KR101488981B1 - 분리막 표면 개질방법 및 그 분리막 - Google Patents

분리막 표면 개질방법 및 그 분리막 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자외선(UV) 광경화성 고분자 용액을 분리막의 표면 및 공극에 코팅하여 분리막에 막오염 발생을 억제하도록 하는 분리막 표면 개질방법 및 그에 의해 제조된 분리막에 관한 것이다.
본 발명에 따른 분리막 표면 개질방법에서는 분리막의 표면에 자외선(UV) 광경화성 고분자 용액을 도포하고 상기 분리막 표면에 도포된 고분자 용액을 상기 분리막의 공극 내부로 통과시켜 상기 공극의 내부를 코팅한 후, 상기 분리막의 표면 및 공극 내부에 자외선(UV)을 기설정된 시간동안 조사하여 광경화시키고 그 경화된 분리막을 건조시키도록 한다.
이러한 표면개질방법에 의해 분리막의 표면에 부착되는 오염물질의 제거율이 크게 향상된다.

Description

분리막 표면 개질방법 및 그 분리막{MEMBRANE SURFACE MODIFICATION METHOD AND THE MEMBRANE}
본 발명은 분리막의 표면 개질방법에 관한 것으로서, 특히 자외선(UV) 광경화성 고분자 용액을 분리막의 표면 및 공극에 코팅하여 분리막에 막오염 발생을 억제하도록 하는 분리막 표면 개질방법 및 그에 의해 제조된 분리막에 관한 것이다.
깨끗한 수자원 확보를 위한 일환으로 원수의 특성에 맞게 분리막의 표면개질 방법이 제시되고 있다. 이러한 분리막의 막 여과 중 정밀여과는 정수처리에서 가장 많이 사용되고 있는 공정이다. 정밀여과의 제거기작은 막의 공극크기보다 상대적으로 큰 입자들이 막에 의해 걸러져 제거되는 체거름 기작으로서 원수의 부유상 또는 콜로이드 등의 입자성 물질을 제거하는 것을 주목적으로 하고 있다.
하지만 분리막의 공극크기는 일정한 것이 아니고 분포특성을 가지고 있으며, 이러한 분포특성은 막 재질이나 제조공정 등의 변수에 따라 달라지게 된다. 정밀여과 막의 경우 공극크기는 공칭 공극크기 또는 절대 공극크기를 마이크로미터(㎛)로 나타낸다. 정밀여과 막은 일반적으로 0.1㎛ 이하의 공극크기를 갖는다.
제거기작이 체거름 기작인 정밀여과의 경우 분리대상 물질의 크기가 막 공극크기에 비하여 작아도 전부 막을 통과하는 것이 아니라 분리대상 물질이 막에 흡착되거나 입자가 공극을 막는 현상, 막 표면의 흡착층이 화학적으로 결합하여 케이크층을 형성하는 현상들로 인한 막 오염의 문제로 인해 막 여과의 효과가 상대적으로 저하되는 문제가 발생된다.
이 경우 분리막을 교체하거나 재생시켜 원상으로 회복시켜주어야 한다. 하지만 막 오염의 경우 가역적 막 오염과 비가역적인 막 오염이 존재하는데 가역적 막 오염의 경우 세정을 통해 제거가 가능하지만 비가역적인 막 오염의 경우 세정을 통한 제거가 불가능하므로 이를 제거하기 위한 추가 과정이 필요하다는 문제점이 발생된다. 이러한 문제점을 저감시키는 것이 정밀여과를 통한 정수처리에 가장 큰 과제라 할 수 있다.
종래에는 분리막의 표면을 개질하는 방법은 개시되어 있으나 공극의 내부까지 효율적이고 정밀도 있게 개질하는 방법은 개시되지 않는다. 막 오염물질은 표면뿐만 아니라 공극 내부에도 부착되어 공극을 막는 현상을 초래하므로 공극 내부에서 막 오염물질의 제거율이 향상되는 개질방법이 요구되고 있다.
등록특허공보 제10-1171835호 등록특허공보 제10-0341259호
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 분리막의 막오염을 저감시킬 수 있는 분리막 표면 개질방법 및 그 분리막을 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 분리막 표면 개질방법은,
분리막의 표면에 자외선(UV) 광경화성 고분자 용액을 도포하는 도포단계; 상기 분리막 표면에 도포된 고분자 용액을 상기 분리막의 공극 내부로 통과시켜 상기 공극의 내부를 코팅하는 코팅단계; 상기 분리막 표면에 도포된 고분자 용액과 공기와의 접촉을 차단하도록 상기 고분자 용액에 기설정된 차단필름 또는 차단층을 형성하는 단계; 상기 분리막의 표면 및 공극 내부에 자외선(UV)을 기설정된 시간동안 조사하여 광경화시키는 경화단계; 및 상기 경화된 분리막을 건조시키는 건조단계를 포함한다.
본 발명에 따른 분리막 표면 개질방법은, 상기 도포단계 이후에, 상기 도포된 고분자 용액이 상기 분리막의 표면으로부터 일정한 두께를 이루도록 고르는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서, 상기 코팅단계는, 상기 고분자 용액이 도포된 분리막의 일 표면에 대해 그 반대면의 적어도 일부가 챔버의 내부에 포함되도록 하고 상기 챔버의 내부 압력을 감압하여 상기 분리막의 일 표면에 도포된 고분자 용액이 상기 분리막의 공극 내부를 통과하면서 코팅되도록 한다.
삭제
본 발명에서, 상기 차단필름 또는 차단층은 상기 자외선(UV)이 통과되도록 투명한 재질로 구현되며 상기 분리막을 밀봉하도록 형성된다.
본 발명에서, 상기 고분자 용액은 폴리우레탄아크릴레이트(Polyurethane acrylate)와 개시제를 포함한다.
본 발명에서, 상기 고분자 용액은 25℃에서 1.5~1.9cPs의 점도를 갖는다.
본 발명에서, 상기 경화단계는 365㎚ 자외선(UV)을 2~3시간 동안 조사한다.
본 발명에서, 상기 건조단계는 50~70℃에서 50~80분 동안 건조시킨다.
본 발명에서, 상기 도포단계 이전에 상기 고분자 용액은 에탄올과의 혼합비를 조절하여 기설정된 점도로 조절하는 단계를 더 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 분리막은, 상기한 분리막 표면 개질방법 중 어느 하나에 의해 제조되며 상기 분리막의 표면 및 공극 내부에 폴리우레탄아크릴레이트와 개시제를 포함하는 자외선(UV) 광경화성 고분자 용액이 자외선(UV)에 의해 광경화되어 코팅된다.
본 발명에 의하면 분리막 표면에 코팅되는 UV 광경화성 고분자 용액의 특성을 조절함으로써 코팅된 분리막의 표면 특성을 제어할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 분리막에서 막 표면과 막오염 물질과의 친화력을 감소시켜 막오염을 저감시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 UV 광경화성 고분자 물질을 코팅하기 때문에 분리막의 막 공극크기가 작아지게 되어 입자성 및 콜로이성 물질의 제거율이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 분리막 코팅장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 광경화장치의 구성도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 분리막 표면 개질방법을 보이는 흐름도.
도 4 내지 도 10은 본 발명에 따른 분리막 표면 개질방법에 대한 실험 예 및 그에 따른 결과에 대한 이미지 도면.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 분리막 코팅장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 분리막 코팅장치(100)에서 챔버(110)는 분리막(10)의 적어도 표면 일부를 내부공간에 포함하도록 구성된다. 즉, 도면에서와 같이 분리막(10)은 챔버(110)의 상부에 결합되며 분리막(10)의 표면 중 적어도 일부가 챔버(110)의 내부에 포함되도록 한다. 분리막(10)의 전 표면이 챔버(110)에 포함되도록 할 수도 있다. 이때, 분리막(10)과 챔버(110)는 서로 밀착되어 그 연결부위를 통해 공기의 흐름을 차단 또는 최소화하는 것이 바람직하다.
챔버(110)의 하부에는 소정의 하우징(120)이 연결되어 분리막(110)에서 떨어지는 고분자 용액(20)을 담도록 한다.
챔버(110)의 상부에는 도포장치(130)가 마련되고 분리막(10)의 상부표면에 자외선(UV:ultraviolet) 광경화성 고분자 용액(20)을 도포한다. 도포장치(130)는 고분자 용액(20)을 분사하기 위한 노즐(미도시)이 제공되며 분리막(10)의 상부표면에 고분자 용액(20)을 고르게 도포하기 위해 노즐이 X-Y 축으로 이동가능하도록 구현된다. 또한, 상기와 같이 도포된 고분자 용액(20)이 분리막(10)의 표면으로부터 일정한 두께를 이루도록 고르는 캐스팅 나이프(casting knife)(140)가 마련된다. 이러한 캐스팅 나이프(140)는 일방향으로 이동가능하도록 이동장치(미도시)에 연결되어 분리막(10)의 표면에 고분자 용액(20)이 도포된 이후에 그 표면으로부터 기설정된 높이에서 수평방향으로 이동하면서 고분자 용액(20)이 일정한 두께가 되도록 고른다.
이와 같이, 본 발명에 따른 분리막 코팅장치(100)에서는 도포장치(130)에서 UV 광경화성 고분자 용액(20)을 챔버(110)의 상부에 형성된 분리막(10)의 상부표면에 도포한다. 이러한 도포가 완료되면 캐스팅 나이프(140)를 이용하여 도포된 고분자 용액(20)의 두께가 일정해지도록 고른다. 여기서, 상기와 같이 두께를 고르는 과정은 선택적으로 부가할 수 있다. 즉, 도포장치(130)에서 고분자 용액(20)을 도포할 때 목표로 하는 두께로 일정하게 도포한다면 고르는 과정을 필요하지 않는다. 따라서 이는 도포장치(130)의 성능에 따라 결정될 것이다. 이러한 과정을 통해 분리막(10)의 표면에 고분자 용액(20)의 도포과정이 마무리된다.
또한, 본 발명에 따른 분리막 코팅장치(100)는 챔버(110)의 내부공간의 압력을 감압하는 진공펌프(150)를 포함한다. 즉, 진공펌프(150)는 챔버(110)의 내부공간과 배관을 통해 연결되어 그 내부공간의 공기를 흡입함으로써 내부압력을 감압하도록 한다. 이러한 내부압력의 감압과정에 의해 분리막(10)의 상부표면에 도포된 고분자 용액(20)이 공극의 내부를 통과함으로써 그 공극 내부를 코팅하도록 한다. 구체적으로 분리막(10)에 고분자 용액(20)이 도포된 상태에서 챔버(110)의 내부의 압력을 감압하면 감압여과 과정에 의해 분리막(10)의 일 표면에 도포된 고분자 용액(20)이 공극의 내부로 흘러들어가게 되어 분리막(10)의 공극구조와 같은 모양으로 공극이 형성되게 되며, 공극의 내부에 고분자 용액(20)이 코팅되는 것이다.
상기와 같이 본 발명의 실시 예에서는 분리막(10)의 일 표면에 UV 광경화성 고분자 용액(20)을 도포하고 반대편 표면에서 감압여과 과정을 통해 그 일 표면에 도포된 고분자 용액(20)이 분리막(10)의 공극 내부로 통과하면서 코팅되도록 한다. 이때, 본 실시 예에서 바람직하게는 분리막(10)의 공극크기가 지름 0.2㎛ 이상인 것으로 한다. 왜냐하면 통상적인 분리막의 공극크기는 0.1㎛인데, 공극 내부에 고분자 용액(20)이 코팅되어 후술하는 광경화 및 건조과정 이후에 공극크기가 상당히 줄어들거나 공극을 막아버려 물이 통과하지 않는 경우가 발생한다. 따라서, 공극 내부에 고분자 용액(20)이 코팅, 경화 및 건조과정을 거쳐 공극크기가 줄어드는 것을 미리 고려하여 일정이상 크기가 되도록 하는 것이다. 또한, 본 실시 예에 따른 자외선(UV) 광경화성 고분자 용액(20)은 예컨대 나노 패터닝 재료로 사용되는 기공지의 코팅 용액인 MINs 용액을 사용한다. 이러한 MINs 용액은 폴리우레탄아크릴레이트(Polyurethane acrylate)와 개시제를 포함하며 예컨대 25℃에서 17~19cPs 정도의 점도(viscosity)를 갖는다. 여기서, 고분자 용액(20)의 점도는 분리막(10)의 공극 내부의 원활한 코팅을 위해 그 관리가 매우 중요하다. 이는 고분자 용액(20)이 분리막(10)의 표면에 도포되어 감압여과 과정에서 공극 내부로 통과되어 공극 내부를 코팅할 때 점도에 따라 코팅의 품질이 결정되기 때문이다. 즉, 점도가 낮을수록 고분자 용액(20)이 공극 내부를 빨리 통과하므로 공극 내부의 코팅이 제대로 이루어지지 않고, 반대로 점도가 높을수록 고분자 용액(20)이 공극 내부를 통과하기 어려워지므로 이 역시 공극 내부의 코팅이 어려워진다. 이에, 분리막(10)의 공극크기가 0.2~0.5㎛인 경우 상기와 같은 조건의 점도를 갖는다. 가장 바람직하게는 25℃에서 18.7cPs의 점도가 이상적이다. 이러한 고분자 용액(20)의 점도를 조절하기 위해 본 실시 예에서는 유기용매와 희석하도록 한다. 예컨대, MINs 용액은 물과는 결합하지 않으므로 에탄올 등과 같은 용매로 희석하여 점도를 조절할 수 있다.
또한, 본 실시 예에서 분리막(10)에 코팅된 고분자 용액(20)의 코팅 두께도 공극 내부의 코팅품질에 영향을 줄 수 있다. 상술한 바와 같이 본 실시 예에서 캐스팅 나이프(140)는 분리막(10)의 표면에 고분자 용액(20)을 일정한 두께로 고르게 도포하기 위해 선택적으로 사용된다. 만약 일정한 두께로 도포되지 않을 경우 고분자 용액(20)의 두께에 따라 분리막(10)의 공극을 막는 현상이 일어날 수도 있다. 본 실시 예에 따른 분리막(10)은 고분자 용액(20)에 의한 원활한 코팅을 위하여 공극크기가 0.2~0.5㎛이며, 그 표면은 소수성 또는 친수성인 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 광경화장치의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 광경화장치(200)는 자외선(UV)램프(210)를 포함한다. 고분자 용액(20)의 특성에 맞는 파장의 UV광을 조사하도록 설정된다. 이러한 UV광에 의해 분리막(10)의 표면 및 공극 내부에 코팅된 고분자 용액(20)이 완전히 경화될 수 있도록 한다.
이와 같이 UV광에 의해 광경화가 원활이 이루어지도록 하기 위하여 광경화장치(200)는 투명한 하우징(220)을 구비하고 그 내부의 중앙부에 표면 및 공극 내부에 코팅이 완료된 분리막(10)을 배치한다. 이때, 분리막(10)에 대한 고른 경화를 위하여 하우징(200)의 내부면에는 거울(221)을 배치한다. 특히, 본 실시 예에서 하우징(200)의 바닥면에는 오목거울(222)을 배치한다. 이는 바닥으로 조사된 UV광이 난반사를 일으키도록 하기 위한 것이다. 이러한 거울(221,222)을 이용하여 상기한 UV램프(210)로부터 조사되는 UV광을 반사(난반사)시켜 분리막(10)으로 고르게 조사되도록 하기 위한 것이다. 이는 분리막(10)의 표면뿐만 아니라 공극 내부까지 고르게 또한 많이 조사될 수 있도록 하기 위한 것이다.
이러한 광경화는 분리막(10)의 표면에 코팅된 고분자 용액(20)이 경화되어 분리막(10)의 표면과 완전히 결합할 수 있도록 하기 위한 것이다. 따라서 고분자 용액(20)의 내부까지 완전히 경화될 수 있도록 UV광을 충분히 조사하는 것이 중요하다. 이에, 본 실시 예에서는 2시간 이상 충분히 조사하도록 한다. 이때, 특정 고분자 용액(20)은 공기 중의 산소와 접촉하는 경우 완전히 경화되지 않기 때문에 공기와의 접촉을 차단하는 조치가 필요하다. 따라서, 본 실시 예에서는 상기와 같은 고분자 용액(20)의 코팅단계 이후에 그 고분자 용액(20)과 공기와의 접촉을 차단하도록 고분자 용액(20)에 기설정된 차단필름(230)을 형성하고 그 차단필름(230)이 형성된 상태에서 분리막(10)으로 UV광을 조사함이 바람직하다. 여기서, 이러한 차단필름(230) 대신에 차단막 등의 차단층(layer)을 형성할 수도 있으며, 이는 공기와의 접촉을 위한 수단이라면 어떤 물질이나 재료도 가능하다. 또한, 차단필름 또는 차단층은 UV광이 원활히 통과되도록 투명한 재질로 구현됨이 바람직하고, 특히 본 실시 예에서는 분리막(10)의 전체를 공기로부터 보호하도록 분리막(10)을 밀봉하도록 형성되도록 한다.
이와 같이 충분한 경화가 진행된 이후에 분리막(10)을 건조시킨다. 이러한 건조과정은 상온보다 높은 온도에서 일정한 시간동안 건조시킨다. 예컨대 고분자 용액(20)이 경화된 이후에 조직의 안정성을 위하여 50~70℃에서 50~80분 동안 충분히 건조시키는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 분리막 표면 개질방법을 보이는 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 분리막 표면 개질방법에서는 먼저 분리막(10)의 일 표면에 UV 광경화성 고분자 용액(20)을 도포한다(S101). 이때, 도면에는 도시하지 않았으나 선택적으로 고분자 용액(20)의 도포 후 분리막(10)의 표면으로부터 일정한 두께를 이루도록 고분자 용액(20)을 고르는 단계를 더 수행할 수도 있다. 이와 같이 두께를 일정하게 고르는 단계는 S101 단계에서의 도포 정밀도에 따라 선택적으로 수행될 수 있다. 또한, 고분자 용액(20)을 도포하는 단계 이전에 고분자 용액(20)의 점도를 조절하는 단계를 먼저 수행할 수도 있다. 이는 에탄올 등과 같은 유기용매와의 혼합을 통해 점도를 조절할 수 있다. 이러한 점도는 상술한 바와 같이 분리막(10)의 공극 내부의 코팅에서 매우 중요하다. 예컨대 MINs 용액의 경우 25℃에서 18.7cPs의 점도를 갖도록 하는 것이 바람직하다.
계속해서, 분리막(10)의 표면에 도포된 고분자 용액(20)을 분리막(10)의 공극 내부로 통과시켜 그 공극의 내부를 코팅한다(S103). 이러한 코팅단계는 고분자 용액(20)이 도포된 분리막(10)의 일 표면에 대해 그 반대면이 챔버(110)의 내부에 포함되도록 하고 진공펌프(150)로 챔버(110)의 내부압력을 감압하여 분리막(10)의 일 표면에 도포된 고분자 용액(20)이 분리막(10)의 공극 내부를 통과하도록 함으로써 공극 내부를 고분자 용액(20)으로 코팅하도록 한다. 물론 고분자 용액(20)의 점도를 적절히 조절하여 중력에 의해 고분자 용액(20)이 분리막(10)의 공극 내부로 흘러내리게 하는 것도 가능하다. 하지만 상기와 같은 감압여과 과정을 거침으로써 공극 내부에 대한 코팅의 효율성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
상기와 같이 분리막(10)의 표면 및 공극 내부에 대한 코팅이 완료된 상태에서 고분자 용액(20)에 UV광을 조사하여 광경화시킨다(S105). 이러한 광경화 단계에서는 MINs 용액의 경우 365㎚의 UV광을 2시간 이상 조사하여 고분자 용액(20)이 완전히, 충분히 경화되도록 한다. 이때, 광경화 단계 이전에 선택적으로 분리막(10)에 도포된 고분자 용액(20)과 공기와의 접촉을 차단하기 위해 고분자 용액(20)에 기설정된 차단필름 또는 차단층을 형성할 수도 있다. 이러한 차단필름 또는 차단층은 예컨대 UV광이 통과되어 분리막(10)으로 원활히 조사되도록 하기 위해 투명한 재질로 구현되며 특히, 분리막(10)을 밀봉하도록 형성됨이 더 바람직하다.
이러한 광경화 단계 이후에 상기 경화된 분리막을 건조시킨다(S107). 이러한 건조단계는 예컨대 50~70℃에서 50~80분 동안 건조시키는 것이 바람직하다.
[실험 예]
도 4 내지 도 10은 본 발명에 따른 분리막 표면 개질방법에 대한 실험 예 및 그에 따른 결과에 대한 이미지 도면이다.
먼저, 도 4에는 본 실험 예에서 UV 광경화성 고분자 용액(20)으로 사용되는 공지의 MINs 용액의 화학식이 도시된다. 이러한 MINs 용액은 나노 패터닝 물질로서 폴리우레탄 아크릴레이트(Polyurethane acrylate)를 포함하며 낮은 에너지를 갖고 UV광에 대한 중합반응으로 경화되는 고분자 용액이다. 본 실험 예에 사용된 MINs 용액은 Minuta Tech.사의 MINs-FCR-01 제품을 사용한다. 이 제품의 특성은 하기 표 1과 같다.
특성항목(Properties item) 단위(Unit) 결과(Result)
외관(Appearance) - 투명한 노란색(Clear yellowish liquid)
색상(Color) APHA 86
점도(Viscosity)(25℃) cPs 18.7
그래비티(Gravity)(25℃) - 1.0635
상기와 같이 MINs-FCR-01 용액(20)을 분리막(10)의 표면에 도포한 후 도 5와 같이 캐스팅 나이프(140)를 이용하여 두께를 일정하게 고른다. 다음으로 도 6과 같이 실험에서 감압여과 과정을 통해 분리막(10)의 표면에 도포된 MINs 용액(20)을 공극 내부로 통과시켜 코팅하도록 한다. 코팅이 완료되면 도 7과 같이 분리막(10)을 차단필름(230)으로 밀봉한 후, 내부면이 거울(하부면은 오목거울)로 이루어진 하우징(220)의 중간정도에 고정설치하고 UV램프(210)을 이용하여 하우징(220)의 내부로 UV광을 조사함으로써 MINs 용액(20)을 경화시킨다. 본 실험 예에서는 365㎛ 파장의 UV광을 2시간 동안 조사하여 경화시켰으며 차단필름(230)으로는 예컨대 OHP 필름을 이용하였다. 도면에 도시하지 않았으나 건조과정에서는 60℃로 1시간 동안 건조시켰다.
도 8은 본 실험 예에서 사용된 다양한 분리막에 대한 특성을 도시한 도면이다. 본 실험 예에서는 (a)에서 PVDF 0.45㎛의 소수성(Hydrophobic) 분리막과, (b)에서 PES 0.22㎛의 친수성(Hydrophilic) 분리막에 대한 특성을 파악하였다. 도 8의 (a) 및 (b)에서와 같이 각 분리막에 대한 코팅 전과 후의 공극 특성을 살펴보면, 코팅 후에 PVDF 0.45㎛는 공극막힘(pore blocking)이 발생하고, PES 0.22㎛도 공극막힘 및 분리막 강도 감소(membrane strength decrease) 현상이 확인되었다. 그러나, 도 9의 실험 예에서와 같이 PVDF 0.22㎛의 친수성 분리막의 경우 코팅 후에 공극의 막힘현상이나 분리막 강도의 감소현상이 발생되지 않았다.
하기 표 2에는 PVDF 0.22㎛ 분리막에 대한 실험 결과가 제시된다. PVDF의 경우 코팅 후에 표면전위(Zeta Potential)가 감소되는 것을 확인할 수 있다. 이는 표면전위가 감소할수록 막오염 물질 중 (-) 전위를 띄는 입자성 및 콜로이성 물질을 배척하는 힘(척력)이 더 강하게 작용하여 이들의 제거율을 더 향상시키게 되는 것이다. 이에 따라 표 2에서와 같이 콜로이성 물질의 제거율도 증가함을 알 수 있다.
구분 단위 코팅 전 코팅 후
표면전위(Zeta Potential) mV -19.99 -49.17
콜로이성 물질 제거율 % 6.5 20
또한, 상술한 바와 같이 본 발명에서는 고분자 용액(20)의 점도도 중요하다. 표 1에서와 같이 본 실험 예에서 사용되는 MINs 용액의 원액은 25℃에서 18.7cPs의 점도를 갖는다. 하지만 이러한 용액을 그대로 사용하는 경우 점도가 높아 공극 내부를 통과하기가 어렵고 공극 내부를 통과하더라도 높은 점도로 인해 공극을 막아버리는 현상이 발생한다. 따라서, 본 발명에서는 소정의 유기용매를 이용하여 고분자 용액(20)을 희석하여 사용한다.
이에, 본 실험 예에서는 에탄올을 고분자 용액(20)에 혼합하여 희석하도록 한다. 도 10은 본 실험 예에서 에탄올의 혼합비율을 조절하여 고분자 용액(20)의 점도를 다르게 하여 최적으로 점도를 찾기 위한 분리막의 단면(cross section)을 도시한다. 즉, 도 10의 (a)는 적당량의 에탄올을 혼합하여 고분자 용액의 원액을 3배로 희석한 후에 분리막(10)의 단면을 도시하고, (b)는 더 많은 에탄올을 혼합하여 5배로 희석한 후에 분리막(10)의 단면을, (c)는 10배로 희석한 후의 분리막(10)의 단면을 도시한 것이다. 도면에서 알 수 있듯이, 도 10의 (a)의 경우 상대적으로 높은 점도로 인해 코팅이 두껍게 되고 이는 공극을 막는 현상으로 이어진다. 반대로 (c)의 경우 상대적으로 낮은 점도로 인해 잘 흘러내려 코팅이 거의 이루어지지 않음을 알 수 있으며, 이 경우 공극 내부에도 코팅이 잘 이루어지지 않게 된다. 반면, (b)의 경우에는 적당한 두께로 코팅이 이루어지며 공극 내부에도 코팅이 원활하게 이루어짐을 확인할 수 있다. 본 실험 예에서 3,5,10배로 희석한 후에 점도를 실제 측정한 결과는 하기 표 3과 같이 나타난다.
고분자 용액의 희석비율 3배 희석 5배 희석 10배 희석
점도(cPs)(25℃) 2.1 1.6 1.3
상기와 같은 실험 예에서 알 수 있듯이, 고분자 용액(20)의 점도가 25℃에서 1.6cPs일 때 가장 효과적인 코팅이 이루어진다. 따라서, 바람직하게는 본 발명에 따른 고분자 용액(20)의 점도는 25℃에서 1.5~1.9cPs가 적절함을 알 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 바람직한 실시 예들을 통하여 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 이러한 실시 예들의 내용에 한정되는 것이 아님을 밝혀둔다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 비록 실시 예에 제시되지 않았지만 첨부된 청구항의 기재 범위 내에서 다양한 본 발명에 대한 모조나 개량이 가능하며, 이들 모두 본 발명의 기술적 범위에 속함은 너무나 자명하다 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10 : 분리막 20 : UV 광경화성 고분자 용액
100 : 분리막 코팅장치 110 : 챔버
120 : 하우징 130 : 도포장치
140 : 캐스팅 나이프 150 : 진공펌프
200 : 광경화장치 210 : UV램프
221 : 거울 222 : 오목거울
230: 차단필름

Claims (11)

  1. 분리막의 표면에 자외선(UV) 광경화성 고분자 용액을 도포하는 도포단계;
    상기 분리막 표면에 도포된 고분자 용액을 상기 분리막의 공극 내부로 통과시켜 상기 공극의 내부를 코팅하는 코팅단계;
    상기 분리막 표면에 도포된 고분자 용액과 공기와의 접촉을 차단하도록 상기 고분자 용액에 기설정된 차단필름 또는 차단층을 형성하는 단계;
    상기 분리막의 표면 및 공극 내부에 자외선(UV)을 기설정된 시간동안 조사하여 광경화시키는 경화단계; 및
    상기 경화된 분리막을 건조시키는 건조단계; 를 포함하는 분리막 표면 개질방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 도포단계 이후에,
    상기 도포된 고분자 용액이 상기 분리막의 표면으로부터 일정한 두께를 이루도록 고르는 단계를 더 포함하는 분리막 표면 개질방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 코팅단계는,
    상기 고분자 용액이 도포된 분리막의 일 표면에 대해 그 반대면의 적어도 일부가 챔버의 내부에 포함되도록 하고 상기 챔버의 내부 압력을 감압하여 상기 분리막의 일 표면에 도포된 고분자 용액이 상기 분리막의 공극 내부를 통과하면서 코팅되도록 하는 분리막 표면 개질방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 차단필름 또는 차단층은 상기 자외선(UV)이 통과되도록 투명한 재질로 구현되며 상기 분리막을 밀봉하도록 형성되는 분리막 표면 개질방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 용액은 폴리우레탄아크릴레이트(Polyurethane acrylate)와 개시제를 포함하는 분리막 표면 개질방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 고분자 용액의 점도는 25℃에서 1.5~1.9cPs인 분리막 표면 개질방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 경화단계는 365㎚의 자외선(UV)를 2~3시간 동안 조사하는 분리막 표면 개질방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 건조단계는 50~70℃에서 50~80분 동안 건조시키는 분리막 표면 개질방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 도포단계 이전에 상기 고분자 용액은 에탄올과의 혼합비를 조절하여 기설정된 점도로 조절하는 단계를 더 포함하는 분리막 표면 개질방법.
  11. 제1항 내지 제3항 또는 제5항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 분리막 표면 개질방법에 의해 제조되며 상기 분리막의 표면 및 공극 내부에 폴리우레탄아크릴레이트와 개시제를 포함하는 자외선(UV) 광경화성 고분자 용액이 자외선(UV)에 의해 광경화되어 코팅된 분리막.
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