KR20020021675A - Method of modifying a surface of polymer membrane by ion assisted reaction - Google Patents

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KR20020021675A
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Abstract

PURPOSE: In a method of modifying a surface of polymer membrane by ion assisted reaction, the surface of the polymer membrane is processed according to the dose of the ion irradiation and the kind of the ion beam, thereby varying the membrane surface to hydrophilicity. In addition, the size of the pores is controlled according to the irradiation dose of the ion beam, thereby enabling water penetration or electrolyte transmission. The surface modification does not change the characteristics of the membrane itself. Since the surface characteristics are merely changed, even if the membrane is used for a long time, the membrane characteristics do not deteriorate. Moreover, the size of the pores can be adjusted, thereby easily controlling porosity of the various kinds of polymer membranes requiring the selective penetrability. Also, the electrolyte penetrability is remarkably improved. CONSTITUTION: The surface modification method for a polymer membrane by using an ion assisted reaction to control the size and number of pores on the surface of the polymer membrane and to form hydrophilic groups on the polymer membrane, comprises irradiating an ion beam to the polymer membrane; and injecting simultaneously a reaction gas.

Description

이온빔 보조 반응법을 이용한 고분자 분리막의 표면 개질 방법{METHOD OF MODIFYING A SURFACE OF POLYMER MEMBRANE BY ION ASSISTED REACTION}Surface Modification Method of Polymer Membrane Using Ion Beam Assisted Reaction Method {METHOD OF MODIFYING A SURFACE OF POLYMER MEMBRANE BY ION ASSISTED REACTION}

고분자 분리막은 타재료에 비하여 비교적 오랫동안 연구 개발되었을 뿐만 아니라 상업적으로 응용할 수 있을 정도의 선택적 투과성 및 투과율을 갖고 있지만 재료의 특성상 낮은 열적 안정성, 전해질 및 불순물의 침투에 의한 막의 퇴화, 용매 및 미생물 등에 의한 막의 분해 저항성이 낮은 단점을 갖고 있다. 분리막의 응용성을 넓히기 위해서는 가혹한 조업조건 하에서도 막의 분해 및 미세구조의 변형 없이 사용할 수 있는 재질의 막 개발이 요구되고 있다.Polymer membranes have not only been researched and developed for a relatively long time compared to other materials, but also have selective permeability and permeability to be commercially applicable. It has the disadvantage of low degradation resistance of the membrane. In order to broaden the applicability of the membrane, it is required to develop a membrane of a material that can be used even under severe operating conditions without decomposing the membrane and deforming the microstructure.

최근 들어서는 기존의 환경분야 뿐만 아니라 정밀산업분야나 의료산업에 이르기까지 분리막의 용도는 무궁무진하다고 볼 수 있다. 실예로 휴대용 배터리의 전해질 투과막이나 인체에 해로운 오염성분을 걸러내는 여과막등은 21세기를 준비하는 분리막 분야의 첨단기술이라 하겠다.In recent years, the use of separators can be regarded as endless not only in the existing environmental field but also in the precision industry or the medical industry. For example, the electrolyte permeation membrane of a portable battery or the filtration membrane that filters harmful substances to the human body are advanced technologies in the separation membrane field preparing for the 21st century.

현재 고분자 분리막은 기공크기가 0.1 ~ 10 ㎛ 정도까지 제조할 수 있는 단계에 이르렀으나, 결함이 없이 재현성 있게 제조하기가 어려울 뿐만 아니라 막의 균일성, 기공크기 및 분포와 같은 미세구조 제어와 막의 표면특성 개질이 어려워 아직도 연구단계 수준에 있다.At present, polymer membranes have a pore size of 0.1 ~ 10 ㎛, but it is difficult to manufacture reproducibly without defects, as well as microstructure control such as membrane uniformity, pore size and distribution and surface characteristics of membrane. It is difficult to reform and is still at the research level.

본 발명은 이온빔 보조 반응법을 이용한 표면 개질된 고분자 분리막 및 그 표면 개질 방법에 관한 것으로, 상세하게는 이온빔 보조 반응법을 이용한 고분자 분리막의 기공 제어 및 전해질 투과성 향상 방법에 관련된다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface-modified polymer separation membrane using an ion beam assisted reaction method and a surface modification method thereof, and more particularly, to a method for controlling pore and improving electrolyte permeability of a polymer separation membrane using an ion beam assisted reaction method.

보다 상세하게는 고분자 분리막 표면에 아르곤이나 수소등의 이온빔을 이용하여 표면을 친수성으로 개질하면서 동시에 기공의 크기를 조절함으로써 분리막의 사용에 적합한 조건을 갖춘 분리막 표면 개질 방법에 관련된다.More particularly, the present invention relates to a membrane surface modification method having conditions suitable for use of a membrane by modifying the surface of the polymer membrane with hydrophilicity using an ion beam such as argon or hydrogen and controlling the size of pores.

도 1은 본 발명의 이온빔 보조 반응장치의 개략도이다.1 is a schematic diagram of an ion beam auxiliary reactor of the present invention.

도 2a 내지 도 2e는 이온빔 보조 반응법으로 처리한 고분자 분리막의 이온 조사량의 변화에 따른 고분자 분리막의 미세구조변화를 나타낸 사진이다.2a to 2e are photographs showing the microstructure change of the polymer membrane according to the change in the ion dose of the polymer membrane treated by the ion beam assisted reaction method.

도 3은 도 2에 나타난 고분자분리막을 이온빔 처리한 후 물에 대한 접촉각을 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing a contact angle with respect to water after ion beam treatment of the polymer membrane shown in FIG. 2.

도 4는 고분자액체 분리막의 이온빔 보조 반응법으로 처리한 후 물에 대한 접촉각을 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing a contact angle with respect to water after the polymer liquid separation membrane treated with the ion beam assisted reaction method.

도 5a 및 도 5b는 액체 분리막의 처리전후 미세구조 변화를 나타내는 사진이다.5A and 5B are photographs showing changes in microstructure before and after treatment of a liquid separation membrane.

도 6은 고분자 여과막의 이온빔 보조 반응법으로 처리한 시편의 이온조사량 변화에 따른 물에 대한 접촉각의 변화를 나타내는 그래프이다.6 is a graph showing a change in the contact angle with respect to water according to the change in the ion irradiation amount of the specimen treated by the ion beam assisted reaction method of the polymer filter membrane.

도 7은 고분자 여과막의 이온빔 보조 반응법으로 처리한 시편의 이온조사량 변화에 따른 포르마마이드에대한 접촉각의 변화를 나타내는 그래프이다.FIG. 7 is a graph showing a change in contact angle with respect to formamide according to a change in the amount of ion irradiation of the specimen treated by the ion beam assisted reaction method of the polymer filtration membrane.

도 8a 내지 도 8e는 고분자 여과막의 이온빔 보조 반응법에 따라 처리한 시료의 미세구조 변화를 나타낸 사진이다.8A to 8E are photographs showing the microstructure change of the sample treated by the ion beam assisted reaction method of the polymer filtration membrane.

도 9a 내지 도 9d는 고분자 여과막의 시간 변화에 따른 용액의 침투 변화를 나타낸 사진이다.9a to 9d are photographs showing the change in permeation of the solution according to the time change of the polymer filtration membrane.

본 발명은 이온빔 보조 반응법을 이용하여 고분자 소재의 분리막(membrane)을 표면개질하여 기공의 크기를 제어하며 표면을 친수성 처리하여 여과막으로서의 기능을 향상시키는데 목적이 있다.An object of the present invention is to improve the function as a filtration membrane by controlling the size of the pores by surface modification of the membrane (membrane) of the polymer material using the ion beam assisted reaction method.

본 발명은 반응성가스를 주입하면서 일정한 가속에너지 및 전류밀도를 갖는 이온빔을 고분자 분리막에 조사하여 상기 고분자 분리막 표면의 기공의 크기와 수량을 조절하고 고분자 분리막 내부에 친수성 작용기를 형성시키는 이온빔 보조 반응법을 이용한 고분자 분리막의 표면 개질 방법 및 표면 개질된 고분자 분리막을 제공한다.The present invention is an ion beam assisted reaction method for controlling the size and quantity of pores on the surface of the polymer membrane and forming a hydrophilic functional group inside the polymer membrane by irradiating an ion beam having a constant acceleration energy and current density to the polymer membrane while injecting a reactive gas It provides a surface modification method and a surface-modified polymer membrane of the polymer membrane used.

상기 이온빔은 산소 또는 수소를 사용하며, 가속에너지는 0.6 ~ 1.4 keV, 전류밀도는 7.1 ~ 14.2 μA/cm2, 주입되는 이온의 조사량은 5×1014~ 1×1017ions/cm2의 범위가 바람직하다. 한편, 반응성가스로는 산소를 사용하며, 반응성가스의 주입량은 2 내지 8 ml/min이 바람직하다.The ion beam uses oxygen or hydrogen, the acceleration energy is 0.6 ~ 1.4 keV, the current density is 7.1 ~ 14.2 μA / cm 2 , the dosage of implanted ions is 5 × 10 14 ~ 1 × 10 17 ions / cm 2 Is preferred. On the other hand, oxygen is used as the reactive gas, and the injection amount of the reactive gas is preferably 2 to 8 ml / min.

본 발명은 이온빔 보조반응법을 이용하여 전해질 분리, 각종 의료용 여과분리제 및 환경 정화용으로 사용되는 고분자 분리막의 표면을 이온빔으로 처리하여 분리막 표면을 친수성으로 변화시킬 뿐만 아니라 이온빔 조사량에 따라 기공의 크기를 제어함으로써 기존에 물의 침투나 전해질의 투과가 불가능한 문제점을 개선할 수 있다. 특히, 분리막 전체의 성질은 변하지 않고 단지 표면의 성질만 변하기 때문에 장기간 사용하여도 분리막의 특성은 저하되지 않으며 기공의 크기를 제어할수 있으므로 선택적 투과성을 요구하는 각종 고분자 분리막의 기공성 제어가 용이해지고 전해질 투과성이 향상된다.The present invention treats the surface of the polymer membrane used for electrolyte separation, various medical filter separators and environmental purification by ion beam using ion beam assisted reaction method, not only changes the surface of the membrane to hydrophilicity, but also changes the size of the pores according to the ion beam dosage. By controlling it, it is possible to improve the problem that water permeation or electrolyte permeation is impossible. In particular, since the properties of the whole membrane do not change but only the properties of the surface, the properties of the membrane do not deteriorate even after long-term use, and the size of the pores can be controlled, making it easier to control porosity of various polymer membranes requiring selective permeability. Permeability is improved.

이러한 본 발명에 따른 이온보조 반응법을 이용한 표면 개질된 고분자 분리막과 그 표면 개질방법을 도면과 함께 실시예를 통하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The surface-modified polymer separation membrane and the surface modification method using the ion assisting reaction method according to the present invention will be described in detail with reference to the following examples.

도 1은 본 발명에서 사용한 이온빔 보조 반응법의 장치도이다. 이온주입가스(4)는 이온건(6)을 통해 기판(1)에 부착된 시료(3)에 조사되고, 동시에 챔버 내로 반응가스(2)가 주입되어 시료 표면의 개질이 이루어진다. 인용부호 5는 챔버 내의 진공을 유지하기 위한 펌프를 나타낸다.1 is an apparatus diagram of an ion beam assisted reaction method used in the present invention. The ion implantation gas 4 is irradiated onto the sample 3 attached to the substrate 1 through the ion gun 6, and at the same time, the reaction gas 2 is injected into the chamber to reform the surface of the sample. Reference numeral 5 denotes a pump for maintaining a vacuum in the chamber.

도 2a 내지 도 2e는 여러 가지 고분자 분리막 중 휴대용 배터리의 전해질 투과용 폴리에틸렌 분리막을 이온보조 반응법에 의해 이온주입량을 달리하여 표면처리한 후 미세구조를 나타내는 사진이다. 도 2a의 경우 이온빔으로 처리하지 않은 고분자 분리막의 표면을 보여주는데, 짚신모양의 기공들이 분리막 모체 내에 약 절반 가량을 차지하고 있음을 알 수 있다. 이 고분자의 표면은 후술되는 바와 같이 물에 대한 접촉각이 매우 높을 뿐 아니라 전해질에 대한 침투성이 전혀 없음을 알수 있다. 이는 분리막 표면에 친수성 작용기가 형성되지 않아 전해질의 침투가 용이하지 않기 때문이다. 이에 비해 도 2b의 경우 수소 이온빔을 1 keV로 1×1015ions/cm2조사하면서 산소 가스를 4 ml/min 불어넣어 주었을 경우의 분리막 표면의 미세구조 변화를 보여주고 있다. 도 2a의 경우에 비하여 짚신모양의 기공들의 수가 증가하면서 그 모양도 커짐을 알 수 있다. 도 2c와 도 2d는 각각 5×1015ions/cm2및 1×1016ions/cm2로 조사한 경우에 해당하며, 조사되는 이온량이 증가할 수록 기공들의 모양은 이온빔 보조 반응법으로 처리하지 않은 분리막에 비하여 증가하고 있음을 알 수 있다. 그러나 도 2e의 경우 이온빔을 1×1017ions/cm2조사한 경우에 해당하는데, 과다한 이온이 조사되어 분리막의 표면이 심하게 손상되 것을 볼 수 있으며 이로 인하여 분리막의 표면에 존재하는 기공들이 감소하였다.2A to 2E are photographs showing the microstructure after surface treatment of various polymer separators by varying ion implantation of the polyethylene separator for electrolyte permeation of a portable battery by ion assist reaction method. In the case of Figure 2a shows the surface of the polymer membrane not treated with an ion beam, it can be seen that the straw-shaped pores occupy about half in the membrane matrix. As will be described later, the surface of the polymer has a very high contact angle with water and no permeability to the electrolyte. This is because no hydrophilic functional groups are formed on the surface of the separator, so that penetration of the electrolyte is not easy. On the contrary, in FIG. 2B, when the hydrogen ion beam is irradiated with 1 keV at 1 × 10 15 ions / cm 2 and oxygen gas is blown at 4 ml / min, the microstructure of the separator surface is changed. Compared to the case of Figure 2a it can be seen that the shape is also increased as the number of pores in the shape of straw. 2C and 2D correspond to the case of irradiation with 5 × 10 15 ions / cm 2 and 1 × 10 16 ions / cm 2 , respectively, and as the amount of irradiated ions increases, the shape of pores is not treated by the ion beam assisted reaction method. It can be seen that the increase compared to the membrane. However, in the case of FIG. 2E, the ion beam is irradiated with 1 × 10 17 ions / cm 2 , and the excess ion is irradiated to show that the surface of the separator is severely damaged. As a result, pores on the surface of the separator are reduced.

도 3은 폴리에틸렌 분리막에 대해 이온빔 보조 반응법으로 처리한 시료들의 물의 접촉각 변화를 나타낸 그래프이다. 이온주입량이 증가하면서 접촉각이 크게 감소된 것을 알 수 있다.3 is a graph showing a change in the contact angle of water of the samples treated by the ion beam assisted reaction method for the polyethylene separation membrane. It can be seen that the contact angle was greatly reduced as the ion implantation amount increased.

도 4는 고분자 분리막의 다른 형태로 액체 분리막으로 널리 사용되는 폴리에틸렌 분리막의 표면을 이온빔 보조 반응법으로 개질 한 후 물에 대한 접촉각을 측정한 그래프이다. 도면에서 보듯이 이온빔 처리하지 않은 시편의 접촉각은 120°에 이르며 매우 소수성인 특성을 보이고 있다. 반면, 이온빔 보조 반응법으로 처리한시편의 경우에는 접촉각이 이온 조사량에 따라 감소하기 시작하여 조사량이 1×1016ions/cm2의 경우에는 접촉각이 20°이하이며, 분리막 표면이 친수성 분리막으로 변하였음을 알 수 있다. 이는 본 발명의 친수성 고분자 처리의 한 형태로 이온빔 보조 반응법을 이용하였을 경우 단순히 분리막의 기공이 확장됨 뿐 아니라 분리막 표면이 친수성으로 변환됨으로써 물에 대한 투과성이 증가하고 있음을 알 수 있다.Figure 4 is a graph measuring the contact angle with respect to water after modifying the surface of the polyethylene separator widely used as a liquid separator in another form of the polymer separator by the ion beam assisted reaction method. As shown in the figure, the contact angle of the specimen without ion beam reaches 120 ° and shows very hydrophobic characteristics. On the other hand, in the case of specimens treated with the ion beam assisted reaction method, the contact angle began to decrease with the amount of ion irradiation, and when the dose was 1 × 10 16 ions / cm 2 , the contact angle was less than 20 °, and the surface of the membrane changed to a hydrophilic membrane. It can be seen that. This is a form of hydrophilic polymer treatment of the present invention when using the ion beam assisted reaction method can be seen that not only the pores of the membrane is expanded but also the permeability to water is increased by converting the membrane surface into hydrophilic.

도 5는 폴리에틸렌(UHMW-PE) 분리막의 이온빔 보조 반응법에 의한 표면의 미세구조 변화를 나타내는 사진으로, 물 투과성이 향상된 것을 보이고 있다. 도 5a는 이온빔 처리하기 전의 분리막 표면으로, 실모양의 고분자 모체 사이를 마치 달걀의 삼투막과 같은 얇은 미세막들이 채워진 모습을 보이고 있다. 도 5b는 반응가스로 산소를 불어넣어주면서 약 1keV의 에너지를 갖는 수소 이온빔을 5×1016ions/cm2의 양으로 분리막에 조사하여 표면처리한 경우를 보이고 있다. 미세막들이 이온빔의 영향으로 제거되면서 표면에 기공들이 형성된 것을 알 수 있다. 이와 동시에 표면에 반응된 산소 이온들로 인해 표면이 친수성으로 변함으로써 물과의 접촉각이 낮아지게 된다.FIG. 5 is a photograph showing a change in the microstructure of the surface of the polyethylene (UHMW-PE) separator by the ion beam assisted reaction method, showing that water permeability is improved. 5A illustrates a surface of a separator before ion beam treatment, in which thin microfilms, such as an osmotic membrane of an egg, are filled between a polymer-like polymer matrix. FIG. 5B shows a surface treatment process of irradiating a separator with a hydrogen ion beam having an energy of about 1 keV while blowing oxygen into the reaction gas in an amount of 5 × 10 16 ions / cm 2 . As the microfilms are removed under the influence of the ion beam, pores are formed on the surface. At the same time, the contact angle with water is lowered by changing the surface to be hydrophilic due to oxygen ions reacted to the surface.

도 6은 폴리에틸렌(UHMW-PE) 분리막의 표면을 처리한 결과를 나타내는 그래프이다. 조사한 이온빔은 산소를 사용하였고, 그 에너지는 1keV였다. 이온빔 전류밀도는 7.1 μA/cm2인 조건에서 반응성 기체는 산소를 2 ~ 8 ml/min으로 변화시키면서 표면 개질을 수행하였다. 이온 조사량을 5×1014ions/cm2에서 1×1017ions/cm2으로증가시킴에 따라 고분자 분리막의 표면의 물에 대한 접촉각이 다르게 나타났다. 높은 이온조사량을 나타내는 부분에서 물에 대한 접촉각이 현저하게 낮아지고 있음을 알 수 있다.6 is a graph showing a result of treating the surface of a polyethylene (UHMW-PE) separation membrane. The irradiated ion beam used oxygen and its energy was 1 keV. Reactive gas was subjected to surface modification while changing the oxygen from 2 to 8 ml / min under the condition that the ion beam current density was 7.1 μA / cm 2 . As the ion dosage increased from 5 × 10 14 ions / cm 2 to 1 × 10 17 ions / cm 2 , the contact angle of water on the surface of the polymer membrane changed. It can be seen that the contact angle with respect to water is significantly lowered in the part showing high ion irradiation amount.

도 7은 친수성 처리된 폴리에틸렌(UHMW-PE) 분리막이며, 표면의 친수성 처리가 표면에너지와의 관련성을 알아보기 위하여 포르마 마이드와의 접촉각을 측정하였다. 본 발명에서 선택한 표면에너지의 측정은 Owens의 방법을 이용하였다. 표 1은 도 6과 도 7의 결과를 이용하여 계산한 표면에너지의 결과이다.7 is a hydrophilic polyethylene (UHMW-PE) separator, the contact angle with the formamide was measured to determine the relationship between the surface hydrophilic treatment and surface energy. The surface energy selected in the present invention was measured by Owens method. Table 1 shows the results of surface energy calculated using the results of FIGS. 6 and 7.

이온빔 처리에 대한 표면에너지 변화Surface energy change for ion beam treatment 이온조사량(ions/㎠)Ion irradiation amount (ions / ㎠) 극력(γp)Polar force (γ p ) 분산력(γd)Dispersion force (γ d ) 표면에너지(γs)Surface energy (γ s ) 비처리Untreated 0.460.46 17.017.0 17.417.4 5×1014 5 × 10 14 0.30.3 49.649.6 49.949.9 1×1015 1 × 10 15 0.030.03 66.366.3 66.366.3 5×1015 5 × 10 15 0.10.1 35.935.9 35.935.9 1×1016 1 × 10 16 0.040.04 37.237.2 37.237.2 5×1016 5 × 10 16 2.32.3 60.860.8 63.063.0 1×1017 1 × 10 17 11.311.3 47.947.9 59.259.2

도 8a 내지 도 8e는 폴리에틸렌(U-PE) 액체 분리막의 표면 미세구조 변화를 나타낸 사진이다. 도 8a는 이온빔 처리하기 전의 사진으로, 다른 분리막과 같이 모체와 모체 사이를 화이버 형태의 실사들이 서로 연결되어 있는 구조를 보이고 있다. 도 8b 내지 8d는 이온빔의 양을 증가시키면서 표면처리하여 액체 분리막의 표면 미세구조 변화를 나타낸 것이다. 이온빔 조사량이 증가함에 따라 실사들이 점점 끊어져 그 양이 감소 하는 것을 볼 수 있다. 도 8e의 경우에는 모체만이 남아 있는 형태가 되며 결국 물이나 기타 액체들이 투과할 수 있는 기공들이 형성되고 있음을알 수 있다.8A to 8E are photographs showing surface microstructure changes of a polyethylene (U-PE) liquid separator. FIG. 8A is a photograph before ion beam treatment, and shows a structure in which fiber-like yarns are connected to one another between the mother and the mother like other separators. 8B to 8D illustrate surface microstructure changes of the liquid separator by surface treatment while increasing the amount of ion beams. It can be seen that due to the increase in the ion beam irradiation, due diligence is cut off and the amount decreases. In the case of FIG. 8E, only the mother remains, and eventually, pores through which water or other liquids can penetrate are formed.

도 9a 내지 도 9d는 본 발명으로 처리한 액체여과용 분리막의 표면처리후 물의 침투를 나타내는 그림이다. 육안으로 구별을 용이하게 하기 위해 처리하지 않은 시편(왼쪽)과 처리한 시편(오른쪽)에 각각 수성잉크를 떨어뜨려 그 투과 형태를 관찰하였다. 처리 조건은 다음과 같다. 수소 이온빔을 이온빔에너지 1.4 keV, 이온빔 전류밀도 14.2μA/cm2, 이온 조사량 5×1016ions/cm2, 반응성 기체로는 산소를 6 ml/min로 사용하였다. 이온빔 처리한 시편의 경우, 시간이 경과함에 따라 분리막과의 접촉각이 낮아지면서 자연스럽게 분리막의 내부로 침투하여 반대편으로 스며들고 있음을 알 수 있으며, 이러한 침투는 10분내에 완료되었다. 그러나 이온빔 처리하지 않은 시편은 10분이 지나도 잉크가 침투되지 않고 그대로 있는 것을 볼 수 있다.9a to 9d are diagrams showing the penetration of water after the surface treatment of the liquid filtration membrane treated by the present invention. In order to easily distinguish the naked eye, the aqueous ink was dropped on the untreated specimen (left) and the treated specimen (right), respectively, and the transmission form was observed. Treatment conditions are as follows. The hydrogen ion beam was used with an ion beam energy of 1.4 keV, an ion beam current density of 14.2 μA / cm 2 , an ion irradiation amount of 5 × 10 16 ions / cm 2 , and oxygen of 6 ml / min as a reactive gas. In the case of the ion beam-treated specimen, the contact angle with the separator decreases with time, and it is understood that the specimen penetrates into the separator and penetrates to the opposite side, and the penetration is completed within 10 minutes. However, it can be seen that the specimen without ion beam remains intact even after 10 minutes.

이상의 결과들을 종합하면, 고분자 분리막의 표면을 이온빔 보조 반응법으로 처리할 경우 기존에 투과하기 힘들었던 물의 침투가 가능해졌고 이러한 표면처리 후에도 분리막의 기계적 성질이 저하되거나 내구성의 변화도 없음을 알 수 있다.In summary, when the surface of the polymer membrane is treated by the ion beam assisted reaction method, water penetration, which has previously been difficult to permeate, becomes possible, and even after such surface treatment, the mechanical properties of the membrane are not deteriorated or the durability is not changed.

본 발명에 의하면 고분자 분리막의 표면을 이온조사량 및 이온빔의 종류에 따라 처리하여 분리막 표면을 친수성으로 변화시킬 뿐만 아니라 이온빔 조사량에 따라 기공의 크기를 제어함으로써 기존에 물의 침투나 전해질의 투과가 불가능한 문제점을 개선할 수 있다. 이러한 분리막의 표면개질은 분리막 전체의 성질은 변하지 않고 단지 표면의 성질만 변하기 때문에 장기간 사용하여도 분리막의 특성은 저하되지 않으며 기공의 크기를 제어할 수 있으므로 선택적 투과성을 요구하는 각종 고분자 분리막의 기공성 제어가 용이해지며 전해질 투과성이 크게 향상된다.According to the present invention, the surface of the polymer membrane is treated according to the amount of ion irradiation and the type of ion beam to not only change the surface of the membrane to hydrophilicity but also to control the size of the pores according to the amount of ion beam irradiation, thereby preventing water penetration or electrolyte permeation. It can be improved. The surface modification of such a membrane does not change the properties of the entire membrane but only the properties of the surface, so even after long-term use, the properties of the membrane do not deteriorate and the pore size can be controlled to control the porosity of various polymer membranes requiring selective permeability. It is easy to control and the electrolyte permeability is greatly improved.

Claims (8)

반응성가스를 주입하면서 일정한 가속에너지 및 전류밀도를 갖는 이온빔을 고분자 분리막에 조사하여 상기 고분자 분리막 표면의 기공의 크기와 수량을 조절하고 고분자 분리막 내부에 친수성 작용기를 형성시키는 이온빔 보조 반응법을 이용한 고분자 분리막의 표면 개질 방법.Polymer membrane using ion beam assisted reaction method to control the size and quantity of pores on the surface of the polymer membrane and to form hydrophilic functional groups inside the polymer membrane by irradiating ion beam with constant acceleration energy and current density to the polymer membrane while injecting reactive gas Surface modification method. 제1항에 있어서, 상기 이온빔은 산소 또는 수소를 사용하는 것을 특징으로 하는 이온빔 보조 반응법을 이용한 고분자 분리막의 표면 개질 방법.The method of claim 1, wherein the ion beam uses oxygen or hydrogen. 제1항에 있어서, 상기 이온빔에너지는 0.6 ~ 1.4 keV, 것을 특징으로 하는 이온빔 보조 반응법을 이용한 고분자 분리막의 표면 개질 방법.The method of claim 1, wherein the ion beam energy is 0.6 to 1.4 keV. 제1항에 있어서, 상기 전류밀도는 7.1 ~ 14.2μA/cm2인 것을 특징으로 하는 이온빔 보조 반응법을 이용한 고분자 분리막의 표면 개질 방법.The method of claim 1, wherein the current density is in the range of 7.1 to 14.2 μA / cm 2 . 제1항에 있어서, 상기 이온빔의 조사량은 5×1014ions/cm2~ 1×1017ions/cm2의 범위인 것을 특징으로 하는 이온빔 보조 반응법을 이용한 고분자 분리막의 표면 개질 방법.The method of claim 1, wherein the irradiation amount of the ion beam ranges from 5 × 10 14 ions / cm 2 to 1 × 10 17 ions / cm 2 . 제1항에 있어서, 상기 반응성가스로는 산소를 사용하는 것을 특징으로 하는 이온빔 보조 반응법을 이용한 고분자 분리막의 표면 개질 방법.The method of claim 1, wherein the reactive gas is oxygen. 제1항에 있어서, 상기 반응성가스의 주입량은 2 내지 8 ml/min의 범위인 것을 특징으로 하는 이온빔 보조 반응법을 이용한 고분자 분리막의 표면 개질 방법.The method of claim 1, wherein the injection amount of the reactive gas is in the range of 2 to 8 ml / min. 제1항의 방법에 의해 표면 개질된 고분자 분리막.A polymer membrane surface-modified by the method of claim 1.
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