KR20210073978A - 수처리 엘리먼트용 핫멜트 접착제 조성물 및 이를 포함하는 수처리 엘리먼트 - Google Patents
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Abstract
본 명세서는 수처리 엘리먼트용 핫멜트 접착제 조성물 및 이를 포함하는 수처리 엘리먼트를 제공한다.
Description
본 명세서는 수처리 엘리먼트 핫멜트 접착제 조성물 및 이를 포함하는 수처리 엘리먼트에 관한 것이다.
분리막 제조 및 공정기술은 고순도, 고기능성 물질의 제조와 지구 환경 보호 등의 사회적 요구에 따라서 간단한 실험실적 규모로부터 산업분야의 대규모 공정에 이르기까지 광범위하게 응용되고 있다.
그 중 전 세계적으로 지구온난화에 따른 물 부족 현상이 심화되고 있는 가운데 대체 수자원 확보기술인 물 정화 기술이 주목을 받고 있다. 따라서, 해수담수화, 물의 재이용 등 대체 수자원을 활용한 차세대 수도사업의 핵심기술인 역삼투막(Reverse osmosis membrane)을 이용한 수처리 공정이 물 산업 시장을 주도할 것으로 예상되고 있다. 이러한 역삼투막에 의한 역삼투막 투과수는 순수한 물 내지 한없이 순수한 물에 가까운 물이 되어 의료용의 무균수나 인구 투석용 정제수, 혹은 전자 산업의 반도체의 제조용 물 등 다양한 분야에서 이용되고 있다.
또한, 분리막은 수소, 산소를 비롯한 가스분리 분야 등에 광범위하게 확대 적용되고 있다.
본 명세서는 수처리 엘리먼트용 핫멜트 접착제 조성물 및 이를 포함하는 수처리 엘리먼트를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태는 고분자 수지; 및 자성복합체를 포함하는 수처리 엘리먼트용 핫멜트 접착제 조성물을 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태는 전술한 수처리 엘리먼트용 핫멜트 접착제 조성물로 구성되는 접착층을 포함하는 수처리 엘리먼트를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 의한 수처리 엘리먼트용 핫멜트 접착제 조성물을 이용하여 수처리 엘리먼트를 제조하는 경우, 유효막 면적을 증가시키고, 수처리 엘리먼트의 생산성을 높이고 불량률을 줄이며, 작업성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 수처리 엘리먼트용 핫멜트 접착제 조성물로 구성되는 접착층을 포함하는 분리막 리프의 평면도를 도시한 것이다.
도 2는 수처리 엘리먼트용 핫멜트 접착제 조성물로 구성되는 접착층을 포함하는 분리막 리프의 측면도를 도시한 것이다.
도 3은 본 명세서에 따른 수처리 엘리먼트를 구성하는 구성요소들의 적층 모식도를 나타낸 것이다.
도 2는 수처리 엘리먼트용 핫멜트 접착제 조성물로 구성되는 접착층을 포함하는 분리막 리프의 측면도를 도시한 것이다.
도 3은 본 명세서에 따른 수처리 엘리먼트를 구성하는 구성요소들의 적층 모식도를 나타낸 것이다.
본 명세서에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태는 고분자 수지; 및 자성복합체를 포함하는 수처리 엘리먼트용 핫멜트 접착제 조성물을 제공한다.
일반적인 수처리 엘리먼트는 나권형(spiral wound) 형태로 제조 되며, 일반적으로 액체형 폴리우레탄 접착제 조성물을 이용하여 수처리 분리막을 밀봉함으로써, 원수와 생산수가 섞이는 것을 구분하고 있다. 상기 액체형 폴리우레탄 접착제 조성물을 이용하는 경우, 후술하는 바와 같은 한계가 있다. 접착 면적이 넓어, 일부 불필요한 접착 면적을 잘라내는 과정에 있어서, 유효 면적이 줄어드는 등의 분리막이 손실될 수 있다. 또한, 액체형 접착제 조성물은 도포시 바로 고정이 되지 않으므로 두께 및 면적의 제어가 힘들다는 단점이 있다. 그리고, 롤링 공정시 리크가 발생하는 등의 수처리 엘리먼트의 불량률이 높아질 수 있다. 또한, 액체형 접착제 조성물의 경화시간이 오래 걸린다는 단점이 있다.
반면, 본 명세서에 따른 수처리 엘리먼트용 핫멜트 접착제 조성물은 고체형이며, 필름 형태로써, 인덕션의 적용이 가능한 자성복합체를 포함함으로써, 수처리 엘리먼트에 적용하는 경우 수처리 엘리먼트의 생산성을 높이고, 불량률을 줄이며 작업성을 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 본 명세서에 따른 수처리 엘리먼트용 핫멜트 접착제 조성물은 고체형이므로 접착 면적 및 두께의 조절이 용이하여, 수처리 엘리먼트 롤링시의 작업이 용이하다. 또한, 본 명세서에 따른 수처리 엘리먼트용 핫멜트 접착제 조성물은 습도, 온도 등 외부 환경에 의한 물성 변화 정도가 작아 내화학성 및 내수성이 우수하다는 장점이 있다. 또한, 경화 시간이 짧고, 공정이 단순화되어, 수처리 엘리먼트 제조시 작업성을 향상시킬 수 있다.
본 명세서에 따른 수처리 엘리먼트용 핫멜트 접착제 조성물이 자성복합체를 포함하지 않는 경우, 이를 수처리 엘리먼트 제조에 사용하는 경우 자성복합체에 의한 인덕션 기능이 없어 선택적인 히팅(heating)이 불가능하다. 반면, 본 명세서에 따른 수처리 엘리먼트용 핫멜트 접착제 조성물이 자성복합체를 포함함으로써 선택적인 히팅(heating)이 가능하여 수처리 엘리먼트 제조시 수처리 분리막에 손상을 가하지 않고 부착 가능하다.
이하 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 고분자 수지는 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리아마이드 또는 폴리에테르를 포함시켜 제조할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 폴리우레탄의 중량평균 분자량은 30,000 g/mol 내지 1,000,000g/mol 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 중량평균 분자량은 겔투과크로마토그래피(GPC)를 이용하여 측정할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 핫멜트 접착제 조성물 100 중량부를 기준으로 상기 폴리우레탄은 90 내지 99 중량부이고, 상기 자성복합체는 0.1 내지 10 중량부이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 자성 복합체란 자성 입자를 포함하는 것으로, 외부에서의 교류 자기장의 인가에 의해 열을 발생시키는 물질을 의미한다.
상기 자성 입자는 전자기 유도가열을 통해 열을 발생할 수 있는 것이라면, 그 소재는 특별히 제한되지 않으며, 당 기술분야에서 적용되는 물질이 적절히 채용될 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면 상기 자성 복합체는 산화철일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 자성 입자는 평균 입경이 20nm 내지 300nm, 30nm 내지 250nm, 40nm 내지 230nm 또는 45nm 내지 220nm의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 자성 입자의 자구의 평균 크기는 10 내지 50nm 또는 20 내지 30nm의 범위 내일 수 있다. 상기 입경 범위 및 상기 자성 입자의 자구의 평균 크기 범위를 만족함으로써, 필요에 따른 적정한 정도의 열을 발생시킬 수 있다.
상기 자성 복합체는 자성 입자를 포함하기 ?문에 유도 가열 방식이 적용될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 자성 입자는 자성 입자 클러스트를 형성하고 있을 수 있다. 즉, 상기 클러스트의 주변에 분산제가 존재할 수 있다.
상기 분산제로서 구체적으로 적용할 수 있는 물질로는, 다양한 이온성의 계면활성제(surfactant) 또는 분산제(dispersant), 알코올, 포스파이트(phosphate) 화합물 및 인산(phosphoric acid)과 알코올의 복합 에스테르 등으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 수처리 엘리먼트용 핫멜트 접착제 조성물의 용융흐름지수(MFI, Melt flow index)는 177℃, 2.16 kg에서 5 g/10 min 내지 50 g/10 min이다.
상기 수처리 엘리먼트 핫멜트 접착제 조성물의 용융흐름지수가 상기 범위 내인 경우, 일정한 점도를 유지하여 수처리 엘리먼트 조립시 유효 면적을 적절히 유지할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 수처리 엘리먼트용 핫멜트 접착제 조성물은 접착력이 800 gf/mm 내지 2,500 gf/mm이다.
상기 접착력이 상기 범위를 만족하는 경우, 수처리 엘리먼트 롤링시의 작업이 용이하고, 수처리 엘리먼트의 생산성을 향상시킬 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태는 상기 수처리 엘리먼트용 핫멜트 접착제 조성물로 구성되는 접착층을 포함하는 수처리 엘리먼트를 제공한다.
상기 '수처리 엘리먼트용 핫멜트 접착제 조성물로 구성되는 접착층'이란, 상기 접착층이 상기 수처리 엘리먼트용 핫멜트 접착제 조성물을 포함하는 것을 의미한다.
상기 수처리 엘리먼트는 전술한 수처리 엘리먼트용 핫멜트 접착제 조성물로 구성되는 접착층을 포함하는 것을 제외하고 당 기술분야에 사용되는 구성요소들을 제한없이 적용할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 접착층은 상기 분리막 리프의 서로 대향하는 한 쌍의 가장자리부(side seal)에 구비될 수 있다. 또한, 상기 접착층은 상기 분리막 리프의 서로 대향하는 한 쌍의 가장자리부(side seal)에 수직하는 가장자리부(end seal)에 구비될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 수직이란 기하학에서 정의하는 의미, 예컨대, '두 개의 직선·반직선·선분이 직각으로 만나는 상태'만을 의미하는 것은 아니고, 상기 분리막 리프의 서로 대향하는 한 쌍의 가장자리부(side seal)가 아닌 중심관에 부착되지 않은 가장자리부를 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 접착층의 두께는 100 ㎛ 내지 1,200 ㎛이다.
바람직하게 상기 접착층의 두께는 100 ㎛ 내지 500 ㎛이다.
상기 접착층의 두께가 상기 범위를 만족하는 경우, 수처리 엘리먼트 롤링시의 작업이 용이하고, 수처리 엘리먼트의 생산성을 향상시킬 수 있다.
상기 접착층의 두께란, 도 2의 T로 표시된 길이를 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 접착층의 폭이 5 mm 내지 100 mm이다.
바람직하게 상기 접착층의 폭은 15 mm 내지 25 mm이다.
상기 접착층의 폭이 상기 범위를 만족하는 경우, 수처리 엘리먼트 롤링시의 작업이 용이하고, 수처리 엘리먼트의 생산성을 향상시킬 수 있다.
상기 접착층의 폭이란, 도 2의 W로 표시된 길이를 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 수처리 엘리먼트는 분리막 리프(leaf) 및 유로재를 포함할 수 있으며, 상기 분리막 리프 및 유로재의 단부를 접착시키는 경우 전술한 수처리 엘리먼트용 핫멜트 접착제 조성물을 이용하여 접착시킬 수 있다. 상기 단부는 상기 분리막 리프의 서로 대향하는 한 쌍의 가장자리부(side seal) 또는 상기 분리막 리프의 서로 대향하는 한 쌍의 가장자리부(side seal)를 의미할 수 있다.
즉, 상기 분리막 리프 및 유로재의 사이에 상기 접착층을 포함시킨 후, 인덕션을 이용하여 상기 접착층을 가열 용융함으로써 접착시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 인덕션을 이용하여 상기 접착층을 가열 용융하는 것은, 자기장 200 A 내지 500 A에서, 1 내지 10분간 인가하여 비접촉식 유도가열 방식을 이용할 수 있다. 구체적으로, 자기장 375 A에서 1분간 인가하여 비접촉식 유도가열 방식을 이용할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 분리막 리프란 상기 수처리 엘리먼트에 포함되는 구성 요소로서, 하나의 분리막으로 구성될 수 있고, 또한 두 개의 분리막으로 구성될 수 있다. 상기 분리막 리프가 하나의 분리막으로 구성되는 경우, 상기 분리막의 공급측의 면이 공급측 유로재를 사이에 두고 접어진 형태로 구성될 수 있다. 상기 분리막 리프가 두 개의 분리막으로 구성되는 경우, 분리막의 공급측의 면이 서로 마주보도록 배열되고 분리막 사이에 공급측 유로재가 위치할 수 있다. 바람직하게 상기 분리막 리프는 한 개의 분리막으로 구성될 수 있다
본 명세서에 있어서, 상기 유로재는 공급측 유로재 또는 투과측 유로재를 의미할 수 있다. 상기 공급측 유로재는 스페이서(spacer)일 수 있고, 상기 투과측 유로재는 트리코트(tricot)일 수 있다. 상기 유로재는 상기 공급 통로를 통해 유입되는 원수 또는 상기 투과 통로를 통해 유입되는 생산수가 흘러나갈 수 있는 공간을 만들어주는 유로 역할을 수행한다. 상기 유로재의 형상, 종류는 특별히 한정되지 않으며, 당 기술분야에서 사용되는 유로재가 적용될 수 있다. 상기 공급측 유로재와 상기 투과측 유로재의 소재는 특별히 한정되지 않고, 동일한 소재일 수 있으며, 다른 소재일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 공급측 유로재는 스페이서 또는 피드 스페이서(feed spacer)로 표현될 수 있으며, 외부로부터 이물질이 포함된 물(원수)이 수용될 수 있도록 하나의 분리막과 다른 하나의 분리막의 사이의 간격을 일정하게 유지시키는 역할을 수행할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 투과측 유로재는 트리코트(tricot)로 표현될 수 있으며, 상기 분리막에 의해 여과된 생산수가 수용될 수 있도록 반으로 접어진 하나의 분리막 내부의 공간 또는 통로을 의미한다. 상기 트리코트는 직물 또는 편물로 된 구조를 가지며, 생산수가 흘러나갈 수 있는 공간을 만들어 줄 수 있도록 다공성 표면 구조를 가질 수 있다.
상기 수처리 엘리먼트는 상기 분리막 리프 및 상기 유로재 외에 중심관을 더 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 분리막 리프의 접어진 부분 또는 밀봉된 부분이 상기 중심관을 향하도록 배치되어 복수의 분리막 리프 및 유로재가 권취될 수 있다. 이와 같이 권취되는 경우, 수처리 엘리먼트는 나권형(spiral wound) 형태로 제조된다.
본 명세서에 있어서, 상기 중심관은 여과된 생산수(정제수)가 유입되어 배출되는 통로 역할을 수행한다.
상기 중심관의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니나, 상기 수처리 엘리먼트의 중심에 위치하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 중심관은 생산수가 배출될 수 있도록 일 측면이 개방될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 중심관은 다수 개의 공극을 포함할 수 있으며, 수처리 엘리먼트에 의해 수처리가 진행되면 생산수가 상기 중심관의 다수 개의 공극을 통하여 상기 중심관의 내부에 유입된 후, 유입된 생산수는 상기 중심관의 개방되어 있는 일 측면을 통하여 배출되게 된다.
상기 중심관의 소재는 특별히 한정되는 것은 아니고, 이 분야에서 공지된 일반적인 소재를 사용할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 수처리 엘리먼트는 권취된 형태가 유지되도록 랩핑(wrapping)하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 랩핑된 수처리 엘리먼트는 직렬 또는 병렬로 연결되어 압력 용기에 수납될 수 있고, 분리막 모듈로 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 분리막 모듈은 수처리에 사용될 수 있으며, 수처리에 사용하는 경우 원수는 해수일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 분리막 리프에 포함되는 분리막은 수처리 분리막 또는 기체 분리막을 의미할 수 있다. 상기 수처리 분리막은 정밀 여과막, 한외 여과막, 나노 여과막 또는 역삼투막 등으로 사용될 수 있으며, 바람직하게는 역삼투막으로 이용될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 분리막은 수처리 분리막일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 분리막은 역삼투막일 수 있다.
본 명세서의 또 다른 일 실시상태에 있어서, 상기 분리막은 기체 분리막일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 분리막은 다공성층; 및 다공성 지지체 상에 구비된 폴리아미드 활성층을 포함한다.
상기 폴리아미드 활성층은 다공성층 상에 아민 화합물을 포함하는 수용액층을 형성하는 단계; 상기 아민 화합물을 포함하는 수용액층 상에 아실 할라이드 화합물을 포함하는 유기용액을 접촉시켜 폴리아미드 활성층을 형성하는 단계를 통하여 형성될 수 있다.
상기 다공성층으로는, 부직포 상에 고분자 재료의 코팅층이 형성된 것을 사용할 수 있다. 상기 고분자 재료로는, 예를 들면, 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리프로필렌, 폴리메틸펜텐, 폴리메틸클로라이드 및 폴리비닐리덴플루오라이드 등이 사용될 수 있으나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다. 구체적으로, 상기 고분자 재료로서 폴리설폰을 사용할 수 있다. 상기 코팅층은 폴리설폰층일 수 있다.
상기 부직포의 재료로서는 폴리에틸렌테레프탈레이트가 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 부직포의 두께는 50 ㎛ 내지 150 ㎛일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게 상기 두께는 80 ㎛ 내지 120 ㎛일 수 있다. 상기 부직포의 두께가 상기 범위를 만족하는 경우, 상기 부직포를 포함하는 다공성 지지체를 포함하는 분리막의 내구성이 유지될 수 있다.
상기 코팅층의 두께는 20 ㎛ 내지 100 ㎛일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게 상기 두께는 40 ㎛ 내지 80 ㎛일 수 있다. 상기 코팅층의 두께가 상기 범위를 만족하는 경우, 상기 코팅층을 포함하는 다공성 지지체를 포함하는 분리막의 내구성이 유지될 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 코팅층은 상기 폴리설폰이 포함된 고분자 용액으로 제조될 수 있다. 상기 폴리설폰이 포함된 고분자 용액은, 상기 폴리설폰이 포함된 고분자 용액 총 중량을 기준으로, 80 중량% 내지 90 중량%의 용매 디메틸포름아마이드에 10 중량% 내지 20 중량%의 폴리설폰 고형을 넣고 80 ℃ 내지 85 ℃에서 12시간 동안 녹인 후 얻은 균질(homogeneous)한 액상일 수 있으나, 상기 중량 범위가 상기 범위로 한정되는 것은 아니다.
상기 폴리설폰이 포함된 고분자 용액의 총 중량을 기준으로 상기 범위의 폴리설폰 고형이 포함되는 경우, 상기 코팅층을 포함하는 다공성층을 포함하는 분리막의 내구성이 유지될 수 있다.
상기 코팅층은 캐스팅의 방법으로 형성될 수 있다. 상기 캐스팅은 용액 주조(casting) 방법을 의미하는 것으로, 구체적으로, 상기 고분자 재료를 용매에 용해시킨 후, 접착성이 없는 평활한 표면에 전개시킨 후 용매를 치환시키는 방법을 의미할 수 있다. 구체적으로, 상기 용매로 치환시키는 방법은 비용매 유도 상분리법(nonsolvent induced phase separation)을 이용할 수 있다. 상기 비용매 유도 상분리법이란, 고분자를 용매에 용해시켜 균일 용액을 만들고 이를 일정형태로 성형시킨 후 비용매에 침지시킨다. 이후 비용매와 용매의 확산에 의한 상호교환이 이루어지며 고분자 용액의 조성이 변하게 되고, 고분자의 침전이 일어나면서 용매와 비용매가 차지하던 부분을 기공으로 형성시키는 방법이다.
상기 폴리아미드 활성층은 아민 화합물과 아실 할라이드 화합물의 접촉시 아민 화합물과 아실 할라이드 화합물이 반응하면서 계면 중합에 의해 폴리아미드를 생성하고, 전술한 다공성층에 흡착되어 형성될 수 있다. 상기 접촉은 침지, 스프레이 또는 코팅 등의 방법을 통해 수행될 수 있다. 계면 중합 조건은 당 기술분야에 알려져 있는 것들이 제한 없이 사용될 수 있다.
상기 폴리아미드 활성층을 형성시키기 위하여, 상기 다공성층 상에 아민 화합물을 포함하는 수용액층을 형성할 수 있다. 상기 다공성층 상에 아민 화합물을 포함하는 수용액층을 형성하는 방법은 특별히 한정하지 않으며, 상기 다공성 지지체 위에 수용액층을 형성할 수 있는 방법이라면 제한하지 않고 사용할 수 있다. 구체적으로, 상기 다공성층 상에 아민 화합물을 포함하는 수용액층을 형성하는 방법은 분무, 도포, 침지, 적하, 코팅 등을 들 수 있다.
이 때, 상기 수용액층은 필요에 따라 과잉의 아민 화합물을 포함하는 수용액을 제거하는 단계를 추가적으로 거칠 수 있다. 상기 다공성층 상에 형성된 수용액층은 상기 다공성층 상에 존재하는 수용액이 지나치게 많은 경우에는 불균일하게 분포할 수 있는데, 수용액이 불균일하게 분포하는 경우에는 이후의 계면 중합에 의해 불균일한 폴리아미드 활성층이 형성될 수 있다. 따라서, 상기 다공성층 상에 수용액층을 형성한 후에 과잉의 수용액을 제거하는 것이 바람직하다. 상기 과잉의 수용액 제거는 특별히 제한되지는 않으나, 예를 들면, 스펀지, 에어나이프, 질소 가스 블로잉, 자연건조, 또는 압축 롤 등을 이용하여 행할 수 있다.
상기 아민 화합물을 포함하는 수용액에서 상기 아민 화합물은 분리막 제조에 사용되는 아민 화합물이라면 그 종류를 제한하지 않으나, 구체적인 예를 든다면, m-페닐렌디아민, p-페닐렌디아민, 1,3,6-벤젠트리아민, 4-클로로-1,3-페닐렌디아민, 6-클로로-1,3-페닐렌디아민, 3-클로로-1,4-페닐렌디아민 또는 이들의 혼합물인 것이 바람직하다.
상기 아민 화합물을 포함하는 수용액의 용매는 물일 수 있고, 추가로 아세톤, 디메틸술폭사이드(DMSO), 1-메틸-2-피롤리디논(NMP) 또는 헥사메틸포스포아미드(hexamethylphosphoramide, HMPA)를 포함할 수 있다.
상기 아민 화합물의 함량은 상기 조성물 전체 중량 대비 1 중량% 이상 10 중량% 이하일 수 있다. 상기 함량을 만족하는 경우, 본 발명에서 목적하는 염 제거율과 유량을 확보할 수 있다.
폴리아미드 활성층은 아민 화합물을 포함하는 수용액을 상기 다공성층 상에 코팅한 후, 아실 할라이드 화합물을 포함하는 유기 용액을 접촉시켜 계면 중합함으로써 제조될 수 있다.
상기 아실 할라이드 화합물로는 폴리아미드의 중합에 사용될 수 있는 것이라면 제한하지 않으나, 구체적인 예로서 2 내지 3개의 카르복실산 할라이드를 갖는 방향족 화합물로서, 트리메조일클로라이드, 이소프탈로일클로라이 및 테레프탈로일클로라이드로 이루어진 화합물군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물이 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 아실 할라이드 화합물의 함량은 상기 조성물 전체 중량 대비 0.01 중량% 이상 0.5 중량% 이하일 수 있다. 상기 함량을 만족하는 경우, 우수한 염 제거율과 유량을 확보할 수 있다.
상기 아실 할라이드 화합물을 포함하는 유기 용액에 포함되는 유기 용매로는 지방족 탄화수소 용매, 예를 들면, 프레온류와 탄소수가 5 내지 12인 헥산, 사이클로헥산, 헵탄, 알칸과 같은 물과 섞이지 않는 소수성 액체, 예를 들면, 탄소수가 5 내지 12인 알칸과 그 혼합물인 IsoPar(Exxon), ISOL-C(SK Chem), ISOL-G(Exxon) 등이 사용될 수 있으나, 이로써 제한되는 것은 아니다.
상기 유기 용매의 함량은 상기 아실 할라이드 화합물을 포함하는 유기 용액 전체 중량 대비 95 중량% 내지 99.99 중량%일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 함량을 만족하는 경우, 우수한 염 제거율과 유량을 확보할 수 있다.
상기 폴리아미드 활성층의 두께는 10 nm 내지 1,000 nm일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 두께는 바람직하게 300 nm 내지 500 nm일 수 있다. 상기 폴리아미드 활성층의 두께가 상기 범위를 만족하는 경우, 상기 함량을 만족하는 경우, 우수한 염 제거율과 유량을 확보할 수 있다.
도 1은 본 명세서에 따른 수처리 엘리먼트용 핫멜트 접착제 조성물로 구성되는 접착층을 포함하는 분리막 리프(M)의 일 평면도를 나타낸 것이고, 도 2는 우측면도를 나타낸 것이다. 분리막 리프 및 유로재 사이에 접착층(10, 20)을 포함시킨 후, 인덕션을 이용하여 상기 접착층(10, 20)을 가열 용융한다. 본 명세서에 따른 수처리 엘리먼트용 핫멜트 접착제 조성물은 고체형이므로 접착 면적 및 두께의 조절이 용이하여, 롤링시의 작업이 용이하다는 장점이 있다. 또한, 경화 시간이 짧고, 공정이 단순화되어, 수처리 엘리먼트 제조시 작업성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다. 후술하는 비교예와 같이 액체형 폴리우레탄 접착제 조성물을 이용하는 경우, 수처리 엘리먼트 제조과정에 있어서, 유효 면적이 줄어들 수 있어 일부 분리막이 손실될 수 있다. 또한, 액체형 접착제 조성물은 도포시 바로 고정이 되지 않으므로 두께 및 면적의 제어가 힘들다는 단점이 있다. 그리고, 롤링 공정시 리크가 발생하는 등의 수처리 분리막 엘리먼트의 불량률이 높아질 수 있다. 또한, 액체형 접착제 조성물의 경화시간이 오래 걸린다는 단점이 있다. 반면, 본 명세서에 따른 수처리 엘리먼트용 핫멜트 접착제 조성물은 전술한 액체형 폴리우레탄 접착제 조성물의 단점을 보완할 수 있다. 상기 접착층은 상기 분리막 리프의 서로 대향하는 한 쌍의 가장자리부(side seal)(10)에 구비될 수 있다. 또한, 상기 접착층은 상기 분리막 리프의 서로 대향하는 한 쌍의 가장자리부(side seal)에 수직하는 가장자리부(end seal)(20)에 구비될 수 있다.
도 3은 본 명세서에 따른 수처리 엘리먼트를 구성하는 구성요소들의 적층 모식도를 나타낸 것이다. 본 명세서의 수처리 엘리먼트는 복수의 분리막 리프(2) 및 복수의 유로재가 번갈아가면서 배열되어 제조될 수 있다. 상기 유로재는 공급측 유로재(1-2) 또는 투과측 유로재(1-1)일 수 있다. 각각의 배열된 복수의 분리막 리프(2) 및 복수의 유로재 사이에 상기 접착층이 구비되어 수처리 엘리먼트를 구성할 수 있다.
이하, 본 명세서를 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
실시예.
수처리 엘리먼트용 핫멜트 접착제 조성물 100 중량부를 기준으로, 자성복합체인 산화철(LANXESS사의 Bayoxide E8712) 5 중량부와 고분자 수지(WINMELT AT, 우진)을 95 중량부로 혼합한 후, 스크류 압출기를 통하여 수처리 엘리먼트용 핫멜트 접착제 조성물을 제조하였다. 상기 수처리 엘리먼트용 핫멜트 접착제 조성물은 가로 20 mm X 세로 1,000 mm 크기의 필름 형태였다.
상기 제조된 수처리 엘리먼트용 핫멜트 접착제 조성물을 도 1과 같이 분리막의 side seal과 end seal에 위치시킨 후, 권취하여 나권형(spiral wound) 형태의 수처리용 엘리먼트를 제조하였다.
그 다음, 권취된 나권형(spiral wound) 형태의 수처리 엘리먼트는 자기장 코일 내에 위치시켰으며, 자기장을 375 A에서 1분간 인가하여 비접촉식 유도가열 방식을 통한 접착을 진행하였다.
상기 수처리 엘리먼트용 핫멜트 접착제 조성물을 수처리 엘리먼트에 적용한 두께는 300 ㎛이었고, 폭은 20 mm 이었다.
비교예.
상기 실시예에서의 수처리 엘리먼트용 핫멜트 접착제 조성물 대신, 액체 형태의 폴리우레탄 접착제(H.B. Fuller, UR3519)를 이용한 것을 제외하고는 실시예에서와 동일한 방법으로 수처리 엘리먼트를 제조하였다.
액체 형태의 폴리우레탄 접착제를 이용한 접착층 제조시 적용한 두께 및 폭, 이의 평균 값(ave.)은 하기 표 1에 기재된 것과 같다.
| 비교예 | 두께 (㎛) | 폭 (mm) | ||
| Side | End | Side | End | |
| #1 | 510 | 724 | 48.3 | 52.4 |
| #2 | 507 | 737 | 49.2 | 51.7 |
| #3 | 508 | 709 | 50.4 | 51.9 |
| #4 | 515 | 731 | 49.5 | 51.3 |
| #5 | 516 | 725 | 47.5 | 49.2 |
| #6 | 510 | 732 | 49.5 | 45.3 |
| #7 | 510 | 734 | 49.8 | 45.1 |
| #8 | 520 | 724 | 50.5 | 50.1 |
| #9 | 516 | 724 | 45.7 | 45.2 |
| #10 | 515 | 709 | 51.0 | 51.4 |
| ave. | 513 | 725 | 49.2 | 49.4 |
실험예.
[투과 유량 및 염 제거율 측정]
상기 실시예 및 비교예의 수처리 엘리먼트를 사용하여 실험하였다. 원수 농도 NaCl 2,000 ppm, 원수 압력 225 psi로 수처리 엘리먼트에 공급수를 통과시켰다. 수처리 엘리먼트의 분리막을 통해 여과된 순수한 물이 중심관을 통해 배출되었다. 이 ?, 생산수 유량과 공급한 원수 유량의 비율(recovery)이 15%가 되도록 하였다. 이 조건을 표준 조건으로 설정하였다. 수처리 엘리먼트의 안정화를 위해 1 시간의 가동 후, 생산수 유량과 전기 전도도를 측정하여 수처리용 엘리먼트의 유량과 염 제거율을 측정하였다. 그 결과는 하기 표 2와 같다.
| 투과 유량(GFD) | 염 제거율(%) | |
| 실시예 | 12,542 | 99.73 |
| 비교예 | 12,604 | 99.72 |
상기 표 2에 의하면, 비교예와 실시예의 투과 유량의 차이가 크지 않고, 비교예보다 실시예의 염 제거율이 높음을 확인할 수 있었다.
[Autopsy를 통한 리크(leak) 유무 체크]
주름이나 와인딩 과정에서 문제 여부를 확인하기 위해서 수처리 엘리먼트의 생산수 유로재 측에 염료(Dye)가 섞인 물을 흘려 보내 막에 손상된 부분의 염색 정도와 조립시 발생하는 리크 여부를 시각적으로 확인하였다.
| 리크 유무 | 판단 기준 | |
| 실시예 | X | Autopsy 및 염 제거율 기준 |
| 비교예 | X | Autopsy 및 염 제거율 기준 |
전술한 염 제거율 측정 및 Autopsy를 통해 실시예와 비교예의 리크가 없음을 확인하였다. 이로써, 본 명세서에 따른 수처리 엘리먼트용 핫멜트 접착제 조성물을 수처리 엘리먼트 제조에 이용하는 경우, 수처리 엘리먼트의 불량률을 줄이며, 생산성을 높이고 작업성을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 발명의 범주에 속한다.
1-1: 투과측 유로재
1-2: 공급측 유로재
2: 분리막 리프
3: 중심관
10: 분리막 리프의 서로 대향하는 한 쌍의 가장자리부(side seal)의 접착층
20: 분리막 리프의 서로 대향하는 한 쌍의 가장자리부에 수직하는 가장자리부(end seal)의 접착층
M: 분리막 리프
T: 두께
W: 폭
1-2: 공급측 유로재
2: 분리막 리프
3: 중심관
10: 분리막 리프의 서로 대향하는 한 쌍의 가장자리부(side seal)의 접착층
20: 분리막 리프의 서로 대향하는 한 쌍의 가장자리부에 수직하는 가장자리부(end seal)의 접착층
M: 분리막 리프
T: 두께
W: 폭
Claims (8)
- 고분자 수지; 및 자성복합체를 포함하는 수처리 엘리먼트용 핫멜트 접착제 조성물.
- 청구항 1에 있어서, 상기 핫멜트 접착제 조성물 100 중량부를 기준으로 상기 고분자 수지는 90 내지 99 중량부이고, 상기 자성복합체는 0.1 내지 10 중량부인 것인 수처리 엘리먼트용 핫멜트 접착제 조성물.
- 청구항 1에 있어서, 용융흐름지수(MFI, Melt flow index)는 177℃, 2.16 kg에서 5 g/10 min 내지 50 g/10 min인 것인 수처리 엘리먼트용 핫멜트 접착제 조성물.
- 청구항 1에 있어서, 상기 수처리 엘리먼트용 핫멜트 접착제 조성물은 110 내지 150℃의 온도, 60 내지 70 kg/cm2의 압력, 20 내지 30초의 조건에서 경화되는 것인 수처리 엘리먼트용 핫멜트 접착제 조성물.
- 청구항 1에 있어서, 접착력이 800 gf/mm 내지 2,500 gf/mm인 것인 수처리 엘리먼트용 핫멜트 접착제 조성물.
- 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 따른 수처리 엘리먼트용 핫멜트 접착제 조성물로 구성되는 접착층을 포함하는 수처리 엘리먼트.
- 청구항 6에 있어서, 상기 접착층의 두께가 100 ㎛ 내지 1,200 ㎛인 것인 수처리 엘리먼트.
- 청구항 6에 있어서, 상기 접착층의 폭이 5 mm 내지 100 mm인 것인 수처리 엘리먼트.
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| JP2000279771A (ja) | 1999-03-31 | 2000-10-10 | Toray Ind Inc | 流体分離素子の製造方法 |
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2019
- 2019-12-11 KR KR1020190164847A patent/KR20210073978A/ko not_active Application Discontinuation
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