명의 일실시예에 따라 상기 실험예로부터 제조된 외주면이 꽃잎 모양인 다공형 중공사막이 비교예로부터 제조된 외주면이 원형인 다공형 중공사막에 비하여 훨씬 우수한 것을 확인할 수 있는바, 이는 외주면이 꽃잎 모양인 다공형 중공사막이 중공사막 형성과정에서 골이 형성됨으로써 연신 시 배향이 잘 되어 강도가 높아짐과 동시에, 기공이 균일하게 형성되고 길이 방향으로 골이 형성되어 신도가 향상되는 것으로 해석된다.
그러므로, 본 발명의 다공형 중공사막에 따르면, 종래 단공형 또는 다공형 중공사막에 비하여 충진 밀도 및 비표면적이 증가함으로써 여과효율, 투과성능이 향상될 뿐만 아니라 막오염 방지 효과도 우수하여 정밀여과막, 한외여과막과, 탈기막, 투과증발막 분리공정에 적용할 수 있다.
본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 전술한 실시예들은 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양한 실시가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
10: 다공형 중공사막
100: 제1 중공
110: 요철 111: 오목부분
113: 볼록부분 200: 제2 중공
310: 제1 가상원 330: 제2 가상원
350: 제3 가상원
110: 요철 111: 오목부분
113: 볼록부분 200: 제2 중공
310: 제1 가상원 330: 제2 가상원
350: 제3 가상원
Claims (8)
- 횡단면의 중심부에 제1 중공이 형성되고, 상기 중심부를 기준으로 균일하게 등방사되도록 배치되어 N(N은 3이상의 자연수)개의 제2 중공이 형성되며,
상기 횡단면 외주 면에는 상기 제2 중공과 제2 중공 사이를 일체로 연결해주기 위한 N개의 오목부분이 형성된 것을 특징으로 하는 다공형 중공사막. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 중공보다 직경이 크고, 상기 제1 중공의 동심원을 제1 가상원으로 정의하고,
상기 제2 중공보다 직경이 크고, 상기 제2 중공의 동심원을 제2 가상원으로 정의할 때,
상기 제2 가상원은 상기 제1 가상원에 외접하도록 형성된 다공형 중공사막. - 청구항 2에 있어서,
상기 제1 가상원 반지름은 상기 제2 가상원 반지름과 동일한 크기로 형성된 것을 특징으로 하는 다공형 중공사막. - 청구항 2에 있어서,
상기 제1 가상원 반지름은 상기 제2 가상원 반지름보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 다공형 중공사막.
- 청구항 2에 있어서,
상기 제1 가상원 반지름은 상기 제2 가상원 반지름보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 다공형 중공사막. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다공형 중공사막은 그 재질이 폴리에틸렌(PE)수지, 폴리프로필렌(PP)수지, 에틸렌 클로로 트리플루오로 에틸렌 수지(ECTFE), 폴리염화비닐(PVC)수지, 폴리설폰 수지, 폴리에테르설폰수지, 설폰화 폴리설폰 수지, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF) 수지, 폴리아크릴로니트릴(PAN) 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지 및 폴리에테르이미드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 것을 특징으로 하는 다공형 중공사막. - 청구항 6에 있어서,
상기 다공형 중공사막은 통상의 비용매유도 상전이법(NIPS) 또는 열유도 상전이법(TIPS)에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는 다공형 중공사막. - 청구항 1 내지 5항 중 어느 한 항에 따른 다공형 중공사막은 정밀여과막, 한외여과막과, 탈기막, 투과증발막에 적용되는 것을 특징으로 하는 다공형 중공사막.
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