KR950007322B1 - Polysulfone hollow fiber membraen for outer pressure - Google Patents

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Abstract

The polysulfone hollow fiber membrane composed of 5 layers such as skin layer-finger structure layer-porous network structure-macrovoid layer-porous network structure. Thus, polysulfone resin 200 g was dissolved at 100 degree C in a solution of dimethylformamide 700 g and polyvinylpyrrolidone 100 g, and cooled to 20 degree C to give a spinning solution. The spinning solution was extruded into a inner coagulating solution (water : ethylene glycol : dimethylformamide = 40:10:50) through a duplex tube nozzle and spun at a height of 40 cm, spinning velosity of 30 m/min into an outer coagulating solution (water).

Description

외압 여과용 방향족 폴리 설폰 중공 섬유막 및 그 제조방법Aromatic Polysulfone Hollow Fiber Membrane for External Pressure Filtration and Manufacturing Method Thereof

제1도 a), b)는 이 발명의 각 실시예에 의하여 얻어진 중공 섬유막의 단면확대 사진.1 a) and b) are enlarged cross-sectional photographs of the hollow fiber membranes obtained by the examples of the present invention.

제2도 a), b)는 이 발명의 각 실시예에 의하여 얻어진 중공 섬유막의 내부 표면 확대 사진.Figure 2 a), b) is an enlarged photograph of the inner surface of the hollow fiber membrane obtained by each embodiment of the present invention.

제3도는 이 발명의 중공 섬유막의 막 두께에 따른 투수성에 대한 상관 관계도.3 is a correlation diagram of water permeability according to the film thickness of the hollow fiber membrane of the present invention.

이 발명은 방향족 폴리 설폰 중공 섬유막 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 막의 외측은 외표면에 미세한 기공으로 이루어진 치밀한 스킨층을 갖고 내측은 스릿트(slit)상의 표면기공을 갖는 다공성 망상구조층으로 되어 있고, 이에 인접하여 외표면과 내표면측에서 각각 발달한 지상구조(finger structure)층 및 공동층(macrovoid) 그리고 이들이 만나 생긴 다공성 망상구조의 중간층으로 된 스킨층-지상구조층-다공성 망상구조층-공동구조층-다공성 망상구조층의 5층 구조의 막을 형성함으로서, 투수성, 기계적 강도, 내압성 등의 우수하여 외압 여과 방식에 적합한 폴리 설폰 중공 섬유막 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an aromatic polysulfone hollow fiber membrane and a method for manufacturing the same. Specifically, the outer side of the membrane has a dense skin layer composed of fine pores on its outer surface and the inner side has a porous network layer having slit surface pores. Adjacent to this is a skin layer, a ground structure layer, and a porous network, each of which consists of a fin structure layer and a macro layer developed on the outer surface and the inner surface side, and an intermediate layer of the porous network structure where they meet. The present invention relates to a polysulfone hollow fiber membrane and a method for producing the same, which are excellent in permeability, mechanical strength, pressure resistance, and the like, by forming a five-layered structure of a structure layer-co-structure layer-porous network layer.

중공 섬유에 의하여 제작된 중공 섬유막 모듈은 여타의 다른 모듈-스파이랄 와운드 타입(spiral wound type) 또는 플레이트 타입(plate-type)에 비하여 단위 부피당 가장 넓은 막 면적을 가지며 동시에 자체 지지를 함으로써 장치를 소형화할 수 있는 큰 장점이 있다.Hollow fiber membrane modules made of hollow fibers have the largest membrane area per unit volume and provide self-support at the same time as other modules such as the spiral wound type or plate-type. There is a big advantage to miniaturization.

이에 따라 여러 종류의 폴리머들이 중공 섬유막 소재로서 연구되어 왔으나 내열성, 내산성, 내알칼리성, 내산화성이 뛰어난 폴리 설폰 수지가 현재 많이 쓰여지고 있다.Accordingly, various types of polymers have been studied as hollow fiber membrane materials, but polysulfone resins having excellent heat resistance, acid resistance, alkali resistance, and oxidation resistance have been widely used.

폴리 설폰 수지를 소재로 한 중공 섬유막에 관한 종래의 기술로서는 폴리 설폰 중공 섬유막의 상업적 효시가 되었던 아미콘사 제조법(일본국 특개소 49-23183호)을 비롯하여, 동 소 54-145379호, 동 소 56-152704호, 동 57-82515호, 유럽특허 제 0121911호, 일본국 특개 소 58-91822호, 동 소 58-114702호, 동 소 59-228016호, 및 동 소 59-228017호, 동 소 59-112027호 및 동 소 58-132112호에 개시되어 있는 방법들을 거론할 수 있다.Conventional techniques for hollow fiber membranes made of polysulfone resins include Amicon Co., Ltd. (Japanese Patent Laid-Open No. 49-23183), which has been commercially available for polysulfone hollow fiber membranes, and Japanese Patent Application Publication Nos. 54-145379, 56. -152704, WO 57-82515, EP 0121911, Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-91822, WO 58-114702, WO 59-228016, WO 59-228017, WO 59 The methods disclosed in -112027 and 58-132112 can be discussed.

비교적 초기 기술에 속하는 미국 아미콘사 제조법(일본국 특개소 49-23183호)에서는 폴리 설폰 중공 섬유막 제조에 있어서 중공사 방사시 내부응고 액으로서 물을 사용하기 때문에, 제조된 중공상의 구조가 내부면에 치밀한 스킨층이 형성되고 외표면에는 중합체가 결핍된 직경 10㎛ 이상의 공동이 개구되어 있는 단일 지상구조(finger-structure)의 형태를 갖는다.The American Amicon manufacturing method (Japanese Patent Laid-Open No. 49-23183), which belongs to a relatively early technique, uses water as the internal coagulating solution during hollow fiber spinning in the production of polysulfone hollow fiber membranes, so that the manufactured hollow structure A dense skin layer is formed and the outer surface has a single finger-structure in which a cavity of 10 μm or more in diameter lacking a polymer is opened.

이 구조는 막의 외표면으로 갈수록 중합체가 결핍을 이루는 지상구조가 크게 존재하고 외부 표면층에 치밀층이 없으므로 특수성은 높으나 기계적 강도가 약하고 내압밀성이 작다. 또한 제조시 응고력이 강력한 물을 내부 응고액으로 사용함으로써 방사속도가 아주 느리고 중공사 내부 표면이 손상되거나 방사중 중공사가 전달되기 쉽다.This structure has high specificity because there is a large surface structure which is deficient in polymer toward the outer surface of the membrane and there is no dense layer on the outer surface layer, but the mechanical strength is weak and the compaction resistance is small. In addition, by using water with strong coagulation force as the internal coagulating solution during manufacturing, the spinning speed is very slow and the inner surface of the hollow fiber is easily damaged or the hollow fiber during the spinning is easily transmitted.

상기 구조 중공 섬유사는 그 구조 특성에 의하여 여과가 섬유 내부면에서 섬유 바깥면으로 행하여지게 되어 여과중 섬유 중공내막에 케이크(cake)가 형성되기 쉽고 또한 형성된 케이크의 제거가 어려워 여과액 순환에 있어 파열되기 쉽고 내경에 달 여과액의 점도가 제한되어 큰 점도 용액의 여과를 위하여서는 보다 큰 내경이 필요하게 된다. 또한 막 모듈을 이용한 프랜트 가동시 가동이 중단되거나 막의 플링(fouling) 현상이 생길때의 가동입력이 이상증가할 경우 막의 기공이 확장되어 반도체용 초순수제조와 같은 정밀한 여과능력을 필요로 하는대는 사용하기 힘든 단점이 있다.Due to its structural characteristics, the structural hollow fiber yarns are subjected to filtration from the inner surface of the fiber to the outer surface of the fiber, so that the cake is easily formed on the hollow fiber inner membrane during filtration, and it is difficult to remove the formed cake. It is easy to limit the viscosity of the filtrate to the inner diameter and a larger inner diameter is required for the filtration of the large viscosity solution. In addition, when the operation input is stopped when the plant is operated using the membrane module or the input of the membrane increases, the pores of the membrane are expanded, which requires precise filtration such as ultrapure water manufacturing for semiconductors. It has a hard disadvantage.

이에 따라 여과 용액의 점도에 영향을 받지 않고 케이크의 제거가 쉬우면서 압력이 막의 외측에 가해지므로 내압성이 아주 뛰어난 외압 여과 방식의 중공 섬유막이 제안되었다.Accordingly, a hollow fiber membrane of an external pressure filtration method having an excellent pressure resistance has been proposed since the cake is easily removed and the pressure is applied to the outside of the membrane without being affected by the viscosity of the filtrate solution.

일본국 특개소 54-145379호에서는 방사용액에 전해질수용액을 첨가함으로써 분리막의 내, 외 표면에 치밀한 스킨층을 갖고 이 치밀층 양 표면 사이에 지상구조를 갖는 중공 섬유막의 제조방법이 개시되어 있다.Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-145379 discloses a method for producing a hollow fiber membrane having a dense skin layer on the inner and outer surfaces of a separation membrane and adding a surface structure between both surfaces of the membrane by adding an electrolyte aqueous solution to the spinning solution.

상기 구조는 내·외부에 치밀한 스킨층을 가지고 있어 내·외부 여과방식에 선택적으로 사용할 수 있으며, 기계적 강도가 크다는 장점은 있으나 투구성의 막두께 의존성이 커서 막두께가 200㎛를 넘으면 투수성이 금격히 저하되며, 또한 배우에 치밀층을 갖게 하기 위하여 응고력이 강한 내부 응고액을 사용함으로써 방사 속도가 느려 생산성이 떨어지는 문제점이 있다. 또한 내부 여과방식으로 사용할 때는 앞서 기술한 배우 여과방식에 따른 문제점을 가지고 있고 외부에 스킨층을 한개 갖고 있기 때문에 투과성이 낮은 단점이 있다. 또한 외부여과 방식으로 사용하는 경우에도 역시 치밀한 스킨층이 내외 양쪽에 있으므로 특수성이 낮은 단점이 있다.Since the structure has a dense skin layer inside and outside, it can be selectively used for the inside and outside filtration method, and has the advantage of high mechanical strength. There is a problem that the productivity is lowered due to the slow spinning speed by using the internal coagulating solution having a strong coagulation force in order to have a dense layer on the actor. In addition, when used as an internal filtration method has a problem according to the actor filtration method described above and has a disadvantage of low permeability because it has one skin layer on the outside. In addition, in the case of using the external filtration method also has a disadvantage of low specificity because the dense skin layer on both sides.

상기의 구조외에 분리막의 내, 외 표면에 처리한 스킨층을 갖고 이 치밀층 양표면 사이에 다공성 망상 지지체를 갖는 중공 섬유막이 일본국 특개소 56-152704호에 개시되어 있으나, 여전히 투수성이 낮으며 상기의 문제점들이 해결되지 않는 상태로 있다.In addition to the above structure, a hollow fiber membrane having a skin layer treated on the inner and outer surfaces of the separator and having a porous network support between both surfaces of the dense layer is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 56-152704, but still has low water permeability. And the above problems are not solved.

유럽특허 제 0121911호에는 중공사의 내, 외 표면에 치밀한 스킨층이 존재하지 않는 다공성 망사 구조를 갖는 중공사 막이 개시되어 있으나 제거 대상 물질의 분자량이 크게 역세척이 잘 되지 않는 문제점이 있다.European Patent No. 0121911 discloses a hollow fiber membrane having a porous mesh structure in which the dense skin layer does not exist on the inner and outer surfaces of the hollow yarns, but there is a problem in that the molecular weight of the material to be removed is not well backwashed.

일본국 특개소 59-228016호 및 동 소 59-228017호에 공기중의 습도를 조절하는 방법으로 중공사의 어느 한쪽에 치밀한 표면 및 연속하는 망상다공질 층을 부여하고 다른 한쪽에는 치밀하지 않은 표면 및 연속하는 다공성 망상구조를 부여하고 그 중간을 막의 반경 방향에 다르는 지상 구조를 부여하여 높은 투수성을 가지면서 동시에 기계적 강도를 높힌 중공 섬유막이 제안되어 있다.Japanese Patent Laid-Open Nos. 59-228016 and 59-228017 provide a dense surface and a continuous reticulated porous layer on one side of the hollow fiber, and a dense surface and continuous on the other. A hollow fiber membrane which has a high permeability and at the same time has a high mechanical strength by imparting a porous network structure and giving a ground structure different in the radial direction of the membrane in the middle thereof.

이를 더욱 분석하여 보면 상기 방법에 개시되어 있는 구조가 1) 중공사 내부에 치밀한 스킨층을 부여하고 외부에는 다공성 망상 구조를 부여하며 중간을 내측에서 발달한 지상 구조의 공동으로 연결하는 구조와, 2) 내부를 다공성 망상 구조로 하고 외부를 치밀한 스킨층으로 형성한 다음 중간을 외측에서 발달한 지상구조로 연결하는 구조로 되어 있음을 볼 수 있다.In further analysis, the structure disclosed in the above method 1) gives a dense skin layer inside the hollow fiber, gives a porous network structure to the outside, and connects the middle to the cavity of the above ground structure, and 2 ) It can be seen that the inside is made of a porous network structure, the outside is formed of a dense skin layer, and the middle is connected to a ground structure developed from the outside.

여기에서 1)의 구조는 이미 내부 여과 방식의 불리한 기술이며 상기의 2)의 구조는 외부에만 치밀한 스킨층을 갖고 있으므로 앞에서 기술한 외부 시킨층을 가진 중공사 상의 외압 여과 방식은 거의 갖추고 있다고 할 수 있다. 그러나 상기 2) 구조를 만드는 방법에 있어 내부 응고제로 고습도의 수증기를 사용하는데 방법은 수증기가 응고력이 약하며, 불안정한 압축성의 기체이므로 중공사 내부의 습도의 안정적인 공급 장치가 필요할 뿐만 아니라 방사 높이에 제약을 주며 또한 중공사의 고른 형태 유지가 어렵고 고속 방사시 중공사의 절단이 일어나기 쉽고, 중공사의 내부가 기체로 되어 중공사의 방사시 물위로 부유하게 되는 등 실용화에 많은 문제점이 있다.Here, the structure of 1) is already a disadvantageous technique of the internal filtration method, and the structure of 2) above has a dense skin layer only on the outside, so the external pressure filtration method on the hollow fiber with the external layer described above is almost provided. have. However, in the method of making the structure 2, high humidity vapor is used as the internal coagulant, but the method has a weak coagulation force and an unstable compressible gas, which requires a stable supply of humidity inside the hollow fiber and also restricts the radiation height. In addition, it is difficult to maintain an even shape of the hollow yarns, and the cutting of the hollow yarns is easy to occur during high-speed spinning, and the inside of the hollow yarns becomes a gas, and there are many problems in practical use such as floating on the water during the spinning of the hollow yarns.

또한, 상기의 구조의 중공 섬유막을 제조함에 있어서 일본국 특개소 59-112027호 및 동 소 58-132112호에서는 내부 응고액으로 벤젠, 헥산, 파라핀을 사용하였는데 중공사의 외부 응고액 및 중공사의 수세이 쓰이는 물과 상기 유기 화합물들이 전혀 섞이지 않으므로 그 구조의 완전 응고가 힘들고 상기 유기 화합물을 제품으로부터 제거하기 위하여 알콜, 아세톤 등의 용제로 후처리해야 하기 때문에 제조 비용이 많이 들고 알콜-아세톤등은 폴리 설폰을 일부 팽윤시키는 성질이 있어 중공 섬유막 구조 안정성도 해치게 된다.In the preparation of the hollow fiber membrane of the above structure, JP-A-59-112027 and JP-A-58-132112 used benzene, hexane, and paraffin as internal coagulating solution. Since the used water and the organic compounds are not mixed at all, it is difficult to completely solidify the structure, and in order to remove the organic compounds from the product, they have to be post-treated with a solvent such as alcohol or acetone. The swelling properties of the partially impair the structure stability of the hollow fiber membrane.

본 발명은 상기의 모든 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 투수성을 크게 개선하면서 기계적 강도도 우수한 외압 여과 방식에 적합한 막구조를 갖는 폴리 설폰 중공 섬유막과 상기 구조를 갖는 폴리 설폰 중공섬유막의 안정적 제조방법의 제공을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve all the above problems, the stable production of a polysulfone hollow fiber membrane having a membrane structure and a polysulfone hollow fiber membrane having the structure suitable for an external pressure filtration method with a significant improvement in water permeability and excellent mechanical strength To provide a method.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 막의 외측은 외표면에 미세공정을 갖는 치밀한 스킨층을 갖고, 내측은 치밀한 스킨층이 아닌 스릿트(slit)상의 표면기공을 갖는 얇은 다공성 망상구조층을 가지고 있고 이에 인접하여 내표면측과 외표면측에서 각각 발달한 지상구조(finger structure)층 및 공동층(macrovoid) 그리고 이들이 만나 생긴 다공성 망상구조의 중간층으로 형성된 스킨층-지상구조층-다공성 망상구조층-공동구조층-다공성 망상구조층의 5층 구조로 구성되는 폴리 설폰 중공 섬유막을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, the outer side of the membrane has a dense skin layer having a fine process on the outer surface, the inner side is a thin porous network layer having a split surface pores (slit) rather than a dense skin layer Skin layer-ground structure layer-porous network formed of the intermediate and intermediate layers of the porous structure formed on the inner surface side and the outer surface side adjacent to each other. Provided are a polysulfone hollow fiber membrane composed of a five-layer structure of a structure layer-co-structure layer-porous network layer.

이 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.The invention is described in more detail as follows.

이 발명의 폴리 설폰 중공 섬유막은 하기의 후술한 실시예들에 의해 얻어진 제1도의 단면 확대사진과 같이 막의 외측은 외표면에 미세 공경을 갖는 치밀한 스킨층을 갖고 내측은 제2도의 내부표면 확대사진과 같이 스릿트(slit)상의 표면기공을 갖는 다공성 망상구조층으로 되어 있고, 내표면과 외표면측에서 각각 발달한 지상구조(finger structure)층 및 공동구조층(macrovoid) 그리고 이들이 만나 생긴 다공성 망상구조의 중간층으로 이루어진 스킨층-지상구조층-다공성망상구조층-공동 구조층-다공성 망상구조층의 5층을 구조로 구성되어 있다.The polysulfone hollow fiber membrane of the present invention has a dense skin layer having a fine pore on the outer surface and the inner surface of the inner surface enlarged in FIG. 2 as shown in the cross-sectional enlarged view of FIG. 1 obtained by the following examples. It consists of a porous network layer having a split surface pores as shown in the figure, and has a finite layer and a macrovoid layer developed on the inner and outer surfaces, respectively, and a porous network formed by The structure consists of five layers of the skin layer, the ground structure layer, the porous network layer, the co-structure layer, and the porous network layer made of the intermediate layer of the structure.

외표면의 미세 공경의 치밀한 스킨층을 0.01㎛ 미만의 기공으로 이루어진 외표면을 가지고 있다.The dense skin layer having a fine pore diameter on the outer surface has an outer surface composed of pores of less than 0.01 µm.

외부 스킨층과 인접하여 외측에서 내측으로 공경이 연속적으로 증가하는 지상구조 및 내표면측의 내부 다공성 망상구조층과 인접하여 내측에서 외측으로 공경이 연속적으로 증가하는 지상구조가 다공성 망상구조의 중간층과 연결됨에 있어서, 지상구조는 내·외표면쪽에서 0.1㎛ 이하의 공경을 갖고 내부 중간층측에서는 수 ㎛이상의 공경을 갖는 이를테면 테이퍼상(taper 象)구조이며, 내표면층의 다공성 지지체는 폭 0.01~5㎛, 길이 0.02~10㎛의 슬리트상 기공이 개공률 40~80%로 존재하는 내표면과 이에 인접하여 0.01~10㎛의 열린기공(open pore)로 된 다공성 망상구조의 얇은 지지층이 1~10㎛ 두께로 이루어져 있다.The ground structure in which the pore continuously increases from the outside to the inner side adjacent to the outer skin layer and the ground structure in which the pore continuously increases from the inner side to the outer side in the vicinity of the inner porous layer on the inner surface side are combined with the intermediate layer of the porous network. In the connection, the ground structure is a taper-like structure having a pore diameter of 0.1 μm or less on the inner and outer surfaces and a pore diameter of several μm or more on the inner intermediate layer side, and the porous support of the inner surface layer has a width of 0.01 to 5 μm, A thin support layer of porous network structure having an inner surface having slitting pores of 0.02 to 10 μm in length with a porosity of 40 to 80% and an open pore of 0.01 to 10 μm adjacent thereto is 1 to 10 μm thick. Consists of

다공성 망상구조에서 슬리트상 기공의 폭이 0.01㎛ 보다 작고 길이가 0.02㎛ 보다 짧으면 일본국 특개소 54-1445379호에 나타난 구조와 유사해지며 따라서 투수성이 저하되고 폭이 5㎛ 보다 크고 길이가 10㎛ 보다 길면 다공질망상층이 조악해지고 마찬가지로 상기 구조에서 그 형태가 바뀐다. 또한 개공률이 40% 보다 작으면 투수성이 떨어지고 개공률이 80% 보다 크면 상기 구조의 막이 제조되어지지 않는다.In the porous network structure, if the width of the slit-like pores is smaller than 0.01 μm and the length is shorter than 0.02 μm, it is similar to the structure shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-1445379, so that the permeability is lowered and the width is larger than 5 μm and the length is 10. If it is longer than the micrometer, the porous network layer becomes coarse and likewise changes its shape in the structure. In addition, if the porosity is less than 40%, the permeability is poor, and if the porosity is greater than 80%, the membrane of the structure is not manufactured.

또한 다공질 망상구조의 중간층의 두께는 막에서의 적절한 크기의 기계적 강도 및 내압성을 보장하기 위하여 막의 전체 두께에 대하여 1/20이상이 바람직하며, 다공질 망상구조의 중간층의 위치는 내측과 외측에서 등거리에 있어도 좋고 내부표면에서 중간층까지의 거리와 외부표면에서 중간층까지의 거리의 비가 1/10~10/1 정도가 좋다. 또한 다공질 망상구조의 중간층의 기공크기는 0.1~10㎛ 정도의 열린기공(open-pore)으로 이루어져 있다.In addition, the thickness of the intermediate layer of the porous network is preferably 1/20 or more with respect to the overall thickness of the membrane in order to ensure the appropriate mechanical strength and pressure resistance of the membrane, the position of the intermediate layer of the porous network is equidistant from the inside and outside The ratio of the distance from the inner surface to the middle layer and the distance from the outer surface to the middle layer is preferably 1/10 to 10/1. In addition, the pore size of the intermediate layer of the porous network structure is composed of open pores (open-pore) of about 0.1 ~ 10㎛.

이 발명의 구조를 갖는 폴리 설폰 중공 섬유막은 하기의 제3도에서 보아 알 수 있듯이 막 두께에 따라 투수성의 영향을 받지 않는다.The polysulfone hollow fiber membrane having the structure of the present invention is not affected by water permeability depending on the film thickness as can be seen from FIG. 3 below.

이는 이 발명의 중공 섬유막이 외표면층의 기공이 0.01㎛ 이하이고, 내부는 수 ㎛이상의 테이퍼 상의 지상 구조와 공동구조층 그리고 내표면층 및 중간층이 외표면층의 기공에 대하여 10~100배 크기의 거대 기공으로 형성된 다공성 망상 지지체로 구성되어 있는 관계로 하여 다공성 망상 구조의 두께 증가가 막의 기계적 강도를 보강하여 줄뿐 막의 투수성에는 영향을 주지 않는다고 생각되기 때문이다.This means that the hollow fiber membrane of the present invention has a pore in the outer surface layer of 0.01 μm or less, and the inside has a terrestrial structure and a cavity structure on the taper of several μm or more, and the inner surface layer and the intermediate layer have a large pore size of 10 to 100 times the pore of the outer surface layer. This is because an increase in the thickness of the porous network structure reinforces the mechanical strength of the membrane and does not affect the permeability of the membrane because it is composed of the porous network support formed.

상기와 같은 구조를 갖는 이 발명의 폴리 설폰 중공 섬유막의 투수성은 최소 400×10-3g/㎠·min·atm이상의 큰 투수성과 높은 기계적 강도를 갖는다.The water permeability of the polysulfone hollow fiber membrane of the present invention having the above structure has a high water permeability and a high mechanical strength of at least 400 × 10 −3 g / cm 2 · min · atm or more.

다음에 이 발명에서 폴리 설폰 섬유막 제조방법에 대하여 설명한다.Next, the polysulfone fiber membrane manufacturing method in this invention is demonstrated.

중공 섬유막 제조에 있어서 중요한 것은 제조된 막의 투구성 개선과 막구조의 내구성 증대에 있다.In manufacturing hollow fiber membranes, it is important to improve the permeability of the prepared membrane and to increase the durability of the membrane structure.

종래부터 이에 대한 연구와 개발이 이루어져 다음과 같은 방법들이 주지되어 있다.In the related art, researches and developments have been made, and the following methods are well known.

제막 용액에 염화 아연 등의 무기염, 또한 알콜 등의 유기물이나 폴리에틸렌글리콜 등의 수용성 고분자들을 막의 특수성 상승이나 방사 용액의 점도를 증가시키기 위하여 폴리머의 종류, 용매에 따라 적당한 방법으로 첨가하여 사용되는데 이들은 제막후 용이하게 제거될 수 있어야 한다.Inorganic salts such as zinc chloride, organic substances such as alcohols, and water-soluble polymers such as polyethylene glycol are added to the film forming solution in an appropriate manner depending on the type of the polymer and the solvent in order to increase the specificity of the film or to increase the viscosity of the spinning solution. It should be easy to remove after film formation.

막 구조는 폴리머의 농도, 방사원액의 점도, 제막온도, 응고액의 종류에 따라 망상구조 또는 지상 구조로 된다.The film structure has a network structure or a ground structure depending on the concentration of the polymer, the viscosity of the spinning stock solution, the film forming temperature, and the type of the coagulating solution.

즉 폴리머의 농도, 방사원액의 점도, 제막온도가 높고, 응고액에 의한 응고의 진행이 느리면 망상구조(sponge-structure)가 되고 반면 폴리머의 농도, 방사원액의 점도 및 제막온도가 낮고 응고 속도가 빠르면 지상구조(finger-structure)가 형성된다.In other words, the polymer concentration, the viscosity of the spinning stock solution and the film forming temperature are high, and the progress of coagulation by the coagulating solution is slow to form a sponge-structure, while the polymer concentration, the viscosity of the spinning stock solution and the film forming temperature are low, and the coagulation rate is low. As early as this, a finger-structure is formed.

일반적으로 폴리 설폰 중공 섬유막은, 폴리 설폰 수지를 고비점의 난휘발성 유기 용매에 용해하여 제조된 방사 원액을 2중 관형 노즐에 압출시키는 동시에 노즐 내부 홀에 내부 응고액을 주입시켜 공기중으로 방산한 다음 외부응고액의 응고 욕조에서 응고시키거나, 또는 직접 외부 응고액의 응고 욕조로 방사한 다음 완전히 응고시킨 후 수세하는 방법으로 제조된다.In general, the polysulfone hollow fiber membrane dissolves polysulfone resin in a high boiling point volatile organic solvent, extrudes a spinning stock solution into a double tubular nozzle and injects an internal coagulant into the hole inside the nozzle to dissipate into the air. It is prepared by solidifying in a coagulation bath of external coagulation liquid or by spinning directly into a coagulation bath of external coagulation solution, followed by complete coagulation and washing with water.

그러나 이때 외부응고제가 물과 같은 저점도, 저응고가의 비용매만을 단독으로 쓰는 경우 응고액이 방사 용액과 접촉하는 계면은 일본국 특개소 54-145379호에서와 같은 내부에 치밀한 스킨층이 이루어지게 되며 따라서 상기 구조와 같은 내부표면이 형성되지 않으며 따라서 상기 구조의 중공사가 이루어지지 않는다. 또한 내부응고제로 물과 같은 저점도, 저응고가의 비용매에 해당 폴리 설폰 수지의 양용매를 혼합시킨 용액을 사용하여 중공사를 제조하는 경우에도 권취기 등에 의한 인위적인 연신을 시키지 않고 투출량과 방사 높이등에 의한 자연낙하방법을 택하면 제조된 중공사의 내부표면은 대부분 저응고가의 비용매를 단독으로 사용한 경우보다는 기공의 크기가 크지만 상기와 같은 스릿트상의 표면기공을 얻지 못하며 보통 0.01㎛ 이하의 기공으로 이루어진 내표면을 얻게 된다. 또한 내부응고제를 물과 같은 저점도, 저응고가의 비용매에 해당 폴리 설폰 수지의 양용매를 혼합시킨 방상용액을 사용하고 연신을 시켜가며 중공사를 제조하는 경우에도 내부응고제로 물과 같은 저점도, 저응고가의 비용매에 해당 폴리 설폰 수지의 양용매만을 혼합시킨 용액을 사용하면 상기 구조의 내표면의 스릿트상의 기공의 크기와 상기구조의 단면의 형태를 인위적으로 제어하기가 어렵고 이를 위해서는 상기 내부 응고제에 3성분으로 그리세린 등과 같은 고점도, 고응고가의 비용매를 첨가하는 것이 바람직하다. 그리고 방사용액의 점도와 조성 및 토출량, 그리고 내부응고제의 점도와 조성 및 토출량의 적절한 배합에 의해서도 상기와 같은 연신효과를 재현되기도 하나 방법이 까다롭고 실험변수를 선정하는데 제한을 많이 받는다.However, if the external coagulant uses only low-viscosity, low-coagulant nonsolvents such as water, the interface where the coagulant is in contact with the spinning solution has a dense skin layer as in Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-145379. Therefore, the inner surface such as the structure is not formed and thus the hollow fiber of the structure is not formed. In addition, even when the hollow fiber is manufactured using a solution in which a good solvent of the polysulfone resin is mixed with a low viscosity and low coagulant non-solvent such as water as an internal coagulant, the amount of discharge and When the natural dropping method is selected by the height of the spinning, the inner surface of the manufactured hollow fiber is larger in pore size than in the case of using low coagulation nonsolvent alone, but it does not obtain the above-mentioned split surface pores and is usually 0.01㎛. The inner surface consisting of the following pores is obtained. In addition, if the internal coagulant is prepared with a low-viscosity, low coagulant such as water, a solution of polysulfone resin mixed with a good solvent of the polysulfone resin, and the drawing is carried out while the hollow fiber is manufactured, the internal coagulant is a low point such as water. In addition, when using a solution in which only a good solvent of the polysulfone resin is mixed with a low-solidification nonsolvent, it is difficult to artificially control the size of the pores on the slit of the inner surface of the structure and the shape of the cross section of the structure. For this purpose, it is preferable to add a high viscosity, high coagulant nonsolvent, such as glycerin, to the internal coagulant in three components. In addition, the stretching effect can be reproduced by appropriate mixing of the viscosity, composition, and discharge amount of the spinning solution, and the viscosity, composition, and discharge amount of the internal coagulant, but the method is difficult and limited in selecting experimental variables.

본인들은 이러한 실험결과들을 토대로 상기의 구조를 안정적으로 재현시키기 위한 연구를 수행한 결과 다음과 같은 제조방법을 안출해 냈다.Based on the results of these experiments, we conducted a study to stably reproduce the above structure and came up with the following manufacturing method.

즉 폴리 설폰 수지와 첨가제 및 이들의 공통용매로 이루어진 방사원액을 이중관형 노즐에서 압출시키는 동시에 노즐내부의 홀에 해당 폴리 설폰 수지의 양용매(good solvent)와 저점도 저응고가의 비용매 그리고 고점도 고응고가의 비용매가 최소 2성분 이상으로 혼합된 내부응고액을 주입시키면서 공기중에 토출시킨 다음 외부응고욕조로 낙사시킬 때 노즐에서 토출되면서 형성되는 중공사의 자연낙하 속도보다도 빠른 속도로 연신시키거나 또는 직접 외부응고욕조에 토출시킬 때는 중공사의 토출속도 보다도 빠른 속도로 연신을 시키면서 방사하여 중공사를 형성하는 일련의 방법을 도입하여 상기 구조를 갖는 폴리 설폰 중공사의 제조방법이다.In other words, the spinning stock solution consisting of polysulfone resin and additives and their common solvents is extruded from the double-tubular nozzle, and the good solvent, low viscosity, low coagulation, non-solvent and high viscosity of the polysulfone resin in the holes inside the nozzle. When the high coagulation solution is discharged into the air while injecting the internal coagulating solution mixed with at least two components, it is stretched at a speed faster than the natural dropping speed of the hollow fiber formed by ejecting it from the nozzle when falling into the external coagulation bath. When directly discharging to the external coagulation bath is a method of producing a polysulfone hollow yarn having the above structure by introducing a series of methods to form a hollow fiber by spinning while stretching at a speed faster than the discharge speed of the hollow yarn.

이때 폴리 설폰 수지는 방향족 폴리 설폰 중합체, 방향족 폴리 에테르 설폰계 중합체 또는 이들의 화학적 변성 중합체 중에서 선택하여 사용된다.In this case, the poly sulfone resin is selected from an aromatic poly sulfone polymer, an aromatic poly ether sulfone polymer or a chemically modified polymer thereof.

방사 원액 중에서의 폴리 설폰 수지의 농도는 10~30중량%가 방사를 쉽게하며 제막 후 막의 투수성을 유지하기 위하여 바람직하다. 폴리 설폰 수지의 농도가 10중량% 보다 낮으면 점도가 낮아 상기 구조를 갖게 하기 위한 방사가 곤란할 뿐만 아니라 제조된 막의 기계적 강도가 낮으며 30중량% 보다 높으면 제조된 막의 투수성이 저하된다.The concentration of polysulfone resin in the spinning stock solution is preferably 10 to 30% by weight to facilitate spinning and to maintain the water permeability of the film after film formation. If the concentration of the polysulfone resin is lower than 10% by weight, the viscosity is low, so that not only spinning is difficult to give the above structure, but the mechanical strength of the prepared membrane is low and higher than 30% by weight, the water permeability of the prepared membrane is lowered.

방사 원액의 용매는 압출기내에서 방사 원액의 일정 점도 유지를 위하여 비등점 100℃ 이상의 난 휘발성 유기용매중에서 폴리 설폰 수지에 대하여 양용매(good solvent)인 디메틸아세트아마이드, 디메틸포름아미드, N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸설폭사이드, 2-피리딘 등에서 단독 또는 2종 이상 혼합하여 다음의 첨가제들도 용해시킬 수 있도록 하여 사용한다.The solvent of the spinning stock solution is a good solvent of dimethylacetamide, dimethylformamide, N-methyl-2, which is a good solvent for the polysulfone resin in an volatile organic solvent having a boiling point of 100 ° C. or higher to maintain a constant viscosity of the spinning stock solution in the extruder. -Pyrrolidone, dimethylsulfoxide, 2-pyridine, etc. are used alone or in combination of two or more so that the following additives can also be dissolved.

이 발명에서, 첨가제들을 방사 용액의 점도 상승과 막의 투수성 증가의 목적을 위하여 폴리 설폰 수지와 함께 유기 용매에 첨가되어 방사 원액을 구성하는데에 사용할 수 있다.In this invention, additives can be added to the organic solvent together with the polysulfone resin for the purpose of increasing the viscosity of the spinning solution and increasing the permeability of the membrane to make up the spinning stock solution.

상기 첨가제들을 무기염, 알콜 화합물, 수용성 고분자 등이 쓰여진다.The additives include inorganic salts, alcohol compounds, water-soluble polymers, and the like.

무기염은 탄산칼슘, 염화아염의 수용액으로 첨가되는데 첨가량은 유기용매에 대하여 고형분으로 환산하여 0~7중량%이하가 바람직하다.The inorganic salt is added as an aqueous solution of calcium carbonate or chloride salt. The amount of addition is preferably 0 to 7% by weight or less in terms of solids relative to the organic solvent.

알콜 화합물은 메탄올, 에탄올 등의 1가 알콜, 에틸렌글리콜, 프로필글리콜, 테트라에틸렌 글리콜, 글리세린 등 다가 알콜 또는 이들의 유도체 중에서 선택하여 폴리 설폰 수지의 투입량에 대하여 최고 4배까지 첨가할 수 있다.The alcohol compound may be selected from monohydric alcohols such as methanol and ethanol, polyhydric alcohols such as ethylene glycol, propyl glycol, tetraethylene glycol, glycerin, or derivatives thereof, and may be added up to four times the amount of the polysulfone resin.

그러나 첨가량이 많을수록 방사 용액이 불투명하여지고 방사가 균일하지 못하며, 첨가량이 적으면 투수성이 나빠지게 되어 방사성과 투수성을 고려하여 유기 용매에 대하여 0~40중량%로 농도로 첨가한다.However, the more the addition amount, the spinning solution becomes opaque and the spinning is not uniform. When the addition amount is small, the water permeability becomes poor, and considering the radioactivity and water permeability, it is added at a concentration of 0 to 40% by weight with respect to the organic solvent.

수용성 고분자 화합물은 방사용액의 점도를 증가시킬 뿐 아니라 폴리 설폰 수지내에 내재하여 있다가 수세시 물에 용해됨으로써 막의 투수성을 증대시켜 주는 효과가 있어 분자량, 종류, 첨가량을 적절히 선택하면 제품의 투과성능을 조절하기 용이하다.The water-soluble high molecular compound not only increases the viscosity of the spinning solution but also is inherent in the polysulfone resin and dissolved in water at the time of washing to increase the permeability of the membrane. It is easy to adjust.

상기의 수용성 고분자 화합물로서는 폴리에틸렌 글리콜, 폴리비닐 알콜, 폴리비닐 피롤리돈 등이 사용될 수 있으며 첨가량은 첨가된 방사 원액의 점도가 21℃에서 측정하여 2,000~60,000CPS가 되는 방사 원액에서의 0~40중량% 농도로 하는 것이 제막후 막의 투구성과 방사의 용이성을 위하여 바람직하다.Polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, etc. may be used as the water-soluble high molecular compound, and the amount of the addition is 0-40 in the spinning stock solution in which the viscosity of the added spinning stock solution is 2,000 to 60,000 CPS measured at 21 ° C. It is preferable to set it as the weight% concentration for the permeability of a post-film formation and the ease of spinning.

방사 원액의 점도가 2,000cps 보다 낮은 경우에는 상기 막의 구조가 형성되기 어려울 뿐만 아니라 방사성도 나빠 공정이 어려워지고 60,000cps보다 높은 경우 방사가 힘들고 막의 균일성이 떨어지게 된다.When the viscosity of the spinning stock solution is lower than 2,000 cps, not only the structure of the film is difficult to form, but also the radioactivity is poor, and the process is difficult, and when the viscosity is higher than 60,000 cps, the spinning is difficult and the uniformity of the film is poor.

또한 방사 원액의 방사에 있어서 응고액의 응고가 각 제막시 막 구조에 영향을 주게 된다.In addition, the coagulation of the coagulation liquid in the spinning of the spinning stock solution affects the film structure at the time of film formation.

즉, 응고력이 너무 작으면 응고가 제대로 일어나지 않고 또한 방사 높이를 높일 수 없어 형태 안정성이 나빠지고 응고력이 너무 크면 치밀한 스킨층과 지상구조가 만들어지나 방사 속도를 빠르게 할 수 없고 방사중 섬유의 표면손상과 전달이 일어나기 쉽다.In other words, if the coagulation force is too small, coagulation does not occur properly and the spinning height cannot be increased, resulting in poor form stability. If the coagulation force is too high, a dense skin layer and a ground structure are formed, but the spinning speed cannot be increased and Surface damage and transfer are apt to occur.

내측에 있어 내표면이 치밀한 스킨층이 없는 스릿트상의 기공으로 이루어진 다공성 망상 구조 및 이에 인접하여 각각 지상구조 및 공동구조층(macrovoid)이 발달하고, 외표면은 치밀한 스킨층으로 되어 있으면서 인접하여 발달한 지상 구조가 다공성 망상구조의 중간층에서 만나는 구조의 중공 섬유막을 제조하기 위아혀 내부 응고액이 외부 응고액보다 높은 응고가를 가져야 할 것이다.Porous network structure consisting of split pores without inner skin layer with dense inner skin layer on the inner side, and above ground structure and macrovoid layer are developed adjacent to it, and outer surface is developed with dense skin layer adjacent to it In order to produce a hollow fiber membrane in which a ground structure meets in the middle layer of the porous network, the internal coagulation solution should have a higher coagulation rate than the external coagulation solution.

여기에서 응고액의 응고가는 응고력을 나타내는 지수로서 폴리 설폰 15중량부와 N-메틸-2-피롤리돈 20중량부로 이루어지는 혼합물을 디메틸아세트아마이드 용매에 1중량% 농도로 용해한 용액 500ml를 상전이 시키는데 필요한 응고액의 양을 ml의 수치로 표시한 것으로서 수치가 작을 수록 응고력이 크고 수치가 클수록 응고력이 낮다.Here, the coagulation value of the coagulation solution is an index indicating coagulation power. The phase transition of 500 ml of a solution obtained by dissolving a mixture consisting of 15 parts by weight of polysulfone and 20 parts by weight of N-methyl-2-pyrrolidone at a concentration of 1% by weight in dimethylacetamide solvent is performed. The amount of coagulant required is expressed in ml. The smaller the value, the higher the coagulation power. The larger the value, the lower the coagulation power.

이 발명에서의 내측에 치밀한 스킨층이 생기지 않고 다공성 망상구조층 및 이에 인접한 공동구조를 형성하고 응고가 용이하게 이루어져 방사 높이를 조절할 수 있기 위하여 내부 응고제의 응고가는 10~20, 점도 5~20cps의 범위가 바람직하다.In the present invention, without forming a dense skin layer on the inner side, the porous network layer and the cavity structure adjacent thereto are formed and the coagulation is easily made so that the coagulation height can be adjusted so that the coagulation value of the internal coagulant is 10-20, and the viscosity is 5-20cps. Range is preferred.

상기와 같은 응고액으로서 폴리 설폰에 대하여 양 용매(good solvent)인 디메틸 아세트 아미드, 디메틸 포름아미드, N-메틸-2-피롤리돈, 2-피리딘, 디메틸설폭사이드 등과 물, 에탄올, 메탄올 등과 같은 응고가 7~10 점도 3~10cps의 저응고가, 저점도의 비용매(none solvent) 및 에틸렌 글리콜, 프로필 글리콜, 글리세린 등과 같은 응고가 20~30, 점도 30~100cps의 고응고가, 고점도의 비용매(none solvent)를 적절히 혼합하여 응고가 10~20, 점도 5~20cps의 혼합 용액을 제조하여 사용한다. 여기에서 응고가가 20이상일때는 상기와 같은 내부표면에 스릿트 상의 기공이 형성되나 내측의 공ㄷ동구조가 제조되지 않게 되고, 응고가가 10이하의 경우는 내표면에 스릿트 상의 기공이 형성되지 않는 등의 문제가 있다.As the coagulant, polydimethyl sulfone is a good solvent for dimethyl acetamide, dimethyl formamide, N-methyl-2-pyrrolidone, 2-pyridine, dimethyl sulfoxide and the like, such as water, ethanol and methanol. Low coagulation of 7-10 viscosity 3-10cps, low viscosity non-solvent and coagulation 20-20, high viscosity of 30-100cps, high viscosity of ethylene glycol, propyl glycol, glycerin, etc. A nonsolvent is properly mixed to prepare a mixed solution having a coagulation rate of 10 to 20 and a viscosity of 5 to 20 cps. Here, when the coagulation value is 20 or more, pores on the slit are formed on the inner surface as described above, but the hollow cavity structure on the inner side is not manufactured, and when the coagulation cost is 10 or less, the pores on the slit are formed on the inner surface. There is a problem such as not.

외부 응고액은 폴리 설폰에 대하여 양용매와 저점도, 저응고가의 비용매의 혼합용매 또는 저점도, 저응고가의 비용매 단독으로서 응고가 13이하의 값을 갖는 것이 바람직하다.It is preferable that the external coagulating solution has a solidification value of 13 or less as a mixed solvent or low viscosity of a good solvent, a low viscosity, a low coagulation nonsolvent, and a low coagulation nonsolvent with respect to polysulfone.

응고가가 13이상되면 외표면의 기공이 너무 커 치밀층이 형성되지 않아 막의 분획성이 나빠질 뿐만 아니라 내압성이 저하된다.When the coagulation value is 13 or more, the pores on the outer surface are so large that a dense layer is not formed, which not only degrades the fractionality of the membrane but also reduces pressure resistance.

외부 응고액의 온도는 0~100℃까지 다양하게 선택할 수 있는데 물의 온도가 높을 수록 투수성이 커지고 막내부에 잔존하는 잔여 용매를 쉽게 제거할 수 있다.The temperature of the external coagulation solution can be variously selected from 0 to 100 ° C. The higher the water temperature, the greater the permeability and the easier removal of residual solvent remaining in the membrane.

또한 비중공 섬유막을 공기중에 방사하여 외부 응고액에 넣는 경우 습도 및 방사 높이를 조절함으로써 상전이를 조절할 수 있다. 이 발명에서의 방사 높이는 0~100cm가 적합하였다.In addition, when the non-hollow fiber membrane is radiated into the air and put into the external coagulating solution, phase transition can be controlled by adjusting humidity and spinning height. As for the spinning height in this invention, 0-100 cm was suitable.

방사 높이가 100cm 보다 높은 경우 내부 응고액에 의한 상전이가 외표면까지 진행되어 막내측에서 발달한 공동 구조가 외측가지 발달하여 외측에 치밀층 및 지상구조가 형성되지 않으며, 또한 상기 구조의 중공사 막이 형성되지 않는다.If the spinning height is higher than 100cm, the phase transition by the internal coagulating solution proceeds to the outer surface, and the hollow structure developed inside the membrane develops to the outside, so that the dense layer and the ground structure are not formed on the outside, and the hollow fiber membrane of the structure Not formed.

또한 연신속도는 방사원액 및 내부응고제가 노즐에서 토출되면서 중공사의 공기중에서 외부응고제 욕조에 떨어지는 자연낙하 속도보다도 빠른 속도로 연신시켜야 하며 직접 외부 응고 욕조에 토출시킬 때는 중공사의 토출속도 보다도 빠른 속도로 연신을 시키면서 방사하여야 한다. 이때 토출속도나 자연낙하 속도는 내부 응고제와 방사원액의 토출량, 방사원액의 점도, 방사높이 등에 따라 달라지는데 토출속도나 자연낙하 속도보다 1~5배 정도가 중공사의 전달되지 않으면서 상기 구조가 안정적으로 만들어진다.In addition, the drawing speed should be drawn at a speed faster than the natural dropping speed of the spinning liquid and the internal coagulant discharged from the nozzle to the external coagulant bath in the air of the hollow yarn. Should be emitted while At this time, the discharge speed or the natural dropping speed varies depending on the discharge amount of the internal coagulant and the spinning stock solution, the viscosity of the spinning stock solution, the spinning height, and the like. Is made.

이 발명에 의하여 제조된 중공 섬유막의 성능을 기존 섬유막과 비교하여 보면 기존의 중공 섬유막의 인장 강도는 0.2~0.4g/diner, 내압성이 2~4기압, 투수성은 한외여과 영역에서 100~400×10-3g/㎠·min·atm이고, 유효내경이 최소 400㎛인데 비하여 이 발명에서의 중공 섬유막은 안장강도 0.3~0.6g/denier, 내압성 4~8기압 투수성은 400~4000×10-3g/㎠·min·atm, 유효 내경 100㎛ 이상으로써 종래의 중공섬유막에 비하여 투구성과 기계적 특성이 우수하다.When comparing the performance of the hollow fiber membrane produced by the present invention with the conventional fiber membrane, the tensile strength of the existing hollow fiber membrane is 0.2 ~ 0.4g / diner, pressure resistance 2 ~ 4 atm, water permeability 100 ~ 400 × 10 in the ultrafiltration region -3 g / ㎠ · min · atm, and the effective internal diameter of the hollow fiber membranes than that inde least 400㎛ in this invention saddle strength 0.3 ~ 0.6g / denier, 4-8 atm pressure resistance permeability 400 ~ 4000 × 10 -3 g / Cm 2 · min · atm, having an effective inner diameter of 100 μm or more, which is superior in the permeability and mechanical properties as compared with the conventional hollow fiber membranes.

또한 상기의 조성의 내부응고제와 연신에 의한 중공사의 제조방법을 사용한 경우 기존의 중공사의 제조방법의 단점인 저속방사의 한계를 벗어나 고속방사에 의한 중공사의 안정적 제조가 가능하여 생산성을 크게 높일 수 있었다.In addition, in the case of using the manufacturing method of the hollow yarn by the internal coagulant and the stretching of the composition, it was possible to stably manufacture the hollow yarn by the high-speed spinning, which was able to escape the limitation of the low-speed spinning, which is a disadvantage of the manufacturing method of the existing hollow yarn, and thus greatly increased the productivity. .

상기의 발명에 의하여 제조된 폴리 설폰 중공 섬유막은 기존의 중공섬유막에 비하여 투수성과 기계적 특성이 우수하여 취급이 용이하고 분리성이 높아 외압 방식의 한외 여과 용도에 적합하여 의료용,정수공업, 식품공업등에 활용의 여지가 클 것으로 기대된다.The polysulfone hollow fiber membrane produced by the above invention has better permeability and mechanical properties than conventional hollow fiber membranes, which is easy to handle and has high separability, and is suitable for external pressure type filtration applications for medical, water purification, and food industries. It is expected to have a great deal of use.

다음에 이 발명의 바람직한 실시예를 기재한다.Next, a preferred embodiment of this invention is described.

그러나, 다음의 실시예는 이 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 이 발명이 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.However, the following examples are provided only to more easily understand the present invention, and the present invention is not limited to these examples.

[실시예 1]Example 1

폴리 설폰 수지 200g을 디메틸포름아마이드 700g, 폴리비닐 피롤리돈 100g을 함께 100℃에서 녹인 후 20℃에서 냉각하여 방사 원액을 제조한다. 상기 방사 원액을 이중관형 노즐에서 압출하는 동시에 내부응고액을 물/에틸렌 글리콜/디메틸포름아마이드가 각각 40:10:50으로 구성된 혼합용액과 함께 방사 높이 40cm, 방사속도 30m/min으로 하여 외부 응고액으로 물을 사용한 외부 욕조로 방사 응고하여 제1도(a) 및 제2도(a)의 구조를 갖는 소망하는 이 발명의 폴리 설폰 중공 섬유막을 제조하였다. 상기 중공막은 제1도의 (a)와 같이 외경 1.3mm, 내경 0.8mm인 중공사로서 외측은 외부 표면이 치밀한 스킨층과 이에 인접한 지상 구조로 이루어져 있고 내측은 내표면이 제2도의 (a)와 같이 폭 0.3㎛, 길이 1㎛ 슬리트 기공의 표면과 인접하여 두께 1㎛의 얇은 다공성 망상구조층으로, 그리고 이에 인접하여 60㎛ 두께의 공동구조가 다공성 망상구조의 중간층과 만나는 형태로 형성되어 있었다. 중공사를 길이 30cm를 절단하고 양쪽을 에폭시 수지로 잡착한 후 투수성과 분획성을 조사한 결과 1kg/㎠의 외압 여과에서 순수 투과량은 700×10×3g/㎠·min·atm이었고 분자량 50000의 덱스트란 (dexfran) 0.5%수용액에서의 덱스트란 제거율은 100%였다.200 g of polysulfone resin was dissolved together with 700 g of dimethylformamide and 100 g of polyvinyl pyrrolidone at 100 ° C., followed by cooling at 20 ° C. to prepare spinning stock solution. While extruding the spinning stock solution from a double-tubular nozzle, the inner coagulating solution was mixed with water, ethylene glycol, and dimethylformamide, respectively, at a spinning height of 40 cm and a spinning speed of 30 m / min. The solid sulfone hollow fiber membrane of the present invention having the structures shown in Figs. 1 (a) and 2 (a) was prepared by spinning and solidifying with an external bath using water. The hollow membrane is a hollow fiber having an outer diameter of 1.3 mm and an inner diameter of 0.8 mm as shown in (a) of FIG. 1, and the outer membrane has a dense skin layer and a ground structure adjacent thereto. Similarly, a thin porous network layer having a thickness of 1 µm and a thickness of 1 µm adjacent to a surface of 0.3 µm in width and 1 µm in length, and a cavity having a thickness of 60 µm adjacent to the intermediate layer of the porous network were formed. . The hollow fiber was cut to 30cm in length, and both sides were fixed with epoxy resin, and then the permeability and fractionality were examined. The net permeation rate was 700 × 10 × 3 g / cm 2 · min · atm in external pressure filtration of 1kg / ㎠, and the dex The dextran removal rate in a 0.5% aqueous solution of dexfran was 100%.

상기 막의 기계적 강도는 인장강도 0.55g/dinier였고 내압성은 4기압(4kg/㎠) 이상이었으며 반복사용하여도 투과성능이 저하되지 않았다.The mechanical strength of the membrane was 0.55 g / dinier in tensile strength and the pressure resistance was 4 atm (4 kg / cm 2) or more, and the permeation performance was not deteriorated even after repeated use.

[실시예 2]Example 2

폴리 설폰 수지 150g, 폴리에틸렌글리콜 350g을 N-메틸-2-피롤리돈 500g과 혼합하여 100℃에서 용해시킨 후 20℃로 냉각하여 방사원액을 제조하였다.150 g of polysulfone resin and 350 g of polyethylene glycol were mixed with 500 g of N-methyl-2-pyrrolidone, dissolved at 100 ° C., and cooled to 20 ° C. to prepare a spinning stock solution.

상기 방사 원액을 이중관형 노즐에서 압축시키는 동시에 내부홀에 내부응고액으로 에틸알콜/N-메틸-2-피롤리돈=80/20의 혼합용매를 가하면서 외부 응고액으로 100℃물을 사용하는 외부 응고욕조를 직접 50m/min의 속도로 방사하였다.While compressing the spinning stock solution in a double-tubular nozzle and adding a mixed solvent of ethyl alcohol / N-methyl-2-pyrrolidone = 80/20 as an internal coagulating solution to the inner hole, 100 ° C. water was used as the external coagulant. The external coagulation bath was directly spun at a speed of 50 m / min.

방사한 후 100℃의 온도에서 12시간 방치한 후 건조하여 이 발명에서 소망하는 폴리 설폰 중공섬유막을 얻었다.After spinning, the mixture was left at a temperature of 100 ° C. for 12 hours and dried to obtain a polysulfone hollow fiber membrane desired in the present invention.

상기의 섬유막은 외경 1.8mm 내지 1.0mm의 중공섬유사로 외표면은 치밀한 스킨층과 지상구조로 되어 있고 내표면은 폭 0.1㎛의 슬릿트형 기공의 표면과 인접하여 두께 2㎛의 다공성 망상 지지층 및 이에 인접하여 지상구조 및 공동구조층이 발달하고 각각 지상구조 및 공동구조층이 만나는 곳에 다공성 망상구조의 중간층이 존재하는 형태로 형성되어 있었다.The fiber membrane is a hollow fiber yarn having an outer diameter of 1.8 mm to 1.0 mm, the outer surface of which is a dense skin layer and a ground structure, and the inner surface thereof is adjacent to the surface of the slit-shaped pores having a width of 0.1 µm and a porous network support layer having a thickness of 2 µm and Adjacent ground and cavity structures developed adjacent to each other, where the intermediate layer of the porous network was present where the ground and cavity structures meet.

이 중공사를 실시예 1의 방법과 같이 투과성, 기계적 특성을 측정한 결과 1kg/㎠의 압력하에서 순수 투과율 1800×10-3g/㎠·min·atm , 분자량 95,000의 폴리 비닐피롤리돈 0.5% 수용액에서 제거율이 90%이상이었으며 내압성 5기압(5kg/㎠)이상이었으며 반복 사용하여도 투수성의 저하가 관찰되지 않았다.As a result of measuring the permeability and mechanical properties of the hollow fiber in the same manner as in Example 1, 0.5% polyvinylpyrrolidone having a pure transmittance of 1800 × 10 −3 g / cm 2 · min · atm and a molecular weight of 95,000 under a pressure of 1 kg / cm 2. In aqueous solution, the removal rate was over 90%, the pressure resistance was 5 atm (5kg / ㎠), and the water permeability was not observed even after repeated use.

[실시예 3]Example 3

폴리 설폰 수지 185g과 황산마그네슘 15g을 디메틸아세트아마이드 800과 혼합하여, 100℃로 가열하여 완전히 용해시킨 후 20℃로 냉각시켜 방사원액을 제조한다.185 g of polysulfone resin and 15 g of magnesium sulfate were mixed with dimethylacetamide 800, heated to 100 ° C, completely dissolved, and cooled to 20 ° C to prepare a spinning stock solution.

이 방사 원액을 이중 관형 노즐에 압출시키면서, 동시에 내부홀에 내부 응고제로서 물/에틸렌글리콜/디메틸아세트아마이드가 각각 25/30/45으로 구성된 혼합용매를 주입하여 방사높이 20cm로 하여 물을 외부응고액으로 하는 수조로 방사하여 24시간 세척한 후 소망하는 제1도 (b) 및 제2도 (b)의 구조를 갖는 폴리설폰 중공 섬유막을 제조하엿다.While extruding this spinning stock solution into a double-tubular nozzle, at the same time, a mixed solvent consisting of 25/30/45 water / ethylene glycol / dimethylacetamide, respectively, was injected into the inner hole as an internal coagulant to obtain a spinning height of 20 cm. After spinning for 24 hours and washing with a water bath, a polysulfone hollow fiber membrane having the desired structures of FIGS. 1 (b) and 2 (b) was prepared.

상기의 폴리 설폰 중공 섬유막은 제1도 (a)와 같은 동일구조로 외경 1.0mm, 내경 0.5mm , 외표면은 치밀한 스킨층과 이에 인접하여 지상구조가 내측으로 발달되었으며, 내표면은 제2도(b)와 같이 폭 0.5㎛ 길이 1㎛의 슬리트사의 기공이 개공률 70%였으며 그에 인접하여 공동구조가 50㎛의 두께로 형성되어 중간층과 연결되어 있는 중공사 구조였다.The polysulfone hollow fiber membrane has the same structure as in Fig. 1 (a), the outer diameter is 1.0mm, the inner diameter is 0.5mm, the outer surface is a dense skin layer and the ground structure is developed in the vicinity thereof, and the inner surface is the second structure. As shown in (b), the pores of the slit yarn having a width of 0.5 μm and a length of 1 μm had a porosity of 70%, and a hollow fiber structure having a thickness of 50 μm adjacent thereto was connected to the intermediate layer.

이 중공사를 실시예 1과 같은 방법으로 평가한 결과 1기압 가압조건에서의 투수율은 1,000×10-3g/㎠·min·atm 이고 분자량 40,000의 폴리비닐피롤리돈 0.2% 수용액의 분리율은 90% 이상이었고 기계적 강도는 인장강도가 0.5g/denier, 내압성 5기압(5kg/㎠)이상이었으며 반복 사용하여도 투수성의 감소가 관찰되지 않았다.As a result of evaluating the hollow fiber in the same manner as in Example 1, the permeability under 1 atm pressure was 1,000 × 10 −3 g / cm 2 min · atm and the separation rate of 0.2% aqueous solution of polyvinylpyrrolidone having a molecular weight of 40,000 was 90 The mechanical strength was more than 0.5g / denier, the pressure resistance was 5 atm (5kg / ㎠), and the water permeability was not decreased even after repeated use.

상기 예에서 알 수 있듯이 이 발명에 의한 중공섬유막은 구조가 외표면에는 미세한 기공에 의한 치밀한 스킨층이 형성되어 있고 내표면측에는 슬리트상의 기공으로 형성된 얇은 다공성 망상구조가 발달되고 이에 연한 공동구조가 외표면측의 지상 구조와 함께 다공성 망상구조의 중간층에 연결됨으로써 기계적 특성과 투수율이 우수하다.As can be seen from the above example, the hollow fiber membrane according to the present invention has a dense skin layer formed by fine pores on the outer surface, and a thin porous network structure formed by slits-like pores on the inner surface side develops a soft cavity structure. It is excellent in mechanical properties and permeability by being connected to the intermediate layer of the porous network with the ground structure on the outer surface side.

Claims (20)

막의 외측은 외표면에 미세한 공경을 갖는 치밀한 스킨층 그리고 내측은 내표면이 스릿트(slit)상의 표면기공을 갖는 다공성 망상구조층을 가지고 있고 각각 이에 인접하여 외측 및 내측에서 공경이 중간층으로 갈수록 연속적으로 커지는 지상구조 및 공동구조가 발달하고 이들이 만나는 곳에 다공성 망상구조의 중간층이 존재하는 스킨층-지상구조층-다공성 망상구조층-공동구조층-다공성 망상구조층의 5층 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 폴리 설폰 중공 섬유막.The outer side of the membrane has a dense skin layer with fine porosity on the outer surface and the porous network layer with the inner surface on the slit surface pores, each of which is continuous adjacent to the middle layer from the outer and inner sides adjacent thereto. It is composed of a five-layer structure of skin layer-ground structure layer-porous network layer-co-structure layer-porous network layer where the ground structure and the cavity structure that grows are developed and where the intermediate layer of the porous network structure exists. Polysulfone hollow fiber membrane. 제1항에 있어서, 스킨층은 0.01㎛ 미만의 미세한 공경의 기공으로 이루어진 것을 특징으로 하는 중공 섬유막.The hollow fiber membrane of claim 1, wherein the skin layer comprises pores having a fine pore diameter of less than 0.01 μm. 제1항에 있어서, 지상구조 및 공동구조는 상기의 외부 스킨층 및 내측 다공성 망상구조층에서 다공성 망상구조의 중간층으로 갈수록 공경이 연속적으로 증가하는 테이퍼(taper)상의 구조를 갖고 중간층인 다공성 망상구조와 연결되는 것을 상의 특징으로 하는 중공 섬유막.The porous network structure according to claim 1, wherein the ground structure and the cavity structure have a tapered structure in which the pore is continuously increased from the outer skin layer and the inner porous network layer to the intermediate layer of the porous network structure. Hollow fiber membrane, characterized in that connected with. 제1항 또는 제3항에 있어서, 지상구조는 내·외표면측에서 0.1㎛ 이하의 공경을 갖고 내부 중간층에서는 1~50㎛의 공경을 갖는 것을 특징으로 하는 중공 섬유막.4. The hollow fiber membrane according to claim 1 or 3, wherein the ground structure has a pore diameter of 0.1 mu m or less at the inner and outer surface side and a pore diameter of 1 to 50 mu m at the inner intermediate layer. 제1항에 있어서, 다공성 망상구조인 중간층은 막 전체 두께의 1/20이상이고, 형태는 0.01~10㎛의 열린가공(open-pore)으로 이루어져 있으며 위치는 내·외부표면에서 중간층까지의 각각의 거리의 비가 1/10~10/1인 것을 특징으로 하는 중공 섬유막.The method of claim 1, wherein the intermediate layer of the porous network structure is more than 1/20 of the total thickness of the membrane, the shape is composed of open-pore of 0.01 ~ 10㎛ and the position is from the inner and outer surface to the intermediate layer, respectively Hollow fiber membrane, characterized in that the ratio of the distance of 1/10 ~ 10/1. 제1항에 있어서, 내표면의 다공성 지지체는 폭 0.01~5㎛, 길이 0.02~10㎛의 슬릿트상 기공이 개공률 40~80%로 존재하는 내표면과 이에 인접하여 0.01~10㎛의 열린 기공(open pore)으로 이루어진 다공성 망상지지층이 두께 1㎛이상 10㎛이하로 된 것을 특징으로 하는 중공 섬유막.The porous support of claim 1, wherein the porous support on the inner surface has an inner surface having slit-like pores having a width of 0.01 to 5 μm and a length of 0.02 to 10 μm having a porosity of 40 to 80%, and open pores of 0.01 to 10 μm adjacent thereto. A hollow fiber membrane, characterized in that the porous network support layer made of (open pore) is not less than 1㎛ 10㎛ thick. 폴리 설폰 수지와 참가제 및 이들의 공통용매로 이루어진 방사원액을 이중관형 노즐에서 압출시키는 동시에 노즐내부의 홀에 해당 폴리 설폰 수지의 양용매와 저점도 저응고가의 비용매 그리고 고점도 고응고가의 비용매가 최소 2성분이상으로 혼합된 내부응고액을 주입시키면서 공기중에 토출시킨 다음 외부응고욕조로 낙하시킬 때 노즐에서 토출되면서 형성되는 중공사의 자연낙하속도보다도 빠른 속도로 연신시키거나 또는 직접 외부 응고욕조에 토출시킬 때는 중공사의 토출속도 보다도 빠른 속도로 연신을 시키면서 방사하여 중공사를 형성하는 일련의 방법을 특징으로 하는 제1항 기재의 구조를 갖는 폴리 설폰 중공 섬유막의 제조방법.The spinning stock solution consisting of polysulfone resin, a participant, and a common solvent thereof is extruded from a double-tubular nozzle, and a good solvent of the polysulfone resin, a low viscosity low coagulation cost nonsolvent, and a high viscosity high coagulation cost are formed in the hole inside the nozzle. When the non-solvent is discharged into the air while injecting the internal coagulating solution mixed with at least two components, it is stretched at a speed faster than the natural dropping speed of the hollow fiber formed by discharge from the nozzle when it is dropped into the external coagulation bath, or directly outside the coagulation bath. A method for producing a polysulfone hollow fiber membrane having a structure as set forth in claim 1, characterized in that a series of methods of forming hollow fibers by spinning while stretching at a speed faster than the discharge speed of hollow yarns. 제7항에 있어서, 폴리 설폰 수지는 방향족 폴리 설폰 중합체, 방향족 폴리 에테설폰계 중합체 또는 이들의 화학적 변성 중합체중에서 선택하여 사용되는 것을 특징으로 하는 방법으로 폴리 설폰 수지는 방사원액 중에서 10~30중량%의 농도인 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 7, wherein the poly sulfone resin is selected from an aromatic poly sulfone polymer, an aromatic polyethesulfone polymer, or a chemically modified polymer thereof, wherein the poly sulfone resin is 10 to 30% by weight in the spinning stock solution. It is characterized in that the concentration of. 제7항에 있어서, 방사 원액의 용매는 비등점 100℃ 이상의 난휘발성 유기 용매로서 폴리 설폰에 대하여 양용매(good solvenot)인 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 7, wherein the solvent of the spinning stock solution is a good volatile solvent for polysulfone as a nonvolatile organic solvent having a boiling point of 100 ° C or higher. 제7항 또는 제10항에 있어서 방사 원액의 용매는 디메틸 아세트아마이드, 디메틸 포름아미드, N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸 설폭사이드, 2-피리딘 중에서 1종이상 선택되어 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.The solvent of the spinning solution is selected from dimethyl acetamide, dimethyl formamide, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethyl sulfoxide, 2-pyridine according to claim 7 or 10, characterized in that is used. How to. 제7항에 있어서, 첨가제는 무기염, 알콜화합물, 수용성 고분자로서 적어도 1종 이상의 방사 원액에 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.8. The method of claim 7, wherein the additive is added to at least one spinning stock solution as an inorganic salt, an alcohol compound, or a water-soluble polymer. 제11항에 있어서, 무기염은 탄산칼슘, 염화아연 등으로 방사원액에 0~7중량% 농도로 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.The method according to claim 11, wherein the inorganic salt is added to the spinning stock solution with calcium carbonate, zinc chloride or the like at a concentration of 0 to 7% by weight. 제11항에 있어서, 알콜 화합물은, 메탄올, 에탄올 등의 1가 알콜 또는 이들의 유도체 중에서 1종 이상 선택하여 방사원액 중에서 0~40중량% 농도를 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.The method according to claim 11, wherein the alcohol compound is selected from one or more of monohydric alcohols such as methanol and ethanol or derivatives thereof, and a concentration of 0 to 40% by weight is added in the spinning solution. 제11항에 있어서, 수용성 고분자는 폴리에틸렌글리콜, 폴리 비닐 알콜, 폴리 비닐 피롤리돈 중에서 선택하여 방사원액 중에서 0~40중량% 농도로 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 11, wherein the water-soluble polymer is selected from polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone and added in a concentration of 0 to 40% by weight in the spinning stock solution. 제7항에 있어서, 방사원액의 점도는 2,000~60,000센터포아스인 것을 특징으로 하는 방법.8. The method of claim 7, wherein the viscosity of the spinning stock solution is 2,000 to 60,000 center pore. 제7항에 있어서, 내부 응고액은 폴리 설폰의 양용매의 저점도, 저응고가의 비용매(poor sowent) 및 고점도, 고응고가의 비용매의 최소 1성분이상이 혼합되어 응고가가 10~20, 점도 5~20cps의 범위에 속하는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 7, wherein the internal coagulating solution is a mixture of at least one component of the low viscosity, low coagulation non-solvent and high viscosity, high coagulation non-solvent of the good solvent of polysulfone, the coagulation cost 10 The method characterized by falling in the range of -20 and a viscosity of 5-20cps. 제7항에 있어서, 외부 응고액은 물, 또는 폴리 설폰에 대하여 양용매와 저점도 및 저 응고가의 비용매의 혼합용매인 것을 특징으로 하는 방법.8. The method according to claim 7, wherein the external coagulating solution is a mixed solvent of a good solvent and a low viscosity and low coagulation nonsolvent with respect to water or polysulfone. 제7항 또는 제17항에서 외부 응고액의 온도는 0℃~100℃인 것을 특징으로 하는 방법.18. The method according to claim 7 or 17, wherein the temperature of the external coagulation liquid is 0 ° C to 100 ° C. 제7항에 있어서, 방사 높이는 0~1m인 것을 특징으로 하는 방법.8. The method of claim 7, wherein the radiation height is 0-1 m. 제7항에 있어서, 연신속도는 토출속도 및 자연낙하 속도의 1~5배인 것을 특징으로 하는 방법.8. The method according to claim 7, wherein the stretching speed is 1 to 5 times the discharge speed and the natural falling speed.
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