기계분리용 중공사막 설계 및 제조 공정기계분리용 중공사막 설계 및 제조 공정기계분리용 중공사막 설계 및 제조 공정기계분리용 중공사막 설계 및 제조 공정

기술지원기술지원기술지원기술지원Scale-upScale-upScale-upScale-up

2003. 102003. 102003. 102003. 10

지원기관 한국생산기술연구원지원기관 한국생산기술연구원지원기관 한국생산기술연구원지원기관 한국생산기술연구원::::

지원기업지원기업지원기업지원기업 :::: 주 나 노 포 아주 나 노 포 아주 나 노 포 아주 나 노 포 아( )( )( )( )

산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부

- 2 -

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하

본 보고서를 기체분리용 중공사막 설계 및 제조 공정 기술지원 지원기“ Scale-up ”(

간 과제의 기술지원성과보고서로 제출합니다: 2002. 10.~2003. 11.) .

2003. 10. 31.2003. 10. 31.2003. 10. 31.2003. 10. 31.

지원기관 한국생산기술연구원지원기관 한국생산기술연구원지원기관 한국생산기술연구원지원기관 한국생산기술연구원::::

원장 주 덕 영원장 주 덕 영원장 주 덕 영원장 주 덕 영

지원기업 주 나노포아지원기업 주 나노포아지원기업 주 나노포아지원기업 주 나노포아: ( ): ( ): ( ): ( )

대표이사 김 수 진대표이사 김 수 진대표이사 김 수 진대표이사 김 수 진

지원책임자지원책임자지원책임자지원책임자 :::: 조 계 민조 계 민조 계 민조 계 민

참여연구원참여연구원참여연구원참여연구원 :::: 이 종 우이 종 우이 종 우이 종 우

″″″″ 이 완 수이 완 수이 완 수이 완 수

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목 차목 차목 차목 차

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 연구배경 및 필요성제 절 연구배경 및 필요성제 절 연구배경 및 필요성제 절 연구배경 및 필요성1111

제 절 기술지원사업의 목표제 절 기술지원사업의 목표제 절 기술지원사업의 목표제 절 기술지원사업의 목표2222

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

제 장 본론제 장 본론제 장 본론제 장 본론2222

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1111

기초기술지원기초기술지원기초기술지원기초기술지원1.1.1.1.

생산공정기술 지원생산공정기술 지원생산공정기술 지원생산공정기술 지원2.2.2.2.

공정내 문제점 개선공정내 문제점 개선공정내 문제점 개선공정내 문제점 개선3.3.3.3.

멤브레인 모듈 제작기술 지원멤브레인 모듈 제작기술 지원멤브레인 모듈 제작기술 지원멤브레인 모듈 제작기술 지원4.4.4.4.

어플리케이션 제작기술 지원어플리케이션 제작기술 지원어플리케이션 제작기술 지원어플리케이션 제작기술 지원5.5.5.5.

중공사 방사장치 설계 기술지원중공사 방사장치 설계 기술지원중공사 방사장치 설계 기술지원중공사 방사장치 설계 기술지원6.6.6.6.

지적재산권 출원사항지적재산권 출원사항지적재산권 출원사항지적재산권 출원사항7.7.7.7.

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원일정기술지원일정기술지원일정기술지원일정1.1.1.1.

업무성과업무성과업무성과업무성과2.2.2.2.

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론3333

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌

부록부록부록부록

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막분리법의 개요막분리법의 개요막분리법의 개요막분리법의 개요1.1.1.1.

막분리법의 역사막분리법의 역사막분리법의 역사막분리법의 역사2.2.2.2.

제 절 분리막 기술이론제 절 분리막 기술이론제 절 분리막 기술이론제 절 분리막 기술이론2222

선택도와 분리도선택도와 분리도선택도와 분리도선택도와 분리도1.1.1.1.

분리막의 형태분리막의 형태분리막의 형태분리막의 형태2.2.2.2.

제 장 멤브레인 분리막제 장 멤브레인 분리막제 장 멤브레인 분리막제 장 멤브레인 분리막2222

제 절 분리막 소재 및 제조 이놀제 절 분리막 소재 및 제조 이놀제 절 분리막 소재 및 제조 이놀제 절 분리막 소재 및 제조 이놀1111

분리막 소제분리막 소제분리막 소제분리막 소제1.1.1.1.

분리막 제조이론분리막 제조이론분리막 제조이론분리막 제조이론2.2.2.2.

제 절 시장규모제 절 시장규모제 절 시장규모제 절 시장규모2222

해외시장규모해외시장규모해외시장규모해외시장규모1.1.1.1.

국내시장규모국내시장규모국내시장규모국내시장규모2.2.2.2.

기체분리막의 응용분야기체분리막의 응용분야기체분리막의 응용분야기체분리막의 응용분야3.3.3.3.

제 장 설비개요제 장 설비개요제 장 설비개요제 장 설비개요3333

제 절 중공사막 방사장치제 절 중공사막 방사장치제 절 중공사막 방사장치제 절 중공사막 방사장치1111

중공사막 방사장치 개요중공사막 방사장치 개요중공사막 방사장치 개요중공사막 방사장치 개요1.1.1.1.

중공사 제조공정의중공사 제조공정의중공사 제조공정의중공사 제조공정의2. Factor2. Factor2. Factor2. Factor

중공사막 제조장치중공사막 제조장치중공사막 제조장치중공사막 제조장치3.3.3.3.

제 절제 절제 절제 절2 Membrane Test System2 Membrane Test System2 Membrane Test System2 Membrane Test System

개요개요개요개요1.1.1.1.

구성 및 원리구성 및 원리구성 및 원리구성 및 원리2.2.2.2.

제 장 지적재산권 분석제 장 지적재산권 분석제 장 지적재산권 분석제 장 지적재산권 분석4444

제 절 서론제 절 서론제 절 서론제 절 서론1111

기술의 분류체계기술의 분류체계기술의 분류체계기술의 분류체계1.1.1.1.

기술의 분석대상기술의 분석대상기술의 분석대상기술의 분석대상2.2.2.2.

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제 절 특허정보 분석제 절 특허정보 분석제 절 특허정보 분석제 절 특허정보 분석2222

의 특허동향의 특허동향의 특허동향의 특허동향1. Praxair1. Praxair1. Praxair1. Praxair

의 특허동향의 특허동향의 특허동향의 특허동향2. Degussa2. Degussa2. Degussa2. Degussa

제 절 핵심기술 분석제 절 핵심기술 분석제 절 핵심기술 분석제 절 핵심기술 분석3333

무기복합막 기술무기복합막 기술무기복합막 기술무기복합막 기술1.1.1.1.

유무기복합막 기술유무기복합막 기술유무기복합막 기술유무기복합막 기술2.2.2.2.

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그림차례그림차례그림차례그림차례

본문본문본문본문

그림 산소부화 평막형 멤브레인그림 산소부화 평막형 멤브레인그림 산소부화 평막형 멤브레인그림 산소부화 평막형 멤브레인1.1.1.1. 松下電器松下電器松下電器松下電器

그림 평막의 구조와 실리콘 코팅층의 분석방법그림 평막의 구조와 실리콘 코팅층의 분석방법그림 평막의 구조와 실리콘 코팅층의 분석방법그림 평막의 구조와 실리콘 코팅층의 분석방법2. ESCA2. ESCA2. ESCA2. ESCA

그림 지지체와 멤브레인층 박리와 측정 부위그림 지지체와 멤브레인층 박리와 측정 부위그림 지지체와 멤브레인층 박리와 측정 부위그림 지지체와 멤브레인층 박리와 측정 부위3. ESCA3. ESCA3. ESCA3. ESCA

그림 의 구조그림 의 구조그림 의 구조그림 의 구조4. PDMS4. PDMS4. PDMS4. PDMS

그림 의 구조그림 의 구조그림 의 구조그림 의 구조5. PMSP5. PMSP5. PMSP5. PMSP

그림 의 구조그림 의 구조그림 의 구조그림 의 구조6. Polysulfone6. Polysulfone6. Polysulfone6. Polysulfone

그림 평막제조장치그림 평막제조장치그림 평막제조장치그림 평막제조장치7. (Film Applicator)7. (Film Applicator)7. (Film Applicator)7. (Film Applicator)

그림 스핀 코팅 장치그림 스핀 코팅 장치그림 스핀 코팅 장치그림 스핀 코팅 장치8.8.8.8.

그림 기체 분리막의 성능 측정 방식그림 기체 분리막의 성능 측정 방식그림 기체 분리막의 성능 측정 방식그림 기체 분리막의 성능 측정 방식9.9.9.9.

그림 폴리술폰 막의 제막 조건에 따른 투과도와 선택도 변화그림 폴리술폰 막의 제막 조건에 따른 투과도와 선택도 변화그림 폴리술폰 막의 제막 조건에 따른 투과도와 선택도 변화그림 폴리술폰 막의 제막 조건에 따른 투과도와 선택도 변화10. UF10. UF10. UF10. UF

그림 삼층막의 단면 주사현미경 사진그림 삼층막의 단면 주사현미경 사진그림 삼층막의 단면 주사현미경 사진그림 삼층막의 단면 주사현미경 사진11.11.11.11.

그림 산소부화용 제조공정그림 산소부화용 제조공정그림 산소부화용 제조공정그림 산소부화용 제조공정12. HFM12. HFM12. HFM12. HFM

그림 스피너렛의 개략도그림 스피너렛의 개략도그림 스피너렛의 개략도그림 스피너렛의 개략도13.13.13.13.

그림 주 나노포아에서 사용중인 스피너렛의 도면그림 주 나노포아에서 사용중인 스피너렛의 도면그림 주 나노포아에서 사용중인 스피너렛의 도면그림 주 나노포아에서 사용중인 스피너렛의 도면14. ( )14. ( )14. ( )14. ( )

그림 내 함량에 따른 산소투과도그림 내 함량에 따른 산소투과도그림 내 함량에 따른 산소투과도그림 내 함량에 따른 산소투과도15. Dope Polysulfone15. Dope Polysulfone15. Dope Polysulfone15. Dope Polysulfone

그림 내 함량에 따른 선택도그림 내 함량에 따른 선택도그림 내 함량에 따른 선택도그림 내 함량에 따른 선택도16. Dope Polysulfone16. Dope Polysulfone16. Dope Polysulfone16. Dope Polysulfone

그림 완성된 의 모습그림 완성된 의 모습그림 완성된 의 모습그림 완성된 의 모습17. Dope17. Dope17. Dope17. Dope

그림 토출량 변화에 따른 중공사막의 선택도그림 토출량 변화에 따른 중공사막의 선택도그림 토출량 변화에 따른 중공사막의 선택도그림 토출량 변화에 따른 중공사막의 선택도18.18.18.18.

그림 토출량 변화에 따른 중공사막의 투과도그림 토출량 변화에 따른 중공사막의 투과도그림 토출량 변화에 따른 중공사막의 투과도그림 토출량 변화에 따른 중공사막의 투과도19.19.19.19.

그림 변화에 따른 중공사막의 선택도그림 변화에 따른 중공사막의 선택도그림 변화에 따른 중공사막의 선택도그림 변화에 따른 중공사막의 선택도20. Air Gap20. Air Gap20. Air Gap20. Air Gap

그림 변화에 따른 중공사막의 투과도그림 변화에 따른 중공사막의 투과도그림 변화에 따른 중공사막의 투과도그림 변화에 따른 중공사막의 투과도21. Air Gap21. Air Gap21. Air Gap21. Air Gap

그림 방사장치의 에서의그림 방사장치의 에서의그림 방사장치의 에서의그림 방사장치의 에서의22. Spinneret Stage Air Gap22. Spinneret Stage Air Gap22. Spinneret Stage Air Gap22. Spinneret Stage Air Gap

그림 응고액온도의 변화에 따른 중공사의 선택도그림 응고액온도의 변화에 따른 중공사의 선택도그림 응고액온도의 변화에 따른 중공사의 선택도그림 응고액온도의 변화에 따른 중공사의 선택도23.23.23.23.

그림 응고액온도의 변화에 따른 중공사의 투과도그림 응고액온도의 변화에 따른 중공사의 투과도그림 응고액온도의 변화에 따른 중공사의 투과도그림 응고액온도의 변화에 따른 중공사의 투과도24.24.24.24.

그림 중공사 제조 기기의 응고조 온도 조절장치그림 중공사 제조 기기의 응고조 온도 조절장치그림 중공사 제조 기기의 응고조 온도 조절장치그림 중공사 제조 기기의 응고조 온도 조절장치25. Pilot25. Pilot25. Pilot25. Pilot

그림 변화에 따른 막의 투과도와 선택도의 변화그림 변화에 따른 막의 투과도와 선택도의 변화그림 변화에 따른 막의 투과도와 선택도의 변화그림 변화에 따른 막의 투과도와 선택도의 변화26. Qc26. Qc26. Qc26. Qc

그림 방사 후 건조된 중공사의 모습그림 방사 후 건조된 중공사의 모습그림 방사 후 건조된 중공사의 모습그림 방사 후 건조된 중공사의 모습27.27.27.27.

그림 후처리조건의 변화에 따른 중공사막의 성능변화그림 후처리조건의 변화에 따른 중공사막의 성능변화그림 후처리조건의 변화에 따른 중공사막의 성능변화그림 후처리조건의 변화에 따른 중공사막의 성능변화28.28.28.28.

그림 제조된 중공사막의 단면 사진그림 제조된 중공사막의 단면 사진그림 제조된 중공사막의 단면 사진그림 제조된 중공사막의 단면 사진29. SEM29. SEM29. SEM29. SEM

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그림 완성 후 보빈에 감긴 중공사의 모습그림 완성 후 보빈에 감긴 중공사의 모습그림 완성 후 보빈에 감긴 중공사의 모습그림 완성 후 보빈에 감긴 중공사의 모습30.30.30.30.

그림 및그림 및그림 및그림 및31. Cole-Palmer Flowmeter Parker Metering Valve31. Cole-Palmer Flowmeter Parker Metering Valve31. Cole-Palmer Flowmeter Parker Metering Valve31. Cole-Palmer Flowmeter Parker Metering Valve

그림 이송에 사용된 펌프그림 이송에 사용된 펌프그림 이송에 사용된 펌프그림 이송에 사용된 펌프32. Core Solution HPLC32. Core Solution HPLC32. Core Solution HPLC32. Core Solution HPLC

그림 이 관내에 발생한 모습그림 이 관내에 발생한 모습그림 이 관내에 발생한 모습그림 이 관내에 발생한 모습33. Dope Bubble33. Dope Bubble33. Dope Bubble33. Dope Bubble

그림 이송단의그림 이송단의그림 이송단의그림 이송단의34. Dope In-Line Filter34. Dope In-Line Filter34. Dope In-Line Filter34. Dope In-Line Filter

그림 의 병렬 사용 예그림 의 병렬 사용 예그림 의 병렬 사용 예그림 의 병렬 사용 예35. 7 m, 1/4" In-Line Filter35. 7 m, 1/4" In-Line Filter35. 7 m, 1/4" In-Line Filter35. 7 m, 1/4" In-Line Filterμμμμ

그림 의 병렬 사용 예그림 의 병렬 사용 예그림 의 병렬 사용 예그림 의 병렬 사용 예36. 7 m, 3/8" In-Line Filter ]36. 7 m, 3/8" In-Line Filter ]36. 7 m, 3/8" In-Line Filter ]36. 7 m, 3/8" In-Line Filter ]μμμμ

그림 의 에 사용된그림 의 에 사용된그림 의 에 사용된그림 의 에 사용된37. Dope Pre-Filteration 20 mesh Filter37. Dope Pre-Filteration 20 mesh Filter37. Dope Pre-Filteration 20 mesh Filter37. Dope Pre-Filteration 20 mesh Filter

그림 후 용기에 담긴그림 후 용기에 담긴그림 후 용기에 담긴그림 후 용기에 담긴38. Filteration Dope38. Filteration Dope38. Filteration Dope38. Filteration Dope

그림 용 정수시스템그림 용 정수시스템그림 용 정수시스템그림 용 정수시스템39. Coagulation Bath39. Coagulation Bath39. Coagulation Bath39. Coagulation Bath

그림 교체 전의 반원형의 단면을 갖는그림 교체 전의 반원형의 단면을 갖는그림 교체 전의 반원형의 단면을 갖는그림 교체 전의 반원형의 단면을 갖는40. Winding Wheel40. Winding Wheel40. Winding Wheel40. Winding Wheel

그림 교체 후의 평탄한 단면의그림 교체 후의 평탄한 단면의그림 교체 후의 평탄한 단면의그림 교체 후의 평탄한 단면의41. Winding Wheel41. Winding Wheel41. Winding Wheel41. Winding Wheel

그림 부분에 노즐 추가그림 부분에 노즐 추가그림 부분에 노즐 추가그림 부분에 노즐 추가42. Winding Wheel Washing42. Winding Wheel Washing42. Winding Wheel Washing42. Winding Wheel Washing

그림 멤브레인 모듈 중공사 의 제조공정그림 멤브레인 모듈 중공사 의 제조공정그림 멤브레인 모듈 중공사 의 제조공정그림 멤브레인 모듈 중공사 의 제조공정43. ( )43. ( )43. ( )43. ( )

그림 산소부하 중공사막 모듈 시제작품그림 산소부하 중공사막 모듈 시제작품그림 산소부하 중공사막 모듈 시제작품그림 산소부하 중공사막 모듈 시제작품44.44.44.44.

그림 용그림 용그림 용그림 용45. Potting Resin45. Potting Resin45. Potting Resin45. Potting Resin

그림 모듈 및 공정 후 모듈의 단면그림 모듈 및 공정 후 모듈의 단면그림 모듈 및 공정 후 모듈의 단면그림 모듈 및 공정 후 모듈의 단면46. Potting Cutting46. Potting Cutting46. Potting Cutting46. Potting Cutting

그림 멤브레인 모듈 의 모습그림 멤브레인 모듈 의 모습그림 멤브레인 모듈 의 모습그림 멤브레인 모듈 의 모습47. Cutter47. Cutter47. Cutter47. Cutter

그림 수 멤브레인 모듈의 압력그림 수 멤브레인 모듈의 압력그림 수 멤브레인 모듈의 압력그림 수 멤브레인 모듈의 압력별별별별 동작특성동작특성동작특성동작특성48. 250mm, 2500 Packing48. 250mm, 2500 Packing48. 250mm, 2500 Packing48. 250mm, 2500 Packing

그림 수 멤브레인 모듈의 압력그림 수 멤브레인 모듈의 압력그림 수 멤브레인 모듈의 압력그림 수 멤브레인 모듈의 압력별별별별 동작특성동작특성동작특성동작특성49. 250mm, 3000 Packing49. 250mm, 3000 Packing49. 250mm, 3000 Packing49. 250mm, 3000 Packing

그림 수 멤브레인 모듈의 압력그림 수 멤브레인 모듈의 압력그림 수 멤브레인 모듈의 압력그림 수 멤브레인 모듈의 압력별별별별 동작특성동작특성동작특성동작특성50. 250mm, 3500 Packing50. 250mm, 3500 Packing50. 250mm, 3500 Packing50. 250mm, 3500 Packing

그림 수 멤브레인 모듈의 압력그림 수 멤브레인 모듈의 압력그림 수 멤브레인 모듈의 압력그림 수 멤브레인 모듈의 압력별별별별 동작특성동작특성동작특성동작특성51. 300mm, 2400 Packing51. 300mm, 2400 Packing51. 300mm, 2400 Packing51. 300mm, 2400 Packing

그림 수 멤브레인 모듈의 압력그림 수 멤브레인 모듈의 압력그림 수 멤브레인 모듈의 압력그림 수 멤브레인 모듈의 압력별별별별 동작특성동작특성동작특성동작특성52. 300mm, 2700 Packing52. 300mm, 2700 Packing52. 300mm, 2700 Packing52. 300mm, 2700 Packing

그림그림그림그림 각각각각각각각각의 멤브레인 모듈의 압력의 멤브레인 모듈의 압력의 멤브레인 모듈의 압력의 멤브레인 모듈의 압력별별별별 산소산소산소산소농농농농도도도도53.53.53.53.

그림그림그림그림 각각각각각각각각의 멤브레인 모듈의 압력의 멤브레인 모듈의 압력의 멤브레인 모듈의 압력의 멤브레인 모듈의 압력별별별별 산소유량산소유량산소유량산소유량54.54.54.54.

그림그림그림그림 각각각각각각각각의 멤브레인 모듈의 압력의 멤브레인 모듈의 압력의 멤브레인 모듈의 압력의 멤브레인 모듈의 압력별 순별 순별 순별 순산소유량산소유량산소유량산소유량55.55.55.55.

그림 멤브레인 모듈의 압력에 대한 원사 단위그림 멤브레인 모듈의 압력에 대한 원사 단위그림 멤브레인 모듈의 압력에 대한 원사 단위그림 멤브레인 모듈의 압력에 대한 원사 단위길길길길이이이이당당당당 산소발생량산소발생량산소발생량산소발생량56.56.56.56.

그림 기체 압그림 기체 압그림 기체 압그림 기체 압축축축축에 의한 단 공정 개략도에 의한 단 공정 개략도에 의한 단 공정 개략도에 의한 단 공정 개략도57. Feed 157. Feed 157. Feed 157. Feed 1

그림 진공펌프에 의한 단 공정 개략도그림 진공펌프에 의한 단 공정 개략도그림 진공펌프에 의한 단 공정 개략도그림 진공펌프에 의한 단 공정 개략도58. 158. 158. 158. 1

그림 압그림 압그림 압그림 압축축축축과과과과 순환순환순환순환이 병행된 단 공정의 개략도이 병행된 단 공정의 개략도이 병행된 단 공정의 개략도이 병행된 단 공정의 개략도59. 159. 159. 159. 1

그림 산소발생 시스템 구성을 위한 기그림 산소발생 시스템 구성을 위한 기그림 산소발생 시스템 구성을 위한 기그림 산소발생 시스템 구성을 위한 기본 흐름본 흐름본 흐름본 흐름도도도도60.60.60.60.

그림 산소발생 시스템 시제품그림 산소발생 시스템 시제품그림 산소발생 시스템 시제품그림 산소발생 시스템 시제품61.61.61.61.

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그림 산소발생 시스템 시제품그림 산소발생 시스템 시제품그림 산소발생 시스템 시제품그림 산소발생 시스템 시제품 차차차차량량량량 테테테테스스스스트트트트용 장용 장용 장용 장비비비비62.62.62.62.

그림 산소발생기 시제품 작동시그림 산소발생기 시제품 작동시그림 산소발생기 시제품 작동시그림 산소발생기 시제품 작동시간간간간에 따른 산소부화에 따른 산소부화에 따른 산소부화에 따른 산소부화농농농농도도도도63.63.63.63.

그림그림그림그림 급급급급 산소발생기의 내부 레이아산소발생기의 내부 레이아산소발생기의 내부 레이아산소발생기의 내부 레이아웃웃웃웃64. 50 L/min64. 50 L/min64. 50 L/min64. 50 L/min

그림그림그림그림 급급급급 산소발생기의 전 후면 레이아산소발생기의 전 후면 레이아산소발생기의 전 후면 레이아산소발생기의 전 후면 레이아웃웃웃웃65. 50 L/min /65. 50 L/min /65. 50 L/min /65. 50 L/min /

그림그림그림그림 급급급급 산소발생기 시제품산소발생기 시제품산소발생기 시제품산소발생기 시제품66. 50 L/min66. 50 L/min66. 50 L/min66. 50 L/min

그림그림그림그림 급급급급 산소발생기산소발생기산소발생기산소발생기 운운운운전특성 압력 산소전특성 압력 산소전특성 압력 산소전특성 압력 산소농농농농도도도도67. 50 L/min ( - )67. 50 L/min ( - )67. 50 L/min ( - )67. 50 L/min ( - )

그림그림그림그림 급급급급 산소발생기산소발생기산소발생기산소발생기 운운운운전특성 압력 산소유량전특성 압력 산소유량전특성 압력 산소유량전특성 압력 산소유량68. 50 L/min ( - )68. 50 L/min ( - )68. 50 L/min ( - )68. 50 L/min ( - )

그림 중공사 생산설그림 중공사 생산설그림 중공사 생산설그림 중공사 생산설비비비비의 레이아의 레이아의 레이아의 레이아웃웃웃웃69. 8 Line69. 8 Line69. 8 Line69. 8 Line

그림 중공사 생산설그림 중공사 생산설그림 중공사 생산설그림 중공사 생산설비비비비 중 의 레이아중 의 레이아중 의 레이아중 의 레이아웃웃웃웃70. 8 Line Gear Pump70. 8 Line Gear Pump70. 8 Line Gear Pump70. 8 Line Gear Pump

그림 응고조 레이아그림 응고조 레이아그림 응고조 레이아그림 응고조 레이아웃웃웃웃71.71.71.71.

부록부록부록부록

그림 분리막을 이용한그림 분리막을 이용한그림 분리막을 이용한그림 분리막을 이용한 질질질질소 발생기의 공정도소 발생기의 공정도소 발생기의 공정도소 발생기의 공정도1.1.1.1.

그림그림그림그림 비비비비용대용대용대용대비비비비 경경경경쟁쟁쟁쟁력을 갖는력을 갖는력을 갖는력을 갖는 질질질질소 생산 방법소 생산 방법소 생산 방법소 생산 방법2.2.2.2.

그림 막분리형 시스템에서그림 막분리형 시스템에서그림 막분리형 시스템에서그림 막분리형 시스템에서 질질질질소소소소순순순순도와 생산성의 관계도와 생산성의 관계도와 생산성의 관계도와 생산성의 관계3.3.3.3.

그림 공그림 공그림 공그림 공극 크극 크극 크극 크기에 따른 분리막의 분류기에 따른 분리막의 분류기에 따른 분리막의 분류기에 따른 분리막의 분류4.4.4.4.

그림 의그림 의그림 의그림 의 튜튜튜튜브 모브 모브 모브 모델델델델5.5.5.5. KKKKnudsennudsennudsennudsen

그림 기체 분리막의그림 기체 분리막의그림 기체 분리막의그림 기체 분리막의 메카니즘메카니즘메카니즘메카니즘6.6.6.6.

그림 대표적인 막의 형태그림 대표적인 막의 형태그림 대표적인 막의 형태그림 대표적인 막의 형태7.7.7.7.

그림 산소부화 멤브레인 모듈의 구조도그림 산소부화 멤브레인 모듈의 구조도그림 산소부화 멤브레인 모듈의 구조도그림 산소부화 멤브레인 모듈의 구조도8.8.8.8.

그림 막분리 공정의 기그림 막분리 공정의 기그림 막분리 공정의 기그림 막분리 공정의 기본본본본 개개개개념념념념도도도도9.9.9.9.

그림그림그림그림 순간순간순간순간상분리와 지연상분리상분리와 지연상분리상분리와 지연상분리상분리와 지연상분리를를를를 표현하는 성분계표현하는 성분계표현하는 성분계표현하는 성분계10. 3 Phase Diagram10. 3 Phase Diagram10. 3 Phase Diagram10. 3 Phase Diagram

그림 중공사 제조 장치의 개략도그림 중공사 제조 장치의 개략도그림 중공사 제조 장치의 개략도그림 중공사 제조 장치의 개략도11.11.11.11.

그림 중공사 방사장치 설계도면그림 중공사 방사장치 설계도면그림 중공사 방사장치 설계도면그림 중공사 방사장치 설계도면12. Pilot12. Pilot12. Pilot12. Pilot

그림 중공사 방사장치 전체 사진그림 중공사 방사장치 전체 사진그림 중공사 방사장치 전체 사진그림 중공사 방사장치 전체 사진13. Pilot13. Pilot13. Pilot13. Pilot

그림 중공사 방사장치그림 중공사 방사장치그림 중공사 방사장치그림 중공사 방사장치14. Pilot 1St Water Cooling14. Pilot 1St Water Cooling14. Pilot 1St Water Cooling14. Pilot 1St Water Cooling &&&& Drying UnitDrying UnitDrying UnitDrying Unit

그림 중공사 방사장치그림 중공사 방사장치그림 중공사 방사장치그림 중공사 방사장치15. Pilot Resin Bath15. Pilot Resin Bath15. Pilot Resin Bath15. Pilot Resin Bath

그림 분리막 시그림 분리막 시그림 분리막 시그림 분리막 시험험험험 장치 설계도장치 설계도장치 설계도장치 설계도16.16.16.16.

그림 분리막 및 모듈 시그림 분리막 및 모듈 시그림 분리막 및 모듈 시그림 분리막 및 모듈 시험험험험장치 전체 사진장치 전체 사진장치 전체 사진장치 전체 사진17.17.17.17.

그림 분리막 및 모듈 시그림 분리막 및 모듈 시그림 분리막 및 모듈 시그림 분리막 및 모듈 시험험험험장치장치장치장치 컨트롤컨트롤컨트롤컨트롤 유유유유닛닛닛닛18.18.18.18.

그림 분리막 및 모듈 시그림 분리막 및 모듈 시그림 분리막 및 모듈 시그림 분리막 및 모듈 시험험험험장치의 모듈장치의 모듈장치의 모듈장치의 모듈 테테테테스스스스트트트트19.19.19.19.

그림 막전체 및 산소분리막의 특허출원 현그림 막전체 및 산소분리막의 특허출원 현그림 막전체 및 산소분리막의 특허출원 현그림 막전체 및 산소분리막의 특허출원 현황황황황20.20.20.20.

- 9 -

그림 막전체에 대한 국가그림 막전체에 대한 국가그림 막전체에 대한 국가그림 막전체에 대한 국가별별별별 특허출원특허출원특허출원특허출원 비율비율비율비율현현현현황황황황21.21.21.21.

그림 국가그림 국가그림 국가그림 국가별별별별 기술분류기술분류기술분류기술분류별별별별 특허출원 현특허출원 현특허출원 현특허출원 현황황황황22.22.22.22.

그림 기술분류그림 기술분류그림 기술분류그림 기술분류별별별별 특허출원특허출원특허출원특허출원 비율비율비율비율현현현현황황황황23.23.23.23.

그림 기술분류그림 기술분류그림 기술분류그림 기술분류별별별별 연도연도연도연도별별별별 특허출원 동향특허출원 동향특허출원 동향특허출원 동향24.24.24.24.

그림 연도그림 연도그림 연도그림 연도별별별별 특허출원 동향특허출원 동향특허출원 동향특허출원 동향25.25.25.25.

그림 국가그림 국가그림 국가그림 국가별별별별 특허출원특허출원특허출원특허출원 비율비율비율비율현현현현황황황황26.26.26.26.

그림 기술분류그림 기술분류그림 기술분류그림 기술분류별별별별 특허출원특허출원특허출원특허출원 비율비율비율비율현현현현황황황황27.27.27.27.

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표 차례표 차례표 차례표 차례

본문본문본문본문

표 의표 의표 의표 의 물물물물성표성표성표성표1. BASF Ultrason S30101. BASF Ultrason S30101. BASF Ultrason S30101. BASF Ultrason S3010

표 의표 의표 의표 의 물물물물성표성표성표성표2. Amoco Udel P35002. Amoco Udel P35002. Amoco Udel P35002. Amoco Udel P3500

표 제막 조건에 따른 폴리술폰 막의 성능표 제막 조건에 따른 폴리술폰 막의 성능표 제막 조건에 따른 폴리술폰 막의 성능표 제막 조건에 따른 폴리술폰 막의 성능3. UF3. UF3. UF3. UF

표 코팅을표 코팅을표 코팅을표 코팅을 마친마친마친마친 삼층 복합막의 성능삼층 복합막의 성능삼층 복합막의 성능삼층 복합막의 성능4. Ultem4. Ultem4. Ultem4. Ultem

표 및 토출량 변화에 따른 중공사막표 및 토출량 변화에 따른 중공사막표 및 토출량 변화에 따른 중공사막표 및 토출량 변화에 따른 중공사막 크크크크기 변화기 변화기 변화기 변화5. Dope core solution5. Dope core solution5. Dope core solution5. Dope core solution

표 기체분리막 제조용 과 한외여과막 제조용 의 특표 기체분리막 제조용 과 한외여과막 제조용 의 특표 기체분리막 제조용 과 한외여과막 제조용 의 특표 기체분리막 제조용 과 한외여과막 제조용 의 특징징징징6. dope dope6. dope dope6. dope dope6. dope dope

표 에 대한표 에 대한표 에 대한표 에 대한 각각각각 의의의의 값값값값7. Polysulfone solvent7. Polysulfone solvent7. Polysulfone solvent7. Polysulfone solvent ΔδΔδΔδΔδ

표표표표 각각각각 수용액의 응고가수용액의 응고가수용액의 응고가수용액의 응고가8. Solvent8. Solvent8. Solvent8. Solvent

표 여표 여표 여표 여러러러러 와와와와 간간간간의의의의9. Solvent non-solvent diffusion coefficent9. Solvent non-solvent diffusion coefficent9. Solvent non-solvent diffusion coefficent9. Solvent non-solvent diffusion coefficent

표표표표 각각각각 의의의의 물물물물성성성성10. Solvent10. Solvent10. Solvent10. Solvent

표 에 대한 의 와 응고가표 에 대한 의 와 응고가표 에 대한 의 와 응고가표 에 대한 의 와 응고가11. Polysulfone solvent11. Polysulfone solvent11. Polysulfone solvent11. Polysulfone solvent ΔδΔδΔδΔδ

표 조성변화에 따표 조성변화에 따표 조성변화에 따표 조성변화에 따라라라라 제조된 막의 투과도 및 선택도제조된 막의 투과도 및 선택도제조된 막의 투과도 및 선택도제조된 막의 투과도 및 선택도12. Core Solution12. Core Solution12. Core Solution12. Core Solution

표 멤브레인 모듈 제작시 주요 설계인자표 멤브레인 모듈 제작시 주요 설계인자표 멤브레인 모듈 제작시 주요 설계인자표 멤브레인 모듈 제작시 주요 설계인자13.13.13.13.

표 중공사막 모듈 용 에표 중공사막 모듈 용 에표 중공사막 모듈 용 에표 중공사막 모듈 용 에폭폭폭폭시 수지의 조건시 수지의 조건시 수지의 조건시 수지의 조건14. Potting14. Potting14. Potting14. Potting

표 의 제품특성표 의 제품특성표 의 제품특성표 의 제품특성15. HMU-10R/H 5th15. HMU-10R/H 5th15. HMU-10R/H 5th15. HMU-10R/H 5th

표 의 제품특성표 의 제품특성표 의 제품특성표 의 제품특성16. HMU-10R/H 7th, 8th16. HMU-10R/H 7th, 8th16. HMU-10R/H 7th, 8th16. HMU-10R/H 7th, 8th

표 의 제품특성표 의 제품특성표 의 제품특성표 의 제품특성17. HMU-10R2/H217. HMU-10R2/H217. HMU-10R2/H217. HMU-10R2/H2

표 기체 압표 기체 압표 기체 압표 기체 압축축축축에 의한 단 공정에서 원에 의한 단 공정에서 원에 의한 단 공정에서 원에 의한 단 공정에서 원료료료료기체의 압기체의 압기체의 압기체의 압축축축축이이이이 없없없없는 경우는 경우는 경우는 경우18. Feed 118. Feed 118. Feed 118. Feed 1

표 기체 압표 기체 압표 기체 압표 기체 압축축축축에 의한 단 공정에서 원에 의한 단 공정에서 원에 의한 단 공정에서 원에 의한 단 공정에서 원료료료료기체의 압기체의 압기체의 압기체의 압축축축축이이이이 있있있있는 경우는 경우는 경우는 경우19. Feed 119. Feed 119. Feed 119. Feed 1

표 공정표 공정표 공정표 공정비비비비교교교교20.20.20.20.

표 진공펌프표 진공펌프표 진공펌프표 진공펌프를를를를 사용하지사용하지사용하지사용하지 않은않은않은않은 경우의 공정경우의 공정경우의 공정경우의 공정21.21.21.21.

표 진공펌프표 진공펌프표 진공펌프표 진공펌프를를를를 사용한 경우의 공정사용한 경우의 공정사용한 경우의 공정사용한 경우의 공정22.22.22.22.

표 공정표 공정표 공정표 공정비비비비교교교교23.23.23.23.

표 투과기체의표 투과기체의표 투과기체의표 투과기체의 만 순환되만 순환되만 순환되만 순환되는 경우는 경우는 경우는 경우24. 3024. 3024. 3024. 30 %%%%

표 경표 경표 경표 경비비비비의의의의 비비비비교교교교25.25.25.25.

표표표표 차차차차 연도 기술지원일정연도 기술지원일정연도 기술지원일정연도 기술지원일정26. 126. 126. 126. 1

표 기초기술지원에 대한 업무성과표 기초기술지원에 대한 업무성과표 기초기술지원에 대한 업무성과표 기초기술지원에 대한 업무성과27.27.27.27.

표 공정기술지원 업무성과표 공정기술지원 업무성과표 공정기술지원 업무성과표 공정기술지원 업무성과28.28.28.28.

표 공정개선표 공정개선표 공정개선표 공정개선 등등등등의 업무성과의 업무성과의 업무성과의 업무성과29.29.29.29.

표 분야의 업무성과표 분야의 업무성과표 분야의 업무성과표 분야의 업무성과30. Product30. Product30. Product30. Product

- 11 -

부록부록부록부록

표 분리막 연구 개발 사표 분리막 연구 개발 사표 분리막 연구 개발 사표 분리막 연구 개발 사1. (19601. (19601. (19601. (1960~~~~1980)1980)1980)1980)

표 분리막표 분리막표 분리막표 분리막들들들들의 적용분야 및 분리 원리의 적용분야 및 분리 원리의 적용분야 및 분리 원리의 적용분야 및 분리 원리2.2.2.2.

표 기체 분리막의 종류표 기체 분리막의 종류표 기체 분리막의 종류표 기체 분리막의 종류3.3.3.3.

표 주요 기체표 주요 기체표 주요 기체표 주요 기체들들들들의 동력의 동력의 동력의 동력학학학학적 지적 지적 지적 지름름름름4.4.4.4.

표 여표 여표 여표 여러러러러 가지 고분자소재에 대한 산소가지 고분자소재에 대한 산소가지 고분자소재에 대한 산소가지 고분자소재에 대한 산소 질질질질소 고유투과도소 고유투과도소 고유투과도소 고유투과도5. ,5. ,5. ,5. ,

표 분리막 시표 분리막 시표 분리막 시표 분리막 시험험험험 장치의 부품 사장치의 부품 사장치의 부품 사장치의 부품 사양양양양6.6.6.6.

표 기체 분리막의 종류표 기체 분리막의 종류표 기체 분리막의 종류표 기체 분리막의 종류7.7.7.7.

표 기술분류체계표 기술분류체계표 기술분류체계표 기술분류체계8.8.8.8.

표 막전체 및 산소분리막의 연도표 막전체 및 산소분리막의 연도표 막전체 및 산소분리막의 연도표 막전체 및 산소분리막의 연도별별별별 특허출원 현특허출원 현특허출원 현특허출원 현황황황황9.9.9.9.

표 국가표 국가표 국가표 국가별별별별 기술분류기술분류기술분류기술분류별별별별 특허출원 현특허출원 현특허출원 현특허출원 현황황황황10.10.10.10.

표 기술분류표 기술분류표 기술분류표 기술분류별별별별 연도연도연도연도별별별별 특허출원 현특허출원 현특허출원 현특허출원 현황황황황11.11.11.11.

표 미국특허 제표 미국특허 제표 미국특허 제표 미국특허 제 호호호호 중 복합막의 예중 복합막의 예중 복합막의 예중 복합막의 예12. 616555312. 616555312. 616555312. 6165553

표 의 유무기복합막표 의 유무기복합막표 의 유무기복합막표 의 유무기복합막 청청청청구항의구항의구항의구항의 비비비비교교교교13. Praxair13. Praxair13. Praxair13. Praxair

- 12 -

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 연구배경 및 필요성제 절 연구배경 및 필요성제 절 연구배경 및 필요성제 절 연구배경 및 필요성1111

분리막을 이용한 물질분리기술은 년대 비대칭막 제조방법이 개발된 이후 광1960

법위한 분야에 적용되어 발전을 거듭하고 있다 특히 분리막을 이용한 기체분리 분.

야는 년대 후반에 유기질 멤브레인이 기체분리공정에 상업적으로 이용되기1970

시작한 이래 기술의 발전과 더불어 그 수요 및 사용처가 큰 폭으로 증가하고 있는

추세이다.

막분리에 의한 물질분리는 기존에 많이 사용되는 분리기술에 비하여 에너지 소모가

적고 비용이 저렴하며 소규모 시스템에까지 적용이 가능한 장점으로 많은 응용분야

에서 새롭게 자리매김하고 있다 이러한 막분리 기술에 있어 대표적인 한외여과막.

및 역삼투압 등의 수처리용 분리막의 제조기술은 국내에서도 상당한 기술수준에 도

달하여 있으며 국내 수요의 상당량이 국내에서 제조되어 각종 수처리 식품 의약품. .

제조 등의 분야에 걸쳐 사용기술로써 응용되고 있다 이렇게 분리막을 이용한 공정.

이 널리 보급될 수 있었던 이유는 막분리공정에 에너지 절약형 최신공정이고 물질

의 분리에 또다른 물질을 사용하지 않아도 되는 등 공정에서 유발되는 환경오염요

인이 없기 때문이며 특히 기체분리분야의 경우 원가의 대부분을 차지하는 공정비,

용과 운송비용을 감소시킬 수 있는 장점이 있기 때문이다 분리막을 이용한 공정은.

이와 같은 장점으로 인하여 앞으로도 더욱 넓은 응용분야로의 진출이 이루어질 것

을 예상할 수 있다.

막분리분야에 있어 비교적 최근에 등장한 기체분리막 기술은 향후 성장가능성이 높

고 기술발전에 따른 응용분야가 빠르게 확대되어가는 추세이다 기체분리막 기술은.

기술의 응용이 비교적 용이한 분야로 새로운 응용분야에 대한 기술 이전이 쉬운 특

성을 나타내며 타 분야의 엔지니어링 부분과 결합된 새로운 형태의 분리공정개발,

등에 빠르게 적용될 수 있는 장점을 가지고 있다.

- 13 -

또한 기체분리막 기술의 응용분야는 빠르게 확대되어가고 있는 추세로 가장 보편,

화된 기체분리막 응용분야 중 하나인 수소의 회수 및 정제공정에서부터 질소 산소/

분리막을 이용한 질소발생기와 산소발생기로 저장조 반응조의 질소 충진/ ,

법을 이용한 식품의 보관 연소공정에서의 산소부화공CA(Controlled Atmosphere) ,

정 등에 사용되고 있으며 이와 같은 기초적 분야 이외에도 화학공업의 생산공정,

금속 가공공정 식품생산공정 일반 산업폐수처리와 같은 환경공정 및 의료용 가스, ,

제조에 이용되는 등 그 사용범위는 날로 확대되고 있다 특히 그 중 질소의 경우는.

분리막을 이용한 단순한 공정으로도 비교적 높은 순도를 얻을 수 있는 특징으로 인

하여 기기분석 등의 특수분야에까지 이용이 확대되고 있다.

해외의 경우 분리막을 이용한 기체분리는 년 미국의 이1985 Dow Chemical

이라는 장치를 처음으로 출시하여 공기중의 산소 질소 기체를 분리하는Generon /

것으로 시작되었다 이후 미국의 일본의 등이 기체분리막 및 응. Permea, Toyobo

용장치를 개발 시판하였다 현재는 의 협력사인 의. . Dupont Air liquid, Air product

자회사인 일본의 등이 활발한 기술개발 및 경쟁을 하고 있다 기술의Permea, Ube .

수명은 점진적으로 기술의 가격이 상승하며 시장이 활성화되고 점진적으로 기술개

발이 계속적으로 이루어지고 있는 단계로 도입기에서 성장기로 넘어가는 과도기라

고 말할 수 있다.

국내의 기체분리막 및 모듈의 생산 기술 및 기반은 매우 미약한 상태이다 국내의.

분리막 시장규모는 약 천억원대로 추산되는데 이와 관련된 업체의 대부분은 수질2

또는 정수용 멤브레인 생산에 주력하고 있으며 기체분리막 개발은 일부 대학 및 정

부출연 연구소 등에서 실험실 규모의 기초연구가 진행되고 있는 실정이다 기업으.

로는 코오롱 대림 등이 기체 분리막 모듈 개발을 진행하였으나 기초적인 연구결과,

를 보이는 데 그쳤을 뿐 가시적인 연구성과를 보이지 못했고 이후로는 사업화, IMF

를 중단한 상태이다.

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기체분리막을 수입하여 삼성엔지니어링 현대중공업 현대조선 등이 엔지니어링을, ,

하고 있지만 이에 필요한 기체분리막 모듈은 모두 수입으로 수요를 충당하고 있는

실정이다.

국내에 기체분리막을 생산하는 업체는 개 업체가 있고 이들 업체 모두 년대3 90

말 년대 초에 설립되었으며 현재는 국내 기체분리막 수요가 제한되어 있는~2000

관계로 아직 본격적인 사업은 진행되고 있지 못한 것으로 알려지고 있다 이들 기.

체분리막 제조업체는 현재 기체분리막 중 국내에서는 가장 수요가 큰 폭으로 증가

할 것으로 예상되는 질소 산소 부화 멤브레인을 중심으로 제품을 생산하고 있다/ .

국내 기체분리막 생산업체 중 하나인 주식회사 나노포아의 자료에 따르면 국내 기

체분리막 중 질소 산소 분리막의 시장규모는 년 현재 약 억원대로 추산/ 2003 500

되고 있다 년대까지도 거의 수요가 보이지 않던 국내 질소 산소 분리막의 수. 1990 /

요가 약 억원대로 크게 증가한데는 지난 년부터 시작된 산소가전의 도입500 2000

이 큰 요인으로 분석되며 에이컨 및 가정용 산소발생기 등 민간산업용 분야의 수,

요가 크게 증가한 것이 수요 증가로 이어진 것으로 판단할 수 있다 동사의 자료에.

따르면 국내에서 멤브레인 방식의 산소발생모듈을 채용한 가전사는 개사로 현재3

산소발생모듈 채용을 계획하고 있는 업체까지 계산하면 이 분야의 시장규모는 더욱

크게 증가할 것으로 기대하고 있다.

그러나 현재 국산 산소부화모듈은 업체에 채택되고 있지 않으며 산소가전으로 불리

는 모든 제품에는 현재 전량 일본산의 모듈이 사용되고 있는데 이는 국산 산소부화

멤브레인 모듈의 성능 문제에 원인이 있다고 할 수 있다 주식회사 나노포아를 포.

함하여 기체분리막 제조사의 산소부화막의 성능은 시제품의 경우 해외의 유명 모듈

과 거의 대등한 성능을 보이고 있으며 양산 제품의 경우 일반적으로는 해외 제품에

비하여 어느 정도 열세에 있으나 민간 가전제품 등의 용도로는 큰 부족함이 없는

성능이라고 할 수 있다.

- 15 -

그럼에도 불구하고 국산 산소부화막이 채택되고 있지 못하는 큰 원인은 제품간 성

능의 편차와 같은 제품의 품질관리에 있다고 할 것이다.

위에서 기술한 바와 같이 국산 기체분리막이 사용되고 있지 않은 이유는 품질에 관

련된 부분으로 이의 원인은 다음과 같은 점으로 생각할 수 있을 것이다.

기술수준 취약①

생산설비기술 미비②

생산 부족Know-How③

연구개발역량 부족④

우선 국내 기체분리막의 품질이 문제가 되는 가장 큰 원인은 기술수준의 취약에서

찾을 수 있을 것이다 국내의 기체분리막 생산업체들은 모두 기업체 또는 연구기관.

에서 연구를 수행하던 인력이 중심이 되어 창업을 이룬 경우로 기초적이고 이론적

인 면에서는 높은 수준으로 생각할 수 있으나 반면 생산라인을 중심으로 한 실무에

는 약점을 가지고 출발한다고 밖에는 생각할 수 없는 실정이다.

그리고 현재 국내 기체분리막 제조업체들의 문제로 거론할 수 있는 것은 생산설비

와 관련된 문제이다 국내 분리막 생산의 대부분은 수질 또는 정수용 분리막으로.

생산설비 역시 이 분야의 용도에 집중되어 있다 설비제작업체 역시 마찬가지의 상.

황으로 기체분리용 설비를 전문적으로 제작하는 업체는 국내에 없는 실정이다 따.

라서 기체분리막 생산업체에서는 기체분리막 제조용 설비를 갖추는 대신 수처리용

분리막 설비를 구입한 후 자체적으로 을 실시하여 사용해야만 하는 어려modifying

움을 겪고 있다.

- 16 -

이와 같은 상황은 년 이후 설립된 신생기업에게는 상당히 어려운 과제로 아1999

직 생산 및 공정기술의 가 쌓이지 않은 상황에서는 제품 품질의 관리가Know-how

커다란 문제로 대두되는 것이 사실이다.

세 번째로는 생산에서의 부족을 들 수 있다 이 역시 기체분리에 사용Know-how .

되는 분리막 생산에 대한 기술적 문제로 수처리용 분리막 생산이 중심이 된 기기와

매뉴얼을 기초로 하여 완전한 기체분리막 생산에 적합한 원료선정에서 공정변수 확

립과 후처리에 이르는 생산의 를 축적하기에는 많은 시간과 시행착오를Know-how

거친 노력이 필요하게 된다.

마지막으로 기체분리막 생산기업의 연구개발역량 부족이다 국내에서 기체분리막을.

생산하고 있는 개 업체 모두 설립 년 미만의 신생기업으로 개발인력 및 자금이3 3

부족한 상태로 볼 수 있으며 별도로 독립되어 연구개발을 지속적으로 수행할 수 있

는 연구개발부서가 없거나 있다 하더라도 전적으로 연구개발만을 수행할 수 없으므

로 생산 및 일반사무에 투입될 수 밖에 없는 것이 현실이다 그리고 연구인력이 중.

심이 되어 설립된 기업이기는 하나 소수의 인력으로 구성된 기업의 특성상 깊이있

는 연구개발은 난점을 가지는 것이 사실이며 특히 멤브레인과 같은 전문분야에 대,

한 석 박사급 인력이 부족하다는 것은 전문적 연구개발에 있어서 한계를 가지게ㆍ

된다는 것을 의미한다.

이와 같은 몇 가지 이유로 국내 기체분리막 생산업체의 품질수준은 시제품에서는

어느 정도 우수성을 인정받을 수 있으나 시제품과 달리 아직 양산제품에서까지는

우수한 성능을 기대하기 어려운 상황이다 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 각.

기업의 애로사항을 정확히 파악 및 분석하여 그에 적합한 해결책을 제시하는 것이

가장 확실한 방법으로 이러한 해결책은 아직 역량이 부족한 기업이 주체가 되어 진

행하기에는 무리가 있으며 정부 또는 연구기관의 전문가 또는 기술인력의 보조를

통하여 해결하는 방법이 적절하다고 할 것이다.

- 17 -

이에 본 연구에서는 국내 기체분리막 생산업체 중 독자적으로 기술력을 확보한 업

체인 주식회사 나노포아를 대상으로 현재 기업이 처해 있는 애로사항을 해결하여

보다 높은 단계의 기술로 진보할 수 있도록 기술지원을 실시하고자 한다 주식회사.

나노포아와 같이 기술적인 가능성은 높으나 아직 본격적인 연구개발과 생산에 대한

기반이 부족한 기업에 있어 이와 같은 기술지원사업을 통한 선진기술 도입은 기업

의 향후 행보에 있어 큰 도움이 될 것으로 생각된다.

제 절 기술지원사업의 목표제 절 기술지원사업의 목표제 절 기술지원사업의 목표제 절 기술지원사업의 목표2222

본 연구과제의 기술지원은 크게 공정기술과 제품제작 에 관한 기술을Know-How

집중적으로 지원하고자 하여 기업의 경쟁력을 직접적으로 높일 수 있는 방향으로

진행하고자 한다 본 기술지원사업의 목표는 크게 기체분리용 중공사막. (Hollow

제조공정기술 확보 모듈 제작기술지원 그리고 양산Fiber Membrane, HFM) , HFM ,

용 설비의 설계 및 운전의 지원 등으로 구분할 수 있다 이를 보다 자세히 살펴보.

면 다음과 같다.

기체분리용 제조공정기술기체분리용 제조공정기술기체분리용 제조공정기술기체분리용 제조공정기술 확확확확보보보보1. HFM1. HFM1. HFM1. HFM

가 수처리용 중공사 생산공정의가 수처리용 중공사 생산공정의가 수처리용 중공사 생산공정의가 수처리용 중공사 생산공정의. Modify. Modify. Modify. Modify

현재 주식회사 나노포아에 도입된 중공사 제조설비는 초기부터 기체분리용으로 설

계된 장치가 아닌 수처리용 중공사막을 제조하도록 설계된 것을 부분적으로 수정하

여 제작된 장치이다.

- 18 -

수처리용 중공사막과 기체분리용 중공사막은 생산기기의 정밀도와 사용되는 원료,

그리고 생산된 중공사 자체의 에서 많은 차이를 보이므로 해당기업과 같이property

수처리용 기기를 도입하여 기체분리막의 생산을 시도하는 경우 중공사 제조설비를

기체분리막의 생산에 적합하도록 부분적으로 계속 수정하는 작업을 요한다 또 해.

당기업인 주식회사 나노포아에서는 아직 생산에 있어서는 자체적인 를Know-How

구축하고 있지 못한 관계로 수처리용 중공사의 생산 프로세스 중 상당 부분을 그대

로 수행하여 제품을 제조하고 있는 문제점이 있으므로 생산기기의 수정과 더불어

생산기술이라는 소프트웨어적인 측면까지도 수처리용에서 기체분리용에 적합하도록

수정하는 것을 목표로 한다.

나 의 기체분리 특성에 따른 공정조업변수나 의 기체분리 특성에 따른 공정조업변수나 의 기체분리 특성에 따른 공정조업변수나 의 기체분리 특성에 따른 공정조업변수 확확확확보보보보. HFM. HFM. HFM. HFM

기체분리용 중공사막의 생산에 있어서는 공정상의 많은 변수가 존재하게 된다 원.

료의 준비과정에서부터 최종적으로 중공사가 완성되는 코팅 및 건조과정까지의 많

은 변수들이 의 물리적 성질을 좌우하며 이와 같은 변수를 잘 조절하여 원하HFM

는 기체분리막의 성능을 얻어내는 것이 중요하다고 할 수 있다 본 기술지원사업에.

서는 중공사막 생산에 있어서의 대표적인 공정변수를 해당기업의 기체분리막 생산

공정에서 생산제품의 적합한 성능으로 이어질 수 있도록 공정변수 및 조업조건을

최적화하는 것을 목표로 한다.

다다다다 원원원원료료료료 및 기술 지원및 기술 지원및 기술 지원및 기술 지원. preparation filteration. preparation filteration. preparation filteration. preparation filteration

기체분리용 중공사막의 개발에서 가장 중요한 비중을 차지하는 것은 공정과 함께

원료에 관련된 기술이다 원료의 준비는 중공사막의 기체분리 성능을 결정짓는 첫.

번째 요소이며 원료 고분자의 종류 및 물성에 따라 기체분리막 성능의 상당부분이

결정되므로 그만큼 중요한 부분이라고 할 수 있다 기체분리용 중공사막의 원료로.

사용되는 다양한 고분자 재료에 대한 실험은 영세한 기업에서는 실행하기 어려운

부분으로 등의 새로운 고분자재료에 대한 테스트와 함께 기체분리막 제polyimide

조에 사용되는 계열 고분자재료에 대한 시험평가를 실시하여 원료기술polysulfone

에 대한 지원을 실시하는 것을 목표로 한다.

- 19 -

아울러 원료의 불순물 제거를 위하여 이송공정 중간의 에 대한 기술지원filteration

을 실시한다.

의 제작 지원의 제작 지원의 제작 지원의 제작 지원2. HFM Module2. HFM Module2. HFM Module2. HFM Module KKKKnow-Hownow-Hownow-Hownow-How

가 설계 및 기술 지원가 설계 및 기술 지원가 설계 및 기술 지원가 설계 및 기술 지원. Packaging. Packaging. Packaging. Packaging

중공사막은 분리막 단독으로 사용되는 것이 아니라 중공사막을 여러개 다발로 묶은

모듈 형태로 제작되어 분리목적에 사용된다 이러한 모듈의 제작에는 모듈의 사용.

목적과 사용조건에 따른 기체분리성능을 얻을 수 있도록 하는 설계가 필요하다 이.

러한 설계에 필요한 요소는 여러 의 조합과 함께 운전조건 중moduling parameter

여러 가 필요하다 기술지원을 통하여 높은 성능의 기체분리operating parameter .

막 모듈을 제작할 수 있도록 하는 것을 목표로 한다.

나 제작시의나 제작시의나 제작시의나 제작시의 각각각각종 변수 규종 변수 규종 변수 규종 변수 규명명명명. HFM Module. HFM Module. HFM Module. HFM Module

중공사막 모듈 제조에서는 각 단계별로 여러 가지 변수가 존재하나 일반적으로

공정에서의 변수가 가장 큰 것으로 알려지고 있다 중공사막 모듈 제조시potting .

모듈의 양 말단을 접착제를 이용하여 경화시키는 단계인 공정은 사용하는potting

접착제의 종류 경화시간 온도 등의 조절이 가능한 여러 변수가 존재하며 이러한, ,

변수에 따라 모듈의 성능이 달라질 수 있다 그리고 등의. sealing, casing, cutting

공정에서도 변수가 존재하게 되는데 이러한 변수의 규명을 통하여 기체분리막 모듈

제조공정을 최적화 할 수 있도록 한다.

- 20 -

다다다다 공정기술 개발 지원공정기술 개발 지원공정기술 개발 지원공정기술 개발 지원. Packaging, Potting. Packaging, Potting. Packaging, Potting. Packaging, Potting

해당기업인 주식회사 나노포아는 현재 중공사막 모듈의 제조에서 대량생산까지의

수준까지는 이르지 못하고 있어 조립 작업은 수작업으로 이루어지고 있는 실정이

다 조립작업을 수작업으로 진행하는데 따른 문제점은 낮은 작업효율과 함께.

될 중공사의 손상과 같은 점이 있다 그리고 중공사막 모듈 제조단계에packaging .

서 가장 중요한 단계인 공정은 자동화된 기기가 필요한 동시에 양 말단부potting

에 사용되는 경화제의 선택 등 신생기업이 독자적으로 해결하기에는 어려운 문제점

이므로 중공사막 제조의 과 에 관련된 기술지원을 통해 중공사packaging potting

막 모듈 제품생산에 대한 기술지원을 시행한다.

양양양양산설산설산설산설비비비비용 공정 설계 및용 공정 설계 및용 공정 설계 및용 공정 설계 및 운운운운전 지원전 지원전 지원전 지원3.3.3.3.

가가가가 라라라라인 설인 설인 설인 설비를비를비를비를 이용한 공정이용한 공정이용한 공정이용한 공정 테테테테스스스스트트트트 및 공정상의 품및 공정상의 품및 공정상의 품및 공정상의 품질 균질 균질 균질 균일화일화일화일화. 8-. 8-. 8-. 8-

중공사막 제조설비를 운용하며 얻어진 공정기술을 이용하여 도입될pilot Scale

의 중공사 제조설비를 양산에 이용할 수 있도록 테스트 및 운용에8-line capacity

대한 기술지원을 실시한다.

나나나나 양양양양산용산용산용산용 라라라라인인인인 라라라라인 생산인 생산인 생산인 생산라라라라인 및 부대설인 및 부대설인 및 부대설인 및 부대설비비비비 설계설계설계설계. 8- , 16-. 8- , 16-. 8- , 16-. 8- , 16-

해당기업에서 현재 사용중인 중공사막 제조설비를 하여 본격Pilot Scale Scale-up

적인 양산용 설비를 설계 및 제작할 수 있도록 하며 중공사막 제조설비Pilot Scale

를 이용하여 얻은 운용 를 양산설비에 적용할 수 있도록 지원하는 것을know-how

목표로 한다.

- 21 -

다다다다 생산생산생산생산라라라라인 및 부대설인 및 부대설인 및 부대설인 및 부대설비비비비 제작에 따른제작에 따른제작에 따른제작에 따른 운운운운전조건전조건전조건전조건 확립 등 운확립 등 운확립 등 운확립 등 운전기술 지원전기술 지원전기술 지원전기술 지원....

해당기업에 도입 예정인 양산설비를 조합하여 기존에 얻어진 공정기술이 적8-line

용될 수 있도록 최적화하며 양산설비에 필요한 각종 부대설비의 설계 및 제작을 지

원하여 본격적인 기체분리용 중공사의 양산이 이루어질 수 있도록 지원한다.

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

위와 같은 최종목표를 위하여 본 기술지원사업에서는 기술지원의 항목을 당해연도

에서는 다음과 같은 개 세부 로 나누어 지원사업을 시행하고자 한다6 category .

원원원원료료료료1.1.1.1.

제품생산의 기초인 고분자 원료의 분석에서부터 해외 제품의 분석과 중공사 생산의

원료가 되는 제조에 이르는 원료 단계의 기술지원을 통해 해당기업이 중공사dope

제조의 원료기술을 습득할 수 있도록 지원한다.

하하하하드웨드웨드웨드웨어어어어2.2.2.2.

해당업체가 생산설비용으로 이용하는 중공사 제조설비 중 수처리용 중공사 생산에

적합하도록 제작된 부분을 기체분리용 중공사 제조에 적합하도록 수정 및 보완하고

생산시에 문제가 지적된 부분을 하도록 기술을 지원한다modify .

공정기술공정기술공정기술공정기술3.3.3.3.

중공사 생산공정 중 발견된 문제점들을 수정하며 기체분리용 중공사 생산에 관련된

중요 변수들을 현 생산 시스템에 맞게 적용시킬 수 있도록 기술적인 지원을 실시한

다.

- 22 -

기술기술기술기술숙달숙달숙달숙달4.4.4.4.

해당업체의 연구인력들은 연구분야에서 일정 이상의 경력을 가진 연구원으로 구성

되어 있으나 생산경험은 부족한 실정으로 반복생산과 문제점 보완을 통해 연구 및

생산인력에게 생산관련 기술을 숙지시키고 의 양산설비 도입시에도 대응할8-line

수 있도록 기술지원을 실시한다.

제품제품제품제품5.5.5.5.

중공사 또는 평막 등 멤브레인 제품은 자체특성상 생산된 형태 그대로 사용되지 않

고 모듈 형태의 제품으로 조립되어 완제품의 형태를 가지게 된다 모듈 형태로 제.

작하는 기술은 중공사 생산기술과는 별개로 모듈의 설계기술이 필요하며 조립공정

에 대한 많은 기술적 가 필요하므로 이에 대한 기술적인 지원을 실시한know-how

다.

어플리케이션어플리케이션어플리케이션어플리케이션6.6.6.6.

해당업체인 주식회사 나노포아는 기체분리용 중공사막 제조기술을 바탕으로 하여

멤브레인 방식 산소발생기를 개발하여 완제품 개발 및 상용화 준비를 하고 있다.

본 기술지원사업에서는 멤브레인 방식 산소발생기에 대한 기술지원을 실시하여 산

업용 산소발생기 제작을 주 내용으로 하는 기술지원을 실시한다.

이와 같은 지원을 통하여 기체분리용 중공사에서 멤브레인형 산소발생기에 이르는

해당업체의 제품생산 전반에 이르는 기술지원을 실시하는 것을 내용으로 한다.

- 23 -

제 장 본론제 장 본론제 장 본론제 장 본론2222

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1111

기초기술지원기초기술지원기초기술지원기초기술지원1.1.1.1.

가 기술분석가 기술분석가 기술분석가 기술분석....

해외 평막제품 분석해외 평막제품 분석해외 평막제품 분석해외 평막제품 분석(1)(1)(1)(1)

가가가가 샘샘샘샘플 및 분석방법플 및 분석방법플 및 분석방법플 및 분석방법( )( )( )( )

분리막 제조의 를 확보하기 위하여 가장 먼저 해외 평막제품의 분석을know-how

시도하여 가장 많이 알려진 일본 파나소닉 산소 부화막의 샘플로 구조를( )松下電器

분석하였다 분석에 사용된 파나소닉 산소부화막의 외형을 그림 에 나타내었다. 1 .

그림 산소부화 평막형 멤브레인그림 산소부화 평막형 멤브레인그림 산소부화 평막형 멤브레인그림 산소부화 평막형 멤브레인1.1.1.1. 松下電器松下電器松下電器松下電器

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파나소닉 산소부화막의 성능은 일반적으로 면적에 따른 차이는 있으나 산소부화농

도는 최대 로 측정되며 흡입압력은 인 제품으로 사용 소재는30 % -450 mmHg

폴리설폰으로 알려져 있다.

분석에서는 평막의 구조를 그림 및 과 같이 지지체 멤브레인 코팅층으로 구2 3 , ,

분하여 분석을 실시하였다ESCA(Electron Spectroscopy for chemical Analysis) .

우선 실리콘 코팅층의 분석은 그림 과 같은 방법으로 평막의 최상층에 빔ESCA 1

을 조사하여 측정하는 방법으로 실시하였다.

그림 평막의 구조와 실리콘 코팅층의 분석방법그림 평막의 구조와 실리콘 코팅층의 분석방법그림 평막의 구조와 실리콘 코팅층의 분석방법그림 평막의 구조와 실리콘 코팅층의 분석방법2. ESCA2. ESCA2. ESCA2. ESCA

멤브레인 층과 지지체부의 측정은 지지체로부터 멤브레인 부분을 분리하여야 측정

이 가능하게 된다 지제체로부터 멤브레인을 분리하기 위해 테이프 등의 접착물질.

을 평막의 최상층부에 접착시킨 후 다시 빠른 속도로 떼어내면 멤브레인 지지체의

분리가 가능하다 이 때 평막의 최상층부는 접착물질에 붙게 되고 지지체와 접촉하.

고 있는 부분이 떨어지게 되는데 이 새롭게 드러나는 부분에 대한 를 측정하ESCA

게 되면 멤브레인 층에 대한 측정이 가능하다 그리고 그 아랫부분에 위치한 지지.

체에 빔을 조사하게 되면 지지체에 대한 측정 역시 가능하게 된다 이에 대한 사항.

을 그림 에 나타내었다3 .

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그림 지지체와 멤브레인층 박리와 측정 부위그림 지지체와 멤브레인층 박리와 측정 부위그림 지지체와 멤브레인층 박리와 측정 부위그림 지지체와 멤브레인층 박리와 측정 부위3. ESCA3. ESCA3. ESCA3. ESCA

분석분석분석분석결결결결과과과과(2)(2)(2)(2)

가 실리콘 층가 실리콘 층가 실리콘 층가 실리콘 층( )( )( )( )

실리콘 층으로 예상되는 층의 결과는 의 물분율이ESCA carbon, silicon, oxygen

6:2:1 (C6Si2O1 로 나타났다 이는 일반적인) . olydimethylsiloxane (PDMS, S2Si1O2)

의 구조로부터 크게 벗어나는 결과이다 그림 에 의 분자구조를 나타내었. 4 PDMS

다.

그림 의 구조그림 의 구조그림 의 구조그림 의 구조4. PDMS (C4. PDMS (C4. PDMS (C4. PDMS (C2222SiSiSiSi1111OOOO1111))))

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실리콘 층의 결과에서 이 다량 검출된 것은 가교 과정에서 가교제에ESCA carbon

이 포함되어 있는 것으로 생각된다 가교제로 폴리스티렌과 같은 폴리올레carbon .

핀 계열이 사용된 것으로 생각한다면 실리콘에 비하여 의 몰분율 의carbon 1:1

평형을 깨고 실리콘이 배로 측정되는 것에 대한 것은 의문이 남는 부분이다2 .

이러한 점에서 실리콘 층이 계열의 실리콘이 아니라 다른 종류의 실리콘 고PDMS

분자로 구성되었다면 부분적으로 결과가 일치하는 부분을 가상할 수 있다. PDMS

보다 선택도와 투과도가 높은 고분자로 많은 연구가 되었던 실리콘 계열 고분자로

가 있다 여러 자료에도 소개되고 있으나poly(1-trimethylsiliy-1-propyne, PMSP) .

는 산화가 잘 되는 단점이 있으며 산화가 된 경우 분석에서는 약PMSP ESCA 6.6

의 산소함유량을 보인다는 보고도 있다 그러나 상용화가 보고된 바 없으며 제% .

품의 안정성에 문제가 있다고 알려진 를 직접 합성하여 산소부화막을 제조PMSP

할 가능성은 낮다고 판단되며 그러한 점에서는 라는 단정을 내리기는 어렵PMSP

다고 하겠다 이러한 점은 보다 더 깊은 분석이 필요한 부분이라고 할 수 있다 그. .

림 에 의 구조를 나타내었다5 PMSP .

그림 의 구조그림 의 구조그림 의 구조그림 의 구조5. PMSP5. PMSP5. PMSP5. PMSP

나 멤브리인 층나 멤브리인 층나 멤브리인 층나 멤브리인 층( )( )( )( )

폴리설폰 멤브레인층으로 예상되는 층의 결과는ESCA sulfur 5.08 mol%, carbon

로 일반적인 의 구조식과 일치함을 알84.6 mol%, oxyen 10.32 mol% polysulfone

수 있다 그림 에 폴리설폰의 구조식을 나타내었다. 6 .

- 27 -

그림 의 구조그림 의 구조그림 의 구조그림 의 구조6. Polysulfone6. Polysulfone6. Polysulfone6. Polysulfone

다다다다 지지체 층지지체 층지지체 층지지체 층( )( )( )( )

지지체 층에서도 실리콘이 가량 측정이 된 결과가 나왔는데 이는 실험1.58 mol%

의 오차로 판단된다 일반적으로 지지체로 가장 많이 사용되는 것은 섬유 재질의.

부직포이다 멤브레인과 관련된 여러 자료를 종합하여 볼 때 지지체의 재질은 폴리.

에스터 부직포로 생각된다 분석 결과를 종합하여 생각한다면 멤브레인 층은 폴리.

설폰 위에 실리콘 계열 이 얹혀진 구조로microfilter membrane sense membrane

분석된다.

나 기초실나 기초실나 기초실나 기초실험험험험 평막 제조평막 제조평막 제조평막 제조. -. -. -. -

실실실실험험험험 개요개요개요개요(1)(1)(1)(1)

본격 연구에 앞서 기체분리용 중공사막 제조에 앞서 분리막을 개발의 기초적인 실

험요령을 습득하기 위해 폴리술폰 으로 이루어진 평막형 한외여과막(Ultrafiltration

이하 막 위에 실리콘 고무층을 중간층으로 갖고 폴리이미드 층을 활membrane. UF )

성층으로 갖는 복합막을 만들기 위해 시도 하였다 폴리이미드는 높은 선택도. (

를 보이는 반면 투과도가 낮은 단점을 지니고 있다 반면 폴리술폰은 다소>7.0 ) .

낮은 선택도 을 보이지만 높은 투과 속도를 지니는 것으로 알려져 있고 막(~4.0) UF

형성이 용이하다는 장점을 가지고 있다 투과도는 얻는 다는 것은 당연한 얘기이다. .

- 28 -

하지만 고분자 막을 극도로 얇게 만들 시 강도가 떨어져 사용할 수 없는 상황이 된

다 이러한 문제를 극복하기 위해 폴리술폰 막을 지지체로 사용하고 그 위에 매. UF

우 얇은 폴리이미드 층을 도포함으로써 높은 선택도 높은 투과도를 갖는 분리막을

얻고자 하였다 폴리이미드 층을 폴리술폰 막위에 도포할 때 막의 공극을 막. UF UF

아 투과도가 감소하는 현상을 막기 위해 공기의 투과도가 높은 실리콘 고무막을 중

간층으로 사용하였다.

제조 및 원제조 및 원제조 및 원제조 및 원료료료료(2) Dope(2) Dope(2) Dope(2) Dope

현재 질소 산소 분리 기체분리용 중공사막에 사용되는 고분자는 계열- Polysulfone

이 주류이며 연구용으로는 일부 계열도 사용되고 있다 이 중 국내에서polyimide .

구입할 수 있는 제품은 계 고분자인 의 이 대표적이며polysulfone BASF Ultrason

그 외에 사의 등이 사용되고 있으나 가격이 높고 대량구매가 어려워Amoco Udel

대량생산에는 비교적 저렴한 의 이 주로 사용되고 있다 표BASF Ultrason . 1 ~ 2

에 과 의 의 물성을 나타내었다Ultrason S3010 Amoco Udel P3500 .

계열의 고분자로는 상기 평막제조실험에서 이용한 의 이 대표polyimide GE Ultem

적이며 의 나 의 등의 제품이 있으나Piba Polymers Matrimide Imi tech. P84

계열 고분자에 비하여 가격이 대단히 높고 추가적으로 스피너렛 등의polysulfone

설비 변경이 필요하게 되므로 현재 해당업체에서 양산용으로 사용하기에는 부적합

한 면이 있어 본 기술지원과제에서는 평막 제조 및 코팅 등의 실험용에 국한하여

사용하였다.

평막 제조실험의 활성층으로 사용될 포리이미드는 미국 사의GE Plastic UltemⓇ

을 사용하였다 폴리술폰 에는 사의1000 . UF Amodco Polymers Co. Udel 3500Ⓡ

과 이 사용되었다 실리콘 고무 중간층을 만들기 위해서는Radel-R 5000 . DowⓇ

사의 액상 실리콘 고무인 를 사용하였다Corning Co. 2 Sylgard 184 .Ⓡ

- 29 -

표 의표 의표 의표 의 물물물물성표성표성표성표1. BASF Ultrason S30101. BASF Ultrason S30101. BASF Ultrason S30101. BASF Ultrason S3010

UltrasonUltrasonUltrasonUltrasonⓇⓇⓇⓇ

S 3010 naturalS 3010 naturalS 3010 naturalS 3010 natural

- 30 -

표 의표 의표 의표 의 물물물물성표성표성표성표2. Amoco Udel P35002. Amoco Udel P35002. Amoco Udel P35002. Amoco Udel P3500

- 31 -

막을 제조하기 위해 사용된 모든 폴리이미드와 폴리술폰은 에서 하루 이상105℃

건조하여 사용하였다.

분리막 제조시 폴리술폰을 녹이는 유기 용매로는 시약급의 을 별도의 정제 없NMP

이 사용하였다 그 외 모든 유기 용매들도 시약급을 별도의 정제 없이 사용하였다. .

제조공정제조공정제조공정제조공정(3) Dope(3) Dope(3) Dope(3) Dope

의 제조공정은 의 제조의 처음 단계로 원료 고분자와 그리고Dope HFM solvent,

를 혼합하는 과정이다 또는 등의 고분자 소재non-solvent . Polysulfone, polyimide

를 평막 혹은 중공사막으로 가공하기 위하여서는 이와 같이 고분자를 혹은solvent(

와 의 혼합물 에 용해시킨 뒤 이 용액을 캐스팅 혹은 방사의solvent non-solvent )

방법을 이용하여 막으로 제조하게 된다 제조과정에서는 고분자 및. Dope solvent.

그리고 의 조성과 혼합 비율 혼합 순서 등에 따라 최종적으로 생산되non-solvent

는 막의 성질이 좌우되므로 중공사막 생산에 있어 제조단계는 대단히 중요한dope

비중을 갖는다 제조에서 중요한 부분을 차지하는 요소는 고분자의 함량. Dope ,

및 의 조성 그리고 첨가제 등으로 생각할 수 있는데 고분자solvent non-solvent .

의 함량은 의 점도와 관련되어 공정내의 작업성과 고분자막의 형성에 연관이dope

있고 의 조성과 의 첨가 여부 함량 등은 막 형성시 상분리solvent non-solvent /

현상에 영향을 미치게 되므로 고분자막의 기체분리성능에 연관(phase separation)

되어 있으므로 중요한 요소가 된다고 할 수 있다 폴리술폰 막을 만들기 위한 고. UF

분자 용액은 또는 을 농도로 에 녹여Udel Radel-R 20wt%, 25wt%, 30wt% NMP

에서 일 동안 교반하며 녹였다 고분자가 완전히 녹은 후 사이즈의 필터45 7 . 2 m℃ μ

로 거른 후 진공으로 기체제거 후 사용하였다.

- 32 -

막 제조막 제조막 제조막 제조(4) UF(4) UF(4) UF(4) UF

막을 캐스팅하기 위하여 유리 평판위에 폴리에스테르 재질의 멤브레인용 부직포UF

를 입인 후 이것을 막을 캐스팅하기 위한 서포터로 사용하였다 폴리에스테르 부직.

포는 이후 과정에서 분리되지 않고 막과 함께 사용된다UF .

먼저 폴리술폰 용액을 사포터위에 부은 후 캐스팅 나이프 로 용액(gap size 10mil)

을 고르게 도포 하였다 도포가 끝난 후 바로 서포터 전체를 준비하여 둔 응고조에.

부드럽게 침전시켰다 응고조의 온도는 로 조절하였다 응고조에 들어간 고분자. 3 .℃

용액은 즉시 하얀 색의 막을 생성하였다 생성된 막은 응고조 속에서 하루 이상 방.

치하였다 이 때 응고조의 물은 연속적으로 신선한 물로 갈아 주었다 이 과정에서. .

대부분의 가 제거된다 하루가 경과한 후 생선된 막의 수분을 제거하기 위해NMP .

에틸알코올을 한시간 마다 갈아 주면서 네 시간 동안 담아두었다 이 후 무95 % .

수 에틸알코올에 하루 동안 담아두었다 이 때 첫 세시간 동안은 한 시간 마다 무.

수 에틸알코올을 신선한 것으로 갈아 주었다 수분이 제거된 후 에틸알코올을 제거.

하기 위해 헥산을 사용하여 위의 과정을 반복하였다 이에 사용된 평막 제조장치를.

그림 에 나타내었다7 .

용매 치환 과정이 모두 끝난 후 막을 의 건조 오븐에서 한시간 동안 말린UF 60 ℃

후 같은 온도의 진공 오븐에서 하루 동안 건조하였다.

- 33 -

그림 평막제조장치그림 평막제조장치그림 평막제조장치그림 평막제조장치7. (Film Applicator)7. (Film Applicator)7. (Film Applicator)7. (Film Applicator)

- 34 -

실리콘 용액 제조 및 코팅 층 막 제조실리콘 용액 제조 및 코팅 층 막 제조실리콘 용액 제조 및 코팅 층 막 제조실리콘 용액 제조 및 코팅 층 막 제조(5) (2 )(5) (2 )(5) (2 )(5) (2 )

는 용액 상태의 실리콘 고무 전구체로서 두가지 용액으로 이루어져있Sylgard 184

다 하나는 실리콘 주제이고 하나는 경화제이다 실리콘 고무 중간층을 코팅을 위한. .

용액은 실리콘 주제와 경화제를 무게비 로 소량의 헥산에 녹여 만들었다 코10 : 1 .

팅을 위해서는 소량의 혼합 용액을 헥산에 로 희석시킨 후 사용하였다10 % .

희석된 실리콘 용액을 넓은 용기에 옮긴 후 막이 입혀져 있는 서포터 전체를 용UF

액 속에 침적 시킨다는 방식으로 실리콘 중간층을 코팅하였다 침적 시간은 초를. 4

주었다 서포터를 용액으로부터 꺼낸 후 여분의 용액은 서포터를 기울여 줌으로써.

제거하였다 용액이 입혀진 막을 에서 한 시간 동안 경화시킨 후 진공. UF 80 60℃ ℃

오븐에서 건조시키며 하루 동안 경화시켰다.

폴리이미폴리이미폴리이미폴리이미드드드드 층 코팅 층 막 제조층 코팅 층 막 제조층 코팅 층 막 제조층 코팅 층 막 제조(6) (3 )(6) (3 )(6) (3 )(6) (3 )

실리콘 층의 건조가 끝난 후 층의 코팅을 시도하였다 코팅을 위해서Ultem . Ultem

는 스핀 코팅 법을 사용하였다 스핀 코팅을 위해서 을 로- . Ultem 1wt% chloroform

또는 에 녹인 후 필터하여 사용하였다1,2-dichloroethane .

스핀 장치는 실험실용 교반기의 상판을 제거한 후 그것의 회전축에 고정할 수 있는

서포터를 제작하여 그 위에 양면테이프를 이용하여 막을 고정할 수 있도록 제작하

였다 그 장치를 그림 에 보였다. 8 .

용액의 도포가 끝나면 건조 오븐에서 분간 건조 후 같은 온도의 진공Ultem 60 5℃

오븐에서 하루 동안 건조하였다.

- 35 -

그림 스핀 코팅 장치그림 스핀 코팅 장치그림 스핀 코팅 장치그림 스핀 코팅 장치8.8.8.8.

막의 성능 평가막의 성능 평가막의 성능 평가막의 성능 평가(7)(7)(7)(7)

층막과 층막을 원형으로 자른 후 그림 의 구조와 같은 실린더형 가스 투과2 3 9

도 측정 장치에 설치한다 설치가 끝나면 질소와 산소를 각각 흘려 주면서 투과 속.

도를 측정한다 산소의 투과 속도를. Po1 라 하고 질소의 투과 속도를 PN2 라 한다.

기체의 투과 속도가 를 넘는 경우에는 를 사용하100 GPU gas bubble flow meter

여 측정하고 넘지 않는 경우에는 를 사용하였다mass flow controller(MFC) .

분리막의 질소 산소 선택도/ (ao2/N2 = Po2/PN2 는 각각의 기체 투과 속도로부터 계산하)

였다.

- 36 -

그림 기체 분리막의 성능 측정 방식그림 기체 분리막의 성능 측정 방식그림 기체 분리막의 성능 측정 방식그림 기체 분리막의 성능 측정 방식9.9.9.9.

- 37 -

폴리술폰 막의 성능 및폴리술폰 막의 성능 및폴리술폰 막의 성능 및폴리술폰 막의 성능 및 물물물물성성성성(8) UF(8) UF(8) UF(8) UF

폴리술폰 용액으로부터 얻은 막의 성능 평가를 표 에20wt%, 25wt%, 30wt% UF 3

표시하였다 이 중 와 용액으로부터 얻은 내용을 그림 에 비교. 25wt% 30wt% 10

하였다.

표 제막 조건에 따른 폴리술폰 막의 성능표 제막 조건에 따른 폴리술폰 막의 성능표 제막 조건에 따른 폴리술폰 막의 성능표 제막 조건에 따른 폴리술폰 막의 성능3. UF3. UF3. UF3. UF

- 38 -

Type of membraneType of membraneType of membraneType of membrane

그림 폴리술폰 막의 제막 조건에 따른 투과도와 선택도 변화그림 폴리술폰 막의 제막 조건에 따른 투과도와 선택도 변화그림 폴리술폰 막의 제막 조건에 따른 투과도와 선택도 변화그림 폴리술폰 막의 제막 조건에 따른 투과도와 선택도 변화10. UF10. UF10. UF10. UF

- 39 -

표 에서 번의 이란 각 용액 농도로부터 얻은 막에 의미하는3 1, 3,6 Non-Coating UF

것은 실리콘 층을 코팅하기 전의 샘플을 의미한다 번의 은. 2,4,7 2% Coating EtOH

막을 만든 후 건조할 때 헥산으로 용매를 치환하지 않고 에틸알코올 까지만 처리한

샘플을 의미한다 번의 은 막을 건조할 때 용매를 물에. 5,8 2% Coating EtOH & Hx

서 에틸알코올을 거쳐 헥산 까지 처리한 것을 의미한다.

용매로부터 얻은 막의 경우는 막의 물성이 현저히 떨어져서 막의 성능을 측20wt%

정하는데 어려움을 겪었다 물성이 떨어지는 이유로는 용액 내 고분자의 양이 적고.

점도가 낮은 관계로 응고조에서의 상분리 속도가 빨라 거대 공극이 다량 발생하고

밀도가 극히 낮아 물성이 저하되고 기체의 투과도가 측정 범위를 넘을 만큼 높은

것으로 보인다 이와 같이 용액으로부터 얻은 분리막은 물성이 떨어지는 관. 20wt%

계로 차후 실험에서는 사용하지 않았다 이와 달리 와 용액으로부터. 25wt% 30wt%

얻은 분리막은 그 기계적 물성이 사용하기에 충분하였다.

표 과 그림 에서 볼 수 있듯이 막에 실리콘 코팅을 할 경우 선택도가 증가3 10 UF

하는 것을 알 수 있다 이는 막 표면의 결점들을 실리콘 고무 층이 힐링을 하기. UF

때문이다 등은 저항 모델을 통하여 이와 같은 현상을 명확하게 설명하기도. Henis

하였다 이 외에 한가지 눈에 띄는 것은 분리막을 응고조에서 꺼내어 용매를 치환.

하는 과정이 막의 성능에 영향을 미친다는 것이다 그래프에서 볼 수 있듯이 헥산.

으로 처리한 막이 에틸알코올로만 처리한 막에 비해 투과도는 훨씬 높고 반면에 선

택도 많이 떨어지는 것을 확인할 수 있다 이는 용매의 표면 장력 때문인 것으로.

생각된다 이는 등의 셀룰로오스 막을 건조하는 과정에서 관찰된 것과 같. Loeb RO

은 현상으로 용매가 증발하는 과정에서 높은 표면장력을 갖는 용매는 막의 공극을

좁히는 경향이 있기 때문이다 용매의 표면 장력은 물 에틸알코올 헥산 순으로 감. , ,

소하게 된다.

- 40 -

헥산 까지 처리된 막은 헥산의 표면 장력이 매우 낮기 때문에 헥산이 증발하는 과

정에서 공극이 수축되는 일은 거의 없을 것으로 기대된다 따라서 투과도는 매우.

높고 선택도는 떨어진다고 생각된다 반면 알코올로만 처리된 분리막은 알코올의.

표면장력에 의해 공극이 수축되고 따라서 투과도는 감소하고 선택도는 높아지는 결

과를 낳는다.

삼층 복합막의 제조 및 성능삼층 복합막의 제조 및 성능삼층 복합막의 제조 및 성능삼층 복합막의 제조 및 성능(9)(9)(9)(9)

삼층 복합막의 제조를 위해서 위에서 설명한 폴리술폰 막 중에서 용액으UF 25wt%

로 만든 후 에틸알코올과 헥산으로 처리한 막을 중심으로 실험을 하였다. 20wt%

용액으로 만든 막은 물성이 취약하고 투과도가 필요 이상으로 높다는 이유로 제외

되었으며 용액으로부터 만들어진 막은 투과도가 너무 낮아 제외되었다30wt% UF .

실험의 초기에는 묽은 용액을 만들기 위해 를 사용하여 용액을 만Ultem NMP 1%

들어 사용하였다 스핀 속도와 용액 도포 막속도 등을 조절하여 수차례. Ultem UF

시도 하였으나 의 강한 용액 능력이 폴리술폰 막까지 녹이는 결과를 초래하NMP UF

였다 그리고 는 높은 끓는점을 가지고 있어 스핀 코팅 중에도 용매가 날아가. NMP

지 않는 문제점을 가지고 있다 이러한 문제를 해결하기 위해 스핀 코팅 중에 용매.

가 쉽게 증발하도록 끓는점이 낮은 용매를 선택하였다 이러한 용미로는.

과 을 사용하였다 제조된 삼층 복합막의 투과도 실chloroform 1,2-dichloro ethane .

험 결과를 표 에 표시하였다4 .

- 41 -

표 코팅을표 코팅을표 코팅을표 코팅을 마친마친마친마친 삼층 복합막의 성능삼층 복합막의 성능삼층 복합막의 성능삼층 복합막의 성능4. Ultem4. Ultem4. Ultem4. Ultem

표 에서 볼 수 있듯이 층을 코팅하고 나서 삼층 복합막의 선택도는 다소4 Ultem

증가하는 듯 하였으나 투과도가 현저히 감소하였다 이는 과. chloroform

이 비록 낮은 비점을 가지고 있으나 이 두가지 용매 역시 스핀1,2-dichloroethane

코팅 중에 폴리술폰 막을 녹이는 것을 피할 수 없었기 때문이다 이를 확인하기UF .

위하여 층의 코팅 전과 후 막의 주사전자현미경 단면 사진을 확인하였다 그Ultem .

림 에 각 샘플들의 주사전자현미경 사진을 보였다 사진에서 볼 수 있듯이11 .

코팅 전의 막이나 막에는 미세다공성 구조가 잘 형성되어 있Ultem Udel Radel-R

는 것을 볼 수 있다 하지만 또는 을 이용하여. chloroform 1,2-dichloro ethane

막을 코팅한 이후에는 용매에 의해 미세 다공성 구조가 거의 파괴되는 것을Ultem

알 수 있다 미세 다공성 구조 부분이 녹아 내리면서 두꺼운 막을 형성하기 때문에.

코팅 후의 투과도가 크게 감소하는 것으로 보인다.

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코팅 전 막코팅 전 막코팅 전 막코팅 전 막UdelUdelUdelUdel Sample 1Sample 1Sample 1Sample 1

Sample 2Sample 2Sample 2Sample 2 Sample 3Sample 3Sample 3Sample 3

코팅 전 막코팅 전 막코팅 전 막코팅 전 막RadelRadelRadelRadel____RRRR Sample 4Sample 4Sample 4Sample 4

그림 삼층막의 단면 주사현미경 사진그림 삼층막의 단면 주사현미경 사진그림 삼층막의 단면 주사현미경 사진그림 삼층막의 단면 주사현미경 사진11.11.11.11.

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이러한 문제를 해결하기 위해서는 두가지 방법으로 접근을 할 수 있다 첫 번째 방.

법은 이나 에 대해서는 비용매이면서 를 녹일 수 있는 용매의Udel Radel-R Ultem

찾는 것이고 두 번째는 폴리술폰과 같이 제막성이 우수하고 비슷한 품질의 막을UF

만들 수 있으면서도 유기 용매에 대해 저항성을 갖는 다른 고분자를 이용하여 UF

막의 제작을 시도해 보는 것이다.

두가지 방법 중 후자가 보다 가능성이 높은 것으로 기대된다 실질적으로 을. Ultem

녹이는 일반적인 유기 용매는 거의 을 녹이기 때문이다 두 번째 방법을 고려Udel .

할 때 이 제막성이나 유기용매에 대한 저항성이 높을 것으로PAN(polyacrylonitrile)

기대된다 다만 폴리술폰에 비해 같은 농도로 녹일 경우 점도가 매우 높고 또한 기.

체 분리막으로 사용하기에는 다소 브리틀 하다는 단점이 있는데 이 부분에 대한 연

구를 진행하면서 또 다른 폴리술폰 대체 막을 검색해 본다면 좋은 결과를 얻을UF

수 있을 것으로 기대된다.

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생산공정기술 지원생산공정기술 지원생산공정기술 지원생산공정기술 지원2.2.2.2.

산소부화용 의 일반적인 제조공정은 그림 과 같다 제조공정은 크게HFM 12 . Dope

제조공정 방사공정 그리고 후처리공정의 세 부분으로 나누어 생각할 수 있다 먼, , .

저 제조공정은 고분자를 와 의 배합물에 용해시키는 과Dope solvent non-solvent

정이며 방사공정은 준비된 를 방사장치와 을 이용하여 중공사를 제dope Spinneret

조하는 과정이다 후처리공정은 제조된 중공사에서 잔류 용매를 제거하고 표면의.

처리를 위하여 세척과 건조 및 공정을 실시하며 중공사 표면에solvent exchange

을 실시하는 단계를 말한다coating .

가 스피너렛가 스피너렛가 스피너렛가 스피너렛. (Spinneret). (Spinneret). (Spinneret). (Spinneret)

중공사막은 빨대 모양을 가진 막으로 모듈 형태에 있어서 단위부피내의 막 면적율

이 매우 높아 가장 널리 사용되는 막의 형태이다 일반적으로 중공사막의 형태는.

길이 내경 및 외경 등 세 요소로 구분되는데 기체 분리막의 경우 대개 내경 및 외,

경이 각각 또는 정도가 되도록 방사되는 경우가 많다100~200 m 300~500 m .μ μ

이와 같이 빨대 모양의 종공사막을 제조하기 위해서는 특수한 구조의 스피너렛

이라 불리는 방사노즐 장치를 이용하여 제조되며 이의 대략적인 구조를(spinneret)

그림 에 나타내었다 그림 에서 볼 때 고분자용액은 일정 폭을 가진 홀 안으13 . 13

로 주입되고 다시 그 사이에 내부 응고제를 동시에 주입하여 내부의 공극을 즉,

를 형성하게 된다 내부응고제로는 주로 질소 물 알콜 계열 및 이의 혼합물이bore . , ,

주로 사용되며 내경이 타원이거나 찌그러져서는 안된다 생산 중에 중공사가 끊어.

지지 않고 일정한 원형 및 균일한 표면을 가진 중공사막을 제조하기 위하여는 세심

한 주의 및 숙련된 기술을 필요로 한다 해당기업인 주식회사 나노포아에서 사용중.

인 스피너렛의 구조를 그림 에 나타내었다14 .

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그림 산소부화용 제조공정그림 산소부화용 제조공정그림 산소부화용 제조공정그림 산소부화용 제조공정12. HFM12. HFM12. HFM12. HFM

- 46 -

그림 스피너렛의 개략도그림 스피너렛의 개략도그림 스피너렛의 개략도그림 스피너렛의 개략도13.13.13.13.

- 47 -

그림 주 나노포아에서 사용중인 스피너렛의 도면그림 주 나노포아에서 사용중인 스피너렛의 도면그림 주 나노포아에서 사용중인 스피너렛의 도면그림 주 나노포아에서 사용중인 스피너렛의 도면14. ( )14. ( )14. ( )14. ( )

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나 실나 실나 실나 실험험험험방법 및 성능방법 및 성능방법 및 성능방법 및 성능 테테테테스스스스트트트트....

중공사막의 제조중공사막의 제조중공사막의 제조중공사막의 제조(1)(1)(1)(1)

중공사막을 제조하기 위하여 고분자와 를 용해시킨 중공사 제조용 고분자solvent

용액을 내부의 기체를 완전히 탈포하는 전처리를 한 후 가압 하에서 기어 펌프를

통해 중공사 방사 노즐에 일정량씩 공급하였다 중공사의 제조는 해당기업에서 보.

유하고 있는 중공사 제조 을 이용하였으며 제조공정은 로부터 노Pilot Water Tank

즐에 공급된 비용매인 물과 함께 스피너렛을 통해 방사되고 응고조에서 상전이 공,

정을 통해 중공사로 형성된 후 세척되고 권취기에 권취되어 제조된다 이러한 방법.

으로 제조된 중공사는 수세하여 잔류 용매를 제거한 후 미량의 잔류 용매에 의한

효과를 제거하기 위하여 메탄올과 물을 으로 혼합한 용액에 시간동안 담50:50 24

가 를 실시한 뒤 건조 오븐에 시간동안 건조하였다solvent exchange 50 24 .℃

중공사막 성능중공사막 성능중공사막 성능중공사막 성능 테테테테스스스스트트트트(2)(2)(2)(2)

중공사막의 경우에는 제조된 중공사막의 기체투과 특성을 측정하기 위해 각각의 샘

플이 되는 중공사막별로 테스트용 멤브레인 모듈을 제작하여 성능 테스트를 실시하

였다 테스트용 멤브레인 모듈의 제작은 일정 크기의 원통형 파이프를 하우징으로.

하여 각각의 샘플 중공사를 약 가닥을 삽입한 후 하우징 크기에 맞게 절단하30~50

여 준다 이후 테스트용 멤브레인 모듈의 양 말단을 에폭시 수지를 이용하여.

을 실시하여 테스트용 멤브레인 모듈의 제작이 완료된다 이렇게 제조된 테potting .

스트용 멤브레인 모듈은 그림 와 같은 원리의 장치를 이용하여 성능을 테스트하9

게 된다 측정에 사용된 기체는 순수한 질소 및 산소이며 테스트용 멤브레인 모듈.

의 투과도와 선택도를 측정하였다.

- 49 -

다다다다 및 의 토출량및 의 토출량및 의 토출량및 의 토출량. Dope Core. Dope Core. Dope Core. Dope Core

내 고분자의 함량내 고분자의 함량내 고분자의 함량내 고분자의 함량(1) Dope(1) Dope(1) Dope(1) Dope

해당업체에서 사용되던 의 조성은 의 함량이 였으나 최적의Dope PSf 25 wt %

함량을 찾기 위하여 실험을 실시하였다 용액은 물 를 으Dope . Core + MeOH 7:3

로 혼합한 용액을 사용하였으며 내의 함량은 로 변화시켜가며dope PSf 25~33 %

중공사를 제조하여 투과도를 측정하였다 함량이 이하인 경우는 중공사. PSf 25 %

막의 선택도가 거의 없으며 이상인 경우는 고분자 을 에 용해35 % pellet solvent

시키는 시간이 지나치게 오래 걸리는 관계로 현실성이 없어 배제하였다.

이의 결과를 그림 에 나타내었다 산소의 투과도와 분리도 양자를 고려한다15~16 .

면 의 고분자 함량을 가지는 에서 가장 높은 성능의 산소부화막이28 wt % dope

제조되었다고 할 수 있다.

그림 과 같은 결과는 의 할량이 보다 적을 경우 내의16 PSf 28 wt % dope PSf

가 방사공정 중에서 응고액에 의해 보다 치밀도가 낮은 를 형성하게 되고skin layer

의 함량이 를 넘게 되면 상대적으로 보다 치밀도가 높은 를PSf 28 wt % skin layer

형성한다고 해석할 수 있다 단 의 함량이 를 넘는 경우 제조된 막의. . PSf 28 wt %

두께가 보다 두꺼워지게 되며 이로 인하여 제조된 막의 내부에 부분적으로 존재하

던 등이 후처리 공정에서 완전히 제거되기 어려워지므로 막의solvent skin layer

에 부분적으로 를 만드는 것으로 생각된다defect .

다른 고분자 함량에서보다 함량 일 때 우수한 산소부화 특성을 보이PSf 28 wt %

며 이 경우 의 조성 변화 및 기타 방사조건의 변화를 통하여 보다Core Solution

더 우수한 산소부화특성을 얻을 수 있을 것으로 기대할 수 있다 완성된 의. dope

모습을 그림 에 나타내었다17 .

- 50 -

contents of Polysulfone(wt%)contents of Polysulfone(wt%)contents of Polysulfone(wt%)contents of Polysulfone(wt%)

그림 내 함량에 따른 산소투과도그림 내 함량에 따른 산소투과도그림 내 함량에 따른 산소투과도그림 내 함량에 따른 산소투과도15. Dope Polysulfone15. Dope Polysulfone15. Dope Polysulfone15. Dope Polysulfone

- 51 -

contents of Polysulfone(wt%)contents of Polysulfone(wt%)contents of Polysulfone(wt%)contents of Polysulfone(wt%)

그림 내 함량에 따른 선택도그림 내 함량에 따른 선택도그림 내 함량에 따른 선택도그림 내 함량에 따른 선택도16. Dope Polysulfone16. Dope Polysulfone16. Dope Polysulfone16. Dope Polysulfone

- 52 -

그림 완성된 의 모습그림 완성된 의 모습그림 완성된 의 모습그림 완성된 의 모습17. Dope17. Dope17. Dope17. Dope

- 53 -

토출량의 변화토출량의 변화토출량의 변화토출량의 변화(2)(2)(2)(2)

가 토출량의가 토출량의가 토출량의가 토출량의 결결결결정정정정( )( )( )( )

해당기업의 중공사 방사장치에 사용중인 스피너렛의 토출부분 노즐의 단면적dope

및 용액 토출되는 노즐의 단면적 을 기준으로 다음의 방법으로 각각(Sd ) core (Sc)

의 토출량인 및 를 결정하였다d c .� �

= (� �× )×� �

및 의 토출량: dope core solution (g/min)�

중공사의:�

및 토출 노즐의 단면적: dope core solution (cm�2)

및 의 밀도: dope core solution (g/cc)�

나 토출량 변화에 따른 성능변화나 토출량 변화에 따른 성능변화나 토출량 변화에 따른 성능변화나 토출량 변화에 따른 성능변화( ) HFM( ) HFM( ) HFM( ) HFM

내의 고분자 함량이 높아지는 경우에는 의 점도 역시 따라서 상승하기Dope dope

때문에 가 적은 양이 를 기준으로 한 조건에서는c Sd/Sc d/ c=33/1 dope� � �

의 충분한 응고가 이루어지지 않기 때문에 방사 중 중공사가 끊어지는 현상이 발생

하여 지속적인 방사가 불가능하게 된다 의 토출량까지는 중공사의 내. d/ c=5/1� �

부 중공이 찌그러지게 되어 중공사로서 사용할 수 없는 상태가 되었다.

의 증가는 의 토출량에 비하여 의 토출량이 증가하는d/ c dope core solution� �

것을 의미하는데 이 경우 를 방출하는 노즐에서의 압력이 증가하여core solution

중공사의 크기가 전체적으로 증가하는 경향이 있으며 의 조건에서는d/ c=5/1� �

적당한 크기의 중공사막을 제조할 수 있었다 토출량 변화에 따른 중공사막의 크기.

변화를 표 와 그림 에 나타내었다5 18~19 .

- 54 -

일반적으로 분리도가 미만일때는 중공사막 표면에 큰 가 있기 때문으a=2 defect

로 알려져 있다 의 조건에서 제조된 중공사막은 모두 분리도. d/ c=20/1~5/1� �

가량의 성능을 나타내는데 이는 부족에 의한 중공사막 표면의 불균일a=1~1.5 c�

응고에 기인한 의 형성 때문으로 분석된다defect .

표 및 토출량 변화에 따른 중공사막표 및 토출량 변화에 따른 중공사막표 및 토출량 변화에 따른 중공사막표 및 토출량 변화에 따른 중공사막 크크크크기 변화기 변화기 변화기 변화5. Dope core solution5. Dope core solution5. Dope core solution5. Dope core solution

Vt(m/min)Vt(m/min)Vt(m/min)Vt(m/min) Qd/Qc(g/min)Qd/Qc(g/min)Qd/Qc(g/min)Qd/Qc(g/min) OD/ID ( m)OD/ID ( m)OD/ID ( m)OD/ID ( m)μμμμ

10 5/1 403/316

20

33/1

20/1

10/1

5/1

2/1

(-)

473/198

491/192

488/244

530/315

- 55 -

QdQcQdQcQdQcQdQc

그림 토출량 변화에 따른 중공사막의 선택도그림 토출량 변화에 따른 중공사막의 선택도그림 토출량 변화에 따른 중공사막의 선택도그림 토출량 변화에 따른 중공사막의 선택도18.18.18.18.

- 56 -

QdQcQdQcQdQcQdQc

그림 토출량 변화에 따른 중공사막의 투과도그림 토출량 변화에 따른 중공사막의 투과도그림 토출량 변화에 따른 중공사막의 투과도그림 토출량 변화에 따른 중공사막의 투과도19.19.19.19.

- 57 -

라라라라 및 온도 변화및 온도 변화및 온도 변화및 온도 변화. Air Gap Coagulation Bath. Air Gap Coagulation Bath. Air Gap Coagulation Bath. Air Gap Coagulation Bath

변화변화변화변화(1) Air Gap(1) Air Gap(1) Air Gap(1) Air Gap

이 방사에 있어 의미를 갖는 이유는 이 증가함에 따라 기체와 접Air gap air gap

촉하는 외표면에 비하여 내표면측은 응고시간이 증가하게 되는데 이 경우 의dope

고분자가 가 비교적 풍부한 내표면측으로 이동하게 되어 외표면이solvent porous

하게 되는 결과를 가져오게 된다 일반적으로 실험적 용도가 아닌 생산에 사용되는.

는 점도가 매우 크기 때문에 고분자의 표면간 이동이 상대적으로 적게 되므dope

로 외표면의 변화는 알려진 것 보다는 적은 것으로 나타나게 된다 그러나 중공사.

막의 내표면에서는 사이에서 토출되는 미응고상태의 중공사막이 방사시의air gap

자체 연신 효과에 의해 단면적이 감소하게 되기 때문에 같은 에서라도 실제c�

가 증가하는 효과가 발생하게 되어 중공사막의 내부 중공부의 내부수압이 증가c�

하게 되고 응고 초기의 중공사의 단면적이 다시 확대되며 내표면의 의, skin layer

발생이 늘어나게 되며 이러한 가 보다 큰 로 확대됨에 따라 내표leak , leak defect

면의 가 증가하게 되는 것으로 해석할 수 있다defect .

의 변화 실험 결과 이 미만인 경우 중공사의 방사성이 대Air gap air gap 20 cm

단히 떨어지며 생산된 중공사는 발생에 의해 선택도는 낮고 투과도는 대단히leak

높은 결과를 가져왔다 실험결과에 따르면 의 적정높이는 가량으로. Air Gap 30 cm

나타났다 이의 결과를 그림 에 방사장치의 에서의. 20~21 , Spinneret Stage air

의 높이를 그림 에 나타내었다gap 22 .

- 58 -

Air Gap(cm)Air Gap(cm)Air Gap(cm)Air Gap(cm)

그림 변화에 따른 중공사막의 선택도그림 변화에 따른 중공사막의 선택도그림 변화에 따른 중공사막의 선택도그림 변화에 따른 중공사막의 선택도20. Air Gap20. Air Gap20. Air Gap20. Air Gap

- 59 -

Air Gap(cm)Air Gap(cm)Air Gap(cm)Air Gap(cm)

그림 변화에 따른 중공사막의 투과도그림 변화에 따른 중공사막의 투과도그림 변화에 따른 중공사막의 투과도그림 변화에 따른 중공사막의 투과도21. Air Gap21. Air Gap21. Air Gap21. Air Gap

- 60 -

그림 방사장치의 에서의그림 방사장치의 에서의그림 방사장치의 에서의그림 방사장치의 에서의22. Spinneret Stage Air Gap22. Spinneret Stage Air Gap22. Spinneret Stage Air Gap22. Spinneret Stage Air Gap

- 61 -

외부응고액 온도외부응고액 온도외부응고액 온도외부응고액 온도(2)(2)(2)(2)

내에서 방사된 중공사와 접촉하게 되는 응고액의 온도는 중공사Coagulation Bath

의 응고온도에 직접적인 영향을 미치게 된다 응고온도는 과정 중의. demixing

과 에 많은 영향을 미치는데 응고액의 온도가 낮아지게nucleation nuclei growth

되면 에 유리하며 응고액의 온도가 높다면 에 유리하게nucleation nuclei growth

된다 따라서 응고액의 온도가 높아지게 되면 보다 가. , nucleation nuclei growth

우세하기 때문에 상대적으로 큰 크기의 의 분포가 많아지게 되며 이로 인해nuclei

막 표면층이 상대적으로 한 결과를 가져오게 된다 이는 기체의 유로가 많porous .

아지는 것을 의미하여 투과도는 증가하나 선택도는 감소하는 결과를 가져온다.

의 조성을 의 조건으로 하고Core Solution MeOH : Water = 75 : 25

내에 있는 응고액인 물의 온도를 로 변화시켰을 때Coagulation Bath 25~60 ℃

외부응고액 에서는 산소와 질소의 분리도가 매우 낮고 응고액의 온도가60 25℃

인 경우에서는 상대적으로 투과도가 낮게 나타났다 이의 결과를 그림. 23~24℃

에 나타내었으며 해당기업의 중공사 방사 에서 의 온도를Pilot Coagulation Bath

조절하는 조절유닛을 그림 에 나타내었다25 .

- 62 -

Coagulation Bath Temperature( )Coagulation Bath Temperature( )Coagulation Bath Temperature( )Coagulation Bath Temperature( )℃℃℃℃

그림 응고액온도의 변화에 따른 중공사의 선택도그림 응고액온도의 변화에 따른 중공사의 선택도그림 응고액온도의 변화에 따른 중공사의 선택도그림 응고액온도의 변화에 따른 중공사의 선택도23.23.23.23.

- 63 -

Coagulation Bath Temperature( )Coagulation Bath Temperature( )Coagulation Bath Temperature( )Coagulation Bath Temperature( )℃℃℃℃

그림 응고액온도의 변화에 따른 중공사의 투과도그림 응고액온도의 변화에 따른 중공사의 투과도그림 응고액온도의 변화에 따른 중공사의 투과도그림 응고액온도의 변화에 따른 중공사의 투과도24.24.24.24.

- 64 -

그림 중공사 제조 기기의 응고조 온도 조절장치그림 중공사 제조 기기의 응고조 온도 조절장치그림 중공사 제조 기기의 응고조 온도 조절장치그림 중공사 제조 기기의 응고조 온도 조절장치25. Pilot25. Pilot25. Pilot25. Pilot

- 65 -

마마마마 변화변화변화변화. Core Solution. Core Solution. Core Solution. Core Solution

용 선정용 선정용 선정용 선정(1) Core Solution Solvent(1) Core Solution Solvent(1) Core Solution Solvent(1) Core Solution Solvent

기계분리용 고분자막의 제조에 사용되는 와 한외여과막 제조에 사용되는dope

는 각각 다음과 같은 특징이 있다고 알려지고 있다dope .

표 기체분리막 제조용 과 한외여과막 제조용 의 특표 기체분리막 제조용 과 한외여과막 제조용 의 특표 기체분리막 제조용 과 한외여과막 제조용 의 특표 기체분리막 제조용 과 한외여과막 제조용 의 특징징징징6. dope dope6. dope dope6. dope dope6. dope dope

구분구분구분구분 기체분리막기체분리막기체분리막기체분리막 dopedopedopedope 한외여과막한외여과막한외여과막한외여과막 dopedopedopedope

응고가 이하2 3~7

Total Solid Content 30 wt% 17 wt%

점도 (at 70 )℃ 이상50,000 cps 2,000 cps

기체분리막 제조용 는 점도가 높은 를 공극의 조밀화 억제를 위해 즉시dope dope

응고시켜야 하므로 의 응고가가 낮을수록 중에서non-solvent non-solvent dope

가 신속하게 되어 의 조밀화가 덜 발생하며 또한 거대공극의 형성이gelation gel

감소된다 반면 한외여과막 제조용 는 비교적 저점도의 특성을 보이기 때문. dope

에 의 무르게 되며 이의 강도를 증가시키기 위해 전에 조밀화를 부여gel gelation

하기 위해 시간이 필요하기 때문에 높은 응고가가 요구된다.

응고가 측정용 는 각 의 를 측정하여 선정하였다solvent solvent solvent power .

에 대한 강한 비용매와 약한 비용매는 다음의 식을 이용하여 계산하였Polysulfone

다.

- 66 -

(calΔδ0.5/cm

1.5) = (δnon-solvent - δpolymer), δpsf = 10.55

일반적으로 인 경우를 강한 비용매라 하며 그 이하인 경우를 약한 비용> ±6Δδ

매라고 한다 에 대한 각 의 값을 표 에 나타내었다. Polysulfone solvent 7 .Δδ

표 에 대한표 에 대한표 에 대한표 에 대한 각각각각 의의의의 값값값값7. Polysulfone solvent7. Polysulfone solvent7. Polysulfone solvent7. Polysulfone solvent ΔδΔδΔδΔδ

SolventSolventSolventSolvent ΔδΔδΔδΔδ 비고비고비고비고

AA

dioxane

NMP

THF

FA

MeOH

EG

-0.45

-0.55

0.75

-1.45

1.55

3.95

4.05

약한 비용매

formamide

water

8.65

12.85강한 비용매

응고가 측정용 용액은 방사용 를 배 희석한 용액을 사용하였으며 응고액으dope 7 ,

로는 수용액을 사용하였다 응고가측정은 측정온solvent : water = 5 : 95 (wt%) .

도 에서 응고가 측정용 용액을 약 취한 후 응고액을 넣으면서 현탁시점25 15 g℃

의 응고액부피를 측정하여 다음의 식으로 계산하였다 다음 식으로 계산된 각.

수용액의 응고가를 표 에 나타내었다solvent 8 .

- 67 -

coagulation value (cc/g)=volume of non-solvent (cc)

weight of dope (g)

표표표표 각각각각 수용액의 응고가수용액의 응고가수용액의 응고가수용액의 응고가8. Solvent8. Solvent8. Solvent8. Solvent

SolventSolventSolventSolvent Coagulation Value (cc/g)Coagulation Value (cc/g)Coagulation Value (cc/g)Coagulation Value (cc/g)

THE, NMP

acetone, 1,4-dioxane

MeOH, EtOH, EG

formamide, acetic acid

formic acid, water

0.91

0.85

0.80

0.75

0.69

변화에 따른 중공사막의 성능변화변화에 따른 중공사막의 성능변화변화에 따른 중공사막의 성능변화변화에 따른 중공사막의 성능변화(2) Core Solution(2) Core Solution(2) Core Solution(2) Core Solution

와 를 으로 사용하였을 때 투과도가 높게 나타난 반면THF NMP core solution EG.

등을 으로 사용하였을 때는 투과도가 낮아지는FA. Water, MeOH core solution

현상이 일어났다.

가 노즐을 빠져나와 에 저장된 응고액과 접촉할 때Dope coagulation bath dope

와 의 계면에서의 는 다음의 식으로non-solvent diffusion coefficient Tyn-Calus

계산할 수 있으며 그 결과는 다음과 같다.

DAB = 8.93 × 10-8

(VB0.267

/VA0.433

)(T/ηB)(σB/σA)0.15

DAB diffusion coefficeint of liquid A in pure liquid B

V molar volume (cc/mol)

T temperature ( )℃

η viscosity (cps)

σ surface tension (dyne/cm2)

- 68 -

중의 와 는 에 대해 약한 비용매이며 응고력core solution THF NMP polysulfone

도 낮고 JNS/JS 도 상당히 낮은 편이다 따라서 의 응고속도가 빠르지 아. dope ksg

보다는 에 보다 유리하게 되어 가 있는 내부 이 형nucleation growth defect skin

성되기 때문에 때문에 외부 을 통과한 기체의 흐름에 장애가 없어 높은 투과도skin

를 보이는 것으로 판단된다 반면 중의 는. core solution EG, FA, Water

에 대해 강한 비용매이며 응고력도 높고polysulfone JNS/JS 도 상당히 높다 따라.

서 의 응고속도가 빠르게 되어 가 없는 내부 이 형성되기 때문dope defect skin

에 외부 을 통과한 기체의 흐름에 장애가 발생하여 투과도의 감소로 연결되는skin

것으로 판단된다 또한 의 경우는 와 의 경우. MeOH, AA, dioxane THF NMP EG,

의 경우에서 응고력 또는FA, Water solvent power, JNS/JS 의 변화에 의해 dope

의 응고속도가 변화하여 중공사 내부의 변화에 따라 산소투과도가 낮아지거나skin

산소 질소 분리도가 증가 또는 감소한 것으로 판단된다/ .

표 여표 여표 여표 여러러러러 와와와와 간간간간의의의의9. solvent non-solvent diffusion coefficent9. solvent non-solvent diffusion coefficent9. solvent non-solvent diffusion coefficent9. solvent non-solvent diffusion coefficent

- 69 -

표표표표 각각각각 의의의의 물물물물성성성성10. solvent10. solvent10. solvent10. solvent

- 70 -

의 선정의 선정의 선정의 선정(3) Core Solution(3) Core Solution(3) Core Solution(3) Core Solution

으로 사용될 의 에 대한 응고력을 기준으로 하여 표Core Solution solvent dope

과 같은 비용매를 선정하였다11 .

표 에 대한표 에 대한표 에 대한표 에 대한 각각각각 의 와 응고가의 와 응고가의 와 응고가의 와 응고가11. Polysulfone solvent11. Polysulfone solvent11. Polysulfone solvent11. Polysulfone solvent ΔδΔδΔδΔδ

SolventSolventSolventSolvent ΔδΔδΔδΔδ 응고가응고가응고가응고가

Dioxane -0.55 0.85

NMP 0.75 0.91

MeOH 3.95 0.80

강한 비용매의 경우 의 응고속도가 빠르게 진행되어 매우 치밀한 층이dope skin

형성되어 투과도의 저하가 예상되므로 사용 대상에서는 제외하였다 실험결과. core

조성의 성분으로 보다 약한 비용매인 과 를 사용한 경우solution dioxane NMP

의 응고속도가 빠르지 않아 보다 치밀도가 낮은 를 갖는 막을 형성dope skin layer

시켜 높은 투과도를 보이지만 산소 질소 분리도는 낮아지는 것으로 생각된다 반면/ .

중에 를 사용한 경우 보다 응고력이 높아 의 응고속도가core solution MeOH dope

빠르게 되어 보다 치밀도가 높은 를 갖는 막을 얻을 수 있었고 산소 질소skin layer /

의 분리도와 투과도가 조화된 막을 얻을 수 있는 장점이 있었다.

방사조건의 변화방사조건의 변화방사조건의 변화방사조건의 변화(4)(4)(4)(4)

조성을 로 고정하고 을Dope PSf/THF/NMP = 28/36/36 (wt%) core solution

로 고정한 상태에서 를 에서 로 일정MeOH/Water = 70/30 (wt%) d/ c 2.3 1.5� �

한 를 유지하며 를 증가시키면 투과도는 소폭 낮아지나 질소 산소 분리도는d c /� �

조금 높아지는 경향을 보인다.

- 71 -

이것을 의 토출량이 증가하면서 이 중공사막core solution core solution skin layer

에 보다 균일하게 영향을 미쳐 를 줄여주기 때문으로 해석된다defect . d/ c <� �

이하의 값에서는 유사한 투과도와 분리도를 보였다 이의 결과를 표 및 그1.9 . 12

림 에 나타내었다26 .

의 조성에서는 위의 조성에서 로Dope PSf/THF/NMP/EtOH = 28/34/34/4 (wt%)

인 를 소량 추가하면 혼합시간이 길어지는 단점이 있지만non-solvent EtOH dope

제조후 투입시 상분리가 일어나는 위험이 없어지는 장점이 있다non-solvent .

이렇게 제조되어 건조과정을 거친 중공사막의 모습을 그림 에 나타내었다27 .

- 72 -

표 조성변화에 따표 조성변화에 따표 조성변화에 따표 조성변화에 따라라라라 제조된 막의 투과도 및 선택도제조된 막의 투과도 및 선택도제조된 막의 투과도 및 선택도제조된 막의 투과도 및 선택도12. Core Solution12. Core Solution12. Core Solution12. Core Solution

내내내내 은은은은 수용액수용액수용액수용액(Dope PSf 28 wt(Dope PSf 28 wt(Dope PSf 28 wt(Dope PSf 28 wt%%%%, Core Solution ), Core Solution ), Core Solution ), Core Solution )

수용액수용액수용액수용액(1) Me(1) Me(1) Me(1) MeOOOOHHHH

MeOHMeOHMeOHMeOH content (wtcontent (wtcontent (wtcontent (wt%%%%)))) 90%90%90%90% 80%80%80%80% 70%70%70%70% 60%60%60%60% 50%50%50%50%

O2 Selectivity 3.4 3.1 2.4 2.1 1.2

O2 Permeability(GPU) 1.7 8 29 26 53

수용액수용액수용액수용액(2) Dioxane(2) Dioxane(2) Dioxane(2) Dioxane

MeOHMeOHMeOHMeOH content (wtcontent (wtcontent (wtcontent (wt%%%%)))) 15%15%15%15% 30%30%30%30% 40%40%40%40% 50%50%50%50%

O2 Selectivity 2.9 1.1 1.1 1.0

O2 Permeability(GPU) 1.6 16 28 52

수용액수용액수용액수용액(3)(3)(3)(3) NNNNMPMPMPMP

NMPNMPNMPNMP content (wtcontent (wtcontent (wtcontent (wt%%%%)))) 5%5%5%5% 15%15%15%15% 25%25%25%25% 50%50%50%50%

O2 Selectivity 1.8 1.7 1.2 1.1

O2 Permeability(GPU) 0.6 14 22 49

- 73 -

OOOO2222 SelectivitySelectivitySelectivitySelectivity

그림 변화에 따른 막의 투과도와 선택도의 변화그림 변화에 따른 막의 투과도와 선택도의 변화그림 변화에 따른 막의 투과도와 선택도의 변화그림 변화에 따른 막의 투과도와 선택도의 변화26. c26. c26. c26. c����

- 74 -

그림 방사 후 건조된 중공사의 모습그림 방사 후 건조된 중공사의 모습그림 방사 후 건조된 중공사의 모습그림 방사 후 건조된 중공사의 모습27.27.27.27.

- 75 -

바바바바 후처리공정후처리공정후처리공정후처리공정....

의 영향의 영향의 영향의 영향(1) Solvent Exchange(1) Solvent Exchange(1) Solvent Exchange(1) Solvent Exchange

평막 대상의 실험에서 얻은 결과와 같이 후처리공정이 기체분리막에 미치는 영향은

대단히 큰 부분이다 해당업체에서도 생산된 중공사막의 후처리로 처리 후. EtOH

건조하는 형태를 보이고 있었는데 이는 막 표면 구조의 영향에 대한 의미가 있는

것으로 용매 후처리 없이 건조된 막의 경우 막의 결정구조의 입자가 처리를EtOH

한 막의 경우보다 커지게 되는데 이는 상대적으로 낮은 표면장력을 가지는 용매의

존재 하에서 건조함으로서 건조시 가 적게 작용하여 막의 표면capillary pressure

층에 존재하는 미세한 기공들의 붕괴 현상이 적게 되고 이로 인하여 에, skin layer

존재하에 되는 입자 또는 전체적인 구조의 크기가 표면장력이 큰 용매 존재 하에서

건조할 때보다 작게 나타나는 것이다.

막 제조 후 건조시에는 건조공정에서 발생하는 에 의해 막의large capillary action

구조 및 물성이 크게 변화될 가능성이 존재한다 특히 크기가 작은 에서 이러. , pore

한 가능성이 매우 큰데 이것은 비대칭막의 최상위구조층 하부의 에서 많이 발pore

생하여 막의 조밀화를 일으킬 수 있다.

가운데 물이 충진되어 있는 경우 물이 에서 천천히 제거되어 의 형pore pore pore

태가 오그라들어 표면층이 조밀해지거나 가 낮고 표면장력이 낮은 로b.p solvent

막 내의 물을 치환하는 경우 가 막에서 빠르게 제거되기 때문에 의solvent pore

형태가 그대로 유지될 수 있다 이 때 치환용 로 사용될 수 있는 것은 표면. solvent

장력과 극성이 낮고 물과의 혼합이 잘 될 수 있는 등이 좋EtOH, MeOH, hexane

다.

- 76 -

후처리 공정의 영향후처리 공정의 영향후처리 공정의 영향후처리 공정의 영향(2)(2)(2)(2)

코팅 공정 및 과정 없이 그대로 건조시킨 중공사막은 일반적으solvent exchange

로 이상의 높은 투과도를 가지며 선택도는 부근으로 거의 분리막의 기100 GPU 1

능을 하지 못한다 중공사막에 대한 후처리 공정의 효과를 확인하기 위하여 위와.

같이 제조된 중공사막을 다음과 같은 세 가지 방법으로 후처리를 실시하여 결과를

분석하였다.

에 시간 처리하여 건조MeOH 24①

용액에서 시간 처리하여 건조Hexane+Silicon(5wt%) 24②

제조 후 처리 없이 바로 건조③

번의 경우와 같이 처리하지 않고 용액 처리를 한 중공사MeOH hexane+silicon②

막은 투과도의 감소를 보였으며 산소 질소 선택도가 크게 증가하는 결과를 얻었다/ .

이러한 현상은 이 막의 표면에 얇은 층을 형성하여 중공사막 표면hexane+Silicon

이 코팅된 효과를 냄과 동시에 중공사막 표면에 존재하는 를defect

이 보완하여 이러한 결과를 가져온 것으로 분석된다Hexane+Silicon .

번의 경우와 같이 제조 후 별도의 후처리 없이 바로 건조한 중공사막과 번의③ ①

경우와 같이 수용액에 시간 처리한 중공사막을 비교한다면 투과도의 경MeOH 24

우 수용액에 처리한 중공사막이 선택도의 경우에는 후처리 없이 건조한 중MeOH ,

공사막이 높은 경향을 보였다 이는 중공사막의 건조과정중에서 표면에 있는.

가 물의 증발이 이루어지며 수축되어 어느 정도 가 감소하였기 때문defect defect

으로 해석된다 이의 결과를 그림 에 중공사막의 단면 사진을 그림. 28 , SEM 29

에 제조 및 후처리가 완료되어 보빈에 감은 중공사의 모습을 그림 에 나타내었, 30

다.

이의 결과에 따라 해당기업의 중공사 생산 후 후처리는 처리후MeOH

용액 처리를 하는 것으로 공정을 수정하여 사용하였다hexane+silicon .

- 77 -

OOOO2222 SelectivitySelectivitySelectivitySelectivity

그림 후처리조건의 변화에 따른 중공사막의 성능변화그림 후처리조건의 변화에 따른 중공사막의 성능변화그림 후처리조건의 변화에 따른 중공사막의 성능변화그림 후처리조건의 변화에 따른 중공사막의 성능변화28.28.28.28.

- 78 -

그림 제조된 중공사막의 단면 사진그림 제조된 중공사막의 단면 사진그림 제조된 중공사막의 단면 사진그림 제조된 중공사막의 단면 사진29. SEM29. SEM29. SEM29. SEM

- 79 -

그림 완성 후 보빈에 감긴 중공사의 모습그림 완성 후 보빈에 감긴 중공사의 모습그림 완성 후 보빈에 감긴 중공사의 모습그림 완성 후 보빈에 감긴 중공사의 모습30.30.30.30.

- 80 -

공정내 문제점 개선공정내 문제점 개선공정내 문제점 개선공정내 문제점 개선3.3.3.3.

해당기업인 주식회사 나노포아의 중공사막 제조공정에서는 전술한 바와 같이 여러

문제점이 존재하였는데 본 기술지원과제에서는 해당기업에서 양산공정 도입을 하기

위한 기술축적단계로 이러한 기술적 문제점을 해소하는데 주력하였다.

가 시스템 내 발생가 시스템 내 발생가 시스템 내 발생가 시스템 내 발생. Bubble. Bubble. Bubble. Bubble

(1) Core Bubble(1) Core Bubble(1) Core Bubble(1) Core Bubble

발생 현상은 중공사 방사 중 스피너렛의 방출 노즐에Core Bubble core solution

서 기포를 발생시키며 일시적으로 이 나오지 않는 현상으로 이러한core solution

현상이 일어나면 방사 중인 중공사가 끊어지거나 일정하지 않은 모양을 가진 중공

사가 생산되어 공정을 중단해야 하는 경우가 발생하게 된다.

초기에 이의 원인으로 제시된 것은

이송공정의 문제점Core Solution①

중공사 생산중 발생에 의한 발생leak Bubble②

등으로 이의 해결의 위하여 의 이송공정 개선을 목적으로 스피너렛core solution

전단에 를 도입하였다 차로 사의flowmeter/flow controller . 1 Cole-Palmer

를 도입하여 사용하였으나 발생문제가 해결되지 않아flowmeter bubble controller

기능이 있는 사의 를 스피너렛 전단의 밸브로 부착하여 생산Parker metering valve

을 실시하였으나 발생문제는 해결되지 않는 문제점이 있었다bubble . Cole-Palmer

사의 와 사의 를 그림 에 나타내었다flowmeter Parker metering valve 31 .

- 81 -

그림 및그림 및그림 및그림 및31. Cole-Palmer flowmeter( ) Parker Metering Valve31. Cole-Palmer flowmeter( ) Parker Metering Valve31. Cole-Palmer flowmeter( ) Parker Metering Valve31. Cole-Palmer flowmeter( ) Parker Metering Valve上上上上

- 82 -

위와 같은 문제점으로 두 가지 방법의 경우 유체가 노즐 형태의 밸브 부분을 통과

하면서 압력강하가 심하다는 진단을 하고 다음과 같은 문제점을 주된 원인으로 진

단하였다.

밸브 통과시 압력 강하①

토출량 불일정Core Solution②

이의 해결을 위하여 생산이 지속되는 시간 동안 의 정량을 스피너렛core solution

으로 이송하여 줄 방법으로 펌프를 도입하였다 펌프의 사용으로 고압HPLC . HPLC

으로 스피너렛 전단으로의 용액 이송이 가능하게 되었으며 정량의 core solution

의 이송이 가능하게 되어 부분에서의 문제를 해결하였다 공정에 도입core bubble .

한 펌프의 모습을 그림 에 나타내었다HPLC 32 .

(2) Dope Bubble(2) Dope Bubble(2) Dope Bubble(2) Dope Bubble

해당업체의 초기 생산에 사용된 는 고분자의 함량이 수준으로 비교Dope 25 wt%

적 낮은 점도를 보였기에 문제점이 발생하지 않았으나 본 기술지원과 함께 고분자

함량 의 를 사용하게 된 후로는 부분에서 이 발생하였28 wt% dope Dope bubble

다 발생은 관 내에서의 발생으로부터 발생하는데 이의 모습. Dope bubble bubble

을 그림 에 나타내었다33 .

이의 문제는 의 점도가 매우 높고 가 낮은 용매가 혼합되어 있어 발생하dope b.p

는 무제로 판단되었다 이 경우 압력강하의 원인이 되는 단계에서 전단과 후단의.

압력차이가 생기게 되어 만들어지는 진공상태로 이 발생하게 된다 해당업bubble .

체의 중공사 방사 에서 스피너렛 전단에서 압력강하를 일으키는 단계는Pilot in-line

부착단으로 장치에 부착된 필터는 의 의filter Swagelock 7 m, 1/4" in-line filterμ

로 필터 내부의 여과단의 크기가 작아 압력손실의 원인이 된다고 판단되어 이의 수

정을 실시하였다 이의 모습을 그림 에 나타내었다. 34 .

- 83 -

그림 이송에 사용된 펌프그림 이송에 사용된 펌프그림 이송에 사용된 펌프그림 이송에 사용된 펌프32. Core Solution HPLC32. Core Solution HPLC32. Core Solution HPLC32. Core Solution HPLC

- 84 -

그림 이 관내에 발생한 모습그림 이 관내에 발생한 모습그림 이 관내에 발생한 모습그림 이 관내에 발생한 모습33. Dope Bubble33. Dope Bubble33. Dope Bubble33. Dope Bubble

- 85 -

그림 이송단의그림 이송단의그림 이송단의그림 이송단의34. Dope In-Line Filter34. Dope In-Line Filter34. Dope In-Line Filter34. Dope In-Line Filter

- 86 -

이송단에 위치하는 필터는 기어펌프의 단에 위치하게 되는데Dope In-line in-let

이로 인하여 기어펌프로의 유입속도를 가장 크게 감소시키게 되는 것으로 분dope

석되어 이의 해결책을 다음과 같이 강구하였다.

대구경 필터 사용①

필터의 병렬 사용으로 실질적인 면적 확대②

위와 같은 해결책으로 그림 과 같이 필터를 개 병렬 개35~36 7 m, 1/4" 2 , 3μ

병렬로 사용하는 방법을 사용하였으나 발생의 문제는 해결되지 않았다 이bubble .

러한 문제로 을 포기하고 를 사전에 여과하는 방식을 사용하in-line filteration dope

는 방식을 시도하였다 의 은 평막형 멤브레인 홀더에 그림 과. Dope filteration 37

같은 금속제의 를 넣고 고압으로 를 에 통과시켜 그림 과 같이mesh dope mesh 38

원료용기에 직접 담는 방법을 사용하였다.

나 용 응고액의 수나 용 응고액의 수나 용 응고액의 수나 용 응고액의 수질질질질. Coagulation. Coagulation. Coagulation. Coagulation

해당업체에서 초기의 중공사 생산에는 응고조에 사용되는 물을 수돗물을 사용하였

으나 방사장치가 설치된 곳의 수돗물의 가 매우 높아 심한 경우 각종 결hardness

정이 석출되기도 하는 문제점이 있었다 이의 해결책으로 정수기용. Sediment filter

와 를 사용하여 응고조에 사용되는 물을 생산하였으나 물의 가UF filter hardness

큰 차이를 보이지 않는 것으로 판명되어 멤브레인 이용한 정수 시스템을 도입RO

하여 물의 문제해결을 시도하였다 그러나 정수시스템은 정수되어 얻hardness . RO

어지는 물의 품질은 좋으나 계속 순환되어야 하는 응고조의 특성상 정수의 생산속

도의 문제가 대두되어 응고조 유입 전단에 물탱크를 설치하고 정수라인 개로 설2

치하였다 이러한 조치를 통하여 느린 정수의 생산속도를 어느 정도 해결하는 것이.

가능하였다 응고조 공급용의 정수를 생산하는 정수시스템을 그림 에 나타내었. 39

다.

- 87 -

그림 의 병렬 사용 예그림 의 병렬 사용 예그림 의 병렬 사용 예그림 의 병렬 사용 예35. 7 m, 1/4" In-Line Filter35. 7 m, 1/4" In-Line Filter35. 7 m, 1/4" In-Line Filter35. 7 m, 1/4" In-Line Filterμμμμ

- 88 -

그림 의 병렬 사용 예그림 의 병렬 사용 예그림 의 병렬 사용 예그림 의 병렬 사용 예36. 7 m, 3/8" In-Line Filter36. 7 m, 3/8" In-Line Filter36. 7 m, 3/8" In-Line Filter36. 7 m, 3/8" In-Line Filterμμμμ

- 89 -

그림 의 에 사용된그림 의 에 사용된그림 의 에 사용된그림 의 에 사용된37. Dope Pre-Filteration 20 mesh filter37. Dope Pre-Filteration 20 mesh filter37. Dope Pre-Filteration 20 mesh filter37. Dope Pre-Filteration 20 mesh filter

- 90 -

그림 후 용기에 담긴그림 후 용기에 담긴그림 후 용기에 담긴그림 후 용기에 담긴38. Filteration Dope38. Filteration Dope38. Filteration Dope38. Filteration Dope

- 91 -

그림 용 정수시스템그림 용 정수시스템그림 용 정수시스템그림 용 정수시스템39. Coagulation Bath39. Coagulation Bath39. Coagulation Bath39. Coagulation Bath

- 92 -

다다다다 공정의 중공사공정의 중공사공정의 중공사공정의 중공사 융착융착융착융착. Winding. Winding. Winding. Winding

중공사 방사공정의 마지막 단계는 권취로 스피너렛을 통하여 나온 중공사는 응고조

의 물과 접촉하며 를 한 후 에 감기게 된다 해당solvent washing winding wheel .

업체에서는 권취시 에 중공사가 감긴 후 공정을 마치고 중공사를winding wheel

에서 제거하려고 할 때 중공사가 서로 표면끼리 융착하여 버리는 문winding wheel

제점이 발견되었다 이는 다음과 같은 두 가지 원인으로 분석할 수 있다. .

중공사 방사 의 응고조 및 세정조의 통과 길이pilot①

중공사 권취 후 수축으로 장력 발생②

먼저 번과 같은 원인은 중공사가 방사되어 기기의 응고조 및 세정조를 통, pilot①

과하게 되며 용매를 물에 세척하여야 하는 과정에서 통과 길이가 짧아서 용매가 완

전하에 세척되지 못한 상태로 에 감기게 되는 분석이다 이러한 경winding wheel .

우 세척되지 못하고 중공사의 내부에 남아 있는 용매는 고분자가 공기와 접촉하여

응고될 때 고분자막의 표면 방향으로 이동하여 중공사와 접촉되어 있는 다른 표면

을 용해하게 되어 서로 융착하는 현상이 발생하는 것으로 보인다.

번과 같은 원인은 중공사가 에 감긴 후 중공사가 점점 수축하게winding wheel②

되어 그에 따른 장력이 발생하게 되고 원의 중심 방향으로 힘이 가해지게 되어 그

압력에 의해 중공사간의 융착이 생기는 것으로 분석이 가능하다 이의 해결책으로.

중공사가 계속 쌓이게 되면서 중심부에 힘이 가해지는 것을 방지하기 위하여

의 단면을 둥근 원형에서 평평한 모양으로 수정한 새로운winding wheel winding

을 도입하였으며 중공사 내의 미세척된 용매를 재세척하여 주기 위해wheel

부분에도 세정용 노즐을 장치하여 중공사가 에 감긴winding wheel winding wheel

후에도 물로 세척을 할 수 있도록 하여 문제점을 수정하였다 이의 모습을 그림.

에 나타내었다40~42 .

- 93 -

그림 교체 전의 반원형의 단면을 갖는그림 교체 전의 반원형의 단면을 갖는그림 교체 전의 반원형의 단면을 갖는그림 교체 전의 반원형의 단면을 갖는40. Winding Wheel40. Winding Wheel40. Winding Wheel40. Winding Wheel

- 94 -

그림 교체 후의 평탄한 단면의그림 교체 후의 평탄한 단면의그림 교체 후의 평탄한 단면의그림 교체 후의 평탄한 단면의41. Winding Wheel41. Winding Wheel41. Winding Wheel41. Winding Wheel

- 95 -

그림 부분에 노즐 추가그림 부분에 노즐 추가그림 부분에 노즐 추가그림 부분에 노즐 추가42. Winding Wheel Washing42. Winding Wheel Washing42. Winding Wheel Washing42. Winding Wheel Washing

- 96 -

멤브레인 모듈 제작기술 지원멤브레인 모듈 제작기술 지원멤브레인 모듈 제작기술 지원멤브레인 모듈 제작기술 지원4.4.4.4.

가 멤브레인 모듈의 설계인자가 멤브레인 모듈의 설계인자가 멤브레인 모듈의 설계인자가 멤브레인 모듈의 설계인자....

멤브레인 모듈 설계를 위하여는 의 조합이 필요하며moduling parameter

는 시스템의 운전조건 설정이나 시스템에 적합한 모듈 설계에operating parameter

있어서의 기본 데이터로써 주요한 라고 할 수 있다parameter .

멤브레인 모듈의 산소부화공기 투과량에 영향을 주는 로는 유moduling parameter

효막면적 모듈 길이 등이 특히 중요하며 또한, packing density, operating

로는 일반적으로 사용되는 산소발생기의 경우 공급단에서의 질소 산소parameter ,

의 농도와 온도 등은 거의 일정한 수치를 보이므로 입력이 가장 큰 변수라고 할 수

있다 멤브레인 모듈 제작시의 주요 설계 인자를 표 에 나타내었다. 13 .

표 멤브레인 모듈 제작시 주요 설계인자표 멤브레인 모듈 제작시 주요 설계인자표 멤브레인 모듈 제작시 주요 설계인자표 멤브레인 모듈 제작시 주요 설계인자13.13.13.13.

Moduling Parameter

중공사막-OD. ID

막의 두께-

멤브레인 모듈

유효막면적-

-Packing Density

모듈에서의 압력손실-

-Flow Pattern

재질-Housing

접착제 재질-

-Dimension

내경 길이( , , Inlet-Outlet,

배관 크기 등)

Operating Parameter

농도- Feed

온도-

압력-

- 97 -

나 모듈 제조공정나 모듈 제조공정나 모듈 제조공정나 모듈 제조공정....

중공사막형의 경우 멤브레인 모듈의 제조공정은 일반적으로 그림 와 같은 순서로43

제조된다 모듈의 제조방법 중의 말단 접착제 주입 및 경화 과정인 공정의. Potting

방법은 가지 방법이 있는데 회전식 모듈 법과 법이다 회전식2 potting Dipping .

모듈 법은 회전 원판에 멤브레인 모듈을 놓고 양 말단에 접착제를 주입한potting

후 회전시키며 원심력에 의해 접착제가 멤브레인 모듈 바깥쪽에서 경화되도록 하는

방법이며 법은 멤브레인 모듈을 수직으로 세운 후 아래쪽에서부터potting Dipping

접착제를 주입하여 중력에 의해 접착제가 멤브레인 모듈 바깥쪽에서 경화되도록 하

는 방식이다 일반적으로 사용 용도에 따라 방법이 결정되며 본 연구에서는. potting

회전식 모듈 방법을 사용하였다potting .

다다다다 멤브레인 모듈 제작멤브레인 모듈 제작멤브레인 모듈 제작멤브레인 모듈 제작....

멤브레인 모듈 제작 및 방법멤브레인 모듈 제작 및 방법멤브레인 모듈 제작 및 방법멤브레인 모듈 제작 및 방법(1) Potting(1) Potting(1) Potting(1) Potting

당사 보유의 중공사 방사장치를 이용하여 제조된 폴리설폰 메브레인 중공사를Pilot

모듈로 제조하였다 원사를 제조하기 위한 원료는 국내에서 구할 수 있는 의. BASF

을 이용하였으며 제조공정은 상기의 방법을 이용하여 제조하였다Ultrason S3010 .

멤브레인 모듈 제작에 사용된 원사는 착물을 도입한 원사를 사용하였으며 제조C0

된 원사의 외경은 앞서 설명한 바와 같이 약 로 해외 등 유480 m Praxair, UBEμ

명 제품에서 사용된 중공사의 외경보다는 조금 큰 것으로 나타났다 모듈 제작에는.

각각 수 등 원사의 수를 달리하여 적용하였으며 하우징으로는2500, 3000, 3500

두께의 파이프를 사용하였다 그리고 모듈의 양 말단에는 액형45mm PVC . 2

수지를 별도 제조하여 사용하였다 방법으로는 원심력을 이용한 회Epoxy . Potting

전식 모듈 법을 이용하였다Potting .

- 98 -

공정은 에폭시 수지 주입 후 상온 하에서 모듈의 회전을 통한 포팅 공정으Potting

로 이루어졌으며 에폭시 혼합시에 발생된 기포는 완전히 제거한 후 포팅을 실시하

였다 모듈의 회전 속도는 약 으로 고정하였다. 300 rpm .

회전식 모듈 법은 중공사막형 멤브레인 모듈의 제조시 가장 널리 사용되는Potting

방법으로 에폭시 수지를 중공사가 된 멤브레인 모듈의 양 말단에 주입하Packing

면서 모듈이 장착된 원판을 회전시켜 에폭시 수지가 원심력에 의해 양 말단에 고정

된 상태로 경화되도록 하여 모듈을 제조하는 방법으로 접착제가 충분히 경화되도록

회전속도 및 접착제 경화온도를 조절하였다 이러한 방법으로 제조된 멤브레인 모.

듈의 시제품을 그림 에 나타내었다44 .

및및및및 접착접착접착접착제제제제(2) Potting(2) Potting(2) Potting(2) Potting

중공사막 모듈의 제조를 위해서는 모듈 양 말단의 접착제 경화를 통한 이Potting

필수적이므로 접착제로 사용되는 에폭시 수지 선정이 매우 중요하다 에폭시 수지.

는 주제와 경화제를 섞어서 사용하는 액형을 사용하였으며 이러한 용 접2 Potting

착제에 요구되는 물성을 표 에 정리하였다14 .

용 접착제의 선택에 있어서는 가사시간과 가사시간에 따른 점도증가를 함Potting

께 고려하여야 한다 에서 회전으로 통하여 접착제 내의 을. Potting Machine bubble

제거하는데 가사시간이 너무 짧게 되면 접착제 내의 이 완전히 제거되지bubble

않는 현상이 생긴다 이의 해결방법으로 내의 온도를 상승시키면. potting machine

가사시간 전까지 접착제의 점도를 낮춰 을 제거하는 데 도움을 준다 하지만bubble .

이것도 가사시간이 충분하지 못할 경우에는 이 접착제층을 빠져나가기 전bubble

에 경화가 이루어지게 되므로 가사시간의 선택을 잘 하여야 한다.

- 99 -

Membrane (Hollow Fiber)

Bundling

Taping

Sealing

Casing

Potting

Cutting

Assembling

그림 멤브레인 모듈 중공사 의 제조공정그림 멤브레인 모듈 중공사 의 제조공정그림 멤브레인 모듈 중공사 의 제조공정그림 멤브레인 모듈 중공사 의 제조공정43. ( )43. ( )43. ( )43. ( )

- 100 -

그림 산소부화 중공사막 모듈 시제작품그림 산소부화 중공사막 모듈 시제작품그림 산소부화 중공사막 모듈 시제작품그림 산소부화 중공사막 모듈 시제작품44.44.44.44.

- 101 -

또 한 가지 중요한 점은 접착제의 점도이다 기체분리를 위한 중공사 모듈의 경우.

수처리용 중공사에 비하여 중공사의 지름이 매우 작으며 또 멤브레인 모듈 내에,

되는 중공사의 수가 대단히 많기 때문에 중공사의 밀도가packaging packaging

매우 높아지게 된다 따라서 중공사 사이사이로 경화용 접착제가 침투하기에 여려.

움이 생긴다 중공사 사이로 접착제를 침투하게 하기 위하여서는 접착제의 점도가.

충분히 낮아야 한다 아지만 일반적으로 접착제의 점도가 너무 낮아지면 가사시간.

이 너무 길어져 생산성에 영향을 미치게 된다 따라서 접착제의 선택은 가사시간. ,

접착제의 점도 생산성을 함께 고려하여 적정한 정점을 찾아야 한다, .

본 연구과제에서는 액형 에폭시 수지를 별도 주문하여 사용하였으며 초기 공급받2

은 제품은 점도 대의 제품으로 중공사 멤브레인 모듈의 경화에 사용하7,000 cps

기에는 점도가 지나치게 높은 문제점이 있었다 접착제 제조사와 협력하여 모듈의.

에 적합한 점도 대의 접착제 제품을 연구하여 공급받potting 1,500 ± 1,000 cps

게 되었다 이 제품의 경화시간은 분으로 가사시간이 짧은 편이나 멤브레인. 10~15

모듈 에 사용한 결과 좋은 특성을 얻을 수 있었다 초기 공급 접착제의 물potting .

성을 표 에 모듈 제품의 에 사용된 후기 공급 접착제의 물성을 표15 , potting

에 나타내었으며 접착제의 샘플을 그림 에 본 제품을 사용하여16~17 45 , module

을 실시한 후의 모듈 단면의 샘플을 그림 에 나타내었다 그림potting cutting 46 .

는 멤브레인 모듈 커팅에 사용되는 장치이다47 .

- 102 -

표 중공사막 모듈표 중공사막 모듈표 중공사막 모듈표 중공사막 모듈 융융융융 에에에에폭폭폭폭시 수지의 조건시 수지의 조건시 수지의 조건시 수지의 조건14. Potting14. Potting14. Potting14. Potting

접착제 물성접착제 물성접착제 물성접착제 물성 요구조건요구조건요구조건요구조건

접착력중공사막 사이의 접착력 뿐만 아니라 와의 접착Module Case

력도 좋아야 한다.

화학적 성질 접착제는 중공사막을 손상시키지 않아야 한다.

접착 경도접착제 경화 후 고속회전톱으로 말단부를 절단해야 하므로 중공

사막의 단면이 막히지 않도록 하기 위하여 경도가 높아야 한다.

경화시간 및 농도경화시간은 짧을수록 좋으며 발열온도는 낮아서 열에 의한 중공

사막 손상이 없어야 한다.

- 103 -

표 의 제품특성표 의 제품특성표 의 제품특성표 의 제품특성15. HMU-10R/H 5th15. HMU-10R/H 5th15. HMU-10R/H 5th15. HMU-10R/H 5th

검사항목검사항목검사항목검사항목 단위단위단위단위 SpecSpecSpecSpec 측정치측정치측정치측정치 측정방법측정방법측정방법측정방법

외관

10R (-) 황색투명액상 Good

제조사규정

10H (-) 갈색투명액상 Good

비중

(30 )℃

10R (-) 1.13±0.01 1.127

제조사규정

10H (-) 0.96±0.01 0.963

점도

10R cps/30℃ 7,000±3,000 6996

제조사규정

10H cps/30℃ 500±200 475

배합비 10R : 10H = 52 : 48

가사시간 분5~6

시간후경도24 85 ± 10

점도측정조건10R Brookfield LVDV-I+ #3 Spindle, 10 rpm

10R Brookfield LVDV-I+ #2 Spindle, 20 rpm

- 104 -

표 의 제품특성표 의 제품특성표 의 제품특성표 의 제품특성16. HMU-10R/H 7th, 8th16. HMU-10R/H 7th, 8th16. HMU-10R/H 7th, 8th16. HMU-10R/H 7th, 8th

제품명칭제품명칭제품명칭제품명칭 주형용 폴리우레탄 시스템HMU-10R/H

특성특성특성특성

식용원료 사용으로 인체유해성 최소화•

성형시 수축이 적어 성형이 우수•

기계적 성질이 우수•

내약품성 및 내유성 우수•

제품 구성제품 구성제품 구성제품 구성

HMU-10R Polyurethane Prepolymer

HMU-10H Polyol Mixture

제품 특성제품 특성제품 특성제품 특성

HMU-10R

외관 연한 황색의 액체

비중 1.15±0.05 g/cm3

점도 1,500±1,000 cps (30 )℃

HMU-10H

외관 갈색의 투명한 액체

비중 0.96±0.05 g/cm3

점도 500±300 cps (30 )℃

경화후강도(Shore A) 90±15

사용방법사용방법사용방법사용방법

배합비(wt) HMU-10R/10H = 92.3/100 (48/52)

가사시간 분9

지축경화시간 분20

탈형시간 시간1

취급 및 저장취급 및 저장취급 및 저장취급 및 저장

저장안정성 개월6•

이상의 온도에서 보관하지 말 것50• ℃

혼합 후 몰드에 주입 전 혼합에 의한 기포를 제거하기 위해 탈포•

하여 사용

사용 후 포장 완전 밀폐 필요•

혼합액은 완전 사용•

통풍이 좋고 건조한 곳에 보관•

- 105 -

표 의 제품특성표 의 제품특성표 의 제품특성표 의 제품특성17. HMU-10R2/H217. HMU-10R2/H217. HMU-10R2/H217. HMU-10R2/H2

제품명칭제품명칭제품명칭제품명칭 주형용 폴리우레탄 시스템HMU-10R2/H2

특성특성특성특성

식용원료 사용으로 인체유해성 최소화•

성형시 수축이 적어 성형이 우수•

기계적 성질이 우수•

내약품성 및 내유성 우수•

제품 구성제품 구성제품 구성제품 구성

HMU-10R2 Polyurethane Prepolymer

HMU-10H2 Polyol Mixture

제품 특성제품 특성제품 특성제품 특성

HMU-10R2

외관 연한 황색의 액체

비중 1.15±0.05 g/cm3

점도 1,300±1,000 cps (30 )℃

HMU-10H2

외관 갈색의 투명한 액체

비중 0.96±0.05 g/cm3

점도 500±300 cps (30 )℃

경화후강도(Shore A) 90±15

사용방법사용방법사용방법사용방법

배합비(wt) HMU-10R2 10H2 = 85.2/100 (46/54)

가사시간 분5

지축경화시간 분15

탈형시간 시간1

취급 및 저장취급 및 저장취급 및 저장취급 및 저장

저장안정성 개월6•

이상의 온도에서 보관하지 말 것50• ℃

혼합 후 몰드에 주입 전 혼합에 의한 기포를 제거하기 위해 탈포•

하여 사용

사용 후 포장 완전 밀폐 필요•

혼합액은 완전 사용•

통풍이 좋고 건조한 곳에 보관•

- 106 -

그림 용그림 용그림 용그림 용45. Potting Resin45. Potting Resin45. Potting Resin45. Potting Resin

- 107 -

그림 모듈 및 공정 후 모듈의 단면그림 모듈 및 공정 후 모듈의 단면그림 모듈 및 공정 후 모듈의 단면그림 모듈 및 공정 후 모듈의 단면46. Potting Cutting46. Potting Cutting46. Potting Cutting46. Potting Cutting

- 108 -

그림 멤브레인 모듈 의 모습그림 멤브레인 모듈 의 모습그림 멤브레인 모듈 의 모습그림 멤브레인 모듈 의 모습47. Cutter47. Cutter47. Cutter47. Cutter

- 109 -

라라라라 중공사막 모듈 시제품의 성능 분석중공사막 모듈 시제품의 성능 분석중공사막 모듈 시제품의 성능 분석중공사막 모듈 시제품의 성능 분석....

제작된 중공사 모듈의 성능제작된 중공사 모듈의 성능제작된 중공사 모듈의 성능제작된 중공사 모듈의 성능 검검검검토 연구토 연구토 연구토 연구(1)(1)(1)(1)

제작된 모듈의 성능을 테스트 하기 위하여 압력별 산소농도 및 각종 특성을 측정,

비교하였다 질소농도 및 유량의 측정은 부록에 기술된 을. Membrane Test System

사용하였으며 측정은 멤브레인 모듈의 출력단에 걸리는 압력을 1 kg/cm2에서 7

kg/cm2까지 1 kg/cm

2단위로 조절하며 각각의 압력에 대한 질소유량을 5~50

사이에서 단위로 변화시켜가며 각 조건에 대한 산소농도를 측정하였LPM 5 LPM

다 측정에 사용된 멤브레인 모듈은 각각 수. 250 mm × 2500, 3000, 3500 , 300

수의 총 가지 모듈이며 측정조건은 상온의 대기압 하에서 실mm × 2400, 2700 5

시하였다 실험조건을 동일하게 하기 위하여 멤브레인 모듈 제작에 사용된 중공사.

를 동일한 로트에서 생산된 중공사를 사용하였고 그 측정 결과를 그림 에48~52

나타내었다.

- 110 -

수수수수250250250250××××2500250025002500

Pressure(kg/cmPressure(kg/cmPressure(kg/cmPressure(kg/cm2222))))

그림 수 멤브레인 모듈의 압력그림 수 멤브레인 모듈의 압력그림 수 멤브레인 모듈의 압력그림 수 멤브레인 모듈의 압력별별별별 동작특성동작특성동작특성동작특성48. 250mm, 2500 Packing48. 250mm, 2500 Packing48. 250mm, 2500 Packing48. 250mm, 2500 Packing

- 111 -

수수수수250 mm250 mm250 mm250 mm××××3000300030003000

Pressure(kg/cmPressure(kg/cmPressure(kg/cmPressure(kg/cm2222))))

그림 수 멤브레인 모듈의 압력그림 수 멤브레인 모듈의 압력그림 수 멤브레인 모듈의 압력그림 수 멤브레인 모듈의 압력별별별별 동작특성동작특성동작특성동작특성49. 250mm, 3000 Packing49. 250mm, 3000 Packing49. 250mm, 3000 Packing49. 250mm, 3000 Packing

- 112 -

수수수수250 mm250 mm250 mm250 mm××××3500350035003500

Pressure(kg/cmPressure(kg/cmPressure(kg/cmPressure(kg/cm2222))))

그림 수 멤브레인 모듈의 압력그림 수 멤브레인 모듈의 압력그림 수 멤브레인 모듈의 압력그림 수 멤브레인 모듈의 압력별별별별 동작특성동작특성동작특성동작특성50. 250mm, 3500 Packing50. 250mm, 3500 Packing50. 250mm, 3500 Packing50. 250mm, 3500 Packing

- 113 -

수수수수300 mm300 mm300 mm300 mm××××2400240024002400

Pressure(kg/cmPressure(kg/cmPressure(kg/cmPressure(kg/cm2222))))

그림 수 멤브레인 모듈의 압력그림 수 멤브레인 모듈의 압력그림 수 멤브레인 모듈의 압력그림 수 멤브레인 모듈의 압력별별별별 동작특성동작특성동작특성동작특성51. 300mm, 2400 Packing51. 300mm, 2400 Packing51. 300mm, 2400 Packing51. 300mm, 2400 Packing

- 114 -

수수수수300 mm300 mm300 mm300 mm××××2700270027002700

Pressure(kg/cmPressure(kg/cmPressure(kg/cmPressure(kg/cm2222))))

그림 수 멤브레인 모듈의 압력그림 수 멤브레인 모듈의 압력그림 수 멤브레인 모듈의 압력그림 수 멤브레인 모듈의 압력별별별별 동작특성동작특성동작특성동작특성52. 300mm, 2700 Packing52. 300mm, 2700 Packing52. 300mm, 2700 Packing52. 300mm, 2700 Packing

- 115 -

그림 에서 나타난 결과를 볼 때 전체적인 경향은 같은 크기의 모듈이라도48-52 ,

된 중공사의 수에 따라 얻어지는 산소의 농도가 증가하는 것을 볼 수 있Packing

다 또한 일반적인 경우에서는 모듈에 가하여지는 압력이 증가함에 따라 산소의 농.

도가 증가하는 것을 알 수 있다.

제조된 중공사 모듈에 2 kg/cm2이상의 압력이 부가되는 경우 얻어지는 산소 농,

도는 각 모듈별로 중공사의 된 수에 따라 비교적 일정한 비율로 증가하게Packing

되는 것을 알 수 있다 위의 결과에서와 같이. 2 kg/cm2의 저압 가동 영역에서부

터는 이상 특히 길이의 모듈에서는 이상의 산소부화 농도를33 % , 300 mm 37 %

보이는 것에서 저압에서도 효율적인 운전특성을 보이는 것을 알 수 있으며 이는 금

속착물 부가의 영향으로 생각된다.

N2 에 대한 특성의 경우 길이의 모듈과 길이의 모듈Flow Rate 250 mm 300 mm

에서 모두 N2 이상에서 큰 성능 향상 폭을 보이고 있다Flow Rate 15 LPM .

길이의 수의 원사를 한 모듈에서는 수 수250 mm 3500 Packing 2500 , 3000

모듈보다 낮은 산소부화 성능을 보이는데 이는 동일한 멤브레인 하우징Packing

내에 원사의 된 숫자가 늘어나면서 가 증가하게 되고 그Packing Packing Density

에 따라 유효막면적에 영향을 주어 일어나는 현상으로 해석된다.

그림 에는 실사용 압력대인53~55 2~4 kg/cm2, N2 에서 원사Flow Rate 30 LPM

단위길이당 가장 효율이 높은 수 수300 mm × 2400 , 300 mm × 2700 , 250

수 모듈에 대한 각각의 압력에 대한 특성을 나타내었다 그림 에mm × 2500 . 56

는 각 모듈의 배출 산소농도를 나타내었다.

- 116 -

Pressure(kg/cmPressure(kg/cmPressure(kg/cmPressure(kg/cm2222))))

그림그림그림그림 각각각각각각각각의 멤브레인 모듈의 압력의 멤브레인 모듈의 압력의 멤브레인 모듈의 압력의 멤브레인 모듈의 압력별별별별 산소산소산소산소농농농농도도도도53.53.53.53.

- 117 -

Pressure(kg/cmPressure(kg/cmPressure(kg/cmPressure(kg/cm2222))))

그림그림그림그림 각각각각각각각각의 멤브레인 모듈의 압력의 멤브레인 모듈의 압력의 멤브레인 모듈의 압력의 멤브레인 모듈의 압력별별별별 산소유량산소유량산소유량산소유량54.54.54.54.

- 118 -

Pressure(kg/cmPressure(kg/cmPressure(kg/cmPressure(kg/cm2222))))

그림그림그림그림 각각각각각각각각의 멤브레인 모듈의 압력의 멤브레인 모듈의 압력의 멤브레인 모듈의 압력의 멤브레인 모듈의 압력별 순별 순별 순별 순산소유량산소유량산소유량산소유량55.55.55.55.

- 119 -

Pressure(kg/cmPressure(kg/cmPressure(kg/cmPressure(kg/cm2222))))

그림그림그림그림 각각각각각각각각의 멤브레인 모듈의 압력에 대한 원사 단위의 멤브레인 모듈의 압력에 대한 원사 단위의 멤브레인 모듈의 압력에 대한 원사 단위의 멤브레인 모듈의 압력에 대한 원사 단위길길길길이이이이당당당당 산소발생량산소발생량산소발생량산소발생량56.56.56.56.

- 120 -

그림 에서 나타난 결과에서 볼 때 중공사의 단위길이당 질소 유량으로 나53-56 ,

타나는 중공사의 단위 성능은 압력에 따라 다소 차이가 있지만 수가300mm×2400

된 멤브레인 모듈의 경우가 가장 좋은 성능을 보여주고 있으며 멤브레인Packing

원사의 된 수가 적을수록 높은 단위길이당 산소발생량을 보이고 있다 이Packing .

러한 결과는 각각의 모듈에 사용된 멤브레인 원사의 성능이 다른 것에서 기인되기

보다 전에 지적한 바와 같이 동일한 구경의 멤브레인 하우징 내에 많은 수의 멤브

레인 원사를 하게 되어 가 증가하고 그에 따라 모듈의Packing Packing Density ,

유효막면적에 영향을 주게 되는 것이 첫 번째 원인으로 해석된다. Packing Density

의 증가는 멤브레인 모듈 내에서 기체의 흐름을 원활하게 하지 못하게 하는 원인이

될 수 있으며 이로 인하여 모듈 내에서 인 질소가 신속히 제거되지 못bi-product

하는 현상 또한 원인으로 지적될 수 있다 또 모듈 제작시 중공사의 가닥수가 많아.

지게 되는 경우 말단부의 접착제에 의한 함침으로 효율이 저하되는 데에 기인하는

것으로 생각된다.

- 121 -

어플리케이션 제작기술 지원어플리케이션 제작기술 지원어플리케이션 제작기술 지원어플리케이션 제작기술 지원5.5.5.5.

가 이론적 배경가 이론적 배경가 이론적 배경가 이론적 배경....

막분리 원리를 이용한 기체분리를 응용하는 분야는 많으나 기본적인 원리는 기체를

압축하거나 막 모듈 전단에 진공을 걸어 다성분기체를 통과시키는 방법을 사용하며

이에 분리막이 중복으로 포함되는 경우는 단 혹은 단으로 분리막을 거치는 단2 . 3

계를 포함한 단수를 포함시켜 일컫는다 일반적으로 성분의 기체를 분리하는 데. 2

있어서는 단순한 구조와 소형의 장치규모라는 이점이 있으므로 단 공정 이상의2

기체분리 공정보다 단 공정을 주로 이용하게 된다 기체분리 공정의 형태 중1 . 1

단 공정의 원리는 다음과 같다.

원원원원료료료료기체 압기체 압기체 압기체 압축축축축의 단 공정의 단 공정의 단 공정의 단 공정(1) 1 (single stage with feed compression)(1) 1 (single stage with feed compression)(1) 1 (single stage with feed compression)(1) 1 (single stage with feed compression)

공정형태 중 가장 단순한 형태로서 응용폭은 매우 적으나 실 에서 가장 흔히plant

적용된다 투과 기체의 분리 효율은 주입원료와 투과기체사이의 압력비를 가지고.

조정하며 이것은 막의 분리 효율을 증진시키고 소요 막 면적의 양을 줄일 수 있다.

그림 과 표 은 성분기체를 분리하는 경우 주입기체 압축의 이점을 보57 18~20 2

여주고 있다 예는 메탄가스에서 이산화탄소 분리의 예( ).

그림 기체 압그림 기체 압그림 기체 압그림 기체 압축축축축에 의한 단 공정 개략도에 의한 단 공정 개략도에 의한 단 공정 개략도에 의한 단 공정 개략도57. Feed 157. Feed 157. Feed 157. Feed 1

- 122 -

표 기체 압표 기체 압표 기체 압표 기체 압축축축축에 의한 단 공정에서 원에 의한 단 공정에서 원에 의한 단 공정에서 원에 의한 단 공정에서 원료료료료기체의 압기체의 압기체의 압기체의 압축축축축이이이이 없없없없는 경우는 경우는 경우는 경우18. Feed 118. Feed 118. Feed 118. Feed 1

표 기체 압표 기체 압표 기체 압표 기체 압축축축축에 의한 단 공정에서 원에 의한 단 공정에서 원에 의한 단 공정에서 원에 의한 단 공정에서 원료료료료기체의 압기체의 압기체의 압기체의 압축축축축이이이이 있있있있는 경우는 경우는 경우는 경우19. Feed 119. Feed 119. Feed 119. Feed 1

표 공정표 공정표 공정표 공정비비비비교교교교20.20.20.20.

구분구분구분구분 막면적막면적막면적막면적 연경비연경비연경비연경비 공정비용공정비용공정비용공정비용 분리효울분리효울분리효울분리효울 (%)(%)(%)(%)

경우 1 1 1 1 87.7

경우 2 0.24 0.53 0.56 91.9

진공 펌프에 의한 단 공정진공 펌프에 의한 단 공정진공 펌프에 의한 단 공정진공 펌프에 의한 단 공정(2) 1 (single stage with permeate vaccum)(2) 1 (single stage with permeate vaccum)(2) 1 (single stage with permeate vaccum)(2) 1 (single stage with permeate vaccum)

원료기체를 압축하는 대신 진공펌프를 이용하여 투과 기체의 분리효율을 증진시키

는 방법이며 본 공정은 투과기체의 부분압을 줄여서 압력비 주입 원료의 압력에(

대한 투과기체의 압력비 를 증진시킨다) .

- 123 -

압력비를 증진시키는 것은 막분리 공정에서는 중요한 일이나 기체의 농도가 낮은

경우에는 분리경비가 많이 들고 기체 흐름에 기체 흐름의 본류에 역류가 발생할 수

있다 대체로 원료가스압이나 투과기체의 양이 적을 때 주로 이용되며 공기중의 산.

소를 분리하는 경우 최소의 막 면적으로 가능하며 주입원료의 양에 비해 투과되는

기체의 양이 적을수록 진공펌프의 사용이 바람직하다고 알려지고 있다.

그림 진공펌프에 의한 단 공정 개략도그림 진공펌프에 의한 단 공정 개략도그림 진공펌프에 의한 단 공정 개략도그림 진공펌프에 의한 단 공정 개략도58. 158. 158. 158. 1

표 진공펌프표 진공펌프표 진공펌프표 진공펌프를를를를 사용하지사용하지사용하지사용하지 않은않은않은않은 경우의 공정경우의 공정경우의 공정경우의 공정21.21.21.21.

- 124 -

표 진공펌프표 진공펌프표 진공펌프표 진공펌프를를를를 사용한 경우의 공정사용한 경우의 공정사용한 경우의 공정사용한 경우의 공정22.22.22.22.

표 공정표 공정표 공정표 공정비비비비교교교교23.23.23.23.

구분구분구분구분 막면적막면적막면적막면적 연경비연경비연경비연경비 공정비용공정비용공정비용공정비용 분리효울분리효울분리효울분리효울 (%)(%)(%)(%)

경우 1 1 1 1 87.7

경우 2 0.57 0.60 0.58 92.7

압압압압축축축축과과과과 순환순환순환순환이 병행된 단 공정이 병행된 단 공정이 병행된 단 공정이 병행된 단 공정(3) 1 (single stage membrane with recycle)(3) 1 (single stage membrane with recycle)(3) 1 (single stage membrane with recycle)(3) 1 (single stage membrane with recycle)

아래의 그림 와 표 에서 나타난 수치 결과에서 알 수 있는 것처럼 순환59 24~25

율의 조정은 요구하는 분리막 공정의 성능에 따라 조절이 가능하며 전체적인 투과

기체의 회수는 순환되는 양의 압축과 분리막의 배열정도에 따라 크게 향상될 수 있

다 예를 들면 단 순환식 막공정보다 낮은 경비로 높은 회수율을 얻을 수 있다. 2 .

그림 압그림 압그림 압그림 압축축축축과과과과 순환순환순환순환이 병행된 단 공정의 개략도이 병행된 단 공정의 개략도이 병행된 단 공정의 개략도이 병행된 단 공정의 개략도59. 159. 159. 159. 1

- 125 -

표 투과기체의표 투과기체의표 투과기체의표 투과기체의 만 순환되만 순환되만 순환되만 순환되는 경우는 경우는 경우는 경우24. 3024. 3024. 3024. 30 %%%%

표 경표 경표 경표 경비비비비의의의의 비비비비교교교교25.25.25.25.

나 산소발생 시스템 개요나 산소발생 시스템 개요나 산소발생 시스템 개요나 산소발생 시스템 개요....

산소발생시스템을 개발하기 위한 기본 설계로서의 흐름도를 그림 에 나타내었60

다 그림에서 펌프로부터 발생한 공기는 공기중의 각종 먼지와 불순물을 제거하기.

위한 필터를 거친 후 멤브레인 모듈 내부로 공급된다 적당한 압력으로 중공사막.

내부로 유입된 공기중의 산소는 폴리설폰으로 이루어진 막 내에서의 투과속도가 질

소에 비하여 상대적으로 빨라 중공사 외부로 보다 빠르게 투과하여 나가고 상대적

으로 투과속도가 느린 질소는 중공사 내부를 지나게 될 수록 농축되어 멤브레인 모

듈 말단에 이르러서는 비투과기체로서 높은 농도의 질소를 발생하게 된다.

- 126 -

여기서 출력단의 질소농도는 압력조절밸브를 통하여 조절되며 밸브를 조절함에 따

라 질소농도는 증가하게 되지만 유량은 감소하게 되어 산소부화시스템의 전체적인

유량 및 농도를 조절할 수 있게 된다 개요도에는 나타나 있지 않지만 기기 전면에.

장착된 유량계로 질소 및 산소의 농축상태를 알 수 있게 된다.

그림 산소발생 시스템 구성을 위한 기그림 산소발생 시스템 구성을 위한 기그림 산소발생 시스템 구성을 위한 기그림 산소발생 시스템 구성을 위한 기본 흐름본 흐름본 흐름본 흐름도도도도60.60.60.60.

다다다다 산소발생 시스템 시제품 제작산소발생 시스템 시제품 제작산소발생 시스템 시제품 제작산소발생 시스템 시제품 제작....

가장 단순한 기체분리공정의 원리를 이용하여 산소발생장치 시제품을 설계 및 제작

하였다 컴프레서 멤브레인 모듈 배관 전원부 케이스로 구성되어 단순한 구조로. , , , ,

유지보수 및 부품의 탈부착을 쉽게 하여 실험용으로 적합하게 제조하였으며 케이스

내에 위치하는 멤브레인 모듈부는 케이스의 해체와 관계없이 별도로 교체가 가능하

도록 설계하여 멤브레인 모듈의 시험가동용으로도 사용할 수 있도록 하였다 케이.

스의 재질은 알루미늄으로 외부에서 가해지는 충격에도 시스템의 운전이 가5 mm

능하도록 하였으며 시스템의 냉각장치를 부착하여 동일한 조건에서의 멤브레인 모

듈 테스트가 가능할 수 있도록 제작하였다.

당사의 멤브레인 모듈 시제품인 을 사용하였을 경우 약NP-2500 3 kg/cm2의 압

력 하에서 약 의 산소부화농도를 나타내었다28~30 % .

- 127 -

산소발생시스템은 주로 거치형보다 차량용 등의 이동형으로 많이 사용될 가능성이

있으므로 차량에 탑재하여 테스트가 가능하도록 제작하였으며 이에 대한 테스트를

함께 시행하였다 산소발생기 시제품 및 이의 차량 장착 테스트 키트의 모습을 그.

림 및 에 나타내었다 산소발생기 시제품의 차량 장착 테스트의 조건 및 결61 62 .

과는 그림 에 나타내었다63 .

그림 산소발생 시스템 시제품그림 산소발생 시스템 시제품그림 산소발생 시스템 시제품그림 산소발생 시스템 시제품61.61.61.61.

산소부화 중공사 사양

- P02 = 3.3 ×10-5

cc/cmㆍ2

sec cmHgㆍ ㆍ

- P02/PN2 = 2.9

- 128 -

멤브레인 모듈 사양

- Dimensions : ID 50 mm × L 300 mm

중공사 수- Packing : 2500

사용차량 대우자동차 레조 년형: 2000

사용전원 : DC12V - 220V Converter

산소발생 시스템 차량장착 테스트의 결과에서 얻어진 결과에 따르면 전체적인 경향

은 시간에 따라 산소의 발생농도가 감소하는 모습을 보이는 것을 알 수 있다 이는.

작동시간이 지나며 펌프 등의 구동부품에서 발생되는 열에 의해 시스템 내부의 온

도가 상승하게 되고 이에 따라 멤브레인 막의 온도가 상승하게 되며 막에 대한 산

소의 용해도뿐만 아니라 질소의 용해도 역시 증가하게 되어 산소의 농도가 감소하

게 되는 것이다 이러한 경우 산소와 질소의 용해도가 공히 증가하게 되므로 멤브.

레인을 통과하는 기체의 유량은 전체적으로 증가하게 된다 테스트 결과에서 볼 때.

기존의 중공사를 이용한 멤브레인 모듈에서의 결과보다 금속착물 첨가 중공사로 제

조된 멤브레인 모듈을 이용하였을 경우의 산소부화 농도가 시간에 따른 감소폭이

적은데 이는 멤브레인 내부의 금속착물의 촉매 역할에 의해 산소의 선택도가 증가

하였기 때문으로 생각된다.

라라라라 산업용 산소발생 시스템 제작 지원산업용 산소발생 시스템 제작 지원산업용 산소발생 시스템 제작 지원산업용 산소발생 시스템 제작 지원....

산업용산업용산업용산업용 급급급급 산소발생 시스템산소발생 시스템산소발생 시스템산소발생 시스템(1) 50 LPM(1) 50 LPM(1) 50 LPM(1) 50 LPM

시제품 제작의 노하우를 이용하여 급 산소발생기 설계 및 제작을 완료하50 L/min

였다 산소발생시스템은 당사 자체적으로 설계 및 제작을 시행하였다. .

- 129 -

는 컴프레서에 의해 공급되며 이 시스템에서 운전이 가능한 공기량은 최Inlet Air

대 이다 이렇게 공급된 공기는 차 필터를 통과하여 공기 중 대형 불50 L/min . 1

순물을 제거하게 되며 수분제거필터와 불순물제거 필터를 통과하면서 공기 내에 존

재하는 수분과 각종 이물질이 제거된다 이렇게 수분 등 기타 이물질이 제거된.

는 컴프레서를 거쳐 산소부화막 모듈로 공급되어지고 모듈 내에서 농축된Feed Air

산소부화공기는 단으로 공급되어진다 산소발생기의 경우 급 모듈Outlet . 10 L/min

을 병행 사용하는 시스템을 검토하였으며 시스템의 레이아웃은 그림 및 그림64

과 같다 설계된 도면에 따라 제작된 제품의 사진은 그림 에 나타내었다65 . 66 .

- 130 -

그림 산소발생 시스템 시제품그림 산소발생 시스템 시제품그림 산소발생 시스템 시제품그림 산소발생 시스템 시제품 차차차차량량량량 테테테테스스스스트트트트용 장용 장용 장용 장비비비비62.62.62.62.

- 131 -

Time(min)Time(min)Time(min)Time(min)

그림 산소발생기 시제품그림 산소발생기 시제품그림 산소발생기 시제품그림 산소발생기 시제품 차차차차량장량장량장량장착착착착시 작동시시 작동시시 작동시시 작동시간간간간에 따른 산소부화에 따른 산소부화에 따른 산소부화에 따른 산소부화농농농농도도도도63.63.63.63.

- 132 -

그림그림그림그림 급급급급 산소발생기의 내부 레이아산소발생기의 내부 레이아산소발생기의 내부 레이아산소발생기의 내부 레이아웃웃웃웃64. 50 L/min64. 50 L/min64. 50 L/min64. 50 L/min

- 133 -

그림그림그림그림 급급급급 산소발생기의 전 후면 레이아산소발생기의 전 후면 레이아산소발생기의 전 후면 레이아산소발생기의 전 후면 레이아웃웃웃웃65. 50 L/min /65. 50 L/min /65. 50 L/min /65. 50 L/min /

- 134 -

그림그림그림그림 급급급급 산소발생기 시제품산소발생기 시제품산소발생기 시제품산소발생기 시제품66. 50 L/min66. 50 L/min66. 50 L/min66. 50 L/min

- 135 -

산소발생 시스템 성능산소발생 시스템 성능산소발생 시스템 성능산소발생 시스템 성능 테테테테스스스스트트트트(2)(2)(2)(2)

본 연구과제 수행에서 얻어진 자료를 기초로 제작된 급 산소발생 시스템의50 LPM

성능 테스트를 시행하였다 산소부화 멤브레인 모듈은 시제품으로 제작된 제품 중.

수의 원사를 사용한 모듈을 사용하였으며 산소발생 시스템의 세팅은 가압식2700

으로 하여 테스트를 진행하였다 산소발생 시스템에 사용된 산소부화용 중공사 및.

멤브레인 모듈의 사양은 다음과 같다.

산소부화 중공사 사양

- P02 = 3.3 ×10-5

cc/cmㆍ2

sec cmHgㆍ ㆍ

- P02/PN2 = 2.9

멤브레인 모듈 사양

- Dimensions : ID 50 mm × L 370 mm

중공사 수- Packing : 2700

결과적으로 산소발생시스템의 시험운전결과는 산소부화 멤브레인 모듈의50 LPM

결과와 유사한 결과를 얻을 수 있었다 모듈에 가하여지는 압력이 증가할수록 투과.

유량은 그에 비하여 증가하는 모습을 보이고 있으며 압력 2 kg/cm2이상의 압력에

서는 이상의 안정적인 산소부화농도를 얻을 수 있었다 일반적으로 많이 사40 % .

용되는 압력인 3~4 kg/cm2이상의 압력에서는 약 이상의 산소부화공기7~8 LPM

를 공급할 수 있는데 이 때의 산소농도는 이며 이 때 얻어지는 순산소40~42 % ,

의 양은 약 정도이다 이의 결과를 그림 및 에 나타내었다3~3.3 LPM . 67 68 .

- 136 -

Pressure (kg/cmPressure (kg/cmPressure (kg/cmPressure (kg/cm2222))))

그림그림그림그림 급급급급 산소발생기산소발생기산소발생기산소발생기 운운운운전특성 압력 산소전특성 압력 산소전특성 압력 산소전특성 압력 산소농농농농도도도도67. 50 L/min ( - )67. 50 L/min ( - )67. 50 L/min ( - )67. 50 L/min ( - )

- 137 -

Pressure (kg/cmPressure (kg/cmPressure (kg/cmPressure (kg/cm2222))))

그림그림그림그림 급급급급 산소발생기산소발생기산소발생기산소발생기 운운운운전특성 압력 산소유량전특성 압력 산소유량전특성 압력 산소유량전특성 압력 산소유량68. 50 L/min ( - )68. 50 L/min ( - )68. 50 L/min ( - )68. 50 L/min ( - )

- 138 -

중공사 방사장치 설계 기술지원중공사 방사장치 설계 기술지원중공사 방사장치 설계 기술지원중공사 방사장치 설계 기술지원6. (8-line)6. (8-line)6. (8-line)6. (8-line)

가 기가 기가 기가 기본본본본설계설계설계설계....

본 기술지원의 차 년도에서는 해당기업에서 기 사용중인 의 중공사1 Pilot scale

제조 장치를 기본으로 하여 중공사 을 설계하였고 장비의8-line pilot , pilot scale

운용자료를 바탕으로 차 년도에 도입될 중공사 의 운용에 대한 지원2 8-line pilot

을 실시할 수 있도록 계획하였다 또 중공사 방사장치에 계획하였던. , Pilot Scale

용 자켓은 생산용 기기에 적합하도록 설계하여 차기연도에 적용할Air Gap 8-line

계획이다.

중공사 의 기본적인 공정 는 원료이송 중공사pilot flow Dope tank Ejection→ →

및 후처리 공정으로 되어 있으며 중공Washing Rolling Winding 8-line→ → →

사 의 기본 스펙은 다음과 같다pilot .

1) Dope tank1) Dope tank1) Dope tank1) Dope tank

Volume : 5L①

Materials : SUS304②

Pressure : Full vacuum - 5kg/cm2③

Temp : RT④

Nozzle :⑤

- N2 inlet & v/v

- Pressure gauge & v/v

- Vent & v/v

- Outlet & v/v

- Materials : SUS304 & SUS316

Tubing : Teflon⑥

Joint : Clamp⑦

- 139 -

2) Core tank2) Core tank2) Core tank2) Core tank

Volume : 5 L①

Materials : SUS304②

Pressure : Full vacuum - 5kg/cm2③

Temp : RT④

Nozzle :⑤

- N2 inlet & v/v

- Pressure gauge & v/v

- Vent & v/v

- Outlet & v/v

- Materials : SUS304 & SUS316

Tubing : Teflon⑥

Joint : Clamp⑦

응고조응고조응고조응고조3)3)3)3)

Bath : 150 × 1650 × 800 mm①

Frame : SUS304 pipe②

Bath materials : SUS304 3t③

보온 : Ceramic wool④

보온 cover : SUS304 1t⑤

Water inlet : 1/4" SUS304 nipple⑥

Out(over flow) let : 1/4" SUS304 nipple⑦

Drain : 1" SUS304 ball v/v⑧

부착Flowmeter(~10 l/min)⑨

부착Cooling fin⑩

- 140 -

Heater : 2KW⑪

분리식Guide roll :⑫

Dimension : ∅50 × w30

부착Nozzle Block(Circulation)⑬

상하이동 설치대 부착Nozzle block ( )⑭

분위기용 부착Nitrogen pipe & F/M⑮

부착Foot master⑯

Utility : 220V. 3⑰ ∅, 60Hz, 3KW

4) Winder4) Winder4) Winder4) Winder

Winding speed : 2 ~ 20 m/min①

Winding roll②

Materials : SUS304

Dimension : ∅300 × w50 mm

Drive③

Motor : 1/4Hp(1/60) inverter motor

Speed control : Inverter(Volume)

부착Speed indicator

수도연결 부착Spray nozzle( )④

용5) Circulation bath (Nozzle )

Bath cape : 5 L①

Bath materials : SUS304②

Insulation : Ceramic wool 25 te3③

보온 cover : SUS304 1t④

Temp. control : PID with SSR⑤

- 141 -

Circulation pump : 13 1/min⑥

Over temp. Limit & NFB⑦

공급 Line : Silicon hose⑧

Returen line : silicon hose⑨

Utility : 220V,1⑩ ∅, 60Hz, 2KW

6) Hot & Colling water supply bath

Temp. range : 0 ~ 40① ℃

Bath volume : 30 L②

Flow rate : 5 L/min(max)③

Compressor : 1/2HP④

Heater : 5 KW⑤

Materials : SUS304⑥

Pump : 13 L/min⑦

부착Water level controller⑧

응고조 공급 및 응고조 온도유지용⑨

Utility : 220V. 3⑩ ∅, 60Hz, 6KW

그림 에 중공사 의 설계 을 나타내었다69 8-line pilot lay-out .

- 142 -

그림 중공사 생산설비의 레이아웃그림 중공사 생산설비의 레이아웃그림 중공사 생산설비의 레이아웃그림 중공사 생산설비의 레이아웃69. 8 Line69. 8 Line69. 8 Line69. 8 Line

- 143 -

상기 도면 중 당해연도에는 구동장치 및 까지를 우Gear Pump Flow meter Frame

선적으로 설계하였다 제작된 의 제작 시방서는 다음과 같다. Gear Pump .

제작제작제작제작1) Frame1) Frame1) Frame1) Frame

은 을 이용하여 제작하며 하단에는Main frame AL pofile(50 × 50) , frame Foot①

를 이용하여 높이 조절과 이동이 용이하도록 제작한다Master(60F) .

에 를 설치하기 위하여 를 설치한다Main frame Gear Pump Base plate .②

동력전달부동력전달부동력전달부동력전달부2)2)2)2)

동력전달은 방사 속도를 조절할 수 있도록 조절용 를 사용한다Speed Motor .①

방사속도를 가 읽기 용이하도록 를 부착한다User Digital indicater .②

3) Base plate3) Base plate3) Base plate3) Base plate

수분과 약품으로 인한 부식을 방지하기 위하여 를 사용한다SUS#304 .①

4) Gear Pump Holder4) Gear Pump Holder4) Gear Pump Holder4) Gear Pump Holder

수분과 약품으로 인한 부식을 방지하기 위하여 를 사용한다SUS#304 .①

차후 관리를 위하여 는 개별적으로 제작한다Holder Holder .②

5) Flow meter Frame5) Flow meter Frame5) Flow meter Frame5) Flow meter Frame

배관을 고려하여 과 일체형으로 만든다Gear Pump Frame .①

수분과 약품으로 인한 부식을 방지하기 위하여 를 사용한다SUS#304 .②

- 144 -

배관배관배관배관6)6)6)6)

부식을 방지하기 위하여 를 사용한다SUS#316 & Teflon Tube .①

관리를 위하여 를 이용하여 배관한다Line Valve .②

가공 부위가공 부위가공 부위가공 부위7)7)7)7)

용액의 방지를 위하여 가공 공차를 로 한다Leak ±0.01 .①

가공 표면의 오염을 방지하기 위하여 전해연마로 후처리를 한다.②

8) Control Box8) Control Box8) Control Box8) Control Box

을 용이하기 위하여 부착한다Control Frame .①

의 편리를 위하여 수치 표현을 로 한다Operater Digital .②

그림 에 의 레이아웃을 나타내었다70 Gear pump .

- 145 -

그림 중공사 생산설비 중 의 레이아웃그림 중공사 생산설비 중 의 레이아웃그림 중공사 생산설비 중 의 레이아웃그림 중공사 생산설비 중 의 레이아웃70. 8 Line Gear pump70. 8 Line Gear pump70. 8 Line Gear pump70. 8 Line Gear pump

- 146 -

제작된 응고조의 과 제작 시방서는 다음과 같다Specification .

응고조응고조응고조응고조1) Specifications1) Specifications1) Specifications1) Specifications

Bath : 450 × 750 × 800 mm①

Frame : SUS304 pipe②

Bath materials : SUS304 3t③

보온 : Ceramic wool④

보온 cover : SUS304 1t⑤

Water inlet : 1/4" SUS304 nipple⑥

Out(over flow) let : 1/4" SUS304 nipple⑦

Drain : 1" SUS304 ball v/v⑧

부착Flowmeter(~10 l/min)⑨

Heater : 2KW × lea⑩

Heater control : PID with SSR⑪

Motor : 1/4 HP 1/20(3 ~ 27m/min)⑫

Motor control : Inverter⑬

속도계 부착⑭

Roll :⑮ ∅100 × L300(SUS304)

Seal : Mechanical seal⑯

설치 부착Nozzle Block⑰

설치대 부착Nozzle block⑱

분위기용 부착chamber⑲

부착Guide roll⑳

부착Foot master㉑

Utility : 220V. 3㉒ ∅, 60Hz, 3KW

- 147 -

응고조 제작 시방서응고조 제작 시방서응고조 제작 시방서응고조 제작 시방서2)2)2)2)

제작Frame & Bath①

은 각관 을 용접하여 제작하며 하단에는Main frame SUS#304 (50 × 50) . frame㉠

를 이용하여 높이 조절과 이동이 용이하도록 제작한다Foot Master(60F) .

는 열손실을 줄이기 위해서 을 이용 보온을 한다Bath Insulation .㉡

방사성을 고려하여 분위기용 를 설치한다Chamber .㉢

용접 후 용접 부위는 산처리를 한다.㉣

동력전달부②

동력전달은 방사 속도를 조절할 수 있도록 조절용 를 사용한다Speed Motor .㉠

방사속도를 가 읽기 용이하도록 를 부착한다User Digital indicater .㉡

Base plate③

수분과 약품으로 인한 부식을 방지하기 위하여 를 사용한다SUS#304 .㉠

Nozzle Holder④

을 이용 가공하며 를 을 한다AI , Warm water Circulation .㉠

을 높이 조절이 용이하도록 상하 이동이 가능하게 설계 제작한다Nozzle .㉡

장치Heating⑤

외부에서 를 공급기로 일차적으로 공급하고 내Warm water Warm Water , Bath㉠

부의 로 열손실을 보상한다Heater .

내부로 공급을 확인하기 위해 를 설치한다Bath Warm water Flow meter .㉡

내부의 온도를 읽기 위해서 를 사용한다Bath Digital Temp Controller .㉢

- 148 -

배관⑥

수분과 약품으로 인한 부식을 방지하기 위하여 실리콘 를 사SUS#304 & Tube㉠

용한다.

관리를 위하여 를 이용하여 배관한다Line Valve .㉡

제작된 응고조의 을 그림 에 나타내었다lay-out 71 .

- 149 -

그림 응고조 레이아웃그림 응고조 레이아웃그림 응고조 레이아웃그림 응고조 레이아웃71.71.71.71.

- 150 -

지적재산권 출원사항지적재산권 출원사항지적재산권 출원사항지적재산권 출원사항7.7.7.7.

본 기술지원 과제에서의 지원내용을 토대로 하여 다음의 내용과 같이 특허출원을

실시하였다.

출원일자 : 2003. 10. 25

출원번호 특허출원 제 호: 2003-74900

발명의 명칭 중공사막의 제조방법:

발명자 조계민 김수진 이종우: , ,

출원인 한국생산기술연구원 나노포아: ,

요약서요약서요약서요약서【 】【 】【 】【 】

요약요약요약요약【 】【 】【 】【 】

본 발명은 방사 환경을 개선함으로써 기체 분리막 제조에 사용될 수 있는 중공사막

을 제조하는 방법에 관한 것이다 본 발명의 중공사막은 실리콘 폴리이미드 폴리. , ,

아미드 셀룰로즈아세테이트 폴리설폰 폴리비닐알코올 폴리페닐옥사이드 폴리부, , , , ,

틸아크릴레이트 및 이들의 둘 이상의 혼합물로 이루어진 그룹중에서 선택된 고분자

를 용매중에 용해시키고 생성된 용해물에 니켈 코발트 루테늄 로듐 팔라듐 티, , , , , ,

탄 철 구리 또는 크롬의 탄산염 질산염 아세트산염 할로겐화물 또는 아세틸아세, , , , ,

토네이트를 첨가하며 비활성 기체로 충전된 챔버내에 존재하는 스피너렛을 통해,

혼합물을 방사시켜 응고조에 들어가기 전 외부 환경으로부터 차단하고 방사된 중,

공사막을 응고 세척 건조시키며 임의로 건조된 막을 열처리하거나 코팅함으로써, , ,

제조한다.

- 151 -

대표도대표도대표도대표도【 】【 】【 】【 】

도 3

색인어색인어색인어색인어【 】【 】【 】【 】

중공사막 스피너렛 질소 챔버, ,

명세서명세서명세서명세서【 】【 】【 】【 】

발명의 명칭발명의 명칭발명의 명칭발명의 명칭【 】【 】【 】【 】

중공사막의 제조방법{Process for the preparation of hollow fiber membrane}

도면의 간단한 설명도면의 간단한 설명도면의 간단한 설명도면의 간단한 설명【 】【 】【 】【 】

도 은 본 발명에 따른 중공사막을 사용한 모듈의 제조 공정도이다1 .

도 는 중공사 방사를 위한 스피너렛의 개략도이다2 .

도 은 중공사막 제조 장치의 개략도이다 고분자 용액 저장기 내부 응고제 저3 : (1),

장기 메쉬 필터 메쉬 필터 기어 펌프 고분자 용액 진행도(2), (3), (4), (5), (6),

내부 응고제 진행도 스피너렛 응고조 중공사 진행도(7), (8), (9), (10)

도 는 스피너렛과 응고조 사이의 질소 챔버 설치를 도시한다4 .

도 는 질소 챔버 사용전후의 중공사 표면에 대한 사진이다5 SEM .

발명의 상세한 설명발명의 상세한 설명발명의 상세한 설명발명의 상세한 설명【 】【 】【 】【 】

발명의 목적발명의 목적발명의 목적발명의 목적【 】【 】【 】【 】

발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술【 】【 】【 】【 】

본 발명은 기체를 분리하기 위한 중공사막의 제조방법에 관한 것이다 보다 자세하.

게는 본 발명은 고분자를 이용한 중공사막의 제조시 막의 형성 단계에서 수분 등을

포함하는 통상의 대기 조건을 차단함으로써 기체 분리 효율을 향상시킬 수 있는 중

공사막을 제조하는 방법에 관한 것이다.

가스상 스트림에서 한 성분의 가스를 다른 성분의 가스로부터 분리하는 방법으로서

막 분리법이 있다.

- 152 -

막 분리법에서 사용되는 기체 분리막은 접촉되는 기체 유동물에서 기체간의 투과속

도 차이를 이용해서 기체를 분리하는 것으로 그 성능은 투과도 및 선택도에 의해

결정된다.

이러한 기체 분리막은 평판 중공관 중공사 등 다양한 형태를 취할 수 있으며 분, , ,

리하고자 하는 기체에 대한 선택도 및 투과도가 높으면서도 경제적으로 유리한 새

로운 기체 분리막을 제조하고자 끊임없이 연구가 진행되고 있다.

발명이 이루고자 하는 기술적 과제발명이 이루고자 하는 기술적 과제발명이 이루고자 하는 기술적 과제발명이 이루고자 하는 기술적 과제【 】【 】【 】【 】

본 발명자들은 노즐을 통하여 방사된 액체상의 고분자가 응고조에서 응고되기 전,

공기중의 습기와 먼지 등으로 인하여 막의 표면이 불균일하게 형성됨을 확인하고,

노즐과 응고조 사이에 챔버들 만들어 비활성 기체로 충전시키는 경우 중공사막의

기체 투과도 및 선택도가 매우 우수하다는 것을 밝혀내어 본 발명을 완성하였다.

발명의 구성발명의 구성발명의 구성발명의 구성【 】【 】【 】【 】

본 발명은 고분자 용액을 준비하는 단계 생성된 고분자 용액에 유기금속화합물을;

첨가하는 단계 비활성 기체로 충전된 챔버내에 존재하는 스피너렛을 통해 상기 형;

성된 혼합물을 방사시키는 단계 방사된 중공사막을 응고시키는 단계 및 응고된 중; ;

공사막 건조시키는 단계를 포함함을 특징으로 하여 중공사막을 제조하는 방법에,

관한 것이다.

상기 중공사막 제조에 사용되는 고분자 용액은 바람직하게는 실리콘 폴리이미드, ,

폴리아미드 셀룰로즈아세테이트 폴리설폰 폴리비닐알코올 폴리페닐옥사 이드, , , , ,

폴리부틸아크릴레이트 및 이들의 둘 이상의 혼합물로 이루어진 그룹중에서 선택된

고분자를 용매중에 용해시켜 제조하며 고분자 용액에 첨가되는 유기금속 합물은,

바람직하게는 니켈 코발트 루테늄 로듐 팔라듐 티탄 철 구리 또는 크롬의 탄, , , , , , ,

산염 질산염 아세트산염 할로겐화물 또는 아세틸아세토네이트 중에서 선택된다, , , .

- 153 -

바람직한 양태로서 본 발명은,

실리콘 폴리이미드 폴리아미드 셀룰로즈아세테이트 폴리설폰 폴리비닐알코(a) , , , , ,

울 폴리페닐옥사이드 폴리부틸아크릴레이트 및 이들의 둘 이상의 혼합물로 이루어, ,

진 그룹중에서 선택된 고분자를 용매중에 용해시키는 단계;

생성된 용해물에 니켈 코발트 루테늄 로듐 팔라듐 티탄 철 구리 또는 크(b) . , , , , , ,

롬의 탄산염 질산염 아세트산염 할로겐화물 또는 아세틸아세토네이트를 첨가하는, , ,

단계;

비활성 기체로 충전된 챔버내에 존재하는 스피너렛을 통해 단계 에서 형성(c) (b)

된 혼합물을 방사시키는 단계;

방사된 중공사막을 응고시키는 단계 및(d) :

응고된 중공사막 건조시키는 단계를 포함함을 특징으로 하여 중공사막 을 제조(e) ,

하는 방법을 제공한다.

상기 중공사막 제조 방법은 건조된 중공사막을 열처리하거나 차 코팅하는 단계를2

추가로 포함할 수 있다.

중공사를 제조하기 위한 고분자 용액의 방사를 위해 스피너렛 이 필요하(spinneret)

며 그 구조가 도 에 나타나 있다 일반적으로 스피너렛은 중공사 내부에 공동을, 2 . ,

만들기 위해 응고제를 주입하는 니들 블록과 고분자 용액을 방사하는 폴리머 보어

블록으로 나누어진다 이러한 구조로 이루어진 스피너렛에서 방사된 고분자 용액은.

다량의 응고제가 담겨져 있는 응고조로 떨어지게 되며 도 참조 실모양으로 방( 3 ),

사되는 고분자 용액은 내부에서도 응고제와 접촉을 하게 되고 외부에서도 응고제와

접촉을 하게 되어 중공사를 형성하게 된다 내부 응고제 저장기 도 참조 에서 나. ( 3 )

온 응고제는 도 에 표시한 니들 블록을 통하여 나오게 되고 고분자 용액은 폴리2 ,

머 보어 블록을 통과하여 나오게 된다.

- 154 -

방사시 내부 응고제와 접촉된 고분자 용액은 내부에서부터 응고를 시작하여 응고조

의 수면에 닿기 전에 이미 어느 정도의 겔화가 이루어진다 응고조 속으로 들어간.

고분자 용액은 완전하게 겔화 및 고형화가 이루어져 가이드 휠을 휘돌아 세정조쪽

으로 향하게 된다 스피너렛까지의 고분자 용액 이송은 기어 펌프에 의해 이루어지.

며 기어 펌프의 회전 속도를 조절함으로써 고분자 방출 속도를 조절할 수 있다 내.

부 응고제의 주입은 저장기에 연결된 질소 라인의 압력에 의해 이루어진다 응고제.

의 주입 속도는 통상적으로 필터 도 의 와 스피너렛 도 의 사이에 설( 3 (4)) ( 3 (8))

치되는 유량계의 의해 조절된다.

중공사 제조 장치를 이용하여 중공사를 만드는 데는 매우 많은 인자가 영향을 미치

며 스피너렛의 선정에서부터 중공사 장치의 설계 및 품질 등이 중요하게 고려된다.

고분자 용액이 스피너렛에서 방사되어 나오는 출구로부터 응고조의 수면에 닿을 때

까지의 거리를 에어갭 이라고 하며 완전 응고가 이루어지기 전까지 고분자(Air Gap)

용액이 공기와 접촉하는 시간을 결정한다 일정한 속도로 고분자 용액이 방사될 때.

에어갭의 거리가 길수록 고분자 용액이 공기와 접촉하는 시간이 길어진다 이 때.

고분자 용액이 접촉하는 공기의 온도 습도와 같은 조건들이 분리막의 활성층 성질,

에 영향을 미칠 수 있으며 예를 들어 고분자 용액에 휘발성이 높은 용매를 함께,

섞고 충분한 길이의 에어갭과 주변 온도를 높여 줌으로써 휘발성 용매를 증발시켜,

밀도가 높은 피층을 형성시키는 방식으로 활성층의 성질을 조절할 수 있다 활성층.

의 증발을 돕기 위해서는 주변의 습기를 차단하고 일정 온도를 유지하여 주는 것이

중요하다.

본 발명자는 이러한 에어캡의 대기조건을 반응에 참여하지 않는 비활성 기체로 감

싸는 경우 형성되는 중공사막의 성능을 향상시킬 수 있음에 착안하여 이러한 비활,

성 기체로 충전된 챔버가 에어갭을 감싸게 함으로써 주변의 습기 및 미세 먼지 등

으로부터 차단하 수 있어 제조된 중공사막의 기체 분리도가 대기에의 노출시 보다

상당히 뛰어나다는 것을 확인하였다.

- 155 -

구체적으로 질소와 산소를 분리하기 위한 모듈에 본 발명에 따라 제조된 중공사막,

을 사용하여 분리한 결과 산소는 약 의 성능향상을 나타내었고 질소는 약, 10 % 5

의 성능향상을 나타내었다% .

본원에서 사용된 용어 비활성 기체 란 주기율표 족에 속하는 헬륨 네온 아르“ ” 0 , ,

곤 크립톤 크세논 라돈 등을 포함하여 질소 등과 같은 다른 물질과 비교적 반응, , ,

하지 않는 기체를 언급한다.

도 는 비활성 기체로 충전된 챔버내의 에어갭의 존재를 나타낸다 비활성 기체는4 .

바람직하게는 질소 아르곤 이들의 혼합물과 같은 기체이며 챔버의 이상, , , 95 % ,

바람직하게는 이상을 차지한다 질소 기체는 질소발생기 분리막형 질소98% . PSA ,

발생기 등을 통해 챔버내에 공급된다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다 그러나 이러한 기, . ,

술은 단지 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐 본 발명이 이로써 한정되는 것으로 간

주되지 않는다.

실시예실시예실시예실시예

폴리설폰 사 을 테트라하이드로퓨란 중(PS, BASF S6010) 25 g (Aldrich) 78.7 ml

에 용해시키고 로듐아세테이트 을 첨가하였다 혼합물, (Rh(CH3COO)3, Aldrich) 5g .

을 질소 챔버내에 있는 스피너렛 일본 사의 을 통해 정제수가( Kawasaki KAP-1)

담긴 응고조에 중공사 생산 속도가 이도록 방사하고 응고된 중공3 20 m/min ,℃

사를 에틸알코올에 시간 동안 시간 마다 새로운 에틸알코올로 교체95 % 4 (1 95 % )

담근 후 다시 무수 에틸알코올에 하루동안 처음 시간 동안은 시간 마다 새로운, ( 3 1

무수 에틸알코올로 교체 담그어 수분을 제거하였다 수분이 제거된 후 헥산을 사) .

용하여 상기 과정을 반복함으로써 에틸알코올을 제거하였다 이어서 중공사를. , 60

건조 오븐에서 시간 동안 건조시킨 후 같은 온도의 진공 오븐에서 하루 동안1 ,℃

건조하였다.

- 156 -

상기 질소 챔버에는 분리막형 질소발생기를 통해 발생된 질소가95 % 5 LPM (liter

로 공급되며 에어갭이 질소 챔버내에 위치한다per minute) , .

상기 제조된 중공사 길이 수를 레진으로 포팅하여 압축( : 350 mm) 5000 5 kgf/cm2

공기를 이용하여 산소와 질소의 분리 실험을 수행하였으며 다음 표 의 결과를 얻, 1

었다;

표표표표 1111【 】【 】【 】【 】

질소 챔버 사용

사용전 사용후

산소유량 2 LPM 1.9 LPM

산소농도 41% 45%

질소유량 3 LPM 3 LPM

질소농도 90% 95%

표 의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이 에어갭을 질소 챔버내에 위치시켜 방사1 ,

되는 중공사가 수분 분진 등과 접촉되는 것을 차단시킴으로써 산소는 약 의, , 10 %

성능향상을 나타내었고 질소는 약 의 성능향상을 나타내었다5 % .

발명의 효과발명의 효과발명의 효과발명의 효과【 】【 】【 】【 】

본 발명에 따른 중공사막의 제조방법은 산소 질소 발생이 매우 우수하고 종래의 제/

조방법에 비해 우수한 제품을 생산할 수 있어 기체 분리막 생산 분야에 유용하게

사용될 수 있다 또한 간단한 질소 챔버 설치로 크린룸시스템 적용에 따른 막대한. ,

시설 투자비를 절감할 수 있다.

특허청구범위특허청구범위특허청구범위특허청구범위【 】【 】【 】【 】

청구항청구항청구항청구항 1111【 】【 】【 】【 】

실리콘 폴리이미드 폴리아미드 셀룰로즈아세테이트 폴리설폰 폴리비닐알코(a) , , , , ,

올 폴리페닐옥사이드 폴리부틸아크릴레이트 및 이들의 둘 이상의 혼합물로 이루어, ,

진 그룹중에서 선택된 고분자를 용매중에 용해시키는 단계;

- 157 -

생성된 용해물에 니켈 코발트 루테늄 로듐 팔라듐 티탄 철 구리 또는 크(b) , , , , , , ,

롬의 탄산염 질산염 아세트산염 할로겐화물 또는 아세틸아세토네이트를 첨가하는, , ,

단계;

비활성 기체로 충전된 챔버내에 존재하는 스피너렛을 통해 단계 에서 형성(c) (b)

된 혼합물을 방사시키는 단계;

방사된 중공사막을 응고시키는 단계 및(d) ;

응고된 중공사막 건조시키는 단계를 포함함을 특징으로 하여 중공사막을 제조(e) ,

하는 방법.

청구항청구항청구항청구항 2222【 】【 】【 】【 】

제 항에 있어서 단계 에서 비활성 기체가 질소 아르곤 또는 이들의 혼합물인1 , (c) ,

방법.

청구항청구항청구항청구항 3333【 】【 】【 】【 】

제 항 또는 제 항에 있어서 건조된 중공사막을 열처리하거나 코팅하는 단계를 추1 2 ,

가로 포함하는 방법.

청구항청구항청구항청구항 4444【 】【 】【 】【 】

제 항에 있어서 질소 아르곤 또는 이들의 혼합물로 충전된 챔버내의 상기 기체의2 , ,

충전량이 내지 인 방법95 % 100 % .

청구항청구항청구항청구항 5555【 】【 】【 】【 】

제 항에 있어서 충전량이 내지 인 방법4 , 98 % 100 %

- 158 -

도면도면도면도면【 】【 】【 】【 】

도도도도 1111【 】【 】【 】【 】

- 159 -

도도도도 2222【 】【 】【 】【 】

도도도도 3333【 】【 】【 】【 】

- 160 -

도도도도 4444【 】【 】【 】【 】

도도도도 5a5a5a5a【 】【 】【 】【 】

도도도도 5b5b5b5b【 】【 】【 】【 】

- 161 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원일정기술지원일정기술지원일정기술지원일정1.1.1.1.

가 기술지원 항목별 구분가 기술지원 항목별 구분가 기술지원 항목별 구분가 기술지원 항목별 구분....

해당기업에 대한 기술지원은 기업의 필요사항을 파악하여 다음과 같은 부문으로 구

분하여 진행하였으며 이에 대한 기술지원 진도표는 표 에 나타내었다26 .

기초기술 및 기술이론 지원㉠

해당기업 현황파악ㆍ

자료조사ㆍ

기초실험 및 이론적 내용 지원ㆍ

공정기술지원㉡

수정Hardwareㆍ

공정기술 지원ㆍ

양산기기 및 제품제작기술 지원㉢

중공사막 양산설비 설계지원ㆍ

중공사막 모듈 제작기술ㆍ

어플리케이션 기술지원ㆍ

나 기술지원 세부내용나 기술지원 세부내용나 기술지원 세부내용나 기술지원 세부내용....

가장 먼저 기술지원의 대상으로 계획한 분야는 기초기술 및 이론적 분야에 대한 기

술지원으로 해당기업의 담당자 및 실무자와 상담을 실시한 결과 중공사 분야와 기

초적인 응용기기 제작에는 부분적으로 실무를 수행

- 162 -

표 차 연도 기술지원일정표 차 연도 기술지원일정표 차 연도 기술지원일정표 차 연도 기술지원일정26. 126. 126. 126. 1

일정일정일정일정 기술지원내용기술지원내용기술지원내용기술지원내용

2002 10 기업현황조사 기초실험준비 기기현황파악 자료조사, , ,

11 기초기술시험 및 기기숙달실험 자료조사.

12 기초기술실험 및 기기숙달실험

2003 1 기초기술실험 중공사 방사공정 문제점파악,

2 공정기술지원 원료- , Hardware Upgrade

3 공정기술지원 각종 및 방사조건- Solution , Hardware Upgrade

4 공정기술지원 방사조건- , Hardware Upgrade

5 공정기술지원 후처리기술 양산설비 설계지원- ,

6 멤브레인모듈 제작기술지원 양산설비 설계지원,

7 중공사막 모듈 조립 어플리케이션 기술지원,

8 ( )─

- 163 -

한 경력이 있어 이론적인 배경이 있었으나 분리막에 대한 기초지식과 이론적 배경

애 부족한 면이 있어 이 분야에 대한 기초연구를 수행하여 중공사 생산에 대한 이

론적인 내용을 숙지하도록 하는 데 주력하였다 주된 내용으로는 기업 및 보유기기.

에 대한 현황파악 특허 및 문헌 자료조사 그리고 기초실험과 기술이론의 학습으로, ,

이는 먼저 해당기업에 대한 현황과 기업측이 생산 또는 실험용으로 보유하고 있는

장비에 대한 파악을 시도하며 담당자와의 커뮤니케이션을 통하여 기술 및 이론에

대하여 필요로 하는 점을 파악하였다 그리고 평막에 대한 기초실험을 실시하여 멤.

브레인 분리막에 대한 기본 개념과 기초 이론을 숙지할 수 있도록 지원하였다 이.

러한 기초기술에 대한 지원은 대부분 년 월부터 년 월에 걸쳐 진2002 10 2003 1

행하였다.

기업 측에서 가장 필요로 한 기술지원내용은 기술지원내용 중 두 번째로 예를 든

공정기술지원으로 해당기업에서는 이에 대한 많은 애로사항과 기술적 문제점을 가

지고 있어 이의 해결이 시급한 상태였다 본 기술지원과제에서는 시험생산을 계속.

시도하며 공정 내의 문제점을 수정하고 각종 공정내의 변수에 대한 의미를 파악하

여 중공사막의 생산이 원활하게 될 수 있도록 지원함과 동시에 기업이 의도한 성능

의 중공사막을 생산할 수 있도록 지원하였다 이 분야의 기술지원은 년 월. 2003 2

부터 년 월에 걸쳐 이루어졌다2003 5 .

기술지원의 마지막 분야는 기업의 경영전략과 직결되는 부분으로 양산 및 제품과

관련된 내용이다 멤브레인 모듈과 이를 이용한 어플리케이션은 해당기업의 주력상.

품으로 아직 이에 대한 기술이 부족하여 이의 본격적인 제품화가 이루어지지 못하

였던 부분에 대한 기술지원이 실시되었다 그리고 중공사 방사장치를 운용한. Pilot

를 바탕으로 급 양산설비의 설계에 참여하여 부분적인 기술지원know-how 8 line

을 실시하였다.

- 164 -

업무성과업무성과업무성과업무성과2.2.2.2.

가 기초기술지원에 대한 업무성과가 기초기술지원에 대한 업무성과가 기초기술지원에 대한 업무성과가 기초기술지원에 대한 업무성과....

기초기술지원에 대한 업무성과를 표 로 정리하였다27 .

표 기초기술지원에 대한 업무성과표 기초기술지원에 대한 업무성과표 기초기술지원에 대한 업무성과표 기초기술지원에 대한 업무성과27.27.27.27.

항목항목항목항목 실시내용실시내용실시내용실시내용 성과성과성과성과

해외 평막

제품 분석

산소부松下電器

화 평막형 멤브레

인 분석

평막형 멤브레인의 구조는 층Silicon Coating ,•

멤브레인 층 부직포지지체 층으로 구성,

층의 구성 물질은 또는Silicon PDMS PMSP,•

멤브레인층은 지지체층은polysulfone,

폴리에스터 부직포로 구성됨

멤브레인에 대한 기초지식 습득멤브레인에 대한 기초지식 습득멤브레인에 대한 기초지식 습득멤브레인에 대한 기초지식 습득••••

기초실험평막 제조 및

후처리공정 실험

을 용매에 녹인 제조Polysulfone Dope•

만들어진 를 이용하여 평막을dope polysulfone•

로 평막형 멤브레인Film Applicator casting,

제조

용액을 이용하여 층막 제조Polyimide 3•

성능 테스트 및 후처리공정에 대한 성능평가•

실시

멤브레인 제조에 대한 기초기술 습득•

- 165 -

나 공정기술지원 업무성과나 공정기술지원 업무성과나 공정기술지원 업무성과나 공정기술지원 업무성과....

공정기술지원에 대한 업무성과를 표 에 정리하였다28 .

표 공정기술지원 업무성과표 공정기술지원 업무성과표 공정기술지원 업무성과표 공정기술지원 업무성과28.28.28.28.

항목항목항목항목 실시내용실시내용실시내용실시내용 성과성과성과성과

내 고분Dope

자함량

내 고분자Dope

함량에 따른 중공

사 성능시험

의 고분자 제조25~33wt% PSf dope•

제조된 를 이용하여 막의 성능을 평가dope•

성능평가결과 의 고분자함량을 갖는28wt%•

으로 제조된 중공사의 성능이 우수한dope

것으로 나타남

방사조건

및Core Dope

의 토출량에 따른

중공사 성능시험

및 의 토출량은 중공사의 직경 및Core Dope•

막의 두께 중공사의 외형 등에 영향을 미치는,

factor

를 의 비율로 테스트d/ c 33/1~2/1• � �

의 조건에서 생산된 중공사의d/ c = 5/1• � �

성능이 우수한 것으로 결과가 얻어짐

방사조건

의 크기Air Gap

에 따른 중공사

성능시험

은 고분자 용액이 공기와 접촉하는Air gap•

시간을 결정

중공사막의 의 상태를 결정하는skin layer•

factor

을 로 변화시켜가며Air gap 5~45cm•

중공사를 제조

테스트 결과 에서 제조된air gap = 30cm•

중공사의 성능이 우수한 것으로 결과가 얻어짐

- 166 -

표 공정기술지원 업무성과 계속표 공정기술지원 업무성과 계속표 공정기술지원 업무성과 계속표 공정기술지원 업무성과 계속28. ( )28. ( )28. ( )28. ( )

항목항목항목항목 실시내용실시내용실시내용실시내용 성과성과성과성과

외부조건 외부응고액 온도

외부응고조 물의 온도는 유기용매와 응고제의•

교환속도를 좌우함

고분자 지지층의 미세다공성과 연관된 factor•

외부응고조 물의 온도가 낮으면 고분자막의•

선택도가 증가하고 투과도가 낮아지며 반대로

물의 온도가 높으면 투과도가 증가하고

선택도가 감소

방사조건의Core solution

조성

은 비용매 계열로Core solution solvent•

가 낮은 용매 중에서 선택하여 사용power

등Dioxane. NMP, MeOH•

성능시험결과 가 에MeOH Core solution•

적합하다고 판단되어 수용액을MeOH 70%

으로 사용core solution

공정보완 후처리공정

공정의 경우 표면장력이Solvent Exchange•

낮은 액체로 후처리를 행하는 경우 건조시

표면의 변화가 없어 투과도가 크게pore size

되며

표면장력이 낮은 액체로 를solvent exchange•

행하면 반대의 효과

후처리없이 건조 처리, MeOH , hexane +•

처리시의 성능을 평가하여silicon hexane +

처리를 후처리로 선정하였음silicon

- 167 -

다 공정개선다 공정개선다 공정개선다 공정개선....

중공사 생산공정 중의 문제점 및 개선사항의 성과를 표 에 정리하였hardware 29

다.

표 공정개선 등의 업무성과표 공정개선 등의 업무성과표 공정개선 등의 업무성과표 공정개선 등의 업무성과29.29.29.29.

항목항목항목항목 실시내용실시내용실시내용실시내용 성과성과성과성과

Core Bubble

용액Core

토출시 Bubble

발생문제 해결

통과시 압력 강하가 원인Valve•

에 의한 발생으로 판단하여Leak bubble•

를 사용하였으나Cole-Palmer flow meter bubble

계속 발생

를 대체하여Flow meter Parker metering•

를 사용하였으나 효과가 없었음valve

위의 방법 모두 유체가 노즐 형태의 밸브와•

스피너렛 부분을 통과하면서 압력강하가 심하게

되어 발생이 된다고 판단되어bubble HPLC

펌프를 도입하여 해결

Dope Bubble

(1)

기어펌프 in-let

구경 확대

기어펌프에 유입되는 사이즈가pipe 1/4“•

튜브로 압력강하 발생

주입되는 유량이 적어 발생이 되는bubble•

원인으로 진단

직경이 큰 튜브로 교체3/8“•

압력강하 감소로 현상 감소에dope bubble•

기여한 것으로 보임

- 168 -

표 공정개선 등의 업무성과 계속표 공정개선 등의 업무성과 계속표 공정개선 등의 업무성과 계속표 공정개선 등의 업무성과 계속29. ( )29. ( )29. ( )29. ( )

항목항목항목항목 실시내용실시내용실시내용실시내용 성과성과성과성과

Dope Bubble

(2)

In-line filteration

방식을 유보하고

의 사전dope

실시filteration

원료공급역할의 기어펌프 유입속도와in-let•

에서의 배출속도의 차이로 발생되는out-let

진공상태가 원인으로 분석됨

초기가동시 점도가 낮은 사용으로dope•

문제가 발생하지 않음

조성 변경으로 점도가 높아지고 가Dope b.p•

낮은 용매가 혼합되어 발생하는 문제로 보임

기어펌프 유입속도를 가장 크게in-let•

감소시키는 단계는 이후의 단계in-line filter

교체In-line filter•

개에서- Swagelock in-line filter(7 m,1/4") 1 2μ

개 병렬 사용으로 교체

개에서- Swagelock in-line filter(7 m,1/4") 3μ

병렬 사용으로 교체

개에서- Swagelock in-line filter(7 m,3/8") 3μ

병렬 사용으로 교체

문제 해결되지 않음-

방식을 포기하고 사전In-line filteration•

발식으로 변환하여 사용하여 문제점filteration

해결

와 금속제 필터를- Membrane Holder 20mesh

사용하여 고압으로 의 실시dope filteration

- 169 -

표 공정개선 등의 업무성과 계속표 공정개선 등의 업무성과 계속표 공정개선 등의 업무성과 계속표 공정개선 등의 업무성과 계속29. ( )29. ( )29. ( )29. ( )

항목항목항목항목 실시내용실시내용실시내용실시내용 성과성과성과성과

Coagulation

수질Bath정수시스템 설치

중공사 제조 설치라인의 수돗물의pilot•

가 높아 응고조 수질에 문제점 대두hardness

멤브레인 정수시스템 조를 설치하고RO 2•

전단에 대형 물탱크를 설치하여 수질 및bath

수량 문제 해결

정수가 펌프가 각종 별도 설치fitting•

과정Winding

의 중공사 융

착 문제

Winding Wheel

의 형상 변경 및

교체

중공사 제조 의 응고조와 세정조를pilot•

통과하는 길이가 짧아 용매가 충분히 세척되지

않는 것이 원인으로 분석됨

중공사 후 수축하여 장력이 발생되는winding•

것도 원인으로 보임

굴곡 형태의 와인더에 중공사가 감길 때•

권취부의 모양에 따라 중앙부로부터 중공사의

모양이 무너지며 융착되는 형상

중공사가 계속 쌓이면서 감기는 현상을 없애기•

위하여 권취면이 평평한 형태의 winding wheel

로 재 제작하여 교체

방사 속도와 를 적절히winding velocity•

조절하여 사용할 필요가 있음

- 170 -

라라라라. Product. Product. Product. Product

중공사 멤브레인 모듈 제작 및 성능평가와 어플리케이션의 성과를 표 에 정리하30

였다.

표 분야의 업무성과표 분야의 업무성과표 분야의 업무성과표 분야의 업무성과30. Product30. Product30. Product30. Product

항목항목항목항목 실시내용실시내용실시내용실시내용 성과성과성과성과

멤브레인 모듈

멤브레인 모듈

제작기술지원 및

성능 테스트

멤브레인 모듈 제작기술 지원•

멤브레인 모듈 용 수지 개발기술potting•

멤브레인 모듈 시제품 제작•

멤브레인 모듈 테스트 결과 수300mm×2700•

모듈의 경우 압력별 순산소량은 4kg/cm2의

작동압력에서 의 양을 보였으며1.55 LPM

최대산소농도는 약 의 결과를 기록44~47 %

어플리케이션어플리케이션

설계기술지원

멤브레인 어플리케이션 설계기술지원•

최대산소농도 45 %•

양산설비설계양산설비8-Line

설계지원

차기연도 도입 예정일 중공사 방사장치8-line•

설계 지원

- 171 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론3333

본 기술지원 과제에서는 주식회사 나노포아에 대한 차 연도의 기술지원을 시행하1

였으며 이를 통하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

기초기술 지원의 기술분석으로 해외의 산소부화막인 의 평막형 멤브레1. 松下電氣

인의 구조를 분석하였으며 이의 구조는 실리콘막으로 된 최상층의 코팅막,

으로 구성된 멤브레인 층 폴리에스터 부직포로 구성된 지지층으로 구Polysulfone ,

성되어 있다는 사실을 확인하였다.

멤브레인 제조기술 확보를 위하여 고분자로 를 제조하여 이를2. Polysulfone dope

다시 평막형 고분자막으로 제조하였으며 실리콘 코팅막을 이용한 층 구조의 평막2

과 이에 폴리이미드 코팅층을 도입한 층막을 제조하여 이의 성능 평가를 통하여3

선택도 투과도 에 이르는 막 성능을 확인하였다1.3~4, 1.8~14 .

을 주원료로 하는 산소부화 중공사 방사에 최대의 내 고분자3. Polysulfone dope

함량을 확인하기 위하여 의 함량을 갖는 로 중공사25~33 wt% Polysulfone dope

를 제조하여 성능을 테스트한 결과 의 고분자 함량을 갖는 로부터28 wt% dope

제조된 중공사막의 성능이 가장 우수함을 확인하였다.

방사조건에 따른 중공사의 성능을 확인하기 위하여 및 의 토출량과4. Core dope

의 거리에 대한 효과를 확인하였다 및 의 토출량은 중공사의air gap . Core Dope

직격 및 막의 두께 중공사의 외형 등에 영향을 미치는 로 를, factor d/ c� �

의 비율로 테스트한 결과 의 조건에서 생산된 중공사의33/1~2/1 d/ c = 5/1� �

성능이 우수한 것으로 결과를 얻을 수 있었다.

- 172 -

은 고분자 용액이 공기와 접촉하는 시간을 결정하며 중공사막의Air gap skin layer

의 상태를 결정하는 로 을 로 변화시켜가며 중공사를 제조factor Air gap 5~45cm

하여 효과를 확인하였다 테스트 결과 에서 제조된 중공사의 성능. air gap = 30cm

이 우수한 것으로 결과를 얻었다.

중공사 방사시 외부의 조건에 대한 효과를 확인하기 위하여5. coagulation bath

내의 수온에 대한 효과를 확인하였다 내의 물의 온도는 유기용. Coagulation bath

매와 응고제의 교환속도를 좌우하여 고분자 지지층의 미세다공성과 연관된 factor

로 외부응고조 물의 온도가 높으면 투과도가 증가하고 선택도가 감소하는 결과를

얻었다.

수처리용 중공사 방사장치를 기초로 한 해당업체의 공정상 문제점을 해결하기6.

위하여 내 수질 과정에서core bubble, dope bubble, coaguation bath , winding

중공사의 융착 문제 등을 각종 부품의 도입 및 교체 공정 변경 등을 통하여 해결,

하였다.

해당 기업체의 실질적 제품인 멤브레인 모듈 제작기술 지원을 실시하여 멤브레7.

인 모듈 설계 및 용 수지개발을 지원하였으며 멤브레인 모듈 시제품을 제potting

작하였고 제작된 멤브레인 모듈 테스트 결과 수 모듈의 경우 압력, 300mm × 2700

별 순산소량은 4kg/cm2

의 작동압력에서 의 양의 보였으며 최대산소농1.55 LPM

도는 약 의 결과를 기록하였다44~47 % .

- 173 -

해당업체가 도입할 예정인 급의 중공사 방사 양산설비의 설계에 대한 지8. 8-line

원을 실시하였으며 용 방사장치에 적용될 용 자켓에 대한 설계와8-line air-gap

함께 지적재산권 출원을 실시하였다.

- 174 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌

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