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KR20160080533A - 다기능성 다공성 분리막, 이의 제조방법 및 ro 전처리 필터 - Google Patents

다기능성 다공성 분리막, 이의 제조방법 및 ro 전처리 필터 Download PDF

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KR20160080533A
KR20160080533A KR1020140192490A KR20140192490A KR20160080533A KR 20160080533 A KR20160080533 A KR 20160080533A KR 1020140192490 A KR1020140192490 A KR 1020140192490A KR 20140192490 A KR20140192490 A KR 20140192490A KR 20160080533 A KR20160080533 A KR 20160080533A
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KR
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nonwoven fabric
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positive charge
epoxy resin
calendering
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KR1020140192490A
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임수정
최원경
김대훈
이세민
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도레이케미칼 주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 다기능성 다공성 분리막 및 이의 제조방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 기존의 양전하 필터로 사용해오던 발암 유해성이 있는 유리섬유를 사용하지 않으면서도, 유기 오염물질 등의 이물질 제거 성능 및 바이러스도 제거 성능이 우수하고, 바이오 파울링이 억제되어 사용주기가 길뿐만 아니라, 수투과량이 우수한 다기능성 다공성 분리막 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

다기능성 다공성 분리막, 이의 제조방법 및 RO 전처리 필터{Porous membrane having Multi-function, Manufacturing method thereof and Reverse osmosis pretreatment filter}
본 발명은 다기능성 다공성 분리막에 관한 것으로써, 수중 미생물 및 유기물의 제거 성능 및 바이러스도 제거 성능이 우수한 다기능성 다공성 분리막, 이의 제조방법 및 이를 이용한 RO 전처리 필터에 관한 것이다.
일반적으로 물 속에는 천연유기물질(Natural Organic Matter; NOM)을 비롯한 수많은 이온성 물질, 화학물질이 존재하며 상수처리 과정에서 제거되지 않고 새로운 오염물질을 발생시키는 원인물질로 작용한다. 또한, 최근에는 염소소독으로 제거되지 않은 병원성 미생물에 대한 존재 여부가 논란이 되고 있다. 바이러스(Virus), 크립토스포리디움(Crytosphoridium), 자이알디아(Giardia) 등으로 분류되는 병원성 미생물은 인체 및 동물의 분변을 통해 환경 중으로 배출되어 하수뿐만 아니라 지표수와 지하수에도 존재한다. 바이러스는 0.02-0.09㎛, 박테리아는 길이 0.4~14㎛, 폭 0.2~1.2㎛의 크기를 갖으며 크립토스포리디움, 자이알디아 등 원생동물은 바이러스나 박테리아에 비해서는 비교적 큰 편이다. 바이러스의 경우 크기가 매우 작기 때문에 일반 여과에 의해서는 거의 처리되지 않으며 내성이 강한 낭종(Cyst)을 형성하여 물에서 수개월 이상 안정적으로 살아있다. 현재 물 속의 미량오염물질을 제거하기 위하여 상수처리과정에서 고도응집처리 또는 활성탄 흡착, 막여과가 제시되고 있는데 최근 막을 사용한 정수처리 공정에 대한 국가단위의 대규모 연구가 진행 중이다.
특히, 막 여과에 대해서는 최근에 많은 연구가 이루어져 고도정수처리 과정에서 실용화가 타진되고 있는데 아직까지도 경제적인 비용과 기술적인 문제로 인해 폭넓게 이용되지는 못하고 있다. 역삼투막(RO), 나노여과막(NF), 한외여과막(UF), 정밀여과막(MF)으로 분류되는 막을 비롯한 기존 필터들은 기공(pore)의 사이즈를 이용하여 물리적인 기작에 의거하여 물 중 오염물질을 제거하는 시스템이다.
분리막의 오염물질제거에 대한 주된 메커니즘은 체분리(Sieve) 효과, 즉 입자크기에 의한 제거가 적용되어 물속에 부유하고 있는 박테리아, 바이러스, 유기 오염물 등을 제거하여 주는 것이다. 상기 입자크기에 의한 제거 외에도 분리막 표면 전하에 따른 정전기적 흡착에 의해서도 수중의 미생물, 유기 오염물 등을 걸러주며, 이 방법은 적은 운전압력 대비 높은 투수율 및 높은 입자제거 성능으로 각광 받으면서 연구되고 있다.
종래의 수처리용으로 널리 사용되는 마이크로 섬유 필터는 여과 면적이 작고 정전기력이 없기 때문에 효율이 떨어진다는 단점이 있었으며, 멤브레인 필터는 여과 효율은 높으나 압력 손실이 크다는 단점이 있었다. 따라서, 마이크로 섬유 필터와 멤브레인 필터의 단점을 보완하기 위한 마이크로 사이즈의 기공을 가지는 섬유 필터에 정전기력을 부과함으로써 섬유 필터의 여과 효율을 증가시키고, 압력 손실을 감소시키는 연구가 진행되고 있다.
예를 들어, 종래에는 유기 오염물 제거 및/또는 항바이러스 여재 제조를 위해 유리섬유를 기본 여재로 두고, 유리섬유 제조시에 양전하를 띄는 무기화합물을 첨가하는 방식으로 제조하여 양전하 필터를 제조하고 이를 이용하여 유기 오염물 및/또는 바이러스를 흡착제거하였다(대한민국 특허공개번호 10-2004-0301723, 미국 등록특허 7,601,262호 등). 그러나 이 기술은 유리섬유를 사용한다는 점에서 발암 등의 유해성 논란으로 수처리 공정의 적합성이 우려되는 문제점과 유리섬유를 사용하여 제조시 첨가되는 화합물에 의해 제품군에서 다양화가 되지 못한다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 나노 사이즈 크기의 유기 오염물 및/또는 바이러스를 효과적으로 제거할 수 있어서, 역삼투 공정의 여과 효율 및 공정운영 비용의 저감이 가능한 친환경적인 다기능성 다공성 분리막을 제공하고자 한다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 다기능성 다공성 분리막은 부직포의 내부 및 표면에 양전하 코팅층이 형성된 멜트블로운 부직포를 캘린더링 처리한 멜트블로운-캘린더링 부직포를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 양전하 코팅층은 가교제 및 다관능성 아민 화합물을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 가교제는 비스페놀 A 에폭시 수지, 비스페놀 F 에폭시 수지, 수소첨가된 비스페놀 A 에폭시 수지, 수소첨가된 비스페놀 F 에폭시 수지, 난연성 에폭시(brominated epoxy) 수지 및 노볼락(Novolac)형 에폭시 수지 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 다관능성 아민 화합물은 폴리에틸렌이민, 디에틸렌트리아민, 피페라진, 디메틸렌피페라진 및 디페닐아민 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 양전하 코팅층은 평균두께 0.01 ~ 1㎛인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 멜트블로운 부직포는 개질제로 전처리한 개질된 멜트블로운 부직포인 것을 특징으로 할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 개질제는 중량평균분자량 1,800 ~ 200,000인 폴리아크릴산 및 1,800 ~ 200,000인 폴리비닐알콜 중에서 선택된 1종 이상을 함유한 고분자 수지 0.1 ~ 5 중량; 및C1~C3의 알코올, 아세톤 및 물 중 1종 이상을 함유한 용매 95 ~ 99.9 중량%;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 멜트블로운 부직포는 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리에스테르 섬유, 나일론 섬유 및 셀룰로오스 섬유 중 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 멜트블로운 부직포는 섬도가 0.5 ㎛ ~ 10 ㎛ 및 평균공경 1 ㎛ ~ 20 ㎛인 것을 특징으로 할 수 있으며, 캘린더링 처리한 상기 멜트블로운-캘린더링 부직포는 평균공경 0.5 ㎛ ~ 15 ㎛인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 멜트블로운 부직포는 평균두께 0.1㎜ ~ 2 ㎜이고, 캘린더링 처리한 상기 멜트블로운-캘린더링 부직포는 평균두께 0.05 ㎜ ~ 1.5 ㎜인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 멜트블로운 부직포는 평량이 80 ~ 400 g/㎡이고, 캘린더링 처리한 상기 멜트블로운-캘린더링 부직포는 평량이 75 ~ 350 g/㎡인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예로서, 본 발명의 다기능성 다공성 분리막은 표면전하가 10 mV ~ 40 mV 인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예로서, 본 발명의 다기능성 다공성 분리막은 평균수투과량이 25 ㎖/cm2·min·bar ~ 150 ㎖/cm2·min·bar이고, 누적정수량이 2,000 L ~ 3,800 L 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예로서, 본 발명의 다기능성 다공성 분리막은 바이러스 제거성능이 2.5log 이상이고, 휴믹산 제거성능이 80% ~ 99.9%인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예로서, 본 발명의 다기능성 다공성 분리막은 앞서 설명한 다공성 분리막 1층 또는 2층 ~ 3층으로 적층된 형태인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예로서, 본 발명의 다기능성 다공성 분리막은 스펀본드(spun-bond) 부직포를 지지체로 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 앞서 설명한 다기능성 다공성 분리막의 제조방법에 관한 것으로서, 멜트블로운 부직포를 양전하 코팅제로 양전하 코팅처리하는 단계; 양전하 코팅처리한 부직포를 열가교처리를 통해 멜트블로운 부직포에 양전하 코팅층을 형성시키는 단계; 및 양전하 코팅층이 형성된 멜트블로운 부직포를 캘린더링시키는 단계;를 포함하는 공정을 수행하여 다기능성 다공성 분리막을 제조할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 코팅처리하는 단계는 상기 양전하 코팅제에 멜트블로운 부직포를 10℃ ~ 35℃에서 10초 ~ 30분간 동안 침지시켜서 제조하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 열가교처리는 50℃ ~ 130℃ 하에서 1분 ~ 3시간 동안 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 캘린더링시키는 단계의 상기 캘린더링은 양전하 코팅층이 형성된 멜트블로운 부직포를 35℃ ~ 130℃의 롤러(roller)로 1 kgf/㎠ ~ 5 kgf/㎠의 압력을 가하면서 1 mpm ~ 4 mpm 속도로 롤링(rolling)시켜서 캘린더링을 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 양전하 코팅제는 용매 100 중량부에 대하여, 가교제 0.1 ~ 5 중량부 및 다관능성 아민 화합물 0.3 ~ 8 중량부롤 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 용매는 디에틸렌글리콜, 디메틸아세트아마이드, 디메틸포름아미드, N-메틸-2-피롤리돈, 에탄올, 이소프로필알콜, 아세톤, 및 메탄올 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 가교제는 비스페놀 A 에폭시 수지, 비스페놀 F 에폭시 수지, 수소첨가된 비스페놀 A 에폭시 수지, 수소첨가된 비스페놀 F 에폭시 수지, 난연성 에폭시(brominated epoxy) 수지 및 노볼락형 에폭시 수지 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 다관능성 아민 화합물은 폴리에틸렌이민, 디에틸렌트리아민, 피페라진, 디메틸렌피페라진 및 디페닐아민 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 제조방법에 있어서, 상기 멜트블로운 부직포는 개질된 멜트블로운 부직포이고, 상기 개질된 멜트블로운 부직포는 부직포의 표면 및 내부를 개질제로 전처리하여 개질된 멜트블로운 부직포를 제조하는 단계; 및 상기 개질된 멜트블로운 부직포를 건조시키는 단계;를 포함하는 공정을 수행하여 제조한 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 개질된 멜트블로운 부직포를 제조하는 단계는 멜트블로운 부직포를 개질제에 10℃ ~ 35℃에서 10초 ~ 30분 동안 침지시켜서 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 개질제는 중량평균분자량 1,800 ~ 200,000인 폴리아크릴산 및 1,800 ~ 200,000인 폴리비닐알콜 중에서 선택된 1종 이상을 함유한 고분자 수지 0.1 ~ 5 중량; 및 C1 ~ C3의 알코올, 아세톤 및 물 중 1종 이상을 함유한 용매 95 ~ 99.9 중량%;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 앞서 설명한 다양한 형태의 다기능성 다공성 분리막을 포함하는 RO(Reverse osmosis) 전처리 필터에 관한 것이다.
본 발명의 다기능성 다공성 분리막은 높은 표면전하를 갖는 바, 나노사이즈의 음이온을 갖는 바이러스 및 유기 화합물에 대한 흡착 및 제거능이 우수할 뿐만 아니라, 본 발명의 다기능성 다공성 분리막은 RO 전처리 필터, 수처리 전처리 필터로 사용하여 파울링을 발생시키는 유기 화합물들을 효과적으로 제거시켜서 수처리 시스템에 사용되는 후처리 필터의 사용주기를 증가시킬 수 있다.
도 1은 멜트블로운 부직포를 개질 및 코팅처리 하기 전의 부직포 내부의 섬유에 대한 SEM 측정 사진이다.
도 2는 실시예 1에서 제조한 코팅처리한 멜트블로운 부직포 내부의 섬유에 대한 SEM 측정 사진이다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
상술한 바와 같이 종래에는 유리섬유를 사용한다는 점에서 발암 등의 유해성 논란이 있으며 수처리 공정에 사용에 적합성이 우려되는 문제점과 유리섬유를 사용하여 제조시 첨가되는 화합물에 의한 제품군이 다양화되지 못하는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 유리섬유가 아닌 친환경적인 부직포를 이용한 다기능성 다공성 분리막을 아래와 같이 개발하였다.
본 발명의 다기능성 다공성 분리막은 내부 및 표면에 양전하 코팅층이 형성된 멜트블로운 부직포(이하, MB 부직포로 칭한다)를 캘린더링 처리한 멜트블로운-캘린더링 부직포(이하, MB-캘린더링 부직포로 칭한다)로서, MB 부직포를 양전하 코팅제로 양전하 코팅처리하는 단계; 양전하 코팅처리한 MB 부직포를 열가교처리를 통해 MB 부직포에 양전하 코팅층을 형성시키는 단계; 및 양전하 코팅층이 형성된 MB 부직포를 캘린더링시키는 단계;를 포함하는 공정을 수행하여 다기능성 다공성 분리막을 제조할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 양전하 코팅처리하는 단계의 상기 MB 부직포를 구성하는 섬유는 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리에스테르 섬유, 나일론 섬유 및 셀룰로오스 섬유 중에서 선택된 1종 이상을, 바람직하게는 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 및 폴리에스테르 섬유 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을, 더욱 바람직하게는 폴리프로필렌 섬유 및 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 중에서 선택된 1종 또는 2종을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 MB 부직포를 구성하는 섬유의 섬도는 0.5㎛ ~ 10㎛ 및 평균공경 1 ~ 20㎛일 수 있으며, 바람직하게는 섬도 0.5㎛ ~ 8㎛ 및 평균공경 2㎛ ~ 15㎛ 일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 섬도 0.5㎛ ~ 7㎛ 및 평균공경 2㎛ ~ 13㎛일 수 있다. 이때, MB부직포를 구성하는 섬유의 섬도가 0.5㎛ 미만이면, 여과시 차압발생에 따른 유량 감소하는 문제가 있을 수 있고, 10㎛를 초과하면, 다공도가 떨어져 여과효율이 감소하는 문제가 있을 수 있다. 또한, 평균공경이 1㎛ 미만이면, 캘린더링시킨 후의 부직포의 평균공경이 너무 작아져서 유량이 크게 감소하는 문제가 있으며, 20㎛를 초과하면, 캘린더링시킨 후의 부직포의 평균공경이 커서 바이러스 및/또는 유기 화합물에 대한 제거성능이 감소하는 문제가 있을 수 있다.
그리고, 캘린더링시키기 전의 상기 MB 부직포의 평균두께 0.1㎜ ~ 2㎜이고, 또한, 캘린더링시키기 전의 상기 MB 부직포는 평량이 80g/㎡ ~ 400 g/㎡이, 바람직하게는 100g/㎡ ~ 350 g/㎡인 것이 좋다.
본 발명에 있어서, 상기 MB 부직포는 부직포와 양전하 코팅제와의 결합성을 증대시키기 위해 개질된 MB 부직포를 사용할 수도 있다.
개질된 MB 부직포는 MB 부직포의 표면 및 내부를 개질제로 전처리하여 개질된 MB부직포를 제조하는 단계; 및 상기 개질된 MB부직포를 건조시키는 단계;를 포함하는 공정을 수행하여 제조할 수 있다.
상기 개질된 MB 부직포를 제조하는 단계의 개질제는 아크릴계 고분자 수지 및/또는 폴리비닐알콜계 수지를 함유한 고분자 수지; 및 용매;를 포함할 수 있다.
개질제 조성 중 하나인 상기 고분자 수지는 중량평균분자량 1,800 ~ 200,000인 것을, 바람직하게는 중량평균분자량 1,800 ~ 150,000인 것을, 더욱 바람직하게는 1,900 ~ 120,000인 것을 사용하는 것이 좋은데, 이때, 중량평균분자량이 1,800 미만이면 코팅층의 내구성 감소로 코팅물의 용출이 발생 하는 문제가 있을 수 있고, 중량평균분자량이 200,000을 초과하면 아민계 고분자 용액으로 양전하 코팅처리시, 코팅이 불균일하게 될 수 있고, 부직포 기공을 막아 기공률 감소에 따른 성능저하가 있을 수 있으므로, 상기 범위 내의 중량평균분자량을 갖는 고분자 수지를 사용하는 것이 좋다.
그리고, 개질제는 폴리아크릴산 및 폴리비닐알콜 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 혼합사용하거나, 바람직하게는 폴리아크릴산을 사용할 수 있다. 그리고, 상기 고분자 수지는 개질제 전체 중량 중 0.1 ~ 5 중량%를, 바람직하게는 0.5 ~ 3 중량%를, 더욱 바람직하게는 0.5 ~ 2 중량%를 사용할 수 있으며, 이때, 고분자 수지의 사용량이 0.1 중량% 미만이면 그 농도가 너무 낮아서 부직포를 충분하게 개질시키지 못해서 양전하 코팅층의 코팅력이 떨어질 수 있고, 그 사용량이 5 중량%를 초과하면 개질제의 pH가 높아져서 부직포를 일부 용해시키는 문제가 있을 수 있고, 양전하 코팅층이 불균일하게 형성될 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
그리고, 개질제 성분 중 상기 용매는 C1~C3의 알코올, 아세톤 및 물 중 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있으며, 바람직하게는 C1~C3의 알코올 및 물 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 메탄올 및 물 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 그리고, 용매의 사용량은 95 ~ 99.9 중량%이며, 상기 아크릴계 고분자 수지의 사용량에 따른 상대적인 사용량이다.
또한, 개질된 MB 부직포를 제조하는 단계는 개질제에 상기 MB 부직포를 10℃ ~ 35℃에서 5초 ~ 5분 동안 침지시켜서 수행하는 것이, 바람직하게는 상기 온도 하에서, 10 초 ~ 2분 동안 침지시켜서 수행하는 것이 좋은데, 침지시간이 5초 미만이면 개질시간이 너무 짧아서 충분하게 MB 부직포 내부의 공경(또는 기공)까지 개질이 되지 않을 수 있고, 5분을 초과하더라도 더 이상의 개질 향상 효과가 없으므로 비경제적이다.
그리고, 개질된 MB 부직포를 건조시킬 때에는 그 건조방법, 건조시간은 당업계에서 일반적으로 사용하는 방법을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 25℃ ~ 120℃ 하에서 30초 ~ 12시간 동안 충분히 건조시키는 것이 좋다.
본 발명의 다기능 다공성 분리막의 제조방법에 있어서, 양전하 코팅처리하는 단계의 상기 양전하 코팅제는 용매; 가교제; 및 다관능성 아민계 고분자 수지를 포함할 수 있다.
양전하 코팅제 성분 중 상기 용매는 디에틸렌글리콜, 디메틸아세트아마이드, 디메틸포름아미드, N-메틸-2-피롤리돈, 에탄올, 이소프로필알콜, 아세톤, 및 메탄올 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 디에틸렌글리콜, 에탄올, 이소프로필알콜, 아세톤 및 메탄올 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있고, 더욱 바람직하게는 디에틸렌글리콜, 에탄올 및 아세톤 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
양전하 코팅제 성분 중 상기 다관능성 아민계 고분자 수지는 외부에 양전하를 나타내는 정전기적 성질을 부여하는 역할을 하며, 폴리에틸렌이민, 디에틸렌트리아민, 피페라진, 디메틸렌피페라진 및 디페닐아민 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있으며, 바람직하게는 디에틸렌트리아민 및 디페닐아민 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 그리고, 그 사용량은 상기 용매 100 중량부에 대하여, 0.3 ~ 8 중량부를, 바람직하게는 0.3 ~ 5 중량부를, 더욱 바람직하게는 0.3 ~ 4 중량부를 사용할 수 있는데, 이때, 그 사용량이 0.3 중량부 미만이면 MB부직포에 충분한 두께로 양전하 코팅층이 형성되지 않는 문제가 있을 수 있고, 그 사용량이 8 중량부를 초과하면 다공성 분리막의 공경을 좁히는 문제가 있을 수 있고, 불필요하게 코팅층의 두께가 두꺼워질 수 있으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
그리고, 양전하 코팅제 성분 중 상기 가교제는 비스페놀 A 에폭시 수지, 비스페놀 F 에폭시 수지, 수소첨가된 비스페놀 A 에폭시 수지, 수소첨가된 비스페놀 F 에폭시 수지, 난연성 에폭시(brominated epoxy) 수지 및 노볼락형 에폭시 수지 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 비스페놀 A 에폭시 수지 및 노볼락형 에폭시 수지 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있고, 더욱 바람직하게는 노볼락형 에폭시 수지를 사용할 수 있다.
그리고, 상기 가교제의 사용량은 용매 100 중량부에 대하여 가교제 0.1 ~ 5 중량부를, 바람직하게는 0.2 ~ 4 중량부를, 더욱 바람직하게는 0.3 ~ 2.5 중량부를 사용할 수 있으며, 이때, 가교제 사용량이 0.1 중량부 미만이면 MB 부직포에 대한 다관능성 아민계 고분자 수지의 결합력이 떨어질 수 있고, 5 중량부를 초과하여 사용하더라도 다관능성 아민계 고분자 수지의 결합력 증대가 없으므로 비경제적이다.
본 발명의 다기능 다공성 분리막의 제조방법에 있어서, 양전하 코팅처리하는 단계의 코팅처리 방법은 딥 코팅, 스프레이 코팅 등 당업계에서 사용하는 일반적인 코팅법을 사용하여 수행할 수 있으며, 코팅온도는 5℃ ~ 60℃ 하에서 1분 ~ 60분간 수행할 수 있다. 또한, MB 부직포를 양전하 코팅제에 침전을 통해서 코팅을 수행하는 경우에는 상기 침전 10℃ ~ 35℃ 하에서 10초 ~ 30분 동안, 바람직하게는 10초 ~ 10 분 동안, 더욱 바람직하게는 10초 ~ 5분 정도 수행하는 것이 좋다. 침지시간이 10초 미만이면 코팅시간이 너무 짧아서 충분하게 MB부직포 내부의 공경(또는 기공)까지 코팅층이 형성되지 않을 수 있고, 30분을 초과하는 것은 비경제적이다.
본 발명의 다기능 다공성 분리막의 제조방법에 있어서, 양전하 코팅층을 형성시키는 단계의 상기 열가교는 50℃ ~ 130℃ 하에서, 바람직하게는 50℃ ~ 100℃ 하에서, 더욱 바람직하게는 60℃ ~ 100℃에서 열을 가하여 다관능성 아민계 화합물을 MB 부직포에 고정시키는 공정을 수행하는 것이 좋은데, 이때, 열가교 온도가 50℃ 미만이면 코팅층이 불균일하게 형성되고 제조된 다공성 분리막의 표면전하가 10 mV 미만이어서 충분한 바이러스 및/또는 유기 화합물에 대한 제거능을 발현하지 못할 수 있고, 130℃를 초과하면 부직포의 열변형을 가져와서 다공성 분리막의 기공이 좁아져서 수투과량에 악영향을 줄 수 있으므로 상기 온도 범위 내에서 열가교를 수행하는 것이 좋다. 그리고, 열가교 시간은 열가교 온도에 따라 상대적으로 변하는 것으로서, 바람직하게는 1분 ~ 3시간 정도 수행하는 것이, 바람직하게는 5분 ~ 2시간 정도 수행하는 것이 좋다.
그리고, 상기 양전하 코팅층은 평균두께 0.01 ~ 1㎛로, 바람직하게는 0.05 ~ 0.9㎛로 형성시키는 것이 좋은데, 이때 양전하 코팅층의 평균두께가 0.1㎛ 미만이면 코팅층의 균일도 감소로 인한 물성편차 문제가 있을 수 있고, 평균두께가 0.3㎛을 초과하면 다공성 분리막의 공경을 막을 수 있으므로, 상기 평균두께를 갖도록 양전하 코팅층을 형성시키는 것이 좋다.
본 발명에 있어서, 상기 캘린더링시키는 단계는 양전하 코팅층이 형성된 MB 부직포를 35℃ ~ 130℃의, 바람직하게는 70℃ ~ 120℃의 롤러(roller)로 1 kgf/㎠ ~ 5 kgf/㎠의 압력을, 바람직하게는 1 kgf/㎠ ~ 3 kgf/㎠의 가하면서, 1 mpm ~ 4 mpm 속도로, 바람직하게는 1 mpm ~ 3 mpm 속도로 롤링(rolling)시켜서 캘린더링을 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다. 이때, 롤러 압력이 1 kgf/㎠ 미만이면 부직포 내부에 열전달이 되지 않아서, 캘링더링의 효과를 얻을 수 없는 문제가 있을 수 있고, 5kgf/㎠의 압력을 초과하면 섬도간의 간격이 조밀해져 차압이 증가하는 문제가 있을 수 있다. 그리고, 롤링속도가 1 mpm 미만이면 열전달이 불균일하여 물성의 편차가 증가 하는 문제가 있을 수 있고, 4 mpm을 초과하면 열 전달 시간이 짧아 개질의 효과가 상쇄되는 문제가 있을 수 있다.
이와 같이, 캘린더링 처리한 MB-캘린더링 부직포는 평균두께 0.05㎜ ~ 1.5㎜, 바람직하게는 평균두께 0.1㎜ ~ 1.2㎜이다. 이때, MB-캘린더링 부직포의 평균두께가 0.05㎜ 미만이면 공경이 크게 감소되어 차압이 발생하는 문제가 있으며, 1.5㎜를 초과하면 공경의 변화가 크지 않아 캘링더링 처리전과 유사한 물성을 보이는 문제가 있을 수 있다.
또한, MB-캘린더링 부직포는 평균공경 0.5㎛ ~ 15㎛, 바람직하게는 1㎛ ~ 10㎛일 수 있으며, 이때, 평균공경이 0.5㎛ 미만이면 수투과량 및 누적유량이 감소하는 문제가 있을 수 있고, 평균공경이 15㎛를 초과하면 캘링더링 효과가 크지 않아 성능이 개선되지 않은 문제가 있다.
그리고, 캘린더링 처리한 상기 MB-캘린더링 부직포는 평량이 75 g/㎡ ~ 350 g/㎡인 것을, 바람직하게는 80 g/㎡ ~ 300 g/㎡이다. 이때, MB-캘린더링 부직포의 평량이 75 g/㎡ 미만이면 차압이 발생하고 내구성이 떨어지는 문제가 있을 수 있고, 평량이 350 g/㎡을 초과하면 모듈 제조시 절곡이 어렵고 필터에 적용되는 단위 부피당 유효 막면적이 감소되는 문제가 있을 수 있다.
이렇게 제조된 본 발명의 다기능성 다공성 분리막은 양전하 코팅층이 형성된 멜트블로운-캘린더링 부직포를 포함하며, 상기 양전하 코팅층은 가교제 및 다관능성 아민 화합물을 포함하게 된다.
이러한, 본 발명의 다기능성 다공성 분리막은 표면전하가 10 mV ~ 40 mV 일 수 있으며, 바람직하게는 15 mV ~ 35 mV일 수 있다. 이는 분리막의 표면전하가 양전하를 나타냄으로써, 음전하를 갖는 바이러스, 유기 오염물, 콜로이드 등을 흡착하여 포집할 수 있게 되는데, 만약 다공성 분리막의 표면전하가 10 mV 미만이면, 오염물질에 대한 흡착능이 떨어지는 문제가 있을 수 있고, 40 mV를 초과하여도 오염물질에 대한 흡착능은 유사하나 공정시 높은 표면전하를 나타내기 위한 반응시간 및 농도 증가에 의한 생산비용 증가한 문제가 있을 수 있다.
그리고, 상기 표면전하는 Anton Parr 사의 Surpass 모델을 사용하여 흐름전위를 측정하여 하기 수학식 1에 의해 계산된 방법에 의거하여 측정할 수 있는데, 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
[수학식 1]
Figure pat00001
상기 수학식 1에서, ζ : 제타전위(mV), U : 흐름전위(streaming potential, p:압력(pressure), η: 전해질 점도, ε: 전해질의 기본유전율, ε0 : 전해질의유전체상수, Kb : 전해질의전기전도도
또한, 본 발명의 다기능성 다공성 분리막은 평균수투과량이 25 ~ 150 ㎖/cm2·min·bar 일 수 있으며, 바람직하게는 30 ~ 100 ㎖/cm2·min·bar 있다.
이러한, 높은 표면전하 및 평균수투과량을 갖는 본 발명의 다기능성 다공성 분리막은 바이러스 제거성능 2.5log 이상일 수 있으며, 바람직하게는 3log 이상, 더욱 바람직하게는 3.5log 이상일 수 있다. 그리고, 휴믹산 제거성능이 80% 이상, 바람직하게는 80% ~ 99.9%, 더욱 바람직하게는 82 ~ 99.5%일 수 있다.
또한, 본 발명의 다기능성 다공성 분리막은 유효막면적 0.1㎡를 이용하여 수돗물 1bar의 정압투과 방법에 의거하여 측정시, 누적정수량이 2,000 L ~ 3,800 L, 바람직하게는 2,100 L ~ 3,400 L, 더욱 바람직하게는 2,500 L ~ 3,200 L를 갖을 수 있다.
또한, 본 발명의 다기능성 다공성 분리막은 1층 또는 2층 ~ 3층으로 적층된 형태로 제조할 수 있으며, 이러한, 본 발명의 다기능성 다공성 분리막은 스펀본드(spun-bond) 부직포를 지지체로서 더 포함하도록 제조할 수도 있다.
이러한, 본 발명의 다기능성 다공성 분리막은 RO(Reverse osmosis) 등과 같은 수처리 공정의 전처리 필터로 사용하여 파울링을 발생시키는 바이러스, 유기 오염물 등을 효과적으로 제거시켜서 수처리 시스템에 사용되는 후처리 필터의 사용주기를 증가시킬 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
[ 실시예 ]
실시예 1 : 양전하 코팅층이 형성된 MB 부직포의 제조
물 99 중량% 및 중량평균분자량 18,000인 폴리아크릴산 1 중량%를 혼합하여 개질제를 제조하였다.
다음으로 상기 개질제에 평균공경 6.5㎛, 평균섬도 3.5㎛ 및 평균두께 702㎛를 갖는 폴리프로필렌 멜트블로운 부직포를 25℃에서 30초간 침지시킨 후, 이를 꺼낸 후, 80℃에서 3분간 충분히 건조시켜서 개질된 멜트블로운 부직포를 제조하였다.
다음으로, 물 99 중량% 및 폴리에틸렌이민 1 중량%를 포함하는 아민계 고분자 용액에 상기 개질된 부직포를 25℃에서 30초간 침지시켰다.
다음으로, 코팅물이 침적된 부직포를 80℃에서 10분간 열풍처리하여 열가교처리를 수행하여 부직포의 내부 및 표면에 평균두께 0.12㎛의 양전하 코팅층을 형성시켜서 양전하 코팅층이 형성된 MB부직포를 제조하였다.
그리고, 개질 전의 폴리프로필렌 부직포의 SEM 측정 사진을 도 1에 나타내었고, 열가교 처리하여 제조한 항바이러스 여재의 SEM 측정 사진을 도 2에 나타내었다. 도 1과 도 2를 비교해보면, 폴리프로필렌 MB부직포의 내부 섬유에 양전하 코팅층이 잘 형성되어 있는 것을 확인할 수 있었다.
실시예 2
개질제 성분 중 폴리아크릴산을 중량평균분자량 1,900인 것을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 양전하 코팅층이 형성된 MB부직포를 제조하였다.
실시예 3
개질제 성분 중 폴리아크릴산을 중량평균분자량 120,000인 것을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 양전하 코팅층이 형성된 MB부직포를 제조하였다.
실시예 4
개질제 성분 중 중량평균분자량 18,000인 폴리아크릴산을 2 중량%로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 양전하 코팅층이 형성된 MB부직포를 제조하였다.
실시예 5
폴리에틸렌이민 3 중량%로 포함하는 아민계 고분자 용액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 양전하 코팅층이 형성된 MB부직포를 제조하였다.
실시예 6
열가교 온도 및 시간을 110℃에서 5분간 실시한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 양전하 코팅층이 형성된 MB부직포를 제조하였다.
실시예 7
실시예 1과 동일하게 실시하여 항바이러스 여재를 제조하되, 폴리프로필렌 부직포로서, 평균공경 15㎛, 섬도 7㎛ 및 평균두께 650㎛를 갖는 폴리프로필렌 MB부직포를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 양전하 코팅층이 형성된 MB부직포를 제조하였다.
실시예 8
실시예 1과 동일하게 실시하여 항바이러스 여재를 제조하되, 폴리프로필렌 MB 부직포로서, 평량 100 g/㎡, 평균공경 6.2㎛, 섬도 3.5㎛ 및 평균두께 700㎛를 갖는 폴리프로필렌 MB부직포를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 양전하 코팅층이 형성된 MB부직포를 제조하였다.
비교예 1
개질제 성분 중 폴리아크릴산을 중량평균분자량 450,000인 것을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 양전하 코팅층이 형성된 MB부직포를 제조하였다.
비교예 2
열가교 온도 및 시간을 40℃에서 2시간 실시한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 양전하 코팅층이 형성된 MB부직포를 제조하였다.
비교예 3
개질제 성분 중 중량평균분자량 18,000인 폴리아크릴산을 10 중량%로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 양전하 코팅층이 형성된 MB부직포를 제조하였다.
비교예 4
물 98 중량%, 중량평균분자량 18,000인 폴리아크릴산 1중량% 및 폴리에틸렌이민 1 중량%를 동시에 포함하는 아민계 고분자 용액을 제조하였다.
다음으로, 상기 아민계 고분자 용액에 상기 실시예 1과 동일한 부직포를 25℃에서 30초간 침지시켰다.
다음으로, 코팅물이 침적된 부직포를 80℃에서 10분간 열풍처리하여 열가교처리를 수행하여 양전하 코팅층이 형성된 MB부직포를 제조하였다.
비교예 5
실시예 1과 동일하게 실시하여 양전하 코팅층이 형성된 MB부직포를 제조하되, 폴리프로필렌 부직포로서, 평균공경 50㎛, 평균섬도 15㎛ 및 평균두께 989 ㎛를 갖는 폴리프로필렌 MB부직포를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1동일하게 실시하여 양전하 코팅층이 형성된 MB부직포를 제조하였다.
비교예 6
열가교 온도 및 시간을 145℃에서 2 시간 동안 열가교를 실시한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 양전하 코팅층이 형성된 MB부직포를 제조하였다.
구분 MB 부직포
평균두께
(㎛)		 MB 부직포
평균섬도
(㎛)		 MB 부직포
평량(g/㎡)		 MB 부직포
평균공경
(㎛)		 코팅층
균일 형성여부		 코팅층
평균두께
(㎛)
실시예 1 702 3.5 300 6.5 균일 0.20
실시예 2 704 3.5 300 6.4 균일 0.21
실시예 3 700 3.5 300 6.5 균일 0.18
실시예 4 703 3.5 300 6.6 균일 0.23
실시예 5 702 3.5 300 6.4 균일 0.22
실시예 6 705 3.5 300 6.5 균일 0.19
실시예 7 650 7 300 15 균일 0.22
실시예 8 700 3.5 100 6.2 균일 0.22
비교예 1 701 3.5 300 4.3 불균일 0.46
비교예 2 702 3.5 300 6.4 불균일 0.12
비교예 3 705 3.5 300 5.2 불균일 0.36
비교예 4 706 3.5 300 7.5 균일 0.05
비교예 5 989 15 300 50 균일 0.23
비교예 6 702 3.5 300 5.5 불균일 0.19
상기 표 1을 보면, 실시예 1 ~ 실시예 7의 경우, 양전하 코팅층이 0.1㎛ ~ 0.3㎛ 두께로 전반적으로 균일하게 형성되었음을 확인할 수 있다.
그러나, 개질제 성분인 중량평균분자량 450,000인 폴리아크릴산을 사용한 비교예 1의 경우, 실시예 1과 비교할 때, MB 부직포의 평균공경이 작아지고, 코팅층이 불균일하게 형성되고, 부직포의 공경이 너무 작아지는 문제가 있었다.
열가교를 50℃ 미만에서 수행한 비교예 2의 경우 코팅층이 불균일하게 형성되는 문제가 있었다. 또한, 개질제 성분인 폴리아크릴산을 5 중량% 초과한 10 중량%를 사용한 비교예 3의 경우, pH가 높아져서 MB 부직포를 일부 용해시키는 문제가 있었고, 양전하 코팅층은 두껍게 형성되나, 양전하 코팅층이 불균일하게 형성되고, 부직포의 일부의 기공을 막는 문제가 있었다.
또한, 개질성분인 폴리아크릴산과 코팅성분인 폴리에틸렌이민을 동시에 사용하여 코팅처리한 비교예 4의 경우, 코팅층은 균일하게 형성되었으나, 코팅층이 너무 얇게 형성되었고, 또한, 코팅층이 MB 부직포에 잘 고정되지 못하는 문제가 있었다.
그리고, 열가교 온도가 130℃를 초과한 비교예 6의 경우, MB 부직포의 공경이 열변형이 일어나서 MB 부직포의 일부에서 공경이 작아지는 문제가 있었고, 또한, 코팅층이 불균일하게 형성되는 문제가 있었다.
제조예 1 : 다기능 다공성 분리막의 제조
상기 실시예 1에서 제조한 양전하 코팅층이 형성된 폴리프로필렌 MB부직포를 온도 100℃의 롤러로 압력 2 kg/㎠의 압력을 가하여, 롤링시켜서 캘린더링을 수행하여, 평균두께 650㎛, 평균기공 4㎛ 및 평량 250 g/㎡인 폴리프로필렌 멜트블로운-캘린더링 부직포(다기능 다공성 분리막)를 제조하였다.
제조예 2 ~ 제조예 6
실시예 2 ~ 실시예 4 및 실시예 7 ~ 실시예 8에서 제조한 양전하 코팅층이 형성된 MB 부직포 각각을 제조예 1과 동일한 방법으로 캘린더링을 수행하여, MB-캘린더링 부직포 각각을 제조하여 제조예 2 ~ 제조예 6을 실시하였다.
제조예 7
제조예 1과 동일하게 실시하되, 실시예 1에서 제조한 양전하 코팅층이 형성된 폴리프로필렌 MB부직포를 온도 120℃의 롤러로 압력 3 kg/㎠의 압력을 가하여, 롤링시켜서 캘린더링을 수행하여, 평균두께 570㎛, 평균기공 1.5㎛ 및 평량 230 g/㎡인 폴리프로필렌 멜트블로운-캘린더링 부직포(다기능 다공성 분리막)를 제조하였다.
비교제조예 1
상기 실시예 1에서 제조한 MB 부직포를 다기능 다공성 분리막으로 준비하였다.
비교제조예 2 ~ 비교제조예 3
제조예 1과 동일하게 실시하되, 비교예 4 및 비교예 5에서 제조한 양전하 코팅층이 형성된 폴리프로필렌 MB부직포 각각을 이용하여 하기 표 2와 같은 물성을 갖는 폴리프로필렌 멜트블로운-캘린더링 부직포 각각을 제조하여 비교제조예 2 ~ 3을 실시하였다.
비교제조예 4
제조예 1과 동일하게 실시하되, 실시예 1에서 제조한 양전하 코팅층이 형성된 폴리프로필렌 MB부직포를 온도 30℃의 롤러로 압력 2 kg/㎠의 압력을 가하여, 롤링시켜서 캘린더링을 수행하여 하기 표 2와 같은 물성을 갖는 폴리프로필렌 멜트블로운-캘린더링 부직포를 제조하였다.
비교제조예 5
제조예 1과 동일하게 실시하되, 실시예 1에서 제조한 양전하 코팅층이 형성된 폴리프로필렌 MB부직포를 온도 140℃의 롤러로 압력 2 kg/㎠의 압력을 가하여, 롤링시켜서 캘린더링을 수행하여 하기 표 2와 같은 물성을 갖는 폴리프로필렌 멜트블로운-캘린더링 부직포를 제조하였다.
비교제조예 6
제조예 1과 동일하게 실시하되, 실시예 1에서 제조한 양전하 코팅층이 형성된 폴리프로필렌 MB부직포를 온도 100℃의 롤러로 압력 7 kg/㎠의 압력을 가하여, 롤링시켜서 캘린더링을 수행하여 하기 표 2와 같은 물성을 갖는 폴리프로필렌 멜트블로운-캘린더링 부직포(MB-캘린더링 부직포)를 제조하였다.
구분 양전하 코팅층 형성된
MB 부직포 종류		 롤러
온도/압력		 MB-캘린더링
부직포
평균두께(㎛)		 MB-캘린더링부직포
평균공경(㎛)		 MB-캘린더링부직포
평량(g/㎡)
제조예 1 실시예 1 100℃/
2 kg/㎠		 650 4 250
제조예 2 실시예 2 100℃/
2 kg/㎠		 600 4 250
제조예 3 실시예 3 100℃/
2 kg/㎠		 600 4.2 250
제조예 4 실시예 4 100℃/
2 kg/㎠		 600 5 255
제조예 5 실시예 7 100℃/
2 kg/㎠		 580 10 180
제조예 6 실시예 8 100℃/
3 kg/㎠		 450 2.5 155
제조예 7 실시예 1 120℃/
3 kg/㎠		 570 1.5 230
비교제조예 1 실시예 1 - 702 6.5 300
비교제조예 2 비교예 4 100℃/
2 kg/㎠		 694 7.1 290
비교제조예 3 비교예 5 100℃/
2 kg/㎠		 918 4.2 285
비교제조예 4 실시예 1 30℃/
2 kg/㎠		 702 6.5 300
비교제조예 5 실시예 1 140℃/
2 kg/㎠		 542 0.1 98
비교제조예 6 실시예 1 100℃/
7 kg/㎠		 480 0.2 125
실험예 1
상기 제조예 1 ~ 8, 비교제조예 1 ~ 6 에서 제조한 다공성 분리막의 기본 물성을 아래와 같이 측정하였고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
(1) 바이러스 제거능 평가
평막 평가기((주)도레이케미칼 제작)-직경이 90mm인 샘플 홀더를 통해 1bar의 정압에서 PFU/㎖(PFU: plaque formingunits)단위로 8×105/㎖로 희석한 바이러스(MS2 phage) 용액을 투과시켜 미생물 제거성능을 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
(2) 휴믹산 제거능 평가
평막 평가기((주)도레이케미칼 제작)-직경이 90mm인 샘플 홀더를 통해 2.0LPM 정유량에서 20ppm 휴믹산의 조제수를 통과 시켜 투과 전/후의 농도를 UV 흡광도 측정을 통하여 제거율을 측정하였다.
(3) 누적정수량 평가
다공성 분리막을 초기 1.9 ~ 2.2L/min 속도로 수돗물을 24 시간 통수하면서, 1×104 ~ 1×105 PFU/㎖의 바이러스 및 20ppm의 휴믹산을 포함하는 조제수 1L를 6시간마다 주입하면서, 누적된 정수량을 측정하였다.
누적정수량은 동일한 시간과 유압에서 총 정수되는 량을 측정한 것으로서, 다공성 분리막의 처리 유량이 증가되는 것은 분리막의 사용주기가 증가함을 의미한다.
(4) 평균수투과량 평가
평막 평가기((주)도레이케미칼 제작)-직경이 90 mm인 샘플 홀더를 통해 1bar의 정압조건에서 RO정제수를 투과하여 투과된 물의 무계를 정량하여 측정하였다.
구분 표면전하
(mV)		 바이러스
제거성능(log)		 휴믹산
제거성능
(%)		 초기 유량
(L)		 누적정수량
(L)		 평균수투과량
(㎖/cm2?in?ar)
제조예 1 35 4.3 88.2 2.1 3,800 40
제조예 2 18 3.8 86.5 2.2 3,650 52
제조예 3 33 5.1 87 2.1 3,430 49
제조예 4 35 5.2 93 2.0 2,300 32
제조예 5 28 4.1 99.5 1.9 2,000 25
제조예 6 34 4.9 94 1.9 2,500 72
제조예 7 35 5.8 83 2.0 2,700 58
비교제조예 1 35 3.7 82.8 2.0 1,950 74
비교제조예 2 15 0.7 28 2.1 990 24
비교제조예 3 28 1.2 67 2.0 12,300 197
비교제조예 4 28 3.8 84 1.9 1,400 25
비교제조예 5 38 4.9 88.3 2.0 1,050 27
비교제조예 6 42 5.7 99.8 2.0 1,250 23
상기 표 1에서 알 수 있듯이, 제조예 1 ~ 제조예 7의 다공성 분리막의 바이러스 제거 성능은 항바이러스 부직포 제조조건에 따라 2.5log 이상, 바람직하게는 2.6log ~ 4.3log로 매우 우수한 것을 확인할 수 있으며, 휴믹산 제거성능이 80% 이상, 바람직하게는 82% 이상으로 우수한 결과를 보였다. 그리고, 제조예 1 ~ 제조예 7의 다공성 분리막은 평균수투과량이 25 ~ 72 ㎖/cm2·min·bar를 갖으며, 누적정수량이 2,000L ~ 3,800L으로서, 우수한 누적정수량을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
그러나, 캘린더링을 수행하지 않은 비교예 1의 MB 부직포는 실시예 1과 비교할 때, 바이러스 제거성능 및 휴믹산 제거성능이 떨어지는 결과를 보였다.
그리고, 개질성분인 폴리아크릴산과 코팅성분인 폴리에틸렌이민을 동시에 사용하여 코팅처리하여 제조했던 비교예 4의 MB 부직포를 사용하여 제조한 비교제조예 2의 경우, 코팅층이 너무 얇게 형성되었고, 또한, 코팅층이 MB 부직포에 잘 고정되지 못하는 문제가 있었는 바, 바이러스 제거성능 및 휴믹산 제거성능이 저조한 결과를 보였다.
또한, 비교예 5의 평균두께 989㎛인 MB 부직포를 사용하여 제조한 비교제조예 3의 경우, 실시예 1과 비교할 때, 바이러스 및 휴믹산 제거성능의 증가가 없었으면서, 평균수투과량이 줄어드는 경향이 있었다.
그리고, 너무 낮은 롤러 온도로 캘린더링 수행하여 제조한 비교제조예 4의 경우, 효과적으로 캘린더링이 수행되지 않아서, 실시예 1과 비교할 때, 바이러스 제거성능 및 휴믹산 제거성능이 떨어지는 결과를 보였다.
또한, 140℃의 높은 온도의 롤러를 사용한 비교제조예 5와 7 kg/㎠의 롤러 압력이 가하여 캘린더링을 수행한 비교제조예 6의 경우, 바이러스 및 휴믹산 제거성능은 우수하나, 평균 투수량 및 누적유량이 급격히 감소하는 결과를 보였다.
상기 실시예 및 실험예를 통하여 본 발명의 다공성 분리막이 우수한 수투과량, 누적정수량, 바이러스 제거성능 및 유기 오염물(휴믹산) 제거성능을 갖는 것을 확인할 수 있었으며, 본 발명의 다공성 분리막이 기존의 유기섬유 기반의 항바이러스 여재를 대체할 수 있는 친환경적인 다공성 분리막임을 확인할 수 있었으며, 이러한, 본 발명은 RO 전처리 필터 등의 수처리용 전처리 필터로 사용하기 적합함을 확인할 수 있었다.

Claims (19)

  1. 부직포의 내부 및 표면에 양전하 코팅층이 형성된 멜트블로운 부직포를 캘린더링 처리한 멜트블로운-캘린더링 부직포를 포함하며,
    상기 멜트블로운 부직포는 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리에스테르 섬유, 나일론 섬유 및 셀룰로오스 섬유 중 선택된 1종 이상을 포함하며,
    상기 양전하 코팅층은 가교제 및 다관능성 아민 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능성 다공성 분리막.
  2. 제1항에 있어서, 상기 멜트블로운 부직포는 섬도가 0.5 ㎛ ~ 10 ㎛, 평균공경 1 ㎛ ~ 20 ㎛ 및 평량이 80 g/㎡ ~ 400 g/㎡이고, 상기 멜트블로운-캘린더링 부직포는 평균공경 0.5 ㎛ ~ 15 ㎛이며, 평량이 75 g/㎡ ~ 350 g/㎡인 것을 특징으로 하는 다기능성 다공성 분리막.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 멜트블로운 부직포는 평균두께 0.1 ㎜ ~ 2 ㎜이고, 상기 멜트블로운-캘린더링 부직포는 평균두께 0.05 ㎜ ~ 1.5 ㎜인 것을 특징으로 하는 다기능성 다공성 분리막.
  4. 제1항에 있어서, 상기 가교제는 비스페놀 A 에폭시 수지, 비스페놀 F 에폭시 수지, 수소첨가된 비스페놀 A 에폭시 수지, 수소첨가된 비스페놀 F 에폭시 수지, 난연성 에폭시(brominated epoxy) 수지 및 노볼락(Novolac)형 에폭시 수지 중에서 선택된 1종 이상을 포함하고,
    상기 다관능성 아민 화합물은 폴리에틸렌이민, 디에틸렌트리아민, 피페라진, 디메틸렌피페라진 및 디페닐아민 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능성 다공성 분리막.
  5. 제1항에 있어서, 상기 양전하 코팅층은 평균두께 0.01 ㎛ ~ 1 ㎛인 것을 특징으로 하는 다기능성 다공성 분리막.
  6. 제 1항에 있어서, 다공성 분리막의 표면전하가 10 mV ~ 40 mV인 것을 특징으로 하는 다기능성 다공성 분리막.
  7. 제1항에 있어서, 상기 멜트블로운 부직포는
    중량평균분자량 1,800 ~ 200,000인 폴리아크릴산 및 1,800 ~ 200,000인 폴리비닐알콜 중에서 선택된 1종 이상을 함유한 고분자 수지 0.1 ~ 5 중량; 및 C1 ~ C3의 알코올, 아세톤 및 물 중 1종 이상을 함유한 용매 95 ~ 99.9 중량%;를 포함하는 개질제로 전처리한 개질된 멜트블로운 부직포인 것을 특징으로 하는 다기능성 다공성 분리막.
  8. 제1항 내지 제7항 중에서 선택된 어느 한 항에 있어서, 평균수투과량이 25 ~ 150 ㎖/cm2·min·bar이고, 누적정수량이 2,000 L ~ 3,800 L 것을 특징으로 하는 다기능성 다공성 분리막.
  9. 제8항에 있어서,
    바이러스 제거성능이 2.5log 이상이고, 휴믹산 제거성능이 80% ~ 99.9%인 것을 특징으로 하는 다기능성 다공성 분리막.
  10. 멜트블로운 부직포를 양전하 코팅제로 양전하 코팅처리하는 단계;
    양전하 코팅처리한 부직포를 열가교처리를 통해 멜트블로운 부직포에 양전하 코팅층을 형성시키는 단계; 및
    양전하 코팅층이 형성된 멜트블로운 부직포를 캘린더링시키는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능성 다공성 분리막의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 멜트블로운 부직포는 개질된 멜트블로운 부직포이고,
    상기 개질된 멜트블로운 부직포는 부직포의 표면 및 내부를 개질제로 전처리하여 개질된 멜트블로운 부직포를 제조하는 단계; 및 상기 개질된 멜트블로운 부직포를 건조시키는 단계;를 포함하는 공정을 수행하여 제조한 것을 특징으로 하는 다기능성 다공성 분리막의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 개질제는
    중량평균분자량 1,800 ~ 200,000인 폴리아크릴산 및 1,800 ~ 200,000인 폴리비닐알콜 중에서 선택된 1종 이상을 함유한 고분자 수지 0.1 ~ 5 중량; 및
    C1~C3의 알코올, 아세톤 및 물 중 1종 이상을 함유한 용매 95 ~ 99.9 중량%;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능성 다공성 분리막의 제조방법.
  13. 제11항에 있어서, 개질된 멜트블로운 부직포를 제조하는 단계는 멜트블로운 부직포를 개질제에 10℃ ~ 35℃에서 5초 ~ 5분 동안 침지시켜서 수행하는 것을 특징으로 하는 다기능성 다공성 분리막의 제조방법.
  14. 제10항에 있어서, 코팅처리하는 단계는 상기 양전하 코팅제에 멜트블로운 부직포를 10℃ ~ 35℃에서 10초 ~ 30분간 동안 침지시켜서 수행하는 것을 특징으로 하는 다기능성 다공성 분리막의 제조방법.
  15. 제10항에 있어서, 상기 열가교처리는 50℃ ~ 130℃ 하에서 1분 ~ 3시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 항바이러스 여재의 제조방법.
  16. 제10항에 있어서, 상기 양전하 코팅제는
    디에틸렌글리콜, 디메틸아세트아마이드, 디메틸포름아미드, N-메틸-2-피롤리돈, 에탄올, 이소프로필알콜, 아세톤, 및 메탄올 중에서 선택된 1종 이상을 함유한 용매;
    비스페놀 A 에폭시 수지, 비스페놀 F 에폭시 수지, 수소첨가된 비스페놀 A 에폭시 수지, 수소첨가된 비스페놀 F 에폭시 수지, 난연성 에폭시(brominated epoxy) 수지 및 노볼락형 에폭시 수지 중에서 선택된 1종 이상을 함유한 가교제; 및
    폴리에틸렌이민, 디에틸렌트리아민, 피페라진, 디메틸렌피페라진 및 디페닐아민 중에서 선택된 1종 이상을 함유한 다관능성 아민 화합물;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능성 다공성 분리막의 제조방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 용매 100 중량부에 대하여, 상기 가교제 0.1 ~ 5 중량부 및 상기 다관능성 아민 화합물 0.3 ~ 8 중량부롤 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능성 다공성 분리막의 제조방법.
  18. 제10항에 있어서, 캘린더링시키는 단계의 상기 캘린더링은
    양전하 코팅층이 형성된 멜트블로운 부직포를 35℃ ~ 130℃의 롤러(roller)로 1 kgf/㎠ ~ 5 kgf/㎠의 압력을 가하면서 1 mpm ~ 4 mpm 속도로 롤링(rolling)시켜서 캘린더링을 수행하는 것을 특징으로 하는 다기능성 다공성 분리막의 제조방법.
  19. 제9항의 다기능성 다공성 분리막을 포함하는 것을 특징으로 하는 RO(Reverse osmosis) 전처리 필터.
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KR20190103667A (ko) * 2018-02-28 2019-09-05 한국화학연구원 나노 기공을 함유하는 멤브레인 및 이의 제조방법
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016123431A1 (de) 2016-06-28 2017-12-28 Hyundai Motor Company Vermiculitkern für ein Fahrzeug und Verfahren zur Herstellung davon
DE102016123431B4 (de) 2016-06-28 2019-08-22 Hyundai Motor Company Verwendung eines Schmiedekerns, geschmiedete Aluminiumkomponente für ein Fahrzeug und Verfahren zur Herstellung des Schmiedekerns und der Aluminiumkomponente
KR20190103667A (ko) * 2018-02-28 2019-09-05 한국화학연구원 나노 기공을 함유하는 멤브레인 및 이의 제조방법
KR20190103668A (ko) * 2018-02-28 2019-09-05 한국화학연구원 나노 기공을 함유하는 고내화학성 멤브레인의 제조방법
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