KR102096023B1 - Coating method for membrane contactor surface modification - Google Patents

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Abstract

본 발명은 막접촉기 표면 개질을 위한 코팅방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 막접촉기 표면에 초발수성 구현을 통한 CO2 흡수 용액의 젖음현상 및 평윤현상을 감소시킬 수 있는 코팅방법에 관한 것이다. 고밀도 피막을 형성시키고, 막접촉기의 표면을 코팅하여 초발수성 및 방오 효과, 내구성 효과가 뛰어난 피막을 형성할 수 있는 막접촉기 표면 개질 코팅방법을 제공한다. The present invention relates to a coating method for surface modification of a membrane contactor, and more particularly, to a coating method capable of reducing the wetting and flatness of the CO 2 absorbing solution through the implementation of superhydrophobicity on the surface of the membrane contactor. Provided is a method for coating a surface of a membrane contactor capable of forming a high-density film and coating a surface of the film contactor to form a film having excellent water-repellent, anti-fouling, and durable effects.

Description

막접촉기 표면 개질을 위한 코팅방법{Coating method for membrane contactor surface modification}Coating method for membrane contactor surface modification

본 발명은 막접촉기 표면 개질을 위한 코팅방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 막접촉기 표면에 초발수성 구현을 통한 CO2 흡수 용액의 젖음현상 및 평윤현상을 감소시킬 수 있는 코팅방법에 관한 것이다.The present invention relates to a coating method for surface modification of a membrane contactor, and more particularly, to a coating method capable of reducing the wetting and flatness of the CO 2 absorbing solution through the implementation of superhydrophobicity on the surface of the membrane contactor.

액체-기체 접촉기는 한 상에서 다른 상으로 하나 이상의 수용성 물질을 이송하는데 사용된다. 종래 접촉기로는, 충전탑, 단탑 및 습벽탑 등이 있으며, 이들 시스템에서, 기체 흐름으로부터 하나 이상의 성분의 기체 흡수는 액체 흐름에 역류 중에 충전탑과 단탑에서 기체를 분산하는 것에 의해 이루어진다. 흡수 효율은 기체 흐름 기포의 효율적인 표면적과 흐름의 상대 비율에 의한 용해도에 의해서 제어된다. 습벽탑 접촉기에서, 기체 흐름은 수직관의 내부 벽을 따라서 흐르는 액체의 표면과 접촉하면서 흐른다. Liquid-gas contactors are used to transport one or more water-soluble materials from one phase to another. Conventional contactors include packed towers, single towers, wet wall towers, and the like, and in these systems, gas absorption of one or more components from the gas stream is achieved by dispersing the gas in the packed column and the single column during countercurrent to the liquid stream. The absorption efficiency is controlled by the effective surface area of the gas flow bubbles and the solubility by the relative proportions of the flow. In wetwall contactors, the gas stream flows in contact with the surface of the liquid flowing along the inner wall of the vertical tube.

종래 접촉기는 여러 가지 결함을 가지고 있으며, 이들 중 주요한 것으로는 개별 기체와 액체 흐름이 넓은 범위에서 독립적으로 다양해질 수 없다는 사실이다. 단탑은 낮은 기체 흐름에서는 위핑이 발생하고, 높은 액체 흐름에서는 범람 등의 문제가 있다. 충전탑은 높은 유속에서 범람할 수 있고, 낮은 액체 유속의 사용은 채널링과 감소된 유효 표면적을 가질 뿐만 아니라, 과도한 기포 또는 포말 형성은 비효율적 과정을 유도한다. 습벽 접촉기 역시 높은 기체 유속에서 범람할 수 있다. 이러한 결함을 극복하기 위하여. 막접촉기의 개발이 활발히 진행되어 왔다.Conventional contactors have several deficiencies, the main of which is the fact that individual gas and liquid flows cannot be varied independently over a wide range. The tower has problems such as whipping at low gas flow and overflow at high liquid flow. Filling towers can overflow at high flow rates, and the use of low liquid flow rates not only has channeling and reduced effective surface area, but excessive bubble or foam formation leads to inefficient processes. Wet wall contactors can also overflow at high gas flow rates. To overcome these deficiencies. Membrane contactors have been actively developed.

막접촉기는 이송되는 기체에 대하여 침투성을 갖는 막에 의해 분리되는 장치로서, 미세다공성막이 사용되면, 막 재료의 비습식 특성과 액체가 공극으로의 관입과 충전되는 것을 막기 위한 공극 크기에 의존하여 이송되는 기체 중의 특정성분이 분리된다. 한편, 비다공성막이 사용되면, 기체의 이동은 막의 비다공성층에서 확산 속도에 의해 제어된다. The membrane contactor is a device that is separated by a membrane having permeability to the gas being transported. When a microporous membrane is used, it is transported depending on the non-wetting properties of the membrane material and the pore size to prevent liquid from entering and filling the pores. The specific components in the gas to be separated are separated. On the other hand, if a non-porous membrane is used, the movement of the gas is controlled by the diffusion rate in the non-porous layer of the membrane.

다공성막은 평판형, 나권형(Spiral-wound module), 관상형(Tubular Type module), 중공사형(HollowFiber module) 등의 다양한 형태로 사용될 수 있다. 이들 중에서, 중공사 다공성막은 외부 직경, 내부 직경, 그들 사이의 다공성 벽 두께를 포함하는 관형 필라멘트이며, 내부 직경은 섬유의 중공 부분을 한정한다.The porous membrane can be used in various forms, such as a flat plate, spiral-wound module, tubular type module, hollow fiber module, and the like. Among them, the hollow fiber porous membrane is a tubular filament including an outer diameter, an inner diameter, and a porous wall thickness between them, and the inner diameter defines a hollow portion of the fiber.

한정된 관면 접촉에 대해, 상기 액체상은 상기 중공 부분을 통하여 흐르고, 흔히 루멘으로 불리고, 섬유를 둘러싸는 기체상으로부터 독립적으로 유지된다. 셀 면 접촉에서, 상기 액체상은 상기 섬유의 외부 직경과 표면을 둘러싸고, 상기 기체상이 상기 루멘을 통하여 흐른다.For limited tube contact, the liquid phase flows through the hollow portion, often referred to as the lumen, and remains independent from the gas phase surrounding the fiber. In cell face contact, the liquid phase surrounds the outer diameter and surface of the fiber, and the gas phase flows through the lumen.

막접촉기에 사용되는 분리막은 장시간 운전 시에 화학적, 열적 충격이 분리막에 가해지게 되고 이로 인하여, 흡수액이 분리막으로 침투된다. 분리막이 흡수제와 지속적으로 접촉을 하게 되면, 화학적 작용에 의해서 분리막의 기공도, 기공의 형상, 표면의 구조 및 특성을 변화시킨다. 또한, 주로 발열 반응이 일어나는 흡수공정에 의해서 분리막이 가열되어 유리전이 온도 혹은 용융온도 부근에서 조업이 이루어지면, 분리막의 소재인 고분자의 분해가 야기되어 분리막의 성능이 급격히 떨어지게 된다. 따라서, 막접촉기의 분리막이 장기간 동안 성능을 안정적으로 유지되기 위해서는, 분리막은 화학적, 열적 안정성을 갖는 것이 요구되어 진다.The separation membrane used in the membrane contactor is subjected to chemical and thermal shock to the separation membrane during a long period of operation, whereby the absorbent liquid penetrates the separation membrane. When the separator is in continuous contact with the absorbent, the porosity of the separator, the shape of the pores, and the structure and properties of the surface are changed by chemical action. In addition, when the separation membrane is heated by an absorption process in which an exothermic reaction occurs, and operation is performed near the glass transition temperature or melting temperature, decomposition of the polymer, which is the material of the separation membrane, is caused, and the performance of the separation membrane is rapidly reduced. Therefore, in order for the separator of the membrane contactor to stably maintain its performance for a long period of time, it is required that the separator has chemical and thermal stability.

또한, 막접촉기 공정 중에 분리막의 기공이 흡수액에 의해서 젖음(wetting)상태가 되는 경우, 물질전달 저항이 크게 증가하게 되어, 막접촉기의 성능이 급격히 저하되므로, 성능을 장시간 동안 유지시키기 위하여, 분리막의 기공을 운전기간 동안 비젖음(non-wetting) 상태를 유지할 수 있도록 하는 것이 중요하다.In addition, during the membrane contactor process, when the pores of the separation membrane are wetted by the absorbent liquid, the mass transfer resistance is greatly increased, and the performance of the membrane contactor decreases rapidly. It is important to allow the pores to remain non-wetting during operation.

분리막 기공의 젖음 특성은 분리막 및 흡수제의 특성에 의해서 결정되며, 표면 장력이 낮으면 흡수제가 분리막의 기공을 비교적 용이하게 적신다. 따라서, 분리막의 기공이 비젖음 상태로 유지할 수 있도록, 분리막의 표면에 대한 흡수제의 표면장력을 높이면, 즉, 분리막 표면의 발수성을 높이면, 막접촉기의 장기 성능 안정성을 증가시킬 수 있다.The wetting properties of the separator pores are determined by the properties of the separator and absorbent. If the surface tension is low, the absorbent wets the pores of the separator relatively easily. Therefore, in order to maintain the pores of the separator in a non-wet state, increasing the surface tension of the absorbent to the surface of the separator, that is, increasing the water repellency of the separator, can increase the long-term performance stability of the membrane contactor.

종래의 선행기술 WO 9853894호는 중합체, 바람직하게는 소수성 및 소유성인 퍼플루오로-2,2-디메틸-1,3-디옥솔의 무정형 공중합체의 희석 코팅 용액으로 미세다공성 기재의 한 면을 접촉하여 여과지 표면 위의 다공성 기체 침투성 중합체의 연속 초박층에 의해 소형, 높은 유동, 오염 저항 기체 여과기를 형성하는 공정을 개시한다. Conventional prior art WO 9853894 discloses contacting one side of a microporous substrate with a dilute coating solution of an amorphous copolymer of a polymer, preferably hydrophobic and oleophobic perfluoro-2,2-dimethyl-1,3-dioxole. The process of forming a compact, high flow, fouling resistant gas filter by a continuous ultrathin layer of porous gas permeable polymer on the surface of the filter paper is disclosed.

종래의 선행기술로, 한국등록특허 제10-1122569호(2012.03.16.)는 기체 분리막 및 기체분리막의 분리능 증대를 위한 코팅처리방법에 관한 것으로, 막 표면에 코팅층을 갖는 기체 분리막에 있어서, 막 표면에 2액형 실리콘 엘라스토머와 상온경화용 일액형 실리콘이 1:1의 무게비 또는 부피비로 혼합된 코팅액으로 형성시킨 코팅층을 포함하여 이루어지는 기체분리막을 특징으로 한다.As a conventional prior art, Korean Patent Registration No. 10-1122569 (2012.03.16.) Relates to a gas separation membrane and a coating treatment method for increasing the separation ability of the gas separation membrane, in a gas separation membrane having a coating layer on the membrane surface, the membrane Characterized by a gas separation membrane comprising a coating layer formed on a surface of a two-liquid silicone elastomer and a one-liquid silicone for room temperature curing mixed with a 1: 1 weight ratio or volume ratio.

상기 종래 기술들은 분리막 표면을 코팅하는 공정을 포함하여 표면을 개질하고 있으나, 표면개질에 의해서 기체의 분리성능을 개선하고 있으나, 분리막 표면에 대한 발수성 특성을 개질하고 있지 않으므로 여전히 막접촉기에서 장시간 성능 안정성을 보여줄 수 없는 문제점이 존재하고 있다.Although the prior arts have modified the surface including the process of coating the surface of the separator, the separation performance of the gas is improved by the surface modification, but since the water-repellent property of the membrane surface is not modified, the performance is still stable for a long time in the membrane contactor. There is a problem that cannot be shown.

WO 98/53894호(1998.05.12.)WO 98/53894 (1998.05.12.) 한국등록특허 제10-1123271호(2012.03.20.)Korean Registered Patent No. 10-1123271 (2012.03.20.)

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고밀도 피막을 형성시키고, 막접촉기의 표면을 코팅하여 초발수성 및 방오 효과, 내구성 효과가 뛰어난 피막을 형성할 수 있는 막접촉기 표면 개질 코팅방법을 제공하는 것이다. The present invention is to solve the above problems, to form a high-density film, and by coating the surface of the film contactor to provide a method for coating the surface of the film contactor to form a film having excellent water-repellent, anti-fouling, and durable effects will be.

본 발명은 막접촉기 멤브레인의 표면을 코팅하는 방법으로, 용매 100 중량부에 알킬실란 실리콘 폴리머 20 ~ 80 중량부가 포함된 알킬실란 실리콘 폴리머 코팅용액을 멤브레인의 표면에 1차 코팅하는 단계; 용매 100 중량부에 알킬실란으로 표면이 개질된 실리카 나노입자 0.5 ~ 10 중량부가 포함된 실리카 나노입자 코팅용액을 1차 코팅된 멤브레인의 표면에 2차 코팅하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 막접촉기 멤브레인의 표면개질 코팅방법을 제공한다. The present invention is a method of coating the surface of the membrane contactor membrane, the first step of coating an alkylsilane silicone polymer coating solution containing 20 to 80 parts by weight of an alkylsilane silicone polymer on 100 parts by weight of a solvent; Membrane characterized in that it comprises a; second coating the surface of the first nano-coated membrane with a silica nanoparticle coating solution containing 0.5 to 10 parts by weight of silica nanoparticles whose surface is modified with alkylsilane in 100 parts by weight of solvent; Provided is a method of coating a surface modification of a contactor membrane.

본 발명에 있어서, 상기 1차 코팅하는 단계 및 2차 코팅하는 단계에서, 상기 용매는 아세톤, 부타논, 메틸이소부타논, 시클로헥사논, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 부틸 아세테이트, 디에틸 에테르, 테트라클로로메탄, 석유 에테르, 테트라히드로푸란, 디이소프로필아민, 트리에틸아민, 펜탄, 클로로폼, 에테르, 헥세인, 헵탄, 디메톡시에탄, 부틸알콜, 프로필알콜로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 것인 특징으로 하는 막접촉기 멤브레인의 표면개질 코팅방법을 제공한다. In the present invention, in the first coating step and the second coating step, the solvent is acetone, butanone, methyl isobutanone, cyclohexanone, benzene, toluene, xylene, methyl acetate, ethyl acetate, butyl Acetyl, diethyl ether, tetrachloromethane, petroleum ether, tetrahydrofuran, diisopropylamine, triethylamine, pentane, chloroform, ether, hexane, heptane, dimethoxyethane, butyl alcohol, propyl alcohol It provides a method for coating a surface modification of a membrane contactor membrane, characterized in that at least one selected from.

본 발명에 있어서, 상기 알킬실란 실리콘 폴리머가 포함된 용액의 알킬실란은 1개의 알킬 그룹과 3개의 알콕시 그룹, 또는 2개의 알킬그룹과 2개의 알콕시 그룹으로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 막접촉기 멤브레인의 표면개질 코팅방법을 제공한다. In the present invention, the alkylsilane of the solution containing the alkylsilane silicone polymer is characterized in that at least one is selected from the group consisting of one alkyl group and three alkoxy groups, or two alkyl groups and two alkoxy groups. Provides a method for coating a surface modification of a membrane contactor membrane.

본 발명에 있어서, 상기 알킬실란으로 표면이 개질된 실리카 나노입자의 알킬실란은 1개의 알킬 그룹과 3개의 알콕시 그룹, 또는 2개의 알킬그룹과 2개의 알콕시 그룹으로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 막접촉기 멤브레인의 표면개질 코팅방법을 제공한다. In the present invention, the alkylsilane of the silica nanoparticles whose surface is modified with the alkylsilane is selected from one or more groups of one alkyl group and three alkoxy groups, or two alkyl groups and two alkoxy groups. It provides a method of coating the surface modification of the membrane contactor membrane characterized in.

본 발명의 표면이 개질된 막접촉기 멤브레인에 있어서, 용매 100 중량부에 알킬실란 실리콘 폴리머 20 ~ 80 중량부가 포함된 알킬실란 실리콘 폴리머 코팅용액이 멤브레인의 표면에 코팅된 1차 코팅막; 용매 100 중량부에 알킬실란으로 표면이 개질된 실리카 나노입자 0.5 ~ 10 중량부가 포함된 실리카 나노입자 코팅용액이 1차 코팅막 상부에 코팅된 2차 코팅막을 포함하는 표면이 개질된 막접촉기 멤브레인을 제공한다. In the membrane contactor membrane having a surface-modified surface of the present invention, an alkylsilane silicone polymer coating solution containing 20 to 80 parts by weight of an alkylsilane silicone polymer in 100 parts by weight of a solvent is coated on the surface of the membrane; Provides a membrane-contacted membrane contactor membrane comprising a secondary coating film coated on top of the primary coating film with a silica nanoparticle coating solution containing 0.5 to 10 parts by weight of silica nanoparticles whose surface is modified with alkylsilane in 100 parts by weight of solvent do.

본 발명에 따른 막접촉기 멤브레인의 표면개질 코팅방법은 보다 쉽게 막접촉기 멤브레인을 코팅할 수 있으며, 고밀도의 코팅층을 형성함에 따라 내산화성 및 초발수성을 구현할 수 있는 효과가 있다. The surface modification coating method of the membrane contactor membrane according to the present invention can more easily coat the membrane contactor membrane, and has an effect of realizing oxidation resistance and super water repellency by forming a high-density coating layer.

또한, 본 발명에 따른 막접촉기 표면 개질 코팅 조성물은 소수성이 오래 지속됨에 따라 막접촉기의 멤브레인의 교체 주기를 증가시켜 경제적인 효과가 있다. In addition, the membrane contactor surface modification coating composition according to the present invention has an economical effect by increasing the replacement cycle of the membrane of the membrane contactor as the hydrophobicity lasts longer.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명에 따른 막접촉기 멤브레인의 표면개질 코팅방법에 대하여 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the method for coating the surface modification of the membrane contactor membrane according to the present invention so that those skilled in the art to easily carry out the present invention.

본 발명의 바람직한 실시예에 대한 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.In the detailed description of the principles of the preferred embodiment of the present invention, when it is determined that detailed descriptions of related known functions or configurations may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, detailed descriptions thereof will be omitted.

또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.In addition, the configurations shown in the embodiments and drawings described in this specification are only the most preferred embodiments of the present invention, and do not represent all of the technical spirit of the present invention. It should be understood that there may be equivalents and variations.

본 발명은 막접촉기 멤브레인의 표면을 코팅하는 방법으로, 용매 100 중량부에 알킬실란 실리콘 폴리머 20 ~ 80 중량부가 포함된 알킬실란 실리콘 폴리머 코팅용액을 멤브레인의 표면에 1차 코팅하는 단계; 용매 100 중량부에 알킬실란으로 표면이 개질된 실리카 나노입자 0.5 ~ 10 중량부가 포함된 실리카 나노입자 코팅용액을 1차 코팅된 멤브레인의 표면에 2차 코팅하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 막접촉기 멤브레인의 표면개질 코팅방법에 관한 것이다.The present invention is a method of coating the surface of the membrane contactor membrane, the first step of coating an alkylsilane silicone polymer coating solution containing 20 to 80 parts by weight of an alkylsilane silicone polymer on 100 parts by weight of a solvent; Coating the silica nanoparticle coating solution containing 0.5 to 10 parts by weight of the silica nanoparticles whose surface is modified with alkylsilane by 100 parts by weight of the solvent on the surface of the first coated membrane; It relates to a method for coating a surface modification of a membrane contactor membrane, characterized in that it comprises a.

본 발명은 알킬실란 실리콘 폴리머 코팅용액을 1차 코팅하는 단계, 알킬실란으로 표면 개질된 실리카 나노입자 코팅용액을 2차 코팅하는 단계를 포함한다. 또한, 본 발명은 코팅된 멤브레인을 경화하는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다. The present invention comprises the steps of first coating the alkylsilane silicone polymer coating solution, and secondly coating the surface-modified silica nanoparticle coating solution with an alkylsilane. In addition, the present invention may further include curing the coated membrane.

먼저, 알킬실란 실리콘 폴리머 코팅용액을 사용하여 막접촉기 멤브레인의 표면을 코팅한다. 알킬실란 실리콘 폴리머 코팅용액은 용매 100 중량부에 알킬실란 실리콘 폴리머 20 ~ 80 중량부를 혼합하여 알킬실란 실리콘 폴리머 코팅용액을 제조한다.First, the surface of the membrane contactor membrane is coated with an alkylsilane silicone polymer coating solution. The alkylsilane silicone polymer coating solution is prepared by mixing 20 to 80 parts by weight of an alkylsilane silicone polymer with 100 parts by weight of a solvent to prepare an alkylsilane silicone polymer coating solution.

상기 알킬실란 실리콘 폴리머는 알킬실란을 활용하여 알킬실란 실리콘 폴리머를 합성하여 제조한다. 상기 알킬실란은 1개의 alkyl group과 3개의 알콕시 그룹, 또는 2개의 알킬그룹과 2개의 알콕시 그룹으로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되어 질 수 있으며, 예를 들면 메틸트리메톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 프로필트리메톡시실란 및 디메틸디에톡시실란이 이에 속한다.The alkylsilane silicone polymer is prepared by synthesizing an alkylsilane silicone polymer by utilizing an alkylsilane. The alkylsilane may be selected from one or more of the group consisting of one alkyl group and three alkoxy groups, or two alkyl groups and two alkoxy groups, for example, methyl trimethoxysilane and ethyl trimethoxy. These include silane, propyltrimethoxysilane and dimethyldiethoxysilane.

상기 알킬실란 실리콘 폴리머 코팅용액의 용매는 아세톤, 부타논, 메틸이소부타논, 시클로헥사논, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 부틸 아세테이트, 디에틸 에테르, 테트라클로로메탄, 석유 에테르, 테트라히드로푸란, 디이소프로필아민, 트리에틸아민, 펜탄, 클로로폼, 에테르, 헥세인, 헵탄, 디메톡시에탄, 부틸알콜, 프로필알콜로 이루어진 군에서 하나 이상 선택될 수 있으며, 톨루엔, 헥세인 및 자일렌을 사용하는 것이 보다 바람직하다.The solvent of the alkylsilane silicone polymer coating solution is acetone, butanone, methyl isobutanone, cyclohexanone, benzene, toluene, xylene, methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, diethyl ether, tetrachloromethane, petroleum ether , Tetrahydrofuran, diisopropylamine, triethylamine, pentane, chloroform, ether, hexane, heptane, dimethoxyethane, butyl alcohol, propyl alcohol, one or more selected from the group consisting of, toluene, hexane And it is more preferable to use xylene.

상기 알킬실란 실리콘 폴리머 코팅용액은 용매 100 중량부에 알킬실란 실리콘 폴리머 20 ~ 80 중량부를 포함하여 제조될 수 있으며, 보다 바람직하게는 용매 100 중량부에 알킬실란 실리콘 폴리머는 40 ~ 80 중량부를 포함하는 것이 바람직하다. 알킬실란 실리콘 폴리머의 함량이 20 중량부 미만인 경우에는 전체면적에 대한 균일한 코팅이 어렵고 80 중량부를 초과하는 경우에는 초발수성 구현이 어렵다.The alkylsilane silicone polymer coating solution may be prepared by containing 20 to 80 parts by weight of an alkylsilane silicone polymer in 100 parts by weight of a solvent, and more preferably, an alkylsilane silicone polymer containing 40 to 80 parts by weight in 100 parts by weight of a solvent. It is preferred. When the content of the alkylsilane silicone polymer is less than 20 parts by weight, it is difficult to uniformly coat the entire area, and when it exceeds 80 parts by weight, it is difficult to implement super water repellency.

본 발명에서 알킬실란으로 표면이 개질된 실리카 나노입자 코팅용액은 용매 100 중량부에 알킬실란으로 표면 개질된 실리카 나노입자 0.5 ~ 10 중량부를 포함하여 제조된다. 보다 바람직하게는 용매 100 중량부에 알킬실란으로 표면 개질된 실리카 나노입자 1 ~ 5 중량부를 포함하는 것이 바람직하다. 이는 용매에 알킬실란으로 표면 개질된 실리카 나노입자를 분산시킴에 있어서, 알킬실란으로 표면 개질된 실리카 나노입자의 함량이 0.5 중량부 미만일 경우에는 발수성 구현 효과가 미미하고, 10 중량부를 초과하는 경우에는 알킬실란으로 표면 개질된 실리카 나노입자를 포함한 코팅용액의 점도가 높아지고 일부 뭉침 및 침전 현상이 발생하여 코팅이 용이하지 않은 문제점이 발생하기 때문에 상기의 범위를 사용하는 것이 바람직하다. In the present invention, the coating solution of silica nanoparticles whose surface is modified with alkylsilane is prepared by including 0.5 to 10 parts by weight of silica nanoparticles surface-modified with alkylsilane in 100 parts by weight of the solvent. More preferably, it is preferable to include 1 to 5 parts by weight of silica nanoparticles surface-modified with an alkylsilane in 100 parts by weight of the solvent. This disperses the silica nanoparticles surface-modified with an alkylsilane in a solvent. When the content of the silica nanoparticles surface-modified with an alkylsilane is less than 0.5 part by weight, the effect of water repellency is negligible, and when it exceeds 10 parts by weight It is preferable to use the above range because the viscosity of the coating solution containing silica nanoparticles surface-modified with an alkylsilane increases, and some aggregation and sedimentation occurs, resulting in problems in which coating is not easy.

또한, 알킬실란으로 표면이 개질된 실리카 나노입자의 알킬실란은 1개의 알킬 그룹과 3개의 알콕시 그룹, 또는 2개의 알킬그룹과 2개의 알콕시 그룹으로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되어 질 수 있으며, 예를 들면 메틸트리메톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 프로필트리메톡시실란 및 디메틸디에톡시실란이 이에 속한다.In addition, the alkylsilane of the silica nanoparticles whose surface has been modified with an alkylsilane may be selected from one or more of the group consisting of one alkyl group and three alkoxy groups, or two alkyl groups and two alkoxy groups. Examples include methyltrimethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, propyltrimethoxysilane and dimethyldiethoxysilane.

상기 용매는 아세톤, 부타논, 메틸이소부타논, 시클로헥사논, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 부틸 아세테이트, 디에틸 에테르, 테트라클로로메탄, 석유 에테르, 테트라히드로푸란, 디이소프로필아민, 트리에틸아민, 펜탄, 클로로폼, 에테르, 헥세인, 헵탄, 디메톡시에탄, 부틸알콜, 프로필알콜로 이루어진 군에서 하나 이상 선택될 수 있으며, 톨루엔, 헥세인 및 자일렌을 사용하는 것이 보다 바람직하다.The solvent is acetone, butanone, methyl isobutanone, cyclohexanone, benzene, toluene, xylene, methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, diethyl ether, tetrachloromethane, petroleum ether, tetrahydrofuran, diiso One or more may be selected from the group consisting of propylamine, triethylamine, pentane, chloroform, ether, hexane, heptane, dimethoxyethane, butyl alcohol, and propyl alcohol, and using toluene, hexane and xylene It is more preferable.

상기와 같이 제조된 알킬실란 실리콘 폴리머 코팅용액 및 알킬실란으로 표면이 개질된 실리카 나노입자 코팅용액을 활용하여 막접촉기의 멤브레인의 표면을 코팅한다. The surface of the membrane of the membrane contactor is coated by using the alkylsilane silicone polymer coating solution prepared as described above and the silica nanoparticle coating solution whose surface is modified with alkylsilane.

코팅하는 방법은 1차적으로 알킬실란 실리콘 폴리머 코팅용액에 막접촉기 멤브레인을 담지하여 표면을 코팅한다. 1차적으로 막접촉기 멤브레인의 표면을 코팅한 후 본 발명에서의 알킬실란으로 표면이 개질된 실리카 나노입자 코팅용액에 담지하여 멤브레인 표면 코팅을 완료한다. The coating method is primarily by coating the membrane with a membrane contactor membrane in an alkylsilane silicone polymer coating solution. First, after coating the surface of the membrane contactor membrane, the surface of the membrane is coated with the alkylsilane in the present invention in a silica nanoparticle coating solution whose surface is modified.

1차 코팅을 한 후 막접촉기 멤브레인에 알킬실란으로 표면이 개질된 실리카 나노입자 코팅용액으로 2차적으로 코팅을 함에 따라, 1차 코팅한 알킬실란 실리콘 폴리머와 표면이 개질된 실리카 나노입자와의 상용성을 활용하여 표면의 화학특성 및 표면구조를 형성하여 효과적인 초발수성을 구현할 수 있다.After the primary coating, the membrane contactor membrane is coated with an alkylsilane and the secondary coating is performed with a silica nanoparticle coating solution, so that the primary coated alkylsilane silicone polymer and the surface modified silica nanoparticles are commercially available. It is possible to realize effective super water repellency by forming the chemical properties and surface structure of the surface by utilizing the properties.

상기 1, 2차 코팅을 한 막접촉기 멤브레인은 50 ~ 150℃의 온도 범위에서 열경화 시킬 수 있다. 상기 열경화 시간은 30분 ~ 30 시간 수행할 수 있으며, 이는 막접촉기의 멤브레인의 특성 및 실리콘 폴리머의 종류 및 조성에 따라 열경화 시간을 변경하여 수행될 수 있다. The membrane contactor membrane having the primary and secondary coatings may be thermally cured in a temperature range of 50 to 150 ° C. The heat curing time may be performed for 30 minutes to 30 hours, which may be performed by changing the heat curing time according to the characteristics of the membrane of the membrane contactor and the type and composition of the silicone polymer.

이하, 실시예를 통하여 본 발명 과정의 세부사항을 설명하고자 한다. Hereinafter, details of the process of the present invention will be described through examples.

이는 본 발명에 관련된 대표적 예시로서, 이것만으로 본 발명의 적용 범위를 결코 제한할 수 없음을 밝히는 바이다. This is a representative example related to the present invention, and it is revealed that this alone can never limit the scope of application of the present invention.

<실시예><Example>

알킬실란 실리콘 폴리머 코팅용액 제조Preparation of alkylsilane silicone polymer coating solution

1. Tetrahydrofuran 용매 30ml에 Dimethoxydimethylsilane 0.05 mol, Methyltromethoxy silane 0.05 mol, H2O 10 mol, HCl 0.003 mol 비율로 투입후 60℃의 온도에서 24 시간동안 반응시킨다. 반응후 생성된 실리콘 폴리머를 얻기 위하여 용액내에 포함된 HCl을 제거한 후 25℃의 온도에서 12 시간동안 건조하여 알킬실란 실리콘 폴리머를 얻는다. 1. After adding Dimethoxydimethylsilane 0.05 mol, Methyltromethoxy silane 0.05 mol, H 2 O 10 mol, HCl 0.003 mol to 30 ml of Tetrahydrofuran solvent, react for 24 hours at a temperature of 60 ℃. After the reaction, HCl contained in the solution is removed to obtain the resulting silicone polymer, and then dried at a temperature of 25 ° C. for 12 hours to obtain an alkylsilane silicone polymer.

2. 합성된 알킬실란 실리콘 폴리머를 헥세인, 톨루엔, 자일렌 등 용매에 혼합하여 20 ~ 100wt%(2O wt%, 4O wt%, 6O wt%, 8O wt%, 100wt%)의 알킬실란 실리콘 폴리머 코팅용액을 제조한다.2. The synthesized alkylsilane silicone polymer is mixed with a solvent such as hexane, toluene, or xylene, and 20 to 100 wt% (2O wt%, 4O wt%, 6O wt%, 8O wt%, 100 wt%) of alkylsilane silicone polymer Prepare a coating solution.

알킬실란으로 표면이 개질된 실리카 나노입자 코팅용액 제조Preparation of silica nanoparticle coating solution whose surface is modified with alkylsilane

1. Silica particle 에 5wt% Dimethoxydimethylsilane 투입한 후, pH 2 ~ 3에서 24시간 stirring한 후, 원심 분리하여 알킬실란으로 표면이 개질된 실리카 나노입자 제조를 제조한다.1. After adding 5wt% Dimethoxydimethylsilane to Silica particles, stirring for 24 hours at pH 2-3, and centrifuging to prepare silica nanoparticles whose surface is modified with alkylsilane.

2. 용매인 헥세인, 톨루엔, 자일렌 각각 100중량부에 알킬실란으로 표면이 개질된 실리카 나노입자를 5중량부 혼합하여, 알킬실란으로 표면이 개질된 실리카 나노입자 코팅용액을 제조한다.2. Mixing 5 parts by weight of silica nanoparticles whose surface has been modified with alkylsilane by 100 parts by weight of hexane, toluene, and xylene as solvents, thereby preparing a silica nanoparticle coating solution with surface modification with alkylsilane.

막접촉기 멤브레인의 표면개질 코팅방법Membrane contactor coating method for surface modification of membrane

알킬실란 실리콘 폴리머 코팅용액 50ml에 5×2 cm의 막접촉기 멤브레인인 polypropylene(PP)을 담지하여, 당김속도를 0.03 ~ 50 cm/sec 로 하여 1차 코팅을 한다. 1차 코팅된 polypropylene(PP)을 알킬실란으로 표면 개질된 실리카 나노입자 코팅용액에 담지하여 10 ~ 50 cm/sec 속도로 2차 코팅을 한다.Polypropylene (PP), a membrane contactor membrane of 5 x 2 cm, is supported on 50 ml of an alkylsilane silicone polymer coating solution, and the primary coating is performed with a pulling speed of 0.03 to 50 cm / sec. The primary coated polypropylene (PP) is supported on a silica nanoparticle coating solution surface-modified with an alkylsilane to perform a secondary coating at a rate of 10 to 50 cm / sec.

2차 코팅된 polypropylene(PP)을 100℃의 온도에서 1시간 정도 경화하여 표면 개질된 막접촉기 멤브레인을 제조한다. The second coated polypropylene (PP) is cured at a temperature of 100 ° C. for about 1 hour to prepare a surface-modified membrane contactor membrane.

<접촉각 측정방법><How to measure contact angle>

접촉각은 1차 및 2차 코팅된 표면 개질 막접촉기 멤브레인의 표면에 증류수 1.5μL를 떨어뜨린 후, CCD 카메라로 이미지를 얻는다. CCD 카메라를 통해 얻은 이미지 분석을 통해 표면 개질 막접촉기 멤브레인의 표면과 물방울 사이의 접촉각을 측정한다. The contact angle is 1.5 μL of distilled water dropped on the surfaces of the primary and secondary coated surface-modified membrane contactor membranes, and then images are taken with a CCD camera. The contact angle between the surface of the membrane and the water droplet of the membrane is measured through image analysis obtained through a CCD camera.

표 1 내지 표 4는 실시예에 따라 polypropylene(PP)을 표면 개질한 막접촉기 멤브레인의 접촉각 실험결과이다.Table 1 to Table 4 are the contact angle test results of the membrane contactor membrane surface-modified polypropylene (PP) according to the embodiment.

Figure 112017120101085-pat00001
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Figure 112017120101085-pat00003
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Figure 112017120101085-pat00004
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상기 표 1의 1차 코팅 용매를 이용하여 코팅을 한 결과를 살펴보면, 100 이상의 결과값을 갖는 것으로 발수성을 갖는 것으로 확인되었다. 보다 상세히 살펴보면, 대부분의 접촉각은 100° 내지 127°인 것으로, 평균적으로 118°의 접촉각을 갖는 것으로 확인되었다. 상기의 결과는 코팅을 하기 전 일반적인 polypropylene(PP)의 접촉각이 97° 내지 103°인 것에 비하여 다소 증가하여 우수한 발수성을 구현한 것으로 보이나, 이는 초발수성을 구현이기에는 다소 부족하다.Looking at the results of coating using the primary coating solvent of Table 1, it was confirmed to have water repellency as having a result value of 100 or more. Looking in more detail, most of the contact angle is 100 ° to 127 °, it was confirmed to have an average contact angle of 118 °. The above results show that the contact angle of the general polypropylene (PP) before coating is somewhat increased compared to that of 97 ° to 103 ° to realize excellent water repellency, but this is somewhat insufficient to realize super water repellency.

상기 표 2는 1차 코팅 용매는 헥세인이며, 알킬실란으로 표면이 개질된 실리카 나노입자의 용매를 톨루엔, 헥세인 및 자일렌으로 하여 접촉각을 측정한 것이다. In Table 2, the primary coating solvent is hexane, and the contact angle is measured using toluene, hexane and xylene as the solvent of silica nanoparticles whose surface is modified with alkylsilane.

또한, 표 3은 1차 코팅을 위한 용매로 톨루엔을 사용하였으며, 표 4는 1차 코팅을 위한 용매로 자일렌을 사용한 후 알킬실란으로 표면이 개질된 실리카 나노입자의 용매를 톨루엔, 헥세인 및 자일렌으로 하여 접촉각을 측정한 것이다. In addition, Table 3 used toluene as a solvent for the primary coating, and Table 4 used toluene, hexane, and a solvent of silica nanoparticles whose surface was modified with an alkylsilane after using xylene as a solvent for the primary coating. The contact angle was measured using xylene.

상기 표 2 내지 표 4의 결과를 살펴보면, 1차 코팅을 위한 용매로 헥세인을 사용한 경우인 표 2의 결과를 살펴보면, 접촉각은 109° 내지 169°이며, 평균적으로 142.6°인 것으로 확인되었다. Looking at the results of Tables 2 to 4, looking at the results of Table 2 when hexane was used as a solvent for the primary coating, the contact angle was found to be 109 ° to 169 ° and 142.6 ° on average.

1차 코팅에 사용된 용매가 톨루엔인 표 3의 결과를 살펴보면, 접촉각은 112° 내지 170°이며, 평균적으로 158.3°의 접촉각을 갖는 것으로 확인됨에 따라 우수한 초발수성을 구현하는 것으로 확인된다. Looking at the results of Table 3, in which the solvent used for the primary coating was toluene, the contact angle was found to be 112 ° to 170 °, and on average, it was confirmed to have excellent super water repellency as it was confirmed to have a contact angle of 158.3 °.

또한, 1차 코팅의 용매로 자일렌인 표 4의 결과에 따르면, 접촉각은 128° 내지 169°이며, 평균적으로 161.2°의 접촉각을 갖는 것으로 확인됨에 따라 1차 코팅시 용매는 자일렌이 경우에 가장 우수한 초발수성을 구현하는 것을 확인할 수 있다. In addition, according to the results of Table 4, which is xylene as a solvent for the primary coating, the contact angle is 128 ° to 169 °, and as a result, it is confirmed that the average has a contact angle of 161.2 °. It can be seen that the best water repellency is realized.

이상으로 본 발명은 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 수 있다. As described above, the present invention has been described with reference to examples, but this is only exemplary, and those skilled in the art to which the art belongs will understand that various modifications and other equivalent examples are possible therefrom. . Therefore, it can be said that the technical protection scope of the present invention is defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (5)

막접촉기 멤브레인의 표면을 코팅하는 방법으로,
용매 100 중량부에 알킬실란 실리콘 폴리머 20 ~ 80 중량부가 포함된 알킬실란 실리콘 폴리머 코팅용액을 멤브레인의 표면에 1차 코팅하는 단계;
용매 100 중량부에 알킬실란으로 표면이 개질된 실리카 나노입자 0.5 ~ 10 중량부가 포함된 실리카 나노입자 코팅용액을 1차 코팅된 멤브레인의 표면에 2차 코팅하는 단계; 를 포함하고,
상기 1차 코팅하는 단계 및 2차 코팅하는 단계에서, 상기 용매는 톨루엔, 헥세인, 자일렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 것인 막접촉기 멤브레인의 표면개질 코팅방법.
As a method of coating the surface of the membrane contactor membrane,
First coating an alkylsilane silicone polymer coating solution containing 20 to 80 parts by weight of an alkylsilane silicone polymer on 100 parts by weight of a solvent on the surface of the membrane;
Coating the silica nanoparticle coating solution containing 0.5 to 10 parts by weight of the silica nanoparticles whose surface is modified with alkylsilane by 100 parts by weight of the solvent on the surface of the first coated membrane; Including,
In the first coating step and the second coating step, the solvent is one or more selected from the group consisting of toluene, hexane, and xylene, the surface modification coating method of the membrane contactor membrane.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 알킬실란 실리콘 폴리머가 포함된 용액의 알킬실란은 1개의 알킬 그룹과 3개의 알콕시 그룹, 또는 2개의 알킬그룹과 2개의 알콕시 그룹으로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 막접촉기 멤브레인의 표면개질 코팅방법.
According to claim 1,
The alkylsilane of the solution containing the alkylsilane silicone polymer is selected from the group consisting of one alkyl group and three alkoxy groups, or two alkyl groups and two alkoxy groups. Surface modification coating method.
제1항에 있어서,
상기 알킬실란으로 표면이 개질된 실리카 나노입자의 알킬실란은 1개의 알킬 그룹과 3개의 알콕시 그룹, 또는 2개의 알킬그룹과 2개의 알콕시 그룹으로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 막접촉기 멤브레인의 표면개질 코팅방법.
According to claim 1,
The alkylsilane of the silica nanoparticles whose surface is modified with the alkylsilane is a membrane contactor, characterized in that at least one is selected from the group consisting of one alkyl group and three alkoxy groups, or two alkyl groups and two alkoxy groups. Method for coating surface modification of membrane.
표면이 개질된 막접촉기 멤브레인에 있어서,
용매 100 중량부에 알킬실란 실리콘 폴리머 20 ~ 80 중량부가 포함된 알킬실란 실리콘 폴리머 코팅용액이 멤브레인의 표면에 코팅된 1차 코팅막;
용매 100 중량부에 알킬실란으로 표면이 개질된 실리카 나노입자 0.5 ~ 10 중량부가 포함된 실리카 나노입자 코팅용액이 1차 코팅막 상부에 코팅된 2차 코팅막을 포함하고,
상기 용매는 톨루엔, 헥세인, 자일렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 것인 표면이 개질된 막접촉기 멤브레인.
In the surface-modified membrane contactor membrane,
A primary coating film coated with an alkylsilane silicone polymer coating solution containing 20 to 80 parts by weight of an alkylsilane silicone polymer on 100 parts by weight of a solvent;
A silica nanoparticle coating solution containing 0.5 to 10 parts by weight of silica nanoparticles whose surface is modified with an alkylsilane in 100 parts by weight of a solvent includes a secondary coating film coated on top of the primary coating film,
The solvent is toluene, hexane, xylene is one or more surface-modified membrane contactor membrane selected from the group consisting of xylene.
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