KR20140113115A - Positive charged poly(vinylidene fluoride) porous membranes and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to positive charged polyvinylidene fluoride-based porous membranes and a manufacturing method thereof, and more specifically, to positive charged polyvinylidene fluoride-based porous membranes which have low elution characteristics because of being formed through strong electrostatic interaction between a negative charge and cationic polymer electrolyte through oxidation, have excellent water permeability without an decrease of pores caused by crosslinking coating, and are expected to have low absorption rate of proteins and high recovery rate of proteins by having surface positive charge under various concentration ranges of hydrogen ion, thereby being useful for a filter process for a medicine and a biosimilar.

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 분리막에 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 particularly, the present invention relates to a positively charged polyvinylidene fluoride membrane having a low permeability to a specific protein, And to 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 고분자를 산화(Oxidation)시키는 단계; (2) 상기 산화된 폴리불화비닐덴계 고분자, 양이온성 고분자 전해질 및 용매를 혼합하여 고분자 용액을 제조하는 단계; 및 (3) 상기 고분자 용액을 지지체 상에 캐스팅하거나, 방사 노즐을 통해 방사하여 다공성 분리막을 제조하는 단계;를 포함하는 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막의 제조방법을 제공한다.
(1) oxidizing a polyvinylidene fluoride polymer; (2) preparing a polymer solution by mixing the oxidized polyvinylidene fluoride polymer, a cationic polymer electrolyte and a solvent; And (3) casting the polymer solution on a support, or spinning the solution through a spinning nozzle to produce a porous separator. The present invention also provides a method for manufacturing 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 (1)단계는 폴리불화비닐덴계 고분자를 알칼리 용액 및 알코올의 혼합물 내에서 반응시켜 산화(Oxidation)시킬 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the step (1) may oxidize the polyvinylidene fluoride polymer by reacting 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 따르면, 상기 (2)단계의 고분자 용액은 산화된 폴리불화비닐덴계 고분자 100중량부에 대하여 양이온성 고분자 전해질 2 내지 10중량부 및 용매 250 내지 700중량부를 포함할 수 있다.
According to another preferred embodiment of the present invention, the polymer solution of the step (2) comprises 2 to 10 parts by weight of the cationic polymer electrolyte and 250 to 700 parts by weight of the solvent with respect to 100 parts by weight of the oxidized polyvinylidene fluoride polymer .

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 양이온성 고분자 전해질은 폴리아릴아민 또는 폴리에틸렌이민 중 어느 하나 이상일 수 있다.
According to another preferred embodiment of the present invention, the cationic polymer electrolyte may be any one or more of polyarylamine or polyethyleneimine.

또한, 본 발명은 산화된 폴리불화비닐덴계 고분자; 및 상기 산화된 폴리불화비닐덴계 고분자에 가교결합된 양이온성 고분자 전해질;을 포함하는 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막을 제공한다.
The present invention also relates to an oxidized polyvinylidene fluoride polymer; And a cationic polyelectrolyte crosslinked to the oxidized polyvinylidene fluoride polymer. The polyvinylidene fluoride porous separator according to the present invention comprises:

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 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공질막은 산화된 폴리불화비닐덴계 고분자 100 중량부에 대하여 양이온성 고분자 전해질 2 내지 10중량부를 포함할 수 있다.
According to another preferred embodiment of the present invention, the positively charged polyvinylidene fluoride porous film may include 2 to 10 parts by weight of the cationic polyelectrolyte relative to 100 parts by weight of the oxidized polyvinylidene fluoride polymer.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막은 pH4 에서 제타포텐셜이 15 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 15 to 40 mV at pH 4.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막은 pH7에서 제타포텐셜이 0 내지 30mV일 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 30 mV at pH 7.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막은 pH 10에서 제타포텐셜이 0 내지 20mV일 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 20 mV at a pH of 10.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막은 투수도가 135(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 135 (L / m 2 hr) or more and a BSA adsorption amount of 0 (μg / cm 2 ) at a pH of 4.8 .

본 발명의 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막은 산화를 통한 음전하와 양이온성 고분자 전해질과의 강한 정전기적 상호작용을 통해 형성되어 용출성이 현저히 낮으며, 가교 코팅으로 인한 기공 감소의 염려가 없어 투수도가 우수한 특징을 가진다. 특히, 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.The positive electrode polyvinylidene fluoride porous separator of the present invention is formed through strong electrostatic interaction between a negative charge through oxidation and a cationic polyelectrolyte so that the elution property is remarkably low and there is no fear of reduction of porosity due to cross- Has excellent characteristics. Particularly, by having a surface positive charge under various hydrogen ion concentration ranges, a low protein adsorption rate and a high protein recovery rate can be expected, which are particularly useful for pharmaceutical, pharmaceutical and biosimilar filter processes.

또한, 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.
In addition, the positively charged polyvinylidene porous separator of the present invention can remarkably 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 PVDF로 제조한 분리막의 표면 구조를 관찰한 현미경 사진이다.
도1b는 산화 PVDF로 제조한 분리막의 표면 구조를 관찰한 현미경 사진이다.
도1c 내지 도1e는 산화 PVDF에 대해 폴리에틸렌이민(PEI)의 함량을 각각 다르게 첨가하여 제조한 분리막의 표면구조를 관찰한 현미경 사진이다.
도2는 비산화 PVDF 분리막, 산화 PVDF로 제조한 분리막 및 산화 PVDF에 대해 폴리에틸렌이민(PEI)의 함량을 각각 다르게 첨가하여 제조한 분리막의 제타포텐셜을 나타낸 그래프이다.
FIG. 1A is a micrograph showing the surface structure of a separation membrane made of non-oxidized PVDF. FIG.
FIG. 1B is a micrograph showing the surface structure of a separation membrane made of oxidized PVDF.
1C to 1E are micrographs of the surface structure of the separator prepared by adding the content of polyethyleneimine (PEI) to the oxidized PVDF, respectively.
FIG. 2 is a graph showing the zeta potential of a separator prepared by adding a different amount of polyethyleneimine (PEI) to a non-oxidized PVDF separator, a separator prepared from oxidized PVDF, and oxidized PVDF.

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 다공성 분리막 표면을 코팅, 가교 등의 방법을 통해 양전하성 다공성 분리막을 제조함에 따라 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 problem in that a positively charged porous separator is produced by coating or cross-linking the surface of the porous separator, thereby reducing the porosity due to the hydrophilic coating and the porosity due to the swelling of the hydrophilic polymer In addition, there is a disadvantage in that the permeability is lowered due to decrease in size or the crosslinking efficiency is lowered, and the recovery rate of the protein is decreased. Also, if a positively charged porous membrane is prepared by pretreatment of the polymer before the membrane preparation using gamma rays or electron beams, There is a problem in the continuous production, and the manufacturing cost due to this is also increased.

이에 본 발명에서는 (1) 폴리불화비닐덴계 고분자를 산화(Oxidation)시키는 단계; (2) 상기 산화된 폴리불화비닐덴계 고분자, 양이온성 고분자 전해질 및 용매를 혼합하여 고분자 용액을 제조하는 단계; 및 (3) 상기 고분자 용액을 지지체 상에 캐스팅하거나, 방사 노즐을 통해 방사하여 다공성 분리막을 제조하는 단계;를 포함하는 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막의 제조방법을 제공함으로써 상술한 문제의 해결을 모색하였다.
Accordingly, the present invention provides a method for producing a polyvinylidene fluoride polymer, comprising: (1) oxidizing a polyvinylidene fluoride polymer; (2) preparing a polymer solution by mixing the oxidized polyvinylidene fluoride polymer, a cationic polymer electrolyte and a solvent; And (3) casting the polymer solution onto a support, or spinning the solution through a spinning nozzle to produce a porous separator. The present invention also provides a method for producing a positive electrode polyvinylidene fluoride separator, .

이를 통해 다양한 수소이온농도 범위 하에서 표면 양전하를 가짐으로써 낮은 단백질 흡착률 및 높은 단백질 회수율을 나타내면서도 가교 코팅으로 인한 기공 감소의 염려가 없어 투수도가 우수한 특징을 가지는 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막을 제공할 수 있다.
As a result, a positive charge polyvinylidene porous separator having a surface adsorption rate under various hydrogen ion concentration ranges, exhibiting a low protein adsorption rate and a high protein recovery rate, .

구체적으로, (1)단계는 폴리불화비닐덴계 고분자를 산화(Oxidation)시킨다.  Specifically, the step (1) oxidizes the polyvinylidene fluoride-based polymer.

상기 산화단계에 있어서 사용되는 본 발명의 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. The polyvinylidene fluoride polymer of the present invention used in the oxidation step may be a polyvinylidene fluoride (PVDF) homopolymer, a polyvinylidenefluoride-co-hexafluoropropylene (PVDF-HFP) vinylidenefluoride-co-chlorotrifluoroethylene), etc. In the case of the copolymer, the 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.

상기 폴리불화비닐덴계 고분자를 반응 매체로써 알코올과 산화제로써 알칼리 용액의 혼합물 내에서 반응시켜 산화 폴리불화비닐덴계 고분자를 형성할 수 있다. 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. The polyvinylidene fluoride polymer can be reacted with a mixture of an alcohol and an oxidizing agent in an alkali solution as a reaction medium to form an oxidized polyvinylidene fluoride polymer. The alcohol as the reaction medium used in the oxidation step may be in the form of 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.

상기 알칼리 용액 내의 산화제(KOH 등)의 농도는 반응시간 및 반응온도와 연계하여 적절히 고려될 수 있으며, 바람직하게는 1 내지 30 중량%가 바람직하다. 산화제 농도가 1중량% 미만이면 산화물의 형성이 어렵고, 30 중량%를 초과하면 제막 후 고분자의 변성으로 인해 기계적 강도가 약해지는 단점이 있다.  The concentration of the oxidizing agent (KOH or the like) in the alkali solution may be suitably considered in connection with the reaction time and the reaction temperature, preferably 1 to 30 wt%. 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, 산화 반응 시 알칼리 용액 내에서 반응시키는 폴리불화비닐덴계 고분자의 농도는 크게 한정될 필요는 없으나, 생산성 및 수율을 고려할 때 5 내지 20 중량% 가 바람직하다. 고분자의 산화반응을 위한 반응시간 역시 크게 한정될 필요는 없으나 생산성 및 수율을 고려할 때 2 내지 6시간 동안 반응시키는 것이 바람직하며, 산화 반응을 촉진하기 위해 반응물의 온도를 상온 내지 80℃ 이하의 온도로 유지하여 수행하는 것이 바람직하다. In addition, the concentration of the polyvinylidene fluoride polymer to be reacted in the alkali solution during the oxidation reaction need not be limited to a large extent, but is preferably 5 to 20% by weight in view of productivity and yield. The reaction time for the oxidation reaction of the polymer is not limited, but it is preferable to conduct the reaction for 2 to 6 hours in consideration of the productivity and the yield. In order to accelerate the oxidation reaction, It is preferable to carry out it.

이러한 반응조건을 통해 폴리불화비닐덴계 고분자는 초기 흰색에서 반응시간의 경과에 따라 점차 갈색으로 변화되고 침전할 수 있다. 반응종료 후 형성된 산화 폴리불화비닐덴계 고분자는 필터링 후 알코올 등으로 세척하고, 60 내지 90℃ 분위기 하에서 24시간 이상 건조를 통해 완성될 수 있다.
Through these reaction conditions, the polyvinylidene fluoride polymer can gradually change to brown and precipitate in the initial white as the reaction time elapses. The oxidized polyvinylidene fluoride polymer formed after completion of the reaction may be filtered and washed with alcohol or the like, and then dried at 60 to 90 ° C for at least 24 hours.

상기 (2)단계는 산화된 폴리불화비닐덴계 고분자, 양이온성 고분자 전해질 및 용매를 혼합하여 고분자 용액을 제조한다. In the step (2), an oxidized polyvinylidene fluoride polymer, a cationic polymer electrolyte and a solvent are mixed to prepare a polymer solution.

산화된 폴리불화비닐덴계 고분자는 비산화 폴리불화비닐리덴계 고분자에 비하여 더욱 음전하를 띠어 양이온성 고분자 전해질과 강한 정전기적 상호작용을 통해 결합하여 양이온성 물질의 용출성을 현저히 낮출 수 있다. 만약 비산화 폴리불화비닐덴계 고분자에 양이온성 고분자 전해질을 첨가하는 경우에는 결합력이 약해지고 수투과 시 고분자 전해질이 용출되어 양전하 세기가 감소하고 이로 인해 단백질 흡착이 발생하는 문제가 발생할 수 있다.  The oxidized polyvinylidene fluoride polymer is more negatively charged than the non - oxidized polyvinylidene fluoride polymer and can bind to the cationic polyelectrolyte through strong electrostatic interaction to significantly reduce the elution of the cationic material. If a cationic polyelectrolyte is added to a non-oxidized polyvinylidene fluoride polymer, the bonding strength is weakened, and the polymer electrolyte is eluted at the time of water permeation, thereby decreasing the positive charge intensity and causing protein adsorption.

또한, 종래에는 분리막 표면을 가교 코팅하는 방법을 통해 양전하를 부여함으로써 기공 감소로 인한 투수도 감소가 있었던 데 반해 본 발명은 분리막 표면을 코팅하지 않고 상기 고분자 용액으로 양전하가 부여된 분리막을 제조함으로써 단백질 흡착률을 낮추면서도 투수도가 향상될 수 있다.
In the prior art, the permeability is reduced due to the reduction of porosity by applying a positive charge through a method of cross-coating the surface of the separation membrane. In contrast, the present invention provides a separation membrane having a positive charge imparted to the polymer solution without coating the separation membrane surface, The permeability can be improved while lowering the adsorption rate.

상기 (2)단계의 고분자 용액 조성은 산화 폴리불화비닐덴계 고분자 100중량부에 대하여 양이온성 고분자 전해질 2 내지 10 중량부 및 용매 250 내지 700중량부를 포함할 수 있다. The polymer solution composition in the step (2) may include 2 to 10 parts by weight of the cationic polyelectrolyte and 250 to 700 parts by weight of the solvent, based on 100 parts by weight of the oxidized polyvinylidene fluoride polymer.

이때, 양이온성 고분자 전해질이 2 중량부 미만이면 양이온의 농도가 낮아 단백질 흡착율이 높아지는 단점이 있으며, 10중량부를 초과하게 되면 산화 고분자와 양이온 고분자 전해질 간의 강한 상호작용으로 인한 점도의 증가로 제막이 어려울 수 있다. 상기 양이온성 고분자 전해질은 산화 폴리불화비닐덴계 고분자와 정전기적 상호작용을 통해 강하게 결합하는 특징을 가진 것으로 폴리아릴아민 (Polyallylamine) 또는 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine) 중 어느 하나 이상을 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine)일 수 있다. If the amount of the cationic polymer electrolyte is less than 2 parts by weight, the concentration of the cation is low and the protein adsorption ratio is increased. If the amount is more than 10 parts by weight, the viscosity is increased due to the strong interaction between the oxidized polymer and the cationic polymer electrolyte. . The cationic polyelectrolyte has a characteristic of strongly binding to the oxidized polyvinylidene fluoride polymer through electrostatic interaction and may be any one or more of polyallylamine or polyethyleneimine, May be polyethyleneimine.

첨가된 양이온성 고분자 전해질은 산화 폴리불화비닐덴계 고분자에 결합하여 다공성 분리막이 전체적으로 양전하를 띠게 하는 역할을 하며, 이를 통해 단백질 흡착률을 현저히 낮출 수 있다. 만약 산화 폴리불화비닐덴계 고분자에 양이온성 고분자 전해질을 첨가하지 않고, 산화 폴리불화비닐덴계 고분자만으로 분리막을 제조하는 경우 이러한 다공성 분리막은 음전하를 띠게 되고, 단백질 배양 시 발생되는 엔도톡신 등의 세포내 독성물질 제거가 어려운 단점이 있어 다양한 단백질을 회수하는 바이오시밀러 공정 등에 부적합하다.
The added cationic polymer electrolyte binds to the oxidized polyvinylidene fluoride polymer so that the porous separator has a positive charge as a whole, and the protein adsorption rate can be remarkably lowered. If a separation membrane is prepared using only a polyvinylidene fluoride polymer without addition of a cationic polyelectrolyte to the oxidized polyvinylidene fluoride polymer, such a porous separation membrane becomes negatively charged, and intracellular toxic substances such as endotoxin It is not suitable for biosimilar process for recovering various proteins.

또한, 고분자 용액을 구성하는 상기 용매가 250중량부 미만일 경우 투수도가 감소할 수 있으며, 700중량부를 초과할 경우 상대적으로 고분자의 함량이 너무 적어 막 형성이 어렵고 제막 후에도 기계적 강도가 낮은 단점이 있다. 상기 용매는 산화 폴리불화비닐덴계 고분자 및 양이온성 고분자 전해질을 균일하게 용해시키는 것이라면 특별한 제한은 없으나, N-메틸피롤리돈, 디메틸아세트아미드, 디메틸설록사이드 또는 디메틸포름아마이드 등의 단독 또는 혼합 형태가 보다 바람직하다.
When the amount of the solvent constituting the polymer solution is less than 250 parts by weight, the water permeability may be decreased. When the amount of the solvent is more than 700 parts by weight, the content of the polymer is too small to form the film and the mechanical strength is low even after the film formation . The solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the polyvinylidene fluoride polymer and the cationic polymer electrolyte uniformly. However, the solvent may be a single or a mixture of N-methylpyrrolidone, dimethylacetamide, dimethylsulfoxide or dimethylformamide More preferable.

상기 (3)단계는 상기 (2)단계에서 제조된 고분자 용액을 지지체 상에 캐스팅하거나, 방사 노즐을 통해 방사하여 다공성 분리막을 제조한다. In the step (3), the polymer solution prepared in the step (2) is cast on a support or spun through a spinning nozzle to produce a porous separator.

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 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 전해질 등을 제거하기 위해 물로 세척하는 단계 및 상온의 대기 하에서 건조하는 단계를 거쳐 양전하성 다공성 평막을 제조할 수 있다. 이때 세척 및 건조시간은 특별히 한정될 필요는 없으나 세척의 경우 24 시간 이상, 건조의 경우 12 시간 이상이 바람직하며, 통상의 경우 건조 시 막 기공의 수축을 방지하기 위한 글리세린 코팅 등의 공정이 필요치 않은 장점이 있다.
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. Then, a positive charge porous film may be prepared by washing with water to remove residual solvent and unreacted polymer electrolyte, and drying under a room temperature atmosphere. The time for washing and drying is not particularly limited, but it is preferably 24 hours or more for washing and 12 hours or more for drying. In general, a process such as glycerin coating is not required to prevent shrinkage of membrane pores during drying There are advantages.

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 양전하성 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. Coated positive charge 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 양전하성 다공성 분리막을 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, and 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 a positively charged porous membrane can be manufactured through the same washing and drying processes as those described above .

또한, 상기와 같이 제조된 본 발명의 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막은 산화된 폴리불화비닐덴계 고분자; 및 상기 산화된 폴리불화비닐덴계 고분자에 가교결합된 양이온성 고분자 전해질;을 포함한다. In addition, the positively charged polyvinylidene-based porous separator of the present invention produced as described above is characterized by comprising an oxidized polyvinylidene fluoride polymer; And a cationic polyelectrolyte crosslinked to the oxidized polyvinylidene fluoride polymer.

본 발명의 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막은 비산화 폴리불화비닐리덴계 고분자에 비하여 더욱 음전하를 띠는 산화된 폴리불화비닐덴계 고분자에 양이온성 고분자 전해질이 강한 정전기적 상호작용을 통해 가교결합하여 형성되므로 양이온성 물질의 용출성을 현저히 낮출 수 있다. 만약 비산화 폴리불화비닐덴계 고분자에 양이온성 고분자 전해질을 첨가하는 경우에는 비산화 폴리불화비닐덴계 고분자와 양이온성 고분자 전해질간의 결합력이 약해지고 수투과 시 고분자 전해질이 용출되어 양전하 세기가 감소하고 이로 인해 단백질 흡착이 발생하는 문제가 발생할 수 있다. 한편, 산화 폴리불화비닐덴계 고분자만을 포함하고 양이온성 고분자 전해질을 포함하지 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 부적합하게 된다.  The positive-acting polyvinylidene fluoride separator of the present invention crosslinks the oxidized polyvinylidene fluoride polymer which is more negatively charged than the non-oxidized polyvinylidene fluoride polymer through a strong electrostatic interaction with the polyvinylidene fluoride polymer The elution of the cationic substance can be remarkably lowered. If a cationic polyelectrolyte is added to a non-oxidized polyvinylidene fluoride polymer, the bonding strength between the non-oxidized polyvinylidene fluoride polymer and the cationic polymer electrolyte becomes weak, and the polymer electrolyte elutes upon permeation of water, A problem that adsorption occurs may occur. On the other hand, when the porous separator contains only a polyvinylidene fluoride polymer and does not contain a cationic polymer electrolyte, the porous separator has a negative charge, and it is difficult to remove intracellular toxic substances such as endotoxin generated during protein culture. And the like.

또한, 종래에는 분리막 표면을 여러 가지 고분자로 가교 코팅하여 기공 감소로 인한 투수도 감소가 있었던 데 반해 본 발명의 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막은 분리막 표면을 코팅하지 않고 양전하를 가짐으로써 단백질 흡착률을 낮추면서도 투수도가 향상될 수 있다.
In the prior art, the permeability of the surface of the separation membrane was decreased due to the decrease of porosity due to the crosslinking of various polymers. On the other hand, the positively charged polyvinylidene porous separator of the present invention has a positive charge without coating the separation membrane surface, While the water permeability can be improved.

본 발명의 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막은 산화된 폴리불화비닐덴계 고분자 100 중량부에 대하여 양이온성 고분자 전해질 2 내지 10중량부를 포함할 수 있다. 양이온성 고분자 전해질이 2 중량부 미만일 경우 양전하성이 감소하여 단백질 흡착율이 높아지는 단점이 있으며, 10 중량부를 초과하게는 제막 자체가 어려우며, 제막되더라도 투수도가 현저히 감소하는 문제가 있을 수 있다.
The positively charged polyvinylidene porous separator of the present invention may contain 2 to 10 parts by weight of the cationic polyelectrolyte relative to 100 parts by weight of the oxidized polyvinylidene fluoride polymer. If the amount of the cationic polymer electrolyte is less than 2 parts by weight, there is a disadvantage in that the positive charge is reduced and the protein adsorption ratio is increased. If the amount is more than 10 parts by weight, the membrane itself is difficult to form.

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 15 내지 40mV일 수 있고, pH7에서는 제타포텐셜이 0 내지 30mV일 수 있으며, pH 10에서는 제타포텐셜이 0 내지 20mV을 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 separator may have a zeta potential of 15 to 40 mV at a pH of 4, a zeta potential of 0 to 30 mV at a pH of 7, and a zeta potential of 0 to 20 mV at a pH of 10 .

도2는 비산화 PVDF 분리막, 산화 PVDF로 제조한 분리막 및 산화 PVDF에 대해 폴리에틸렌이민(PEI)의 함량을 각각 다르게 첨가하여(산화 PVDF 100중량부 대하여 각각 3, 5, 10중량부 첨가) 제조한 분리막의 제타포텐셜을 나타낸 것이다. 비산화 PVDF 분리막의 경우 pH 4 내지 10의 범위 내에서 매우 좁은 범위의 음전하에 가까운 표면전하를 가지는 것을 알 수 있으며, 반면에 수산화칼륨(KOH)으로 산화된 PVDF 고분자로 제조한 분리막의 경우 pH 4 내지 10의 범위 내에서 비산화 PVDF 분리막에 비해 매우 강한 음이온 성격을 가짐을 알 수 있다. 한편, 산화 PVDF 고분자에 양이온성 고분자 전해질을 첨가한 분리막의 경우 첨가량의 증가에 따라 강한 양전하를 가지며, 특히 7 중량부 폴리에틸렌이민을 첨가한 분리막의 경우 pH4, 7, 10에서 각각 상술한 제타포텐셜을 모두 만족하며, pH 4 내지 10의 범위 내에서 모두 완전한 표면 양전하를 가지는 것을 확인할 수 있다.FIG. 2 is a graph showing the results of a comparison between a non-oxidized PVDF separator, a separator made of oxidized PVDF, and a polyimide oxide (PEI) added to the oxidized PVDF (3, 5 and 10 parts by weight, respectively, based on 100 parts by weight of oxidized PVDF) The zeta potential of the membrane is shown. In the case of the non-oxidized PVDF membrane, it can be seen that the membrane has a very narrow range of surface charge within the range of pH 4 to 10. On the other hand, in the case of the membrane made of PVDF polymer oxidized with potassium hydroxide (KOH) It is understood that the PVDF membrane has a very strong anion character in the range of 10 to 10 compared to the non-oxidized PVDF membrane. On the other hand, in the case of the membrane prepared by adding the cationic polymer electrolyte to the oxidized PVDF polymer, the membrane having a strong positive charge with an increase in the amount of addition, in particular, in the case of the membrane containing 7 parts by weight of polyethyleneimine, the zeta potential described above at pH 4, All are satisfied, and it can be confirmed that they all have a complete surface positive charge within a range of pH 4 to 10.

또한, 본 발명의 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막은 상기 양전하 특성을 만족하여 pH 4.8에서의 BSA 흡착량이 0(μg/cm2)을 나타내면서도 동시에 135(L/m2hr)이상의 우수한 투수도를 나타낼 수 있다.
The positively charged polyvinylidene porous separator of the present invention satisfies the above-described positive charge property and exhibits a BSA adsorption amount of 0 (μg / cm 2 ) at a pH of 4.8, and at the same time an excellent permeability of more than 135 (L / m 2 hr) Lt; / RTI >

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 >

산화 폴리불화비닐덴 수지를 제조하기 위하여 메탄올 1000g과 5중량%의 수산화칼륨(KOH)수용액 100g을 플라스크에 투입한 후 RPM이 150인 교반 조건 하에서 PVDF 100g을 나누어 투입하였다. 상온에서 4시간 동안 교반한 후 침전된 갈색의 PVDF Powder를 필터링한 후 0 ℃로 유지된 메탄올을 이용하여 3회 세척하였다. 이후 PVDF Powder를 80℃ 오븐에 24시간 건조하였다. To prepare the oxidized polyvinylidene fluoride resin, 1,000 g of methanol and 100 g of a 5% by weight aqueous solution of potassium hydroxide (KOH) were added to a flask, and 100 g of PVDF was added thereto under stirring conditions with an RPM of 150. After stirring at room temperature for 4 hours, precipitated brown PVDF powder was filtered and washed three times with methanol kept at 0 ° C. The PVDF powder was then dried in an oven at 80 ° C for 24 hours.

이후, 용매인 NMP(N-methyl pyrrolidone, DAEJUNG) 400g을 담고 있는 플라스크에 30 중량% 폴리에틸렌이민(PEI)수용액(Mn 70,000, Wako) 10g을 투입한 후 균일상이 얻어질 때까지 65 ℃의 조건하에서 교반하였다. 이후 산화 PVDF 고분자 100g을 투입하고 rpm 200으로 2시간 교반한 후 균일한 고분자 용액을 제조하였다.  Thereafter, a flask containing 400 g of NMP (N-methyl pyrrolidone, DAEJUNG) as a solvent was charged with 10 g of a 30 wt% polyethyleneimine (PEI) aqueous solution (Mn 70,000, Wako) Lt; / RTI &gt; Then, 100 g of the oxidized PVDF polymer was added and stirred at rpm 200 for 2 hours to prepare a homogeneous polymer solution.

이후 제조된 용액의 일부를 상온의 금속 (sus)기판 위에 부은 뒤 casting knife를 이용하여 두께가 200μm가 되도록 제막한 후 상온의 흐르는 수도수에 24시간 세척하였다. 이후 상온에서 12시간 건조하여 양전하성 PVDF 분리막을 제조하였다.
Then, a part of the solution was poured on a substrate of a normal temperature, and then the film was formed to a thickness of 200 μm by using a casting knife. Thereafter, the PVDF membrane was dried at room temperature for 12 hours to prepare a positive charge PVDF membrane.

<실시예2>&Lt; Example 2 >

30 중량% 폴리에틸렌이민(PEI)수용액(Mn 70,000, Wako)을 18g을 투입한 것을 제외하고는 실시예1과 동일하게 실시하여 양전하성 PVDF 분리막을 제조하였다.
A positive positive PVDF membrane was prepared in the same manner as in Example 1, except that 18 g of a 30 wt% polyethyleneimine (PEI) aqueous solution (Mn 70,000, Wako) was added.

<실시예3>&Lt; Example 3 >

30 중량% 폴리에틸렌이민(PEI)수용액(Mn 70,000, Wako)을 25g을 투입한 것을 제외하고는 실시예1과 동일하게 실시하여 양전하성 PVDF 분리막을 제조하였다.
A positive charge PVDF membrane was prepared in the same manner as in Example 1, except that 25 g of a 30 wt% polyethyleneimine (PEI) aqueous solution (Mn 70,000, Wako) was added.

<실시예4><Example 4>

30 중량% 폴리에틸렌이민(PEI)수용액(Mn 70,000, Wako)을 37g을 투입한 것을 제외하고는 실시예1과 동일하게 실시하여 양전하성 PVDF 분리막을 제조하였다. A positive charge PVDF membrane was prepared in the same manner as in Example 1, except that 37 g of a 30 wt% polyethyleneimine (PEI) aqueous solution (Mn 70,000, Wako) was added.

그러나 제조된 용액의 점도가 급격히 증가하였으며, 고점도로 인해 캐스팅이 제대로 이루어지지 않음을 관찰, 확인하였다.
However, the viscosity of the prepared solution increased sharply and it was observed that the casting was not performed properly due to the high viscosity.

<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)기판위에 부은 뒤 casting knife를 이용하여 두께가 200μm가 되도록 제막한 후 상온의 흐르는 수도수에 24시간 세척하였다. 이후 상온에서 12시간 건조한 후 비산화 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. After drying at room temperature for 12 hours, a non - oxidized PVDF membrane was prepared.

<비교예2>&Lt; Comparative Example 2 &

PVDF 분리막을 산화시키기 위해 메탄올 1000g과 5 중량 %의 KOH 수용액 100g을 혼합한 용액에 상기 비교예 1의 PVDF 분리막 시편을 4시간 동안 침지하였다. 이후 0 ℃로 유지된 메탄올을 이용하여 3회 세척하고, 80℃ 오븐에 2시간 건조하였다. 이후, 30중량% 폴리에틸렌이민(PEI)수용액(Mn 70,000, Wako) 17g과 증류수 83g을 혼합하여 균일한 양이온성 고분자 전해질 수용액을 제조하였다. 이후 상기 수용액에 표면 산화된 PVDF 다공성 분리막을 2시간 동안 침지하고 메탄올로 수 회 세척한 후 80℃ 오븐에 2시간 동안 건조시켜 양이온성 코팅층을 형성하였다.
To oxidize the PVDF membrane, 1000 g of methanol and 100 g of a 5 wt% KOH aqueous solution were mixed and the PVDF membrane sample of Comparative Example 1 was immersed for 4 hours. Thereafter, the resultant was washed three times with methanol maintained at 0 占 폚 and dried in an oven at 80 占 폚 for 2 hours. 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 polymer electrolyte. Then, the surface-oxidized PVDF porous membrane was immersed in the aqueous solution for 2 hours, washed several times with methanol, and dried in an oven at 80 ° C for 2 hours to form a cationic 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 4 및 비교예 1 내지 2의 투수도 측정 결과를 표1에 나타내었다.
The results of permeability measurement of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 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, 산화 PVDF로 제조한 분리막 및 산화 PVDF에 대해 폴리에틸렌이민(PEI)의 함량을 각각 다르게 첨가하여(산화 PVDF 100중량부 대하여 각각 3, 5, 10중량부 첨가) 제조한 분리막의 표면구조를 관찰한 현미경 사진을 나타내었다. 도1에서 알 수 있듯이, 비산화 PVDF 분리막과 기타 개질된 PVDF 분리막의 막 표면간에는 뚜렷한 변화가 관찰되지 않았다.1A to 1E, the amounts of polyethyleneimine (PEI) added to the non-oxidized PVDF separation membrane, the separation membrane made of oxidized PVDF, and the oxidized PVDF were separately added (3, 5, and 10 parts by weight ) Microscopic photographs showing the surface structure of the prepared membrane were shown. As can be seen from FIG. 1, no significant change was observed between the membrane 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 4 및 비교예 1 내지 2의 접촉각 측정 결과를 표1에 나타내었다.
The contact angle measurement results of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 2 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, 산화 PVDF로 제조한 분리막 및 산화 PVDF에 대해 폴리에틸렌이민(PEI)의 함량을 각각 다르게 첨가하여(산화 PVDF 100중량부 대하여 각각 3, 5, 10중량부 첨가) 제조한 분리막의 제타포텐셜을 나타내었다. 도2에서 알 수 있듯이, 산화 PVDF 고분자에 양이온성 고분자 전해질을 첨가한 분리막의 경우 양전하를 가지는 것을 알 수 있다.
FIG. 2 shows the results obtained by adding different amounts of polyethyleneimine (PEI) to the non-oxidized PVDF separation membrane, the PVDF separation membrane, and the oxidized PVDF (adding 3, 5 and 10 parts by weight, respectively, to 100 parts by weight of oxidized PVDF) The zeta potential of the membrane was shown. As can be seen from FIG. 2, the separation membrane to which the cationic polyelectrolyte is added to the oxidized PVDF polymer has a positive 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 4 및 비교예 1 내지 2의 BSA 흡착량 측정 결과를 표2에 나타내었다. Table 2 shows the BSA adsorption amount measurement results of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2.

구분division PVDFPVDF
(( 중량부Weight portion ))
NMPNMP
(( 중량부Weight portion ))
PEIPEI 투수도Pitcher
(L/m(L / m 22 h  h barbar ))
접촉각Contact angle (°)(°)
비교예1Comparative Example 1 100100 400400 00 129129 8383 비교예2Comparative Example 2 100100 400400 코팅coating 3636 7474 구분division 산화Oxidation PVDFPVDF
(( 중량부Weight portion ))
NMPNMP
(( 중량부Weight portion ))
PEIPEI
(( 중량부Weight portion ))
투수도Pitcher
(L/m(L / m 22 h  h barbar ))
접촉각Contact angle (°)(°)
실시예1Example 1 100100 400400 33 173173 7575 실시예2Example 2 100100 400400 5.45.4 152152 7575 실시예3Example 3 100100 400400 7.57.5 138138 7474 실시예4Example 4 100100 400400 11.111.1 제막불가No forming

표 1의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이 비산화 PVDF분리막(비교예1)과 비교해 볼 때 산화 PVDF에 폴리에틸렌이민(PEI)을 첨가한 실시예 1~4는 투수도가 현저히 향상되고, 접촉각은 감소하였다. 이러한 결과는 본래의 소수성인 PVDF가 친수성 PVDF로 변화된 것에 기인할 수 있다. 또한, 양전하를 부여하기 위하여 PVDF 분리막에 PEI를 코팅한 비교예2의 경우 표면 PEI 코팅으로 인해 접촉각의 감소에도 불구하고 투수도는 현저히 감소하였는데 이러한 이유는 고분자의 표면 코팅이 분리막 평균기공을 감소시킬 수 있기 때문이다. 이에 반해 본 발명의 PEI를 첨가하여 제조한 실시예 1~4는 투수도가 오히려 향상된 것을 확인할 수 있다.
As can be seen from the results in Table 1, in Examples 1 to 4 in which polyethyleneimine (PEI) was added to the oxidized PVDF as compared with the non-oxidized PVDF membrane (Comparative Example 1), the water permeability was significantly improved, Respectively. These results can be attributed to the fact that the original hydrophobic PVDF was changed to hydrophilic PVDF. In the case of Comparative Example 2 in which the PVDF membrane was coated with PEI to provide a positive charge, the permeability was remarkably reduced due to the decrease of the contact angle due to the surface PEI coating. This is because the surface coating of the polymer reduces the average pore size of the membrane It is because. On the contrary, Examples 1 to 4 prepared by adding PEI of the present invention show improved water permeability.

구분division PVDFPVDF
(( 중량부Weight portion ))
NMPNMP
(( 중량부Weight portion ))
PEIPEI BSABSA
흡착량(Adsorption amount ( mgmg // cmcm 22 ))
atat pHpH 4.8 4.8
비교예1Comparative Example 1 100100 400400 00 2.52.5 비교예2Comparative Example 2 100100 400400 코팅coating 0.130.13 구분division 산화Oxidation PVDFPVDF
(( 중량부Weight portion ))
NMPNMP
(( 중량부Weight portion ))
PEIPEI
(( 중량부Weight portion ))
BSABSA
흡착량(Adsorption amount ( mgmg // cmcm 22 ))
실시예1Example 1 100100 400400 33 0.00.0 실시예2Example 2 100100 400400 5.45.4 0.00.0 실시예3Example 3 100100 400400 7.57.5 0.00.0 실시예4Example 4 100100 400400 11.111.1 0.00.0

표 2의 결과에서 알 수 있는 바와 같이 비산화 PVDF 분리막(비교예1)의 BSA 흡착량은 2.5 (μg/cm2)인 반면 표면 양전하를 가진 실시예1~4의 분리막의 경우 BSA 흡착량은 0 (μg/cm2) 이었다. 한편, PVDF 분리막에 PEI를 코팅한 비교예2의 경우 BSA 흡착량이 0.13(μg/cm2)으로, 실시예 1~4이 비교예2에 비하여 투수도가 현저히 향상될 뿐만 아니라 동시에 단백질 회수율도 높아지는 결과를 나타내었다. As can be seen from the results in Table 2, the BSA adsorption amount of the non-oxidized PVDF membrane (Comparative Example 1) was 2.5 (μg / cm 2 ) while the adsorption amount of BSA in the membranes of Examples 1 to 4 having surface positive charge 0 (μg / cm 2 ). On the other hand, in the case of Comparative Example 2 in which the PVDF membrane was coated with PEI, the BSA adsorption amount was 0.13 (μg / cm 2 ), and in Examples 1 to 4, the water permeability was remarkably improved as compared with Comparative Example 2, The results are shown.

Claims (13)

(1) 폴리불화비닐덴계 고분자를 산화(Oxidation)시키는 단계;
(2) 상기 산화된 폴리불화비닐덴계 고분자, 양이온성 고분자 전해질 및 용매를 혼합하여 고분자 용액을 제조하는 단계;
(3) 상기 고분자 용액을 지지체 상에 캐스팅하거나, 방사 노즐을 통해 방사하여 다공성 분리막을 제조하는 단계;를 포함하는 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막의 제조방법.
(1) oxidizing a polyvinylidene fluoride polymer;
(2) preparing a polymer solution by mixing the oxidized polyvinylidene fluoride polymer, a cationic polymer electrolyte and a solvent;
(3) casting the polymer solution onto a support or spinning the solution through a spinning nozzle to produce a 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 (1)단계는 폴리불화비닐덴계 고분자를 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 step (1) comprises oxidizing the polyvinylidene fluoride polymer by reacting in a mixture of an alkali solution and an alcohol.
제3항에 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.
The method of claim 3,
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 (2)단계의 고분자 용액은 산화된 폴리불화비닐덴계 고분자 100중량부에 대하여 양이온성 고분자 전해질 2 내지 10 중량부 및 용매 250 내지 700중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the polymer solution of step (2) comprises 2 to 10 parts by weight of a cationic polyelectrolyte and 250 to 700 parts by weight of a solvent based on 100 parts by weight of the oxidized polyvinylidene fluoride polymer. (2).
제1항에 있어서,
상기 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 is at least one of polyarylamine and polyethyleneimine. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 11. &lt; / RTI &gt;
산화된 폴리불화비닐덴계 고분자; 및
상기 산화된 폴리불화비닐덴계 고분자에 가교결합된 양이온성 고분자 전해질;을 포함하는 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막.
Oxidized polyvinylidene fluoride polymer; And
And a cationic polyelectrolyte crosslinked to the oxidized polyvinylidene fluoride polymer. The positive electrode polyvinylidene fluoride separator according to claim 1,
제7항에 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.
8. The method of claim 7,
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.
제7항에 있어서,
상기 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공질막은 산화된 폴리불화비닐덴계 고분자 100중량부에 대하여 양이온성 고분자 전해질 2 내지 10중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막.
8. The method of claim 7,
Wherein the positively charged polyvinylidene fluoride porous film comprises 2 to 10 parts by weight of a cationic polyelectrolyte based on 100 parts by weight of the oxidized polyvinylidene fluoride polymer.
제7항에 있어서,
상기 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막은 pH4 에서 제타포텐셜이 15 내지 40mV인 것을 특징으로 하는 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막.
8. The method of claim 7,
Wherein the positively charged polyvinylidene fluoride porous separator has a zeta potential of 15 to 40 mV at pH 4.
제7항에 있어서,
상기 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막은 pH7에서 제타포텐셜이 0 내지 30mV인 것을 특징으로 하는 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막.
8. The method of claim 7,
Wherein the positively charged polyvinylidene fluoride porous separator has a zeta potential of 0 to 30 mV at a pH of 7.
제7항에 있어서,
상기 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막은 pH 10에서 제타포텐셜이 0 내지 20mV인 것을 특징으로 하는 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막.
8. The method of claim 7,
Wherein the positively charged polyvinylidene fluoride porous separator has a zeta potential of 0 to 20 mV at a pH of 10.
제7항에 있어서,
상기 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막은 투수도가 135(L/m2hr)이상이며, pH 4.8에서의 BSA 흡착량이 0(μg/cm2)인 것을 특징으로 하는 양전하성 폴리불화비닐덴계 다공성 분리막.

8. The method of claim 7,
Wherein the positively charged polyvinylidene fluoride porous separator has a water permeability of 135 (L / m 2 hr) or more and a BSA adsorption amount of 0 (μg / cm 2 ) at a pH of 4.8. Membrane.

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