KR100307806B1 - Surface-Modified Polymer Membrane Using Ion Beam and Method for Surface Modification - Google Patents

Surface-Modified Polymer Membrane Using Ion Beam and Method for Surface Modification Download PDF

Info

Publication number
KR100307806B1
KR100307806B1 KR1019980057666A KR19980057666A KR100307806B1 KR 100307806 B1 KR100307806 B1 KR 100307806B1 KR 1019980057666 A KR1019980057666 A KR 1019980057666A KR 19980057666 A KR19980057666 A KR 19980057666A KR 100307806 B1 KR100307806 B1 KR 100307806B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
polymer membrane
membrane
ion beam
polymer
bond
Prior art date
Application number
KR1019980057666A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20000041712A (en
Inventor
고석근
정형진
최원국
최성창
성 한
김기환
Original Assignee
김윤
주식회사 삼양사
박호군
한국과학기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 김윤, 주식회사 삼양사, 박호군, 한국과학기술연구원 filed Critical 김윤
Priority to KR1019980057666A priority Critical patent/KR100307806B1/en
Publication of KR20000041712A publication Critical patent/KR20000041712A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100307806B1 publication Critical patent/KR100307806B1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J7/00Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
    • C08J7/12Chemical modification
    • C08J7/123Treatment by wave energy or particle radiation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/20Manufacture of shaped structures of ion-exchange resins
    • C08J5/22Films, membranes or diaphragms
    • C08J5/2206Films, membranes or diaphragms based on organic and/or inorganic macromolecular compounds
    • C08J5/2218Synthetic macromolecular compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/20Manufacture of shaped structures of ion-exchange resins
    • C08J5/22Films, membranes or diaphragms
    • C08J5/2287After-treatment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2300/00Characterised by the use of unspecified polymers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L101/00Compositions of unspecified macromolecular compounds

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Treatments Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)

Abstract

본 발명은 이온빔을 이용하여 친수성으로 표면개질된 고분자 멤브레인 및 그 표면 개질방법에 관한 것으로, 고분자 멤브레인 표면으로, 반응성 기체를 유입시키면서 2000 eV 이하의 에너지를 가진 이온빔을 조사시킴으로써 상기 이온빔으로 고분자 멤브레인의 표면을 활성화시키면서 활성화된 고분자 멤브레인의 표면과 상기 반응성 기체를 반응시켜 그 표면에 친수성기를 형성시키는 고분자 멤브레인의 표면개질 방법과 그에 의해 표면개질된 고분자 멤브레인을 제공한다.The present invention relates to a polymer membrane surface-modified hydrophilically using an ion beam and a method for surface modification thereof, wherein the polymer membrane is irradiated with an ion beam having an energy of 2000 eV or less while introducing a reactive gas into the surface of the polymer membrane. The present invention provides a method of surface modification of a polymer membrane and a surface modified polymer membrane, wherein the surface of the activated polymer membrane and the reactive gas react with each other to activate a surface to form a hydrophilic group.

Description

이온빔을 이용하여 표면개질된 고분자 멤브레인 및 그 표면개질방법Surface-Modified Polymer Membrane Using Ion Beam and Its Surface Modification Method

본 발명은 고분자 멤브레인의 표면개질에 관한 것으로 특히 이온빔을 이용하여 친수성으로 표면개질된 고분자 멤브레인 및 그 표면개질방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to surface modification of polymer membranes, and more particularly, to a polymer membrane surface-modified hydrophilically using ion beams and a surface modification method thereof.

고분자 멤브레인은 선택분리 및 효율적인 물질투과기능 등을 전제로 화학 및 환경, 의료, 바이오텍 산업, 식품공업 등에 이르기까지 그 산업적 수요가 날로 확대되고 있으며, 최근에는 첨단산업의 급격한 발전에 따라 멤브레인 신소재의 개발이 활발하게 이루어지고 있다.The demand for polymer membranes is increasing from chemical and environmental, medical, biotech and food industries to the premise of selective separation and efficient material permeation.In recent years, the development of new membrane materials has been developed due to the rapid development of high-tech industries. This is being done vigorously.

멤브레인의 소재는, 우선 투과량과 선택도가 우수한 소재로서, 여과할 수 있는 분자량의 한계를 나타내는 지수인 분자컷오프(molecular cut-off)가 안정적이고, 멤브레인에 형성되어 있는 기공이 균일한 크기로 균일하게 분포되어 있어야 하고, 내약품성, 내열성 및 내오염성이 우수하고 기계적인 강도 역시 좋아야 한다.The material of the membrane is a material having excellent permeation amount and selectivity. The molecular cut-off, which is an index indicating the limit of the molecular weight that can be filtered, is stable, and the pores formed in the membrane are uniform and uniform in size. It should be well distributed, good chemical resistance, heat resistance and fouling resistance and good mechanical strength.

멤브레인의 제조분야에서는 이제까지 주로 상기한 바와 같은 요구조건을 만족시키는 멤브레인 신소재의 개발이나 멤브레인의 구조조절에 관한 연구가 주종을 이루어 왔으나, 1990년대에 들어서는 멤브레인 신소재의 개발이나 제조공정 개발이 어느정도 한계에 도달하였고, 따라서 이보다는 멤브레인의 표면을 개질함으로써 기존의 소재가 갖고 있는 장점을 살리면서 문제점을 보완하는 연구가 활발히 이루어지고 있다. 특히 소재 성질 자체의 한계 때문에 멤브레인의 소재로 사용되지 못하였던 많은 고분자 소재들을 표면개질을 통하여 멤브레인의 소재로 사용하고 또한, 기존의 멤브레인의 문제점들, 즉 내열성 및 내약품성, 내오염성 등의 한계를 해결할 수 있다. 또한, 멤브레인의 표면을 개질함으로써 투과량 및 선택도의 향상, 생체 적합성의 개선 등을 이룰 수 있으며 이외에도 그 사용목적에 따라 다양한 표면 개질에 관한 연구가 이루어졌다. 표면개질의 대상이 되는 멤브레인은 기체분리막, 역삼투막, 한외여과막 및 정밀여과막, 투과증발막 등 거의 모든 분야의 멤브레인이다.In the field of membrane manufacturing, the research on the development of new membrane material and the regulation of membrane structure has been mainly studied until now, but the development of new membrane material and manufacturing process has been limited to the limit in the 1990s. Therefore, rather than modifying the surface of the membrane rather than using the advantages of the existing material has been actively researched to solve the problem. In particular, many polymer materials, which could not be used as membrane materials due to the limitations of the material properties themselves, are used as membrane materials through surface modification, and the limitations of existing membranes such as heat resistance, chemical resistance, and contamination resistance are limited. I can solve it. In addition, by modifying the surface of the membrane, the permeation rate, selectivity, biocompatibility, and the like can be achieved. In addition, various surface modifications have been made according to the purpose of use. Membranes subject to surface modification are membranes in almost all fields, such as gas separation membranes, reverse osmosis membranes, ultrafiltration membranes and microfiltration membranes, and permeation membranes.

이러한 멤브레인을 그 표면특성에 따라 나누면 크게 친수성과 소수성 고분자 멤브레인으로 구분되며, 이것은 멤브레인을 통하여 시료를 여과하고자 할 때, 그 시료의 종류에 따라서 예를 들면, 수용액 상태에서 여과하는지 혹은 유기용매에서 여과하는지에 따라서 각각 친수성과 소수성 멤브레인으로 구분된다. 만약 물에 용해되어 있는 용질을 여과시키고자 한다면 친수성 멤브레인이 필요하다.These membranes are divided into hydrophilic and hydrophobic polymer membranes according to their surface properties. This is to filter the sample through the membrane, depending on the type of sample, for example, in an aqueous solution or in an organic solvent. The hydrophilic and hydrophobic membranes are each classified according to the type. If you want to filter the solute dissolved in water, you need a hydrophilic membrane.

이 때, 고분자 멤브레인의 표면특성인 친수성과 소수성은 물과의 접촉각(wetting angle)으로 확인한다. 상기 접촉각은 멤브레인의 표면과 물방울이 접촉하는 지점(contact point)에서부터 물방울의 표면까지 접선을 이었을 때, 이 접선과 멤브레인의 표면이 이루는 각도로 정의된다. 상기 정의에 의하면, 접촉각이 작다는 것은 물방울이 멤브레인의 표면에 넓고 얇게 퍼지는 것을 의미하며, 따라서 멤브레인의 물에 대한 흡착성, 즉 친수성이 크다는 것을 의미한다. 이러한 접촉각은 접촉각 측정기를 이용하여 0.025 ㎖의 3차 증류수 물방울을 맴브레인의 표면 중 네 위치에 떨어뜨린 후 그 접촉각을 현미경을 통하여 측정하여 네 위치에서 측정한 값의 평균값으로 정한다.In this case, the hydrophilicity and hydrophobicity of the surface of the polymer membrane are confirmed by a wetting angle with water. The contact angle is defined as the angle between the tangent and the surface of the membrane when it is tangent from the contact point of the surface of the membrane to the surface of the droplet. According to the above definition, a small contact angle means that the water droplets spread widely and thinly on the surface of the membrane, and thus means that the membrane has high adsorption to water, that is, hydrophilicity. The contact angle is determined by dropping 0.025 ml of the third distilled water drop into four positions on the surface of the membrane using a contact angle measuring instrument, and measuring the contact angle through a microscope to determine the average value of the measured values at four positions.

종래 표면개질에 주로 사용되는 방법으로는 단순히 계면활성제에 멤브레인을 담가 계면활성제를 멤브레인의 표면 및 내부 기공에 함침시킨 후 이를 건조하여 멤브레인의 친수성을 향상시키는 방법, 플라즈마 처리에 의하여 막표면에 친수성기를 형성시키는 방법, 그리고 단량체 용액을 표면에 바른 후 자외선 조사 등의 방법으로 공중합시키는 그라프팅(grafting)법 등을 들 수 있다.Conventionally, the method mainly used for surface modification simply impregnates the membrane with a surfactant and impregnates the surface and internal pores of the membrane, and then dries it to improve the hydrophilicity of the membrane. And a grafting method in which a monomer solution is applied to the surface and then copolymerized by UV irradiation or the like.

그 중에서, 계면활성제를 이용하는 방법에서는 크게 두 가지의 문제점이 있다. 첫째는 계면활성제의 물에 대한 용해성이다. 즉, 계면활성제가 물에 녹아서 멤브레인의 안정적 투과능력에 대한 신뢰성과 재현성이 떨어지는 문제점이 있다. 둘째는 계면활성제의 도포시에 발생하는 불균일성이다. 즉, 계면활성제가 멤브레인에 불균일하게 도포되어 특히 단백질 분리 등의 의료산업적 응용시 계면활성제가 도포되지 않은 부분에 단백질이 집중적으로 흡착되면서 파울링(fouling) 현상이 쉽게 나타나는 단점이 있다.Among them, there are two major problems in the method using the surfactant. First is the solubility of the surfactant in water. That is, since the surfactant is dissolved in water, there is a problem that the reliability and reproducibility of the stable permeability of the membrane are inferior. Second is non-uniformity that occurs upon application of the surfactant. That is, since the surfactant is unevenly applied to the membrane, in particular, in the medical industry, such as protein separation, fouling occurs easily due to intensive adsorption of the protein to the portion where the surfactant is not applied.

그라프팅법은 복잡한 공정의 고분자합성을 추가해야 하는 번거로움과 제조원가가 비싸다는 단점이 있다.The grafting method has the disadvantage of having to add polymer synthesis in a complicated process and expensive manufacturing cost.

플라즈마를 이용하는 방법은 저온 글로우 방전에 의하여 플라즈마를 발생시킨 후 이 플라즈마를 표면에 조사함으로써 친수성기를 형성시키는 방법으로, 이 때 플라즈마의 에너지를 조절하기가 어렵기 때문에 재현성이 떨어지고 또한 일부 고에너지를 가진 입자들이 고분자 표면으로 조사되어 고분자 멤브레인의 구조를 파괴시켜 그 분자컷오프를 변화시킴으로써 멤브레인의 특성을 저하시키는 문제점이 있다. 또한 플라즈마 이외에도 일반적으로 고에너지로 생각되는 1MeV 이상의 에너지 이온빔 또는 5000~1MeV의 중간 에너지 이온빔을 이용하는 방법이 있으며, 이들은 높은 에너지를 얻기 위하여 이온빔을 가속시켜야 하므로 이온빔을 발생시키는 장치가 고가이고, 또한 넓은 면적은 처리하기가 어려운 문제점이 있었다.Plasma is a method of forming a hydrophilic group by generating a plasma by low temperature glow discharge and then irradiating the plasma to the surface. At this time, it is difficult to control the energy of the plasma. Particles are irradiated onto the surface of the polymer to destroy the structure of the polymer membrane to change the molecular cutoff has a problem of lowering the characteristics of the membrane. In addition to plasma, there is also a method of using an energy ion beam of 1MeV or more or a medium energy ion beam of 5000 to 1MeV, which are generally considered to be high energy, and these devices need to accelerate the ion beam in order to obtain high energy. Area had a problem that is difficult to process.

따라서 상기한 바와 같은 종래의 방법으로는 멤브레인의 분자컷오프가 심하게 변화되고 특히, 기공의 크기와 분포를 변화시킴으로써 멤브레인 고유의 특성을 왜곡시키는 문제점이 있었다.Therefore, in the conventional method as described above, the molecular cutoff of the membrane is severely changed, and in particular, there is a problem of distorting the characteristic of the membrane by changing the size and distribution of the pores.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위하여, 설폰계 고분자화합물과 폴리스타이렌(polystyrene), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리비닐리딘플루오라이드(polyvinylidenfluoride), 폴리아크릴로나이트라이드(polyacrylonitride), 셀룰로즈 아세테이트(cellulose acetate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 방향족 폴리아마이드(aromatic polyamide), 폴리프로필렌(polypropylene) 중의 하나로 이루어지는 고분자 멤브레인으로서, 2000 eV 이하의 에너지를 가지는 이온빔을 조사시켜 고분자 멤브레인의 표면을 활성화시키면서 활성화된 고분자 멤브레인 표면과 반응성 기체를 반응시킴으로써 그 표면에 물에 씻겨나가지 않는 친수성기가 형성된 고분자 멤브레인을 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the problems described above, the present invention provides a sulfon-based polymer compound, polystyrene, polyethylene, polyvinylidenfluoride, polyacryllonitride, cellulose acetate It is a polymer membrane made of one of acetate, polyimide, polyetherimide, aromatic polyamide, and polypropylene. The polymer membrane is irradiated with an ion beam having an energy of 2000 eV or less. It is an object of the present invention to provide a polymer membrane having a hydrophilic group that is not washed out by water by reacting the surface of the activated polymer membrane with a reactive gas while activating the surface.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 고분자 멤브레인의 표면개질 방법은, 고분자 멤브레인 표면으로, 반응성 기체를 유입시키면서 2000 eV 이하의 에너지를 가진 이온빔을 조사시킴으로써 상기 이온빔으로 고분자 멤브레인의 표면을 활성화시키면서 활성화된 고분자 멤브레인의 표면과 상기 반응성 기체를 반응시켜 그 표면에 친수성기를 형성시키는 것으로 이루어진다.In order to achieve the above object, the surface modification method of the polymer membrane according to the present invention activates the surface of the polymer membrane with the ion beam by irradiating an ion beam having an energy of 2000 eV or less while introducing a reactive gas into the polymer membrane surface. While reacting the surface of the activated polymer membrane with the reactive gas to form a hydrophilic group on the surface.

제1도는 본 발명에 따른 고분자 멤브레인의 표면개질 장치의 개략적인 구성을 나타낸 종단면도.1 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of a surface modification apparatus of a polymer membrane according to the present invention.

제2도는 조사되는 이온의 개수에 대한 폴리에테르설폰 멤브레인 표면의 접촉각 변화를 나타내는 그래프.2 is a graph showing the change in contact angle of the polyethersulfone membrane surface with respect to the number of ions irradiated.

제3도는 조사되는 이온의 개수에 대한 폴리에테르설폰 멤브레인 표면의 접촉각 변화를 나타내는 그래프.3 is a graph showing the change in contact angle of the polyethersulfone membrane surface with respect to the number of ions irradiated.

제4a도~제4d도는 폴리에테르설폰 멤브레인의 표면형상을 주사전자현미경으로 관측한 사진으로서,4a to 4d are photographs of the surface shape of the polyether sulfone membrane observed with a scanning electron microscope.

제4a도는 이온빔으로 표면처리를 하지 않은 폴리에테르설폰 멤브레인의 표면형상을 나타내는 주사전자현미경 사진.4A is a scanning electron micrograph showing the surface shape of a polyethersulfone membrane not surface treated with an ion beam.

제4b도는 300 V의 가속전압으로 이온빔을 조사한 후의 폴리에테르설폰 멤브레인의 표면형상을 나타내는 주사전자현미경 사진.4B is a scanning electron micrograph showing the surface shape of the polyethersulfone membrane after irradiation with an ion beam at an acceleration voltage of 300 V. FIG.

제4c도는 500 V의 가속전압으로 이온빔을 조사한 후의 폴리에테르설폰 멤브레인의 표면형상을 나타내는 주사전자현미경 사진.4C is a scanning electron micrograph showing the surface shape of a polyethersulfone membrane after irradiation with an ion beam at an accelerating voltage of 500 V.

제4d도는 1000 V의 가속전압으로 이온빔을 조사한 후의 폴리에테르설폰 멤브레인의 표면형상을 나타내는 주사전자현미경 사진.4d is a scanning electron micrograph showing the surface shape of a polyethersulfone membrane after irradiation with an ion beam at an accelerating voltage of 1000 V.

제5a도~제5d도는 폴리에테르설폰 멤브레인의 표면형상을 주사전자현미경으로 관측한 사진으로서,5a to 5d are photographs of the surface shape of the polyether sulfone membrane observed with a scanning electron microscope.

제5a도는 이온빔으로 표면처리를 하지 않은 폴리에테르설폰 멤브레인의 표면형상을 나타내는 주사전자현미경 사진.5A is a scanning electron micrograph showing the surface shape of a polyethersulfone membrane not surface treated with an ion beam.

제5b도는 1×1015개/㎠의 이온으로 조사한 후의 폴리에테르설폰 멤브레인의 표면형상을 나타내는 주사전자현미경 사진.FIG. 5B is a scanning electron micrograph showing the surface shape of a polyethersulfone membrane after irradiation with 1 × 10 15 particles / cm 2.

제5c도는 1×1016개/㎠의 이온으로 조사한 후의 폴리에테르설폰 멤브레인의 표면형상을 나타내는 주사전자현미경 사진.5C is a scanning electron micrograph showing the surface shape of a polyethersulfone membrane after irradiation with 1 × 10 16 cells / cm 2.

제5d도는 1×1017개/㎠의 이온으로 조사한 후의 폴리에테르설폰 멤브레인의 표면형상을 나타내는 주사전자현미경 사진.5D is a scanning electron micrograph showing the surface shape of a polyethersulfone membrane after irradiation with 1 × 10 17 particles / cm 2.

제6a도~제6c도는 폴리에테르설폰 멤브레인 표면에 대한 XPS 측정결과를 나타내는 그래프로서, 각각 탄소의 1s, 산소의 1s, 황의 2p 스펙트럼이며, 각 도에서는 아래에서 부터 차례로 이온빔으로 조사하기 이전과 1×1015, 1×1017개/㎠ 의 이온빔으로 조사한 후의 멤브레인에 대한 스펙트럼.6a to 6c are graphs showing the results of XPS measurements on the surface of the polyethersulfone membrane, which are 1s of carbon, 1s of oxygen, and 2p of sulfur, respectively. × 10 15, the spectrum of the membrane after irradiated with an ion beam of 1 × 10 17 gae / ㎠.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10 : 진공챔버 20 : 기체유입부10: vacuum chamber 20: gas inlet

30 : 이온원 40 : 기판홀더30: ion source 40: substrate holder

50 : 진공펌프50: vacuum pump

친수성 고분자 멤브레인은 제조가 어렵고 유기용매에 안정하지 못해서, 대부분의 고분자 멤브레인은 소수성 고분자로써 제조하며 그 중, 설폰(sulfone)계 고분자 멤브레인의 대표적인 소재로서 폴리설폰(polysulfone)과 폴리에테르설폰(polyethersulfone)이 있으며, 초미세 여과를 위해 사용되는 멤브레인의 소재로는 폴리스타이렌(polystyrene), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리비닐리딘플루오라이드(polyvinylidenfluoride), 폴리아크릴로나이트라이드(polyacrylonitride), 셀룰로즈 아세테이트(cellulose acetate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 방향족 폴리아마이드(aromatic polyamide), 폴리프로필렌(polypropylene) 등이 있다. 상기한 바와 같은 재료들은 앞에서 언급한 대로 소수성을 가지는 물질로, 이러한 재료를 이용하여 고분자 멤브레인을 제조하면 그 소재 자체의 성질인 소수성을 나타내게 되므로 친수성을 나타내도록 표면개질할 필요가 있다.Hydrophilic polymer membranes are difficult to manufacture and unstable in organic solvents, so most polymer membranes are made of hydrophobic polymers, of which polysulfone and polyethersulfone are representative materials of sulfone-based polymer membranes. The material of the membrane used for ultra-fine filtration is polystyrene, polyethylene, polyvinylidenfluoride, polyacrylonitride, cellulose acetate, Polyimide, polyetherimide, aromatic polyamide, polypropylene, and the like. As described above, the aforementioned materials are hydrophobic materials. When the polymer membrane is manufactured using these materials, the materials are hydrophobic, which is a property of the material itself.

따라서 본 발명에 따라 친수성으로 표면개질된 상기한 바와같은 소수성 고분자들로 이루어진 고분자 멤브레인 및 그 표면개질방법을 도 1~도 6을 참조하여 설명한다.Accordingly, a polymer membrane made of hydrophobic polymers as described above hydrophilic surface modified according to the present invention and a surface modification method thereof will be described with reference to FIGS. 1 to 6.

먼저, 도 1은 본 발명에 따른 고분자 멤브레인의 표면개질 장치의 개략적인 구성을 나타낸 종단면도로서, 상기 장치는 진공챔버(10)의 내부에 반응성 기체를 유입시키는 기체유입부(20)와, 에너지를 가진 이온빔을 생성하는 이온원(30)과, 이에 대향하여 시료를 장착하는 기판홀더(40)로 구성되어 있으며, 상기 진공챔버 내의 진공도를 일정하게 유지하기 위하여 진공펌프(50)가 구비되어 있다.First, Figure 1 is a longitudinal cross-sectional view showing a schematic configuration of the surface modification apparatus of the polymer membrane according to the present invention, the device is a gas inlet 20 for introducing a reactive gas into the interior of the vacuum chamber 10, It consists of an ion source 30 for generating an ion beam having a and a substrate holder 40 for mounting a sample opposite thereto, and a vacuum pump 50 is provided to maintain a constant degree of vacuum in the vacuum chamber. .

상기 장치에서는 이온 보조 반응 (IAR : Ion Assist Reaction, 이하 IAR이라 칭한다)을 이용한다. 즉, 멤브레인의 표면에 이온빔을 조사하여 그 표면을 활성화시켜 반응성 기체와 반응하기 쉽도록 함으로써, 상기 이온빔이 고분자 멤브레인의 표면과 반응성 기체와의 반응을 도와주도록 한다. 이 때 중요한 실험변수는 상기 이온원(30)의 이온화율 및 이온빔 에너지의 조절과 반응성 기체의 양이다. 특히 상기 이온원(30)은 첫째, 이온화율을 조절 가능해야 하고, 둘째, 고분자내의 결합은 그 종류가 다양하므로 낮은 가속전압에서부터 높은 가속전압까지 조절 가능해야하고, 셋째, 장시간 안정된 상태로 동작하여야 하고, 넷째, 표면개질된 고분자의 신뢰성을 높이기 위해서는 이온빔을 균일하게 생성해야 한다.In this apparatus, ion assisted reaction (IAR: Ion Assist Reaction, hereinafter referred to as IAR) is used. That is, the ion beam is irradiated onto the surface of the membrane to activate the surface to facilitate the reaction with the reactive gas, thereby assisting the reaction of the surface of the polymer membrane with the reactive gas. Important experimental variables at this time are the ionization rate of the ion source 30, the control of the ion beam energy and the amount of reactive gas. In particular, the ion source 30, first, the ionization rate should be adjustable, second, because the bond in the polymer is a variety of types must be adjustable from a low acceleration voltage to a high acceleration voltage, and third, must operate in a stable state for a long time Fourth, in order to increase the reliability of the surface-modified polymer, the ion beam must be uniformly generated.

상기한 바와 같은 조건을 만족시키는 본 발명에서의 이온원(30)의 일례는 콜드 할로우 캐쏘드 (cold hallow cathode) 이온원으로서 이온빔의 에너지와 기판에 도달하는 이온의 개수를 각각 독립적으로 정밀하게 제어할 수 있는 특징이 있다. 이 때, 이온빔의 에너지는 형성된 이온빔에 가속전압을 인가함으로써 얻어지고, 이온빔의 전류를 조절함으로써 조사되는 이온의 개수를 조절할 수 있다. 또한, 상기 콜드 할로우 캐쏘드 이온원 이외에 카프만 타입(Kaufman type) 이온원이나 라디오주파수(RF) 이온원 또는 고주파수(HF) 이온원등이 있으며, 저에너지 영역에서 높은 이온빔 밀도를 얻을 수 있는 것을 그 특징으로 한다. 상기한 바와 같은 이온원에서 사용하는 이온생성기체는 불활성기체와 산소, 질소, 이산화탄소, 일산화탄소 및 그들의 혼합기체 중에서 선택하여 사용한다.One example of the ion source 30 in the present invention that satisfies the above conditions is a cold hall cathode ion source, which independently and precisely controls the energy of the ion beam and the number of ions reaching the substrate, respectively. There are features that can be done. At this time, the energy of the ion beam is obtained by applying an acceleration voltage to the formed ion beam, and the number of irradiated ions can be adjusted by adjusting the current of the ion beam. In addition to the cold hollow cathode ion source, there is a Kaufman type ion source, a radio frequency (RF) ion source, or a high frequency (HF) ion source. The ion beam density can be obtained in a low energy region. It is done. The ion generating gas used in the ion source as described above is selected from an inert gas and oxygen, nitrogen, carbon dioxide, carbon monoxide and mixed gas thereof.

또한, 상기 반응성 기체로는 산소, 이산화탄소, 일산화탄소, 오존 및 그들의 혼합 기체 중에서 선택하여 사용한다.In addition, the reactive gas is selected from oxygen, carbon dioxide, carbon monoxide, ozone, and a mixture thereof.

본 발명의 일실시예에 따라 폴리에테르설폰(polyethersulfone) 멤브레인을 상기한 바와 같은 장치를 이용하여 표면개질 하는 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.According to one embodiment of the present invention, a method of surface modification of a polyethersulfone membrane using the apparatus as described above will be described in detail.

먼저, 상용되고 있는 폴리에테르설폰 멤브레인을 중류수에 3일간 보관하여 계면활성제를 완전히 제거한 후 상기 진공챔버(10) 내의 기판홀더(40)에 장착하고, 상기 진공챔버(10) 내의 진공도를 1×10-5Torr로 유지한다.First, the commercially available polyethersulfone membrane is stored in midstream for 3 days to completely remove the surfactant, and then mounted on the substrate holder 40 in the vacuum chamber 10, and the vacuum degree in the vacuum chamber 10 is 1 ×. Keep at 10 -5 Torr.

다음, 폴리에테르설폰 멤브레인의 주위에 기체유입부(20)를 통하여 반응기체로 산소를 주입하고, 상기 이온원(30)에 이온생성기체로서 아르곤을 주입하고 방전전압을 400~500 V 의 값으로 가하여 이온빔을 생성시킨 다음, 가속전압을 2000 V 이하의 범위에서 변화시키면서 가하여 에너지를 가진 이온빔을 폴리에테르설폰 멤브레인에 조사한다. 이 때, 이온빔의 전류를 조절하여 기판에 조사되는 이온의 개수를 1 ㎠의 면적당 1×1014~1×1017개의 범위로 한다. 상기 실험변수들 즉, 진공도, 방전전압, 가속전압, 조사되는 이온의 개수의 수치는 친수성으로 표면개질되는 값으로 실험을 통하여 구한 것이다.Next, oxygen is injected into the reactor through the gas inlet 20 around the polyether sulfone membrane, argon is injected into the ion source 30 as an ion generating gas, and the discharge voltage is 400-500 V. After generating an ion beam, an energized ion beam is irradiated onto the polyethersulfone membrane with varying acceleration voltages in the range of 2000 V or less. At this time, the number of ions irradiated to the substrate by adjusting the current of the ion beam is set in the range of 1 × 10 14 to 1 × 10 17 pieces per 1 cm 2 area. The experimental variables, that is, the degree of vacuum, the discharge voltage, the acceleration voltage, and the number of irradiated ions are obtained through experiments as values that are surface modified with hydrophilicity.

도 2는 폴리에테르설폰 멤브레인의 표면에 조사되는 이온의 개수를 상기 범위내에서 변화시키고, 산소의 양은 6 ㎖/min으로 하고, 가속전압을 각각 300, 500, 1000 V로 하였을 경우, 조사되는 이온의 개수에 대한 접촉각 변화를 나타낸다.FIG. 2 shows the number of ions irradiated to the surface of the polyether sulfone membrane within the above range, the amount of oxygen is 6 ml / min, and the ions irradiated when the acceleration voltage is 300, 500, or 1000 V, respectively. Change in contact angle with respect to the number of.

상기 도 2에 나타난 바와 같이 산소 분위기에서 이온빔으로 표면개질한 후의 폴리에테르설폰의 접촉각은 표면개질 전의 접촉각인 75°에서 감소하고, 특히 300 V의 이온빔으로 조사한 경우가 500 V 또는 1000 V의 이온빔으로 조사한 경우보다 접촉각의 감소가 크다. 또한, 조사되는 이온의 개수가 1×1015개/㎠ 이상이 되면 접촉각이 증가하나 표면개질 전의 접촉각보다는 낮으므로, 1×1014~1×1017개/㎠ 의 범위에서 친수성으로 표면개질된 효과를 얻을 수 있다. 최소 접촉각은 300 V의 이온빔으로 조사한 경우, 1×1015이온개수/㎠의 이온조사량에서, 12°로 측정되었다.As shown in FIG. 2, the contact angle of the polyethersulfone after surface modification with an ion beam in an oxygen atmosphere is decreased at 75 °, which is a contact angle before surface modification, and in particular, when irradiated with an ion beam of 300 V, an ion beam of 500 V or 1000 V is used. The decrease in contact angle is greater than in the case of irradiation. In addition, when the number of ions irradiated is 1 × 10 15 / cm 2 or more, the contact angle increases, but is lower than the contact angle before surface modification, so that the surface-modified surface is hydrophilic in the range of 1 × 10 14 to 1 × 10 17 particles / cm 2. The effect can be obtained. The minimum contact angle was measured at 12 ° when irradiated with an ion beam of 300 V at an ion irradiation amount of 1 × 10 15 ions / cm 2.

상기한 바와 같이 최소의 접촉각을 나타낸 가속전압인 300 V에서, 산소의 유입량을 0, 4, 6, 8 ㎖/min으로 변화시켰을 경우, 폴리에테르설폰 멤브레인의 표면에 조사되는 이온의 개수에 대한 접촉각의 변화가 도 3에 나타나 있다.As described above, at 300 V, which is the acceleration voltage showing the minimum contact angle, the contact angle with respect to the number of ions irradiated on the surface of the polyethersulfone membrane when oxygen inflow is changed to 0, 4, 6, 8 ml / min. Is shown in FIG. 3.

상기 도 3에 나타난 바와 같이, 산소가 유입되었을 경우에 접촉각의 감소가 더 크며, 최소 접촉각은 산소의 유입량이 6 ㎖/min일 경우, 1×1015이온개수/㎠의 이온 조사량에서, 12°로 측정되었다. 또한, 도 3에서는 0, 4, 6, 8 ㎖/min의 산소유입량의 경우를 도시하였으나, 실험의 통하여 10 ㎖/min 이하의 산소유입량에서 접촉각이 감소함을 확인하였다. 이 때, 10 ㎖/min 이하의 산소유입량은 상기 실험으로 에서 사용되는 진공챔버의 크기 및 시편의 크기에 의해 결정된 값이다. 예를 들어, 대형면적의 시편과 보다 더 큰 진공챔버를 이용한다면 산소의 유입량도 더 큰 값이 요구될 것이다.As shown in FIG. 3, the decrease in contact angle is greater when oxygen is introduced, and the minimum contact angle is 12 ° at an ion irradiation dose of 1 × 10 15 ion counts / cm 2 when the inflow of oxygen is 6 ml / min. Was measured. In addition, FIG. 3 illustrates the case of oxygen inflows of 0, 4, 6, and 8 ml / min, but the contact angle decreases at an oxygen inflow amount of 10 ml / min or less through the experiment. At this time, the oxygen inflow amount of 10 ml / min or less is a value determined by the size of the vacuum chamber and the size of the specimen used in the experiment. For example, larger specimens and larger vacuum chambers will require greater oxygen inflow.

다음, 도 4a~4d는 이온빔으로 표면처리를 하지 않은 폴리에테르설폰 멤브레인과, 각각 300, 500, 1000 V의 가속전압으로 1×1015개/㎠의 아르곤이온빔을 조사한 후의 폴리에테르설폰 멤브레인의 표면형상을 주사전자현미경(scanning electron microscope)으로 관측한 사진이다. 300 V의 이온빔으로 표면개질한 폴리에테르설폰의 표면형상인 도 4b는 이온빔으로 표면처리를 하지 않은 경우인 도 4a와 차이가 없으며 이것은 멤브레인의 표면구조를 손상시키지 않았음을 나타낸다. 반면에, 500, 1000 V의 이온빔으로 표면처리한 경우인 도 4c, 4d에는 부분적으로 응집된 형상이 관찰되며, 이것은 표면에 조사된 높은 에너지의 이온빔이 멤브레인의 구조를 붕괴시킨 것이다. 이러한 멤브레인 구조의 붕괴가 더 심해지면 멤브레인의 분자컷 오프를 변형시키고, 기공의 크기와 분포를 불균일하게 한다.Next, FIGS. 4A to 4D show the surface of the polyethersulfone membrane which has not been surface treated with an ion beam and the polyethersulfone membrane after irradiating 1 × 10 15 pieces / cm 2 argon ion beams at acceleration voltages of 300, 500 and 1000 V, respectively. The image was observed by scanning electron microscope. 4B, which is the surface shape of the polyethersulfone surface-modified with a 300 V ion beam, is not different from that of FIG. 4A without surface treatment with an ion beam, indicating that the surface structure of the membrane was not damaged. On the other hand, in the case of surface treatment with ion beams of 500 and 1000 V, a partially aggregated shape is observed in FIG. 4C and 4D, in which a high energy ion beam irradiated to the surface collapses the structure of the membrane. The more severe the collapse of the membrane structure, the more deformed the molecular cut off of the membrane and the uneven pore size and distribution.

다음, 도 5a~5d는 이온빔으로 표면처리를 하지 않은 폴리에테르설폰 멤브레인과, 이온빔의 에너지는 300 V로 고정시키고 조사되는 이온의 개수를 각각 1×1015, 1×1016, 1×1017개/㎠으로 하여 표면처리한 후의 폴리에테르설폰 멤브레인의 표면형상을 주사전자현미경으로 관측한 사진이다. 1×1015이온개수/㎠의 이온빔으로 표면 개질한 폴리에테르설폰의 표면형상인 도 4b는 이온빔으로 표면처리를 하지 않은 경우인 도 4a와 차이가 없다. 반면에, 1×1016, 1×1017이온개수/㎠의 이온빔으로 표면처리한 경우인 도 4c, 4d에는 응집된 형상이 관찰되며, 특히 도 4d에는 과다하게 응집된 형상이 나타나있다.Next, FIGS. 5A to 5D show polyethersulfone membranes not surface-treated with ion beams, the energy of the ion beams is fixed at 300 V, and the number of irradiated ions is 1 × 10 15 , 1 × 10 16 , and 1 × 10 17, respectively. It is the photograph which observed the surface shape of the polyether sulfone membrane after surface-treatment with the number / cm <2> by the scanning electron microscope. 4B, which is the surface shape of the polyether sulfone surface-modified with an ion beam of 1 × 10 15 ions / cm 2, is not different from that of FIG. On the other hand, agglomerated shapes are observed in FIGS. 4C and 4D, which are surface treated with ion beams of 1 × 10 16 and 1 × 10 17 ions / cm 2, and particularly, in FIG. 4D, excessively aggregated shapes are shown.

따라서 상기한 바와 같은 실험으로부터, 폴리에테르설폰 멤브레인의 경우, 멤브레인 고유특성인 분자컷오프와 기공의 크기와 분포를 변화시키지 않으면서도 접촉각을 감소시키기 위해서는 가속전압과 조사되는 이온의 양을 조절해야 할 필요가 있다. 이 때, 가속전압과 조사되는 이온의 양은 서로 영향을 미친다. 즉, 일반적으로 가속전압이 작아지면 클 때에 비해 조사되는 이온의 양이 많아도 멤브레인의 구조가 붕괴되지 않는 경향이 있다.Therefore, from the above experiments, in the case of polyethersulfone membrane, it is necessary to adjust the acceleration voltage and the amount of irradiated ions to reduce the contact angle without changing the size and distribution of the molecular cutoff and pores which are inherent to the membrane. There is. At this time, the acceleration voltage and the amount of irradiated ions influence each other. That is, generally, when the acceleration voltage decreases, the structure of the membrane tends not to collapse even when the amount of irradiated ions is large compared to when the acceleration voltage decreases.

또한, 멤브레인의 구조가 붕괴되는 가속전압과 조사되는 이온의 양은 반응성 기체의 종류에 따라서 그 값이 달라진다.In addition, the acceleration voltage at which the structure of the membrane collapses and the amount of irradiated ions vary depending on the type of reactive gas.

앞에서 언급한 바와 같이, 접촉각의 감소는 고분자 표면의 친수성기의 형성과 밀접한 관련이 있으며, 이것은 액스피에스 (XPS : X-ray Photoelectron Spectroscopy, 이하 XPS라 칭한다.) 측정을 실시하여 알아내었다.As mentioned earlier, the decrease in contact angle is closely related to the formation of hydrophilic groups on the polymer surface, which was determined by performing XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS) measurement.

도 6은 폴리에테르설폰 표면에 대한 XPS 측정결과로서, 도6a는 탄소의 1s 스펙트럼이고, 도6b는 산소의 1s 스펙트럼이며, 도6c는 황의 2p 스펙트럼이다. 도6a~도6c 각각에서는 아래에 있는 피크부터 차례로 이온빔으로 조사하기 이전과 1×1015, 1×1017개/㎠ 의 이온빔으로 조사한 후의 멤브레인에 대한 스펙트럼을 나타낸다. 표면개질의 다른 실험변수로서 가속전압은 300 V이고, 산소의 유입량은 6 ㎖/min이다.FIG. 6 is a XPS measurement result of the polyethersulfone surface. FIG. 6A is a 1s spectrum of carbon, FIG. 6B is a 1s spectrum of oxygen, and FIG. 6C is a 2p spectrum of sulfur. 6A to 6C show spectra for membranes before irradiation with ion beams in order from the peaks below and after irradiation with ion beams of 1 × 10 15 and 1 × 10 17 pieces / cm 2. As another experimental variable of surface modification, the acceleration voltage is 300 V and the inflow of oxygen is 6 ml / min.

도6a에 도시된 탄소의 1s 스펙트럼에서, 이온빔으로 조사하기 이전의 멤브레인에 대한 결과와 비교하여 1×1015개/㎠ 의 이온빔으로 표면개질한 후의 멤브레인에서는 친수성기인 탄소와 산소의 이중결합(이하, C=O결합이라 한다)과 상기 C=O결합과 산소의 결합(이하, 0-C=O결합이라 한다)이 생겨났음을 나타내고 있다. 1×1017개/㎠ 의 이온빔이 조사된 경우에는 산소에 의한 피크 즉, C=O결합과 O-C=O결합에 의한 피크는 감소하고, 탄소와 탄소의 단일결합(이하, C-C결합이라 한다)에 의한 주(main) 피크가 넓어졌으며 이것은 친수성에 나쁜 영향을 미치는 비정질 탄소의 피크가 중첩되었기 때문이다. 결과적으로 친수성기를 이루는 산소의 양이 이온빔으로 조사하기 이전에 비해 1×1015개/㎠ 의 이온빔으로 표면개질한 후의 멤브레인에서는 증가하였다가 1×1017개/㎠ 의 이온빔으로 표면개질한 후의 멤브레인에서는 다시 감소하였다.In the 1s spectrum of carbon shown in Fig. 6a, a double bond of carbon and oxygen as a hydrophilic group in the membrane after surface modification with an ion beam of 1x10 15 particles / cm 2 compared to the result of the membrane before irradiation with the ion beam , C = O bond) and the above-mentioned C = O bond and oxygen bond (hereinafter referred to as 0-C = O bond). When the ion beam of 1 × 10 17 atoms / cm 2 is irradiated, the peak due to oxygen, that is, the peak due to the C═O bond and the OC═O bond, decreases and the carbon-to-carbon single bond (hereinafter referred to as CC bond) The main peak by is widened because of the overlapping peaks of amorphous carbon that adversely affect hydrophilicity. As a result, the amount of oxygen constituting the hydrophilic group was increased in the membrane after surface modification with an ion beam of 1 × 10 15 cells / cm 2 compared with before the irradiation with the ion beam, and the membrane after surface modification with an ion beam of 1 × 10 17 cells / cm 2. Decreased again.

도6b에 도시된 산소의 1s 스펙트럼에서는 이온빔으로 조사하기 이전에 비해 1×1015개/㎠ 의 이온빔으로 표면개질한 후에 친수성기인 C=O결합에 의한 스펙트럼이 생겨났으며 1×1017개/㎠ 의 이온빔이 조사된 경우에는 피크의 높이가 상당히 감소하였으며 이로부터 산소의 양이 감소하였음을 알 수 있다. 또한, 1×1017개/㎠ 의 이온빔이 조사된 경우에 황과의 이중결합(이하 S=O결합이라 한다)에 의한 피크가 소멸하였음을 알 수 있다. 이 때, C=O결합에너지와 S=O결합에너지가 비슷하여 이들에 의한 두 피크를 구별하기가 어렵기 때문에, 1×1017개/㎠ 의 이온빔이 조사된 경우에 소멸한 피크가 S=O결합에 의한 피크라는 것은 황의 2p 스펙트럼으로부터 알 수 있다.In the 1s spectrum of oxygen shown in Fig. 6b, after surface modification with an ion beam of 1 × 10 15 cells / cm 2, the spectrum was generated by the hydrophilic group C = O bond compared to before irradiation with ion beams, and 1 × 10 17 cells / When the ion beam of 2 cm 2 was irradiated, the height of the peak was considerably reduced, indicating that the amount of oxygen was reduced. In addition, it can be seen that the peak due to the double bond with sulfur (hereinafter referred to as S = O bond) disappeared when 1 × 10 17 particles / cm 2 of the ion beam was irradiated. At this time, since C = O binding energy and S = O binding energy are similar, it is difficult to distinguish between these two peaks. Therefore, the peak disappeared when 1 × 10 17 / cm 2 ion beam is irradiated. The peak due to the O bond can be seen from the 2p spectrum of sulfur.

도2c인 황의 2p 스펙트럼에서는 1×1017개/㎠ 의 이온빔이 조사된 경우에 산소와의 결합에 의한 피크, 즉 -SO2-피크가 거의 소멸한 것이 도시되어 있다.In the 2p spectrum of sulfur shown in Fig. 2c, the peak due to the bonding with oxygen, i.e., -SO 2 -peak, almost disappeared when the ion beam of 1x10 17 atoms / cm 2 was irradiated.

산소의 양은 도6에 도시된 스펙트럼들의 면적으로부터 확인할 수 있다. 표1에는 산소의 양을 탄소에 대한 원자비로 나타내었다. 그 원자비인 O/C는 도6b에 도시된 산소 1s 스펙트럼의 면적을 산소의 민감도(sensitivity factor)로 나누어서 구한 산소의 양을 이온빔 조사 전의 값을 기준으로 하여 즉, 이온빔 조사 전의 값으로 나누어서 나타낸 값이다. 황의 원자비인 S/C의 경우도 마찬가지의 방법으로 구한 값이다.The amount of oxygen can be seen from the area of the spectra shown in FIG. Table 1 shows the amount of oxygen as the atomic ratio to carbon. The atomic ratio O / C represents the amount of oxygen obtained by dividing the area of the oxygen 1s spectrum shown in FIG. 6B by the sensitivity factor of oxygen based on the value before the ion beam irradiation, that is, the value before the ion beam irradiation. Value. S / C which is an atomic ratio of sulfur is also the value calculated | required by the same method.

앞에서 언급한 바와 같이, 표1에서 원자비인 O/C와 S/C는 각각 탄소에 대한 산소와 황의 원자비로서 이로부터 멤브레인에 포함된 산소와 황의 상대적인 양을 알 수 있다. 산소의 원자비, 즉 O/C는 이온빔으로 조사하기 이전의 1에서 1×1015개/㎠ 의 이온빔으로 표면개질한 후에는 1.21로 증가하고 1×1017개/㎠ 의 이온빔으로 표면 개질한 후에는 0.65로 감소한 것을 확인할 수 있다.As mentioned earlier, the atomic ratios O / C and S / C in Table 1 are the atomic ratios of oxygen and sulfur to carbon, respectively, from which the relative amounts of oxygen and sulfur contained in the membrane can be seen. The atomic ratio of oxygen, ie O / C, increased from 1.1 to 1 × 10 15 / cm 2 ion beams before irradiation with ion beams, and then increased to 1.21 and surface modified with 1 × 10 17 ion / cm 2 ion beams. Afterwards it can be seen that the decrease to 0.65.

따라서, 도6과 표1로부터 이온빔의 에너지가 300 eV일 때, 1×1015개/㎠ 의 이온빔으로 표면개질한 후에는 친수성이 향상되고, 1×1017개/㎠ 의 이온빔으로 표면개질한 후에는 그 향상된 친수성이 다시 나빠짐을 알 수 있었다. 그러나 표면개질에 적합한 조건을 찾을 때, 상기 이온의 개수는 이온빔의 에너지에 따라 달라진다. 예를들면, 이온빔의 에너지를 낮추면 보다 많은 이온 개수로도 표면의 친수성이 향상될 수 있다.Therefore, when the energy of the ion beam is 300 eV from FIG. 6 and Table 1, the hydrophilicity is improved after surface modification with an ion beam of 1 × 10 15 pieces / cm 2, and surface modified with an ion beam of 1 × 10 17 pieces / cm 2. Later it was found that the improved hydrophilicity worsened again. However, in finding suitable conditions for surface modification, the number of ions depends on the energy of the ion beam. For example, lowering the energy of the ion beam may improve the hydrophilicity of the surface even with a larger number of ions.

이상, 고분자 멤브레인 중에서 일반적으로 사용되는 폴리에테르설폰 멤브레인을 이온보조반응에 의하여 표면개질한 예를 개시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 폴리에테르설폰을 포함한 설폰계 고분자 이외에, 폴리스타이렌(polystyrene), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리비닐리딘플루오라이드(polyvinylidenfluoride), 폴리아크릴로나이트라이드(polyacrylonitride), 셀룰로즈 아세테이트(cellulose acetate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 방향족 폴리아마이드(aromatic polyamide), 폴리프로필렌(polypropylene) 등과 같은 고분자로 이루어진 멤브레인의 표면개질에도 적용할 수 있다.In the above, an example of surface modification of a polyethersulfone membrane generally used among polymer membranes by an ion assist reaction is disclosed, but the present invention is not limited thereto, in addition to a sulfone-based polymer including polyethersulfone, polystyrene, Polyethylene, polyvinylidenfluoride, polyacrylonitride, cellulose acetate, polyimide, polyetherimide, aromatic polyamide It is also applicable to the surface modification of membranes made of polymers such as polypropylene.

상기한 바와 같이, 이온보조반응에 의하여 표면개질된 고분자 멤브레인은 상용 고분자 멤브레인에 비해, 접촉각이 훨씬 낮은 우수한 친수성 고분자 멤브레인을 제공해주는 효과가 있다.As described above, the polymer membrane surface-modified by the ion assist reaction has an effect of providing an excellent hydrophilic polymer membrane having a much lower contact angle than commercial polymer membranes.

또한, 2000 eV 이하의 에너지를 가진 이온을 조사함으로써 멤브레인의 표면구조를 붕괴시키지 않아 멤브레인 고유의 특성인 분자컷오프와 균일한 기공의 크기와 분포를 변화시키지 않는 효과가 있다.In addition, by irradiating ions with an energy of 2000 eV or less, the surface structure of the membrane is not disrupted, thereby reducing the molecular cutoff and uniform pore size and distribution, which are inherent to the membrane.

또한, 같은 실험장치에서 같은 실험변수하에 실험하였을 때, 같은 결과를 나타내는 재현성이 우수한 효과가 있다.In addition, when the experiment under the same experimental variable in the same experimental device, there is an effect excellent in reproducibility showing the same result.

Claims (7)

고분자 멤브레인 표면으로, 반응성 기체를 유입시키면서 2000 eV 이하의 에너지를 가진 이온빔을 조사시킴으로써 상기 이온빔으로 고분자 멤브레인의 표면을 활성화 시키면서 활성화된 고분자 멤브레인의 표면과 상기 반응성 기체를 반응시켜 그 표면에 친수성기를 형성시키는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고분자 멤브레인의 표면개질 방법.By irradiating an ion beam having an energy of 2000 eV or less while introducing a reactive gas to the surface of the polymer membrane, the surface of the activated polymer membrane reacts with the reactive gas to form a hydrophilic group by activating the surface of the polymer membrane with the ion beam. Surface modification method of the polymer membrane, characterized in that consisting of. 제1항에 있어서, 상기 반응성 기체는 산소, 질소, 이산화탄소, 일산화탄소, 오존 및 그들의 혼합기체 중에서 하나인 것을 특징으로 하는 고분자 멤브레인의 표면개질 방법.The method of claim 1, wherein the reactive gas is one of oxygen, nitrogen, carbon dioxide, carbon monoxide, ozone, and a mixture thereof. 제1항에 있어서, 상기 이온원은 콜드 할로우 캐쏘드 (cold hallow cathode) 이온원과 카프만 식 (Kaufman type) 이온원, 라디오주파수(RF) 이온원, 그리고 고주파수(HF) 이온원 중의 하나로서, 저에너지 영역에서 높은 이온빔 밀도를 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는 고분자 멤브레인의 표면개질 방법.The method of claim 1, wherein the ion source is one of a cold hallow cathode ion source, a Kaufman type ion source, a radio frequency (RF) ion source, and a high frequency (HF) ion source. A method for surface modification of a polymer membrane, characterized in that a high ion beam density can be obtained in a low energy region. 제1항에 있어서, 상기 고분자 멤브레인의 표면에 도달하는 이온의 개수는 1 ㎠의 면적당 1×1014~1×1017개인 것을 특징으로 하는 고분자 멤브레인의 표면개질 방법.The method of claim 1, wherein the number of ions reaching the surface of the polymer membrane is 1 × 10 14 to 1 × 10 17 per 1 cm 2 area. 제1항에 있어서, 상기 친수성기는 C-O 결합, C=O 결합, (C=O)-O 결합, C-N 결합, C=N 결합 중의 하나 또는 둘 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 멤브레인의 표면개질 방법.The surface modification of the polymer membrane of claim 1, wherein the hydrophilic group comprises at least one of a CO bond, a C═O bond, a (C═O) —O bond, a CN bond, and a C═N bond. Way. 제1항에 있어서, 상기 고분자 멤브레인은 설폰계 고분자화합물과 폴리스타이렌(polystyrene), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리비닐리딘플루오라이드(polyvinylidenfluoride), 폴리아크릴로나이트라이드(polyacrylonitride), 셀룰로즈 아세테이트(cellu1ose acetate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 방향족 폴리아마이드(aromatic polyamide), 폴리프로필렌(polypropylene) 중의 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고분자 멤브레인의 표면개질 방법.The method of claim 1, wherein the polymer membrane is a sulfone-based polymer compound, polystyrene, polyethylene, polyethylene, polyvinylidenfluoride, polyacryllonitride, cellulose acetate, Method of modifying the surface of a polymer membrane, characterized in that made of one of polyimide, polyetherimide, aromatic polyamide, polypropylene. 설폰계 고분자화합물과 폴리스타이렌(polystyrene), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리비닐리딘플루오라이드(polyvinylidenfluoride), 폴리아크릴로나이트라이드(polyacrylonitride), 셀룰로즈 아세테이트(cellulose acetate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 방향족 폴리아마이드(aromatic polyamide), 폴리프로필렌(polypropylene) 중의 하나로 이루어지는 고분자 멤브레인으로서, 2000 eV 이하의 에너지를 가지는 이온빔을 조사시켜 고분자 멤브레인의 표면을 활성화시키면서 활성화된 고분자 멤브레인 표면과 반응성 기체를 반응시킴으로써 그 표면에 물에 씻겨나가지 않는 친수성기가 형성된 것을 특징으로 하는 고분자 멤브레인.Sulfonated polymer compounds, polystyrene, polyethylene, polyvinylidenfluoride, polyacrylonitride, cellulose acetate, polyimide, polyetherimide ( A polymer membrane made of one of polyetherimide, aromatic polyamide, and polypropylene. The polymer membrane is activated by irradiating an ion beam having an energy of 2000 eV or less to activate the surface of the polymer membrane and a reactive gas. A polymer membrane, characterized in that a hydrophilic group which is not washed out by water is formed on the surface by reacting.
KR1019980057666A 1998-12-23 1998-12-23 Surface-Modified Polymer Membrane Using Ion Beam and Method for Surface Modification KR100307806B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019980057666A KR100307806B1 (en) 1998-12-23 1998-12-23 Surface-Modified Polymer Membrane Using Ion Beam and Method for Surface Modification

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019980057666A KR100307806B1 (en) 1998-12-23 1998-12-23 Surface-Modified Polymer Membrane Using Ion Beam and Method for Surface Modification

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20000041712A KR20000041712A (en) 2000-07-15
KR100307806B1 true KR100307806B1 (en) 2001-11-30

Family

ID=19564954

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019980057666A KR100307806B1 (en) 1998-12-23 1998-12-23 Surface-Modified Polymer Membrane Using Ion Beam and Method for Surface Modification

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100307806B1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020096124A (en) * 2001-06-18 2002-12-31 주식회사 피앤아이 Method for surface reforming protection layer of identification card
KR20030033270A (en) * 2001-10-19 2003-05-01 주식회사 피앤아이 The surface reforming method of a piezoelectric or pyroelectric material using an ion-beam
KR100383091B1 (en) * 1999-04-10 2003-05-12 주식회사 엘지화학 Method of modificating surface of polymeric materials
KR101220431B1 (en) 2010-12-30 2013-01-10 한국원자력연구원 Treatment method for improving light resistance of polymer material

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100439580B1 (en) * 2001-11-05 2004-07-12 학교법인 포항공과대학교 Method for modifying the surface of a hydrophobic substrate to be hydrophilic
EP3503159B1 (en) * 2017-12-20 2021-05-05 The Swatch Group Research and Development Ltd Method for implanting ions on a surface of an object to be treated
KR20240022110A (en) * 2022-08-11 2024-02-20 (주)라드피온 Method for improving surface electrical conductivity of polymer materials

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4409258A (en) * 1980-05-29 1983-10-11 Alcon Pharmaceuticals Limited Treatment process for rendering corneal contact lenses hydrophilic

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4409258A (en) * 1980-05-29 1983-10-11 Alcon Pharmaceuticals Limited Treatment process for rendering corneal contact lenses hydrophilic

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100383091B1 (en) * 1999-04-10 2003-05-12 주식회사 엘지화학 Method of modificating surface of polymeric materials
KR20020096124A (en) * 2001-06-18 2002-12-31 주식회사 피앤아이 Method for surface reforming protection layer of identification card
KR20030033270A (en) * 2001-10-19 2003-05-01 주식회사 피앤아이 The surface reforming method of a piezoelectric or pyroelectric material using an ion-beam
KR101220431B1 (en) 2010-12-30 2013-01-10 한국원자력연구원 Treatment method for improving light resistance of polymer material

Also Published As

Publication number Publication date
KR20000041712A (en) 2000-07-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Steen et al. Hydrophilic modification of polymeric membranes by low temperature H2O plasma treatment
Kull et al. Surface modification with nitrogen-containing plasmas to produce hydrophilic, low-fouling membranes
Tompkins et al. H2O plasma modification of track-etched polymer membranes for increased wettability and improved performance
Kim et al. Preparation and characterization of polyamide thin-film composite (TFC) membranes on plasma-modified polyvinylidene fluoride (PVDF)
Gancarz et al. Modification of polysulfone membranes 1. CO2 plasma treatment
Steen et al. Low temperature plasma treatment of asymmetric polysulfone membranes for permanent hydrophilic surface modification
EP0513389B1 (en) Liquid-filtering film and filtering device using said film
JP5882282B2 (en) Atmospheric pressure microwave plasma treated porous membrane
Buonomenna et al. New PVDF membranes: The effect of plasma surface modification on retention in nanofiltration of aqueous solution containing organic compounds
US20060157404A1 (en) Membrane post treatment
Chittrakarn et al. Plasma induced graft polymerization of hydrophilic monomers on polysulfone gas separation membrane surfaces
KR100307806B1 (en) Surface-Modified Polymer Membrane Using Ion Beam and Method for Surface Modification
TW201341045A (en) Membrane with localized asymmetries
Zhao et al. Controllable modification of polymer membranes by long-distance and dynamic low-temperature plasma flow: AA grafting penetrated through electrospun PP fibrous membranes
EP2866923A1 (en) Porous metal membrane produced by means of noble gas ion bombardment
Li et al. Controllable modification of polymer membranes by long-distance and dynamic low-temperature plasma flow: Treatment of PE hollow fiber membranes in a module scale
US7919178B2 (en) Spatially-controlled modified porous membrane
WO2002004083A2 (en) Surface modified membranes and methods for producing the same
KR20220100017A (en) hydrophilic membrane
JP2005081226A (en) Nanofiltration membrane and production method therefor
Pal et al. Hydrophilic surface modification of polyacrylonitrile based membrane: effect of low temperature radio frequency carbon dioxide plasma
CN112354375B (en) Decoupling etching method for introducing nano-pores into graphene
Vladkova et al. Ion‐plasma modification of polyvinylchloride microfiltration membranes
JPH0259029A (en) Porous membrane having hydrophilic surface and preparation thereof
Kravets et al. Composite membranes with the hydrophobic and hydrophilic layers

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
N231 Notification of change of applicant
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130531

Year of fee payment: 13

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140609

Year of fee payment: 14

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150603

Year of fee payment: 15

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160601

Year of fee payment: 16

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170605

Year of fee payment: 17

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180605

Year of fee payment: 18

EXPY Expiration of term