KR20140113113A - Positive charged poly(vinylidene fluoride) porous membranes and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to positively charged poly(vinylidene fluoride) porous membranes and a manufacturing method thereof, and more particularly, to positively charged poly(vinylidene fluoride) porous membranes, which are formed through an intensive electrostatic interaction between negative charge and cationic polyelectrolyte through oxidation and thus have a significantly low elution property. In addition, the membranes have surface positive charge in various hydrogen-ion concentration ranges, and thus, have a low protein adsorption rate and a high protein recovery rate, and a treatment flow rate of the membranes is increased through an after-treatment for significantly improving permeability. Thus, a filter replacement cycle is improved to save production costs and operating costs of a filter process used in the fields of pharmacy and medicine, so that the membranes are useful to pharmaceutical, medical, and biosimilar filter processes.

Description

양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막 및 그 제조방법{Positive charged poly(vinylidene fluoride) porous membranes and manufacturing method thereof}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a positively charged polyvinylidene fluoride porous separator,

본 발명은 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 분리막 표면에 양전하가 부여되어 특정 단백질에 대한 흡착률이 매우 낮으면서도 동시에 우수한 투수도를 가지는 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막 및 그 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a positively charged polyvinylidene fluoride porous membrane and a method for producing the same. More specifically, the present invention relates to a positively charged polyvinylidene fluoride membrane and a method for producing the same, Vinylidene porous separator and a method for producing the same.

일반 제약, 의학 특히 바이오시밀러 분야에서 단백질 배양액 등으로부터 특정 단백질의 분리, 정제 및 회수는 상업적 가치가 매우 큰 중요한 기술분야로 알려져 있다. 통상 특정 단백질을 분리, 정제 및 회수하기 위해서는 특정 수소이온농도 (pH) 조건하에서 배양액 등의 혼합용액 내에 존재하는 바이러스 및 엔도톡신(endotoxin) 등과 같은 세포 내 독성물질의 제거가 필수적인데 이를 해결하기 위한 대표적인 방법이 양전하가 부여된 다공성 필터 여재를 사용하는 것이다. The separation, purification and recovery of specific proteins from protein culture media, etc., in the fields of general pharmaceuticals, medicine, and especially biosimilars, are known as important technical fields with great commercial value. In order to separate, purify, and recover a specific protein, it is essential to remove intracellular toxic substances such as viruses and endotoxins existing in a mixed solution such as a culture solution under a condition of a specific hydrogen ion concentration (pH) The method is to use a porous filter material that is positively charged.

예를 들면 종래의 미국등록특허 제 4673504 호 및 제 4906374 호에서는 나일론계 고분자와 아크릴계 및 아민 단량체를 이용하여 양전하가 부여된 필터여재 및 이의 제조방법을 개시하고 있다. 그러나 상기의 방법은 단량체와의 결합으로 인해 양이온 농도가 낮고 이로 인해 단백질 흡착률이 높을 뿐 아니라 소수성 필터여재를 이용하지 않은 문제가 있다. For example, conventional U.S. Patent Nos. 4673504 and 4906374 disclose a filter material having a positive charge by using a nylon-based polymer, an acrylic-based monomer and an amine-based monomer, and a manufacturing method thereof. However, the above method has a problem that the cation concentration is low due to the bonding with the monomer, and thus the protein adsorption ratio is high and the hydrophobic filter media is not used.

한편 종래 또 다른 연구개발로는 Polyethersulfone 고분자와 Polyvinylpyrrolidone 혹은 Polyethyleneglycol과 같은 친수성 첨가제를 혼합하여 제막한 뒤 폴리에틸렌이민계 고분자 (polyethyleneimine-epichlorohydrin)와 가교, 후처리하여 양전하성 다공성 분리막의 제조예를 개시하고 있다. 그러나 상술한 방법 또한 막 제조 후 장기에 걸쳐 친수성 첨가제인 PVP와 PEG의 용출성에 문제가 있고, 비록 용출성에 문제가 없더라도 고분자의 가교 코팅으로 인한 기공감소로 인해 투수도가 낮아지는 단점이 있다. Meanwhile, as another research and development, there has been disclosed a production example of a positively charged porous separator by mixing a polyethersulfone polymer with a hydrophilic additive such as polyvinylpyrrolidone or polyethyleneglycol, cross-linking with polyethyleneimine-epichlorohydrin, and post- . However, the above-mentioned method also has a problem in that the hydrophilic additives PVP and PEG can not be dissolved elsewhere over a long period of time after the preparation of the membrane, and even if there is no problem with the elution property, the permeability decreases due to the reduction of pores due to crosslinking of the polymer.

한편, PES고분자와 첨가제인 polyglycidylether 및 polyamine 을 혼합하여 막을 제조한 뒤 가교 열처리를 통해 양이온성 분리막을 제조한 예가 개시되어 있다. 그러나 이 방법 또한 열처리에 의한 polyamine의 분해 가능성이 있으며 양이온 농도 역시 낮은 단점이 있다. On the other hand, an example has been disclosed in which a PES polymer and polyglycidylether and polyamine, which are additives, are mixed to prepare a membrane, followed by cross-linking heat treatment to produce a cationic membrane. However, this method also has the disadvantage of decomposing polyamine by heat treatment and also low cation concentration.

한편, 폴리불화비닐덴계 고분자 분리막 표면에 감마선이나 전자빔을 조사한 뒤 표면 개질된 막 표면에 단량체를 흡착한 후 다시 자외선 조사를 통해 흡착된 단량체의 중합, 코팅을 통해 양전하가 부여된 분리막의 제조방법을 개시하고 있다. 상기의 방법은 그러나 제조공정이 복잡하고 제조비용이 상승하는 단점이 있다.
On the other hand, a method of preparing a membrane having a positive charge through polymerization or coating of a monomer adsorbed on a surface of a polyvinylidene fluoride polymer membrane after irradiating gamma rays or an electron beam onto the surface of the membrane, Lt; / RTI > However, the above method has a disadvantage in that the manufacturing process is complicated and the manufacturing cost is increased.

이상에서 살펴본 바와 같이 종래처럼 분리막 제조 후, 다공성 분리막 표면을 코팅, 가교 등의 방법을 통해 양전하성 다공성 분리막을 제조하게 되면 친수성 코팅으로 인한 공극률의 감소 및 친수성 고분자의 팽윤 현상으로 인한 기공크기 감소로 투수도가 낮아지거나 가교효율이 낮아 단백질 회수율이 감소하는 단점이 있고, 감마선이나 전자빔을 이용하여 막 제조 전, 고분자의 전처리를 통한 양전하성 다공성 분리막을 제조하게 되면 제조공정이 복잡하고 연속생산에 문제가 있으며, 이로 인한 제조비용 또한 상승하는 문제가 발생하게 된다.
As described above, when the porous separator is manufactured through the coating or crosslinking method, the porosity decreases due to the hydrophilic coating and the pore size decreases due to the swelling of the hydrophilic polymer. It is disadvantageous in that the permeability is lowered or the crosslinking efficiency is low and the protein recovery rate is decreased. If the positively charged porous membrane is prepared by pretreatment of the polymer before the membrane production using the gamma ray or electron beam, And there arises a problem that the manufacturing cost is also increased.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 분리막에 양전하가 부여되어 낮은 단백질 흡착률 및 높은 단백질 회수율을 나타내며, 동시에 투수도가 우수하여 다양한 단백질을 회수하는 바이오시밀러 공정 등에 유용하게 사용될 수 있으면서도 제조공정이 단순하고 제조비용이 저렴한 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막을 제공하려는 목적이 있다.
Disclosure of the Invention The present invention has been conceived to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a biosimilar process which has a low protein adsorption rate and a high protein recovery rate, It is an object of the present invention to provide a positive charge polyvinylidene fluoride porous separator which can be used but is simple in manufacturing process and low in manufacturing cost.

상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은,In order to solve the above-described problems,

(1) 폴리불화비닐덴계 분리막을 제조하는 단계; (2) 상기 제조된 폴리불화비닐덴계 분리막을 산화(Oxidation)시키는 단계; (3) 상기 산화된 분리막을 양이온성 고분자 전해질을 포함하는 용액에 침지하여 산화 폴리불화비닐덴계 분리막 표면 상에 양이온성 고분자 전해질 코팅층을 형성하는 단계; 및 (4) 상기 코팅층이 형성된 분리막을 아실할라이드 용액에 침지하여 양이온성 고분자 전해질 코팅층 표면 상에 아미드(amide)기를 가지는 아미드층을 형성하는 단계;를 포함하는 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막의 제조방법을 제공한다.
(1) preparing a polyvinylidene fluoride separation membrane; (2) oxidizing the polyvinylidene fluoride separator prepared above; (3) immersing the oxidized separator in a solution containing a cationic polyelectrolyte to form a cationic polyelectrolyte coating layer on the surface of the oxidized polyvinylidene fluoride separator; And (4) immersing the separation membrane having the coating layer formed thereon in an acyl halide solution to form an amide layer having an amide group on the surface of the cationic polymer electrolyte coating layer. ≪ / RTI >

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 (4)단계 후, (5) 열처리하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
According to a preferred embodiment of the present invention, after the step (4), (5) the step of heat-treating may be further included.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 폴리불화비닐덴계 고분자는 PVDF 단일 중합체, PVDF-HFP 공중합체 및 PVDF-CTFE 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
According to a preferred embodiment of the present invention, the polyvinylidene fluoride-based polymer may include at least one selected from the group consisting of PVDF homopolymer, PVDF-HFP copolymer and PVDF-CTFE copolymer.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 (2)단계는 제조된 폴리불화비닐덴계 분리막을 알칼리 용액 및 알코올의 혼합물 내에서 반응시켜 산화(Oxidation)시킬 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the step (2) may oxidize the polyvinylidene fluoride-based membrane by reacting the polyvinylidene fluoride-based membrane in a mixture of an alkali solution and an alcohol.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 알칼리 용액은 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH) 및 과망간산칼륨(KMnO4)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
According to another preferred embodiment of the present invention, the alkali solution may include at least one selected from the group consisting of potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH), and potassium permanganate (KMnO 4 ).

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르먼, 상기 (3)단계의 양이온성 고분자 전해질은 폴리아릴아민 또는 폴리에틸렌이민 중 어느 하나 이상일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the cationic polyelectrolyte of step (3) may be any one or more of polyarylamine or polyethyleneimine.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 (3)단계의 양이온성 고분자 전해질을 포함하는 용액은 양이온성 고분자 전해질을 2 내지 20중량% 포함할 수 있다.
According to another preferred embodiment of the present invention, the solution containing the cationic polyelectrolyte of the step (3) may contain 2 to 20% by weight of the cationic polymer electrolyte.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 (4)단계의 아실할라이드 용액은 에피클로로히드린(Epichlorohydrine), 아세틸 클로라이드(acetyl chloride), 이소프탈로일 디클로라이드(Isophthaloyl dichloride), 테레프탈로일 디클로라이드 (terephthaloyl dichloride) 및 트리메소닐 클로라이드(Trimesoyl chloride)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 0.1 내지 5중량% 포함할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the acyl halide solution of step (4) is selected from the group consisting of epichlorohydrine, acetyl chloride, isophthaloyl dichloride, terephthaloyl di Terephthaloyl dichloride and trimethoyl chloride may be contained in an amount of 0.1 to 5% by weight.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 열처리는 80 내지 150℃ 에서 30분 내지 2시간 동안 이루어질 수 있다.
According to another preferred embodiment of the present invention, the heat treatment may be performed at 80 to 150 ° C for 30 minutes to 2 hours.

또한, 본 발명은 산화된 폴리불화비닐덴계 고분자층; 상기 산화된 폴리불화비닐덴계 고분자층의 표면에 가교결합하여 형성된 양이온성 고분자 전해질 코팅층; 및상기 양이온성 고분자 전해질 코팅층의 표면에 아미드(amide) 결합하여 형성된 아미드층;을 포함하는 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막을 제공한다.
The present invention also relates to an oxidized polyvinylidene fluoride polymer layer; A cationic polyelectrolyte coating layer formed by crosslinking on the surface of the oxidized polyvinylidene fluoride polymer layer; And an amide layer formed by amide bonding to the surface of the cationic polyelectrolyte coating layer. The present invention also provides a positive electrode polyvinylidene fluoride separator.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 폴리불화비닐덴계 고분자는 PVDF 단일 중합체, PVDF-HFP 공중합체 및 PVDF-CTFE 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the polyvinylidene fluoride-based polymer may include at least one selected from the group consisting of PVDF homopolymer, PVDF-HFP copolymer and PVDF-CTFE copolymer.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 아미드층은 글리시딜(Glycidyl)기, 아세틸(acetyl)기 및 아릴(aryl)기로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
According to another preferred embodiment of the present invention, the amide layer may include at least one selected from the group consisting of a glycidyl group, an acetyl group, and an aryl group.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 폴리불화비닐덴계 고분자층의 두께는 50 내지 200μm, 양이온성 고분자 전해질 코팅층의 두께는 0.1 내지 10μm일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the polyvinylidene fluoride polymer layer may have a thickness of 50 to 200 μm and the cationic polymer electrolyte coating layer may have a thickness of 0.1 to 10 μm.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 아미드층의 두께는 0.005 내지 0.1μm일 수 있다.
According to another preferred embodiment of the present invention, the thickness of the amide layer may be 0.005 to 0.1 mu m.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막은 pH4 에서 제타포텐셜이 18 내지 40mV일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the positively charged polyvinylidene porous separator may have a zeta potential of 18 to 40 mV at pH 4.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막은 pH7에서 제타포텐셜이 10 내지 40mV일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the positively charged polyvinylidene porous separator may have a zeta potential of 10 to 40 mV at pH 7.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막은 pH 10에서 제타포텐셜이 0 내지 15mV일 수 있다.
According to another preferred embodiment of the present invention, the positively charged polyvinylidene porous separator may have a zeta potential of 0 to 15 mV at a pH of 10.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막은 투수도가 80(L/m2hr)이상이며, pH 4.8에서의 BSA 흡착량이 0(μg/cm2)일 수 있다.
According to another preferred embodiment of the present invention, the positively charged polyvinylidene porous separator has a permeability of 80 (L / m 2 hr) or more and a BSA adsorption amount of 0 (μg / cm 2 ) Lt; / RTI >

본 발명의 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막은 분리막 표면의 산화를 통한 음전하와 양이온성 고분자 전해질과의 강한 정전기적 상호작용을 통해 형성되어 용출성이 현저히 낮으며, 다양한 수소이온농도 범위 하에서 표면 양전하를 가짐으로써 낮은 단백질 흡착률 및 높은 단백질 회수율을 기대할 수 있어 제약, 의약 및 바이오시밀러 필터공정에 특히 유용한 특징을 제공한다. 또한, 투수도 저하를 개선하기 위한 후처리를 통해 투수도가 현저히 향상되어 처리유량이 높아지게 되고, 따라서 필터교체 주기 단축을 통해 제약 및 의료 등에 사용되는 필터공정의 생산비용 및 운영비용을 절감할 수 있다.The positively charged polyvinylidene porous separator of the present invention is formed through strong electrostatic interactions between the negative charge through the oxidation of the surface of the separator and the cationic polyelectrolyte and thus the elution is remarkably low. Can provide low protein adsorption rates and high protein recovery rates, which are particularly useful for pharmaceutical, pharmaceutical and biosimilar filter processes. In addition, the post-treatment to improve the permeability degradation significantly improves the permeability to increase the treatment flow rate, thus shortening the filter replacement cycle, thereby reducing the production cost and operating cost of the filter process used in pharmaceutical and medical applications have.

나아가, 본 발명의 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막은 단백질 흡착으로 대표되는 바이오파울링 등의 막오염 문제가 현저히 개선될 수 있어 정수 및 생활 폐수나 산업 폐수 등의 하수 처리장에서 2차 또는 3차 처리, 정화조에 있어서의 고액 분리 등 다양한 수처리 분야 활용에 적합하여 장기간의 수처리 운전이 가능하고, 생산비용 등이 절감될 수 있다.
Furthermore, the positively charged polyvinylidene porous separator membrane of the present invention can significantly improve the problem of membrane contamination such as biofouling represented by protein adsorption, and can be used as a secondary or tertiary solution in sewage treatment plants such as drinking water, Treatment and solid-liquid separation in a septic tank, it is possible to perform a long-term water treatment operation, and production cost can be reduced.

도1a는 비산화 PVDF 분리막의 표면구조를 관찰한 현미경 사진이다.
도1b는 산화된 PVDF 분리막의 표면구조를 관찰한 현미경 사진이다.
도1c 내지 도1e는 산화 PVDF 분리막에 폴리에틸렌이민(PEI)의 농도를 각각 다르게 하여 코팅 후, 에피클로로히드린(ECH)을 결합하여 투수도를 개선한 분리막의 표면구조를 관찰한 현미경 사진이다.
도2는 비산화 PVDF 분리막, 표면 산화 PVDF분리막 및 표면 산화 PVDF분리막에 폴리에틸렌이민(PEI)의 농도를 각각 다르게 하여 코팅한 분리막의 제타포텐셜을 나타낸 그래프이다.
도3은 표면 산화 PVDF 분리막에 폴리에틸렌이민(PEI)의 농도를 각각 다르게 하여 코팅한 후 에피클로로히드린(ECH)을 결합한 분리막의 제타포텐셜을 나타낸 그래프이다.
도4는 산화 PVDF 분리막에 폴리에틸렌이민(PEI)의 농도를 각각 다르게 하여 코팅한 후 트리메소닐 클로라이드(TMC)을 결합한 분리막의 제타포텐셜을 나타낸 그래프이다.
1A is a micrograph showing the surface structure of a non-oxidized PVDF separation membrane.
FIG. 1B is a micrograph showing the surface structure of the oxidized PVDF separation membrane.
FIGS. 1C to 1E are microphotographs showing the surface structure of a separator obtained by coating polyethylene oxide (PEI) on the oxidized PVDF separation membrane at different concentrations and then improving the permeability by binding epichlorohydrin (ECH).
FIG. 2 is a graph showing the zeta potential of a separation membrane coated with a non-oxidized PVDF membrane, a surface oxidized PVDF membrane, and a surface oxidized PVDF membrane at different concentrations of polyethyleneimine (PEI).
FIG. 3 is a graph showing the zeta potential of a separation membrane comprising epichlorohydrin (ECH) after coating the surface oxidized PVDF separation membrane with different concentrations of polyethyleneimine (PEI).
FIG. 4 is a graph showing the zeta potential of a separation membrane in which trimethonyl chloride (TMC) is bonded after coating the oxidized PVDF separation membrane with different concentrations of polyethyleneimine (PEI).

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참고하여 보다 상세히 설명한다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

상술한 바와 같이 종래의 양전하가 부여된 다공성 필터 여재는 친수성 코팅으로 인한 공극률의 감소 및 친수성 고분자의 팽윤 현상으로 인한 기공크기 감소로 투수도가 낮아지거나 가교효율이 낮아 단백질 회수율이 감소하는 단점이 있었으며, 또한, 감마선이나 전자빔을 이용하여 막 제조 전 고분자의 전처리를 통한 양전하성 다공성 분리막을 제조하게 되면 제조공정이 복잡하고 연속생산에 문제가 있으며, 이로 인한 제조비용 또한 상승하는 문제점이 있었다.
As described above, the conventional porous filter media having a positive charge has a disadvantage in that the porosity decreases due to the hydrophilic coating and the pore size decreases due to the swelling of the hydrophilic polymer, resulting in lower permeability or lower crosslinking efficiency, Also, if a positively charged porous separator is prepared by pretreating a polymer by using a gamma ray or an electron beam before the production of a membrane, there is a problem in that the manufacturing process is complicated and there is a problem in continuous production, resulting in an increase in manufacturing cost.

이에 본 발명에서는 (1) 폴리불화비닐덴계 분리막을 제조하는 단계; (2) 상기 제조된 폴리불화비닐덴계 분리막을 산화(Oxidation)시키는 단계; (3) 상기 산화된 분리막을 양이온성 고분자 전해질을 포함하는 용액에 침지하여 산화 폴리불화비닐덴계 분리막 표면 상에 양이온성 고분자 전해질 코팅층을 형성하는 단계; 및 (4) 상기 코팅층이 형성된 분리막을 아실할라이드 용액에 침지하여 양이온성 고분자 전해질 코팅층 표면 상에 아미드(amide)기를 가지는 아미드층을 형성하는 단계;를 포함하는 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막의 제조방법을 제공 함으로써 상술한 문제의 해결을 모색하였다.
Accordingly, the present invention provides a method for producing a polyvinylidene fluoride separator, comprising: (1) preparing a polyvinylidene fluoride separator; (2) oxidizing the polyvinylidene fluoride separator prepared above; (3) immersing the oxidized separator in a solution containing a cationic polyelectrolyte to form a cationic polyelectrolyte coating layer on the surface of the oxidized polyvinylidene fluoride separator; And (4) immersing the separation membrane having the coating layer formed thereon in an acyl halide solution to form an amide layer having an amide group on the surface of the cationic polymer electrolyte coating layer. Method to solve the above-mentioned problem.

이를 통해 다양한 수소이온농도 범위 하에서 표면 양전하를 가짐으로써 낮은 단백질 흡착률 및 높은 단백질 회수율을 나타내면서도 투수도가 현저히 우수한 특징을 가지는 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막을 제공할 수 있다.
As a result, it is possible to provide a positively charged polyvinylidene fluoride separator having characteristics of showing a low protein adsorption rate and a high protein recovery rate and having a high water permeability by having a surface positive charge under various hydrogen ion concentration ranges.

구체적으로, (1)단계는 폴리불화비닐덴계 분리막을 제조한다. Specifically, step (1) produces a polyvinylidene fluoride separator.

폴리불화비닐덴계 분리막을 제조하기 위하여 먼저, 폴리불화비닐덴계 고분자 및 용매를 포함하는 고분자 용액을 제조할 수 있다. 상기 분리막 제조에 사용되는 폴리불화비닐덴계 고분자는 폴리비닐덴플루오라이드(PVDF) 단일 중합체, PVDF-HFP 공중합체(Poly(vinylidenefluoride-co-hexafluoropropylene) 또는 PVDF-CTFE 공중합체(Poly(vinylidenefluoride-co-chlorotrifluoro ethylene) 등의 단독 또는 혼합 형태일 수 있다. 공중합체의 경우 PVDF가 50몰% 이상인 것이 바람직하다.  In order to prepare a polyvinylidene fluoride separation membrane, a polymer solution containing a polyvinylidene fluoride polymer and a solvent can be prepared. The polyvinylidene fluoride polymer used in the preparation of the separator may be a polyvinylidene fluoride (PVDF) homopolymer, a polyvinylidenefluoride-co-hexafluoropropylene (PVDF-HFP) copolymer or a polyvinylidene fluoride- chlorotrifluoro ethylene), etc. In the case of the copolymer, PVDF is preferably 50 mol% or more.

사용되는 폴리불화비닐덴계 중합체는 중량평균 분자량 20만 내지 100만 이하가 바람직하다. 폴리불화비닐덴계 중합체의 분자량이 20만보다 낮으면 제막 후 기계적 강도가 낮아지며, 100만 이상이 되면 점도증가로 인해 제막이 어려울 수 있다. The polyvinylidene fluoride polymer to be used preferably has a weight average molecular weight of 200,000 to 1,000,000. If the molecular weight of the polyvinylidene fluoride polymer is lower than 200,000, the mechanical strength after the film formation is lowered. If the molecular weight is more than 1 million, the film formation may be difficult due to the viscosity increase.

또한, 상기 고분자 용액을 구성하는 용매는 상기 고분자를 균일하게 용해하여 분리막을 제조할 수 있는 것이라면 특별한 제한은 없으나, 보다 바람직하게는 N-메틸피롤리돈, 디메틸아세트아미드, 디메틸설록사이드 또는 디메틸포름아마이드 등의 단독 또는 혼합 형태일 수 있다. 상기 고분자 용액의 조성은 바람직하게는 폴리불화비닐덴계 고분자 10 내지 30 중량% 및 용매 70 내지 90 중량%를 포함할 수 있다. 이때 상기 폴리불화비닐덴계 고분자가 10중량% 미만이면 막형성이 어렵고 제막 후에도 기계적 강도가 낮은 단점이 있으며, 30중량%를 초과하게 되면 투수도가 감소하는 문제가 발생할 수 있다.
The solvent constituting the polymer solution is not particularly limited as long as it can uniformly dissolve the polymer to prepare a separation membrane. More preferably, the solvent is selected from the group consisting of N-methylpyrrolidone, dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, Amide, and the like. The composition of the polymer solution may preferably include 10 to 30% by weight of the polyvinylidene fluoride-based polymer and 70 to 90% by weight of the solvent. If the content of the polyvinylidene fluoride polymer is less than 10% by weight, the film formation is difficult and the mechanical strength is low even after the film formation. If the content exceeds 30% by weight, the permeability may decrease.

이렇게 제조된 폴리불화비닐덴계 고분자 용액을 사용하여 통상의 다공성 분리막 제조 공정을 통해 분리막을 제조할 수 있다. 다공성 분리막을 제조하는 공정은 특별한 제한은 없으나, 바람직하게는 통상의 비용매 유도 상분리 공정을 거쳐 분리막을 제조할 수 있다. 비용매 유도 상분리 공정은 분리막을 제조하기 위해 가장 많이 사용되는 방법으로써 기출원 특허 등을 통해 널리 공지되어 있다. 본 발명에서는 이를 이용한 분리막 제조예를 설명하나 이에 제한되는 것은 아니며 상기 고분자 용액으로 다공성 분리막을 제조하는 것이라면 본 발명의 범위에 해당한다.
The polyvinylidene fluoride polymer solution thus prepared can be used to produce a membrane through a conventional porous membrane production process. The process for producing the porous separation membrane is not particularly limited, but preferably a separation membrane can be produced through a conventional non-solvent-derived phase separation process. The non-solvent induction phase separation process is widely used for manufacturing a separator, and is widely known through a patent application. In the present invention, an example of preparing a separator using the same will be described, but the present invention is not limited thereto and it is within the scope of the present invention to manufacture a porous separator using the polymer solution.

캐스팅을 통한 평막의 경우 상기 고분자 용액을 유리기판 또는 금속기판 등의 비다공성 기판 혹은 부직포 등의 다공성 기재 위에 캐스팅한 후 상기 고분자에 대해 비용매인 응고액 속에 침지하여 응고, 세척, 및 건조단계를 거쳐 다공성 평막을 형성시킬 수 있다. 이때 응고액은 상온 내지 60 ℃ 이하의 물로 구성되는 것이 바람직한데 만약 응고액 온도가 상온 이하이면 막 형성이 지연되어 생산성에 문제가 있으며, 응고액 온도가 60 ℃를 초과하게 되면 막 수축으로 인해 투수도가 감소하는 단점이 있다. 이후 잔존하는 용매 및 미반응 고분자 등을 제거하기 위해 물로 세척하는 단계 및 상온의 대기 하에서 건조하는 단계를 거쳐 다공성 평막을 제조할 수 있다. 이때 세척 및 건조시간은 특별히 한정될 필요는 없으나 세척의 경우 24 시간 이상, 건조의 경우 12 시간 이상이 바람직하다.
In the case of a flat membrane through casting, the polymer solution is cast on a non-porous substrate such as a glass substrate or a metal substrate or a porous substrate such as a nonwoven fabric, and then immersed in the coagulating solution in the non-solvent for coagulation, washing and drying A porous flat membrane can be formed. If the coagulating liquid temperature is below room temperature, there is a problem in productivity because the coagulating liquid is delayed when the coagulating liquid temperature is below room temperature. If the coagulating liquid temperature exceeds 60 ° C, There is a disadvantage in that the temperature decreases. The porous film may be prepared by washing with water to remove remaining solvent and unreacted polymer, and drying under an atmosphere at room temperature. The washing and drying time is not particularly limited, but is preferably 24 hours or more for washing and 12 hours or more for drying.

한편, 다공성 중공 지지체 위에 코팅된 중공사막으로 제조하는 경우, 상기 고분자 용액을 온도가 상온 내지 60℃로 유지되는 이중 노즐의 외부관으로 토출함과 동시에 이중 노즐의 내부관으로 다공성 중공 지지체를 0.1 내지 10m/min로 토출하여 제조할 수 있다. 상기 지지체 위에 코팅된 중공사막은 0 내지 10 cm 길이의 에어갭을 통과한 후 상온 내지 60 ℃이하의 물로 구성된 응고액으로 침지하고, 이후 상기 평막 제조공정과 동일한 세척 및 건조단계를 거쳐 중공 지지체 위에 코팅된 다공성 중공사막을 제조할 수 있다. Meanwhile, when the hollow fiber membrane is coated on the porous hollow support, the polymer solution is discharged into an outer tube of a double nozzle maintained at a temperature of 60 to 60 ° C, and at the same time, 10 m / min. The hollow fiber membrane coated on the support is passed through an air gap having a length of 0 to 10 cm and then immersed in a coagulating solution composed of water at a temperature ranging from room temperature to 60 ° C or lower. A coated porous hollow fiber membrane can be produced.

한편, 또 다른 제조예로써 지지체 없는 중공사막은 상온 내지 60℃로 유지되는 이중노즐의 외부관으로 상기 고분자 용액을 토출함과 동시에 이중노즐의 내부관으로 지지체의 토출 없이 내부 응고제를 1.0 내지 15 ml/min로 주입한 후 토출된 중공사막을 상온 내지 60 ℃이하의 물로 구성된 외부 응고액에 침전시켜 중공사막을 형성시킨 뒤 상기 공정과 동일한 세척, 건조공정을 통해 다공성 중공사막을 제조할 수 있다.
Meanwhile, as another manufacturing example, the hollow fiber membrane without support is discharged from the outer tube of the double nozzle maintained at a room temperature to 60 ° C, and at the same time, the inner coagulant is injected into the inner tube of the double nozzle in an amount of 1.0 to 15 ml / min. The discharged hollow fiber membrane is precipitated in an external coagulating liquid composed of water at a temperature ranging from room temperature to 60 ° C to form a hollow fiber membrane, and then the porous hollow fiber membrane can be manufactured through the same washing and drying processes as those described above.

다음으로, (2)단계는 상기 제조된 폴리불화비닐덴계 분리막을 산화(Oxidation)시킨다. Next, in step (2), the produced polyvinylidene fluoride-based membrane is oxidized.

상기 제조된 폴리불화비닐덴계 분리막은 산화 반응을 통해 비산화 폴리불화비닐덴계 분리막에 비하여 더욱 음전하를 띠는 다공성 분리막을 형성할 수 있다.  The prepared polyvinylidene fluoride separator can form a porous separator that is more negatively charged than the non-oxidized polyvinylidene fluoride separator through the oxidation reaction.

폴리불화비닐덴계 분리막을 산화시키기 위해 반응 매체로써 알코올과 산화제로써 알칼리 용액의 혼합물 내에 분리막을 침지시킬 수 있다. 이때 산화 단계에 사용되는 반응매체인 알코올은 메탄올, 에탄올 또는 이소프로필알코올 등의 단독 또는 혼합 형태일 수 있으며, 가장 바람직하게는 메탄올일 수 있다. 산화 단계에 사용되는 알칼리 용액은 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH) 또는 과망간산칼륨(KMnO4)등의 단독 또는 혼합형태를 포함하는 알칼리 수용액일 수 있으며, 가장 바람직하게는 수산화칼륨(KOH) 수용액일 수 있다.In order to oxidize the polyvinylidene fluoride separation membrane, the separation membrane can be immersed in a mixture of an alkali solution and an alcohol as a reaction medium and an oxidizing agent. The alcohol used as the reaction medium in the oxidation step may be methanol, ethanol, or isopropyl alcohol, or the like, and most preferably methanol. The alkali solution used in the oxidation step may be an aqueous alkaline solution containing a single or mixed form of potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH) or potassium permanganate (KMnO 4 ), and most preferably potassium hydroxide (KOH) Aqueous solution.

한편, 상기 알칼리 용액 내의 산화제(KOH 등)의 농도는 반응시간 및 반응온도와 연계하여 적절히 고려될 수 있으며, 바람직하게는 1 내지 30중량%일 수 있다. 산화제 농도가 1중량% 미만이면 산화물의 형성이 어렵고, 30중량%를 초과하면 제막 후 고분자의 변성으로 인해 기계적 강도가 약해지는 단점이 있다. On the other hand, the concentration of the oxidizing agent (KOH or the like) in the alkali solution may be appropriately considered in connection with the reaction time and the reaction temperature, and may be preferably 1 to 30% by weight. When the oxidizing agent concentration is less than 1 wt%, formation of oxides is difficult. When the oxidizing agent concentration is more than 30 wt%, mechanical strength is weakened due to denaturation of the polymer after film formation.

이 때 상기 알코올과 알칼리 용액의 혼합 중량비는 3 : 1 내지 20 : 1인 것이 바람직하다.The weight ratio of the alcohol to the alkali solution is preferably 3: 1 to 20: 1.

또한, 폴리불화비닐덴계 분리막 산화를 위한 반응시간은 크게 한정될 필요는 없으나, 보다 바람직하게는 30분 내지 10시간 동안 반응시킬 수 있다. 만약 반응시간이 30분 미만이면 분리막 표면의 음이온 농도가 낮고, 10시간을 초과하게 되면 기계적 강도가 감소하는 단점이 있다. 이렇게 제조된 음전하를 띠는 표면산화 폴리비닐덴계 다공성 분리막은 알코올 등으로 세척하고, 60 내지 90℃ 분위기 하에서 1 내지 3시간 의 건조를 통해 완성될 수 있다.
Also, the reaction time for the oxidation of the polyvinylidene fluoride separation membrane is not necessarily limited, but more preferably 30 minutes to 10 hours. If the reaction time is less than 30 minutes, the anion concentration on the surface of the membrane is low, and if it exceeds 10 hours, the mechanical strength is decreased. The negatively charged surface oxidized polyvinylidene porous separator membrane thus prepared can be cleaned with alcohol or the like and then dried for 1 to 3 hours under an atmosphere of 60 to 90 ° C.

다음, (3)단계는 상기 산화된 분리막을 양이온성 고분자 전해질을 포함하는 용액에 침지하여 양이온성 고분자 전해질을 코팅한다. Next, in step (3), the oxidized separator is immersed in a solution containing a cationic polymer electrolyte to coat the cationic polymer electrolyte.

산화된 폴리불화비닐덴계 분리막 표면은 비산화 폴리불화비닐덴계 분리막에 비하여 더욱 음전하를 띠어 양이온성 고분자 전해질과 강한 정전기적 상호작용을 통해 결합하여 양이온성 물질의 용출성을 현저히 낮출 수 있다. 만약 비산화 폴리불화비닐덴계 분리막에 양이온성 고분자 전해질을 코팅하는 경우 결합력이 약해지고 수투과 시 고분자 전해질이 용출되어 양전하 세기가 감소하고 이로 인해 단백질 흡착이 발생하는 문제가 발생할 수 있다. The surface of the oxidized polyvinylidene fluoride separation membrane is more negatively charged than the non - oxidized polyvinylidene fluoride separation membrane and can bind to the cationic polyelectrolyte through strong electrostatic interaction to significantly reduce the elution of the cationic material. If the non-oxidized polyvinylidene fluoride separation membrane is coated with a cationic polymer electrolyte, the bonding force is weakened, and the polymer electrolyte is eluted at the time of water permeation, so that the positive charge intensity is decreased and protein adsorption may occur.

또한, 본 발명은 분리막 표면에 양이온성 고분자 전해질 코팅층을 형성하여 양전하가 부여된 분리막을 제조함으로써 단백질 흡착률을 현저히 낮출 수 있다. 만약 산화 폴리비닐덴계 분리막에 양이온성 고분자 전해질을 코팅하지 않는 경우 다공성 분리막은 음전하를 띠게 되고, 단백질 배양 시 발생되는 엔도톡신 등의 세포 내 독성물질 제거가 어려운 단점이 있어 다양한 단백질을 회수하는 바이오시밀러 공정 등에 부적합하다.
In addition, the present invention can remarkably lower the protein adsorption rate by forming a cationic polymer electrolyte coating layer on the surface of the separation membrane to produce a separation membrane having a positive charge. If the polyvinylidene oxide separation membrane is not coated with a cationic polymer electrolyte, the porous separation membrane becomes negatively charged and it is difficult to remove intracellular toxic substances such as endotoxin generated during protein culture. Therefore, a biosimilar It is not suitable for the process.

양이온성 고분자 전해질을 코팅하게 위하여 상기 산화된 분리막을 양이온성 고분자 전해질 용액에 침지시킬 수 있다. 상기 양이온성 고분자 전해질은 폴리아릴아민 (Polyallylamine) 또는 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine) 중 어느 하나 이상을 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine)일 수 있다. 또한, 상기 양이온성 고분자 전해질 용액의 용매는 양이온성 고분자 전해질을 용해시키는 것이라면 특별한 제한은 없으나 바람직하게는 물일 수 있으며, 양이온성 고분자 전해질의 농도는 산화된 폴리불화비닐리덴 분리막의 표면 음이온 농도에 따라 달라질 수 있으나 본 발명에서는 2 내지 20 중량%가 바람직하다. 만약 양이온성 고분자 전해질의 농도가 2중량% 미만이면 양이온 농도가 낮아 단백질 흡착율이 높은 단점이 있으며, 20중량%를 초과하게 되면 미반응 양이온 고분자 전해질이 발생되어 효율적이지 못하다. 침지시간은 30분 내지 5시간이 바람직한데 만약 침지시간이 30분 미만이면 양이온 농도가 낮은 단점이 있고, 5시간을 초과하게 되면 생산성에 문제가 될 수 있다. 양이온성 고분자 전해질 용액에 침지한 이후 분리막은 알코올 등으로 수 회 세척 후 60 내지 90 ℃의 오븐 하에서 1 내지 3시간의 건조를 통해 완성될 수 있다.
In order to coat the cationic polymer electrolyte, the oxidized separator may be immersed in the cationic polymer electrolyte solution. The cationic polymer electrolyte may be at least one selected from the group consisting of polyallylamine and polyethyleneimine, and more preferably polyethyleneimine. Further, the solvent of the cationic polyelectrolyte solution is not particularly limited as long as it dissolves the cationic polyelectrolyte, but it may preferably be water. The concentration of the cationic polyelectrolyte depends on the surface anion concentration of the oxidized polyvinylidene chloride separator But it is preferably 2 to 20% by weight in the present invention. If the concentration of the cationic polymer electrolyte is less than 2% by weight, the cation concentration is low and the protein adsorption rate is high. If the concentration exceeds 20% by weight, unreacted cationic polymer electrolyte is generated, which is not efficient. The immersion time is preferably 30 minutes to 5 hours. If the immersion time is less than 30 minutes, the cation concentration is low. If the immersion time exceeds 5 hours, productivity may be a problem. After immersing in the cationic polyelectrolyte solution, the separator may be washed several times with alcohol or the like, and then dried in an oven at 60 to 90 ° C for 1 to 3 hours.

다음, (4)단계는 상기 코팅층이 형성된 분리막을 아실할라이드 용액에 침지하여 양이온성 고분자 전해질 코팅층 표면 상에 아미드기를 가지는 아미드층을 형성시킨다.Next, in step (4), the separation membrane having the coating layer formed thereon is immersed in an acyl halide solution to form an amide layer having an amide group on the surface of the cationic polymer electrolyte coating layer.

상술한 바와 같이 양이온성 고분자 전해질이 코팅된 상기 분리막은 코팅으로 인한 기공 감소와 투수도 측정 시 물과의 팽윤 현상에 의해 낮은 투수도를 나타낸다. 이에 본 발명은 양이온성 고분자 전해질이 코팅된 분리막의 표면에 잔존하는 아민기와 아실할라이드기 간의 반응으로 양이온성 고분자 전해질 코팅층 표면상에 아미드(amide)결합을 가지는 아미드층을 형성함으로써 기공 확대 및 물과의 접촉 시 발생하는 팽윤 현상을 현저히 억제하였으며, 투수도를 현저히 개선하였다. 따라서 본 발명의 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막은 우수한 양전하를 가짐과 동시에 투수도가 현저히 개선됨으로써 제약, 의약 및 바이오시밀러 필터공정에 유용하게 사용될 수 있다.
As described above, the separator coated with the cationic polymer electrolyte exhibits low permeability due to pore reduction due to coating and swelling with water when measuring permeability. Accordingly, the present invention provides an amide layer having an amide bond on the surface of a cationic polyelectrolyte coating layer by reaction between an amine group and an acyl halide group remaining on the surface of a separator coated with a cationic polyelectrolyte, And the water permeability was remarkably improved. Therefore, the positively charged polyvinylidene porous separator of the present invention has excellent positive charge and significantly improved water permeability, and thus can be usefully used in pharmaceutical, pharmaceutical, and biosimilar filter processes.

구체적으로, 상기 양이온성 고분자 전해질이 코팅된 분리막은 아실할라이드 용액에 침지하는데, 상기 아실할라이드 용액은 에피클로로히드린(Epichlorohydrine), 아세틸클로라이드(acetyl chloride), 이소프탈로일 디클로라이드(Isophthaloyl dichloride), 테레프탈로일 디클로라이드 (terephthaloyl dichloride) 또는 트리메소닐 클로라이드(Trimesoyl chloride) 등의 단독 또는 혼합 형태의 단량체를 포함할 수 있으며, 가장 바람직하게는 에피클로로히드린(Epichlorohydrine)계 단량체를 포함할 수 있다. 상기 할라이드 용액의 용매는 상기 단량체들을 균일하게 용해할 수 있는 것이라면 특별한 제한은 없으나 바람직하게는 헥산일 수 있다. 또한, 할라이드 용액에 있어서 상기 단량체들의 농도는 0.1 내지 5중량%가 바람직하다. 만약 단량체의 농도가 0.1% 미만이거나 5중량%을 초과하게 되면 이면 투수도 개선 효과가 미미하다. 침지 시간은 크게 제한되지는 않으나, 보다 바람직하게는 투수도 개선 및 생산성을 고려하여 5분 내지 1시간 동안 침지할 수 있다.
Specifically, the separation membrane coated with the cationic polyelectrolyte is immersed in an acyl halide solution, and the acyl halide solution may include epichlorohydrine, acetyl chloride, isophthaloyl dichloride, May include monomers in the form of terephthaloyl dichloride or trimethoyl chloride, or the like, and most preferably may contain epichlorohydrine-based monomer (s) . The solvent of the halide solution is not particularly limited as long as it can dissolve the monomers uniformly, but hexane may be preferably used. The concentration of the monomers in the halide solution is preferably 0.1 to 5% by weight. If the concentration of the monomer is less than 0.1% or exceeds 5% by weight, the improvement in the water permeability is insignificant. The immersion time is not particularly limited, but it is more preferable to immerse for 5 minutes to 1 hour in consideration of water permeability improvement and productivity.

마지막으로, (5)단계는 상기 분리막을 열처리할 수 있다.Finally, step (5) may heat treat the separator.

아실할라이드 용액에 침지한 후, 분리막을 세척할 수 있으며, 이후 분리막을 열처리함에 따라 아미드(amide)결합의 형성을 촉진하고, 이를 통해 양이온성 고분자 전해질의 용출을 억제하고 기공확대 및 투수도가 증가하는 효과가 있다. After immersing in an acyl halide solution, the separator can be washed, followed by heat treatment to promote amide bond formation, thereby inhibiting dissolution of the cationic polymer electrolyte and increasing porosity and permeability .

상기 열처리는 80 내지 150℃에서 30분 내지 2시간 동안 수행할 수 있다. 만약 열처리 온도 80 ℃ 미만이면 아미드 반응이 느리거나 아미드 결합이 충분히 일어나지 않으며 150℃를 초과하는 경우 양이온성 고분자 전해질의 분해를 유도할 수 있다. 또한 열처리 시간이 30분 미만이면 아미드 결합이 충분치 않으며 2시간을 초과하는 경우 투수도 개선의 효과가 미미하거나 생산성이 크게 저하되는 문제점이 있다.
The heat treatment may be performed at 80 to 150 ° C for 30 minutes to 2 hours. If the heat treatment temperature is lower than 80 ° C, the amide reaction is slow or the amide bond does not sufficiently occur. If the temperature exceeds 150 ° C, decomposition of the cationic polyelectrolyte may be induced. If the heat treatment time is less than 30 minutes, the amide bond is not sufficient. If the heat treatment time is more than 2 hours, the effect of improving the water permeability is insignificant or the productivity is greatly deteriorated.

또한, 상기와 같이 제조된 본 발명의 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막은 산화된 폴리불화비닐덴계 고분자층; 상기 산화된 폴리불화비닐덴계 고분자층의 표면에 가교결합하여 형성된 양이온성 고분자 전해질 코팅층; 및 상기 양이온성 고분자 전해질 코팅층의 표면에 아미드(amide) 결합하여 형성된 아미드층;를 포함한다. In addition, the positively charged polyvinylidene-based porous separator of the present invention produced as described above comprises an oxidized polyvinylidene fluoride polymer layer; A cationic polyelectrolyte coating layer formed by crosslinking on the surface of the oxidized polyvinylidene fluoride polymer layer; And an amide layer formed by amide bonding to the surface of the cationic polyelectrolyte coating layer.

본 발명의 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막은 비산화 폴리불화비닐덴계고분자층에 비하여 더욱 음전하를 띠는 산화된 폴리불화비닐덴계 고분자층에 양이온성 고분자 전해질이 강한 정전기적 상호작용을 통해 가교결합하여 형성되므로 양이온성 물질의 용출성을 현저히 낮출 수 있다. 만약 비산화 폴리불화비닐덴계 고분자층에 양이온성 고분자 전해질을 코팅하는 경우 결합력이 약해지고 수투과 시 고분자 전해질이 용출되어 양전하 세기가 감소하고 이로 인해 단백질 흡착이 발생하는 문제가 발생할 수 있다 The positive-acting polyvinylidene-based porous separator of the present invention is characterized in that the polyvinylidene fluoride polymer layer, which is more negatively charged than the non-oxidized polyvinylidene fluoride polymer layer, is crosslinked through strong electrostatic interaction with the polyvinylidene fluoride polymer layer The elution of the cationic substance can be remarkably lowered. If the non-oxidized polyvinylidene fluoride polymer layer is coated with a cationic polymer electrolyte, the bonding force is weakened, and the polymer electrolyte is eluted at the time of water permeation, so that the positive charge intensity is decreased and protein adsorption may occur.

또한, 산화 폴리비닐덴계 고분자층만을 포함하고 양이온성 고분자 전해질을 코팅하지 않는 경우 다공성 분리막은 음전하를 띠게 되고, 단백질 배양 시 발생되는 엔도톡신 등의 세포 내 독성물질 제거가 어려운 단점이 있어 다양한 단백질을 회수하는 바이오시밀러 공정 등에 부적합하다. In addition, when the porous separator contains only the polyvinylidene oxide polymer layer and is not coated with the cationic polymer electrolyte, the porous separator is negatively charged, and it is difficult to remove intracellular toxic substances such as endotoxin generated during protein culture, It is not suitable for the biosimilar process.

한편, 본 발명의 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막은 우수한 양전하를 가짐으로써 단백질 흡착률을 현저히 낮추면서도 양이온성 고분자 전해질이 코팅된 분리막의 표면에 잔존하는 아민기와 아실할라이드기 간의 반응으로 양이온성 고분자 전해질 코팅층 표면상에 아미드(amide)결합을 가지는 아미드층을 형성함으로써 기공 확대 및 물과의 접촉 시 발생하는 팽윤 현상을 현저히 억제하였으며, 투수도가 현저히 개선될 수 있다.
On the other hand, the positively charged polyvinylidene porous separator of the present invention has a good positive charge, thereby remarkably lowering the protein adsorption rate. However, due to the reaction between the amine group and the acyl halide group remaining on the surface of the separator coated with the cationic polyelectrolyte, By forming an amide layer having an amide bond on the surface of the electrolyte coating layer, the pore enlargement and the swelling phenomenon occurring upon contact with water are significantly suppressed, and the permeability can be remarkably improved.

본 발명의 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막은 평막 또는 중공사막일 수 있으며, 상기 폴리불화비닐덴계 고분자층의 두께는 50 내지 200μm, 양이온성 고분자 전해질 코팅층의 두께는 0.1 내지 10μm일 수 있다. 양이온성 고분자 전해질 코팅층의 두께가 0.1μm 미만일 경우 양전하성이 감소하여 단백질 흡착율이 높아지는 단점이 있으며, 10μm를 초과할 경우 투수도가 감소하는 단점이 있다.  The positively charged polyvinylidene porous separator of the present invention may be a flat membrane or a hollow fiber membrane. The thickness of the polyvinylidene fluoride polymer layer may be 50-200 탆, and the thickness of the cationic polymer electrolyte coating layer may be 0.1-10 탆. When the thickness of the cationic polyelectrolyte coating layer is less than 0.1 m, the positivity decreases and the protein adsorption rate increases. When the thickness exceeds 10 m, the permeability decreases.

또한, 본 발명 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막의 상기 아미드층은 글리시딜(Glycidyl)기, 아세틸(acetyl)기 또는 아릴(aryl)기 등의 단독 또는 혼합 형태를 포함할 수 있으며, 상기 아미드층의 두께는 0.005 내지 0.1μm 일 수 있다. 아미드층의 두께가 0.005μm 미만이거나 0.1μm 를 초과할 경우 투수도 개선의 효과가 미미한 단점이 있다.
In addition, the amide layer of the positive charge polyvinylidene fluoride separator of the present invention may contain a single or mixed type of glycidyl group, acetyl group or aryl group, The thickness of the layer may be from 0.005 to 0.1 mu m. When the thickness of the amide layer is less than 0.005 占 퐉 or more than 0.1 占 퐉, the effect of improving the water permeability is insignificant.

이와 같은 본 발명의 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막은 다양한 수소이온농도 범위 하에서 양전하를 가짐으로써 낮은 단백질 흡착률 및 높은 단백질 회수율을 나타낼 수 있다. 구체적으로, 상기 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막은 pH4 에서는 제타포텐셜이 18 내지 40mV일 수 있고, pH7에서는 제타포텐셜이 10 내지 40mV일 수 있으며, pH 10에서는 제타포텐셜이 0 내지 15mV을 만족할 수 있다. The positively charged polyvinylidene porous separator of the present invention can exhibit a low protein adsorption rate and a high protein recovery rate by having a positive charge under various hydrogen ion concentration ranges. Specifically, the positively charged polyvinylidene fluoride porous separator may have a zeta potential of 18 to 40 mV at pH 4, a zeta potential of 10 to 40 mV at pH 7, and a zeta potential of 0 to 15 mV at pH 10 .

도3은 표면 산화된 PVDF 분리막에 폴리에틸렌이민(PEI)의 농도를 각각 다르게 하여(각각 5, 7, 10중량%) 코팅한 후 에피클로로히드린(ECH)을 결합한 분리막의 제타포텐셜을 나타낸 것이다. 5중량% 폴리에틸렌이민(PEI)를 코팅한 경우 pH10에서 약간의 음전하를 띠는 것을 제외하고는 pH4, 7, 10에서 각각 상술한 제타포텐셜을 모두 만족하며, pH 4 내지 10의 범위 내에서 모두 완전한 표면 양전하를 가지는 것을 확인할 수 있다.FIG. 3 shows the zeta potential of a membrane obtained by coating a surface-oxidized PVDF membrane with polyethyleneimine (PEI) at different concentrations (5, 7, and 10 wt%, respectively) and then with epichlorohydrin (ECH). When 5 wt% polyethyleneimine (PEI) was coated, the zeta potentials were all satisfied at pH 4, 7, and 10, except that they had a slight negative charge at pH 10, Surface positive charge can be confirmed.

또한, 본 발명의 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막은 상기 양전하 특성을 만족하여 pH 4.8에서의 BSA 흡착량이 0(μg/cm2)을 나타내면서도 동시에 투수도가 현저히 개선되어 80(L/m2hr)이상의 우수한 투수도를 나타낼 수 있다.
Further, positive charge property polyvinyl fluoride dengye porous separator of the present invention is also pitching also is significantly improved at the same time, indicating a 0 (μg / cm 2) the amount of BSA adsorbed at pH 4.8 and satisfies the positive features 80 (L / m 2 hr) or higher.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the following examples should not be construed as limiting the scope of the present invention, and should be construed to facilitate understanding of the present invention.

<실시예1>&Lt; Example 1 >

용매인 NMP (N-methyl pyrrolidone, DAEJUNG) 400g을 담고 있는 플라스크에 PVDF단일 중합체(Solvay 1015, Mw; 570,000) 100g을 투입하였다. 이후 용액의 온도를 65℃로 유지함과 동시에 rpm 200으로 2시간 교반한 후 균일한 고분자 용액을 제조하였다. 제조된 용액의 일부를 상온의 금속(sus)기판 위에 부은 뒤 casting knife를 이용하여 두께가 200μm가 되도록 제막한 후 상온의 흐르는 수도수에 24시간 세척하였다. 이후 80℃ 오븐에 24시간 건조하여 다공성 PVDF 분리막을 제조하였다.100 g of PVDF homopolymer (Solvay 1015, Mw: 570,000) was added to a flask containing 400 g of NMP (N-methyl pyrrolidone, DAEJUNG) as a solvent. Thereafter, the temperature of the solution was maintained at 65 ° C, and the solution was stirred at rpm 200 for 2 hours to prepare a homogeneous polymer solution. A part of the prepared solution was poured on a substrate of a normal temperature, and the film was formed to a thickness of 200 μm by using a casting knife, and then washed for 24 hours in flowing tap water at room temperature. Thereafter, the membrane was dried in an oven at 80 ° C for 24 hours to prepare a porous PVDF membrane.

상기 PVDF 분리막을 산화하기 위하여 메탄올 1000g과 5중량 %의 수산화칼륨(KOH) 수용액 100g을 혼합한 용액에 상기 PVDF분리막 시편을 4시간 동안 침지하였다. 이후 0℃로 유지된 메탄올을 이용하여 3회 세척하고, 80℃ 오븐에 2시간 건조하여표면 산화 PVDF 다공성 분리막을 제조하였다.In order to oxidize the PVDF separation membrane, the PVDF separation membrane specimen was immersed in a solution of 1000 g of methanol and 100 g of a 5 wt% potassium hydroxide (KOH) aqueous solution for 4 hours. Thereafter, the membrane was washed three times with methanol maintained at 0 ° C and dried in an oven at 80 ° C for 2 hours to prepare a surface oxidized PVDF porous separator.

이후, 30중량% 폴리에틸렌이민(PEI)수용액 (Mn 70,000, Wako) 17g 과 증류수 83g을 혼합하여 폴리에틸렌이민 농도가 5.1 중량%인 균일한 양이온성 고분자 전해질 수용액을 제조하였다. 이후 상기 수용액에 표면 산화 PVDF 다공성 분리막을 2시간 동안 침지하고 메탄올로 수 회 세척한 후 80℃ 오븐에 2시간 동안 건조시켰다. 한편, 에피클로로히드린(Epichlorohydrin, ECH)(Daejung) 5g과 헥산 995g을 혼합하여 0.5중량%의 epichlorohydrin(ECH) 용액을 제조하였다. 연속하여 상기 건조된 분리막 시편을 epichlorohydrin 용액에 30분간 침지시킨 후 꺼내어 120℃ oven에서 1시간 동안 열처리하고 이 후 메탄올로 수회 세척 후 다시 80℃ 오븐에서 2시간 건조하여 투수도가 개선된 양전하성 폴리불화비닐리덴계 다공성 분리막을 제조하였다.
Thereafter, 17 g of a 30 wt% polyethyleneimine (PEI) aqueous solution (Mn 70,000, Wako) and 83 g of distilled water were mixed to prepare a uniform aqueous solution of a cationic polyelectrolyte having a polyethyleneimine concentration of 5.1 wt%. Then, the surface-oxidized PVDF porous membrane was immersed in the aqueous solution for 2 hours, washed several times with methanol, and then dried in an oven at 80 ° C for 2 hours. On the other hand, 5 g of epichlorohydrin (ECH) (Daejung) and 995 g of hexane were mixed to prepare a 0.5 wt% epichlorohydrin (ECH) solution. The dried separator specimens were immersed in an epichlorohydrin solution for 30 minutes, and then heat-treated at 120 ° C oven for 1 hour, washed several times with methanol, and then dried in an oven at 80 ° C for 2 hours to obtain a positively charged poly A vinylidene fluoride porous separator was produced.

<실시예2>&Lt; Example 2 >

30중량% 폴리에틸렌이민(PEI)수용액(Mn 70,000, Wako) 23g과 증류수 77g을 혼합하여 농도가 6.9중량%인 폴리에틸렌이민(PEI)수용액에 표면 산화 PVDF 다공성 분리막을 침지한 것을 제외하고는 실시예1과 동일하게 실시하여 제조하였다.
Except that 23 g of a 30 wt% polyethyleneimine (PEI) aqueous solution (Mn 70,000, Wako) and 77 g of distilled water were mixed to immerse the surface oxidized PVDF porous separation membrane in a polyethyleneimine (PEI) aqueous solution having a concentration of 6.9 wt% . &Lt; / RTI &gt;

<실시예3>&Lt; Example 3 >

30중량% 폴리에틸렌이민(PEI)수용액(Mn 70,000, Wako) 33g과 증류수 67g을 혼합하여 농도가 9.9중량%인 폴리에틸렌이민(PEI)수용액에 표면 산화 PVDF 다공성 분리막을 침지한 것을 제외하고는 실시예1과 동일하게 실시하여 제조하였다.
Except that 33 g of a 30 wt% polyethyleneimine (PEI) aqueous solution (Mn 70,000, Wako) and 67 g of distilled water were mixed to immerse the surface oxidized PVDF porous separation membrane in a polyethyleneimine (PEI) aqueous solution having a concentration of 9.9 wt% . &Lt; / RTI &gt;

<실시예4><Example 4>

에피클로로히드린(Epichlorohydrin)을 대신하여 트리메소닐 클로라이드(Trimesoyl chloride, TMC) (Aldrich) 5g을 헥산 995g과 혼합하여 0.5중량%의 Trimesoyl chloride (TMC) 용액을 제조한 후, PEI 코팅된 분리막을 침지한 것을 제외하고는 실시예1과 동일하게 실시하여 제조하였다.
5 g of trimethoyl chloride (TMC) (Aldrich) was mixed with 995 g of hexane in place of epichlorohydrin to prepare a 0.5 wt% trimethoyl chloride (TMC) solution, and then a PEI coated membrane Was prepared in the same manner as in Example 1, except that it was immersed.

<실시예5>&Lt; Example 5 >

30중량% 폴리에틸렌이민(PEI)수용액(Mn 70,000, Wako) 23g과 증류수 77g을 혼합하여 농도가 6.9중량%인 폴리에틸렌이민(PEI)수용액에 표면 산화 PVDF 다공성 분리막을 침지한 것을 제외하고는 실시예4와 동일하게 실시하여 제조하였다.
Except that 23 g of a 30 wt% polyethyleneimine (PEI) aqueous solution (Mn 70,000, Wako) and 77 g of distilled water were mixed to immerse the surface oxidized PVDF porous separation membrane in a polyethyleneimine (PEI) aqueous solution having a concentration of 6.9 wt% . &Lt; / RTI &gt;

<실시예6>&Lt; Example 6 >

30중량% 폴리에틸렌이민(PEI)수용액(Mn 70,000, Wako) 33g과 증류수 67g을 혼합하여 농도가 9.9중량%인 폴리에틸렌이민(PEI)수용액에 표면 산화 PVDF 다공성 분리막을 침지한 것을 제외하고는 실시예4와 동일하게 실시하여 제조하였다.
Except that 33 g of a 30 wt% polyethyleneimine (PEI) aqueous solution (Mn 70,000, Wako) and 67 g of distilled water were mixed to immerse the surface oxidized PVDF porous separation membrane in a polyethyleneimine (PEI) aqueous solution having a concentration of 9.9 wt% . &Lt; / RTI &gt;

<비교예1>&Lt; Comparative Example 1 &

용매인 NMP (N-methyl pyrrolidone, DAEJUNG) 400g을 담고 있는 플라스크에 PVDF단일 중합체(Solvay 1015, Mw; 570,000) 100g을 투입하였다. 이후 용액의 온도를 65℃로 유지함과 동시에 rpm 200으로 2시간 교반한 후 균일한 고분자 용액을 제조하였다. 제조된 용액의 일부를 상온의 금속(sus)기판 위에 부은 뒤 casting knife를 이용하여 두께가 200μm가 되도록 제막한 후 상온의 흐르는 수도수에 24시간 세척하였다. 이후 80℃ 오븐에 24시간 건조하여 다공성 PVDF 분리막을 제조하였다.
100 g of PVDF homopolymer (Solvay 1015, Mw: 570,000) was added to a flask containing 400 g of NMP (N-methyl pyrrolidone, DAEJUNG) as a solvent. Thereafter, the temperature of the solution was maintained at 65 ° C, and the solution was stirred at rpm 200 for 2 hours to prepare a homogeneous polymer solution. A part of the prepared solution was poured on a substrate of a normal temperature, and the film was formed to a thickness of 200 μm by using a casting knife, and then washed for 24 hours in flowing tap water at room temperature. Thereafter, the membrane was dried in an oven at 80 ° C for 24 hours to prepare a porous PVDF membrane.

<비교예2 내지 4>&Lt; Comparative Examples 2 to 4 >

폴리에틸렌이민(PEI) 수용액에 침지, 세척, 건조하여 양전하성 코팅층을 형성한 후, Epichlorohydrin 용액, TMC용액 침지 및 열처리를 하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1 내지 3과 동일하게 실시하여 제조하였다.
Except that the Epichlorohydrin solution, the TMC solution immersion and the heat treatment were not performed after immersion, washing and drying in a polyethyleneimine (PEI) aqueous solution to form a positively chargeable coating layer.

<실험예><Experimental Example>

1. 투수도의 측정1. Measurement of permeability

투수도 평가를 위해 분리막 시편을 30% 에탄올 수용액에 10분간 미리 침지한 후 연속하여 증류수에 30분간 침지하였다. 이후 상온의 순수를 1기압의 일정압력하에서 가압하여 dead-end 방식으로 60분간 여과된 물의 양을 저울로 측정한 후, 단위 막면적(m2), 단위시간(hr) 및 단위압력(bar)당 여과되는 물의 양 (L)으로 환산하였다. For the permeability evaluation, the membrane specimens were pre-immersed in 30% ethanol solution for 10 minutes and then continuously immersed in distilled water for 30 minutes. The unit membrane area (m 2 ), the unit time (hr), and the unit pressure (bar) were measured after the pure water at room temperature was pressurized under a constant pressure of 1 atm and the amount of water filtered for 60 minutes in the dead- And converted into the amount (L) of water to be filtered.

실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 4의 투수도 측정 결과를 표1에 나타내었다.
The results of permeability measurement of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4 are shown in Table 1.

2. 모폴로지의 관찰2. Observation of morphology

막 표면의 미세구조를 관찰하기 위하여 전자주사 현미경 (SNE-3000M, SEC)을 이용하였다. 분리막 시편은 액체질소 내 절단을 통해 준비하였으며 Au 증착후 시료표면을 측정하였다. An electron scanning microscope (SNE-3000M, SEC) was used to observe the microstructure of the membrane surface. Membrane specimens were prepared by cutting in liquid nitrogen and the surface of the sample after Au deposition was measured.

도1a 내지 도1e에 비산화 PVDF 분리막, 표면 산화 PVDF분리막 및 표면 산화 PVDF분리막에 폴리에틸렌이민(PEI)의 농도를 각각 다르게 하여(각각 5, 7, 10중량%) 코팅 후, Epichlorohydrin 을 결합하여 투수도를 개선한 분리막의 표면구조를 관찰한 현미경 사진을 나타내었다. 도1a 내지 도1e에서 알 수 있듯이, 비산화 PVDF 분리막과 기타 개질된 PVDF 분리막의 막 표면간에는 뚜렷한 변화가 관찰되지 않았다.1A to 1E were prepared in the same manner as in Example 1 except that the concentrations of polyethyleneimine (PEI) were varied (5, 7, and 10 wt%, respectively) in the non-oxidized PVDF membrane, the surface oxidized PVDF membrane, and the surface oxidized PVDF membrane, A micrograph showing the surface structure of the separation membrane improved in the figure. As can be seen from FIGS. 1A to 1E, no significant change was observed between the film surfaces of the non-oxidized PVDF membrane and the other modified PVDF membrane.

3. 접촉각의 측정3. Measurement of contact angle

contact angle (CAM DSA100S2, Germany) 측정을 위해 홀더에 분리막 시편을 부착하고, 분리막 표면 위에 물방울을 dropping하여 20초간 drop된 물방울의 변화를 관찰한 후 frame이 90일 때 drop된 물방울과 접촉면의 각도를 측정하였다. 접촉각은 표면의 위치를 달리하여 3회 측정한 후 평균하였다.The contact angle (CAM DSA100S2, Germany) was attached to the holder and the droplet was dropped on the surface of the membrane to observe the drop of water drop for 20 seconds. Respectively. The contact angle was measured after three measurements with different surface positions and then averaged.

실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 4의 접촉각 측정 결과를 표1에 나타내었다.
The contact angle measurement results of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4 are shown in Table 1.

4. 표면전하(zeta-potential)의 측정4. Measurement of surface charge (zeta-potential)

Zeta potential (Anton Paar KG, Graz, Austria) 측정을 위해 1cm x 2cm 분리막 시편을 홀더에 삽입후 20℃의 KCl solution을 사용하여 전기전도도가 127.8mS/m가 되도록 하였다. 이후 0.1M HCl과 0.1M NaOH 수용액을 이용하여 pH 농도가 4.8이 되도록 한 후 분리막의 Zeta potential을 측정하였다.
For the measurement of Zeta potential (Anton Paar KG, Graz, Austria), a 1 cm x 2 cm membrane sample was inserted into a holder and the electrical conductivity was adjusted to 127.8 mS / m using a KCl solution at 20 ° C. After the pH was adjusted to 4.8 using 0.1 M HCl and 0.1 M NaOH aqueous solution, the Zeta potential of the membrane was measured.

도2에 비산화 PVDF 분리막, 표면 산화 PVDF분리막 및 표면 산화 PVDF분리막에 폴리에틸렌이민(PEI)의 농도를 각각 다르게 하여(각각 5, 7, 10중량%) 코팅한 분리막의 제타포텐셜을 나타내었다. 도2에서 알 수 있듯이, 비산화 PVDF 분리막의 경우 pH 4 내지 10의 범위 내에서 매우 좁은 범위의 음전하에 가까운 표면전하를 가지며, 반면에 수산화칼륨(KOH)으로 산화된 PVDF 분리막의 경우 pH 4 내지 10의 범위 내에서 비산화 PVDF 분리막에 비해 매우 강한 음이온 성격을 가짐을 알 수 있다. 한편, 산화 PVDF 분리막에 폴리에틸렌이민(PEI)으로 코팅한 분리막의 경우 폴리에틸렌이민(PEI) 농도의 증가에 따라 강한 양전하를 가지며, pH 4 내지 10의 범위 내에서 모두 완전한 표면 양전하를 가지는 것을 확인할 수 있다.
FIG. 2 shows the zeta potentials of the membranes coated with different concentrations of polyethyleneimine (PEI) on the non-oxidized PVDF membrane, the surface oxidized PVDF membrane and the surface oxidized PVDF membrane, respectively (5, 7, and 10 wt%, respectively). As can be seen from FIG. 2, the non-oxidized PVDF membrane has a very narrow range of surface charge within the range of pH 4 to 10, while the PVDF membrane oxidized with potassium hydroxide (KOH) 10, the anion characteristics are very strong compared to the non-oxidized PVDF membranes. On the other hand, in the case of the membrane coated with polyethyleneimine (PEI) on the oxidized PVDF membrane, it is confirmed that the membrane has a strong positive charge as the concentration of polyethyleneimine (PEI) increases and has a complete surface positive charge within the range of pH 4 to 10 .

한편, 도3은 에피클로로히드린(ECH)을 결합하여 투수도를 개선한 PVDF 분리막의 제타포텐셜의 결과를 나타낸 그래프로, 5중량% 폴리에틸렌이민(PEI)를 코팅한 경우 pH10에서 약간의 음전하를 띠는 것을 제외하고는 pH 4 내지 10의 범위 내에서 모두 완전한 표면 양전하를 가지는 것을 확인할 수 있다. 이러한 결과는 ECH처리 및 열처리가 막 표면 전하에 거의 영향을 끼치지 않는다는 것을 보여준다.
FIG. 3 is a graph showing the zeta potential of a PVDF membrane improved in permeability by binding epichlorohydrin (ECH). It shows a slight negative charge at pH 10 when 5 wt% polyethyleneimine (PEI) It can be confirmed that all the surface positive charges are all within the range of pH 4 to 10 except for the band. These results show that ECH treatment and heat treatment have little effect on the film surface charge.

또한, 도 4는 트리메소닐 클로라이드(TMC)를 결합하여 투수도를 개선한 PVDF 분리막의 제타포텐셜의 결과를 나타낸 그래프로, 에피클로로히드린(ECH)을 결합한 경우와 마찬가지로 5중량% 폴리에틸렌이민(PEI)를 코팅한 경우 pH10에서 약간의 음전하를 띠는 것을 제외하고는 pH 4 내지 10의 범위 내에서 모두 완전한 표면 양전하를 가지는 것을 확인할 수 있다. 이러한 결과는 TMC처리 및 열처리가 막 표면 전하에 거의 영향을 끼치지 않는다는 것을 보여준다.
4 is a graph showing the results of zeta potential of PVDF membranes improved in water permeability by binding trimethonyl chloride (TMC). As in the case of binding epichlorohydrin (ECH), 5 wt% polyethyleneimine PEI) has a complete surface positive charge within the range of pH 4 to 10, except that it has a slight negative charge at pH 10. These results show that TMC treatment and heat treatment have little effect on the film surface charge.

5. pH 4.8에서의 BSA (Bovine Serum Albumin) 흡착량의 측정5. Measurement of adsorption amount of BSA (Bovine Serum Albumin) at pH 4.8

BSA (Bovine Serum Albumin, Aldrich, MW 66,000) 의 등전점 (Isoelectric Point)인 수소이온농도가 4.8인 조건하에서, BSA를 상온의 순수에 0.1중량%로 용해하였다. 이후 막면적이 4 cm2인 동일 조성의 분리막 시편 6개를 준비하고 이중 3개의 분리막의 무게를 측정하여 평균하였다. 한편 나머지 3개의 분리막 표면 위에 일정량의 BSA용액을 각각 dropping한 후 80 ℃에서 2시간 건조하였다. 계속하여 건조된 분리막을 pH 4.8의 수용액으로 3회 세척 후 80 ℃에서 다시 2시간 건조한 후 무게를 측정하였으며 아래와 같은 식을 사용하여 평균 BSA흡착량을 계산하였다. BSA was dissolved in pure water at room temperature at 0.1 wt% under hydrogen ion concentration of 4.8, which is the isoelectric point of BSA (Bovine Serum Albumin, Aldrich, MW 66,000). Then, 6 membrane samples of the same composition with a membrane area of 4 cm 2 were prepared and the weight of the three membranes was measured and averaged. On the other hand, a certain amount of BSA solution was dropped on the surface of the remaining three membranes, followed by drying at 80 ° C for 2 hours. The dried membrane was washed three times with an aqueous solution of pH 4.8, dried at 80 ° C for 2 hours, and weighed. The average BSA adsorption amount was calculated using the following equation.

평균흡착량 (μg/cm2) = (흡착후 분리막 무게-흡착전 분리막 무게)/막면적
Average adsorption amount (μg / cm 2 ) = (separation membrane weight after adsorption - separation membrane weight before adsorption) / membrane area

실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 4의 BSA 흡착량 측정 결과를 표2에 나타내었다.
Table 2 shows the BSA adsorption amount measurement results of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4.

구분division PVDFPVDF
중량%weight%
NMPNMP
중량%weight%
PEIPEI 농도 density
(중량%)(weight%)
아실할리이드Acyl halide
종류Kinds
투수도Pitcher
(L/m(L / m 22 h  h barbar ))
접촉각Contact angle (°)(°)
비교예1Comparative Example 1 2020 8080 -- -- 129129 8383 비교예2Comparative Example 2 2020 8080 5.15.1 -- 3636 7474 비교예3Comparative Example 3 2020 8080 6.96.9 -- 1818 5555 비교예4Comparative Example 4 2020 8080 9.99.9 -- 1616 4343 실시예1Example 1 2020 8080 5.15.1 ECHECH 8888 6666 실시예2Example 2 2020 8080 6.96.9 ECHECH 109109 5858 실시예3Example 3 2020 8080 9.99.9 ECHECH 127127 4747 실시예4Example 4 2020 8080 5.15.1 TMCTMC 8888 6565 실시예5Example 5 2020 8080 6.96.9 TMCTMC 7979 5353 실시예6Example 6 2020 8080 9.99.9 TMCTMC 6060 5252

상기 표1에서 알 수 있듯이, 폴리에틸렌이민(PEI)으로 코팅한 비교예 2~4는 PEI의 농도가 증가할수록 투수도가 급격히 감소하는 거동을 나타내었는데 이는 친수성 전해질인 폴리에틸렌이민이 막의 평균기공을 감소시키며, 수투과 시 물에 의해 팽균되고 이로 인해 막 기공이 점차 감소하는 거동과 연계되어 설명할 수 있다. 한편, 투수도를 개선하기 위해 에피클로로히드린(Epichlorohydrine)으로 반응 열처리한 실시예 1~3은 에피클로로히드린(Epichlorohydrine) 처리 전에 비하여 투수도가 현저히 향상되게 나타났으며 특히, PEI의 농도가 증가함에 따라 투수도도 증가하는 거동을 보였다. 이러한 결과는 막 표면에 잔존하는 1차 아민기와의 에피클로로히드린(Epichlorohydrine)의 클로라이드기 간의 반응을 통한 아미드기 형성을 통해 기공 확대 및 물과의 접촉 시 발생하는 팽윤 현상이 현저히 억제되는 것에 기인하는 것으로 해석된다. As can be seen from Table 1, in Comparative Examples 2 and 4 coated with polyethyleneimine (PEI), the permeability decreased sharply as the concentration of PEI increased, indicating that the polyethyleneimine, a hydrophilic electrolyte, And can be explained in connection with the behavior in which permeation of water is bubbled by water and the membrane pores gradually decrease. On the other hand, in Examples 1 to 3 which were subjected to the reaction heat treatment with epichlorohydrine to improve the water permeability, the permeability was remarkably improved compared with that before the epichlorohydrin treatment, and in particular, the PEI concentration And the permeability increased with the increase of the permeability. These results are attributed to the fact that the pore enlargement through amide group formation through the reaction between epichlorohydrin and the chloride groups of the primary amine groups remaining on the surface of the membrane and the swelling phenomena caused by contact with water are remarkably suppressed .

한편 트리메소닐 클로라이드(Trimesoyl chloride)로 반응 열처리한 실시예 4~6도 트리메소닐 클로라이드(Trimesoyl chloride) 처리 전에 비하여 투수도가 현저히 향상되게 나타났으며, 이러한 결과는 막 표면에 잔존하는 1차 아민기와의 트리메소닐 클로라이드(Trimesoyl chloride)의 클로라이드기 간의 반응을 통한 아미드기 형성을 통해 기공 확대 및 물과의 접촉 시 발생하는 팽윤 현상이 현저히 억제되는 것에 기인하는 것으로 해석된다.
On the other hand, in Examples 4 to 6 in which the reaction heat treatment with trimethoyl chloride was performed, the permeability was remarkably improved as compared with that in the case of trimesoyl chloride treatment. It is interpreted that the pore enlargement through the amide group formation through the reaction between the amine groups and the chloride groups of trimethoyl chloride and the swelling phenomena caused by contact with water are remarkably suppressed.

구분division PVDFPVDF
중량%weight%
NMPNMP
중량%weight%
PEIPEI 농도 density
(중량%)(weight%)
아실할리이드Acyl halide
종류Kinds
BSABSA
흡착량(Adsorption amount ( mgmg // cmcm 22 ))
atat pHpH 4.8 4.8
비교예1Comparative Example 1 2020 8080 -- -- 2.52.5 비교예2Comparative Example 2 2020 8080 5.15.1 -- 0.130.13 비교예3Comparative Example 3 2020 8080 6.96.9 -- 0.00.0 비교예4Comparative Example 4 2020 8080 9.99.9 -- 0.00.0 실시예1Example 1 2020 8080 5.15.1 ECHECH 0.00.0 실시예2Example 2 2020 8080 6.96.9 ECHECH 0.00.0 실시예3Example 3 2020 8080 9.99.9 ECHECH 0.00.0 실시예4Example 4 2020 8080 5.15.1 TMCTMC 0.00.0 실시예5Example 5 2020 8080 6.96.9 TMCTMC 0.00.0 실시예6Example 6 2020 8080 9.99.9 TMCTMC 0.00.0

상기 표2에서 알 수 있듯이, PVDF 분리막(비교예1)의 BSA 흡착량은 2.5 (μg/cm2) 이고, 양이온 농도가 비교적 낮은 분리막(비교예2)의 경우 BSA 흡착량이 0.13 (μg/cm2) 인 반면, 양이온의 농도가 높은 비교예 3~4는 BSA 흡착량이 0(μg/cm2)이었다. 한편, 투수도를 개선하기 위해 Epichlorohydrine으로 반응 열처리한 실시예 1~3과 Trimesoyl chloride로 반응 열처리한 실시예 4~6은 BSA 흡착량이 모두 0(μg/cm2)을 나타내어 투수도가 현저히 개선될 뿐만 아니라 단백질 회수율까지도 높이는 결과를 나타내었다.As shown in Table 2, the BSA adsorption amount of the PVDF separation membrane (Comparative Example 1) was 2.5 (μg / cm 2 ) and the BSA adsorption amount was 0.13 (μg / cm 2) 2 ). On the other hand, in Comparative Examples 3 and 4 where the cation concentration was high, the BSA adsorption amount was 0 (μg / cm 2 ). On the other hand, in Examples 1 to 3 in which reaction heat treatment with epichlorohydrine was performed to improve permeability and in Examples 4 to 6 in which reaction heat treatment with trimesoyl chloride was conducted, the BSA adsorption amount was 0 (μg / cm 2 ) In addition, the protein recovery rate was also increased.

Claims (18)

(1) 폴리불화비닐덴계 분리막을 제조하는 단계;
(2) 상기 제조된 폴리불화비닐덴계 분리막을 산화(Oxidation)시키는 단계;
(3) 상기 산화된 분리막을 양이온성 고분자 전해질을 포함하는 용액에 침지하여 산화 폴리불화비닐덴계 분리막 표면 상에 양이온성 고분자 전해질 코팅층을 형성하는 단계; 및
(4) 상기 코팅층이 형성된 분리막을 아실할라이드 용액에 침지하여 양이온성 고분자 전해질 코팅층 표면 상에 아미드(amide)기를 가지는 아미드층을 형성하는 단계;를 포함하는 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막의 제조방법.
(1) preparing a polyvinylidene fluoride separation membrane;
(2) oxidizing the polyvinylidene fluoride separator prepared above;
(3) immersing the oxidized separator in a solution containing a cationic polyelectrolyte to form a cationic polyelectrolyte coating layer on the surface of the oxidized polyvinylidene fluoride separator; And
(4) a step of immersing the separation membrane having the coating layer formed thereon in an acyl halide solution to form an amide layer having an amide group on the surface of the cationic polymer electrolyte coating layer; .
제1항에 있어서,
상기 (4)단계 후,
(5) 열처리하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막의 제조방법.
The method according to claim 1,
After the step (4)
(5) heat-treating the polyvinylidene fluoride porous separator.
제1항에 있어서,
상기 폴리불화비닐덴계 고분자는 PVDF 단일 중합체, PVDF-HFP 공중합체 및 PVDF-CTFE 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the polyvinylidene fluoride-based polymer comprises at least one selected from the group consisting of a PVDF homopolymer, a PVDF-HFP copolymer, and a PVDF-CTFE copolymer.
제1항에 있어서,
상기 (2)단계는 제조된 폴리불화비닐덴계 분리막을 알칼리 용액 및 알코올의 혼합물 내에서 반응시켜 산화(Oxidation)시키는 것을 특징으로 하는 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the polyvinylidene fluoride separation membrane is oxidized by reacting the polyvinylidene fluoride separation membrane in a mixture of an alkali solution and an alcohol to thereby form a polyvinylidene fluoride separation membrane.
제4항에 있어서,
상기 알칼리 용액은 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH) 및 과망간산칼륨(KMnO4)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막의 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the alkali solution comprises at least one selected from the group consisting of potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH), and potassium permanganate (KMnO 4 ).
제1항에 있어서,
상기 (3)단계의 양이온성 고분자 전해질은 폴리아릴아민 또는 폴리에틸렌이민 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the cationic polyelectrolyte of step (3) is at least one of polyarylamine and polyethyleneimine.
제1항에 있어서,
상기 (3)단계의 양이온성 고분자 전해질을 포함하는 용액은 양이온성 고분자 전해질을 2 내지 20중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the solution containing the cationic polyelectrolyte of step (3) comprises 2 to 20 wt% of the cationic polymer electrolyte.
제1항에 있어서,
상기 (4)단계의 아실할라이드 용액은 에피클로로히드린(Epichlorohydrine), 아세틸클로라이드(acetyl chloride), 이소프탈로일 디클로라이드(Isophthaloyl dichloride), 테레프탈로일 디클로라이드 (terephthaloyl dichloride) 및 트리메소닐 클로라이드(Trimesoyl chloride)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 0.1 내지 5중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막의 제조방법.
The method according to claim 1,
The acyl halide solution in step (4) may be selected from the group consisting of epichlorohydrine, acetyl chloride, isophthaloyl dichloride, terephthaloyl dichloride and trimethonyl chloride And 0.1 to 5% by weight of at least one selected from the group consisting of trimethylaluminum chloride, trimethoyl chloride, and the like.
제2항에 있어서,
상기 열처리는 80 내지 150℃ 에서 30분 내지 2시간 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막의 제조방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the heat treatment is performed at 80 to 150 DEG C for 30 minutes to 2 hours. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 11. &lt; / RTI &gt;
산화된 폴리불화비닐덴계 고분자층;
상기 산화된 폴리불화비닐덴계 고분자층의 표면에 가교결합하여 형성된 양이온성 고분자 전해질 코팅층; 및
상기 양이온성 고분자 전해질 코팅층의 표면에 아미드(amide) 결합하여 형성된 아미드층;을 포함하는 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막.
An oxidized polyvinylidene fluoride polymer layer;
A cationic polyelectrolyte coating layer formed by crosslinking on the surface of the oxidized polyvinylidene fluoride polymer layer; And
And an amide layer formed by amide bonding on the surface of the cationic polyelectrolyte coating layer.
제10항에 있어서,
상기 폴리불화비닐덴계 고분자는 PVDF 단일 중합체, PVDF-HFP 공중합체 및 PVDF-CTFE 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막.
11. The method of claim 10,
Wherein the polyvinylidene fluoride-based polymer comprises at least one selected from the group consisting of PVDF homopolymer, PVDF-HFP copolymer, and PVDF-CTFE copolymer.
제10항에 있어서,
상기 아미드층은 글리시딜(Glycidyl)기, 아세틸(acetyl)기 및 아릴(aryl)기로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막.
11. The method of claim 10,
Wherein the amide layer comprises at least one selected from the group consisting of a glycidyl group, an acetyl group, and an aryl group.
제10항에 있어서,
상기 폴리불화비닐덴계 고분자층의 두께는 50 내지 200μm, 양이온성 고분자 전해질 코팅층의 두께는 0.1 내지 10μm인 것을 특징으로 하는 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막.
11. The method of claim 10,
Wherein the polyvinylidene fluoride polymer layer has a thickness of 50 to 200 占 퐉 and the cationic polyelectrolyte coating layer has a thickness of 0.1 to 10 占 퐉.
제10항에 있어서,
상기 아미드층의 두께는 0.005 내지 0.1μm 인 것을 특징으로 하는 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막.
11. The method of claim 10,
Wherein the amide layer has a thickness of 0.005 to 0.1 占 퐉.
제10항에 있어서,
상기 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막은 pH4 에서 제타포텐셜이 18 내지 40mV인 것을 특징으로 하는 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막.
11. The method of claim 10,
Wherein the positively charged polyvinylidene fluoride porous separator has a zeta potential of 18 to 40 mV at a pH of 4.
제10항에 있어서,
상기 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막은 pH7에서 제타포텐셜이 10 내지 40mV인 것을 특징으로 하는 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막.
11. The method of claim 10,
Wherein the positively charged polyvinylidene porous separator has a zeta potential of 10 to 40 mV at a pH of 7.
제10항에 있어서,
상기 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막은 pH 10에서 제타포텐셜이 0 내지 15mV인 것을 특징으로 하는 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막.
11. The method of claim 10,
Wherein the positively charged polyvinylidene fluoride porous separator has a zeta potential of 0 to 15 mV at a pH of 10.
제10항에 있어서,
상기 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막은 투수도가 80(L/m2hr)이상이며, pH 4.8에서의 BSA 흡착량이 0(μg/cm2)인 것을 특징으로 하는 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막.

11. The method of claim 10,
Wherein the positively charged polyvinylidene porous separator has a permeability of at least 80 (L / m 2 hr) and a BSA adsorption amount at a pH of 4.8 of 0 (μg / cm 2 ). Membrane.

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