KR20160057672A - Polyamide thin-film composite membrane with dicarboxylic acid, and manufacturing method thereof - Google Patents

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KR20160057672A
KR20160057672A KR1020140158559A KR20140158559A KR20160057672A KR 20160057672 A KR20160057672 A KR 20160057672A KR 1020140158559 A KR1020140158559 A KR 1020140158559A KR 20140158559 A KR20140158559 A KR 20140158559A KR 20160057672 A KR20160057672 A KR 20160057672A
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이형근
최원길
김기홍
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한국에너지기술연구원
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Abstract

The present invention relates to a complex membrane which improves a hydrophilic property thereof by manufacturing a PA layer having an excellent polarity on a porous support, and a method for manufacturing the same. The separation membrane may be manufactured through the steps of: immersing a porous support in an aqueous polymer solution in which an aqueous polymer is dissolved in distilled water; drying the support immersed in the aqueous polymer solution; immersing the dried support in an organic polymer solution in which an organic polymer is dissolved in an aliphatic hydrocarbon solvent; and drying the support immersed in the organic polymer solution.

Description

카르복실기가 포함된 폴리아마이드 복합막 및 그 제조방법 및 이를 이용한 폴리아미드 복합막{Polyamide thin-film composite membrane with dicarboxylic acid, and manufacturing method thereof}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a polyamide composite membrane containing a carboxyl group, a polyamide composite membrane using the same,

본 발명은 카르복실기가 포함된 폴리아마이드 복합막(Thin-film composite membrane) 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다공성 지지체 위에 극성(polarity)이 우수한 PA층을 제조하여 복합막의 친수성을 향상시킨 복합막과 그 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a carboxyl-containing polyamide composite membrane and a method of preparing the same, and more particularly, to a PA-polyamide composite membrane having improved polarity and improved hydrophilicity of a composite membrane A composite membrane and a manufacturing method thereof.

고분자 소재를 이용한 분리막 제조는 일반적으로 건-습식 상전이 법(dry-wet phase inversion method)을 이용하여 제조된다. 건-습식 상전이 법은 고분자, 용매, 첨가제로 이루어진 도프용액(dope solution) 중에 용매의 증발(evaporation) 속도를 달리하여 유도함으로서 고분자를 고형화 하여 기체 분리막으로 제조하는 방법이다. The preparation of membranes using polymeric materials is generally made using the dry-wet phase inversion method. The dry-wet phase transition method is a method for producing a gas separation membrane by solidifying a polymer by inducing a solvent evaporation rate in a dope solution composed of a polymer, a solvent and an additive.

기체분리막으로서 요구되는 본질적인 성능은 높은 투과성과 선택성이다. 그러나 일반적으로 고투과성막은 선택도가 낮고, 고선택성막은 투과도가 낮은 경향을 나타낸다. 그리고 고분자 분리막은 내열성, 내화학성, 내구성 등에서 문제점을 갖고 있기 때문에 고효율, 고기능을 갖는 고분자 분리막을 개발하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 즉, 공중합, 고분자 블랜드, 입체 복합체, 이온, 극성기 또는 친수성기를 도입한 가교 구조를 이용한 복합막 등 막의 화학적 구조 변화를 통해 고성능화하거나, 제막 및 방사 조건의 변화, 연신 및 결정화의 조절등의 물리적 방법으로 고기능화를 시도하는 연구들이 진행되고 있다. The intrinsic performance required as a gas separation membrane is high permeability and selectivity. However, in general, high permeability membranes have low selectivity and high selectivity membranes have low permeability. Since polymer membranes have problems in terms of heat resistance, chemical resistance and durability, studies for developing polymer membranes having high efficiency and high performance have been actively carried out. That is, it is possible to improve the performance by changing the chemical structure of the membrane such as copolymerization, a polymer blend, a stereocomplex, a composite membrane using a crosslinked structure in which an ion, a polar group or a hydrophilic group is introduced, or a physical method such as a change in film formation and spinning conditions, Research is being carried out to try to make it more sophisticated.

그 중 초박막화를 이용한 복합막(Thin film composite, TFC)은 분리막을 이용한 공정에서 최대 결점인 낮은 투과도의 개선과 함께 작용기에 따라 수분 및 특정 기체에 대한 높은 선택성을 나타낸다는 장점이 있다. 그리고 화학적 결합으로 제조된 복합막은 물리적인 방법으로 코팅한 복합막에 비해 내화학성, 내열성, 내구성이 우수한 분리막을 제조할 수 있기 때문에 다양한 분야에 응용되고 있다.Among them, the thin film composite (TFC) using ultra thin film is advantageous in that it exhibits high selectivity for moisture and specific gas depending on the functional group as well as improvement of low transmittance which is the biggest defect in the process using a separator. And composite membranes prepared by chemical bonding are applied to various fields because they can produce separators having excellent chemical resistance, heat resistance and durability as compared with composite membranes coated by physical methods.

기존의 분리막 표면에 계면중합을 이용한 초박막코팅 복합막을 (Thin Film Composite) 제조하는 경우에는 주로 m-phenylene diamine (MPD)와 Trimesoyl chloride (TMC)를 반응시켜 친수성 Polyamide (PA)층을 제조하여 수처리, 해수담수화, 압력지연 삼투발전 등에 적용하였다.
In the case of manufacturing a thin film composite membrane using interfacial polymerization on the surface of a conventional membrane, a hydrophilic polyamide (PA) layer is prepared by reacting m-phenylene diamine (MPD) with trimethoyl chloride (TMC) Seawater desalination, and pressure delay osmosis.

한국 특허공개 제10-2013-0030954호Korean Patent Publication No. 10-2013-0030954

본 발명의 목적은, 다공성 지지체 위에 극성(polarity)이 우수한 PA층을 제조하여 복합막의 친수성을 향상시킨 카르복실기가 포함된 폴리아마이드 복합막(Thin-film composite membrane) 및 그 제조방법을 제공하는 데에 있다.
It is an object of the present invention to provide a polyamide composite membrane having a carboxyl group and a method of manufacturing the same, which has a PA layer excellent in polarity on a porous support to improve the hydrophilicity of the composite membrane have.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 유리상 고분자로 이루어지는 다공성 지지체의 표면에 수상고분자를 계면중합하여 카르복실기가 포함된 폴리아마이드의 선택층이 형성된 것을 특징으로 하는 복합막이다In order to accomplish the above object, the present invention provides a composite membrane comprising a porous support made of a glass-like polymer and having a water-soluble polymer interfacial surface to form a selective layer of a polyamide containing a carboxyl group

상기 유기상 고분자는 폴리설폰, 폴리이서설폰, 폴리이미드, 폴리이서이미드, 폴리프로필렌, PVDF 중에서 선택되는 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.Wherein the organic polymer is composed of any one selected from polysulfone, polyisocyanate, polyimide, polyetherimide, polypropylene, and PVDF.

또, 상기 수상고분자는 3,5-diaminobenzoicacid 또는 1,3-cyclohexanebis(methylamine)인 것을 특징으로 한다.The aqueous polymer may be 3,5-diaminobenzoic acid or 1,3-cyclohexanebis (methylamine).

상기 복합막은 평막 또는 중공사막으로 제조될 수 있다.The composite membrane may be made of a flat membrane or a hollow fiber membrane.

또 다른 발명은, 상술한 복합막을 제조하는 복합막 제조방법으로써, 수상고분자를 증류수에 용해시킨 수상고분자 용액에 다공성 지지체를 침지하는 단계; 수상고분자 용액에 침지된 지지체를 건조시키는 단계; 유기상 고분자를 지방족 탄화수소 용매에 용해시킨 유기상 고분자 용액에 건조된 지지체를 침지시키는 단계; 및 유기상 고분자 용액에 침지된 지지체를 건조시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a composite membrane producing method for producing the above composite membrane, comprising the steps of: immersing a porous support in an aqueous polymer solution in which an aqueous polymer is dissolved in distilled water; Drying the support immersed in the aqueous polymer solution; Immersing the dried support in an organic polymer solution in which an organic phase polymer is dissolved in an aliphatic hydrocarbon solvent; And drying the support immersed in the organic phase polymer solution.

그리고, 유기상 고분자 용액에 침지 후 건조된 지치체를 열처리시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Further, the method further comprises a step of heat-treating the ground body after immersing in the organic phase polymer solution.

또, 상기 지방족 탄화수소 용매는 n-Hexane인 것을 특징으로 한다.The aliphatic hydrocarbon solvent is n-hexane.

또, 유기상 고분자는 0.1~1.0 wt.%로 지방족 탄화수소 용매에 용해되는 것을 특징으로 한다.The organic phase polymer is characterized by being dissolved in an aliphatic hydrocarbon solvent in an amount of 0.1 to 1.0 wt.%.

또, 수상 고분자는 0.5~5.0 wt.%로 증류수에 용해되는 것을 특징으로 한다.
The aqueous polymer is characterized by being dissolved in distilled water at 0.5 to 5.0 wt.%.

본 발명을 통하여, 친수성이 향상된 폴리아마이드 복합막의 제조가 가능하다.
Through the present invention, it is possible to produce a polyamide composite membrane having improved hydrophilicity.

도 1은 3,5-diamino benzoic acid와 TMC를 이용한 계면중합에 관한 화학 구조식이다.
도 2는 1,3-cyclohexanebis(methylamine)과 TMC를 이용한 계면중합에 관한 화학구조식이다.
도 3은 3,5-diamino benzoic acid와 TMC를 이용한 계면중합을 통해 제조된 복합막의 단면을 SEM을 이용해 촬영한 결과이다.
도 4는 1,3-cyclohexanebis(methylamine)과 TMC를 이용한 계면중합을 통해 제조된 복합막의 단면을 SEM을 이용해 촬영한 결과이다.
도 5는 m-phenylene diamine과 TMC를 이용한 계면중합을 통해 제조된 복합막의 단면을 SEM을 이용해 촬영한 결과이다.
도 6은 3,5-diamino benzoic acid와 1,3-cyclohexanebis(methylamine)를 TMC와 계면중합을 통해 제조된 복합막과 종래기술에 따른 복합막의 표면을 FT-IR을 이용해 분석한 결과이다.
1 is a chemical structural formula for the interfacial polymerization using 3,5-diamino benzoic acid and TMC.
2 is a chemical structural formula for interfacial polymerization using 1,3-cyclohexanebis (methylamine) and TMC.
FIG. 3 is a photograph of a cross-section of a composite membrane prepared by interfacial polymerization using 3,5-diamino benzoic acid and TMC using SEM.
FIG. 4 is a photograph of the cross section of the composite membrane prepared by interfacial polymerization using 1,3-cyclohexanebis (methylamine) and TMC using SEM.
FIG. 5 is a photograph of a section of a composite membrane prepared by interfacial polymerization using m-phenylene diamine and TMC using SEM.
FIG. 6 shows the results of FT-IR analysis of the composite membrane prepared by interfacial polymerization of 3,5-diamino benzoic acid and 1,3-cyclohexanebis (methylamine) with TMC and the surface of the composite membrane according to the prior art.

이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components, and the same reference numerals will be used to designate the same or similar components. Detailed descriptions of known functions and configurations are omitted.

본 발명에서는 다공성 지지체 위에 극성(polarity)이 우수한 코팅층을 제조하여 복합막의 친수성을 향상시킨 위한 계면중합 방법과 이러한 과정을 통해 제조된 복합막의 특성에 대해 설명하고자 한다. In the present invention, an interfacial polymerization method for improving the hydrophilicity of a composite membrane by preparing a coating layer having an excellent polarity on a porous support, and characteristics of a composite membrane produced through such a process will be described.

상기 코팅층은 아민(Amine)기(-NH)와 카르복실기(-COOH)가 포함된다. 계면중합을 통한 코팅층 형성은 폴리설폰, 폴리이서설폰, 폴리이미드, 폴리이서이미드, 폴리프로필렌, PVDF 등 일반적인 고분자 분리막 제조에 사용되는 유리상 고분자(glassy polymer)를 소재로 제조된 분리막에 적용이 가능하며, 지지체의 형태는 중공사막, 평막 두 종류 모두에 적용할 수 있다는 장점이 있다. 수상고분자로 3,5-DABA와 1,3-CHMA를 이용하고, 유기상고분자로 TMC 또는 CC를 이용하여 계면중합할 수 있다.The coating layer includes an amine group (-NH) and a carboxyl group (-COOH). The formation of a coating layer by interfacial polymerization can be applied to a separator made of a glassy polymer used for general polymer separator such as polysulfone, polyisocyanate, polyimide, polyetherimide, polypropylene and PVDF , And the shape of the support can be applied to both of the hollow fiber membrane and the flat membrane. Interfacial polymerization can be carried out by using TMC or CC as an organic phase polymer using 3,5-DABA and 1,3-CHMA as an aqueous polymer.

본 발명에서 지지체로 사용되는 다공성 분리막은 평막과 중공사막 형태로 제조될 수 있다. 상기 다공성 분리막을 구성하는 고분자 소재로는 폴리설폰(Polysulfone), 폴리에테르설폰(Polyethersulfone, PES), 폴리이미드(Polyimide) 계열, 폴리에터이미드(Polyetherimide, PEI), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), PVDF(폴리비닐리덴디플루오리드(poly(vinylidenedifluoride)) 등 일반적인 고분자 분리막 제조에 사용되는 유리상 고분자(glassy polymer)를 사용할 수 있다.The porous separator used as a support in the present invention may be manufactured in the form of a flat membrane and a hollow fiber membrane. As the polymer material constituting the porous separation membrane, a polymer material such as polysulfone, polyethersulfone (PES), polyimide series, polyetherimide (PEI), polypropylene (PP) A glassy polymer used in general polymer separation membranes such as PVDF (polyvinylidene difluoride) and the like can be used.

본 발명에 수상 고분자로 사용된 3,5-diaminobenzoicacid (3,5-DABA)와 1,3-cyclohexanebis(methylamine)(1,3-CHMA)는 기존의 폴리아마이드층(polyamide layer) 제조를 위한 계면중합에 주로 사용되고 있는 MPD와 비교하였을 때, 반응 후 생성물에 포함된 카르복실기(-COOH)가 존재하기 때문에 극성기체나 수분에 관한 친화도(affinity)가 증가하게 된다.In the present invention, 3,5-diaminobenzoicacid (3,5-DABA) and 1,3-cyclohexanebis (methylamine) (1,3-CHMA), which are used as an aqueous polymer, When compared with MPD, which is mainly used for polymerization, the affinity for polar gas and moisture is increased because the carboxyl group (-COOH) contained in the product is present after the reaction.

따라서, 본 발명을 이용하여 분리막 표면에 계면 중합을 하게 되면, 종래기술에 따른 m-페닐린 디아민(MPD : m-phenylene diamine)보다 극성(polarity)이 향상된 결합(Cross-linking)을 갖는 PA층을 제조하여 복합막의 친수성을 향상시킨 분리막을 제조할 수 있게 된다.Therefore, when interfacial polymerization is carried out on the surface of the separator using the present invention, a PA layer having cross-linking with improved polarity than m-phenylene diamine (MPD) A separator having improved hydrophilicity of the composite membrane can be produced.

이러한 수상고분자(Aqueous phase monomer)로 3,5-diamino benzoic acid (3,5-DABA)와 1,3-cyclohexanebis (methylamine) (1,3-CHMA)를 사용하여, 유기 고분자(organic phase monomer)인 (Trymesoyl chloride(TMC), Cyanuric chloride(CC))와 계면중합하여 지지체의 표면에 초박막 선택층을 제조한다. 이 때 유기 고분자로 사용되는 TMC와 CC는 가격이 저렴하고 화학적 열적 선택적 반응성이 뛰어나기 때문에 다양한 고분자 합성에 응용되고 있다. An organic phase monomer was prepared by using 3,5-diamino benzoic acid (3,5-DABA) and 1,3-cyclohexanebis (methylamine) (1,3-CHMA) as aqueous phase monomers. (TMC) and cyanuric chloride (CC) to prepare an ultra-thin selective layer on the surface of the support. TMC and CC, which are used as organic polymers, are being applied to various polymer synthesis because they are low in cost and excellent in chemical and thermal selective reactivity.

이렇게 제조된 초박막 복합막(TFC) 표면에 계면중합을 통해 제조된 폴리아마이드(polyamide)층은 친수성을 갖기 때문에, 코팅층의 높은 극성(high polarity)로 인해 CO2, SO2, H2S와 같은 산성가스 및 수분 분리에 있어 투과도 향상을 기대할 수 있으며, 동시에 H2, He, N2, O2와 같은 비응축성, 비극성(non-polarity)가스와 혼합된 기체 분리에 있어서 선택성이 향상될 것으로 예상된다. Since the polyamide layer prepared by the interfacial polymerization on the surface of the thus prepared ultra thin film composite film (TFC) is hydrophilic, the coating layer has a high polarity and thus can be used as CO 2 , SO 2 , H 2 S It is expected that the improvement in permeability in the separation of acidic gas and water and the improvement in selectivity in gas separation with non-condensable, non-polarity gas such as H 2 , He, N 2 and O 2 do.

그리고 계면중합을 통해 제조된 친수성 복합막은 가스분리막으로써 응용뿐만 아니라, 수처리 막, 염도차 발전 등에 사용할 수 있는 정삼투막 및 해수담수화에 사용되는 역삼투막으로 응용이 가능하다.
The hydrophilic composite membranes prepared by interfacial polymerization can be applied not only as gas separation membranes but also as reverse osmosis membranes for water treatment membranes, salinity generation, and seawater desalination.

이하, 상술한 바와 같이 아민(Amine)기(-NH)와 카르복실기(-COOH)가 포함되는 선택층을 가지는 복합막의 제조과정을 실시예를 통하여 설명한다.
Hereinafter, a process for producing a composite membrane having a selective layer containing an amine group (-NH) and a carboxyl group (-COOH) as described above will be described with reference to examples.

[실시예 1][Example 1]

먼저, 3,5-DABA를 이용한 선택층을 가지는 복합막에 대하여 설명한다.First, a composite film having a selective layer using 3,5-DABA will be described.

3,5-DABA를 증류수에 0.5 ~ 5.0 wt.%를 용해시켜 준비한 다음, 다공성 지지체를 1 ~ 10분동안 침지한다. 이 후, 침지된 다공성 지지체를 2 ~ 5분동안 건조시킨다. Prepare 3,5-DABA by dissolving 0.5 to 5.0 wt.% In distilled water, then immerse the porous support for 1 to 10 minutes. Thereafter, the immersed porous support is dried for 2 to 5 minutes.

건조된 다공성 지지체는 지방족 탄화수소 용매인 n-Hexane에 0.1 ~ 1.0 wt.%로 용해시킨 TMC 또는 CC에 1 ~ 10분 내외로 침지시킨다. 일정 시간이 지난 이후에 제조된 막은 상온에서 1~3시간 동안 건조시키고, 화학적 안정화를 위하여 70 ~ 80℃에서 10분동안 열처리한다. 이 때 함침용액의 농도와 시간에 따라 형성되는 코팅층의 두께를 조절할 수 있으며, 이에 따라 대상 기체 및 액체에 대한 투과도 및 선택도를 결정할 수 있게 된다. 이에 따라 제조된 계면중합에 관한 화학 구조식은 도 1과 같다.
The dried porous support is immersed in TMC or CC dissolved in 0.1 to 1.0 wt.% Of n-hexane, which is an aliphatic hydrocarbon solvent, for about 1 to 10 minutes. Membranes prepared after a certain period of time are dried at room temperature for 1 to 3 hours and heat-treated at 70 to 80 ° C for 10 minutes for chemical stabilization. At this time, the thickness of the coating layer formed according to the concentration and the time of the impregnation solution can be adjusted, and thus the permeability and selectivity for the target gas and liquid can be determined. The chemical structural formula for the interfacial polymerization thus prepared is shown in Fig.

[실시예 2][Example 2]

다음으로, 1,3-CHMA를 이용한 선택층을 가지는 복합막에 대하여 설명한다. 1,3-CHMA를 증류수에 0.5 ~ 5.0 wt.%를 용해시켜 준비한 다음, 지지체를 1 ~ 10분 동안 침지한다. 이 후, 침지된 다공성 지지체를 2 ~ 5분동안 건조시킨다. Next, a composite film having a selective layer using 1,3-CHMA will be described. Prepare 1,3-CHMA by dissolving 0.5 to 5.0 wt.% In distilled water, then immerse the support for 1 to 10 minutes. Thereafter, the immersed porous support is dried for 2 to 5 minutes.

건조된 다공성 지지체는 n-Hexane에 0.1 ~ 1.0 wt.%로 용해시킨 TMC 또는 CC에 1 ~ 10분 내외로 침지시킨다. 일정 시간이 지난 이후에 제조된 막은 상온에서 1~3시간 동안 건조시키고, 화학적 안정화를 위하여 70 ~ 80℃에서 10분동안 열처리한다. 이 때 함침용액의 농도와 시간에 따라 형성되는 코팅층의 두께를 조절할 수 있으며, 이에 따라 대상 기체 및 액체에 대한 투과도 및 선택도를 결정할 수 있게 된다. 이에 따라 제조된 계면중합에 관한 화학 구조식은 도 2와 같다.
The dried porous support is immersed in TMC or CC dissolved in 0.1 to 1.0 wt.% Of n-hexane for 1 to 10 minutes. Membranes prepared after a certain period of time are dried at room temperature for 1 to 3 hours and heat-treated at 70 to 80 ° C for 10 minutes for chemical stabilization. At this time, the thickness of the coating layer formed according to the concentration and the time of the impregnation solution can be adjusted, and thus the permeability and selectivity for the target gas and liquid can be determined. The chemical structural formula for the interfacial polymerization thus prepared is shown in FIG.

수상 고분자 (3,5-DABA 또는 1,3-CHMA) 농도가 0.5 wt.%보다 작을 경우, 유기상 고분자와 반응이 완전하게 이루어지지 않기 때문에, 지지체 표면 전체에 완벽한 코팅층을 형성하기 어렵게 된다. 이로 인해 친수성 선택층이 형성되지 못한 부분에서 결함이 생겨서 혼합기체의 분리도가 감소하게 된다. If the concentration of the water-borne polymer (3,5-DABA or 1,3-CHMA) is less than 0.5 wt.%, It is difficult to form a complete coating layer on the entire surface of the support because the reaction with the organic polymer is not completed. As a result, defects are generated at portions where the hydrophilic selective layer is not formed, and the degree of separation of the mixed gas is decreased.

또, 수상 고분자의 농도가 증가할수록 유기상 고분자와 계면 중합에 의해 제조되는 선택층의 친수성이 증가하지만 동시에 선택층의 두께도 증가하게 된다. 이 때, 수상 고분자 (3,5-DABA 또는 1,3-CHMA) 농도가 5.0 wt.% 보다 크게되면, 친수성에 의해 향상되는 투과도에 비해 선택층 두께 증가에 의해 감소되는 투과도의 영향이 커지기 때문에 투과도와 선택도가 감소되는 역효과를 나타내게 된다. As the concentration of the aqueous polymer increases, the hydrophilic property of the selective layer produced by the interfacial polymerization with the organic polymer is increased, but the thickness of the selective layer is also increased. At this time, if the concentration of the water-soluble polymer (3,5-DABA or 1,3-CHMA) is greater than 5.0 wt.%, The influence of the permeability decreased by the increase of the thickness of the selective layer becomes larger than the permeability improved by hydrophilicity The transmittance and the selectivity are reduced.

그리고, 수상고분자의 반응시간이 1분 이하이면 지지체 표면에 안정적으로 계면중합이 발생하기 어려우며, 10분이상일 때는 유기상 고분자와 반응에 사용되는 수상고분자가 초과되어 성능의 향상을 보이지 않게 된다.If the reaction time of the aqueous polymer is less than 1 minute, interfacial polymerization does not occur stably on the surface of the support. If the reaction time of the aqueous polymer is longer than 10 minutes, the aqueous polymer used for reaction with the organic polymer is exceeded and the performance is not improved.

유기상 고분자 (TMC, CC)의 농도가 0.1 wt.% 보다 작을 경우에는 수상고분자의 경우와 마찬가지로, 지지체 표면 전체에 완벽한 코팅층을 형성하기 어렵게 된다. 이로 인해 친수성 선택층이 형성되지 못한 부분에서 결함이 생겨서 혼합기체의 분리도가 감소하게 된다. 그리고 유기상 고분자 농도가 1.0 wt.% 보다 많으면, 수상 고분자와 반응하지 못하고 잔류한 유기상 고분자의 작용기(functional group)가 산화(oxidation)하여 선택층의 기공(pore)을 막게 된다. 이로 인해 투과도와 선택도가 동시에 감소한다. When the concentration of the organic polymer (TMC, CC) is less than 0.1 wt.%, It is difficult to form a complete coating layer on the entire surface of the support similarly to the case of the water polymer. As a result, defects are generated at portions where the hydrophilic selective layer is not formed, and the degree of separation of the mixed gas is decreased. If the concentration of the organic polymer is more than 1.0 wt.%, The functional group of the organic polymer remaining after the reaction with the water polymer is not oxidized, thereby blocking the pore of the selected layer. This reduces the permeability and selectivity simultaneously.

그리고 유기상 고분자의 반응시간이 1분 이하일 때 역시 반응시간이 충분하지 못하여 안정적인 선택층을 형성할 수 없게 된다. 유기상 고분자의 반응시간이 10분 이상일 경우에는 수상 고분자와의 반응이 더 이상 진행되지 못하고 초과된 유기상 고분자가 발생하게 된다.
Also, when the reaction time of the organic polymer is less than 1 minute, the reaction time is not sufficient and a stable selective layer can not be formed. When the reaction time of the organic polymer is more than 10 minutes, the reaction with the water polymer can not proceed and the organic polymer is generated excessively.

실시예1과 실시예2에 따라 제조된 복합막은 기기분석을 통하여 코팅층의 형성을 확인하고, 화학적 특성을 분석하였다. 도 3과 도 4에서는 중공사막 표면에 코팅된 3,5-DABA와 1.3-CHMA 코팅층이 나타나며, 각각 두께가 536㎚, 171㎚로 측정되었다. 코팅층의 두께는 단량체(monomer)의 농도, 반응시간 등에 따라 조절이 가능하다. The composite membranes prepared according to Example 1 and Example 2 were analyzed for their chemical characteristics by confirming the formation of a coating layer through instrumental analysis. In FIGS. 3 and 4, 3,5-DABA and 1.3-CHMA coating layers coated on the surface of the hollow fiber membrane are shown, and their thicknesses are measured at 536 nm and 171 nm, respectively. The thickness of the coating layer can be controlled by the concentration of the monomer, the reaction time, and the like.

그리고, 형성된 코팅층에 포함된 작용기를 확인하기 위하여 FT-IR을 이용하여 표면의 화학적 특성을 분석하였다(도 6 참조). PES 지지체와 비교하였을 때, 계면중합한 복합막 표면에는 amide I (C-O) group (1660 cm-1), amide II (N-H) group (1540 cm-1)과 같은 PA층이 형성된 것을 확인할 수 있다. 그리고 MPD를 이용한 계면중합과 비교하였을 때, 3,5-DABA와 1.3-CHMA를 수상고분자로 이용하여 제조된 복합막에서는 카르복실기(-COOH) (1710-1715 cm-1)를 확인할 수 있다.
Then, in order to identify the functional groups contained in the formed coating layer, the chemical characteristics of the surface were analyzed using FT-IR (see FIG. 6). Compared with the PES support, it was confirmed that the PA layer such as amide I (CO) group (1660 cm -1 ) and amide II (NH) group (1540 cm -1 ) were formed on the surface of the interfacially polymerized composite membrane. Compared with interfacial polymerization using MPD, the carboxyl group (-COOH) (1710-1715 cm -1 ) can be confirmed in the composite membrane prepared by using 3,5-DABA and 1.3-CHMA as an aqueous polymer.

제조된 TFC 분리막의 성능을 비교해 보고자 수분분리 실험을 실시하였다. 실험 결과를 비교하기 위하여 동일한 폴리에터술폰(PES : polyethersulfone) 중공사막을 지지체로 사용하였으며, 수상 고분자 농도 1.0 wt.% 유기상고분자 농도 0.1 wt.% 반응시간 60초로 동일한 조건으로 복합막을 제조하였다. 이 때, 실험예 1과 실험예 2는 각각 실시예1과 실시예2에 제조된 복합막의 실험결과이다.Water separation experiments were conducted to compare the performance of the TFC separator. To compare the experimental results, a composite membrane was prepared by using the same polyether sulfone (PES) hollow fiber membrane as a support and a reaction time of 60 seconds at an aqueous polymer concentration of 1.0 wt.% And an organic polymer concentration of 0.1 wt.%. Here, Experimental Examples 1 and 2 are experimental results of the composite membranes prepared in Examples 1 and 2, respectively.

또, 비교예로써 폴리에터술폰(PES : Polyethersulfone) 중공사막을 지지체로 사용하여 수상고분자는 MPD, 유기상고분자는 TMC를 이용하여 실험예와 동일한 조건으로 복합막을 제조하였다(도5 참조).As a comparative example, a composite membrane was prepared using polyether sulfone (PES) hollow fiber membrane as a support, MPD as an aqueous polymer, and TMC as an organic polymer, under the same conditions as in Experimental Example.

제조된 중공사막 지지체의 내경과 외경은 각각 686㎛와 1000㎛이었으며, 실시예1에서 선택층의 두께는 536㎛, 실시예2에서 선택층의 두께는 171㎛, 비교예에서 선택층의 두께는 73㎛이었다.The inner and outer diameters of the manufactured hollow fiber membrane supporter were 686 μm and 1000 μm, respectively. The thickness of the selective layer in Example 1 was 536 μm, the thickness of the selective layer in Example 2 was 171 μm, Respectively.

실험은 온도 30 , 압력 2 bar, 상대습도 30 %에서 수분/N2 혼합기체를 이용하여 동일한 조건에서 실시하였으며, 결과는 표 1과 같다. 본 발명을 통해 제조된 복합막은 기존에 주로 수처리 분리막이나 수분제거막에 응용되었던 MPD와 TMC를 계면중합하여 제조한 폴리아마이드 복합막에 비해 성능(투과도/선택도)이 향상된 것을 확인할 수 있다.
Experiments were conducted under the same conditions using a water / N 2 mixed gas at a temperature of 30, a pressure of 2 bar and a relative humidity of 30%. The results are shown in Table 1. The composite membrane prepared according to the present invention has improved performance (transmittance / selectivity) compared to a polyamide composite membrane prepared by interfacial polymerization of MPD and TMC, which has been mainly applied to water treatment membranes and moisture removal membranes.

구분division Water vapor
[GPU]
Water vapor
[GPU]
N2
[GPU]
N 2
[GPU]
Water vapor/N2
Selectivity
Water vapor / N 2
Selectivity
비교예Comparative Example 623.1623.1 20.120.1 33.633.6 실험예1Experimental Example 1 1931.01931.0 14.714.7 131.4131.4 실험예2Experimental Example 2 1040.31040.3 5.55.5 189.1189.1

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. It can be understood that

Claims (9)

유리상 고분자로 이루어지는 다공성 지지체의 표면에 수상고분자를 계면중합하여 카르복실기가 포함된 폴리아마이드의 선택층이 형성된 것을 특징으로 하는 복합막.
Characterized in that a selective layer of a polyamide containing a carboxyl group is formed by interfacial polymerization of an aqueous polymer on the surface of a porous support made of a glass-like polymer.
제1항에 있어서, 유기상 고분자는 폴리설폰, 폴리이서설폰, 폴리이미드, 폴리이서이미드, 폴리프로필렌, PVDF 중에서 선택되는 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합막.
The composite membrane according to claim 1, wherein the organic polymer is one selected from the group consisting of polysulfone, polyisocyanate, polyimide, polyetherimide, polypropylene, and PVDF.
제1항에 있어서, 상기 수상고분자는 3,5-diaminobenzoicacid 또는 1,3-cyclohexanebis(methylamine)인 것을 특징으로 하는 복합막.
The composite membrane according to claim 1, wherein the water polymer is 3,5-diaminobenzoic acid or 1,3-cyclohexanebis (methylamine).
제1항에 있어서, 상기 복합막은 평막 또는 중공사막인 것을 특징으로 하는 복합막.
The composite membrane according to claim 1, wherein the composite membrane is a flat membrane or a hollow fiber membrane.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 복합막을 제조하는 복합막 제조방법에 있어서,
수상고분자를 증류수에 용해시킨 수상고분자 용액에 다공성 지지체를 침지하는 단계;
수상고분자 용액에 침지된 지지체를 건조시키는 단계;
유기상 고분자를 지방족 탄화수소 용매에 용해시킨 유기상 고분자 용액에 건조된 지지체를 침지시키는 단계; 및
유기상 고분자 용액에 침지된 지지체를 건조시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합막 제조방법.
A composite membrane manufacturing method for producing a composite membrane according to any one of claims 1 to 4,
Immersing a porous support in an aqueous polymer solution in which an aqueous polymer is dissolved in distilled water;
Drying the support immersed in the aqueous polymer solution;
Immersing the dried support in an organic polymer solution in which an organic phase polymer is dissolved in an aliphatic hydrocarbon solvent; And
And drying the support immersed in the organic phase polymer solution.
제5항에 있어서,
유기상 고분자 용액에 침지 후 건조된 지치체를 열처리시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합막 제조방법.
6. The method of claim 5,
Further comprising the step of heat-treating the ground body after immersing in the organic phase polymer solution.
제5항에 있어서,
상기 지방족 탄화수소 용매는 n-Hexane인 것을 특징으로 하는 복합막 제조방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the aliphatic hydrocarbon solvent is n-hexane.
제5항에 있어서, 유기상 고분자는 0.1~1.0 wt.%로 지방족 탄화수소 용매에 용해되는 것을 특징으로 하는 복합막 제조방법.
6. The method according to claim 5, wherein the organic polymer is dissolved in an aliphatic hydrocarbon solvent in an amount of 0.1 to 1.0 wt.%.
제5항에 있어서, 수상 고분자는 0.5~5.0 wt.%로 증류수에 용해되는 것을 특징으로 하는 복합막 제조방법.6. The method according to claim 5, wherein the aqueous polymer is dissolved in distilled water at 0.5 to 5.0 wt.%.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20190076245A (en) * 2017-12-22 2019-07-02 주식회사 엘지화학 Method for manufacturing water-treatment separation membrane, water-treatment separation membrane manufactured by thereof, and composition for manufacturing water-treatment separation membrane

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190068619A (en) * 2016-10-28 2019-06-18 닛토덴코 가부시키가이샤 Composite semipermeable membrane, and spiral membrane element
US11207645B2 (en) 2016-10-28 2021-12-28 Nitto Denko Corporation Composite semipermeable membrane and spiral wound separation membrane element
KR20190076245A (en) * 2017-12-22 2019-07-02 주식회사 엘지화학 Method for manufacturing water-treatment separation membrane, water-treatment separation membrane manufactured by thereof, and composition for manufacturing water-treatment separation membrane

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