KR19980068295A - 폴리아미드계 분리막 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기존의 분리막에 비해 비교적 높은 염배제율을 지니면서도 고유량의 특성을 지닌 가교 폴리아미드계 복합소재 역삼투 분리막에 관한 것이다.
본 발명은 구체적으로 미세다공 폴리술폰이 코팅된 부직포기질 표면에 다관능성 아민 용액을 침지한 후 압착방법으로 물층을 제거하고 다관능성할로겐화합물 용액 하에서 계면 중합시켜 얻어지는 가교 폴리아미드계 역삼투 복합막의 제조시, 다관능성아민혼합용액의 조성에 m-페닐렌디아민이 함유되어 있고 다관능성산할로겐화합물 용액으로 트리메조일클로라이드가 소량 함유된 용액을 사용하여 제조하는 것을 특징으로 한 가교 폴리아미드계 역삼투 복합막의 제조방법에 관한 것으로서, 이와 같은 방법에 의해 제조된 복합막은 우수한 염배제율과 고유량의 특성을 지닌다.
Description
본 발명은 폴리아미드계 역삼투 분리막 제조공정에 관한 것으로 기존의 역삼투 분리막에 비해 고유량의 성능을 지닌 역삼투막 제조공정에 관한 것이다. 역삼투 분리막은 1960년대 로브(Loeb)와 소리라잔(Sourirajan)이 최초의 역삼투막인 비대칭형 셀룰로우즈디아세테이트막을 개발한 이래 이에 관한 많은 연구가 행하여져 왔다. 셀룰로우즈디아세테이트막은 가격이 저렴하다는 장점이 있으나, 미생물에 대해 취약하고 강염기하에서 쉽게 가수분해되며 사용온도와 pH의 범위가 좁다는 단점으로 인해 폴리아미드계, 폴리우레탄계, 방향족 폴리술폰계, 방향족 폴리아미드계 등을 대상으로 연구가 활발히 진행되어 왔다.
기계적 강도를 유지하는 지지층으로서는 방향족 폴리술폰을 사용하고 선택적 투과성을 갖는 활성층으로서는 폴리아미드를 사용하는 복합막 형태의 막이 주로 사용되어지고 있으며, 현재 개발된 역삼투 복합막은 미국 특허 4,277,344에 개시되어 있는 계면 중합법에 의해 주로 제조되어지고 있다.
역삼투 분리막은 반투과막으로 염들이 녹아있는 수용액의 한쪽 방향에서 가압을 할 경우 용액과 용질의 분리가 일정 방향으로 일어난다는 원리를 이용하여 고압에도 견디고 내구성, 내화학성이 뛰어난 재질의 고기능 분리막이다. 역삼투 분리막의 성능을 결정짓는 인자로서는 염배제율(SALT REJECTION : 용매로부터 용질의 분리능 정도를 나타내는 수치)과 유량(FLUX : 일정시간동안 일정압력에서 분리막을 통하여 나오는 용매의 유량)이 있다. 폴리아미드 계면중합은 수용성 아민에서 고분자 지지층(폴리술폰)을 탐침한 물을 제거하여 얻어진 층을 다시 유기층의 아실클로라이드가 녹은 용액층에 탐침함으로서 실시된다. 이때 유기 용매의 선택 조건은 폴리아미드화 반응에 영향을 주지 않으며 적당량의 기질을 녹일수 있는 것이어야 한다. 지금까지 가장 널리 사용되어진 용매는 1,1,2-트리클로로트리플로오르에탄(1,1,2-TRICHLOROTRIFLUOROETHANE)으로 일반적으로 CFC-113으로 불리어지는 용매이며, 이는 환경 규제 물질로 규정되어 그 사용이 금지되어 있는 실정이다. 이러한 이유로 대체용매에 대한 연구가 최근 활발히 진행되었는데, 미국특허 4,005,012, 미국 특허4,259,813, 미국 특허 4,360,434, 미국 특허 4,606,943, 미국 특허 4,737,325, 미국 특허 4,282,708, 미국 특허 5,258,203 등은 1,1,2-트리클로로트리플로오르에탄(1,1,2-TRICHLOROTRIFLUOROETHANE)을 사용하지 않고 지방족 탄화수소 용매로 대체하여 분리막의 제조에 성공하였다. 그러나, 헥산 같은 지방족 반응용매들의 사용은 유량을 떨어뜨리는 결과로 상업적 사용이 제한되어왔다. 때문에 기존의 프레온 공정에 비해 좋은 염배제율과 충분한 유량을 보이지 못하는 단점은 막연구의 주요 과제가 되어왔다. 좋은 염배제율과 충분한 유량을 얻기위한 연구로서 조액 시 첨가하는 물질을 개발하는 연구(미국 특허 5,234,598, 미국 특허 5,258,203), 후처리를 통한 유량증가 방법에 관한 연구(미국 특허 4,938,872, 미국 특허 4,927,540) 등이 활발하게 진행되어 왔다.
본 발명은 역삼투 분리막 제조시 지방족 탄화수소 용매를 사용하고 많은 유량과 높은 염배제율을 지니는 폴리아미드계 분리막의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 부직포 위에 다공성 구조를 갖는 폴리술폰이 코팅된 지지층에 다관능성 아민용액을 침지하고 물을 제거한 후 다관능성산할로겐화합물 용액하에서 계면 중합시켜 얻어지는 가교 폴리아미드계 역삼투 복합막 제조시, 다관능성아민혼합용액의 조성에서 m-페닐렌디아민이 0∼20중량% 함유되어 있고 다관능성산할로겐화합물 용액의 조성이 트리메조일클로라이드가 0.01∼2중량% 함유된 것임을 특징으로 한 폴리아미드계 분리막의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 막은 고분자 기질에 안착된 첫 번째 성분과 두 번째 성분의 계면중합으로 제조되어지는데, 첫 번째 반응물은 수용액 층에서 만들어지고 두 번째 반응물은 지방족 유기용매에서 만들어진다.
본 발명에서는 복합막 제조시 여러첨가제가 사용될 수 있는데, 아민 혼합용액에는 첨가제로 탄소수 6∼12의 아릴 유기산이나 시클로알킬유기산 1∼10중량%와 3급 아민을 3개 지닌 화합물인 폴리아자마크로시클로화합물 0.5∼6중량%를 사용한다. 그리고, 다관능성 산할로겐화합물 용액의 용매로는 탄소수가 8개인 포화 및 불포화 탄화수소계 용매에 옥탄, 나프타, 헵탄, 헥산과 같은 n-알칸과 혼합한 것이 사용된다.
이하에서 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명한다.
실시예 및 비교예에 의해 만들어진 용매로 제조된 막의 성능은, 농도가 2,000ppm인 염화나트륨 수용액을 25℃, 225psig에서 측정하였고 염배제율은 다음의 식에 의하여 계산되었다. 여기에서 R은 염배제율, Cf는 공급수중의 용질의 농도이며 Cp는 투과수중의 용질 농도이다.
[실시예 1∼8]
폴리에스터 부직포상에 N-메칠-2-피롤리돈과 폴리술폰 20중량%, 폴리피롤리돈 1중량% 용액을 두께가 약 150㎛로 캐스트하고, 즉시 이것을 상온의 증류수조 중에 침지하여 고형화시킨 후 순수에 보관하였다. 이렇게 얻은 폴리술폰 미세다공성 기질을 농도가 2.0중량%인 m-페닐렌디아민과 다음 표1의 유기산 및 3급 다중 아민 염기의 첨가제를 가한다. 이때 사용되는 유기산은 알드리치사 순도 98%이상의 시약급을 사용하였다. 이어서 아민 수용액에 30분 침지한 후 압착방법으로 표면의 물층을 제거한 후 기질층을 농도가 1중량%인 트리메조일클로라이드 유기용액에 5분간 함침시켜 계면중합이 발생하도록 하였다. 제조된 복합막을 상온에서 10분간, 95℃에서 5분간 완전 건조시킨 후 90℃ 약알카리 수용액으로 충분히 수세한 후, 순수로 다시 세정하였으며, 그 물성을 측정하여 표1에 나타내었다.
◎ 화합물 1 : C6H5SO2CH2CO2H
◎ 화합물 2 :
◎ 화합물 3 : N-(methyl)3〔9〕aneN3
◎ 화합물 4 : N-(methyl)3〔11〕aneN3
◎ 화합물 5 : N-(methyl)3〔12〕aneN3
◎ 화합물 6 : N-(methyl)3〔14〕aneN3
[표 1]
| 종 류 | 산첨가제/염기첨가제 | 염배제율(%) | 유량(gfd) |
| 실시예 1 | 화합물1/화합물3 | 93.5 | 31.2 |
| 실시예 2 | 화합물1/화합물4 | 98.1 | 37.9 |
| 실시예 3 | 화합물1/화합물5 | 92.3 | 38.3 |
| 실시예 4 | 화합물1/화합물6 | 92.0 | 41.0 |
| 실시예 5 | 화합물2/화합물3 | 91.5 | 25.2 |
| 실시예 6 | 화합물2/화합물4 | 92.1 | 30.9 |
| 실시예 7 | 화합물2/화합물5 | 88.3 | 48.3 |
| 실시예 8 | 화합물2/화합물6 | 88.0 | 47.0 |
[비교예 1∼2]
아민 수용액층에 첨가제로 하기 표2의 유기산 및 아민염기를 사용하여 분리막을 제조한 것 이외에는 실시예1과 동일하게 실시하였으며, 그 물성평가 결과는 표2에 나타내었다.
[표 2]
| 종 류 | 산첨가제/염기첨가제 | 염배제율(%) | 유량(gfd) |
| 비교예 1 | 화합물1/트리에틸아민 | 94.0 | 24.2 |
| 비교예 2 | 화합물2/화합물5 | 97.5 | 27.3 |
상기 실시예 및 비교예에서도 확인 되듯이 본 발명에 따라 제조된 가교 폴리아미드계 역삼투 분리막은 유기용매를 사용하면서도 염배제율이 좋고 고유량을 나타내는 유용성을 지닌다.
Claims (3)
- 부직포 위에 다공성 구조를 갖는 폴리술폰이 코팅된 지지층에 다관능성 아민용액을 침지하고 물을 제거한 후 다관능성 산할로겐화합물 용액하에서 계면중합시켜 얻은 가교 폴리아미드계 역삼투 복합막을 제조하는 방법에서, 첨가제가 함유된 다관능성 아민용액에 meta-페닐렌디아민이 20중량%을 넣지 않은 범위에서 함유되어 있고 다관능성 산할로겐화합물 용액에 트리메조일클로라이드가 0.01∼2중량% 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 폴리아미드계 분리막 제조방법.
- 제1항에 있어서, 아민혼합용액에 첨가제로 탄소수 6∼12의 아릴유기산 또는 시클로알킬유기산 1∼10중량%와 폴리아자마크로싸이클 화합물로 3급 아민을 3개를 갖는 화합물이 0.5∼6중량% 함유된 것이 사용됨을 특징으로 하는 폴리아미드계 분리막 제조방법.
- 제1항에 있어서, 다관능성 산할로겐화합물용액의 용매로 탄소수가 8개인 포화 및 불포화 탄화수소계 용매와 옥탄, 나프타, 헵탄, 헥산 중에서 선택된 용매의 혼합물을 사용하는 것을 특징으로 하는 폴리아미드계 분리막 제조방법.
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| KR1019970004813A KR19980068295A (ko) | 1997-02-17 | 1997-02-17 | 폴리아미드계 분리막 제조방법 |
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Publications (1)
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ID=65984636
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR19990070134A (ko) * | 1998-02-17 | 1999-09-15 | 한형수 | 폴리아미드계 복합소재 분리막의 제조방법 |
| KR20000051528A (ko) * | 1999-01-22 | 2000-08-16 | 한형수 | 고유량 역삼투 복합막의 제조방법 |
| KR100506537B1 (ko) * | 1997-08-28 | 2005-11-08 | 주식회사 새 한 | 가교 폴리아미드계 역삼투 분리막의 제조방법 |
| WO2019212707A1 (en) * | 2018-04-30 | 2019-11-07 | Entegris, Inc. | Polyamide coated filter membrane, filters, and methods |
-
1997
- 1997-02-17 KR KR1019970004813A patent/KR19980068295A/ko not_active Application Discontinuation
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