KR101158834B1 - 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막 제조장치 및 제조방법 - Google Patents

나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막 제조장치 및 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101158834B1
KR101158834B1 KR1020090014947A KR20090014947A KR101158834B1 KR 101158834 B1 KR101158834 B1 KR 101158834B1 KR 1020090014947 A KR1020090014947 A KR 1020090014947A KR 20090014947 A KR20090014947 A KR 20090014947A KR 101158834 B1 KR101158834 B1 KR 101158834B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
support
hollow fiber
nanofibers
fiber membrane
nanofiber
Prior art date
Application number
KR1020090014947A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20100095903A (ko
Inventor
이영호
허준혁
Original Assignee
허준혁
이영호
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 허준혁, 이영호 filed Critical 허준혁
Priority to KR1020090014947A priority Critical patent/KR101158834B1/ko
Publication of KR20100095903A publication Critical patent/KR20100095903A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101158834B1 publication Critical patent/KR101158834B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/08—Hollow fibre membranes
    • B01D69/087—Details relating to the spinning process
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/02—Hollow fibre modules
    • B01D63/021—Manufacturing thereof
    • B01D63/0231—Manufacturing thereof using supporting structures, e.g. filaments for weaving mats
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0002—Organic membrane manufacture
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0081—After-treatment of organic or inorganic membranes
    • B01D67/0083—Thermal after-treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/10—Supported membranes; Membrane supports
    • B01D69/107—Organic support material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/12—Composite membranes; Ultra-thin membranes
    • B01D69/1213—Laminated layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2323/00—Details relating to membrane preparation
    • B01D2323/08—Specific temperatures applied
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2323/00—Details relating to membrane preparation
    • B01D2323/39—Electrospinning
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
    • B01D2325/02—Details relating to pores or porosity of the membranes
    • B01D2325/0283—Pore size
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
    • B01D2325/04—Characteristic thickness
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
    • B01D2325/40—Fibre reinforced membranes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

본 발명은 전기방사를 제조되는 나노섬유를 이용한 중공사막의 제조방법에 있어서, 다수의 노즐이 원형으로 배열되도록 형성되고 방사방향이 원의 중심부를 향하도록 나노섬유를 방사됨과 동시에 지지체를 상기 원형으로 배열된 노즐의 중앙으로 통과시켜 지지체 표면에 나노섬유막을 형성시키는 것을 특징으로 하는 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막의 제조방법과 그의 제조장치에 관한 것이다.
전기방사, 나노섬유, 중공사막, 노즐, 지지체

Description

나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막 제조장치 및 제조방법{Making Apparatus and method of the tabular braid-reinforced hollow fiber membrane with nanofiber}
본 발명은 전기방사(elelctrospinning)로 제조되는 나노섬유를 이용하여 지지체 보강 중공사막을 제조하는 것으로 지지체에 균일한 나노섬유막을 갖는 중공사막 제조방법 및 제조장치에 관한 것이다.
일반적으로 합성섬유의 제조는 용융(melt) 및 용액방사(solution spinning)하거나 용융분사방사(melt-blown spinning), 복합방사하거나 기존의 방사방법을 조합(hybrid)하여 이루어진다. 극세사의 제조방법으로는 고분자 블렌드 방사, 용융분사 방사, 플레쉬 방사(flash spinning), 전기방사 등 여러 가지 방사방법이 있으나 이 중에서 전기방사방법이 가장 유효한 수단으로 알려져 있다.
또한, 코팅 용액을 이용한 코팅처리는 침지(dip) 코팅, 그라비어(gravure) 코팅, 롤(roll) 코팅, 나이프 슬롯다이(knife slot die) 코팅, 에어나이프(air knife) 코팅, 봉(rod) 코팅, 블레이드(blade) 코팅 등의 공법을 통해 수행된다. 그러나 이러한 코팅공법들은 코팅의 박막화가 용이하지 않은 관계로 기재의 고유촉감 이 상실될 뿐만 아니라, 코팅공정시 가해지는 기계적, 화학적 스트레스로 인해 기재의 강도가 저하될 수 있고, 기재의 특정영역에 대한 선택적 코팅작업이 쉽지 않은 한계가 있다. 특히, 침지코팅법의 경우에는 단면코팅이 곤란한 문제가 있으며, 공압분사 코팅법의 경우에는 강한 공기압력으로 액적이 분할되므로 분사중 다시 튀는 현상이 심하게 발생하고, 직경이 큰 분사노즐을 사용해야 하는 관계로 용액을 미량제어하기가 어려운 문제가 있다.
통상적인 중공사막은 동일한 부피의 다른 막에 비해 막 표면적이 크고 모듈화가 쉽다는 장점 때문에 최근 한외여과막을 중심으로 그 응용이 활발히 진행되고 있다. 중공사막은 하수 종말처리, 정화조에서 고액분리, 산업폐수에서 부유물질 제거, 공업용수의 여과 등에 주로 이용되고 있다. 상기 중공사막을 구성하는 재질로는 셀룰로오스계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리비닐계 수지, 폴리아크릴계 수지 등이 사용된다. 하지만 상기 재질로 제조되는 중공사막은 강도가 약하다는 단점이 있다. 이에 분리막의 지지체로 기계적 강도가 우수한 직물이나 관형 편물로 보강한 복합막을 제조하여 강도를 보완하고자 하는 시도들이 이루어지고 있다.
미국 특허발명 5,472,607호에서는 중공사막에 선택적 투과막을 얇게 코팅하여 중공사막의 강도를 강화하도록 하는 방법이 제안되었다. 그러나 상기 방법은 선택적 투과막이 너무 얇게 코팅되어 외부의 충격에 의해 코팅부분이 쉽게 박리되고 훼손되는 단점이 발생한다.
이에 최근에는 중공사막의 강도를 강화시키기 위해 지지체의 직조형태를 변화시키는 방법이 제안되고 있다. 예컨대, 대한민국 출원특허 제2002-0042674호에는 지지체를 모노-필라멘트 단독 또는 멀티-필라멘트와 일정 비율로 혼방하여 직조하도록 된 구성이 기재되어 있지만 지지체를 이용하여 중공사막의 강도를 향상시키는 장점은 있으나 제조공정이 복잡할 뿐만 아니라 제조시간이 길어 결과적으로 생산성 저하를 일으키는 문제점을 가지고 있다.
또한, 대한민국 출원특허 제2003-0012839호에는 방사되고 있는 지지체의 외부 표면쪽으로 저비점 용매를 냉각 챔버를 통하여 분사하고 지지체의 내부표면에는 뜨거운 질소가스를 연속적으로 공급하여 지지체의 내외부 표면의 온도차를 극대화하여 결정화 속도를 조절함으로써 중공사막의 내외부 표면의 기공 크기가 서로 다른 비대칭 구조를 형성하도록 기술되어 있으나 상기 방법역시 공정이 복잡하고 제조시간이 길어 생산성 저하를 일으킨다.
또한, 대한민국 출원특허 제2004-0074462호에서는 지지체에 플라즈마 처리를 한 후, 폴리머를 도포하는 방법 코팅시 접착력을 증대시켰으나, 전극과 코팅되는 기저 매트릭스 사이의 거리가 중요한 변수로 존재하는 플라즈마 처리의 특징 때문에 지지체 표면의 요철로 인한 전극과의 거리 차이가 분리막 코팅을 불균일하게 만들 가능성이 있고 플라즈마 처리속도 이상으로 제막속도를 증가시킬 수 없어 상기 방법 또한 생산성 저하를 일으키는 단점을 가지고 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 전사방사장치에 의해 방사되는 나노섬유를 지지체의 표면에 막으로 형성하여 지지체 표면에 비대칭 구조를 가지는 균일한 나노섬유막을 지지체에 형성하여 압력에 대한 내구성, 여과 신뢰도 및 수투과 성능이 우수할 뿐만 아니라 중공의 지지체의 원형 복원력 및 나노섬유막과의 접착력이 향상된 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막 제조방법 및 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 전기방사를 제조되는 나노섬유를 이용한 중공사막의 제조방법에 있어서, 다수의 노즐이 원형으로 배열되도록 형성되고 방사방향이 원의 중심부를 향하도록 나노섬유를 방사됨과 동시에 지지체를 상기 원형으로 배열된 노즐의 중앙으로 통과시켜 지지체 표면에 나노섬유막을 형성시키는 것을 특징으로 하는 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 노즐의 방사방향은 수평방향을 기준으로 하향 45°에서 상향 45°의 각도 사이에서 원의 중심부를 향하도록 방사되는 것을 특징으로 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 지지체는 관형 브레이드인 것을 특징으로 하는 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 관형 브레이드는 폴리에틸렌테레프탈레이트계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리에틸렌계 수지, 폴리프로필렌계 수지 중에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 지지체는 관형 편물 것을 특징으로 하는 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 방사된 나노섬유가 상기 지지체의 표면에 부착되도록 기류를 형성하는 것을 특징으로 하는 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 기류는 온도 30~100℃인 것을 특징으로 하는 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 나노섬유막은 두께가 0.1㎜이하인 것을 특징으로 하는 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막의 제조방법을 제공한다.
또한, 전기방사를 제조되는 나노섬유를 이용한 중공사막의 제조장치에 있어서, 다수의 노즐이 일정간격으로 이격되어 원형으로 배열되고 노즐의 방사방향이 원의 중심부를 향하도록 구성되는 노즐부와 상기 원형의 노즐부의 중앙으로 지지체를 상기 원형으로 배열된 노즐의 중앙으로 통과시키 지지체공급부와 상기 노즐부에서 방사되는 나노섬유를 지지체에 부착시키는 기류를 형성하는 기류형성부와 상기 기류형성부에서 발생되는 기류를 유도하는 기류유도관으로 구성되는 것을 특징으로 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막의 제조장치를 제공한다.
또한, 상기 노즐부의 방사방향은 수평방향을 기준으로 하향 45°에서 상향 45°의 각도 사이에서 원의 중심부를 향하도록 방사되는 것을 특징으로 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막의 제조장치를 제공한다.
또한, 상기 노즐부는 복수개로 형성되는 것을 특징으로 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막의 제조장치를 제공한다.
또한, 상기 기류형성부는 노즐부 상단 또는 기류유도관 측면 또는 노즐부상단과 기류유도관 측면에 형성되는 것을 특징으로 하는 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막의 제조장치를 제공한다.
또한, 상기 기류형성부에서 발생되는 기류를 배출하는 배출관이 형성되는 것을 특징으로 하는 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막의 제조장치를 제공한다.
또한, 상기 기류는 온도 30~100℃인 것을 특징으로 하는 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막의 제조장치를 제공한다.
또한, 관형 브레이드(braid)의 지지체 표면에 나노섬유가 적층되어 나노섬유막이 형성되는 것을 특징으로 하는 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막을 제공한다.
또한, 상기 중공사막은 표면에 공경 5㎛이하의 미세 기공들이 형성되는 것을 특징으로 하는 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막을 제공한다.
또한, 상기 중공사막의 단면두께는 최대두께 대비 최소두께의 비율이 90%이상인 것을 특징으로 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막을 제공한다.
또한, 상기 나노섬유막의 두께는 0.05~0.15㎜인 것을 특징으로 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막을 제공한다.
이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 약, 실질적으로 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 불법적으로 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본 발명은 지지체 표면에 나노섬유가 겹겹이 적층되어 나노섬유막이 형성되는 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막에 관한 것으로 전기방사를 제조되는 나노섬유를 지지체의 표면에 나노섬유막을 형성하기 위해 다수의 노즐이 원형으로 배열되도록 형성되고 방사방향이 원의 중심부를 향하도록 나노섬유를 방사됨과 동시에 지지체를 상기 원형으로 배열된 노즐의 중앙으로 통과시켜 지지체 표면에 나노섬유를 부착시켜 나노섬유막을 형성하여 중공사막을 제조한다.
상기 노즐에서 원의 중심으로 방사되는 나노섬유는 반용융상태에서 원형으로 배열된 노즐의 중앙의 지지체로 부착되어 나노섬유막을 형성하게 된다.
상기 노즐의 방사방향은 하향 45°에서 상향 45°의 각도 사이에서 원의 중심부를 향하도록 방사되어야 하며 방사각이 너무 높거나 낮으면 방사점과 지지체의 거리가 멀어져 방사되는 나노섬유가 방향성을 상실하여 지지체에 부착되지 않을 수 있고 방사장치의 길이가 너무 길어질 수 있다.
상기 노즐에서 방사되는 나노섬유가 지지체에 부착되어 막을 쉽게 형성되도록 나노섬유를 지지체로 이동하도록 하는 기류를 형성할 수 있다.
상기 기류는 노즐의 상측이나 측면에서 발생하여 노즐에서 방사되는 나노섬유를 지지체에 부착되도록 안전하게 운반하는 역할을 하는 것으로 나노섬유가 기류에 의해 완전히 고화되어 접착력을 상실하는 것을 방지하게 위해 기류는 30~100℃의 열풍을 사용하는 것이 바람직할 것이다.
상기 나노섬유는 폴리에틸렌테레프탈레이트계, 폴리설폰계 수지, 설폰화 폴리설폰계 수지, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)계, 폴리아크릴로니트릴계 수지, 폴리아미드 수지 등을 사용할 수 있으면 유기용매, 친수성을 향상시키기 위한 각종 첨가제 등이 첨가될 수 있을 것이다.
상기 지지체는 관형 브레이드(braid))를 사용할 수 있으며, 상기 관형 브레이드는 폴리에틸렌테레프탈레이트계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리에틸렌계 수지, 폴리프로필렌계 수지 등으로 제조될 수 있다.
또한, 상기 지지체는 나노섬유의 부착력을 향상시키기 위해 표면에 굴곡이 많은 관형 편물을 사용할 수도 있다.
상기 지지체는 보빈(bobbin), 치즈(cheese)등에 감겨있으면서 방사가 시작됨과 동시에 노즐들의 중앙으로 이동하면서 표면에 나노섬유막을 형성되고 권취롤러 등에 의해 권취된다. 권취되기 전에 건조공정이나 사용목적에 따라 특성에 맞는 후처리 공정을 실시할 수 있다.
또한, 열풍의 기류는 보빈, 치즈에 감겨져 있던 눌려있던 지지체를 원형으로 복원시켜 나노섬유막이 형성되는 것을 돕고, 나노섬유막의 균일한 두께를 형성하게 하는 효과가 있다.
상기 지지체의 표면에 형성되는 나노섬유막은 그 두께가 0.1㎜이하로 형성하여야 한다. 나노섬유막이 0.1㎜이상인 경우에는 나노섬유막의 탈착이 쉽게 일어날 수 있다.
상기의 나노섬유를 이용한 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막의 제조방법에 따른 제조장치는 도 1 내지 도 4에 도시된 것과 같다.
도1 은 본 발명에 따른 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막의 제조장치를 나타낸 개략도이고, 도 2는 본 발명의 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막의 제조장치 중 노즐부를 나타낸 사시도이며, 도 3은 본 발명의 노즐부에 배열되는 노즐의 방사방향을 나타낸 측면도이고, 도 4는 본 발명의 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막의 제조장치를 나타낸 사시도이다.
상기의 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막의 제조장치는 노즐부 110, 지지체공급부 200, 기류형성부 120, 기류유도관 130으로 구성된다.
상기 노즐부 110는 도 1에 도시된 바와 같이 방사액을 정량하여 공급하는 계량펌프 10, 노즐에 고전압을 전달하는 고전압장치 20와 연결되어 나노섬유를 방사하는 것으로 노즐부 110의 다수의 노즐 112은 도 2에 도시된 바와 같이 일정간격으로 이격되어 원형으로 배열되고 노즐이 방사방향은 원의 중심부를 향하도록 구성된다.
또한, 도 3에 도시된 것과 같이 상기 노즐의 방사방향은 수평방향을 기준으로 하향 45°에서 상향 45°의 각도 사이에서 원의 중심부를 향하도록 방사방향을 조절할 수 있다.
상기 노즐 112은 다수의 노즐을 연결하는 노즐연결프레임 104에 연결되어 원형으로 배열되고 각각의 노즐의 방사방향은 원의 중심부를 향하도록 구성된다.
상기 노즐연결프레임 104은 반발하는 전하들을 최소화하기 위해 전기가 통하지 않는 부도체 재질로 형성되어야 한다.
또한, 각각의 노즐 사이의 간격도 전하들의 반발을 줄이기 위해 1~5㎝의 이격거리를 두고 배열되어야한다. 바람직하게는 1~3㎝의 이격거리를 두는 것이다.
다수의 노즐 112이 원형으로 배열되는 노즐부는 제조하여는 나노섬유 중공사막에 따라 원형의 노즐부의 배열되는 노즐의 수와 원의 직경이 조정되어야할 것이다.
상기 노즐부 110는 도 1에 도시된 바와 같이 지지체의 나노섬유막의 균일성 및 막의 두께를 조절하기 위해 복수개로 구성될 수 있다.
상기 지지체공급부 200는 지지체를 방사장치내의 원형의 노즐부 110의 중앙 으로 이동시켜 지지체에 나노섬유막을 형성하게 하는 지지체를 공급하는 것으로 지지체는 보빈(bobbin), 치즈(cheese)등에 감겨있는 것을 롤러 등의 통하여 노즐부 110로 공급되고 나노섬유막이 형성된 후 권취된다.
상기 지지체공급부 200에 의한 지지체 공급은 방사속도, 방사량 등에 따라 조절될 수 있으나 5~15m/min의 속도로 공급되는 것이 바람직할 것이다.
상기 기류형성부 120는 나노섬유가 지지체에 부착되도록 하는 것으로 도 4에 도시된 것과 같이 노즐부의 상단 또는 기류유도관 측면에 형성될 수 있으며, 바람직하게는 노즐부상단과 기류유도관 측면에 모두 형성되는 것이다.
또한, 상기 기류는 온도 30~100℃의 열풍인 것이 바람직하며, 노즐에서 방사되는 방사량 및 방사되는 고분자 용액에 따라 기류의 속도와 기류의 온도가 조절되어야 한다.
상기 기류유도관 130은 상기 기류형성부 120에서 발생된 기류가 다른 방향으로 퍼지지 않도록 일정한 방향으로 유도하여 나노섬유가 지지체에 부착될 수 있도록 기류를 유도한다.
상기 기류유도관 130은 노즐부 110, 기류형성부 120와 연결되어 기류를 유도하는 것으로 기류가 노즐부의 중앙에 위치하는 지지체로 유도될 수 있도록 나팔관 모양 등 다양한 형상으로 형성될 수 있을 것이다.
상기 기류형성부 120에서 발생되는 기류의 양이 많아지면 기류의 유도가 힘들어지고 나노섬유가 부유하는 형상으로 나노섬유막이 불균일하게 형성될 수 있으므로 기류의 양을 조절하여 기류의 흐름을 일정한 방향으로 유도할 수 있도록 상기 기류유도관 130에 기류배출관 140이 형성될 수 있을 것이다.
상기 기류의 발생량과 배출량을 조절하여 노즐부에서 방사되는 나노섬유의 물성과 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한 기류의 온도 조절을 통하여 용매의 휘발정도를 조절함으로써 나노섬유 표면에 기공구조를 형성시킬 수 있을 뿐만 아니라 내부의 본딩 구조를 증가시켜 결과적으로 고효율의 나노섬유막을 제조하고 기계적 강도 또한 증가시킬 수 있다.
상기의 중공사막의 제조장치에서 나노섬유막이 형성된 지지체는 이송롤러 등으로 통하여 권치된다. 상기 권치되기 전에 잔존하는 잔류용매 등의 제거를 위해 건조공정을 실시할 수 있다.
상기의 본 발명에 따른 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막의 제조장치로 제조되는 중공사막은 나노섬유가 겹겹이 층을 이루면서 비대칭구조의 기공구조를 가지는 나노섬유막을 형성하여 역세나 공기를 이용한 파울링의 제거효과가 우수한 지지체 보강 중공사막을 제조할 수 있다.
또한, 상기의 중공사막 제조장치로 제조되는 중공사막은 표면에 공경 5㎛이하의 미세 기공들이 형성되며 중공사막의 단면두께는 최대두께 대비 최소두께의 비율이 90%이상으로 매우 균일한 나노섬유막을 형성할 수 있어 여러 산업분야에서 사용될 수 있는 중공사막을 제조할 수 있다.
본 발명은 지지체에 전기방사로 제조되는 나노섬유를 부착하여 지지체 표면에 비대칭구조의 수많은 미세 기공들이 형성되는 나노섬유막이 형성된 지지체 보강 중공사막으로 상기의 비대칭구조의 수많은 미세 기공들로 표면적이 넓어져서 여과효율을 극대화시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 중공사막은 지지체를 사용함으로써 우수한 내압력과 높은 인장력을 가지고 있으므로 다양한 산업분야에서 사용될 수 있을 것이다.
이하 실시예를 통하여 본 발명에 대해서 구체적으로 살펴본다.
실시예 1
PES(Solvay사의 Radel H-3000) 수지를 Hexafluropropanol(HFP) 용매에 8중량% 농도로 용해하여 고분자 방사용액을 제조하였다. 상기 고분자 방사용액을 도 1과 같이 용액저장탱크에 보관하면서 계량펌프를 통하여 일정한 양의 방사 용액을 노즐부로 이동시키고 15kV의 전압을 고전압장치를 이용하여 인가하였다. 노즐부의 크기는 기류를 유도하는 기류유도관과 같은 직경으로 하였으며 도 3과 같이 노즐 각을 하향 20°로 조정하여 노즐 팁 끝에 걸리는 고분자 수지의 토출량을 일정하게 하였다.
도 1과 보빈 등에서 공급된 지지체는 전기방사의 노즐부가 설치되어 있는 기류유도관으로 10m/min으로 공급되게 된다. 이때 발생하는 기류의 온도는 50℃이며 압축공기 압력은 10kgf/cm2이다. 제조된 중공사막의 물성을 평가한 결과는 표 1와 같다.
실시예 2
기류의 온도와 압축공기의 압력을 각각 80℃, 15kgf/cm2로 변경한 후 실시예 1과 동일한 조건으로 전기방사를 이용하여 중공의 지지체로 보강된 중공사막을 제조하였다. 제조된 중공사막의 물성을 평가한 결과는 표 1와 같다.
비교예
열풍을 동반한 기류를 발생시키지 않고 도 1의 전기방사 시스템을 통해 실시예 1과 동일한 조건으로 전기방사 시스템을 이용하여 중공의 지지체로 보강된 중공사막을 제조하였다. 제조된 중공사막의 물성을 평가한 결과는 표 1와 같다.
상기 실시예 1, 2와 비교예에 의해 제조된 중공사막의 나노섬유막과 지지체의 접착력을 측정하기 위해, 폭기조 내부에 고정하고 초순수에 평균입경 1mm의 입상활성탄 6000PPM을 분산시킨 수용액을 채우고 평균 폭기량 50Nℓ/min의 조건에 48시간 테스트후 나노섬유막의 탈착을 관찰하였다.
상기 실험의 관찰결과 열풍기류를 사용한 실시예 1과 실시예 2의 경우 나노섬유막의 이탈이 없었으나 열풍기류를 사용하지 않은 비교예에서는 여러군데에서 나노섬유막의 이탈이 발생하였다.
이는 지지체와 나노섬유의 접착력을 향상 시킬 수 있는 별도의 공정 없이 지지체로 보강된 중공사막을 제조한 비교예의 경우 폭기공정의 공기방울과 입상활성탄에 의해 나노섬유막 표면이 손상되고 지지체와 박리되는 현상을 보이는 반면 본 발명을 통해서 제조된 중공의 지지체의 표면에 코팅된 나노섬유 나노섬유막은 박리되는 현상을 보이지 않았다.
상기 실시예 1,2와 비교예에 의해 제조된 중공사막의 물성을 평가한 결과는 표 2와 같다.
구분 실시예 1 실시예 2 비교예
나노섬유막의 두께(㎜) 0.09 0.07 0.14
중공사막의 최소/최대
단면두께비(%)		 94 93 70
압력에 대한 내구성 3기압 3기압 2.5기압
상기의 표 1에서 확인할 수 있듯이 열풍 기류 생략하고 전기방사를 이용하여 고분자 수지를 나노섬유 형태로 중공의 지지체에 코팅시켜 중공사막을 제조한 비교예의 경우 나노섬유막의 전체 두께는 두꺼운 반면 최대 코팅 두께 대비 최소 코팅 두께 비율고 압력에 대한 내구성이 떨어지는 현상을 나타내었다.
도1 은 본 발명에 따른 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막의 제조장치를 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명의 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막의 제조장치 중 노즐부를 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명의 노즐부에 배열되는 노즐의 방사방향을 나타낸 측면도.
도 4는 본 발명의 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막의 제조장치를 나타낸 사시도.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
100: 중공사막의 제조장치 110: 노즐부
112: 노즐 114: 노즐연결프레임
120: 기류형성부 130: 기류유도관
140: 배기장치 200: 지지체 공급부

Claims (18)

  1. 전기방사를 제조되는 나노섬유를 이용한 중공사막의 제조방법에 있어서,
    다수의 노즐이 원형으로 배열되도록 형성되고 방사방향이 원의 중심부를 향하도록 나노섬유를 방사됨과 동시에 지지체를 상기 원형으로 배열된 노즐의 중앙으로 통과시켜 지지체 표면에 나노섬유막을 형성시키는 것을 특징으로 하는 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 노즐의 방사방향은 수평방향을 기준으로 하향 45°에서 상향 45°의 각도 사이에서 방사되는 것을 특징으로 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 지지체는 관형 브레이드(braid)인 것을 특징으로 하는 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 관형 브레이드는 폴리에틸렌테레프탈레이트계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리에틸렌계 수지, 폴리프로필렌계 수지 중에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 지지체는 관형 편물 것을 특징으로 하는 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 방사된 나노섬유가 상기 지지체의 표면에 부착되도록 기류를 형성하는 것을 특징으로 하는 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기류는 온도 30~100℃인 것을 특징으로 하는 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 나노섬유막의 두께는 0.1㎜이하인 것을 특징으로 하는 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막의 제조방법.
  9. 전기방사를 제조되는 나노섬유를 이용한 중공사막의 제조장치에 있어서,
    다수의 노즐이 일정간격으로 이격되어 원형으로 배열되고 노즐의 방사방향이 원의 중심부를 향하도록 구성되는 노즐부와;
    상기 원형의 노즐부의 중앙으로 지지체를 상기 원형으로 배열된 노즐의 중앙으로 통과시키 지지체공급부와;
    상기 노즐부에서 방사되는 나노섬유를 지지체에 부착시키는 기류를 형성하는 기류형성부와;
    상기 기류형성부에서 발생되는 기류를 유도하는 기류유도관으로 구성되는 것을 특징으로 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막의 제조장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 노즐부의 방사방향은 수평방향을 기준으로 하향 45°에서 상향 45°의 각도 사이에서 방사되는 것을 특징으로 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막의 제조장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 노즐부는 복수개로 형성되는 것을 특징으로 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막의 제조장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 기류형성부는 노즐부 상단 또는 기류유도관 측면 또는 노즐부상단과 기류유도관 측면에 형성되는 것을 특징으로 하는 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중 공사막의 제조장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 기류형성부에서 발생되는 기류를 배출하는 배출관이 형성되는 것을 특징으로 하는 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막의 제조장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 기류는 온도 30~100℃인 것을 특징으로 하는 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막의 제조장치.
  15. 나노섬유의 제조를 위한 다수의 노즐이 원형으로 배열되도록 형성되고, 나노섬유의 제조를 위한 전기방사 방향이 원의 중심부를 향하도록 나노섬유를 방사함과 동시에 지지체를 상기 원형으로 배열된 노즐의 중앙으로 통과시켜 상기 지지체 표면에 나노섬유막을 형성시키되, 상기 지지체가 관형 브레이드(braid) 또는 관형 편물인 것을 특징으로 하는 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 중공사막은 표면에 공경 5㎛이하의 미세 기공들이 형성되는 것을 특징으로 하는 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 중공사막의 단면두께는 최대두께 대비 최소두께의 비율이 90%이상인 것을 특징으로 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 나노섬유막의 두께는 0.1㎜이하인 것을 특징으로 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막.
KR1020090014947A 2009-02-23 2009-02-23 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막 제조장치 및 제조방법 KR101158834B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090014947A KR101158834B1 (ko) 2009-02-23 2009-02-23 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막 제조장치 및 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090014947A KR101158834B1 (ko) 2009-02-23 2009-02-23 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막 제조장치 및 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100095903A KR20100095903A (ko) 2010-09-01
KR101158834B1 true KR101158834B1 (ko) 2012-06-27

Family

ID=43003723

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090014947A KR101158834B1 (ko) 2009-02-23 2009-02-23 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막 제조장치 및 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101158834B1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103334163B (zh) * 2013-06-18 2015-11-25 清华大学 电纺喷头单元，电纺液成丝装置及静电纺丝机
KR20160002359A (ko) * 2014-06-30 2016-01-07 코오롱인더스트리 주식회사 복합 중공사막 및 그 제조방법
KR102243072B1 (ko) * 2019-12-24 2021-04-20 전북대학교산학협력단 원통형 전기방사장치
CN111659259A (zh) * 2020-07-02 2020-09-15 安徽星奇达膜科技有限公司 一种加固无纺布管及其在管式膜中的应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060025697A (ko) * 2004-09-17 2006-03-22 주식회사 코오롱 지지체로 보강된 복합 중공사막의 제조방법
KR100714219B1 (ko) * 2006-05-22 2007-05-02 이봉대 나노소재를 이용한 복합섬유필터 및 그 제조장치 및 방법
KR20080048791A (ko) * 2006-11-29 2008-06-03 윤호성 중공사막 제조방법
KR20080078935A (ko) * 2007-02-26 2008-08-29 주식회사 코오롱 편물로 보강된 중공사막 및 그의 제조방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060025697A (ko) * 2004-09-17 2006-03-22 주식회사 코오롱 지지체로 보강된 복합 중공사막의 제조방법
KR100714219B1 (ko) * 2006-05-22 2007-05-02 이봉대 나노소재를 이용한 복합섬유필터 및 그 제조장치 및 방법
KR20080048791A (ko) * 2006-11-29 2008-06-03 윤호성 중공사막 제조방법
KR20080078935A (ko) * 2007-02-26 2008-08-29 주식회사 코오롱 편물로 보강된 중공사막 및 그의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20100095903A (ko) 2010-09-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101340121B1 (ko) 복합 다공질막의 제조 방법
KR102064358B1 (ko) 필터여재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 필터유닛
EP1960091A1 (en) A braid-reinforced composite hollow fiber membrane
US20160136586A1 (en) Membrane and method of manufacturing the same
US11511233B2 (en) Separation membrane element and operation method therefor
KR101158834B1 (ko) 나노섬유를 이용한 지지체 보강 중공사막 제조장치 및 제조방법
KR20040008935A (ko) 모노-필라멘트를 포함하는 보강용 지지체를 가지는기체분리 및 수처리용 외압식 중공사막, 그 제조방법 및제조장치
WO2007064124A1 (en) A braid-reinforced composite hollow fiber membrane
EP1658889A1 (en) Longitudinal reinforced self-supporting capillary membranes and method for manufacturing thereof
CN108883374B (zh) 用于制作多层隔膜的方法、喷丝头和***
US20170348644A1 (en) Method for producing hollow fiber membrane and hollow fiber membrane-spinning nozzle
KR102063675B1 (ko) 필터여재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 필터유닛
JP5737318B2 (ja) 繊維強化多孔質中空糸膜の製造方法
KR20130053930A (ko) 고강도 및 고투과성 다중층 중공사막 및 이의 제조방법
KR100844043B1 (ko) 중공사막 제조방법
JP3199601U (ja) 外圧式中空糸膜の構造
JP6888940B2 (ja) 繊維強化ポリフッ化ビニリデン多孔質中空糸膜の製造方法
JP5790180B2 (ja) 多孔質中空糸膜の製造方法
KR20080078935A (ko) 편물로 보강된 중공사막 및 그의 제조방법
KR101763991B1 (ko) 강도 및 수투과도가 향상된 중공사막 방사용 조성물 및 이를 이용한 중공사막의 제조방법
KR100888701B1 (ko) 관형 편물 원형도 향상기, 이를 활용한 관형 편물 보강 중공사막 제조 장치 및 이에 의해 제조된 수처리용의 관형 편물 보강 중공사막
JP2018075523A (ja) 繊維強化ポリフッ化ビニリデン多孔質中空糸膜の製造方法
JP2013248589A (ja) 繊維強化多孔質中空糸膜の製造方法
KR20110079254A (ko) 전기방사용 노즐블럭 및 이를 구비하는 전기방사장치
WO2014175280A1 (ja) 繊維強化多孔質中空糸膜

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150617

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160615

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170605

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee