KR20200061946A - A preparation method of a polar membrane comprising multiple polymer layers and a polar membrane prepared thereby - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for manufacturing a polar membrane having nanopores by immersing a porous polymer support in a solution containing a first polymer and a solution containing a second polymer and immersing the same in a non-solvent to solidify the first polymer and/or the second polymer. The present invention also relates to a polar membrane manufactured thereby, and a use of the manufactured polar membrane. It is possible to significantly increase the particle removal rate.

Description

다중 고분자층을 포함하는 극성 멤브레인의 제조방법 및 이에 의해 제조된 극성 멤브레인 {A preparation method of a polar membrane comprising multiple polymer layers and a polar membrane prepared thereby}A preparation method of a polar membrane comprising multiple polymer layers and a polar membrane prepared thereby}

본 발명은 다공성 고분자 지지체를 제1고분자를 함유하는 용액 및 제2고분자를 함유하는 용액에 침지시킨 후 비용매에 침지시켜 제1고분자 및/또는 제2고분자를 고형화함으로써 나노 기공을 갖는 극성 멤브레인을 제조하는 방법, 이에 의해 제조된 극성 멤브레인, 및 제조된 극성 멤브레인의 용도에 관한 것이다.The present invention is to immerse the porous polymer support in a solution containing a first polymer and a solution containing a second polymer, and then immersing it in a non-solvent to solidify the first polymer and/or the second polymer, thereby forming a polar membrane having nanopores. It relates to a manufacturing method, a polar membrane produced thereby, and the use of the prepared polar membrane.

반도체 공정에서 점점 선폭의 축소로 인하여 패턴을 형성하는 포토레지스트 용액(photoresist solution) 내에 포함되어 있는 소량의 불순물 제거가 점점 중요시되고 있다. 불순물은 금속 입자인 하드 파티클(hard particle)과 고분자와 금속의 응집체인 겔 파티클(gel particle) 혹은 소프트 파티클(soft particle)로 존재할 수 있다. 하드 파티클의 제거가 가능한 멤브레인은 상용화되어 현장에서 사용되고 있는 반면, 소프트 파티클의 제거에 사용될 수 있는 상용화된 멤브레인은 많지 않으며 성능도 충분하지 않다.In the semiconductor process, it is increasingly important to remove small amounts of impurities contained in a photoresist solution that forms a pattern due to a reduction in line width. The impurities may be present as hard particles, which are metal particles, and gel particles or soft particles, which are agglomerates of polymers and metals. While membranes capable of removing hard particles are commercialized and used in the field, there are not many commercialized membranes that can be used for removing soft particles and performance is insufficient.

한편, 현재 상용화되어 있는 소프트 파티클 제거용으로 사용 가능한 멤브레인은 나일론 계열의 멤브레인이며, 이는 포토레지스트 용액의 정제에 주로 사용되고 있지만 아직까지 소프트 파티클의 제거가 완전하지 않은 것으로 알려져 있다. 이것은 멤브레인 제조 공정상에서 표면의 기공은 나노급으로 작더라도 내부의 공극이 커서 포토레지스트 용액 내의 불순물이 충분히 제거되지 못하는 한계가 있기 때문이다. On the other hand, currently available commercially available membranes for soft particle removal are nylon-based membranes, which are mainly used for the purification of photoresist solutions, but it is known that removal of soft particles is not yet complete. This is because, in the membrane manufacturing process, even though the pores on the surface are nano-scale, there are limitations in that impurities in the photoresist solution cannot be sufficiently removed due to large internal pores.

이러한 배경 하에, 본 발명자들은 소프트 파티클의 제거 효율이 높은 멤브레인을 제조하고자 예의 노력한 결과, 제1고분자 함유 용액 및 제2고분자 함유 용액을 이용하여 고분자층을 이중으로 형성함으로써 멤브레인을 제조할 경우 멤브레인의 공극을 효율적으로 채우거나 코팅함함으로써 소프트 파티클의 제거효율을 크게 높일 수 있다는 사실을 발견하고 본 발명을 완성하였다. Under this background, the present inventors have made great efforts to produce a membrane with high removal efficiency of soft particles, and as a result, when the membrane is prepared by forming a polymer layer by using the first polymer-containing solution and the second polymer-containing solution in double It has been discovered that the removal efficiency of soft particles can be greatly increased by efficiently filling or coating voids, and the present invention has been completed.

본 발명의 목적은 다공성 고분자 지지체를 극성 작용기를 갖는 제1고분자를 함유하는 용액에 침지시키는 제1단계; 상기 다공성 고분자 지지체를 극성 작용기를 갖는 제2고분자를 함유하는 용액에 침지시키는 제2단계; 및 침지된 다공성 고분자 지지체를 비용매(non-solvent)에 침지하여 상기 제1고분자, 제2고분자, 또는 이들 모두를 고형화하는 제3단계를 포함하는, 나노 기공을 갖는 극성 멤브레인의 제조방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is a first step of immersing a porous polymer support in a solution containing a first polymer having a polar functional group; A second step of immersing the porous polymer support in a solution containing a second polymer having a polar functional group; And a third step of solidifying the first polymer, the second polymer, or both by immersing the immersed porous polymer support in a non-solvent to provide a method for producing a polar membrane having nanopores Is to do.

본 발명의 다른 목적은 이에 의해 제조되는 극성 멤브레인을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a polar membrane produced thereby.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 극성 멤브레인을 포함하는 유체 처리 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a fluid treatment device comprising the polar membrane.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 극성 멤브레인에 유체를 통과시키는 단계를 포함하는, 유체 처리 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a fluid treatment method, comprising passing a fluid through the polar membrane.

본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 설명하면 다음과 같다. 한편, 본원에서 개시되는 각각의 설명 및 실시형태는 각각의 다른 설명 및 실시 형태에도 적용될 수 있다. 즉, 본원에서 개시된 다양한 요소들의 모든 조합이 본 발명의 범주에 속한다. 또한, 하기 기술되는 구체적인 서술에 의하여 본 발명의 범주가 제한된다고 할 수 없다.The detailed contents for carrying out the present invention are as follows. Meanwhile, each description and embodiment disclosed herein may be applied to each other description and embodiment. That is, all combinations of the various elements disclosed herein are within the scope of the present invention. In addition, it cannot be said that the scope of the present invention is limited by the specific descriptions described below.

또한, 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 통상의 실험만을 사용하여 본 출원에 기재된 본 발명의 특정 양태에 대한 다수의 등가물을 인지하거나 확인할 수 있다. 또한, 이러한 등가물은 본 발명에 포함되는 것으로 의도된다.In addition, one of ordinary skill in the art can recognize or identify a number of equivalents to certain aspects of the invention described in this application using only routine experimentation. In addition, such equivalents are intended to be included in the present invention.

상기 목적을 달성하기 위한 하나의 양태로서, 본 발명은 다공성 고분자 지지체를 극성 작용기를 갖는 제1고분자를 함유하는 용액에 침지시키는 제1단계; 상기 다공성 고분자 지지체를 극성 작용기를 갖는 제2고분자를 함유하는 용액에 침지시키는 제2단계; 및 침지된 다공성 고분자 지지체를 비용매(non-solvent)에 침지하여 상기 제1고분자, 제2고분자, 또는 이들 모두를 고형화하는 제3단계를 포함하는, 나노 기공을 갖는 극성 멤브레인의 제조방법을 제공한다.As one aspect for achieving the above object, the present invention is a first step of immersing a porous polymer support in a solution containing a first polymer having a polar functional group; A second step of immersing the porous polymer support in a solution containing a second polymer having a polar functional group; And a third step of solidifying the first polymer, the second polymer, or both by immersing the immersed porous polymer support in a non-solvent to provide a method for producing a polar membrane having nanopores do.

구체적으로, 본 발명의 다공성 고분자 지지체는 극성 또는 비극성이거나 친수성 또는 소수성일 수 있으며, 구체적으로는 비극성 또는 소수성일 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 다공성 고분자 지지체는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리설폰(PSf), 폴리에테르 설폰(PES), 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리테트라플루오르에텔렌 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.Specifically, the porous polymer support of the present invention may be polar or non-polar, hydrophilic or hydrophobic, and specifically, non-polar or hydrophobic. More specifically, the porous polymer support is polyethylene, polypropylene, polyester, polycarbonate, polyurethane, polyamide, polysulfone (PSf), polyether sulfone (PES), poly(methyl methacrylate), polyvinylidene Fluoride (PVDF), polytetrafluoroetherene, or combinations thereof.

상기 다공성 고분자 지지체는 기공(또는 공극)을 지지체의 단면, 표면, 또는 이들 모두에 포함한다. 지지체의 기공의 평균 크기는 0.01 ㎛ 이상, 0.02 ㎛ 이상, 0.02 ㎛ 이상, 또는 0.04 ㎛ 이상일 수 있으며, 구체적으로 0.01 ㎛ 내지 10 ㎛, 0.02 ㎛ 내지 10 ㎛, 0.04 ㎛ 내지 10 ㎛, 0.04 ㎛ 내지 5 ㎛, 0.04 ㎛ 내지 1 ㎛, 또는 0.04 ㎛ 내지 0.5 ㎛일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 한편, 상기 다공성 고분자 지지체의 평균 기공 크기가 0.04 ㎛ 미만이면 제1고분자 용액 또는 제2고분자 용액이 상기 지지체의 단면에 채워지기가 어려울 수 있으며, 10 ㎛ 초과이면 제1고분자 용액 또는 제2고분자 용액이 단면에서 표면으로 유실되어 불순물 제거 효율이 높지 않을 수 있다.The porous polymer support includes pores (or voids) on the cross-section, surface, or both of the supports. The average size of pores of the support may be 0.01 μm or more, 0.02 μm or more, 0.02 μm or more, or 0.04 μm or more, and specifically 0.01 μm to 10 μm, 0.02 μm to 10 μm, 0.04 μm to 10 μm, and 0.04 μm to 5 Μm, 0.04 μm to 1 μm, or 0.04 μm to 0.5 μm, but is not limited thereto. On the other hand, if the average pore size of the porous polymer support is less than 0.04 μm, it may be difficult for the first polymer solution or the second polymer solution to be filled in the cross section of the support, and if it exceeds 10 μm, the first polymer solution or the second polymer solution is It may be lost from the cross section to the surface, so the efficiency of removing impurities may not be high.

통상적으로 폴리에틸렌, 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀 계열의 멤브레인은 화학적 내구성이 우수하지만 소프트 파티클을 포함하는 불순물을 제거할 때 정제 순도가 높지 않다는 단점이 있다. 예컨대, 상기 소프트 파티클은 멤브레인의 기공을 이용하여 입자를 제거하는 방식으로는 제거가 용이하지 않아, 멤브레인과 파티클이 서로 접촉하는 과정에서 멤브레인에 의해 흡착되는 방식으로 제거되어야 하는데 폴리올레핀계 계열의 멤브레인은 비극성 또는 소수성이므로 흡착에 의한 제거가 어렵다. 반면, 본 발명의 멤브레인은 우수한 화학적 내구성을 가짐과 동시에 표면에 극성을 가지므로 소프트 파티클 등을 포함하는 불순물을 용이하게 제거할 수 있다.Conventionally, a polyolefin-based membrane such as polyethylene and polypropylene has excellent chemical durability, but has a disadvantage in that the purification purity is not high when removing impurities including soft particles. For example, the soft particles are not easily removed by removing particles by using the pores of the membrane, so they must be removed in a way that the membrane and particles are adsorbed by the membrane in the process of contacting each other. Because it is non-polar or hydrophobic, it is difficult to remove by adsorption. On the other hand, the membrane of the present invention has excellent chemical durability and at the same time has a polarity on the surface, so that impurities including soft particles and the like can be easily removed.

본 발명에서 제1고분자를 함유하는 용액과 제2고분자를 함유하는 용액은 각각 제1고분자 또는 제2고분자를 함유하는 용액을 의미할 수 있다. 양 용액의 용매는 특별히 제한되지는 않으나, 디메틸아세트아마이드, 디메틸포름아마이드, N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸술폭시드, 포름산 또는 이들의 조합인 것일 수 있다. 상기 용매는 디메틸아세트아마이드 또는 포름산일 수 있다. 제1고분자를 함유하는 용액과 제2고분자를 함유하는 용액은 제1고분자 또는 제2고분자를 1 내지 35 중량%, 1.5 내지 30 중량%, 2 내지 25 중량% 2.5 내지 20 중량%, 또는 3 내지 15 중량%의 농도로 포함할 수 있다.In the present invention, the solution containing the first polymer and the solution containing the second polymer may mean a solution containing the first polymer or the second polymer, respectively. The solvent of both solutions is not particularly limited, but may be dimethylacetamide, dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethyl sulfoxide, formic acid, or a combination thereof. The solvent may be dimethylacetamide or formic acid. The solution containing the first polymer and the solution containing the second polymer are 1 to 35 wt%, 1.5 to 30 wt%, 2 to 25 wt% 2.5 to 20 wt%, or 3 to 1 wt% of the first or second polymer. 15% by weight.

여기서, 제1고분자와 제2고분자는 모두 극성 작용기를 함유하는 고분자로서, 서로 동일하거나 상이한 극성 작용기를 가질 수 있다. 상이한 극성 작용기를 가지는 고분자를 사용함으로써 제조된 멤브레인의 기공 크기를 효율적으로 감소할 수 있을 뿐만 아니라 소프트 파티클 흡착능을 현저히 향상시킬 수 있다. 본 발명자들은 제1고분자와 상이한 극성 작용기를 가지는 제2고분자를 사용하여 제조된 멤브레인(제조예 1 내지 5)은 제1고분자와 동일한 제2고분자를 사용하여 제조된 멤브레인(제조예 8 및 9)에 비해 현저히 감소된 기공 크기와 현저히 증가한 소프트 파티클 제거율을 나타냄을 확인하였다(실시예 1 및 2). 특정 이론에 구속되지는 않지만, 이러한 결과는 제1고분자가 기공 크기를 줄이고 제2고분자가 제1고분자와 함께 블렌딩되어 소프트파티클 제거율을 향상시킨 것으로 이해된다.Here, both the first polymer and the second polymer are polymers containing polar functional groups, and may have the same or different polar functional groups. By using a polymer having different polar functional groups, it is possible to efficiently reduce the pore size of the prepared membrane, as well as significantly improve the ability to adsorb soft particles. The present inventors have membranes prepared using a second polymer having a polar functional group different from the first polymer (Preparation Examples 1 to 5) are membranes made using the same second polymer as the first polymer (Preparation Examples 8 and 9). It was confirmed that it shows a significantly reduced pore size and a significantly increased soft particle removal rate compared to (Examples 1 and 2). Without being bound by a particular theory, it is understood that these results improve the soft particle removal rate by reducing the pore size of the first polymer and blending the second polymer with the first polymer.

제1고분자 및 제2고분자는 구체적으로 -OH, -NHCO-, -CO-, -SO2-, -SO-, -CONHCO-, -COO-, 및 -NHCOO-로 이루어지는 작용기 군으로부터 선택되는 작용기를 서로 상이하게 갖는 것일 수 있다. 더욱 구체적으로, 제1고분자 및 제2고분자는 셀룰로스 아세테이트, 설폰화 중합체, 나일론, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 불소계 고분자, 테플론, 에틸렌 비닐알코올 공중합체(poly(vinyl alcohol-co-ethylene); EVAL), 폴리이미드, 폴리벤즈이미다졸, 및 방향족 폴리아미드로 이루어진 고분자 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다. 상기 방향족 폴리아미드는 메타아라미드(m-aramid), 파라아라미드(p-aramid), 또는 이의 조합일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 불소계 고분자는 폴리비닐리덴플루오라이드일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 본 발명의 제1고분자와 제2고분자는 구체적으로는 -OH- 및 -NHCO-로 이루어지는 작용기 군으로부터 선택되는 극성 작용기를 가지는 고분자일 수 있으며, 또한 에틸렌 비닐알코올 공중합체 또는 나일론일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.The first polymer and the second polymer are specifically functional groups selected from the group consisting of -OH, -NHCO-, -CO-, -SO 2 -, -SO-, -CONHCO-, -COO-, and -NHCOO- It may be to have different from each other. More specifically, the first polymer and the second polymer are cellulose acetate, sulfonated polymer, nylon, polysulfone, polyethersulfone, fluorine-based polymer, Teflon, ethylene vinyl alcohol copolymer (poly(vinyl alcohol-co-ethylene); EVAL) ), polyimide, polybenzimidazole, and aromatic polyamide. The aromatic polyamide may be meta-aramid, p-aramid, or a combination thereof, but is not limited thereto. The fluorine-based polymer may be polyvinylidene fluoride, but is not limited thereto. Specifically, the first polymer and the second polymer of the present invention may be a polymer having a polar functional group selected from the functional group consisting of -OH- and -NHCO-, but may also be an ethylene vinyl alcohol copolymer or nylon. Does not work.

상기 에틸렌 비닐알코올 공중합체는 다음과 같은 화학식으로 나타내질 수 있으며, 극성을 갖는 비닐알코올과 무극성을 갖는 에틸렌으로 이루어지는 공중합체일 수 있다. 상기 에틸렌 비닐알코올 공중합체는 에틸렌 몰%가 20% 내지 50%일 수 있으나, 특별히 이에 제한되지 않는다. 다만, 상기 에틸렌 비닐알코올 공중합체는 전체 몰% (m + n)에 대하여 상기 에틸렌 몰% (n)가 20 몰% 이상 50 몰% 이하인 경우 전체적으로 적절한 극성을 띄어 소수성인 지지체와 상호작용하여 지지체 상에 안정적으로 고정되면서 지지체를 충분히 친수화시킬 수 있다.The ethylene vinyl alcohol copolymer may be represented by the following formula, and may be a copolymer composed of vinyl alcohol having polarity and ethylene having non-polarity. The ethylene vinyl alcohol copolymer may have an ethylene mole% of 20% to 50%, but is not particularly limited thereto. However, in the case where the ethylene mol% (n) is 20 mol% or more and 50 mol% or less based on the total mol% (m + n), the ethylene vinyl alcohol copolymer exhibits appropriate polarity and interacts with a hydrophobic support to form a phase on the support. While being stably fixed to, the support can be sufficiently hydrophilized.

[에틸렌 비닐알코올 공중합체의 화학식][Formula of ethylene vinyl alcohol copolymer]

Figure pat00001
Figure pat00001

본 발명의 나일론은 나일론 6, 나일론 66, 나일론 46, 나일론 612, 또는 이의 조합일 수 있으며, 구체적으로 나일론 46일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 나일론 46은 다음과 같은 화학식으로 나타내질 수 있다.The nylon of the present invention may be nylon 6, nylon 66, nylon 46, nylon 612, or a combination thereof, specifically nylon 46, but is not limited thereto. Nylon 46 may be represented by the following formula.

[나일론 46의 화학식][Formula of Nylon 46]

Figure pat00002
Figure pat00002

제1고분자와 제2고분자가 예컨대 -OH- 및 -NHCO-로 이루어지는 작용기 군으로부터 선택되는 극성 작용기를 가지는 고분자인 경우, 제1고분자 및 제2고분자의 작용기 간에 수소 결합을 형성하여 거대 기공이 아닌 미세 기공을 형성하므로 멤브레인의 소프트파티클 제거율이 크게 향상될 수 있다.When the first polymer and the second polymer are polymers having a polar functional group selected from the functional group consisting of, for example, -OH- and -NHCO-, hydrogen bonds are formed between the functional groups of the first polymer and the second polymer to form macroscopic pores. Since fine pores are formed, the removal rate of soft particles of the membrane can be greatly improved.

또한, 본 발명의 제조방법은 다공성 고분자 지지체를 제1고분자 함유 용액 및 제2고분자 함유 용액에 침지시키는 것에 한정되지 않으며, 제2고분자 함유 용액에 침지시킨 후에 제3고분자 함유 용액 등 추가적인 고분자 함유 용액에 침지시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 때, 제3고분자 등은 제1고분자 및 제2고분자에 대해 전술한 바와 같다.In addition, the manufacturing method of the present invention is not limited to immersing the porous polymer support in the first polymer-containing solution and the second polymer-containing solution, and after immersing in the second polymer-containing solution, a third polymer-containing solution such as a third polymer-containing solution It may further include a step of immersing in. At this time, the third polymer and the like are as described above for the first polymer and the second polymer.

본 발명에서 비용매(non-solvent)는 고분자의 융점 또는 액체의 비점까지 고분자를 용해시키거나 팽윤시키지 못하는 용매로서, 물, 알코올, 글리콜, 또는 이들의 조합일 수 있으며, 상기 글리콜은 에틸렌글리콜일 수 있다. 또한, 상기 비용매는 디메틸아세트아미드, 디메틸포름아미드, N-메틸-2-피롤리돈, 및 디메틸술폭시드로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상을 물, 알코올, 및 글리콜로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상과 혼합한 비용매일 수 있다. 구체적으로, 상기 비용매는 물을 포함할 수 있다. 본 발명의 비용매는 상전환 법(phase inversion process)에 의해 상기 제1고분자 함유 용액 또는 제2고분자 함유 용액 중에 포함된 제1고분자 또는 제2고분자의 고형화를 유도할 수 있다.In the present invention, a non-solvent is a solvent that does not dissolve or swell the polymer to the melting point of the polymer or the boiling point of the liquid, and may be water, alcohol, glycol, or a combination thereof, and the glycol is ethylene glycol. Can be. In addition, the non-solvent is mixed with at least one selected from the group consisting of dimethylacetamide, dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, and dimethyl sulfoxide with at least one selected from the group consisting of water, alcohol, and glycol. It can be a non-sale. Specifically, the non-solvent may include water. The non-solvent of the present invention can induce solidification of the first polymer or the second polymer contained in the first polymer-containing solution or the second polymer-containing solution by a phase inversion process.

여기서, 상전환법은 용매와 비용매의 상호 교환에 의해 고분자의 고형화를 유도하여 막을 제조하는 공정이다. 먼저, 고분자 용액을 이용하여 지지체에 제막한 후, 막이 형성된 지지체를 비용매에 침지시키면 용매와 용매와 비용매의 상호 확산에 의하여 고분자 용액의 조성이 변하게 되며, 액체-액체 상분리 현상과 함께 고분자의 고형화 현상이 일어나게 되면서 용매와 비용매의 치환속도에 따라서 높은 기공률을 가지는 고분자막이 형성된다. 본 발명에서 제1고분자 또는 제2고분자는 상전환법에 의하여 고형화될 수 있으며, 이에 따라 고형화된 제1고분자 또는 제2고분자는 높은 기공률을 가지게 된다. 한편 소프트 파티클은 멤브레인에 의해 흡착되는 방식으로 제거될 수 있는데, 상전환법에 의해 형성된 고분자층은 높은 기공률을 가지면서도 고분자와의 상호 결합력에 의해서 소프트 파티클 등의 입자와 접촉할 기회를 현저히 많이 가지므로, 입자 제거율을 극히 향상시킬 수 있다.Here, the phase conversion method is a process of inducing solidification of the polymer by exchanging solvents and non-solvents to produce a membrane. First, after forming a film on a support using a polymer solution, immersing the film-formed support in a non-solvent causes the composition of the polymer solution to change due to the mutual diffusion of the solvent and the solvent and the non-solvent. As the solidification phenomenon occurs, a polymer film having a high porosity is formed according to the substitution rate of the solvent and the non-solvent. In the present invention, the first polymer or the second polymer can be solidified by a phase conversion method, and thus the solidified first polymer or second polymer has a high porosity. On the other hand, the soft particles can be removed by adsorption by the membrane, and the polymer layer formed by the phase conversion method has a high porosity, but also has a lot of opportunities to contact particles such as soft particles due to the mutual bonding force with the polymer. Therefore, the particle removal rate can be extremely improved.

고형화된 제1고분자 또는 제2고분자는 상기 지지체의 표면 또는 단면에 존재하는 기공의 내부를 채우거나 또는 기공 표면에 불연속적인 층으로 구비될 수 있다. 예컨대, 상기 제1고분자 또는 제2고분자는 상기 지지체의 기공 내부에 구비되어 상기 기공의 부피를 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 제1고분자 또는 제2고분자는 상기 지지체의 기공의 표면을 일부 또는 전부 코팅하도록 고형화될 수 있다. 따라서, 고형화된 제1고분자 또는 제2고분자는 상기 지지체의 표면 및/또는 단면에 존재하는 기공의 크기를 안정적으로 감소시킬 수 있으며, 상전환법에 형성됨에 따라 높은 기공률을 가지게 되어 소프트 파티클 등의 입자와 접촉할 기회를 높일 수 있으므로, 상기 멤브레인의 불순물 제거 효율을 향상시킬 수 있다.The solidified first polymer or the second polymer may fill the inside of the pores present on the surface or the cross-section of the support, or may be provided as a discontinuous layer on the pore surface. For example, the first polymer or the second polymer may be provided inside the pores of the support to reduce the volume of the pores. In addition, the first polymer or the second polymer may be solidified to partially or completely coat the surface of the pores of the support. Therefore, the solidified first polymer or the second polymer can stably reduce the size of pores present on the surface and/or cross section of the support, and has a high porosity as it is formed in the phase conversion method, such as soft particles. Since the opportunity to contact the particles can be increased, it is possible to improve the efficiency of removing impurities in the membrane.

본 발명의 제조방법에서, 다공성 고분자 지지체를 극성 작용기를 갖는 제1고분자를 함유하는 용액에 침지시키는 제1단계와, 상기 다공성 고분자 지지체를 극성 작용기를 갖는 제2고분자를 함유하는 용액에 침지시키는 제2단계는 지지체를 비용매에 침지시켜 제1고분자를 고형화하는 단계를 두 단계 사이에 포함하지 않도록 연속적으로 수행될 수 있다. 본 발명자들은 지지체를 제2고분자 함유 용액에 침지시키기 전 비용매에 침지시켜 제1고분자를 고형화하는 단계를 거쳐 제조된 멤브레인(제조예 6 및 7)의 경우 상기 단계를 거치지 않고 제조된 멤브레인(제조예 1 내지 5)에 비해 더 작은 기공 크기를 가질 뿐만 아니라 소프트 파티클 제거율이 더 높음을 확인하였다(실시예 1 및 2).In the manufacturing method of the present invention, a first step of immersing the porous polymer support in a solution containing a first polymer having a polar functional group, and a immersing the porous polymer support in a solution containing a second polymer having a polar functional group The second step may be performed continuously so as not to include the step of solidifying the first polymer by immersing the support in a non-solvent between the two steps. In the case of the membranes prepared through the step of solidifying the first polymer by immersing the support in a non-solvent before immersing the support in the second polymer-containing solution (Preparation Examples 6 and 7), the membrane prepared without the above steps (production In addition to having a smaller pore size than Examples 1 to 5), it was confirmed that the soft particle removal rate was higher (Examples 1 and 2).

특정 이론에 구속되지는 않지만, 이와 같이 제1단계와 제2단계 사이에 지지체를 비용매에 침지시켜 고분자를 고형화하는 단계를 포함하여 제조된 멤브레인은 제1고분자가 고형화됨에 따라 제1고분자와 제2고분자와의 상호작용(예컨대, 수소 결합)에 의한 고분자간에 현저히 감소된 결합력을 나타낸다. 반대로 제1단계와 제2단계 사이에 지지체를 비용매에 침지시키지 않고 용액 상태로 제조된 멤브레인은 제1고분자와 제2고분자 간에 현저히 증가된 결합력을 가지며, 증가된 결합력에 의해 고분자와 고분자 사슬 간의 거대 기공 외에 미세 기공을 가지고, 이러한 미세 기공에 의해 소프트파티클 등의 입자와 높은 확률로 접촉할 수 있게 된다. 소프트 파티클 나노 입자 등의 나노 입자의 흡착능에 크게 기여하는 것은 거대 기공이 아닌 미세 기공이므로, 제1단계와 제2단계 사이에 고형화 단계를 포함하지 않고 제조되는 멤브레인은 높은 입자 흡착능에 따른 높은 입자 제거율을 나타낼 수 있다.Without being bound by a particular theory, the membrane prepared by solidifying the polymer by immersing the support in a non-solvent between the first and second stages as described above is the first polymer and the first polymer as the solidification of the first polymer 2 It shows a significantly reduced bonding strength between polymers due to interaction with polymers (eg, hydrogen bonds). On the contrary, the membrane prepared in a solution state without immersing the support in a non-solvent between the first and second stages has a significantly increased binding force between the first polymer and the second polymer, and the polymer and polymer chains are increased by the increased binding force. It has micropores in addition to the large pores, and by these micropores, it is possible to make contact with particles such as soft particles with high probability. Since the micropores are not large pores that greatly contribute to the adsorption capacity of nanoparticles such as soft particle nanoparticles, membranes manufactured without a solidification step between the first and second steps have a high particle removal rate due to high particle adsorption capacity. Can represent

다른 하나의 양태로서, 본 발명은 상술한 제조방법에 의해 제조되는 나노 기공을 갖는 극성 멤브레인을 제공한다. 본 발명의 극성 멤브레인은 다공성 고분자 지지체, 상기 지지체의 표면 및/또는 단면에 존재하는 공극의 내부에 함침되거나, 상기 공극의 표면을 코팅하는 고형화된 제1고분자층을 가지며, 제1고분자층 상에 구비되는 고형화된 제2고분자층 또는 제1고분자층이 덮지 않는 상기 지지체의 공극의 내부에 함침되거나 그 표면을 코팅하는 고형화된 제2고분자층을 포함하는 구조를 가질 수 있다.In another aspect, the present invention provides a polar membrane having nano pores produced by the above-described manufacturing method. The polar membrane of the present invention has a porous polymer support, a first polymer layer impregnated inside the pores present on the surface and/or the cross section of the support, or a solidified first polymer layer coating the surface of the pores, on the first polymer layer It may have a structure comprising a solidified second polymer layer or a solidified second polymer layer impregnated in the interior of the pores of the support that is not covered by the first polymer layer or coating the surface thereof.

본 발명의 멤브레인에서, 제1고분자층 및 제2고분자층은 고분자 함유 용액이 비용매에 침지되어 상전환법에 의해 고형화된 것일 수 있으며, 이중으로 고분자층을 형성함에 따라 멤브레인의 기공 크기가 효과적으로 감소됨과 동시에, 상전환법에 의해 높은 기공률을 가지게 되면서도 고분자와의 상호 결합력에 의해 소프트 파티클 등의 불순물 입자와 접촉할 기회가 현저히 증가되어, 향상된 소프트 파티클 흡착능을 가지므로, 멤브레인의 소프트 파티클 제거율을 현저히 증가시킬 수 있다.In the membrane of the present invention, the first polymer layer and the second polymer layer may be a polymer-containing solution immersed in a non-solvent and solidified by a phase conversion method, and the pore size of the membrane is effectively formed by forming a polymer layer in duplicate. At the same time, while having a high porosity by the phase conversion method, the chance of contact with impurity particles such as soft particles is significantly increased due to the mutual bonding force with the polymer, and thus has an improved soft particle adsorption ability, thereby reducing the removal rate of the soft particles of the membrane. Can be significantly increased.

본원의 제한되지 않는 일 실시예에 따르면, 제1고분자층 및 제2고분자층이 형성된 멤브레인은 제1고분자층 및 제2고분자층이 형성되기 전의 다공성 고분자 지지체의 기공 크기의 3% 내지 50%로 기공 크기가 감소되었음을 확인하였다. 특히, 지지체를 제1고분자 함유 용액에 침지시키는 단계와 제2고분자 함유 용액에 침지시키는 단계 사이에 비용매에 침지시키지 않고 제조된 멤브레인은 지지체의 기공 크기의 40% 이하로 감소되었으며, 추가로, 다른 종류인 제1고분자 및 제2고분자를 사용하여 제조된 멤브레인은 15% 이하로 기공 크기가 감소되었음을 확인하였다.According to one non-limiting example of the present application, the membrane on which the first polymer layer and the second polymer layer are formed is 3% to 50% of the pore size of the porous polymer support before the first polymer layer and the second polymer layer are formed. It was confirmed that the pore size was reduced. In particular, the membrane prepared without immersion in a non-solvent between the step of immersing the support in the first polymer-containing solution and the step of immersing in the second polymer-containing solution was reduced to 40% or less of the pore size of the support, and further, It was confirmed that the pore size of the membrane prepared using different types of first and second polymers was reduced to 15% or less.

또한, 본 발명의 나노 기공을 갖는 극성 멤브레인은 기공 크기가 0.1 nm 내지 100 nm, 0.1 nm 내지 80 nm, 0.1 nm 내지 60 nm, 0.1 nm 내지 40 nm, 0.1 nm 내지 20 nm, 또는 0.5 nm 내지 20 nm, 구체적으로 1 nm 내지 20 nm, 1 nm 내지 15 nm, 1 nm 내지 14 nm, 1 nm 내지 13 nm, 1 nm 내지 12 nm, 1 nm 내지 11 nm, 또는 1 nm 내지 10 nm일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In addition, the polar membrane having nano-pores of the present invention has a pore size of 0.1 nm to 100 nm, 0.1 nm to 80 nm, 0.1 nm to 60 nm, 0.1 nm to 40 nm, 0.1 nm to 20 nm, or 0.5 nm to 20 nm, specifically 1 nm to 20 nm, 1 nm to 15 nm, 1 nm to 14 nm, 1 nm to 13 nm, 1 nm to 12 nm, 1 nm to 11 nm, or 1 nm to 10 nm, It is not limited to this.

본 발명의 나노 기공을 갖는 극성 멤브레인은 사용된 다공성 고분자 지지체의 기공 크기에 비해 기공 크기가 1% 내지 50%, 1% 내지 45%, 1% 내지 40%, 1% 내지 30%, 1% 내지 25%, 1% 내지 20%, 1% 내지 15%, 또는 3% 내지 15% 로 감소될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The polar membrane having the nano-pores of the present invention has a pore size of 1% to 50%, 1% to 45%, 1% to 40%, 1% to 30%, 1% to 1% to 50% compared to the pore size of the porous polymer support used. 25%, 1% to 20%, 1% to 15%, or 3% to 15%, but is not limited thereto.

이와 같은 본 발명의 나노 기공을 갖는 극성 멤브레인은 극성 작용기를 갖는 고분자에 의해 극성이 부여됨에 따라 소프트 파티클 등의 입자를 흡착하여 불순물 제거율을 개선하며, 이중으로 형성된 고분자층을 포함함에 따라 작은 기공 크기를 가지고 입자 흡착능이 향상되어 소프트 파티클 제거율을 현저히 높이는 우수한 효과를 가진다.The polar membrane having nano-pores of the present invention adsorbs particles such as soft particles to improve impurity removal rate as the polarity is imparted by a polymer having a polar functional group, and small pore size as it includes a double-formed polymer layer. With improved particle adsorption capacity, it has an excellent effect of significantly increasing the soft particle removal rate.

본 발명의 나노 기공을 갖는 극성 멤브레인은 소프트 파티클 제거율이 83% 내지 99.99%, 85% 내지 99.99%, 87% 내지 99.99%, 89% 내지 99.99%, 또는 90% 내지 99.99%일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.Polar membranes having nanopores of the present invention may have a soft particle removal rate of 83% to 99.99%, 85% to 99.99%, 87% to 99.99%, 89% to 99.99%, or 90% to 99.99%, but are not limited thereto. Does not work.

본원의 제한되지 않는 일 실시예에 따르면, 제1고분자층 및 제2고분자층이 형성된 멤브레인은 소프트 파티클 제거율이 83% 이상임을 확인하였다. 특히, 지지체를 제1고분자 함유 용액에 침지시키는 단계와 제2고분자 함유 용액에 침지시키는 단계 사이에 비용매에 침지시키지 않고 제조된 멤브레인은 소프트 파티클 제거율이 85% 이상이며, 추가로, 다른 종류인 제1고분자 및 제2고분자를 사용하여 제조된 멤브레인은 소프트 파티클 제거율이 90% 이상임을 확인하였다. 이는 상술한 바와 같이 멤브레인에 형성되는 제1고분자층과 제2고분자층 간에 수소 결합과 같은 강한 상호작용이 발생하여 미세 기공이 형성됨에 따라, 멤브레인의 입자 흡착능이 높아져 입자 제거율이 향상된 것으로 이해된다.According to one non-limiting example of the present application, it was confirmed that the membrane formed with the first polymer layer and the second polymer layer has a soft particle removal rate of 83% or more. In particular, the membrane prepared without immersion in a non-solvent between the step of immersing the support in the first polymer-containing solution and the step of immersing in the second polymer-containing solution has a soft particle removal rate of 85% or more, and additionally, It was confirmed that the membrane prepared using the first polymer and the second polymer had a soft particle removal rate of 90% or more. It is understood that, as described above, a strong interaction such as hydrogen bonding occurs between the first polymer layer and the second polymer layer formed on the membrane to form fine pores, thereby increasing the particle adsorption capacity of the membrane and improving particle removal rate.

또 다른 하나의 양태로서, 본 발명은 상술한 나노 기공을 갖는 극성 멤브레인을 포함하는 유체 처리 장치를 제공한다. 상기 유체 처리 장치는 구체적으로 반도체 공정의 폐수처리 장치 또는 초순수 정제 장치일 수 있으며, 일반적인 정수 처리 장치, 폐수 처리 장치, 용매 회수 장치, 용매 내에 함유된 유용물질을 회수하는 장치, 해수담수화 공정의 전처리 장치일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In another aspect, the present invention provides a fluid processing apparatus including a polar membrane having the nanopores described above. The fluid treatment device may be a wastewater treatment device or an ultrapure water purification device of a semiconductor process, a general water treatment device, a wastewater treatment device, a solvent recovery device, a device for recovering useful substances contained in a solvent, and a pretreatment of a seawater desalination process It may be a device, but is not limited thereto.

또한, 본 발명은 상술한 나노 기공을 갖는 극성 멤브레인에 유체를 통과시키는 단계를 포함하는 유체 처리 방법을 제공한다. 여기서 유체는 초순수, 폐수, 또는 해수일 수 있으며, 물 이외의 용매일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. In addition, the present invention provides a fluid treatment method comprising passing a fluid through a polar membrane having the nano-pores described above. Here, the fluid may be ultrapure water, wastewater, or seawater, and may be a solvent other than water, but is not limited thereto.

본 발명의 제조방법은 다공성 고분자 지지체 표면 및 내부에 존재하는 기공의 내부를 극성을 갖는 고분자로 채우거나 기공의 표면에 코팅을 실시하여 이중으로 고분자층을 형성함에 있어서, 고분자 용액에 비용매에 침지시킴으로서 기공의 크기를 줄이고 극성을 향상시킴으로써 입자 제거율을 크게 증가시킬 수 있는 멤브레인을 제공할 수 있다.The manufacturing method of the present invention is to fill the inside of the porous polymer support surface and the pores existing therein with a polymer having polarity or to coat the surface of the pores to form a polymer layer in double, soaked in a non-solvent in a polymer solution. It is possible to provide a membrane capable of greatly increasing the particle removal rate by reducing the size of pores and improving the polarity.

이하, 제조예를 통해 본 발명의 구성 및 효과를 보다 더 구체적으로 설명하고자 하나, 이들 제조예는 본 발명의 예시적인 기재일 뿐 본 발명의 범위가 이들 제조예에만 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the configuration and effects of the present invention will be described in more detail through the production examples, but these production examples are only illustrative examples of the present invention and the scope of the present invention is not limited to these production examples.

제조예 1: EVOH 및 나일론 멤브레인 제조Preparation Example 1: Preparation of EVOH and nylon membrane

평균 기공크기가 0.04 ㎛인 폴리에틸렌 지지체에 고분자층이 이중으로 형성된 멤브레인을 제조하기 위하여 에틸렌 비닐 알코올 공중합체(poly(ethylene-co-vinyl alcohol); EVOH, 에틸렌 32 몰%) 5 중량%를 디메틸아세트아마이드 95 중량%에 녹인 고분자 용액을 제조하고 이 용액에 폴리에틸렌 지지체를 침지시켰다. 1분간 침지한 후에 롤러로 과량으로 묻어있는 용액을 균일하게 도포하였다. 이후, 상기 지지체를 나일론 46 5중량%를 개미산(포름산) 95중량%에 녹인 고분자 용액에 1분간 침지하고 롤러로 과량으로 묻어있는 용액을 균일하게 도포하였다. 2종의 고분자 용액에 침지된 지지체를 20℃의 물에 침지하여 고분자를 고형화한 후, 용매를 제거하여 멤브레인을 제조하였다. 제조된 물성을 평가한 결과, 제조된 멤브레인은 평균 기공 크기는 0.005 ㎛인 것으로 확인되었다.To prepare a membrane having a polymer layer double formed on a polyethylene support having an average pore size of 0.04 µm, 5% by weight of ethylene acetyl vinyl alcohol copolymer (poly(ethylene-co-vinyl alcohol); EVOH, ethylene 32 mol%) A polymer solution dissolved in 95% by weight of amide was prepared, and a polyethylene support was immersed in the solution. After immersion for 1 minute, the excess solution was uniformly applied with a roller. Thereafter, the support was immersed in a polymer solution in which 5% by weight of nylon 46 was dissolved in 95% by weight of formic acid (formic acid) for 1 minute, and the solution buried in excess with a roller was uniformly applied. After the support immersed in the two polymer solutions was immersed in water at 20° C. to solidify the polymer, the solvent was removed to prepare a membrane. As a result of evaluating the prepared physical properties, it was confirmed that the prepared membrane had an average pore size of 0.005 μm.

제조예 2: EVOH 및 나일론 멤브레인 제조Preparation Example 2: Preparation of EVOH and nylon membrane

평균 기공 크기가 0.1 ㎛인 폴리에틸렌 지지체를 사용한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일하게 멤브레인을 제조하였으며, 제조된 멤브레인의 평균 기공 크기는 0.007 ㎛인 것으로 확인되었다.A membrane was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that a polyethylene support having an average pore size of 0.1 μm was used, and the average pore size of the prepared membrane was found to be 0.007 μm.

제조예 3: EVOH 및 나일론 멤브레인 제조Preparation Example 3: Preparation of EVOH and nylon membrane

평균 기공 크기가 5 ㎛인 폴리에틸렌 지지체를 사용한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일하게 멤브레인을 제조하였으며, 제조된 멤브레인의 평균 기공 크기는 0.015 ㎛인 것으로 확인되었다.A membrane was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that a polyethylene support having an average pore size of 5 μm was used, and the average pore size of the prepared membrane was found to be 0.015 μm.

제조예 4: EVOH 및 나일론 멤브레인 제조Preparation Example 4: EVOH and nylon membrane production

EVOH 10중량%를 사용한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일하게 멤브레인을 제조하였으며, 제조된 멤브레인의 평균 기공 크기는 0.003 ㎛인 것으로 확인되었다.A membrane was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that 10% by weight of EVOH was used, and the average pore size of the prepared membrane was found to be 0.003 μm.

제조예 5: EVOH 및 나일론 멤브레인 제조Preparation Example 5: EVOH and nylon membrane production

나일론 10중량%를 사용한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일하게 멤브레인을 제조하였으며, 제조된 멤브레인의 평균 기공 크기는 0.001 ㎛인 것으로 확인되었다.A membrane was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that 10% by weight of nylon was used, and the average pore size of the prepared membrane was found to be 0.001 μm.

제조예 6: EVOH 및 나일론 멤브레인 제조Preparation Example 6: Preparation of EVOH and nylon membrane

평균 기공 크기가 0.04 ㎛인 폴리에틸렌 지지체 상에 2종의 고분자층이 형성된 멤브레인을 제조하기 위하여, EVOH (에틸렌 32 몰%) 5 중량%를 디메틸아세트아마이드 95 중량%에 녹인 고분자 용액을 제조하고 이 용액에 폴리에틸렌 지지체를 침지시켰다. 1분간 침지한 후에 롤러로 과량으로 묻어있는 용액을 균일하게 도포하고, 지지체를 20℃의 물에 침지하여 고분자 용액을 고형화한 후에 용매를 제거하여 1차 멤브레인을 제조하였다. 제조한 1차 멤브레인을 건조한 후 나일론 46 5중량%를 개미산 95중량%에 녹인 고분자 용액에 1차 멤브레인을 1분간 침지하고 롤러로 과량으로 묻어있는 용액을 균일하게 도포하였다. To prepare a membrane having two polymer layers formed on a polyethylene support having an average pore size of 0.04 μm, a polymer solution in which 5 wt% of EVOH (32 mol% ethylene) was dissolved in 95 wt% of dimethylacetamide was prepared, and this solution The polyethylene support was immersed. After immersing for 1 minute, the excess solution was uniformly applied with a roller, the support was immersed in water at 20° C. to solidify the polymer solution, and then the solvent was removed to prepare a primary membrane. After drying the prepared primary membrane, the primary membrane was immersed for 1 minute in a polymer solution in which 5% by weight of nylon 46 was dissolved in 95% by weight of formic acid, and the excess solution was uniformly applied with a roller.

이후, 1차 멤브레인을 20℃의 물에 침지하여 고분자를 고형화한 후 용매를 제거하여 2차 멤브레인을 제조하였다. 제조된 2차 멤브레인의 물성을 평가한 결과, 제조된 2차 멤브레인의 평균 기공 크기는 0.015 ㎛인 것으로 확인되었다.Thereafter, the primary membrane was immersed in water at 20°C to solidify the polymer, and then the solvent was removed to prepare a secondary membrane. As a result of evaluating the physical properties of the prepared secondary membrane, it was confirmed that the average pore size of the prepared secondary membrane was 0.015 μm.

제조예 7: EVOH 및 나일론 멤브레인 제조Preparation Example 7: Preparation of EVOH and nylon membrane

평균 기공 크기가 0.04 ㎛인 폴리에틸렌 지지체 상에 2종의 고분자층이 형성된 멤브레인을 제조하기 위하여 나일론 46 5중량%를 개미산 95중량%에 녹인 고분자 용액에 지지체를 침지시켰다. 1분간 침지한 후에 롤러로 과량으로 묻어있는 용액을 균일하게 도포하였다. 이후, 상기 지지체를 20℃의 물에 침지하여 고분자를 고형화한 후 용매를 제거하여 1차 멤브레인을 제조하였다.To prepare a membrane formed with two polymer layers on a polyethylene support having an average pore size of 0.04 μm, the support was immersed in a polymer solution in which 5% by weight of nylon 46 was dissolved in 95% by weight of formic acid. After immersion for 1 minute, the excess solution was uniformly applied with a roller. Thereafter, the support was immersed in water at 20°C to solidify the polymer, and then the solvent was removed to prepare a primary membrane.

제조한 1차 멤브레인을 건조한 후 EVOH (에틸렌 32 몰%) 5 중량%를 디메틸아세트아마이드 95 중량%에 녹인 고분자 용액에 1분간 침지하고 롤러로 과량으로 묻어있는 용액을 균일하게 도포하였다. 이후, 상기 지지체를 20℃의 물에 침지하여 고분자를 고형화한 후 용매를 제거하여 2차 멤브레인을 제조하였다. 제조된 2차 멤브레인의 물성을 평가한 결과, 제조된 2차 멤브레인의 평균 기공 크기는 0.02 ㎛인 것으로 확인되었다.After drying the prepared primary membrane, 5% by weight of EVOH (32 mol% of ethylene) was immersed in a polymer solution dissolved in 95% by weight of dimethylacetamide for 1 minute, and the solution buried in excess with a roller was uniformly applied. Thereafter, the support was immersed in water at 20°C to solidify the polymer, and then the solvent was removed to prepare a secondary membrane. As a result of evaluating the physical properties of the prepared secondary membrane, it was confirmed that the average pore size of the prepared secondary membrane was 0.02 μm.

제조예 8: EVOH 멤브레인 제조Preparation Example 8: Preparation of EVOH membrane

평균 기공 크기가 0.04 ㎛인 폴리에틸렌 지지체 상에 EVOH 5 중량%를 디메틸아세트아마이드 95 중량%에 녹인 고분자 용액을 제조하고 이 용액에 지지체를 침지시켰다. 다시 한 번 EVOH 5 중량% 고분자 용액을 1분간 침지한 후에 롤러로 과량으로 묻어있는 용액을 균일하게 도포하였다. 이후 상기 지지체를 20℃의 물에 침지하여 고분자를 고형화한 후 용매를 제거하여 멤브레인을 제조하였다. 제조된 멤브레인의 물성을 평가한 결과, 제조된 멤브레인의 평균 기공 크기는 0.01 ㎛인 것으로 확인되었다.A polymer solution in which 5% by weight of EVOH was dissolved in 95% by weight of dimethylacetamide was prepared on a polyethylene support having an average pore size of 0.04 μm, and the support was immersed in this solution. Once again, 5% by weight of the EVOH polymer solution was immersed for 1 minute, and then the excess solution was uniformly applied with a roller. Thereafter, the support was immersed in water at 20°C to solidify the polymer, and then the solvent was removed to prepare a membrane. As a result of evaluating the physical properties of the prepared membrane, it was confirmed that the average pore size of the prepared membrane was 0.01 μm.

제조예 9: 나일론 멤브레인 제조Preparation Example 9: Preparation of nylon membrane

평균 기공 크기가 0.04 ㎛인 폴리에틸렌 지지체 상에 나일론 46 5중량%를 개미산 95중량%에 녹인 고분자 용액에 지지체를 침지시켰다. 다시 한 번 나일론 46 5 중량% 고분자 용액을 1분간 침지한 후에 롤러로 과량으로 묻어있는 용액을 균일하게 도포한 하였다. 이후 상기 지지체를 20℃의 물에 침지하여 고분자를 고형화한 후 용매를 제거하여 멤브레인을 제조하였다. 제조된 멤브레인의 물성을 평가한 결과, 제조된 멤브레인의 평균 기공 크기는 0.015 ㎛인 것으로 확인되었다.On a polyethylene support having an average pore size of 0.04 μm, the support was immersed in a polymer solution in which 5% by weight of nylon 46 was dissolved in 95% by weight of formic acid. Once again, after immersing the nylon 46 5% by weight polymer solution for 1 minute, the excess solution was uniformly applied with a roller. Thereafter, the support was immersed in water at 20°C to solidify the polymer, and then the solvent was removed to prepare a membrane. As a result of evaluating the physical properties of the prepared membrane, it was confirmed that the average pore size of the prepared membrane was 0.015 μm.

제조예 10: EVOH 및 나일론 멤브레인 제조Preparation Example 10: EVOH and nylon membrane production

평균 기공 크기가 0.04 ㎛인 폴리에틸렌 지지체 상에 EVOH 5 중량%를 디메틸아세트아마이드 95 중량%에 녹인 고분자 용액을 제조하고 이 용액에 지지체를 침지시켰다. 1분간 침지한 후에 롤러로 과량으로 묻어있는 용액을 균일하게 도포하였다. 이후 상기 지지체를 20℃의 물에 침지하여 고분자를 고형화한 후 용매를 제거하여 멤브레인을 제조하였다. 제조된 멤브레인의 물성을 평가한 결과, 제조된 멤브레인의 평균 기공 크기는 0.03 ㎛인 것으로 확인되었다.A polymer solution in which 5% by weight of EVOH was dissolved in 95% by weight of dimethylacetamide was prepared on a polyethylene support having an average pore size of 0.04 μm, and the support was immersed in this solution. After immersion for 1 minute, the excess solution was uniformly applied with a roller. Thereafter, the support was immersed in water at 20°C to solidify the polymer, and then the solvent was removed to prepare a membrane. As a result of evaluating the physical properties of the prepared membrane, it was confirmed that the average pore size of the prepared membrane was 0.03 μm.

제조예 11: 나일론 멤브레인 제조Production Example 11: Preparation of nylon membrane

평균 기공 크기가 0.04 ㎛인 폴리에틸렌 지지체 상에 나일론 46 5중량%를 개미산 95중량%에 녹인 고분자 용액에 지지체를 침지시켰다. 1분간 침지한 후에 이 용액에 지지체를 침지시켰다. 1분간 침지한 후에 롤러로 과량으로 묻어있는 용액을 균일하게 도포하였다. 이후 상기 지지체를 20℃의 물에 침지하여 고분자를 고형화한 후 용매를 제거하여 멤브레인을 제조하였다. 제조된 멤브레인의 물성을 평가한 결과, 제조된 멤브레인의 평균 기공 크기는 0.02 ㎛인 것으로 확인되었다.On a polyethylene support having an average pore size of 0.04 μm, the support was immersed in a polymer solution in which 5% by weight of nylon 46 was dissolved in 95% by weight of formic acid. After immersion for 1 minute, the support was immersed in this solution. After immersion for 1 minute, the excess solution was uniformly applied with a roller. Thereafter, the support was immersed in water at 20°C to solidify the polymer, and then the solvent was removed to prepare a membrane. As a result of evaluating the physical properties of the prepared membrane, it was confirmed that the average pore size of the prepared membrane was 0.02 μm.

실험예 1: 멤브레인의 기공 크기 측정Experimental Example 1: Measurement of the pore size of the membrane

상기 제조예에서 제조된 멤브레인의 평균 기공 크기를 Permporometer를 이용하여 측정하였다 (표 1). The average pore size of the membrane prepared in the Preparation Example was measured using a Permporometer (Table 1).

제조예 번호Manufacturing example number 지지체의
평균 기공 크기
Support
Average pore size
멤브레인의
평균 기공 크기
Membrane
Average pore size
1One 40 nm40 nm 5 nm5 nm 22 100 nm100 nm 7 nm7 nm 33 500 nm500 nm 15 nm15 nm 44 40 nm40 nm 3 nm3 nm 55 40 nm40 nm 1 nm1 nm 66 40 nm40 nm 15 nm15 nm 77 40 nm40 nm 20 nm20 nm 88 40 nm40 nm 10 nm10 nm 99 40 nm40 nm 15 nm15 nm 1010 40 nm40 nm 30 nm30 nm 1111 40 nm40 nm 20 nm20 nm

상기 표 1을 통해, 다공성 고분자 지지체로서 평균 기공 크기가 0.04 ㎛ 이상인 거대기공을 갖는 다공성 고분자 지지체를 사용하고 EVOH 혹은 나일론 고분자를 표면 및 단면에 단독으로 함침시킨 멤브레인(제조예 10 및 제조예 11)에 비하여 고분자층을 다중으로 형성하여 제조된 멤브레인(제조예 1 내지 제조예 9)의 기공 크기가 크게 감소하는 것을 확인하였다. 또한, 지지체의 평균 크기가 각각 100 nm 및 500 nm인 제조예 2 및 제조예 3 또한 고형화된 제1고분자 및/또는 제2고분자에 의해 현저히 감소된 기공 크기를 가짐을 볼 수 있었다.Through Table 1, a porous polymer support is used as a porous polymer support having a macropore having an average pore size of 0.04 µm or more, and a membrane in which EVOH or nylon polymer is impregnated on the surface and the cross section alone (Preparation Example 10 and Preparation Example 11) Compared to that, it was confirmed that the pore size of the membranes (Preparation Examples 1 to 9) prepared by forming the polymer layer in multiple layers was significantly reduced. In addition, it can be seen that Preparation Examples 2 and 3 in which the average size of the support was 100 nm and 500 nm, respectively, also had a significantly reduced pore size by the solidified first polymer and/or second polymer.

다중 코팅하여 제조된 멤브레인 중에서도, 서로 상이한 극성 작용기를 갖는 2종류의 고분자를 사용하여 형성된 멤브레인(제조예 1, 4, 및 5)은 동일한 고분자를 사용하여 형성된 멤브레인(제조예 8 및 9)과 비교할 때 현저히 감소된 기공 크기를 가짐을 확인하였다.Among membranes prepared by multi-coating, membranes formed using two types of polymers having different polar functional groups (Preparations 1, 4, and 5) are compared with membranes formed using the same polymer (Preparations 8 and 9). When it was confirmed that it has a significantly reduced pore size.

더욱이, 제1고분자 함유 용액에 침지시킨 후 비용매에 침지하여 1차적으로 멤브레인을 형성시킨 다음 제2고분자 함유 용액에 침지시킴으로써 형성된 멤브레인 (제조예 6 및 7)과 비교할 때, 제1고분자 함유 용액 및 제2고분자 함유 용액에 연속적으로 침지시킨 다음 비용매에 침지시켜 형성된 멤브레인(제조예 1, 4, 및 5)은 현저히 감소된 기공 크기를 가짐을 확인하였다.Moreover, when immersed in a solution containing the first polymer and then immersed in a non-solvent to form a membrane primarily and then immersed in a solution containing the second polymer (Preparations 6 and 7), the solution containing the first polymer And it was confirmed that the membranes (Preparations 1, 4, and 5) formed by immersing in a second polymer-containing solution continuously and then immersing in a non-solvent have a significantly reduced pore size.

실험예 2: 멤브레인의 소프트 파티클 제거율 평가Experimental Example 2: Evaluation of membrane removal rate of soft particles

소프트 파티클로서 팔라듐 나노 입자 (평균 입자 크기, 3.5 nm)를 이용하여 제조예에서 제조된 멤브레인의 소프트 파티클 제거율을 평가하였다 (표 2). 유도결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma; ICP)를 이용하여 멤브레인을 투과하기 전의 원액과 멤브레인을 투과한 후의 투과액에서의 팔라듐 농도를 측정였으며, 멤브레인의 소프트 파티클 제거율을 다음 식을 이용하여 계산하였다.The soft particle removal rate of the membrane prepared in Preparation Example was evaluated using palladium nanoparticles (average particle size, 3.5 nm) as soft particles (Table 2). The inductively coupled plasma (ICP) was used to measure the concentration of palladium in the stock solution before permeating the membrane and the permeate after permeating the membrane, and the soft particle removal rate of the membrane was calculated using the following equation.

제거율 (%) = ((원액의 팔라듐 농도 - 투과액의 팔라듐 농도)/(원액의 팔라듐 농도)) * 100Removal rate (%) = ((Palladium concentration of stock solution-Palladium concentration of permeate)/(Palladium concentration of stock)) * 100

제조예 번호Manufacturing example number 제거율Removal rate 1One 98.5%98.5% 22 97.8%97.8% 33 91%91% 44 99.3%99.3% 55 99.8%99.8% 66 89%89% 77 85%85% 88 91%91% 99 88%88% 1010 71%71% 1111 82%82%

이를 통해 고분자층을 다중으로 형성하여 제조된 멤브레인(제조예 1 내지 9)은 고분자층을 단일하게 형성하여 제조된 멤브레인(제조예 10 및 11)에 비해 소프트 파티클 제거율이 현저히 높음을 확인할 수 있었다.Through this, it was confirmed that the membranes produced by forming the polymer layer in multiple layers (Production Examples 1 to 9) had significantly higher soft particle removal rates than the membranes prepared by forming the polymer layer singly (Production Examples 10 and 11).

또한, 고분자층을 다중 형성하여 제조된 멤브레인 중에서도, 서로 상이한 극성 작용기를 갖는 2종류의 고분자를 사용하여 형성된 멤브레인(제조예 1 내지 5)는 동일한 고분자를 사용하여 형성된 멤브레인(제조예 8 및 9)보다 우수한 소프트 파티클 제거율을 보였다.In addition, among the membranes formed by forming a plurality of polymer layers, membranes formed using two kinds of polymers having different polar functional groups (manufacturing examples 1 to 5) are membranes formed using the same polymer (manufacturing examples 8 and 9). It showed a better soft particle removal rate.

더욱이, 1차 멤브레인 형성 후 제2고분자 함유 용액에 침지시켜 형성된 멤브레인(제조예 6 및 제조예 7)과 비교할 때, 제1고분자 함유 용액 및 제2고분자 함유 용액에 침지하는 단계 사이에 비용매에 침지하지 않고 두 용액에 연속적으로 침지시켜 형성된 멤브레인(제조예 1 내지 5)이 우수한 소프트 파티클 제거율을 보임을 확인하였다.Moreover, when compared with membranes formed by immersing in a solution containing a second polymer after the formation of the primary membrane (Preparation Example 6 and Preparation Example 7), the solution is immersed in a non-solvent between the steps of immersing in the first polymer-containing solution and the second polymer-containing solution. It was confirmed that the membranes formed by continuously immersing the two solutions without immersion (Preparations 1 to 5) showed excellent soft particle removal rates.

이상의 설명으로부터, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.From the above description, those skilled in the art to which the present invention pertains will appreciate that the present invention may be implemented in other specific forms without changing its technical spirit or essential characteristics. In this regard, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention should be construed as including all changes or modifications derived from the meaning and scope of the following claims rather than the detailed description and equivalent concepts thereof.

Claims (12)

다공성 고분자 지지체를 극성 작용기를 갖는 제1고분자를 함유하는 용액에 침지시키는 제1단계;
상기 다공성 고분자 지지체를 극성 작용기를 갖는 제2고분자를 함유하는 용액에 침지시키는 제2단계; 및
침지된 다공성 고분자 지지체를 비용매(non-solvent)에 침지하여 상기 제1고분자, 제2고분자, 또는 이들 모두를 고형화하는 제3단계를 포함하는, 나노 기공을 갖는 극성 멤브레인의 제조방법.
A first step of immersing the porous polymer support in a solution containing a first polymer having a polar functional group;
A second step of immersing the porous polymer support in a solution containing a second polymer having a polar functional group; And
A third method of solidifying the first polymer, the second polymer, or both by immersing the immersed porous polymer support in a non-solvent, thereby producing a polar membrane having nanopores.
제1항에 있어서, 상기 다공성 고분자 지지체는 평균 기공 크기가 0.04 ㎛ 내지 10.0 ㎛인 것인, 방법.
The method of claim 1, wherein the porous polymer support has an average pore size of 0.04 μm to 10.0 μm.
제1항에 있어서, 제2고분자는 제1고분자의 극성 작용기와 다른 극성 작용기를 포함하는 것인, 방법.
The method of claim 1, wherein the second polymer comprises a polar functional group different from the polar functional group of the first polymer.
제3항에 있어서, 상기 제1고분자 및 제2고분자는 -OH, -NHCO-, -CO-, -SO2-, -SO-, -CONHCO-, -COO-, 및 -NHCOO-로 이루어지는 작용기 군으로부터 선택되는 상이한 작용기를 각각 갖는 것인, 방법.
The functional group of claim 3, wherein the first polymer and the second polymer are -OH, -NHCO-, -CO-, -SO 2 -, -SO-, -CONHCO-, -COO-, and -NHCOO-. Wherein each has a different functional group selected from the group.
제1항에 있어서, 상기 제1고분자를 함유하는 용액 및 제2고분자를 함유하는 용액은 셀룰로스 아세테이트, 나일론, 에틸렌 비닐 알코올 공중합체(poly(vinyl alcohol-co-ethylene); EVAL), 방향족 폴리아미드, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리이미드, 및 폴리벤즈이미다졸로 이루어진 고분자 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 것인, 방법.
The method of claim 1, wherein the solution containing the first polymer and the solution containing the second polymer are cellulose acetate, nylon, ethylene vinyl alcohol copolymer (poly(vinyl alcohol-co-ethylene); EVAL), aromatic polyamide , Polysulfone, polyethersulfone, polyvinylidenefluoride, polyimide, and polybenzimidazole.
제1항에 있어서, 제1단계 및 제2단계 사이에 상기 지지체를 비용매에 침지하는 단계를 포함하지 않는 것인, 방법.
The method of claim 1, wherein the method does not include immersing the support in a non-solvent between the first and second steps.
제1항에 있어서, 상기 고분자 용액의 용매는 디메틸아세트아마이드, 디메틸포름아마이드, N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸술폭시드, 포름산 또는 이들의 조합인 것인, 방법.
The method according to claim 1, wherein the solvent of the polymer solution is dimethylacetamide, dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethyl sulfoxide, formic acid, or a combination thereof.
제1항에 있어서, 상기 비용매는 물, 알코올, 및 글리콜로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상인 것이거나; 또는 물, 알코올, 및 글리콜로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상과 디메틸아세트아미드, 디메틸포름아미드, N-메틸-2-피롤리돈, 및 디메틸술폭시드로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합물인 것인, 방법.
The method of claim 1, wherein the non-solvent is one or more selected from the group consisting of water, alcohol, and glycol; Or a mixture of one or more selected from the group consisting of water, alcohol, and glycol and one or more selected from the group consisting of dimethylacetamide, dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, and dimethyl sulfoxide. , Way.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조되는, 나노 기공을 갖는 극성 멤브레인.
A polar membrane having nanopores, produced by the method of claim 1.
제9항에 있어서, 기공 크기가 0.001 내지 0.02 ㎛인, 멤브레인.
10. The membrane of claim 9, having a pore size of 0.001 to 0.02 μm.
제9항의 멤브레인을 포함하는, 유체 처리 장치.
A fluid handling device comprising the membrane of claim 9.
제9항의 멤브레인에 유체를 통과시키는 단계를 포함하는, 유체 처리 방법.
A method of treating fluid, comprising passing a fluid through the membrane of claim 9.
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