KR101816814B1 - coating solution for selective separation carbon dioxide, carbon dioxide separation membrane thereof and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이산화탄소 분리막용 코팅제에 관한 것으로, 보다 상세하게는 둘 이상의 기체혼합물에서 이산화탄소만을 선택적으로 분리할 수 있는 이산화탄소 분리막용 코팅제, 이를 이용한 이산화탄소 분리용 복합막 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a coating agent for a carbon dioxide separation membrane capable of selectively separating only carbon dioxide from two or more gas mixtures, a composite membrane for separating carbon dioxide using the same, and a method for producing the same.

Description

이산화탄소 분리막용 코팅제, 이를 이용한 이산화탄소 분리용 복합막 및 이의 제조방법{coating solution for selective separation carbon dioxide, carbon dioxide separation membrane thereof and manufacturing method thereof}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a coating film for a carbon dioxide separation membrane, a composite membrane for separating carbon dioxide using the same,

본 발명은 이산화탄소 분리막용 코팅제에 관한 것으로, 보다 상세하게는 둘 이상의 기체혼합물에서 이산화탄소만을 선택적으로 분리할 수 있는 이산화탄소 분리막용 코팅제, 이를 이용한 코팅필름, 이를 이용한 이산화탄소 분리용 복합막 및 이의 제조방법에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a coating agent for a carbon dioxide separation membrane capable of selectively separating only carbon dioxide from two or more gas mixtures, a coating film using the same, a composite membrane for separating carbon dioxide using the same, and a method for producing the same .

일반적으로 이산화탄소는 메탄, 프레온가스과 같은 온실가스들 중에서 가장 지구 온난화에 큰 영향을 끼치고 있어, 범국가적으로 이에 대한 배출 규제를 엄격히 요구하고 있는 실정이다.In general, carbon dioxide has the greatest impact on global warming among the greenhouse gases such as methane and freon gas, and strictly requires emission regulations for the whole country.

각 산업분야에서 이산화탄소 배출을 감축하는 것은 실현하기가 매우 어렵기 때문에, 배출되는 혼합가스로부터 이산화탄소를 분리하고자 하였으며 이로 인해 이산화탄소를 포집 및 저장(CCS: carbon Dioxide Capture & Storage)하는 기술에 대해 많은 연구가 이루어지고 있다.Since it is very difficult to realize the reduction of carbon dioxide emissions in each industrial sector, it was attempted to separate carbon dioxide from the discharged gas mixture. As a result, many studies on the technology of carbon dioxide capture and storage (CCS) .

이산화탄소의 포집을 위한 기술로는 크게 습식 포집, 건식 포집 및 분리막을 이용한 포집으로 나누어 볼 수 있는데, 이 중에서 분리막을 이용한 포집 기술은 설계 및 제품화가 용이하고 에너지 소비량이 낮아 운전비용이 절감되는 장점이 있어 가장 많은 연구가 이루어지고 있다.The technologies for collecting carbon dioxide can be classified into wet capture, dry capture and capture using separator. Of these, capture technology using separator is advantageous in that it is easy to design and commercialize, and energy consumption is low, The most research is being done.

일예로, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리이미드, 폴리아마이드, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리이서이미드의 유리상 고분자는 우수한 기계적 강도와 고온에서 내열성이 우수하며 화학적으로 안정하여 액체 또는 기체 분리막으로 사용되어 왔으나, 투과도가 낮다는 문제가 있고, 실리콘 등의 고무상 고분자는 투과도는 높으나 기계적 강도 및 내열성 등이 유리상 고분자에 비해 상대적으로 낮을 뿐만 아니라 선택도도 낮다는 문제가 있다.For example, glassy polymers of polysulfone, polyethersulfone, polyimide, polyamide, polyacrylonitrile, and polyetherimide are excellent in mechanical strength and heat resistance at high temperatures, and are chemically stable and used as a liquid or gas separation membrane However, there is a problem that the permeability is low, and rubber-like polymers such as silicon have a high permeability, but also have a problem that their mechanical strength and heat resistance are relatively low as compared with glassy polymers and their selectivity is low.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 결점을 보완하고, 상기 유리상 고분자와 고무상 고분자를 이용한 다양한 복합막이 제조되었다. 복합막은 역사상 중요한 돌파구라 자주 언급되고 있는 기술로, 기계적 안정성을 향상시키기 위하여 다공성 지지체 역할의 지지층(sublayer)을 형성하고, 상기 지지층상에 다양한 기체 혼합물 분리에 매우 효과적인 고CO2용해성과 고투과성의 소재를 코팅하여 조밀한 표면층(toplayer)을 형성한 비대칭 구조로 이루어진 이방성(anisotropic) 분리막 기술이다. To solve these problems, various drawbacks were solved and various composite membranes were prepared using the glassy polymer and rubbery polymer. The composite membrane is a technique that is often referred to as a breakthrough in history. It is a technique frequently used to form a support layer serving as a porous support to improve mechanical stability, and has a high CO 2 solubility and high permeability It is an anisotropic separation membrane technology which has an asymmetric structure in which a dense surface layer (toplayer) is formed by coating a material.

이러한 구조의 복합막은 상기 지지층과 표면층은 각각 최적화할 수 있기 때문에, 기체 투과선택도 성능과 화학적 열적 안정성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 제조과정이 단순하여 대규모 생산에 적합하다.The composite membrane having such a structure can optimize the gas permeation selectivity and the chemical and thermal stability since the support layer and the surface layer can be optimized individually, and the production process is simple and suitable for large-scale production.

일예로 고분자와 무기물을 혼합하여 제조한 혼합 분리막이 공개된 바 있는데, 이는 고분자와 무기물의 두 가지 특성을 모두 활용할 수 있고, 투과 선택도 및 기계적강도가 향상되었으나, 작은 기공과 낮은 기공도로 인해 투과도를 향상시키는데 한계가 있다.For example, a mixed membrane prepared by mixing a polymer and an inorganic material has been disclosed, which can utilize both the characteristics of a polymer and an inorganic material, and has improved permeation selectivity and mechanical strength. However, due to small pores and low pores, There is a limit to improve the performance.

한편, 일반적으로 유기물 분리나 농축에 사용되던 활성층 소재인 실리콘계 고분자를 복합막의 지지층이나 표면층에 코팅하여 막의 결점을 보완할 수 있으나, 고압의 공정과정으로 인해 지지층과 표면층이 서로 분리되는 문제가 발생할 수 있다는 단점이 존재한다.On the other hand, in general, it is possible to complement the defects of the film by coating the support layer or the surface layer of the composite film, which is the active layer material used for the organic material separation or concentration, but there is a problem that the support layer and the surface layer are separated from each other due to the high- .

이 외에, 에테르(ether)기가 이산화탄소와 높은 친화성을 가진다고 보고된 바, 폴리에틸렌옥사이드를 기반으로 하는 분리막 연구가 진행되고 있는데, 폴리에틸렌옥사이드는 결정 구조를 가지고 있어 투과도가 낮다는 단점이 있다.In addition, it has been reported that an ether group has high affinity with carbon dioxide, and a polyethylene oxide-based separator is under study. The polyethylene oxide has a crystal structure and has a low permeability.

특허문헌 1. 대한민국 공개특허공보 제10-2004-0046521호Patent Document 1: Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2004-0046521

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 투과도 및 선택도가 모두 높은 이산화탄소 분리막용 코팅제 및 이로부터 형성된 코팅층을 포함하는 이산화탄소 분리용 복합막과 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a composite membrane for carbon dioxide separation comprising a coating agent for a carbon dioxide separation membrane having high permeability and selectivity and a coating layer formed therefrom, I would like to.

본 발명은 상기 목적을 이루기 위하여,In order to achieve the above object,

a) 하기 <화학식 1>로 표시되는 폴리에틸렌글리콜-폴리디메틸실록산 공중합체;a) a polyethylene glycol-polydimethylsiloxane copolymer represented by the following formula (1);

Figure 112016002689815-pat00001
Figure 112016002689815-pat00001

b) 하기 <화학식 2>로 표시되는 톨릴렌-2,4-디이소시아네이트 말단 폴리에틸렌글리콜 또는 폴리프로필렌글리콜;b) tolylene-2,4-diisocyanate-terminated polyethylene glycols or polypropylene glycols represented by the following formula (2);

Figure 112016002689815-pat00002
Figure 112016002689815-pat00002

(상기 화학식에서, n1 및 n2는 5 내지 20의 정수이고, R1은 -CH2CH2O 또는 -CH2CHCH3O이며, m은 1 내지 20의 정수이다). (Wherein n 1 and n 2 are an integer of 5 to 20, R 1 is -CH 2 CH 2 O or -CH 2 CHCH 3 O, and m is an integer of 1 to 20).

c) 디이소시아네이트계 사슬 연장제; 및c) a diisocyanate chain extender; And

d) 우레탄 반응 촉매;를 포함하는 이산화탄소 분리막용 코팅제를 제공한다.and d) a urethane reaction catalyst.

상기 디이소시아네이트계 사슬 연장제는 톨릴렌 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 메틸렌 디이소시아네이트, 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 크실렌 디이소시아네이트 및 톨리딘 디이소시아네이트로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 것을 특징으로 한다.The diisocyanate chain extender may be any one selected from the group consisting of tolylene diisocyanate, isophorone diisocyanate, methylene diisocyanate, methylene diphenyl diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, xylene diisocyanate and tolylidine diisocyanate .

상기 우레탄 반응 촉매는 주석(II) 아세테이트, 주석(II) 옥토에이트, 주석(II) 에틸헥소에이트, 주석(II) 라우레이트, 디부틸주석 디아세테이트, 디부틸주석 디라우레이트, 디부틸주석 말레에이트 및/또는 디옥틸주석 디아세테이트, 트리스-(N,N-디메틸아미노프로필)-s-헥사히드로트리아진, 테트라메틸암모늄 히드록시드, 소듐 히드록시드, 소듐 N-[(2-히드록시-5-노닐페닐)메틸]-N-메틸아미노아세테이트, 소듐 아세테이트, 소듐 옥토에이트, 포타슘 아세테이트, 포타슘 옥토에이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 것을 특징으로 한다.The urethane reaction catalyst is selected from the group consisting of tin (II) acetate, tin (II) octoate, tin (II) ethylhexoate, tin (II) laurate, dibutyltin diacetate, dibutyltin dilaurate, (N, N-dimethylaminopropyl) -s-hexahydrotriazine, tetramethylammonium hydroxide, sodium hydroxide, sodium N - [(2- hydroxy -5-nonylphenyl) methyl] -N-methylaminoacetate, sodium acetate, sodium octoate, potassium acetate, potassium octoate, and mixtures thereof.

상기 <화학식 1>로 표시되는 폴리에틸렌글리콜-폴리디메틸실록산 공중합체의 평균분자량은 1000 내지 2500이고, 상기 <화학식 2>로 표시되는 톨릴렌-2,4-디이소시아네이트 말단 폴리에틸렌글리콜 또는 폴리프로필렌글리콜의 평균분자량은 1000 내지 3000이며, 상기 디이소시아네이트계 사슬연장제의 평균분자량은 100 내지 300인 것을 특징으로 한다.The average molecular weight of the polyethylene glycol-polydimethylsiloxane copolymer represented by the formula (1) is 1000 to 2500, and the average molecular weight of the tolylene-2,4-diisocyanate-terminated polyethylene glycol or polypropylene glycol represented by the formula An average molecular weight of 1000-3000 and an average molecular weight of the diisocyanate chain extender of 100-300.

상기 <화학식 1>로 표시되는 폴리에틸렌글리콜-폴리디메틸실록산 공중합체, 상기 <화학식 2>로 표시되는 톨릴렌-2,4-디이소시아네이트 말단 폴리에틸렌글리콜 또는 폴리프로필렌글리콜 및 상기 디이소시아네이트계 사슬 연장제의 몰비는 1 : 0.2-0.6 : 3.3-8.0인 것을 특징으로 한다.A polyethyleneglycol-polydimethylsiloxane copolymer represented by the formula 1, a tolylene-2,4-diisocyanate-terminated polyethylene glycol or polypropylene glycol represented by the formula 2, and a diisocyanate chain- The molar ratio is 1: 0.2-0.6: 3.3-8.0.

본 발명은 상기 다른 목적을 이루기 위하여, 상기 이산화탄소 분리막용 코팅제를 도포 및 열처리하여 제조한 이산화탄소 분리막용 코팅필름을 제공한다.The present invention also provides a coating film for a carbon dioxide separation membrane, which is prepared by applying and heat-treating a coating agent for a carbon dioxide separation membrane.

상기 코팅필름의 두께는 90 내지 110 ㎛인 것을 특징으로 한다.The thickness of the coating film is 90 to 110 탆.

상기 코팅필름은 공기 중 질소에 대한 이산화탄소의 선택도가 10 내지 40인 것을 특징으로 한다.The coating film is characterized in that the selectivity of carbon dioxide with respect to nitrogen in air is 10-40.

상기 코팅필름의 이산화탄소 투과도는 400 내지 1000 Barrer인 것을 특징으로 한다.The carbon dioxide permeability of the coating film is 400 to 1000 Barrer.

본 발명은 상기 또 다른 목적을 이루기 위하여, 다공성 고분자 지지체; 및 상기 다공성 고분자 지지체 위에 상기 코팅제로 형성된 코팅층;을 포함하는 이산화탄소 분리용 복합막을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a porous polymer scaffold comprising: a porous polymer scaffold; And a coating layer formed of the coating agent on the porous polymer scaffold.

상기 다공성 고분자 지지체는 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리술폰, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리이미드, 폴리이서이미드 및 폴리에테르술폰으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 것을 특징으로 한다.The porous polymer scaffold is any one selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride, polysulfone, polyacrylonitrile, polyimide, polyetherimide, and polyethersulfone.

상기 코팅층의 두께는 0.5 내지 2 ㎛인 것을 특징으로 한다.And the thickness of the coating layer is 0.5 to 2 占 퐉.

상기 복합막은 공기 중 질소에 대한 이산화탄소의 선택도가 10 내지 40인 것을 특징으로 한다.The composite membrane is characterized in that the selectivity of carbon dioxide with respect to nitrogen in air is 10 to 40.

상기 복합막은 이산화탄소의 투과도는 400 내지 1000 GPU인 것을 특징으로 한다.The composite membrane has a permeability of carbon dioxide of 400 to 1000 GPU.

본 발명은 상기 또 다른 목적을 이루기 위하여, 아래 단계를 포함하는 이산화탄소 분리용 복합막의 제조방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for producing a composite membrane for carbon dioxide separation comprising the steps of:

I) 다공성 고분자 지지체를 준비하는 단계,I) preparing a porous polymer scaffold,

II) 상기 다공성 고분자 지지체 위에 상기 이산화탄소 분리막용 코팅제를 희석제로 희석한 코팅용액으로부터 코팅층을 형성하는 단계, 및II) forming a coating layer on the porous polymer scaffold from a coating solution in which the coating agent for carbon dioxide separation membrane is diluted with a diluent, and

III) 상기 코팅층을 70 내지 150 ℃에서 열처리 하는 단계.III) heat treating the coating layer at 70 to 150 ° C.

상기 코팅용액은 상기 코팅제의 농도가 0.5 내지 20 중량% 및 상기 희석제의 농도가 80 내지 99.5 중량% 함유하는 것을 특징으로 한다.The coating solution is characterized in that the concentration of the coating agent is 0.5 to 20 wt% and the concentration of the diluent is 80 to 99.5 wt%.

상기 II) 단계의 코팅층은 스핀 코팅, 딥 코팅, 캐스팅 코팅 또는 스프레이 코팅에 의하여 형성되는 것을 특징으로 한다.The coating layer in step II) is formed by spin coating, dip coating, cast coating or spray coating.

상기 II) 단계는 평균 상대습도가 1 - 5% 인 조건에서 수행되는 것을 특징으로 한다.And the step II) is performed under the condition that the average relative humidity is 1 to 5%.

상기 III) 단계의 열처리에 의하여 우레탄 및 우레아 반응이 종결되며 우레탄 결합 또는 우레아 결합의 하드 세그먼트(hard segment) 간의 수소결합에 의해 물리화학적 결합 구조를 갖는 고형화된 코팅층을 얻는 것을 특징으로 한다.The urethane and urea reaction is terminated by the heat treatment in the step III), and a solidified coating layer having a physicochemical bonding structure is obtained by hydrogen bonding between hard segments of a urethane bond or a urea bond.

본 발명에 따르면, 폴리에틸렌글리콜-폴리디메틸실록산 공중합체 및 이소시아네이트계 화합물의 반응을 통해 형성된 우레탄 및 우레아 구조와 수소결합에 의한 물리적 가교 구조를 갖는 이산화탄소 분리용 코팅층을 형성함으로써, 이산화탄소에 대한 투과도 및 선택도를 모두 향상시킬 수 있다.According to the present invention, by forming a coating layer for carbon dioxide separation having a urethane and urea structure formed through the reaction of a polyethylene glycol-polydimethylsiloxane copolymer and an isocyanate compound and a physical crosslinking structure by hydrogen bonding, permeability and selectivity to carbon dioxide Can be improved.

도 1은 실시예 2 내지 6으로부터 제조된 코팅필름 및 비교예 2로부터 제조된 코팅필름의 각각의 TGA 열분석 그래프이다.
도 2는 실시예 2 내지 6으로부터 제조된 코팅필름 및 비교예 2로부터 제조된 코팅필름의 각각의 IR분석 그래프이다.
도 3은 실시예 2 내지 6으로부터 제조된 코팅필름 및 비교예 2로부터 제조된 코팅필름의 기계적 물성을 평가하기 위한, 신율(strain%)에 따른 인장강도(stress(MPa))를 나타낸 그래프이다.
도 4는 비교예 1 내지 5로부터 제조된 코팅필름 각각의 산소와 질소에 대한 투과도(permeability(Barrer)) 및 산소/질소에 대한 선택도(O2/N2 selectivity)를 나타낸 그래프이다.
도 5는 비교예 1 내지 5로부터 제조된 코팅필름 각각의 이산화탄소와 질소에 대한 투과도(permeability(Barrer)) 및 이산화탄소/질소에 대한 선택도(CO2/N2 selectivity)를 나타낸 그래프이다.
도 6은 실시예 2 내지 6으로부터 제조된 코팅필름 각각의 산소와 질소에 대한 투과도(permeability(Barrer)) 및 산소/질소에 대한 선택도(O2/N2 selectivity)를 나타낸 그래프이다.
도 7은 실시예 2 내지 6으로부터 제조된 코팅필름 각각의 이산화탄소와 질소에 대한 투과도(permeability(Barrer)) 및 이산화탄소/질소에 대한 선택도(CO2/N2 selectivity)를 나타낸 그래프이다.
도 8은 실시예 7 내지 11로부터 제조된 이산화탄소 분리용 복합막의 SEM 사진이다.
도 9는 실시예 7 내지 11로부터 제조된 이산화탄소 분리용 복합막 각각의 산소와 질소에 대한 투과도(permeance (GPU)) 및 산소/질소에 대한 선택도(O2/N2 selectivity)를 나타낸 그래프이다.
도 10은 실시예 7 내지 11로부터 제조된 이산화탄소 분리용 복합막 각각의 이산화탄소와 질소에 대한 투과도(permeance (GPU)) 및 이산화탄소/질소에 대한 선택도(CO2/N2 selectivity)를 나타낸 그래프이다.
1 is a TGA thermal analysis graph of each of the coating film prepared from Examples 2 to 6 and the coating film prepared from Comparative Example 2. Fig.
2 is an IR analysis graph of each of the coating film prepared in Examples 2 to 6 and the coating film prepared in Comparative Example 2. Fig.
FIG. 3 is a graph showing tensile strength (stress (MPa)) according to strain rate for evaluating the mechanical properties of the coating film prepared in Examples 2 to 6 and the coating film prepared in Comparative Example 2. FIG.
FIG. 4 is a graph showing permeability (Barrer) and oxygen / nitrogen selectivity (O 2 / N 2 selectivity) for oxygen and nitrogen of each of the coating films prepared in Comparative Examples 1 to 5.
FIG. 5 is a graph showing permeability (Barrer) and selectivity to carbon dioxide / nitrogen (CO 2 / N 2 selectivity) of each of the coating films prepared in Comparative Examples 1 to 5.
FIG. 6 is a graph showing permeability (Barrer) and oxygen / nitrogen selectivity (O 2 / N 2 selectivity) for oxygen and nitrogen in each of the coating films prepared in Examples 2 to 6.
FIG. 7 is a graph showing the permeability (Barrer) and selectivity (CO 2 / N 2 selectivity) for carbon dioxide and nitrogen of each of the coating films prepared in Examples 2 to 6.
8 is an SEM photograph of the composite membrane for carbon dioxide separation prepared in Examples 7 to 11.
9 is a graph showing permeability (GPU) and oxygen / nitrogen selectivity (O 2 / N 2 selectivity) for oxygen and nitrogen in each of the composite membranes for separating carbon dioxide prepared in Examples 7 to 11 .
10 is a graph showing permeability (GPU) and selectivity to carbon dioxide / nitrogen (CO 2 / N 2 selectivity) for carbon dioxide and nitrogen of each of the composite membranes for separating carbon dioxide prepared in Examples 7 to 11 .

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명의 일 측면은,According to an aspect of the present invention,

a) 하기 <화학식 1>로 표시되는 폴리에틸렌글리콜-폴리디메틸실록산 공중합체;a) a polyethylene glycol-polydimethylsiloxane copolymer represented by the following formula (1);

<화학식 1>&Lt; Formula 1 >

Figure 112016002689815-pat00003
Figure 112016002689815-pat00003

b) 하기 <화학식 2>로 표시되는 톨릴렌-2,4-디이소시아네이트 말단 폴리에틸렌글리콜 또는 폴리프로필렌글리콜;b) tolylene-2,4-diisocyanate-terminated polyethylene glycols or polypropylene glycols represented by the following formula (2);

<화학식 2>(2)

Figure 112016002689815-pat00004
Figure 112016002689815-pat00004

(상기 화학식에서, n1 및 n2는 5 내지 20의 정수이고, R1은 -CH2CH2O 또는 -CH2CHCH3O이며, m은 1 내지 20의 정수이다). (Wherein n 1 and n 2 are an integer of 5 to 20, R 1 is -CH 2 CH 2 O or -CH 2 CHCH 3 O, and m is an integer of 1 to 20).

c) 디이소시아네이트계 사슬 연장제; 및c) a diisocyanate chain extender; And

d) 우레탄 반응 촉매;을 포함하는 이산화탄소 분리막용 코팅제를 제공한다.d) a urethane reaction catalyst.

구체적으로 상기 a) <화학식 1>로 표시되는 폴리에틸렌글리콜-폴리디메틸실록산 공중합체로서는 하기 <화학식 3>으로 표시되는 상품명 "IM22"로 해당 기술 분야에 알려져 있는 폴리에틸렌글리콜-폴리디메틸실록산 공중합체를 바람직하게 사용할 수 있다.Specifically, the polyethylene glycol-polydimethylsiloxane copolymer represented by the formula (a) is preferably a polyethylene glycol-polydimethylsiloxane copolymer known in the art as "IM22" represented by the following formula Can be used.

<화학식 3>(3)

Figure 112016002689815-pat00005
Figure 112016002689815-pat00005

이때, 상기 <화학식 1>로 표시되는 폴리에틸렌글리콜-폴리디메틸실록산 공중합체의 평균분자량은 1000 내지 2500인 것이 바람직하다.At this time, the average molecular weight of the polyethylene glycol-polydimethylsiloxane copolymer represented by the formula (1) is preferably 1000 to 2500.

상기 b) <화학식 2>로 표시되는 톨릴렌-2,4-디이소시아네이트 말단 폴리에틸렌글리콜 또는 폴리프로필렌글리콜은 바람직하게, 하기 <화학식 4> 또는 <화학식 5>로 표시되는 톨릴렌-2,4-디이소시아네이트 말단 폴리에틸렌글리콜 또는 폴리프로필렌글리콜일 수 있다.The tolylene-2,4-diisocyanate-terminated polyethylene glycol or polypropylene glycol represented by the above formula (b) is preferably selected from tolylene-2,4-diol represented by the following formula (4) Diisocyanate-terminated polyethylene glycols or polypropylene glycols.

[화학식 4][Chemical Formula 4]

Figure 112016002689815-pat00006
Figure 112016002689815-pat00006

[화학식 5][Chemical Formula 5]

Figure 112016002689815-pat00007
Figure 112016002689815-pat00007

(상기 화학식 4 및 5에서, m은 1 내지 20의 정수이다). (In the above formulas (4) and (5), m is an integer of 1 to 20).

구체적으로 상기 <화학식 2>로 표시되는 톨릴렌-2,4-디이소시아네이트 말단 폴리에틸렌글리콜 또는 폴리프로필렌글리콜의 평균분자량은 1000 내지 3000이다.Specifically, the average molecular weight of the tolylene-2,4-diisocyanate-terminated polyethylene glycol or polypropylene glycol represented by the formula (2) is 1000 to 3000.

상기 디이소시아네이트계 사슬 연장제는 톨릴렌 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 메틸렌 디이소시아네이트, 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 크실렌 디이소시아네이트 및 톨리딘 디이소시아네이트로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 것일 수 있는데, 반응성을 고려하여 이소포론 디이소시아네이트를 더욱 바람직하게 사용한다.Wherein the diisocyanate chain extender is any one selected from the group consisting of tolylene diisocyanate, isophorone diisocyanate, methylene diisocyanate, methylene diphenyl diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, xylene diisocyanate and tolylidine diisocyanate However, considering the reactivity, isophorone diisocyanate is more preferably used.

바람직하게, 상기 디이소시아네이트계 사슬연장제의 평균분자량은 100 내지 300일 수 있다.Preferably, the average molecular weight of the diisocyanate chain extender may range from 100 to 300.

상기 우레탄 반응 촉매는 주석(II) 아세테이트, 주석(II) 옥토에이트, 주석(II) 에틸헥소에이트, 주석(II) 라우레이트, 디부틸주석 디아세테이트, 디부틸주석 디라우레이트, 디부틸주석 말레에이트 및/또는 디옥틸주석 디아세테이트, 트리스-(N,N-디메틸아미노프로필)-s-헥사히드로트리아진, 테트라메틸암모늄 히드록시드, 소듐 히드록시드, 소듐 N-[(2-히드록시-5-노닐페닐)메틸]-N-메틸아미노아세테이트, 소듐 아세테이트, 소듐 옥토에이트, 포타슘 아세테이트, 포타슘 옥토에이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 것일 수 있는데, 가장 바람직하게는 디부틸주석 디라우레이트를 사용할 수 있다.The urethane reaction catalyst is selected from the group consisting of tin (II) acetate, tin (II) octoate, tin (II) ethylhexoate, tin (II) laurate, dibutyltin diacetate, dibutyltin dilaurate, (N, N-dimethylaminopropyl) -s-hexahydrotriazine, tetramethylammonium hydroxide, sodium hydroxide, sodium N - [(2- hydroxy -5-nonylphenyl) methyl] -N-methylaminoacetate, sodium acetate, sodium octoate, potassium acetate, potassium octoate and mixtures thereof, and most preferably dibutyl You can use annotation dilate.

상기 촉매는 상기 <화학식 1>로 표시되는 폴리에틸렌글리콜-폴리디메틸실록산 공중합체 1몰을 기준으로 0.3 - 0.4몰이 혼합될 수 있는데, 상기 촉매가 상기 <화학식 1>로 표시되는 폴리에틸렌글리콜-폴리디메틸실록산 공중합체 1몰을 기준으로 0.3몰 미만이면 촉매의 함량이 낮아 불완전한 반응을 형성하고 또한 총 반응 시간이 길어지는 단점을 갖게 되며, 0.4몰을 초과하면 부가중합을 일으킬 수 있다.The catalyst may be used in an amount of 0.3 to 0.4 moles based on 1 mole of the polyethylene glycol-polydimethylsiloxane copolymer represented by Formula 1, wherein the catalyst is a polyethylene glycol-polydimethylsiloxane represented by Formula 1 When the amount of the catalyst is less than 0.3 mol based on 1 mol of the copolymer, the content of the catalyst is low, resulting in incomplete reaction and a long reaction time. If the amount exceeds 0.4 mol, addition polymerization may occur.

상기 <화학식 1>로 표시되는 폴리에틸렌글리콜-폴리디메틸실록산 공중합체 및 상기 디이소시아네이트계 사슬 연장제의 몰비는 1 : 3.3-8.0인 것이 바람직한데, 상기 몰비가 1 : 3.3 미만일 경우, 완전한 우레탄 및 우레아 반응을 형성하지 않아 막의 형태를 갖지 못하고, 1 : 8.0 초과일 경우, 과도한 하드 세그먼트(hard segment)의 증가로 쉽게 부서지는(brittle) 기계적 물성을 가지므로, 이후 단일막으로 형성되거나, 지지층 상에 코팅층을 형성할 때 내구성에 문제가 발생하게 된다.The molar ratio of the polyethylene glycol-polydimethylsiloxane copolymer represented by Formula 1 to the diisocyanate chain extender is preferably 1: 3.3-8.0. When the molar ratio is less than 1: 3.3, the urethane and urea The film does not have a film shape because it does not form a reaction and when it exceeds 1: 8.0, it has a brittle mechanical property with an increase in an excessive hard segment, so that it can be formed into a single film, There arises a problem in durability when the coating layer is formed.

상기 <화학식 1>로 표시되는 폴리에틸렌글리콜-폴리디메틸실록산 공중합체, 상기 <화학식 2>로 표시되는 톨릴렌-2,4-디이소시아네이트 말단 폴리에틸렌글리콜 또는 폴리프로필렌글리콜 및 상기 디이소시아네이트계 사슬 연장제의 몰비는 1 : 0.2-0.6 : 3.3-8.0 인 것이 바람직한데, 상기 몰비가 1 : 0.2 : 3.3 미만일 경우, 우레탄 결합이 가능한 반응 사이트가 완전히 반응을 이루지 않아 비교적 기계적 물성이 낮은 막의 형태를 갖게 되고, 1 : 0.6 : 8.0을 초과하면 톨릴렌-2,4-디이소시아네이트 말단 폴리에틸렌글리콜 또는 폴리프로필렌글리콜이 구조내의 수소결합을 방해하여 사슬간의 결합력이 약해지기 때문에 기계적 물성이 낮아질 뿐만 아니라, 취성이 약해지고, 이로 인해 막이 쉽게 변형되므로, 질소에 대한 이산화탄소의 선택도를 유지하지 못하고 쉽게 감소하게 된다.A polyethyleneglycol-polydimethylsiloxane copolymer represented by the formula 1, a tolylene-2,4-diisocyanate-terminated polyethylene glycol or polypropylene glycol represented by the formula 2, and a diisocyanate chain- The molar ratio is preferably 1: 0.2-0.6: 3.3-8.0. When the molar ratio is less than 1: 0.2: 3.3, the reaction site which can form a urethane bond is not completely reacted to form a membrane having relatively low mechanical properties, 1: 0.6: 8.0, the tolylene-2,4-diisocyanate-terminated polyethylene glycol or polypropylene glycol interferes with the hydrogen bonding in the structure to weaken the bonding force between the chains, so that not only the mechanical properties are lowered but also the brittleness is weakened, As a result, the membrane is easily deformed, so that the selectivity to carbon dioxide for nitrogen can not be maintained, .

보다 바람직하게 상기 <화학식 1>로 표시되는 폴리에틸렌글리콜-폴리디메틸실록산 공중합체, 상기 <화학식 2>로 표시되는 톨릴렌-2,4-디이소시아네이트 말단 폴리에틸렌글리콜 또는 폴리프로필렌글리콜 및 상기 디이소시아네이트계 사슬 연장제의 몰비는 1 : 0.2-0.6 : 4.05일 수 있는데, 왜냐하면 상기 몰비로 혼합되어 제조된 코팅제를 사용하여 추후 단일막 구조의 코팅필름을 제조할 경우, 공기 중 질소에 대한 이산화탄소의 선택도가 30 내지 40으로 매우 우수해지기 때문이다.
More preferably, the polyethylene glycol-polydimethylsiloxane copolymer represented by the formula (1), the tolylene-2,4-diisocyanate-terminated polyethylene glycol or polypropylene glycol represented by the formula 2, and the diisocyanate chain The molar ratio of the extender may be 1: 0.2-0.6: 4.05, because when the coating film prepared by mixing the coating composition prepared at the above molar ratio is used to produce a coating film having a single film structure, the selectivity of carbon dioxide 30 < / RTI > to 40 < / RTI >

본 발명의 다른 측면은 상기 이산화탄소 분리막용 코팅제를 도포 및 열처리하여 제조한 이산화탄소 분리막용 코팅필름에 관한 것이다.Another aspect of the present invention relates to a coating film for a carbon dioxide separation membrane prepared by coating and heat-treating the coating composition for a carbon dioxide separation membrane.

구체적으로 상기 이산화탄소 분리막용 코팅제를 테플론 등과 같은 기판상에 도포하여 열처리함으로써, 단일막 구조를 갖는 이산화탄소 분리막용 코팅필름을 나타내는 것이다.Specifically, the coating film for a carbon dioxide separation membrane has a single film structure by applying the coating material for a carbon dioxide separation membrane on a substrate such as Teflon and then subjecting it to heat treatment.

상기 코팅필름은 인장강도가 0.5 내지 1.5 MPa이기 때문에, 지지층이 없는 단일막 구조로 사용되기 위해서는 두께가 90 내지 110 ㎛인 것이 바람직하다.Since the coating film has a tensile strength of 0.5 to 1.5 MPa, it is preferable that the coating film has a thickness of 90 to 110 탆 in order to be used as a single film structure without supporting layer.

상술한 두께의 상기 코팅필름은 공기 중 질소에 대한 이산화탄소의 선택도가 10 내지 40으로, 이와 같은 수치는 25 ℃, 2 bar에서 측정한 것이다.The coating film of the thickness described above has a selectivity of 10 to 40 for carbon dioxide with respect to nitrogen in air, and such a value is measured at 25 DEG C and 2 bar.

보다 바람직하게, 상기 코팅필름에 사용되는 코팅제에서 <화학식 1>로 표시되는 폴리에틸렌글리콜-폴리디메틸실록산 공중합체, <화학식 2>로 표시되는 톨릴렌-2,4-디이소시아네이트 말단 폴리에틸렌글리콜 또는 폴리프로필렌글리콜 및 상기 디이소시아네이트계 사슬 연장제의 몰비는 1 : 0.2-0.6 : 4.05일 수 있는데, 왜냐하면 상기 몰비로 혼합되어 제조된 코팅제를 사용하여 추후 단일막 구조의 코팅필름을 제조할 경우, 공기 중 질소에 대한 이산화탄소의 선택도가 30 내지 40으로 매우 우수해지기 때문이다.
More preferably, the coating agent used in the coating film is a polyethylene glycol-polydimethylsiloxane copolymer represented by Formula 1, tolylene-2,4-diisocyanate-terminated polyethylene glycol represented by Formula 2 or polypropylene The molar ratio of the glycol and the diisocyanate chain extender may be 1: 0.2-0.6: 4.05, because when the coating film prepared by mixing the above-mentioned molar ratio is used to prepare a coating film having a single film structure, Because the selectivity of carbon dioxide to carbon dioxide is very high, from 30 to 40.

본 발명의 다른 측면은 다공성 고분자 지지체; 및 상기 다공성 고분자 지지체 위에 상기 이산화탄소 분리막용 코팅제로 형성된 코팅층;을 포함하는 이산화탄소 분리용 복합막에 관한 것이다.Another aspect of the present invention relates to a porous polymer scaffold comprising: a porous polymer scaffold; And a coating layer formed on the porous polymer scaffold by the coating agent for the carbon dioxide separation membrane.

상기 이산화탄소 분리용 복합막은 상술한 바와 같은 화합물들을 포함하는 코팅제를 다공성 고분자 지지체 상에 코팅하여 제작된 것으로, 다공성 고분자 지지체 상에 형성된 코팅층은 이산화탄소에 대한 친밀도를 높기 때문에, 상기 다공성 고분자 지지체의 기공 크기가 줄어들어도 이산화탄소에 대한 투과도 및 선택도를 증가시키므로, 상술한 구성을 갖는 이산화탄소 분리용 복합막은 우수한 이산화탄소 분리성능을 갖는다.Since the coating layer formed on the porous polymer scaffold has a high affinity for carbon dioxide, the pore size of the porous polymer scaffold can be reduced, The permeability and the selectivity to carbon dioxide are increased. Therefore, the composite membrane for separating carbon dioxide having the above-described structure has excellent carbon dioxide separation performance.

상기 다공성 고분자 지지체는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리술폰(PSf), 폴리아크릴로나이트릴(PAN), 폴리이미드(PI), 폴리이서이미드(PEI) 및 폴리에테르술폰(PES)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 것을 이용할 수 있는데, 가장 바람직하게는 폴리아크릴로나이트릴(PAN)일 수 있다.The porous polymer scaffold is made of polyvinylidene fluoride (PVDF), polysulfone (PSf), polyacrylonitrile (PAN), polyimide (PI), polyetherimide (PEI) and polyethersulfone , And most preferably polyacrylonitrile (PAN) can be used.

상기 다공성 고분자 지지체는 나권형(spiral-wound type), 관형(tubular type), 일체형(monolith type), 중공섬유형(hollow-fiber type), 판틀형(plat and frame type)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 것을 특징으로 한다.The porous polymer scaffold may be selected from the group consisting of a spiral-wound type, a tubular type, a monolith type, a hollow-fiber type, and a plat and frame type. It is characterized by one.

상기 코팅제로 코팅될 경우, 실리콘 구조의 고무같은(rubbery) 특성은 높은 자유체적과 높은 사슬의 유동성으로 인해 투과도 증가의 효과와 폴레에틸렌글리콜 및 폴리프로필렌글리콜 구조 내에 존재하는 이서 그룹(ether group)의 이산화탄소 친밀도 증가로 이산화탄소의 용해도가 증가하여 선택도도 증가되는 효과를 갖는다. When coated with the above coating, the rubbery properties of the silicone structure are affected by the increased permeability due to the high free volume and high chain flow, and the effect of the ether groups present in the poly (ethylene glycol) and polypropylene glycol structures The increased affinity of carbon dioxide increases the solubility of carbon dioxide and increases selectivity.

또한 본 발명에 따른 상기 이산화탄소 분리용 복합막은 상술한 구성의 코팅제를 사용하기 때문에 우레탄 결합과 우레아 결합 그리고 수소결합에 의한 물리적 가교 결합을 동반하여 상기 다공성 고분자 지지체 위에서 코팅층이 고정되므로 기계적·화학적 안정성이 향상되고, 이산화탄소에 대한 분리성능(선택도 및 투과도)이 증가하였다.Also, since the composite membrane for separating carbon dioxide according to the present invention uses a coating agent having the above-described structure, the coating layer is fixed on the porous polymer scaffold together with urethane bonding, urea bonding and physical crosslinking by hydrogen bonding, , And the separation performance (selectivity and permeability) for carbon dioxide was increased.

구체적으로 상기 복합막은 공기 중 질소에 대한 이산화탄소의 선택도가 10 내지 40이고, 이산화탄소의 투과도는 400 내지 1000 GPU인데, 이는 본 발명에 따른 이산화탄소 분리용 복합막을 구성함에 있어, 상기 다공성 고분자 지지체 상의 기공을 상기 코팅층으로 인해 막히게 되는데도 불구하고, 투과도가 저하되지 않고 오히려 이산화탄소 투과도가 400 내지 1000 GPU로, 바람직하게는 700 내지 1000 GPU로 향상되었음을 확인할 수 있다.Specifically, the composite membrane has a selectivity of carbon dioxide to nitrogen in air of 10 to 40 and a permeability of carbon dioxide of 400 to 1000 GPU. In constructing the composite membrane for separating carbon dioxide according to the present invention, The permeability is not lowered, but the carbon dioxide permeability is improved to 400 to 1000 GPU, preferably 700 to 1000 GPU, although the coating layer is clogged with the coating layer.

특히, 상기 코팅제로만 제조된 이산화탄소 분리막용 코팅필름의 평균 이산화탄소 투과도가 670 barrer인데 비해, 상기 이산화탄소 분리용 복합막의 평균 이산화탄소 투과도는 842 GPU로, 상기 이산화탄소 분리막용 코팅필름 형태로 사용하는 것보다, 상기 이산화탄소 분리막용 복합막 형태로 사용하는 것이 평균 이산화탄소 투과도가 200 이상 향상된 것을 확인할 수 있다.Particularly, the average carbon dioxide permeability of the coating film for a carbon dioxide separation membrane prepared only with the coating agent is 670 barrer, while the average carbon dioxide permeability of the composite membrane for separating carbon dioxide is 842 GPU. As compared with the use of the coating film for a carbon dioxide separation membrane, It can be confirmed that the use of the composite membrane in the form of a carbon dioxide membrane improves the average carbon dioxide permeability by 200 or more.

상기 이산화탄소 분리용 복합막(지지체+코팅층)의 두께는 150 ㎛ 내지 170㎛일 수 있는데, 상기 이산화탄소 분리용 복합막의 두께가 150 ㎛미만일 경우, 지지체 위에 코팅층이 거의 형성이 안 되었다는 의미로 기체투과 성능이 향상되지 못하고 고압에서 분리막 자체의 물성을 유지하기 어려워 장기간 사용이 불가하고, 200 ㎛를 초과할 경우 지지체 위에 코팅층이 두껍게 형성되어 이산화탄소에 대한 투과도가 현저히 저하되는 큰 문제가 발생할 수 있으며 또한 고압에서 사용 시 지지체와 코팅층이 탈착될 수 있다.
The thickness of the composite membrane for separating carbon dioxide (support + coating layer) may be 150 μm to 170 μm. When the thickness of the composite membrane for separating carbon dioxide is less than 150 μm, the gas permeability It can not be used for a long period of time because it is difficult to maintain the physical properties of the separator itself at high pressure. If it exceeds 200 탆, the coating layer may be formed thick on the support to significantly deteriorate the permeability to carbon dioxide. When used, the support and the coating layer can be desorbed.

본 발명의 또 다른 측면은 아래 단계들을 포함하는 이산화탄소 분리용 복합막의 제조방법에 관한 것이다.Another aspect of the present invention relates to a process for producing a composite membrane for carbon dioxide separation comprising the steps of:

I) 다공성 고분자 지지체를 준비하는 단계,I) preparing a porous polymer scaffold,

II) 상기 다공성 고분자 지지체 위에 상기 코팅제를 희석제로 희석한 코팅용액으로부터 코팅층을 형성하는 단계, 및II) forming a coating layer from the coating solution in which the coating agent is diluted with the diluent on the porous polymer scaffold, and

III) 상기 코팅층을 70 내지 150 ℃에서 열처리 하는 단계.III) heat treating the coating layer at 70 to 150 ° C.

우선, Ⅰ) 다공성 고분자 지지체를 준비한다.First, a porous polymer scaffold is prepared.

상기 다공성 고분자 지지체는 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리술폰, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리이미드, 폴리에테르이미드 및 폴리에테르술폰으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 것일 수 있다.The porous polymer scaffold may be any one selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride, polysulfone, polyacrylonitrile, polyimide, polyetherimide, and polyether sulfone.

이후, II) 상기 다공성 고분자 지지체 위에 상기 이산화탄소 분리막용 코팅제를 희석한 코팅용액으로부터 코팅층을 형성한다.Thereafter, II) a coating layer is formed from the coating solution diluted with the coating material for the carbon dioxide separation membrane on the porous polymer scaffold.

상기 코팅제를 희석하기 위한 용매는 지지체를 용해시키지 않고, 코팅제가 용해되는 아세톤, 에탄올, 메탄올, 헥산, 물 등이다.The solvent for diluting the coating agent is acetone, ethanol, methanol, hexane, water or the like in which the coating agent dissolves without dissolving the support.

상기 코팅용액은 상기 코팅제의 농도가 0.5 내지 20 중량% 및 상기 희석제의 농도가 80 내지 99.5 중량% 함유하는데, 상기 코팅제의 농도가 0.5 중량% 미만이면 코팅층으로서의 기능을 수행하는 코팅층이 균일하게 형성되기 어렵고, 코팅용액의 농도가 20 중량%를 초과하면 코팅층의 두께가 너무 두꺼워져 기체투과도가 현저히 줄어들게 된다.The coating solution contains 0.5 to 20% by weight of the coating agent and 80 to 99.5% by weight of the diluent. When the concentration of the coating agent is less than 0.5% by weight, a coating layer functioning as a coating layer is uniformly formed If the concentration of the coating solution exceeds 20% by weight, the thickness of the coating layer becomes too thick, and gas permeability is remarkably reduced.

상기 이산화탄소 분리막용 코팅제를 희석한 코팅용액을 코팅할 때, 상기 다공성 고분자 지지체 상에 존재하는 기공을 통해 상기 고분자 지지체 내로 스며들어 코팅되게 되며, 상기 다공성 고분자 지지체 상에 스며들고도 표면에 얇게 코팅층이 형성하게 된다.When the coating solution for the carbon dioxide separation membrane is diluted, the coating solution is impregnated into the polymer scaffold through the pores existing on the porous polymer scaffold. The porous coating scraped on the porous polymer scaffold, Respectively.

상기 II) 단계의 상기 희석제는 메탄올, 에탄올, 아세톤, 헥산, 물, 아세토나이트릴, 톨루엔, THF 및 클로로포름으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 용매로 희석하는 것을 특징으로 한다.The diluent in step II) is diluted with at least one solvent selected from the group consisting of methanol, ethanol, acetone, hexane, water, acetonitrile, toluene, THF and chloroform.

상기 II)단계의 코팅층은 스핀 코팅, 딥 코팅, 캐스팅 코팅 또는 스프레이 코팅에 의하여 형성되는 것을 특징으로 한다.The coating layer in step II) is formed by spin coating, dip coating, cast coating or spray coating.

최종적으로 상기 III)단계는 70 내지 150 ℃에서 열처리 하는데, 이때, 바람직하게는 상기 III) 단계는 평균 상대습도가 1 내지 5% 의 조건에서 수행되는 것을 특징으로 하는데, 이러한 조건을 만들기 위해서는 내부와 외부에 유입이 없는 오븐을 70 내지 150 ℃로 예열하는 간단한 공정을 통해 제공할 수 있다.Finally, the step III) is heat-treated at 70 to 150 ° C., preferably, the step III) is performed under the condition of an average relative humidity of 1 to 5%. In order to make such a condition, And a simple process of preheating the oven free from the outside to 70 to 150 ° C.

만일 열처리 과정 중에, 평균 상대습도가 5%를 초과하는 경우에는 우레탄 반응이 충분히 형성되지 않고 우레아 반응이 형성되는 문제가 존재하여 정확한 화학적 구조를 판단하기가 어려워지고, 1 % 미만일 경우 오븐의 예열시간이 길어지게 되므로 경제적인 측면에서 비효율적이다.If the average relative humidity exceeds 5% during the heat treatment process, there is a problem that the urethane reaction is not sufficiently formed and the urea reaction is formed, which makes it difficult to judge the exact chemical structure. When the relative humidity is less than 1% Which is inefficient in terms of economy.

또한, 상기 Ⅲ) 단계는 상기 다공성 고분자 지지체 표면에 코팅된 코팅제에 열을 가함으로써, 열처리에 의하여 우레탄 및 우레아 반응이 종결되며 우레탄 결합 또는 우레아 결합의 하드 세그먼트(hard segment) 간의 수소결합에 의해 물리화학적 결합 구조를 갖는, 고형화된 코팅층을 얻기 위한 과정으로, 상기 열처리 온도 범위가 70 ℃ 미만일 경우, 충분한 우레탄 결합을 형성하기 위해 요구되는 열처리 시간이 길어지는 문제가 발생하고, 150 ℃를 초과한 경우 고온을 유지하여야 하므로 경제성이 감소하고, 상기 다공성 고분자 지지체가 고온에 장시간 노출되어 열화되는 문제가 발생한다.In the step (III), urethane and urea reaction are terminated by heat treatment by applying heat to the coating material coated on the surface of the porous polymer scaffold, and the urea and urea reaction are terminated. By the hydrogen bonding between the hard segments of the urethane bond or the urea bond, In the process for obtaining a solidified coating layer having a chemical bonding structure, when the heat treatment temperature range is lower than 70 ° C, there arises a problem that the heat treatment time required for forming a sufficient urethane bond is prolonged. When the temperature exceeds 150 ° C There is a problem that the economical efficiency is reduced and the porous polymer scaffold is exposed to high temperature for a long time to deteriorate.

상기 III) 단계의 열처리 과정은 12 내지 24 시간동안 수행될 수 있는데, 12 시간 미만일 경우에도 우레탄 반응은 이루어지지만 완벽한 반응을 우려하여 충분한 시간을 두고 반응을 진행하여야 하며, 24 시간을 초과할 경우 장시간 반응온도를 유지하여야 하므로 비경제적이며 생산성이 악화될 수 있다. The heat treatment in step III) may be carried out for 12 to 24 hours. Even if the reaction time is less than 12 hours, the urethane reaction may occur. However, the reaction should be completed for a sufficient time to avoid a complete reaction. The reaction temperature must be maintained, which is uneconomical and the productivity may be deteriorated.

상기 II) 단계와 III) 단계의 열처리에 의하여 코팅층 특히, 물리화학적 가교구조의 코팅층을 얻을 수 있다.By the heat treatment in the steps II) and III), a coating layer, in particular, a coating layer having a physicochemical crosslinking structure can be obtained.

구체적으로, 상기 III) 단계의 열처리에 의하여 우레탄 결합과 우레아 결합 및 수소결합과 얽힘에 의한 물리적 가교결합 구조를 갖는 가교구조의 코팅층을 얻을 수 있다.Specifically, a coating layer having a crosslinked structure having a urethane bond, a urea bond and a physical crosslinking structure by entanglement with hydrogen bond can be obtained by the heat treatment in the step (III).

본 발명에 따른 상기 제조방법을 통해 제조된 이산화탄소 분리용 복합막은 상기 다공성 고분자 지지체 상의 기공을 막으면서 형성됨에도 불구하고, 투과도가 저하되지 않고 오히려 이산화탄소 투과도가 400 내지 1000 GPU로, 바람직하게는 700 내지 1000 GPU로 향상되었음을 확인할 수 있다.
The composite membrane for carbon dioxide separation according to the present invention is formed while blocking the pores on the porous polymer scaffold, the permeability is not reduced, but the carbon dioxide permeability is 400 to 1000 GPU, preferably 700 to 1000 GPU, It can be confirmed that it is improved to 1000 GPU.

이하에서 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하며, 다만 이하에 실시예 등에 의해 본 발명의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 또한, 이하의 실시예를 포함한 본 발명의 개시 내용에 기초한다면, 구체적으로 실험 결과가 제시되지 않은 본 발명을 통상의 기술자가 용이하게 실시할 수 있음은 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and the like, but the scope and content of the present invention can not be construed to be limited or limited by the following Examples. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the following claims. It is natural that it belongs to the claims.

또한 이하에서 제시되는 실험 결과는 상기 실시예 및 비교예의 대표적인 실험 결과만을 기재한 것이며, 아래에서 명시적으로 제시하지 않은 본 발명의 여러 구현예의 각각의 효과는 해당 부분에서 구체적으로 기재하도록 한다.
In addition, the experimental results presented below only show representative experimental results of the embodiments and the comparative examples, and the respective effects of various embodiments of the present invention which are not explicitly described below will be specifically described in the corresponding part.

(( 제조예Manufacturing example ) 코팅제의 제조.Preparation of Coatings.

폴리에틸렌글리콜-폴리디메틸실록산 공중합체(IM22), 상기 <화학식 2>에서 m이 34인 톨릴렌-2,4-디이소시아네이트 말단 폴리프로필렌글리콜, 이소포론디이소시아네이트(디이소시아네이트 사슬연장제) 및 디부틸주석 디라우레이트(우레탄 반응 촉매)를 혼합 및 교반하여 코팅제를 얻었다.Polyethylene glycol-polydimethylsiloxane copolymer (IM22), tolylene-2,4-diisocyanate-terminated polypropylene glycol having m = 34 in the above formula (2), isophorone diisocyanate (diisocyanate chain extender) Tin dilaurate (urethane reaction catalyst) was mixed and stirred to obtain a coating agent.

이때, 혼합 몰비는 아래 [표 1]에 나타내었다.At this time, the mixing molar ratio is shown in Table 1 below.

함량(mol)Content (mol) IM22IM22 화학식 2의 톨릴렌-2,4-디이소시아네이트 말단 폴리프로필렌글리콜The tolylene-2,4-diisocyanate-terminated polypropylene glycol of formula (2) 사슬연장제Chain extender 우레탄 반응 촉매Urethane reaction catalyst 제조예 1Production Example 1 1One 0.160.16 4.054.05 0.360.36 제조예 2Production Example 2 1One 0.200.20 4.054.05 0.360.36 제조예 3Production Example 3 1One 0.310.31 4.054.05 0.360.36 제조예 4Production Example 4 1One 0.390.39 4.054.05 0.360.36 제조예 5Production Example 5 1One 0.470.47 4.054.05 0.360.36 제조예 6Production Example 6 1One 0.590.59 4.054.05 0.360.36

(( 실시예Example 1-6) 코팅필름의 제조. 1-6) Preparation of coating film.

제조예 1 내지 6에 따라 제조된 코팅제 각각을 이용하여 각 코팅필름을 제조하였다.Each coating film was prepared using each of the coatings prepared according to Production Examples 1 to 6.

우선, 상기 제조예 1 내지 6 중 어느 하나의 코팅제를 상온에서 1 시간동안 혼합 및 교반하고, 이를 테프론 페트리 디쉬에 도포하여 상온에서 2 시간 동안 놓아둔 후, 평균 상대습도가 1 -5% 인 조건하에서 80 ℃로 24 시간동안 열처리하여 우레탄 구조 및 우레아 구조를 포함하는 이산화탄소 분리를 위한 분리막용 코팅필름을 제조하였다.
First, the coating agents of Preparation Examples 1 to 6 were mixed and stirred at room temperature for 1 hour, applied to a Teflon Petri dish, and allowed to stand at room temperature for 2 hours. Thereafter, For 24 hours at 80 캜 to prepare a coating film for separating carbon dioxide containing urethane structure and urea structure.

(( 실시예Example 7-11) 이산화탄소 분리용  7-11) for carbon dioxide separation 복합막의Composite membrane 제조. Produce.

상기 제조예 2 내지 6로부터 제조된 코팅제를 아세톤(희석제)에 각각 8.5 wt%로 희석하여 준비한 다공성 폴리아크릴로나이트릴 지지체 위에 캐스팅 코팅하여 코팅층을 형성한 후, 평균 상대습도가 1 - 5% 인 조건하에서 80 ℃로, 24 시간동안 열처리함으로써 우레탄 구조 및 우레아 구조의 코팅층을 포함하는 이산화탄소 분리용 복합막을 제조하였다.
The coatings prepared in Preparation Examples 2 to 6 were diluted with acetone (diluent) to 8.5 wt%, respectively, and cast on the prepared porous polyacrylonitrile support to form a coating layer. Then, the coating layer was formed to have an average relative humidity of 1 to 5% And then heat-treated at 80 캜 for 24 hours to prepare a composite membrane for separating carbon dioxide including a coating layer having a urethane structure and a urea structure.

(( 비교예Comparative Example 1 내지 5) 코팅필름의 제조. 1 to 5) Preparation of coating film.

폴리에틸렌글리콜-폴리디메틸실록산 공중합체(IM22), 이소포론디이소시아네이트(디이소시아네이트 사슬 연장제) 및 디부틸주석 디라우레이트(우레탄 반응 촉매)를 상온에서 1 시간 혼합 및 교반한 후, 이를 테프론 페트리 디쉬에 도포하여 상온에서 2시간 동안 놓아둔 후, 평균 상대습도가 1 내지 5%인 조건하에서 80 ℃에서 24 시간동안 열처리하여 우레탄 구조 및 우레아 구조를 포함하는 이산화탄소 분리막용 코팅필름을 제조하였다.After mixing and stirring for 1 hour at room temperature, polyethylene glycol-polydimethylsiloxane copolymer (IM22), isophorone diisocyanate (diisocyanate chain extender) and dibutyltin dilaurate (urethane reaction catalyst) And allowed to stand at room temperature for 2 hours, and then heat-treated at 80 ° C for 24 hours under conditions of an average relative humidity of 1 to 5% to prepare a coating film for a carbon dioxide separation membrane containing a urethane structure and a urea structure.

이때, 폴리에틸렌글리콜-폴리디메틸실록산 공중합체(IM22), 이소포론디이소시아네이트(디이소시아네이트 사슬 연장제) 및 디부틸주석 디라우레이트(우레탄 반응 촉매)의 혼합 몰비는 아래 [표 2]에 나타내었다.The mixing molar ratio of the polyethylene glycol-polydimethylsiloxane copolymer (IM22), isophorone diisocyanate (diisocyanate chain extender) and dibutyltin dilaurate (urethane reaction catalyst) is shown in Table 2 below.

함량(mol)Content (mol) IM22IM22 디이소시아네이트 사슬 연장제Diisocyanate chain extender 우레탄 반응 촉매Urethane reaction catalyst 비교예 1Comparative Example 1 1One 3.243.24 0.360.36 비교예 2Comparative Example 2 1One 4.054.05 0.360.36 비교예 3Comparative Example 3 1One 4.864.86 0.360.36 비교예 4Comparative Example 4 1One 6.076.07 0.360.36 비교예 5Comparative Example 5 1One 8.108.10 0.360.36

(( 비교예Comparative Example 6 내지 8) 코팅필름의 제조. 6 to 8) Preparation of coating film.

폴리에틸렌글리콜-폴리디메틸실록산 공중합체(IM22), 상기 <화학식 2>에서 m이 34인 톨릴렌-2,4-디이소시아네이트 말단 폴리프로필렌글리콜, 이소포론디이소시아네이트(디이소시아네이트 사슬 연장제) 및 디부틸주석 디라우레이트(우레탄 반응 촉매)의 혼합 몰비로 아래 [표 3]에 기재된 코팅제를 이용한다는 점을 제외하고는 비교예 1과 모두 동일하게 코팅필름을 제조하였다.Polyethylene glycol-polydimethylsiloxane copolymer (IM22), tolylene-2,4-diisocyanate-terminated polypropylene glycol having m = 34 in the above formula (2), isophorone diisocyanate (diisocyanate chain extender) A coating film was prepared in the same manner as in Comparative Example 1, except that the coating material described in [Table 3] was used as a mixed molar ratio of tin dilaurate (urethane reaction catalyst).

함량(mol)Content (mol) IM22IM22 화학식 2의 톨릴렌-2,4-디이소시아네이트 말단 폴리프로필렌글리콜The tolylene-2,4-diisocyanate-terminated polypropylene glycol of formula (2) 디이소시아네이트 사슬 연장제Diisocyanate chain extender 우레탄 반응 촉매Urethane reaction catalyst 비교예 6Comparative Example 6 1.51.5 0.200.20 4.054.05 0.360.36 비교예 7Comparative Example 7 1.51.5 0.390.39 4.054.05 0.360.36 비교예 8Comparative Example 8 1.51.5 0.200.20 8.108.10 0.360.36 비교예 9Comparative Example 9 1.51.5 0.390.39 8.108.10 0.360.36

도 1은 실시예 2 내지 6으로부터 제조된 코팅필름 및 비교예 2로부터 제조된 코팅 필름 각각의 TGA 열분석 그래프이다.1 is a TGA thermal analysis graph of each of the coating films prepared in Examples 2 to 6 and the coating film prepared in Comparative Example 2. Fig.

도 1에 나타난 바에 따르면, 실시예 2 내지 6으로부터 제조된 코팅필름과 비교예 2로부터 제조된 코팅 필름의 1차 분해 온도가 230-265 ℃이고, 2차 분해 온도가 325-335 ℃로 열 안정성이 우수함을 확인하였고, 이는 톨릴렌-2,4-디이소시아네이트 말단 폴리프로필렌글리콜의 증가로 인한 화학적 결합과 수소결합에 의한 물리적 가교결합에 의한 것임을 알 수 있다.1, the coating film prepared in Examples 2 to 6 and the coating film prepared in Comparative Example 2 had a primary decomposition temperature of 230 to 265 DEG C, a secondary decomposition temperature of 325 to 335 DEG C, Was confirmed to be superior due to chemical crosslinking due to increase of tolylene-2,4-diisocyanate-terminated polypropylene glycol and physical crosslinking by hydrogen bonding.

즉, 톨릴렌-2,4-디이소시아네이트 말단 폴리프로필렌글리콜의 함량이 증가할수록 열적 안정성 역시 향상되는데, 특히, 실시예 6의 코팅필름이 1차 분해 온도 265 ℃, 2차 분해 온도 335 ℃로 가장 열적 안정성이 우수하였다.
That is, as the content of tolylene-2,4-diisocyanate-terminated polypropylene glycol increases, the thermal stability is also improved. Particularly, the coating film of Example 6 has a primary decomposition temperature of 265 ° C and a secondary decomposition temperature of 335 ° C And the thermal stability was excellent.

도 2는 실시예 2 내지 6으로부터 제조된 코팅필름 및 비교예 2로부터 제조된 코팅 필름 각각의 IR분석 그래프이다.2 is an IR analysis graph of the coating film prepared in Examples 2 to 6 and the coating film prepared in Comparative Example 2, respectively.

도 2에 나타난 바와 같이, 실시예 2 내지 6으로부터 제조된 코팅필름및 비교예 2로부터 제조된 코팅 필름의 구조를 분석한 결과, 톨릴렌-2,4-디이소시아네이트 말단 폴리프로필렌글리콜의 농도가 증가함에 따라, 이소시아네이트(isocyanate)를 나타내는 C=O 피크인 1710cm-1가 증가하였다. As shown in FIG. 2, the coating films prepared in Examples 2 to 6 and the coating films prepared in Comparative Example 2 were analyzed to find that the concentration of tolylene-2,4-diisocyanate-terminated polypropylene glycol increased , The C = O peak representing isocyanate, 1710 cm -1 , increased.

또한, CH2 피크와 2900cm- 1 에서 C-C 결합 피크인 1228cm-1 역시 증가하였다.Further, CH 2 peak and 2900cm - the CC bond peak at 1228cm -1 1 was also increased.

이를 통해 톨릴렌-2,4-디이소시아네이트 말단 폴리프로필렌글리콜이 증가함에 따라 우레탄과 우레아 반응을 갖으며 수소결합에 의한 물리적 가교 결합을 갖도록 형성된 코팅필름의 구조 역시 C=O, C-C, CH2가 증가하고 있음을 알 수 있다.As a result, the structure of the coating film formed to have urethane and urea reaction as well as physical crosslinking due to hydrogen bonding as the tolylene-2,4-diisocyanate-terminated polypropylene glycol increases is also C = O, CC, CH 2 , Respectively.

즉, 톨릴렌-2,4-디이소시아네이트 말단 폴리프로필렌글리콜의 증가에 따라 코팅필름의 사슬간의 수소결합에 의한 물리적 가교 구조가 증가하게 되고, 이로 인해, 열적 안정성이 향상되는 것을 알 수 있다.
That is, it can be seen that as the tolylene-2,4-diisocyanate-terminated polypropylene glycol increases, the physical crosslinking structure due to the hydrogen bonding between the chains of the coating film increases, thereby improving the thermal stability.

도 3은 실시예 2 내지 6으로부터 제조된 코팅필름 및 비교예 2로부터 제조된 코팅필름의 기계적 물성을 평가하기 위한, 신율(strain%)에 따른 인장강도(stress(MPa))를 나타낸 그래프이다.FIG. 3 is a graph showing tensile strength (stress (MPa)) according to strain rate for evaluating the mechanical properties of the coating film prepared in Examples 2 to 6 and the coating film prepared in Comparative Example 2. FIG.

도 3에 나타난 바와 같이, 비교예 2로부터 제조된 코팅필름의 인장강도는 실시예 2 내지 6의 코팅필름보다 상대적으로 2 배 이상 이였지만, 신율이 100 %이하로 크게 낮아, 잘 부서지는 문제점이 존재했다.As shown in FIG. 3, the tensile strength of the coating film prepared in Comparative Example 2 was twice or more than that of the coating films of Examples 2 to 6, but the elongation was as low as 100% or less, There was.

이에 반해, 실시예 2 내지 6의 코팅필름은 비교예 2에 비하면 인장강도는 2 배 이상 낮았으나, 수소결합과 얽힘에 의한 물리적 가교 구조의 형성에 의해서 신율은 400 % 이상으로 비교예 1에 비해 4 배 이상 증가된 것을 확인할 수 있다.On the other hand, the coating films of Examples 2 to 6 had a tensile strength lower than that of Comparative Example 2 by a factor of 2 or more, but the elongation was more than 400% due to formation of a physical crosslinking structure due to hydrogen bonding and entanglement, Which is more than four times.

즉, 이산화탄소의 분리를 위한 단일막 혹은 지지층과의 복합막으로 사용될 경우, 비교예 2에 사용된 코팅제 또는 코팅필름은 쉽게 부서지기 때문에, 다른 특성이 우수하다 할지라도 이러한 특성을 충분히 활용하기도 전에 부서져 버리므로 실용화할 수 없는데 반해,That is, when used as a single film for separating carbon dioxide or a composite film with a supporting layer, the coating or coating film used in Comparative Example 2 is easily broken, so that even if other properties are excellent, While it can not be put to practical use because it throws away,

실시예 2 내지 6에 사용된 코팅제 또는 코팅필름은 인장강도는 상대적으로 낮을 뿐, 일반적인 수치인 1.0-1.3 MPa에 속하며, 신율면에서는 비교예 1보다 4 배 이상 향상되었기 때문에, 단일막 혹은 지지층과의 복합막으로 충분히 활용가능하다.The coatings or coating films used in Examples 2 to 6 had a relatively low tensile strength and belonged to the general values of 1.0 to 1.3 MPa and the elongation was four times or more higher than that of Comparative Example 1. Therefore, Can be fully utilized as a composite film of

특히, 실시예 2 내지 6 코팅필름과 같이, 단일막으로 사용하는 것보다, 지지층과의 복합막(실시예 7-11)으로 사용하는 것이 상대적으로 내구성이 10 배 이상 더 좋다.Particularly, as compared with the case of using a single film as in the case of the coating films of Examples 2 to 6, the composite film with the supporting layer (Examples 7-11) is 10 times or more durable relatively.

또한, 비교예 2에 사용된 코팅제를 이용하여 제조된 복합막은 쉽게 부스러지므로, 이보다 제조예 2 내지 6의 코팅제를 이용한 실시예 7 내지 11의 복합막이 상대적으로 내구성이 10 배 이상 더 좋다.
In addition, since the composite membrane prepared using the coating agent used in Comparative Example 2 easily breaks down, the composite membrane of Examples 7 to 11 using the coating agents of Production Examples 2 to 6 is 10 times or more more durable than the composite membrane.

도 4는 비교예 1 내지 5로부터 제조된 코팅필름 각각의 산소와 질소에 대한 투과도(permeability(Barrer)) 및 산소/질소에 대한 선택도(O2/N2 selectivity)를 나타낸 그래프이다.FIG. 4 is a graph showing permeability (Barrer) and oxygen / nitrogen selectivity (O 2 / N 2 selectivity) for oxygen and nitrogen of each of the coating films prepared in Comparative Examples 1 to 5.

도 5는 비교예 1 내지 5로부터 제조된 코팅필름 각각의 이산화탄소와 질소에 대한 투과도(permeability(Barrer)) 및 이산화탄소/질소에 대한 선택도(CO2/N2 selectivity)를 나타낸 그래프이다.FIG. 5 is a graph showing permeability (Barrer) and selectivity to carbon dioxide / nitrogen (CO 2 / N 2 selectivity) of each of the coating films prepared in Comparative Examples 1 to 5.

표 4는 도 4 및 도 5의 결과를 수치화한 것이다.Table 4 shows the results of FIG. 4 and FIG. 5 as numerical values.

투과도(Barrer)Barrer 선택도Selectivity N2 N 2 O2 O 2 CO2 CO 2 O2/N2 O 2 / N 2 CO2/N2 CO 2 / N 2 비교예1Comparative Example 1 1400014000 1530015300 1700017000 1.11.1 1.21.2 비교예2Comparative Example 2 5454 115115 890890 2.12.1 16.416.4 비교예3Comparative Example 3 113113 143143 803803 1.31.3 7.17.1 비교예4Comparative Example 4 53105310 47104710 56005600 0.90.9 1.11.1 비교예5Comparative Example 5 7200072000 8100081000 8700087000 1.11.1 1.21.2

*Barrer(Gas Permeability Unit, 10-10 × ㎤(STP)·㎝/㎠·sec·㎝Hg)* Barrer (Gas Permeability Unit, 10-10 cm3 (STP) · cm / cm2 · sec · cmHg)

도 4 및 도 5에 나타난 바와 같이, 비교예 1 내지 5로부터 제조된 코팅필름은 투과도는 현저히 높지만 선택도가 10 이하로 현저히 낮음을 알 수 있다.As shown in FIG. 4 and FIG. 5, it can be seen that the coating films prepared in Comparative Examples 1 to 5 have remarkably high transmittance but remarkably low selectivity of 10 or less.

다만 비교예 2의 코팅필름의 경우, 이산화탄소/질소에 대한 선택도(CO2/N2 selectivity)가 16.4로 10 이상의 선택도를 가지고 있었다.
However, in the case of the coating film of Comparative Example 2, the selectivity to carbon dioxide / nitrogen (CO 2 / N 2 selectivity) was 16.4 and had a selectivity of 10 or more.

표 5는 본 발명에 따른 코팅제로 코팅필름을 제조할 경우, 상기 코팅제의 성분들이 과량으로 혼합될 경우, 선택도를 비교하고자 비교예 6 내지 9로부터 제조된 코팅필름 각각의 질소, 산소, 이산화탄소에 대한 투과도(permeability(Barrer)) 및 산소/질소, 이산화탄소/질소에 대한 선택도(O2/N2 selectivity)를 나타낸 그래프이다.Table 5 shows that when the coating film is prepared with the coating agent according to the present invention, when the components of the coating agent are excessively mixed, the amount of the coating film prepared in Comparative Examples 6 to 9 (O 2 / N 2 selectivity) for oxygen / nitrogen, carbon dioxide / nitrogen, and the like.

투과도(Barrer)Barrer 선택도Selectivity N2 N 2 O2 O 2 CO2 CO 2 O2/N2 O 2 / N 2 CO2/N2 CO 2 / N 2 비교예 6Comparative Example 6 920000920000 860000860000 630000630000 0.940.94 0.90.9 비교예 7Comparative Example 7 800000800000 790000790000 750000750000 0.990.99 0.90.9 비교예 8Comparative Example 8 146146 130130 415415 0.890.89 2.842.84 비교예 9Comparative Example 9 6262 8383 366366 1.341.34 5.905.90

*Barrer(Gas Permeability Unit, 10-10 × ㎤(STP)·㎝/㎠·sec·㎝Hg)* Barrer (Gas Permeability Unit, 10 -10 × cm 3 (STP) · cm / cm 2 · sec · cm Hg)

표 5에 나타난 바와 같이, IM22이 과량으로 혼합되는 경우와 IM22와 디이소시아네이트 사슬 연장제가 과량으로 혼합된 경우에는 본 발명에 따른 실시예 2 내지 6으로부터 제조된 코팅필름보다 최소 세 배 이상 낮아진 것을 확인할 수 있다.
As shown in Table 5, it was confirmed that when the IM22 was mixed excessively and when the IM22 and the diisocyanate chain extender were mixed in excess, the coating film was at least three times lower than the coating film prepared in Examples 2 to 6 according to the present invention .

도 6은 실시예 1 내지 6으로부터 제조된 코팅필름 각각의 산소와 질소에 대한 투과도(permeability(Barrer)) 및 산소/질소에 대한 선택도(O2/N2 selectivity)를 나타낸 그래프이다.FIG. 6 is a graph showing permeability (Barrer) and oxygen / nitrogen selectivity (O 2 / N 2 selectivity) for oxygen and nitrogen of each of the coating films prepared in Examples 1 to 6.

도 7은 실시예 1 내지 6으로부터 제조된 코팅필름 각각의 이산화탄소와 질소에 대한 투과도(permeability(Barrer)) 및 이산화탄소/질소에 대한 선택도(CO2/N2 selectivity)를 나타낸 그래프이다.FIG. 7 is a graph showing the permeability (Barrer) and selectivity (CO 2 / N 2 selectivity) for carbon dioxide and nitrogen of each of the coating films prepared in Examples 1 to 6.

표 6는 도 6 및 도 7의 결과를 수치화한 것이다.Table 6 shows the results of Figs. 6 and 7 as numerical values.

투과도(Barrer)Barrer 선택도Selectivity N2 N 2 O2 O 2 CO2 CO 2 O2/N2 O 2 / N 2 CO2/N2 CO 2 / N 2 실시예 1Example 1 5151 100100 807807 2.02.0 15.815.8 실시예 2Example 2 3535 6363 940940 1.81.8 26.926.9 실시예 3Example 3 2121 3131 806806 1.51.5 38.838.8 실시예 4Example 4 1717 4343 562562 2.62.6 33.833.8 실시예 5Example 5 1616 4343 485485 2.62.6 30.230.2 실시예 6Example 6 2626 5252 424424 2.02.0 16.316.3

도 6 및 도 7에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 6으로부터 제조된 코팅필름은 15 이상의 이산화탄소/질소 선택도를 가지고 있고, 특히 실시예 3 내지 5로부터 제조된 코팅필름은 30 이상의 이산화탄소/질소 선택도를 가지면서도 400 내지 810 barrer의 이산화탄소 투과도를 나타내고 있다.As shown in FIGS. 6 and 7, the coating films prepared from Examples 1 to 6 have a carbon dioxide / nitrogen selectivity of at least 15, and in particular, the coating films prepared from Examples 3 to 5 have carbon dioxide / And a carbon dioxide permeability of 400 to 810 barrer.

게다가 실시예 3 내지 5로부터 제조된 코팅필름은 산소/질소에 대한 선택도(O2/N2 selectivity)가 1.5-2.6으로 낮고, 산소 투과도 30-43으로 낮아 이산화탄소에 대해서 우수한 분리 특성을 갖고 있다는 것을 확인할 수 있다.
In addition, the coating films prepared from Examples 3 to 5 have a low selectivity to oxygen / nitrogen (O 2 / N 2 selectivity) of 1.5-2.6 and an oxygen permeability of 30-43, indicating excellent separation properties for carbon dioxide .

도 8은 다공성 폴리아크릴로나이트릴 지지체(a;표면,b;단면)와 실시예 7 내지 11로부터 제조된 이산화탄소 분리복합막의 표면과 단면을 SEM으로 촬영한 사진이다.8 is a SEM photograph of the surface and cross section of the porous polyacrylonitrile support (a (surface, b; section) and the carbon dioxide-separated composite membrane prepared in Examples 7 to 11. FIG.

실시예 7 내지 11로부터 제조된 이산화탄소 분리용 복합막의 표면은 순서대로 c, e, g, i, k이고, 단면은 순서대로 d, f, h, j, l에 나타나있다.The surfaces of the composite membranes for separating carbon dioxide prepared in Examples 7 to 11 are in order c, e, g, i, k, and the cross sections are shown in order d, f, h, j,

이에 따르면 제조예 2 내지 6으로부터 제조된 코팅제를 지지층 상에 코팅하여 제조한 것으로, 코팅층은 표면과 내부에 결함이 전혀 없으면서, 균일하고, 표면에 굴곡이 전혀 없는 평평한 구조임을 확인하였다.According to the results, the coatings prepared in Production Examples 2 to 6 were coated on a support layer, and it was confirmed that the coating layer had a uniform structure without any defects on the surface and inside, and had no flat surface at all.

또한, 상기 실시예 7 내지 11로부터 제조된 이산화탄소 분리용 복합막에서 코팅층의 두께는 평균 0.5 내지 2.0 ㎛이고, 구체적으로는 1.4-1.8 ㎛로 일정한 두께로 형성되어 있음을 확인하였다.
In addition, it was confirmed that the thicknesses of the coating layers in the composite membranes for separating carbon dioxide prepared in Examples 7 to 11 were 0.5 to 2.0 μm on average, and 1.4 to 1.8 μm, respectively.

도 9는 실시예 7 내지 11으로부터 제조된 이산화탄소 분리용 복합막 각각의 산소와 질소에 대한 투과도(permeance(GPU)) 및 산소/질소에 대한 선택도(O2/N2 selectivity)를 나타낸 그래프이다.9 is a graph showing permeability (GPU) and oxygen / nitrogen selectivity (O 2 / N 2 selectivity) for oxygen and nitrogen in each of the composite membranes for separating carbon dioxide prepared in Examples 7 to 11 .

도 10은 실시예 7 내지 11으로부터 제조된 이산화탄소 분리용 복합막 각각의 이산화탄소와 질소에 대한 투과도(permeance(GPU)) 및 이산화탄소/질소에 대한 선택도(CO2/N2 selectivity)를 나타낸 그래프이다.10 is a graph showing the permeability (GPU) and selectivity (CO 2 / N 2 selectivity) for carbon dioxide and nitrogen of each of the composite membranes for separating carbon dioxide prepared in Examples 7 to 11 .

표 7은 도 9 및 도 10의 결과를 수치화한 것이다.      Table 7 shows the results of Figs. 9 and 10 as numerical values.

투과도(GPU)Transmission (GPU) 선택도Selectivity N2 N 2 O2 O 2 CO2 CO 2 O2/N2 O 2 / N 2 CO2/N2 CO 2 / N 2 실시예 7Example 7 5151 125125 940940 2.52.5 18.418.4 실시예 8Example 8 3939 161161 990990 4.14.1 25.425.4 실시예 9Example 9 2626 8686 760760 3.43.4 29.529.5 실시예 10Example 10 2727 9999 810810 3.63.6 29.529.5 실시예 11Example 11 3131 9292 710710 3.03.0 23.123.1

도 9 및 도 10에 나타낸 바와 같이, 상기 실시예 7 내지 11로부터 제조된 이산화탄소 분리용 복합막은 15 이상의 이산화탄소/질소 선택도를 나타내고 있으며, 특히 실시예 9와 10의 경우 지지층 상에 얇은 층으로 코팅되었음에도 불구하고, 30에 근접한 우수한 이산화탄소/질소 선택도를 나타내고 있다.As shown in FIGS. 9 and 10, the composite membranes for separating carbon dioxide prepared in Examples 7 to 11 exhibited a carbon dioxide / nitrogen selectivity of 15 or more, particularly in Examples 9 and 10, they were coated with a thin layer , It shows an excellent carbon dioxide / nitrogen selectivity close to 30.

즉, 실시예 9 내지 10를 참고하면 상기 <화학식 1>로 표시되는 폴리에틸렌글리콜-폴리디메틸실록산 공중합체, 상기 <화학식 2>로 표시되는 톨릴렌-2,4-디이소시아네이트 말단 폴리에틸렌글리콜 또는 폴리프로필렌글리콜 및 상기 디이소시아네이트계 사슬 연장제의 몰비는 가장 바람직하게 1 : 0.39-0.47 : 3.5-4.5인 것이 가장 우수한 30에 근접한 25 내지 35 범위의 이산화탄소/질소 선택도를 가짐과 동시에 700 내지 800의 이산화탄소 투과도를 갖고 있다는 것을 확인할 수 있다.That is, referring to Examples 9 to 10, the polyethylene glycol-polydimethylsiloxane copolymer represented by the formula (1), the tolylene-2,4-diisocyanate-terminated polyethylene glycol represented by the formula (2) The molar ratio of glycol and said diisocyanate chain extender is most preferably from 1: 0.39 to 0.47: 3.5 to 4.5, most preferably having a carbon dioxide / nitrogen selectivity in the range of from 25 to 35 close to 30, It can be confirmed that it has transparency.

도 9 및 10에 나타난 바와 같이, 실시예 7 내지 11의 이산화탄소 분리용 복합막을 제조할 때, 사용한 코팅용액은 코팅제의 농도가 8.5 중량% 및 희석제의 농도가 91.5 중량% 함유되도록 희석한 것으로, 이를 통해 본 발명의 코팅용액은 상기 코팅제의 농도가 0.5 내지 20 중량% 및 상기 희석제의 농도가 80 내지 99.5 중량% 함유하도록 희석한 경우 모두 우수한 선택도를 갖고 있다는 것을 확인하였다.As shown in Figs. 9 and 10, when the composite membranes for separating carbon dioxide of Examples 7 to 11 were produced, the coating solution used was The coating solution of the present invention is such that the concentration of the coating agent is 0.5 to 20% by weight and the concentration of the diluent is 80 to 99.5% by weight so that the concentration of the coating agent is 8.5% by weight and the concentration of the diluent is 91.5% It was confirmed that all of the diluted solutions had excellent selectivity.

다만 질소에 대한 이산화탄소의 선택도와 이산화탄소 투과도면을 동시에 고려해보았을 때, 가장 바람직한 구간은 상기 코팅용액은 상기 코팅제의 농도가 0.5 내지 10 중량% 및 상기 희석제의 농도가 90 내지 99.5 중량% 함유한 것이다. However, considering both the selectivity of carbon dioxide to nitrogen and the permeation of carbon dioxide, it is most preferable that the coating solution contains 0.5 to 10% by weight of the coating agent and 90 to 99.5% by weight of the diluent.

Claims (10)

a) 하기 <화학식 1>로 표시되는 폴리에틸렌글리콜-폴리디메틸실록산 공중합체;
<화학식 1>
Figure 112017103570503-pat00008

b) 하기 <화학식 2>로 표시되는 톨릴렌-2,4-디이소시아네이트 말단 폴리에틸렌글리콜 또는 폴리프로필렌글리콜;
<화학식 2>
Figure 112017103570503-pat00009

c) 디이소시아네이트계 사슬 연장제; 및
d) 우레탄 반응 촉매;를 포함하는 이산화탄소 분리막용 코팅제
(상기 화학식에서, n1 및 n2는 5 내지 20의 정수이고, R1은 -CH2CH2O- 또는 -CH2CHCH3O-이며, m은 1 내지 20의 정수이다).
a) a polyethylene glycol-polydimethylsiloxane copolymer represented by the following formula (1);
&Lt; Formula 1 >
Figure 112017103570503-pat00008

b) tolylene-2,4-diisocyanate-terminated polyethylene glycols or polypropylene glycols represented by the following formula (2);
(2)
Figure 112017103570503-pat00009

c) a diisocyanate chain extender; And
d) a coating agent for a carbon dioxide separation membrane containing a urethane reaction catalyst
(Wherein n 1 and n 2 are an integer of 5 to 20, R 1 is -CH 2 CH 2 O- or -CH 2 CHCH 3 O-, and m is an integer of 1 to 20).
제1항에 있어서,
상기 디이소시아네이트계 사슬 연장제는 톨릴렌 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 메틸렌 디이소시아네이트, 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 크실렌 디이소시아네이트 및 톨리딘 디이소시아네이트로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리막용 코팅제.
The method according to claim 1,
The diisocyanate chain extender may be any one selected from the group consisting of tolylene diisocyanate, isophorone diisocyanate, methylene diisocyanate, methylene diphenyl diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, xylene diisocyanate and tolylidine diisocyanate Coating agent for a carbon dioxide separation membrane.
제1항에 있어서,
상기 우레탄 반응 촉매는 주석(II) 아세테이트, 주석(II) 옥토에이트, 주석(II) 에틸헥소에이트, 주석(II) 라우레이트, 디부틸주석 디아세테이트, 디부틸주석 디라우레이트, 디부틸주석 말레에이트, 디옥틸주석 디아세테이트, 트리스-(N,N-디메틸아미노프로필)-s-헥사히드로트리아진, 테트라메틸암모늄 히드록시드, 소듐 히드록시드, 소듐 N-[(2-히드록시-5-노닐페닐)메틸]-N-메틸아미노아세테이트, 소듐 아세테이트, 소듐 옥토에이트, 포타슘 아세테이트, 포타슘 옥토에이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리막용 코팅제.
The method according to claim 1,
The urethane reaction catalyst is selected from the group consisting of tin (II) acetate, tin (II) octoate, tin (II) ethylhexoate, tin (II) laurate, dibutyltin diacetate, dibutyltin dilaurate, (N, N-dimethylaminopropyl) -s-hexahydrotriazine, tetramethylammonium hydroxide, sodium hydroxide, sodium N - [(2-hydroxy- -Nonylphenyl) methyl] -N-methylaminoacetate, sodium acetate, sodium octoate, potassium acetate, potassium octoate, and mixtures thereof.
제1항에 있어서,
상기 <화학식 1>로 표시되는 폴리에틸렌글리콜-폴리디메틸실록산 공중합체, 상기 <화학식 2>로 표시되는 톨릴렌-2,4-디이소시아네이트 말단 폴리에틸렌글리콜 또는 폴리프로필렌글리콜 및 상기 디이소시아네이트계 사슬 연장제의 몰비는 1 : 0.2-0.6 : 3.3-8.0인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리막용 코팅제.
The method according to claim 1,
A polyethylene glycol-polydimethylsiloxane copolymer represented by the formula (1), a tolylene-2,4-diisocyanate-terminated polyethylene glycol or polypropylene glycol represented by the formula 2, and a diisocyanate chain- Wherein the molar ratio is 1: 0.2-0.6: 3.3-8.0.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 코팅제를 도포 및 열처리하여 제조한 이산화탄소 분리막용 코팅필름.A coating film for a carbon dioxide separation membrane produced by applying and heat-treating a coating material according to any one of claims 1 to 4. 제5항에 있어서,
상기 코팅필름은 공기 중 질소에 대한 이산화탄소의 선택도(CO2/N2 selectivity)가 10 내지 40이고, 이산화탄소 투과도는 400 내지 1000 Barrer인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리막용 코팅필름.
6. The method of claim 5,
Wherein the coating film has a selectivity (CO 2 / N 2 selectivity) of carbon dioxide to nitrogen in air of 10 to 40 and a carbon dioxide permeability of 400 to 1000 Barrer.
다공성 고분자 지지체; 및
상기 다공성 고분자 지지체 위에 제1항에 따른 코팅제로 형성된 코팅을 포함하는 이산화탄소 분리용 복합막.
A porous polymeric support; And
A composite membrane for separating carbon dioxide, comprising a coating formed from the coating according to claim 1 on said porous polymeric support.
제7항에 있어서,
상기 복합막은 공기 중 질소에 대한 이산화탄소의 선택도(CO2/N2 selectivity)가 10 내지 40이고, 이산화탄소의 투과도는 400 내지 1000 GPU인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리용 복합막.
8. The method of claim 7,
Wherein the composite membrane has a selectivity (CO 2 / N 2 selectivity) of carbon dioxide to nitrogen in air of 10 to 40 and a permeability of carbon dioxide of 400 to 1000 GPU.
I) 다공성 고분자 지지체를 준비하는 단계;
II) 상기 다공성 고분자 지지체 위에 제1항에 따른 코팅제를 희석제로 희석한 코팅용액으로부터 코팅층을 형성하는 단계; 및
III) 상기 코팅층을 70 내지 150 ℃에서 열처리 하는 단계;를 포함하는 이산화탄소 분리용 복합막의 제조방법.
I) preparing a porous polymer scaffold;
II) forming a coating layer on the porous polymer scaffold from a coating solution prepared by diluting the coating composition according to claim 1 with a diluent; And
III) heat treating the coating layer at 70 to 150 ° C.
제9항에 있어서,
상기 Ⅲ) 단계는 평균 상대습도 1 ~ 5 %인 조건에서 수행되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리용 복합막의 제조방법.
10. The method of claim 9,
And the step (III) is carried out under conditions of an average relative humidity of 1 to 5%.
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