KR20100079632A - Manufacturing method for high flow micro-porous membrane using sonication and micro-porous membrane thereby - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체, 제약, 발전폐수 처리에 적용 가능한 미세 다공성 멤브레인의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 응고시간의 단축을 통한 생산성 향상 및 비용 절감과 보다 증가된 기공도를 가진 고유량의 미세다공성 멤브레인을 제조하는 방법 및 그로부터 제조된 미세 다공성 멤브레인에 관한 것이다. The present invention relates to a method for manufacturing a microporous membrane applicable to semiconductor, pharmaceutical, and power generation wastewater treatment. More specifically, the microporous membrane has a high flow rate and a high porosity with improved productivity, cost reduction, and increased porosity. A method of making a membrane and a microporous membrane made therefrom.
미세 다공성 멤브레인(Micro-porous membrane)은 물질 분리공정에 있어서 경제적 및 기술적으로 매우 중요하며, 의약, 식품, 반도체, 수처리 분야를 비롯하여 다양하게 적용되고 있다. 이를테면 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리에테르술폰 등의 수지는 높은 열적 안정성, 산화적 안정성 및 온도에 대한 안정성을 갖고 있기 때문에 다양한 오폐수, 정수, 음용수 등의 수처리 공정에 적합함으로서 매우 광범위하게 이용되고 있다.Micro-porous membranes are economically and technically very important in the material separation process, and are applied in various fields including medicine, food, semiconductor, and water treatment. For example, since resins such as polyvinylidene fluoride and polyether sulfone have high thermal stability, oxidative stability, and temperature stability, they are widely used because they are suitable for various wastewater, purified water, and drinking water treatment processes.
현재 사용되고 있는 미세 다공성 멤브레인은 다양한 구조와 기능을 가지며 다양한 제조방법에 의하여 제조되고 있다.Currently used microporous membranes have various structures and functions and are manufactured by various manufacturing methods.
통상적으로 고분자 멤브레인은 적당한 고분자 용매를 선택하여 고분자 용액을 만들고, 이를 캐스팅하여 얇은 시트로 형성시킨 후, 이를 고체상으로 침적시켜서 제조한다. 상기 침적된 고분자 멤브레인은 일반적으로 공기와 짧은 시간 접촉하고, 침전조의 비용매 액체와 접촉하면서 형성된다. 이러한 방법으로 제조된 멤브레인은 정밀 여과에서 기체투과에 이르는 넓은 범위의 멤브레인 제조방법으로 사용되어 왔다.Typically, the polymer membrane is prepared by selecting a suitable polymer solvent to make a polymer solution, casting it to form a thin sheet, and depositing it in a solid phase. The deposited polymer membrane is generally formed in short contact with air and in contact with the nonsolvent liquid in the settling bath. Membranes prepared in this way have been used in a wide range of membrane preparation methods, from microfiltration to gas permeation.
이러한 미세 다공성 멤브레인의 제조예를 살펴보면, 미국특허 제4,840,733호에서는 폴리술폰계 고분자를 캐스팅하고, 온도, 습도, 풍속 등 제조 조건을 제시하고, 특히 에어 노출시간이 2초, 길게는 30초 범위 내의 비교적 짧은 시간 동안 에어 처리하여, 지지체를 사용하지 않는 단일층 고분자 멤브레인의 제조방법을 개시하고 있다.Looking at the manufacturing example of such a microporous membrane, US Patent No. 4,840,733 casts a polysulfone-based polymer, and presents the manufacturing conditions such as temperature, humidity, wind speed, in particular, the air exposure time is within 2 seconds, 30 seconds long A method of preparing a single layer polymer membrane without air support by air treatment for a relatively short time is disclosed.
또한, 미국특허 제4,933,081호에서는 건식-습식 응고법에 기초하여 멤브레인을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 보다 구체적으로, 상기 특허는 폴리머와 용매를 혼합한 후 폴리비닐피롤리돈 및 비용매로서 물을 균일하게 혼합하고, 이후 캐스팅된 필름을 온도 40℃, 상대습도 60%인 조건 하에서 단계별로 2 ~ 30초 동안 공기에 노출시킨 후, 20℃ 온도에서 응고 및 건조를 통해 비대칭 구조의 미세 다공성 멤브레인을 제조함이 개시되어 있다.In addition, U. S. Patent No. 4,933, 081 discloses a method of making a membrane based on dry-wet coagulation. More specifically, the patent is a polyvinylpyrrolidone and a non-solvent, and then uniformly mixed with water after mixing the polymer and the solvent, and then cast the cast film step by step under a condition of 40 ℃, 60% relative humidity. It is disclosed that after exposure to air for 30 seconds, coagulation and drying at a temperature of 20 ° C. produces a microporous membrane of asymmetric structure.
또한, 미국특허 제5,886,059호에서는 습식 응고법을 기초로 하여 멤브레인을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 보다 구체적으로, 상기 특허에서는 폴리에테르술폰과 용매를 혼합한 후 비용매를 균일하게 첨가하고, 얻어진 용액을 지지체에 캐스팅한 후 공기에 2초 동안 노출시키고, 응고조에서 응고시켜 비대칭 구조의 미세 다공성 멤브레인을 제조하는 것이 개시되어 있다.U. S. Patent No. 5,886, 059 also discloses a method of making a membrane based on wet coagulation. More specifically, in the patent, the non-solvent is uniformly added after mixing the polyether sulfone and the solvent, and the obtained solution is cast on a support, exposed to air for 2 seconds, and solidified in a coagulation bath to form a microporous of asymmetric structure. The manufacture of membranes is disclosed.
또한, 미국특허 제6,939,468호에서는 건식 응고법을 기초로 하여 멤브레인을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 보다 구체적으로, 상기 특허에서는 폴리머와 용매, 비용매를 적절하게 혼합하고, 얻어진 용액을 캐스팅하고 가습공기의 습도 조절과 노출 시간의 조절, 응고조 온도의 조절을 통해 비대칭 구조의 미세 다공성 멤브레인을 제조함이 개시되어 있다.In addition, US Pat. No. 6,939,468 discloses a method for preparing a membrane based on dry coagulation. More specifically, in the patent, an asymmetric microporous membrane is prepared by appropriately mixing a polymer, a solvent, and a non-solvent, casting the obtained solution, controlling humidity and exposure time of a humidified air, and controlling a coagulation bath temperature. It is disclosed.
또한, 대한민국 공개특허 제2003-86741호와 제2003-43283호에서는 폴리에테르술폰막 제조용 조성물 및 이를 이용한 정밀여과용 막의 제조방법을 공지하고 있는 바, 그 제조방법을 통하여 기공조절제인 폴리에틸렌글리콜의 함량을 조절하고, 캐스팅시 일정한 습도 하에서 단시간의 노출만으로, 미세 다공성 및 기공크기를 자유롭게 조절할 수 있다고 기술하고 있다.In addition, Korean Patent Publication Nos. 2003-86741 and 2003-43283 disclose a composition for preparing a polyether sulfone membrane and a method for preparing a microfiltration membrane using the same. The content of polyethylene glycol as a pore control agent through the preparation method is known. It is described that it is possible to freely control the microporosity and pore size by only a short time exposure under constant humidity during casting.
이상에서 살펴본 바와 같이 종래 기술에서 미세 다공성 멤브레인은 크게 3가지 방법, 즉 건식응고법, 습식응고법, 건-습식응고법에 의해 제조하고 있다. 그러나 종래의 기술을 통해 미세 다공성 멤브레인을 제조할 경우 응고시 응고시간이 길어지게 되며, 이에 따라 미세 다공성 멤브레인의 제조 시간이 길어지게 되어, 생산성 저하 및 관련비용 증가가 충분히 예상되며, 복잡한 변수들의 조합을 통해 멤브레인을 제조하고 있기 때문에 고유량 특성을 효율적으로 제조하는데 많은 제약이 있다.As described above, the microporous membrane in the prior art is largely manufactured by three methods, namely, dry coagulation, wet coagulation, and dry wet coagulation. However, when the microporous membrane is manufactured by the conventional technique, the solidification time is increased during solidification, and thus the manufacturing time of the microporous membrane is lengthened, resulting in a sufficiently low productivity and an increase in related costs. Due to the manufacture of the membrane through the membrane there are many constraints to efficiently produce high flow characteristics.
이에, 본 발명자들은 종래의 문제점을 해소하고, 응고시간을 단축하여 생산성을 향상시키고, 증가된 기공도를 가진 고유량의 비대칭 미세 다공성 멤브레인을 얻고자 노력한 결과, 고분자 용액의 응고 단계에서 초음파 처리를 수행함으로써, 미세 다공성 멤브레인을 제조하고, 상기 미세 다공성 멤브레인의 고다공성으로 인한 고유량 특성을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors have tried to solve the conventional problems, shorten the solidification time to improve productivity, and to obtain a high flow rate asymmetric microporous membrane with increased porosity, so that the ultrasonic treatment in the solidification step of the polymer solution By carrying out, the present invention was completed by preparing a microporous membrane and confirming high flow characteristics due to the high porosity of the microporous membrane.
본 발명의 목적은 응고시간이 단축되고, 고다공성 및 고유량의 미세 다공성 멤브레인의 제조방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to shorten the solidification time and to provide a method for producing a microporous membrane of high porosity and high flow rate.
본 발명의 다른 목적은 상기의 제조방법으로 제조되며 0.1 내지 1.0 ㎛의 평균직경을 가지고, 70 내지 80%의 기공도를 가진 미세 다공성 멤브레인을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a microporous membrane prepared by the above production method and having an average diameter of 0.1 to 1.0 μm, and having a porosity of 70 to 80%.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 고분자, 용매 및 첨가제를 포함한 균일한 고분자 용액을 금속판 지지체에 캐스팅 하고, 공기 중에 노출시킨 후, 초음파 응고조에 침지시켜 미세 다공을 형성시키는 미세 다공성 멤브레인의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for producing a microporous membrane which casts a uniform polymer solution including a polymer, a solvent, and an additive to a metal plate support, is exposed to air, and then immersed in an ultrasonic coagulation bath to form micropores. to provide.
또한, 상기 제조방법에 있어서, 공기 중에 노출시킨 후에 상기 노출된 고분자 용액을 초음파 미처리 응고조에 침전시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the manufacturing method may further include the step of precipitating the exposed polymer solution in an ultrasonic untreated coagulation bath after exposure to air.
이때, 상기 공기의 상대습도가 35% 내지 95%이며, 공기의 온도가 22 내지 35℃인 것이 바람직하다.At this time, the relative humidity of the air is 35% to 95%, the temperature of the air is preferably 22 to 35 ℃.
상기 초음파 응고조의 체류시간은 1 내지 60초인 것이 바람직하며, 상기 초음파 미처리 응고조의 체류시간은 1초 내지 30초인 것이 바람직하다. The residence time of the ultrasonic coagulation bath is preferably 1 to 60 seconds, and the residence time of the ultrasonic untreated coagulation bath is preferably 1 second to 30 seconds.
이때, 상기 초음파의 주파수는 15 내지 85 KHz인 것이 바람직하다.At this time, the frequency of the ultrasonic wave is preferably 15 to 85 KHz.
본 발명에 적용되는 상기 고분자 용액은 고분자 및 첨가제 혼합물 5 내지 40 중량% 및 용매 60 내지 95 중량%로 이루어질 수 있으며, 상기 혼합물은 고분자 0.5 내지 3 대 첨가제 7 내지 9.5의 비율로 혼합될 수 있다.The polymer solution applied to the present invention may be composed of 5 to 40% by weight of the polymer and additive mixture and 60 to 95% by weight of the solvent, and the mixture may be mixed at a ratio of 0.5 to 3 polymers to 7 to 9.5 of the additive.
이때, 상기 고분자는 500,000 내지 700,000의 중량평균분자량을 갖는, 폴리에테르술폰, 폴리술폰, 폴리비닐리덴플루오라이드 및 폴리아크릴로니트릴로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나가 사용될 수 있으며, 상기 용매는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 디메틸포름아마이드(DMF), 디메틸설폭사이드(DMSO) 및 디메틸아세트아마이드(DMAc)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상이 사용될 수 있으며, 상기 첨가제는 에틸렌 글리콜, 글리세롤; 메탄올, 에탄올; 아세톤; 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌글리콜로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상이 사용될 수 있다. At this time, the polymer may be any one selected from the group consisting of polyether sulfone, polysulfone, polyvinylidene fluoride and polyacrylonitrile having a weight average molecular weight of 500,000 to 700,000, the solvent is N- One or more selected from the group consisting of methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO) and dimethylacetamide (DMAc) may be used, and the additive may be ethylene glycol, Glycerol; Methanol, ethanol; Acetone; One or more selected from the group consisting of polyvinylpyrrolidone, polyethylene glycol can be used.
나아가, 본 발명은 고분자, 용매 및 첨가제를 포함한 균일한 고분자 용액을 금속판 지지체에 캐스팅 하고, 공기 중에 노출시킨 후, 초음파 응고조에 침지시켜 미세 다공을 형성하는 상기의 방법으로 제조된 미세 다공성 멤브레인을 제공한다.Furthermore, the present invention provides a microporous membrane prepared by the above method of casting a uniform polymer solution including a polymer, a solvent and an additive to a metal plate support, exposing to air, and then immersing in an ultrasonic coagulation bath to form micropores. do.
이때, 상기 미세 다공의 평균직경은 0.1 내지 1.0 ㎛이며 기공도가 70 내지 80%이다.At this time, the average diameter of the micropores is 0.1 to 1.0 ㎛ and porosity is 70 to 80%.
본 발명은 강한 진동을 내는 초음파를 응고단계에 적용함으로써 응고시간의 단축을 통한 생산성 향상과 진동에 의한 고다공성 및 기공형성으로 인해 비대칭 단면을 가짐으로써, 고유량의 비대칭 미세 다공성 멤브레인을 제조할 수 있었으며, 이는 보다 우수한 물성으로 반도체, 제약, 발전폐수 처리에 적용가능하다.The present invention has an asymmetric cross-section due to the improvement of productivity through the reduction of the solidification time and the high porosity and pore formation due to the vibration by applying the ultrasonic wave that gives a strong vibration to the solidification step, thereby producing a high asymmetric microporous membrane. It is applicable to semiconductor, pharmaceutical, power generation wastewater treatment with better physical properties.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명의 일 양태는 고분자, 용매 및 첨가제를 포함한 균일한 고분자 용액을 제조하는 단계; 상기 균일한 고분자 용액을 금속판 지지체에 캐스팅하는 단계; 상기 캐스팅된 용액을 적절한 온도 및 습도의 공기 중에 노출시키는 단계; 및 상기 노출된 고분자 용액을 초음파 응고조에 침지시켜 미세다공성 막을 형성시키는 단계를 포함하는 미세다공성 막의 제조방법을 제공한다.One aspect of the present invention comprises the steps of preparing a uniform polymer solution containing a polymer, a solvent and an additive; Casting the uniform polymer solution on a metal plate support; Exposing the cast solution to air at an appropriate temperature and humidity; And dipping the exposed polymer solution in an ultrasonic coagulation bath to form a microporous membrane.
먼저, 본 발명은 고분자, 용액 및 첨가제를 포함하는 고분자 용액을 제공한다.First, the present invention provides a polymer solution including a polymer, a solution, and an additive.
본 발명에서 사용가능한 고분자는 폴리에테르술폰, 폴리술폰, 폴리비닐리덴플루오라이드 및 폴리아크릴로니트릴 등으로부터 선택되며, 이의 중량평균분자량은 제조되는 미세다공성 멤브레인의 기계적 강도를 고려하여 500,000 내지 700,000의 범위인 것이 바람직하다. Polymers usable in the present invention are selected from polyethersulfone, polysulfone, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile and the like, and the weight average molecular weight thereof is in the range of 500,000 to 700,000 in consideration of the mechanical strength of the microporous membrane prepared. Is preferably.
또한, 본 발명에서 용매는 고분자 및 첨가제를 동시에 용해시킬 수 있는 용매라면 모두 적용 가능하지만, 바람직하게는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 디메틸포름아마이드(DMF), 디메틸설폭사이드(DMSO) 및 디메틸아세트아마이드(DMAc)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 용매 또는 둘 이상의 이러한 용매의 혼합물을 사용할 수 있다. In addition, the solvent in the present invention can be applied to any solvent that can dissolve the polymer and additives at the same time, but preferably N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide ( One solvent selected from the group consisting of DMSO) and dimethylacetamide (DMAc), or mixtures of two or more such solvents.
본 발명에서의 첨가제는 제조되는 미세다공성 멤브레인의 요망되는 성질을 위해 적절하게 조절하거나 개질시킬 수 있는 모든 첨가제를 사용할 수 있으며, 일예로서 미세다공성 멤브레인에 형성되는 기공을 조절하기 위한 첨가제, 즉 기공조절제를 사용할 수 있다. 본 발명에서 사용가능한 기공조절제는 가습 공기내의 수분과 친화력이 있는 친수성 물질이면 충분하며, 보다 바람직하게는 에틸렌 글리콜, 글리세롤 등의 글리콜류; 메탄올, 에탄올 등의 알코올류; 아세톤 등의 케톤류; 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌글리콜 등의 고분자로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 기공조절제 또는 둘 이상의 이러한 기공조절제의 혼합물이 바람직하다.The additive in the present invention may use all additives that can be appropriately adjusted or modified for the desired properties of the microporous membrane to be produced, for example additives for controlling the pores formed in the microporous membrane, ie pore control agent Can be used. The pore control agent usable in the present invention may be a hydrophilic material having affinity for water in humidified air, and more preferably glycols such as ethylene glycol and glycerol; Alcohols such as methanol and ethanol; Ketones such as acetone; Preference is given to one pore control agent or a mixture of two or more such pore control agents selected from the group consisting of polymers such as polyvinylpyrrolidone, polyethylene glycol and the like.
본 발명은 상기 고분자 용액의 조성비의 조절에 따라 표면의 기공 크기를 조절할 수 있으며, 상기 고분자 용액에서 각 성분의 조성비는 전체 조성물에 대해 고분자 및 첨가제 혼합물 5 내지 40 중량% 및 용매 60 내지 95 중량%인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 고분자 및 첨가제 혼합물 8 내지 25 중량% 및 용매 75 내지 92 중량%의 용매의 조성비를 갖는다. The present invention can adjust the pore size of the surface according to the control of the composition ratio of the polymer solution, the composition ratio of each component in the polymer solution is 5 to 40% by weight of the polymer and additive mixture and 60 to 95% by weight solvent It is preferred to have a composition ratio of 8 to 25% by weight of the polymer and additive mixture and 75 to 92% by weight of the solvent.
이때, 상기 혼합물은 고분자 0.5 내지 3 대 첨가제 7 내지 9.5의 비율로 혼합된 것이 바람직하며, 고분자 비율이 0.5 미만이면 대칭구조가 형성되어 본 발명의 목적인 비대칭 멤브레인의 제조에 부합하지 않으며, 3을 초과하는 경우, 응고시 거대기공을 포함한 비대칭구조가 형성되어 막의 기계적 성능에 불리한 단점을 나타낸다.At this time, the mixture is preferably mixed at a ratio of 0.5 to 3 polymers to 7 to 9.5 of the additives, and if the polymer ratio is less than 0.5, a symmetrical structure is formed, which does not correspond to the preparation of an asymmetric membrane for the purpose of the present invention, and more than 3 In case of coagulation, an asymmetric structure including macropores is formed during solidification, which shows disadvantageous disadvantages in mechanical performance of the membrane.
또한, 상기 고분자 용액의 온도는 캐스팅될 금속판 지지체의 온도 보다 높게 유지하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 실온 내지 70℃로 유지한다. 만약 고분자 용액의 온도가 실온 보다 낮으면 고분자 용액의 점도 증가로 투과 유량이 감소하는 문제가 발생할 수 있으며, 70℃를 초과하는 경우 낮은 점도로 인해 캐스팅에 불리한 단점을 나타낸다.In addition, the temperature of the polymer solution is preferably maintained higher than the temperature of the metal plate support to be cast, more preferably from room temperature to 70 ℃. If the temperature of the polymer solution is lower than room temperature, the problem may occur that the permeation flow rate decreases due to the increase of the viscosity of the polymer solution, and when the temperature exceeds 70 ° C, the casting viscosity is disadvantageous due to the low viscosity.
본 발명은 이후, 균일한 고분자 용액을 금속판 지지체에 캐스팅하고, 캐스팅된 용 액을 적절한 온도 및 습도의 공기 중에 노출시킨다.The present invention then casts a homogeneous polymer solution onto the metal plate support and exposes the cast solution to air at an appropriate temperature and humidity.
상기 금속판 지지체는 금속소재로서, 바람직하게는 스테인레스 스틸, 알루미늄 또는 구리 합금 등을 사용할 수 있다.The metal plate support may be a metal material, preferably stainless steel, aluminum, or a copper alloy.
한편, 공기의 적절한 온도는 실온, 즉 25℃ 내지 35℃이며, 이때 공기의 상대습도는 35% 내지 95%의 범위로 유지되는 것이 바람직하다.On the other hand, the appropriate temperature of the air is room temperature, that is, 25 ℃ to 35 ℃, wherein the relative humidity of the air is preferably maintained in the range of 35% to 95%.
또한, 상기 고분자 용액의 공기 중 노출시간은 공기의 온도 및 상대습도에 따라 2초 내지 60초가 바람직하다. 만약, 노출시간이 2초 미만이면 대기 중의 용매의 미약한 확산으로 비대칭구조가 발현되기 어려우며, 60초를 초과하면, 기공의 크기 및 비대칭 구조의 조절이 어렵고 생산성이 저하되는 문제가 발생된다.In addition, the exposure time of the polymer solution in the air is preferably 2 seconds to 60 seconds depending on the temperature and relative humidity of the air. If the exposure time is less than 2 seconds, it is difficult to express an asymmetric structure due to the weak diffusion of the solvent in the air, and if it exceeds 60 seconds, it is difficult to control the size and asymmetric structure of the pores and the productivity is lowered.
본 발명은 이후, 상기 노출된 고분자 용액을 초음파 응고조에 침전시켜 이를 응고시킨다.The present invention then precipitates the exposed polymer solution in an ultrasonic coagulation bath to coagulate it.
초음파 응고조는 초음파 처리를 할 수 있는 초음파 발생 장치, 주파수 조절 장치 및 시간 조절 장치 등을 구비한 응고조로서, 이의 종류는 당업자에게 널리 알려져 있으며, 이에 대해 본 발명에서 제한하지 않는다.The ultrasonic coagulation bath is a coagulation bath including an ultrasonic wave generation device, a frequency control device, a time control device, and the like, which are capable of ultrasonic treatment, and the kind thereof is well known to those skilled in the art, and the present invention is not limited thereto.
이 때, 초음파의 주파수는 15 내지 85 KHz가 바람직하며, 만약 주파수가 15 KHz 미만이면 초음파의 진동으로 인한 기공도 증가가 충분하지 않으며, 85 KHz를 초과하게 되면 강한 진동으로 인하여 형성되는 미세 다공성 멤브레인 의 기공이 파괴되어 바람직하지 않다. At this time, the frequency of the ultrasonic wave is preferably 15 to 85 KHz. If the frequency is less than 15 KHz, the porosity increase due to the vibration of the ultrasonic wave is not sufficient, and if the frequency exceeds 85 KHz, the microporous membrane is formed due to the strong vibration. Pore of is broken and is undesirable.
한편 노출된 고분자 용액의 초음파 응고조 체류시간은 1 내지 60초, 보다 바람직하게는 5 내지 60초이며, 초음파 응고조 체류시간이 1초 미만이면 초음파의 진동으로 인한 기공도 증가가 충분하지 않으며, 60초를 초과하면 초음파로 인하여 기공이 부분적으로 파괴되며, 균일한 멤브레인의 형성이 어려운 문제가 발생한다.Meanwhile, the ultrasonic coagulation bath residence time of the exposed polymer solution is 1 to 60 seconds, more preferably 5 to 60 seconds. If the ultrasonic coagulation bath residence time is less than 1 second, the porosity due to the vibration of the ultrasonic wave is not sufficient. If it exceeds 60 seconds, the pores are partially broken due to the ultrasonic waves, and it is difficult to form a uniform membrane.
상기 초음파 응고조 체류시간 및 주파수를 상기 범위 내에서 적절하게 조절함으로써, 초음파 진동을 통한 기공도 및 다공도를 본 발명에 알맞게 최적으로 조절할 수 있다. 더불어 본 발명의 응고액으로는 물을 포함한 다양한 용매를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 물을 사용한다.By appropriately adjusting the residence time and frequency of the ultrasonic coagulation bath, porosity and porosity through ultrasonic vibration can be optimally adjusted according to the present invention. In addition, as the coagulating solution of the present invention, various solvents including water may be used, and preferably water is used.
본 발명은 이러한 초음파 처리 단계를 수행함으로써, 응고시간을 단축할 수 있으며, 이에 따라 생산성을 향상시킬 수 있으며, 또한 초음파 진동에 의한 고다공성 및 기공형성으로 인해 비대칭 단면을 가지며, 이에 따라 제조되는 미세 다공성 멤브레인의 고유량 특징으로 나타낼 수 있다.The present invention can shorten the solidification time by performing such an ultrasonic treatment step, thereby improving the productivity, and also has an asymmetric cross section due to the high porosity and pore formation by ultrasonic vibration, thereby producing a fine It can be represented by the high flow characteristics of the porous membrane.
또한, 본 발명의 제조방법은 상기 노출된 고분자 용액을 초음파 미처리 응고조에 침전시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the production method of the present invention may further comprise the step of precipitating the exposed polymer solution in an ultrasonic untreated coagulation bath.
이에 따라, 본 발명의 다른 양태는 고분자, 용매 및 첨가제를 포함한 균일한 고분자 용액을 제조하는 단계; 상기 균일한 고분자 용액을 금속판 지지체에 캐스팅하는 단계; 상기 캐스팅된 용액을 적절한 온도 및 습도의 공기 중에 노출시키는 단계; 상기 노출된 고분자 용액을 초음파 미처리 응고조에 침전시키는 단계; 및 상기 노출된 고분자 용액을 초음파 응고조에 침지시켜 미세다공성 막을 형성시키는 단계를 포함하는 하는 미세다공성 멤브레인의 제조방법을 제공한다. Accordingly, another aspect of the present invention is to prepare a uniform polymer solution containing a polymer, a solvent and an additive; Casting the uniform polymer solution on a metal plate support; Exposing the cast solution to air at an appropriate temperature and humidity; Precipitating the exposed polymer solution in an ultrasonic untreated coagulation bath; And immersing the exposed polymer solution in an ultrasonic coagulation bath to form a microporous membrane.
이때, 상기 초음파 미처리 응고조는 이후 초음파 응고조와 동일한 장치를 사용하거나, 다른 장치로 사용할 수 있다. 초음파 미처리 응고조가 초음파 응고조와 동일 한 장치로 사용하는 경우, 이러한 응고조에 초음파 처리의 개시 및 정지를 위한 스위치 또는 이와 균등한 조절장치가 장착될 수 있다. 상기 초음파 미처리 응고조의 체류시간은 1 내지 30초, 보다 바람직하게는 1 내지 5초이다. In this case, the ultrasonic untreated coagulation bath may be used after the same device as the ultrasonic coagulation tank, or may be used as another device. When the ultrasonic untreated coagulation bath is used in the same apparatus as the ultrasonic coagulation bath, the coagulation bath may be equipped with a switch or an equivalent control device for starting and stopping the ultrasonic treatment. The residence time of the ultrasonic untreated coagulation bath is 1 to 30 seconds, more preferably 1 to 5 seconds.
더불어 본 발명의 응고액은 물의 사용이 바람직하다. In addition, the coagulation liquid of the present invention is preferably water.
본 발명의 응고단계를 거친 멤브레인은 또한 표면 내외에 잔존하는 용매를 제거하기 위해 세척과정을 추가로 포함한다. 세척액으로 물의 사용이 바람직하며, 세척시간은 특별히 한정되지는 않으나, 적어도 12시간 이상, 1일 이하가 바람직하다. 본 발명은 에탄올 혹은 메탄올에 침지후 대기중에서 건조하는 과정을 추가로 포함할 수 있으며, 침지 및 건조기간은 특별히 한정하지 않으나, 4시간 이하가 바람직하다.The membrane subjected to the solidification step of the present invention further includes a washing process to remove the remaining solvent in and out of the surface. The use of water as the washing liquid is preferred, and the washing time is not particularly limited, but at least 12 hours or more, preferably 1 day or less. The present invention may further include a step of drying in the air after immersion in ethanol or methanol, the immersion and drying period is not particularly limited, but 4 hours or less is preferred.
나아가, 본 발명은 고분자, 용매 및 첨가제를 포함한 균일한 고분자 용액을 금속판 지지체에 캐스팅 하고, 공기 중에 노출시킨 후, 초음파 응고조에 침지시켜 미세 다공을 형성하는 것을 특징으로 하는 상기의 방법으로 제조된 미세 다공성 멤브레인을 제공한다.In addition, the present invention is a fine polymer produced by the above method, characterized in that to cast a uniform polymer solution containing a polymer, a solvent and an additive to a metal plate support, exposed to air, and then immersed in an ultrasonic coagulation bath to form fine pores Provide a porous membrane.
이때, 상기의 미세 다공성 멤브레인은 100 내지 120 ㎛의 최종 두께를 가지고, 0.1 내지 1.0 ㎛의 평균직경을 갖는 다공성을 포함하고, 70 내지 80%의 기공도를 갖는다.In this case, the microporous membrane has a final thickness of 100 to 120 ㎛, comprises a porous having an average diameter of 0.1 to 1.0 ㎛, and has a porosity of 70 to 80%.
또한, 상기 고분자, 용매 및 첨가제에 대한 구체적인 기재는 앞서 설명된 내용과 동일하다.In addition, the detailed description of the polymer, the solvent and the additive is the same as described above.
상기 본 발명의 양태들에 의해 제조된 미세다공성 멤브레인은 초음파 처리에 따라 진동에 의해 보다 증가된 기공도를 가진 고유량 다공성 멤브레인으로서, 반도체, 제약, 발전폐수 처리 등에 이용가능하다. 즉, 이는 전지용 분리막, 다양한 필터류, 방수의류, 기체투과막, 역삼투 분리막, 한외여과막, 정밀여과막 등에 이용가능하다.The microporous membrane prepared by the embodiments of the present invention is a high flow porous membrane having a porosity increased by vibration in accordance with ultrasonic treatment, and can be used for semiconductor, pharmaceutical, power generation wastewater treatment, and the like. That is, it can be used for battery separator, various filters, waterproof clothing, gas permeable membrane, reverse osmosis membrane, ultrafiltration membrane, microfiltration membrane and the like.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples.
하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. The following examples are merely illustrative of the present invention, but the scope of the present invention is not limited to the following examples.
<실시예 1> ≪ Example 1 >
폴리에테르술폰 수지(H2000, Solvay co. 제조) 15중량%, 디메틸포름아마이드(DMF) 60중량%, 기공조절제인 폴리에테르글리콜(800) 25중량%를 혼합하여 30℃에서 교반하여 완전히 균일한 고분자 용액을 제조하고, 이를 30℃로 계속 유지하면서 용액내 기포를 제거하였다. 이러한 고분자 용액을 스테인레스 스틸 지지체 위에 분당 2m의 속도로 두께가 120㎛ 되도록 균일하게 캐스팅하였다. 캐스팅 직후에 이를 25℃, 상대습도 50%의 공기(Air)에 10초 노출시켰다. 공기에 노출된 고분자 용액을 주파수가 45KHz인 초음파 응고조에 5초 동안 통과시켜 응고시켰다. 이후 수세조에서 멤브레인 내부에 함유되어 있는 잔여 용매성분을 완전히 추출하고, 80℃의 공기로 건조시켜 미세 다공성 멤브레인을 제조하였다.15% by weight of polyethersulfone resin (H2000, manufactured by Solvay co.), 60% by weight of dimethylformamide (DMF), and 25% by weight of polyetherglycol (800), which is a pore regulator, were stirred at 30 ° C. to obtain a completely uniform polymer. The solution was prepared and bubbles were removed from the solution while keeping it at 30 ° C. This polymer solution was uniformly cast on the stainless steel support to a thickness of 120 μm at a rate of 2 m per minute. Immediately after casting it was exposed to air at 25 ° C. and 50% relative humidity for 10 seconds. The polymer solution exposed to air was coagulated by passing it through an ultrasonic coagulation tank having a frequency of 45 KHz for 5 seconds. Thereafter, the remaining solvent component contained in the membrane was completely extracted in a washing tank and dried with air at 80 ° C. to prepare a microporous membrane.
<실시예 2> <Example 2>
초음파 응고조의 체류 시간을 10초간 실시하는 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 미세 다공성 멤브레인을 제조하였다. A microporous membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that the residence time of the ultrasonic coagulation bath was performed for 10 seconds.
<실시예 3> <Example 3>
실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 스테인레스 스틸 지지체 위에 캐스팅하고 공기에 노출시켰다. 이후 공기에 노출된 고분자 용액을 초음파 미처리 응고조에 5초 동안 통과시킨 후, 초음파 응고조에 5초 동안 통과시켜 응고시켰다. 이후 실시예 1과 동일한 방법으로 처리하여 미세 다공성 멤브레인을 제조하였다. The same method as in Example 1 was used to cast on a stainless steel support and exposed to air. Thereafter, the polymer solution exposed to air was passed through the ultrasonic untreated coagulation bath for 5 seconds, and then coagulated by passing it through the ultrasonic coagulation bath for 5 seconds. Thereafter, the same procedure as in Example 1 was performed to prepare a microporous membrane.
<실시예 4> <Example 4>
초음파 응고조의 체류 시간을 10초간 실시한 것을 제외하고 실시예 3과 동일한 방법을 사용하여 미세 다공성 멤브레인을 제조하였다. A microporous membrane was prepared in the same manner as in Example 3 except that the residence time of the ultrasonic coagulation bath was performed for 10 seconds.
<비교예 1> Comparative Example 1
초음파 미처리 응고조를 사용하여 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 미세 다공성 멤브레인을 제조하였다. A microporous membrane was prepared in the same manner as in Example 1 using an ultrasonic untreated coagulation bath.
<실험예>Experimental Example
제조된 미세 다공성 멤브레인을 지름 47mm 디스크 장착 후, 10 psi의 압력을 일정하게 유지하여 단위면적 및 분당 통과 유량을 측정하였다. 측정된 막의 물성을 하기 표 1에 나타내었다.After mounting the prepared microporous membrane 47 mm diameter disk, the pressure of 10 psi was kept constant to measure the unit area and the flow rate per minute. The physical properties of the measured membranes are shown in Table 1 below.
(ml/min*cm2*bar)Flow rate evaluation
(ml / min * cm 2 * bar)
처리ultrasonic wave
process
상기 결과로부터, 상기 실시예 1~4에서 초음파 처리에 의해 제조된 미세 다공성 멤브레인은 초음파 미처리된 비교예 1의 미세 다공성 멤브레인과 비교하여, 투과 유량 증가를 관찰하였으며, 또한 초음파 처리 시간의 증가에 따라, 투과 유량 증가를 관찰하였다. 이러한 특징으로부터 본 발명에 따른 초음파 진동에 의해 미세 다공성 멤브레인의 기공도가 증가하게 되며, 이에 따라 미세 다공성 멤브레인의 투과 유량이 증가함을 알 수 있다.From the above results, the microporous membrane prepared by the ultrasonic treatment in Examples 1 to 4 compared with the microporous membrane of Comparative Example 1 which was not ultrasonically treated, observed an increase in permeate flow rate, and also according to the increase of the ultrasonic treatment time. , Increase in permeation flow rate was observed. It can be seen from this feature that the porosity of the microporous membrane is increased by the ultrasonic vibration according to the present invention, thereby increasing the permeate flow rate of the microporous membrane.
이상에서 기술한 바와 같이, 본 발명은 강한 진동을 내는 초음파를 응고단계에 적용함으로써 응고시간의 단축을 통한 생산성 향상과 진동에 의한 고다공성 및 기공형성으로 인해 비대칭 단면을 가지므로써, 고유량의 비대칭 미세 다공성 멤브레인을 제조할 수 있었으며, 이는 보다 우수한 물성으로 반도체, 제약, 발전폐수 처리에 적용가능하다.As described above, the present invention has an asymmetric cross-section due to high productivity and reduction of the solidification time by applying ultrasonic waves giving a strong vibration to the solidification step and having an asymmetric cross section due to high porosity and pore formation due to vibration. It was possible to produce a microporous membrane, which can be applied to semiconductor, pharmaceutical, power generation wastewater treatment with better physical properties.
이상에서 본 발명은 기재된 실시예에 대해서만 상세히 기술되었지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다. Although the present invention has been described in detail only with respect to the embodiments described, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the technical scope of the present invention, and such modifications and modifications belong to the appended claims.
Claims (13)
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ID=42640704
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020080138167A KR20100079632A (en) | 2008-12-31 | 2008-12-31 | Manufacturing method for high flow micro-porous membrane using sonication and micro-porous membrane thereby |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20100079632A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022240782A1 (en) * | 2021-05-14 | 2022-11-17 | Fresenius Medical Care Holdings, Inc. | Polymeric membrane and methods for the production of same |
WO2024063243A1 (en) * | 2022-09-22 | 2024-03-28 | 국방과학연구소 | Porous polymer structure through ultrasonic spraying and manufacturing method therefor |
-
2008
- 2008-12-31 KR KR1020080138167A patent/KR20100079632A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022240782A1 (en) * | 2021-05-14 | 2022-11-17 | Fresenius Medical Care Holdings, Inc. | Polymeric membrane and methods for the production of same |
WO2024063243A1 (en) * | 2022-09-22 | 2024-03-28 | 국방과학연구소 | Porous polymer structure through ultrasonic spraying and manufacturing method therefor |
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