KR20210098374A - coating solution for hollow fiber membrane, composite membrane using the same, preparation method thereof and carbon dioxide separation membrane comprising the same - Google Patents

coating solution for hollow fiber membrane, composite membrane using the same, preparation method thereof and carbon dioxide separation membrane comprising the same Download PDF

Info

Publication number
KR20210098374A
KR20210098374A KR1020210012753A KR20210012753A KR20210098374A KR 20210098374 A KR20210098374 A KR 20210098374A KR 1020210012753 A KR1020210012753 A KR 1020210012753A KR 20210012753 A KR20210012753 A KR 20210012753A KR 20210098374 A KR20210098374 A KR 20210098374A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
hollow fiber
fiber membrane
coating
carbon dioxide
poss
Prior art date
Application number
KR1020210012753A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102503547B1 (en
Inventor
남상용
김지현
임광섭
Original Assignee
경상국립대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 경상국립대학교산학협력단 filed Critical 경상국립대학교산학협력단
Publication of KR20210098374A publication Critical patent/KR20210098374A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102503547B1 publication Critical patent/KR102503547B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D171/00Coating compositions based on polyethers obtained by reactions forming an ether link in the main chain; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D171/02Polyalkylene oxides
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • B01D53/228Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion characterised by specific membranes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D67/00Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0081After-treatment of organic or inorganic membranes
    • B01D67/0093Chemical modification
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D69/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/08Hollow fibre membranes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D69/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/12Composite membranes; Ultra-thin membranes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D153/00Coating compositions based on block copolymers containing at least one sequence of a polymer obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D7/00Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
    • C09D7/20Diluents or solvents
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02CCAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/151Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions, e.g. CO2

Abstract

The present invention relates to a composition for coating a hollow fiber membrane, a composite hollow fiber membrane manufactured therefrom, a method for manufacturing the same, and a carbon dioxide separation membrane comprising the same. More specifically, the present invention relates to a composite hollow fiber membrane, to a method for manufacturing the same, and to a technology applied as a carbon dioxide separation membrane with excellent permeability and selectivity to carbon dioxide/oxygen, wherein the composite hollow fiber membrane is manufactured using a composition for coating a hollow fiber membrane comprising polyethylene glycol-polyhedral oligomeric silsesquioxane (polyethyleneglycol-POSS, PEG-POSS) and polyether polyamide block copolymer (PEBAX).

Description

중공사막 코팅용 조성물, 이로부터 제조된 복합중공사막, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 이산화탄소 분리막{coating solution for hollow fiber membrane, composite membrane using the same, preparation method thereof and carbon dioxide separation membrane comprising the same}A composition for coating a hollow fiber membrane, a composite hollow fiber membrane prepared therefrom, a manufacturing method thereof, and a carbon dioxide separation membrane comprising the same

본 발명은 중공사막 코팅용 조성물, 이로부터 제조된 복합중공사막, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 이산화탄소 분리막에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리에틸렌글리콜-폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(polyethyleneglycol-POSS, PEG-POSS) 및 폴리에테르 폴리아미드 블록 공중합체(PEBAX)를 포함하는 중공사막 코팅용 조성물을 제조하고, 이를 이용하여 복합중공사막, 이의 제조방법 및 이산화탄소/산소에 대한 투과도 및 선택성이 우수한 이산화탄소 분리막으로 응용하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a composition for coating a hollow fiber membrane, a composite hollow fiber membrane prepared therefrom, a method for producing the same, and a carbon dioxide separation membrane comprising the same, and more particularly, to a polyethylene glycol-polyhedral oligomeric silsesquioxane (polyethyleneglycol-POSS). , PEG-POSS) and polyether polyamide block copolymer (PEBAX) to prepare a composition for coating a hollow fiber membrane, using the composite hollow fiber membrane, a manufacturing method thereof, and carbon dioxide with excellent permeability and selectivity to carbon dioxide/oxygen It relates to a technology applied as a separator.

지구 온난화로 인한 기후변화 발생에 따라, 전 세계적으로 온실 가스를 감축하는 방안을 확보함과 동시에 이를 기반으로 하여 신 성장 동력을 창출하고 세계 시장을 선점하려는 노력이 진행되고 있다. 일반적으로, 기후변화를 대응하는 기술적 방안으로서, (i) 에너지효율 향상, (ii) 원자력 및 재생에너지 같은 저탄소 연료로의 대체, 및 (iii) CO2 포집 저장 기술이 이용되어 왔다.In accordance with the occurrence of climate change due to global warming, efforts are being made to secure measures to reduce greenhouse gases worldwide and to create new growth engines based on this and to preoccupy the global market. In general, as technological measures to cope with climate change, (i) energy efficiency improvement, (ii) replacement with low-carbon fuels such as nuclear and renewable energy, and (iii) CO 2 capture and storage technology have been used.

일반적으로, 이산화탄소 포집 및 저장(CCS; Carbon Dioxide Capture & Storage) 기술은 화석연료 사용으로 인해 발전소, 철강, 시멘트 공장 등 대량 배출원으로부터 배출되는 이산화탄소를 대기 중으로부터 격리시키는 기술이다. 이산화탄소를 포집하기 위한 많은 기술들 중에서 분리막을 이용한 기술은 디자인이 간단하고 낮은 에너지 소비량으로 운전비용이 절감되는 장점으로 인해 빠르게 성장하고 있는 기술이다.In general, carbon dioxide capture and storage (CCS; Carbon Dioxide Capture & Storage) technology is a technology for isolating carbon dioxide emitted from mass emission sources such as power plants, steel and cement factories due to the use of fossil fuels from the atmosphere. Among the many technologies for capturing carbon dioxide, the technology using a separator is a technology that is growing rapidly due to its simple design and low energy consumption, which reduces operating costs.

이러한 기체분리막이 선택적으로 기체를 분리하고 농축하기 위해서는 일반적으로 분리막의 구조가 막 표면의 치밀한 선택분리층과 막 하부에 최소의 투과저항을 갖는 다공성 지지체로 이루어지는 비대칭 구조이어야 한다. 기체분리막의 특성인 기체의 선택적인 분리 능력은 분리층의 구조에 따라 결정되며, 선택적으로 분리된 기체의 투과량은 분리층의 두께 및 비대칭 막의 하부 구조인 다공성 지지체의 다공성 정도에 의해 좌우된다. 그리고 혼합기체를 선택적으로 분리하기 위해서는 분리층의 표면에 결함이 없어야 하며, 기공 크기는 5Å 이하 이어야 한다. 아울러 높은 기체 투과도를 얻기 위하여 분리층은 가능한 그 두께가 얇아야 하는데, 이것은 기체 투과도가 유효막 두께에 반비례하기 때문이다. 또한, 분리층을 선택적으로 통과한 기체 흐름에 대한 저항성을 최소화하기 위해서는 비대칭 막의 하부 구조가 되도록 다공성 구조인 것이 유리하다.In order for such a gas separation membrane to selectively separate and concentrate gas, the structure of the separation membrane should generally be an asymmetric structure consisting of a dense selective separation layer on the surface of the membrane and a porous support having a minimum permeation resistance at the bottom of the membrane. The selective separation capability of gas, which is a characteristic of a gas separation membrane, is determined by the structure of the separation layer, and the permeation amount of the selectively separated gas depends on the thickness of the separation layer and the degree of porosity of the porous support, which is the underlying structure of the asymmetric membrane. And in order to selectively separate the mixed gas, there should be no defects on the surface of the separation layer, and the pore size should be 5 Å or less. In addition, in order to obtain high gas permeability, the thickness of the separation layer should be as thin as possible, since gas permeability is inversely proportional to the effective film thickness. In addition, in order to minimize the resistance to the gas flow selectively passing through the separation layer, it is advantageous to have a porous structure to be the underlying structure of the asymmetric membrane.

따라서 전통적인 상분리법에 의하여 박막의 치밀한 선택분리층이 형성되고 그 하부는 다공성 구조를 갖는 비대칭 구조의 단일층 중공사막이 꾸준히 개발되면서 일부는 좋은 분리 성능을 나타내지만 분리막의 고분자 소재가 고가라는 문제점이 있다.Therefore, a dense selective separation layer of a thin film is formed by the traditional phase separation method and a single-layer hollow fiber membrane with an asymmetric structure having a porous structure at the bottom has been continuously developed. there is.

이러한, 선택분리층(코팅층)의 소재로서, 우수한 기계적, 열적 특성, 내화학성과 비교적 우수한 분리성능을 가지고 있는 폴리이미드가 연구되었으나, 낮은 투과도와 분리계수를 가지고 있어 대규모 장치 산업의 기체분리용으로 적합하지 않다.As a material for the selective separation layer (coating layer), polyimide having excellent mechanical and thermal properties, chemical resistance and relatively good separation performance has been studied, but it has low permeability and separation coefficient, so it is used for gas separation in large-scale equipment industry. Inappropriate.

한편 폴리에틸렌글리콜은 이산화탄소에 대한 높은 친화성으로 우수한 선택성을 가지고 있다고 가지고 있어, 우수한 물리적 특성을 가지는 폴리술폰, 폴리이미드, 폴리아마이드와 같은 고분자와 함께 블랜드, 공중합, 가교 등의 개질을 통하여 기계적 특성을 유지함과 동시에 우수한 이산화탄소 분리특성을 기대할 수 있는 것으로 연구되었으나, 랜덤한 구조로 인하여 오히려 투과도가 떨어지는 단점이 있었다.On the other hand, polyethylene glycol has excellent selectivity due to its high affinity for carbon dioxide, and mechanical properties can be improved through modification such as blending, copolymerization, and crosslinking with polymers such as polysulfone, polyimide, and polyamide having excellent physical properties. Although it has been studied that excellent carbon dioxide separation characteristics can be expected while maintaining it, there is a disadvantage in that the permeability is rather lowered due to the random structure.

또한, 플루오로폴리이미드/폴리에틸렌술폰을 병용한 코팅용액이 개발된 바 있으나, 이는 코팅층의 두께가 너무 두꺼워 산소투과도가 저하되는 단점이 있다.In addition, a coating solution using a combination of fluoropolyimide/polyethylene sulfone has been developed, but this has a disadvantage in that the thickness of the coating layer is too thick and oxygen permeability is lowered.

따라서, 본 발명자는 중공사막과의 접착력이 우수하여, 중공사막의 수축 현상을 감소시키고, 이산화탄소에 대한 투과도 및 선택성을 향상시킬 수 있는 중공사막 코팅용 조성물을 제조할 수 있음에 착안하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.Therefore, the present inventors focused on the ability to prepare a composition for coating a hollow fiber membrane that has excellent adhesion to the hollow fiber membrane, reduces the shrinkage of the hollow fiber membrane, and can improve the permeability and selectivity to carbon dioxide. came to completion.

특허문헌 1. 대한민국 등록특허공보 제10-1752954호Patent Literature 1. Republic of Korea Patent Publication No. 10-1752954

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 이산화탄소에 대한 투과도 및 선택성을 향상시킬 수 있는 중공사막 코팅용 조성물에 관한 것이다.The present invention was devised in consideration of the above problems, and an object of the present invention relates to a composition for coating a hollow fiber membrane capable of improving permeability and selectivity to carbon dioxide.

본 발명의 다른 목적은 이로부터 제조된 이산화탄소에 대한 투과도 및 선택성을 향상된 복합중공사막, 이의 제조방법과 이를 이용하여 우수한 이산화탄소 분리막으로 응용하고자 하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a composite hollow fiber membrane with improved permeability and selectivity for carbon dioxide prepared therefrom, a method for manufacturing the same, and an excellent carbon dioxide separation membrane using the same.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 폴리에틸렌글리콜-폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(PEG-POSS) 및 폴리에테르 폴리아미드 블록 공중합체(PEBAX) 3533을 포함하는 중공사막 코팅용 조성물을 제공한다.The present invention for achieving the above object is polyethylene glycol-polyhedral oligomeric silsesquioxane (PEG-POSS) and polyether polyamide block copolymer (PEBAX) 3533. A composition for coating a hollow fiber membrane provides

상기 폴리에틸렌글리콜-폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(PEG-POSS) 전체 중량에 대하여 상기 폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(POSS)은 85 내지 95 중량%일 수 있다.The polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS) may be 85 to 95 wt% based on the total weight of the polyethylene glycol-polyhedral oligomeric silsesquioxane (PEG-POSS).

상기 폴리에틸렌글리콜-폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(PEG-POSS) 및 폴리에테르 폴리아미드 블록 공중합체(PEBAX) 3533의 중량비는 1 : 0.5 내지 1.5일 수 있다.The weight ratio of the polyethylene glycol-polyhedral oligomeric silsesquioxane (PEG-POSS) and polyether polyamide block copolymer (PEBAX) 3533 may be 1: 0.5 to 1.5.

상기 중공사막 코팅용 조성물은 용매를 더 포함하고, 상기 용매는 이소프로판올일 수 있다.The composition for coating the hollow fiber membrane may further include a solvent, and the solvent may be isopropanol.

상기 폴리에틸렌글리콜-폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(PEG-POSS) 및 폴리에테르 폴리아미드 블록 공중합체(PEBAX) 3533의 혼합물 1 내지 10 중량%에 대하여 상기 용매 80 내지 99 중량% 포함할 수 있다.80 to 99 wt% of the solvent may be included based on 1 to 10 wt% of a mixture of polyethylene glycol-polyhedral oligomeric silsesquioxane (PEG-POSS) and polyether polyamide block copolymer (PEBAX) 3533 .

또한, 본 발명은 중공사막; 및 상기 중공사막 상에 형성된, 폴리에틸렌글리콜-폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(PEG-POSS) 및 폴리에테르 폴리아미드 블록 공중합체(PEBAX)을 포함하는 코팅층;을 포함하는 복합중공사막을 제공한다.In addition, the present invention is a hollow fiber membrane; and a coating layer formed on the hollow fiber membrane, the coating layer comprising polyethylene glycol-polyhedral oligomeric silsesquioxane (PEG-POSS) and polyether polyamide block copolymer (PEBAX); provides a composite hollow fiber membrane comprising .

상기 중공사막과 코팅층 사이에 폴리에틸렌 층이 더 포함될 수 있다.A polyethylene layer may be further included between the hollow fiber membrane and the coating layer.

또한, 본 발명은 상기 복합중공사막을 포함하는 이산화탄소 분리막을 제공한다.In addition, the present invention provides a carbon dioxide separation membrane comprising the composite hollow fiber membrane.

또한, 본 발명은 (A) 중공사막을 폴리에틸렌글리콜 용액에 함침하는 단계; (B) 상기 (A) 단계의 중공사막을 10 내지 50 ℃ 온도에서 건조시켜 전처리하는 단계; 및 (C) 상기 전처리된 중고사막 일면에 폴리에틸렌글리콜-폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(PEG-POSS) 및 폴리에테르 폴리아미드 블록 공중합체(PEBAX) 3533을 포함하는 중공사막 코팅용 조성물을 코팅하는 단계;를 포함하는 복합중공사막의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of (A) impregnating the hollow fiber membrane in a polyethylene glycol solution; (B) pretreatment by drying the hollow fiber membrane of step (A) at a temperature of 10 to 50 °C; and (C) coating a composition for coating a hollow fiber membrane comprising polyethylene glycol-polyhedral oligomeric silsesquioxane (PEG-POSS) and polyether polyamide block copolymer (PEBAX) 3533 on one surface of the pretreated used sand membrane. It provides a method of manufacturing a composite hollow fiber membrane comprising a;

상기 폴리에틸렌글리콜-폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(PEG-POSS) 전체 중량에 대하여 상기 폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(POSS)은 85 내지 95 중량%일 수 있다.The polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS) may be 85 to 95 wt% based on the total weight of the polyethylene glycol-polyhedral oligomeric silsesquioxane (PEG-POSS).

상기 폴리에틸렌글리콜-폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(PEG-POSS) 및 폴리에테르 폴리아미드 블록 공중합체(PEBAX) 3533의 중량비는 1 : 0.5 내지 1.5일 수 있다.The weight ratio of the polyethylene glycol-polyhedral oligomeric silsesquioxane (PEG-POSS) and polyether polyamide block copolymer (PEBAX) 3533 may be 1: 0.5 to 1.5.

상기 중공사막 코팅용 조성물은 용매를 더 포함하고, 상기 용매는 이소프로판올일 수 있다.The composition for coating the hollow fiber membrane may further include a solvent, and the solvent may be isopropanol.

상기 폴리에틸렌글리콜-폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(PEG-POSS) 및 폴리에테르 폴리아미드 블록 공중합체(PEBAX) 3533의 혼합물 2 내지 4 중량%에 대하여 상기 용매 95 내지 97 중량% 포함할 수 있다.95 to 97 wt% of the solvent may be included based on 2 to 4 wt% of a mixture of polyethylene glycol-polyhedral oligomeric silsesquioxane (PEG-POSS) and polyether polyamide block copolymer (PEBAX) 3533 .

상기 (C) 단계는 코팅 온도가 50 내지 70 ℃일 수 있다.In step (C), the coating temperature may be 50 to 70 °C.

상기 (C) 단계는 코팅 시간이 50 내지 100 초일 수 있다.In step (C), the coating time may be 50 to 100 seconds.

상기 (C) 단계는 코팅 횟수가 1 내지 2회일 수 있다.In step (C), the number of coatings may be 1 to 2 times.

본 발명에 따르면, 폴리에틸렌글리콜-폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(polyethyleneglycol-POSS, PEG-POSS) 및 폴리에테르 폴리아미드 블록 공중합체(PEBAX)를 포함하는 중공사막 코팅용 조성물을 제조하고, 이를 이용하여 이산화탄소에 대한 투과도 및 선택성이 우수한 복합중공사막을 제조할 수 있으며, 이는 이산화탄소 분리막으로 응용할 수 있다.According to the present invention, a composition for coating a hollow fiber membrane comprising polyethylene glycol-polyhedral oligomeric silsesquioxane (polyethyleneglycol-POSS, PEG-POSS) and polyether polyamide block copolymer (PEBAX) is prepared, and the A composite hollow fiber membrane having excellent permeability and selectivity to carbon dioxide can be manufactured by using it, which can be applied as a carbon dioxide separation membrane.

도 1a는 본 발명에 따른 복합중공사막을 제조하는 과정을 나타낸 이미지이다.
도 1b는 본 발명에 따른 중공사막 코팅용 조성물을 이용하여 제조된 실험실 규모의 복합중공사막 모듈(Lab scale module)이다.
도 1c는 본 발명에 따른 중공사막 코팅용 조성물을 이용하여 제조된 스케일업 복합중공사막 모듈(scale up module)이다.
도 2는 본 발명의 비교예 1 내지 4의 중공사막 코팅용 조성물을 이용하여 제조된 복합중공사막의 기체 투과도(질소, 산소 및 이산화탄소) 및 산소에 대한 이산화탄소의 선택도를 나타낸 그래프이다[EtOH/H2O는 비교예 1이고, EtOH는 비교예 2이고, IPA는 비교예 3이고, BuOH는 비교예 4를 사용하여 제조된 복합중공사막이다].
도 3은 본 발명의 비교예 5 내지 8의 중공사막 코팅용 조성물을 이용하여 제조된 복합중공사막의 기체 투과도(질소, 산소 및 이산화탄소) 및 산소에 대한 이산화탄소의 선택도를 나타낸 그래프이다[IPA는 비교예 5이고, IPA/BuOH는 비교예 6이고, BuOH는 비교예 7이고, EtOH는 비교예 8을 사용하여 제조된 복합중공사막이다].
도 4는 본 발명의 실시예 3 내지 6의 중공사막 코팅용 조성물을 이용하여 제조된 복합중공사막의 기체 투과도(질소, 산소 및 이산화탄소) 및 산소에 대한 이산화탄소의 선택도를 나타낸 그래프이다[IPA는 실시예 3이고, IPA/BuOH는 실시예 4이고, BuOH는 실시예 5이고, EtOH는 실시예 6을 사용하여 제조된 복합중공사막이다]. 이때, IPA는 Isopropanol, Buthanol, IPA/BuOH는 Isopropanol-Butanol co-solvent, BuOH는 Butanol, EtOH는 Ethanol 및 EtOH/H2O는 Ethanol-H2O co-solvent를 의미한다.
도 5는 본 발명의 실시예 3, 비교예 1, 비교예 5의 중공사막 코팅용 조성물을 이용하여 제조된 복합중공사막의 기체 투과도(질소, 산소 및 이산화탄소) 및 산소에 대한 이산화탄소의 선택도를 나타낸 그래프이다[POSS/2533은 비교예 5이고, POSS/3533은 실시예 3이고, POSS/1657은 비교예 1이다. POSS-PEG는 대조군으로, 제조예 3으로부터 제조된 POSS90wt를 사용하여 복합중공사막(용매:메탄올)을 제조한 것이다.]
도 6은 PEG 용액으로 전처리하지 않은 복합중공사막(3533, 1657, 2533)과 PEG 용액으로 전처리한 복합중공사막(3533*, 1657*, 2533*)로부터 제조된 복합중공사막의 기체 투과도(질소, 산소 및 이산화탄소) 및 산소에 대한 이산화탄소의 선택도를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예 10 내지 14로부터 제조된 복합중공사막의 기체 투과도(질소, 산소 및 이산화탄소) 및 산소에 대한 이산화탄소의 선택도를 나타낸 그래프이다[20℃는 실시예 10, 40℃는 실시예 11, 60℃는 실시예 12, 80℃는 실시예 13, 100℃는 실시예 14이다].
도 8은 본 발명의 실시예 12, 15 내지 18로부터 제조된 복합중공사막의 기체 투과도(질소, 산소 및 이산화탄소) 및 산소에 대한 이산화탄소의 선택도를 나타낸 그래프이다[30은 실시예 15, 60은 실시예 12, 120은 실시예 16, 180은 실시예 17, 240은 실시예 18이다].
도 9는 본 발명의 실시예 12, 19 내지 21로부터 제조된 복합중공사막의 기체 투과도(질소, 산소 및 이산화탄소) 및 산소에 대한 이산화탄소의 선택도를 나타낸 그래프이다[0.5는 실시예 19, 1은 실시예 20, 3은 실시예 12, 5는 실시예 21이다].
도 10은 본 발명의 실시예 12, 22 내지 24로부터 제조된 복합중공사막의 기체 투과도(질소, 산소 및 이산화탄소) 및 산소에 대한 이산화탄소의 선택도를 나타낸 그래프이다[0은 실시예 22, 1은 실시예 12, 2는 실시예 23, 3은 실시예 24이다].
도 11은 실시예 12의 복합중공사막 모듈과 실시예 23의 복합중공사막 모듈의단일 기체에 대한 기체 투과도와 기체 선택도를 분석하여 나타낸 결과 그래프이다.
도 12는 실시예 23의 복합중공사막 모듈의 혼합 기체에 대한 기체 투과도를 분석하여 나타낸 결과 그래프이다.
1A is an image showing a process of manufacturing a composite hollow fiber membrane according to the present invention.
Figure 1b is a laboratory-scale composite hollow fiber membrane module (Lab scale module) manufactured using the composition for coating a hollow fiber membrane according to the present invention.
1c is a scale-up composite hollow fiber membrane module (scale up module) manufactured using the composition for coating a hollow fiber membrane according to the present invention.
2 is a graph showing the gas permeability (nitrogen, oxygen and carbon dioxide) and the selectivity of carbon dioxide to oxygen of the composite hollow fiber membranes prepared using the compositions for coating hollow fiber membranes of Comparative Examples 1 to 4 of the present invention [EtOH/ H2O is Comparative Example 1, EtOH is Comparative Example 2, IPA is Comparative Example 3, and BuOH is a composite hollow fiber membrane prepared using Comparative Example 4].
3 is a graph showing the gas permeability (nitrogen, oxygen and carbon dioxide) and the selectivity of carbon dioxide to oxygen of the composite hollow fiber membranes prepared using the compositions for coating hollow fiber membranes of Comparative Examples 5 to 8 of the present invention [IPA is Comparative Example 5, IPA/BuOH is Comparative Example 6, BuOH is Comparative Example 7, and EtOH is a composite hollow fiber membrane prepared using Comparative Example 8].
4 is a graph showing the gas permeability (nitrogen, oxygen and carbon dioxide) and the selectivity of carbon dioxide to oxygen of the composite hollow fiber membranes prepared using the compositions for coating hollow fiber membranes of Examples 3 to 6 of the present invention [IPA is Example 3, IPA/BuOH is Example 4, BuOH is Example 5, EtOH is a composite hollow fiber membrane prepared using Example 6]. At this time, IPA means Isopropanol, Buthanol, IPA/BuOH means Isopropanol-Butanol co-solvent, BuOH means Butanol, EtOH means Ethanol and EtOH/H 2 O means Ethanol-H 2 O co-solvent.
5 is a graph showing the gas permeability (nitrogen, oxygen and carbon dioxide) and selectivity of carbon dioxide to oxygen of the composite hollow fiber membranes prepared using the compositions for coating the hollow fiber membranes of Example 3, Comparative Example 1, and Comparative Example 5 of the present invention; It is a graph shown [POSS/2533 is Comparative Example 5, POSS/3533 is Example 3, and POSS/1657 is Comparative Example 1. POSS-PEG is a control, a composite hollow fiber membrane (solvent: methanol) was prepared using the POSS90wt prepared in Preparation Example 3.]
6 shows the gas permeability (nitrogen, It is a graph showing the selectivity of carbon dioxide to oxygen and carbon dioxide) and oxygen.
7 is a graph showing the gas permeability (nitrogen, oxygen and carbon dioxide) and the selectivity of carbon dioxide to oxygen of the composite hollow fiber membranes prepared from Examples 10 to 14 of the present invention [20 ° C is Example 10, 40 ° C is Example 11, 60°C is Example 12, 80°C is Example 13, 100°C is Example 14].
8 is a graph showing the gas permeability (nitrogen, oxygen and carbon dioxide) and the selectivity of carbon dioxide to oxygen of the composite hollow fiber membranes prepared from Examples 12 and 15 to 18 of the present invention [30 is Examples 15 and 60 are Examples 12 and 120 are Examples 16, 180 is Example 17, 240 is Example 18].
9 is a graph showing the gas permeability (nitrogen, oxygen and carbon dioxide) and the selectivity of carbon dioxide to oxygen of the composite hollow fiber membranes prepared from Examples 12 and 19 to 21 of the present invention [0.5 is Examples 19, 1 is Examples 20 and 3 are Examples 12 and 5 are Example 21].
10 is a graph showing the gas permeability (nitrogen, oxygen and carbon dioxide) and the selectivity of carbon dioxide to oxygen of the composite hollow fiber membranes prepared from Examples 12 and 22 to 24 of the present invention [0 is Examples 22, 1 is Examples 12 and 2 are Examples 23 and 3 are Example 24].
11 is a graph showing the results of analyzing the gas permeability and gas selectivity for a single gas of the composite hollow fiber membrane module of Example 12 and the composite hollow fiber membrane module of Example 23;
12 is a graph showing the result of analyzing the gas permeability to the mixed gas of the composite hollow fiber membrane module of Example 23.

이하에서, 본 발명의 여러 측면 및 다양한 구현예에 대해 더욱 구체적으로 설명한다.Hereinafter, various aspects and various embodiments of the present invention will be described in more detail.

본 발명은, 폴리에틸렌글리콜-폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(PEG-POSS) 및 폴리에테르 폴리아미드 블록 공중합체(PEBAX) 3533을 포함하는 중공사막 코팅용 조성물을 제공한다.The present invention provides a composition for coating a hollow fiber membrane comprising polyethylene glycol-polyhedral oligomeric silsesquioxane (PEG-POSS) and polyether polyamide block copolymer (PEBAX) 3533.

종래 중공사막의 표면을 코팅함으로써, 이산화탄소 투과도 및 선택도를 향상시킬 수 있다. 특히 본 발명에 따른 중공사막 코팅용 조성물은 폴리에틸렌글리콜-폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산 또는 폴리에테르 폴리아미드 블록 공중합체를 단독으로 사용할 경우에 비하여 1.3 내지 2배 이상 현저히 우수한 이산화탄소 투과도 및 선택도를 갖는다.By coating the surface of the conventional hollow fiber membrane, carbon dioxide permeability and selectivity can be improved. In particular, the composition for coating a hollow fiber membrane according to the present invention has significantly superior carbon dioxide permeability and selectivity by 1.3 to 2 times or more compared to the case of using polyethylene glycol-polyhedral oligomeric silsesquioxane or polyether polyamide block copolymer alone. has

폴리에테르 폴리아미드 블록 공중합체(PEBAX)는 PEBAX 1657, PEBAX 2533 및 PEBAX 3533가 존재하고, 폴리에테르 폴리아미드 블록 공중합체(PEBAX)를 단독으로 중공사막 코팅용 조성물로 활용할 경우에는 이산화탄소 투과도가 PEBAX 2533이 가장 높으며, 이산화탄소 선택도는 PEBAX 1657이 가장 높은 것으로 확인되었다. 그러나 중공사막 코팅시, 폴리에틸렌글리콜-폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(PEG-POSS)과 균일하게 혼합되어 균일한 두께의 코팅층을 형성할 수 있고, 중공사막의 이산화탄소/산소 선택도와 이산화탄소 투과도를 전체적으로 향상시킬 수 있는 것은 PEBAX 3533임을 확인한 바 있다.Polyether polyamide block copolymers (PEBAX) include PEBAX 1657, PEBAX 2533, and PEBAX 3533, and when polyether polyamide block copolymer (PEBAX) is used alone as a composition for hollow fiber membrane coating, carbon dioxide permeability is PEBAX 2533 It was confirmed that PEBAX 1657 had the highest carbon dioxide selectivity. However, when coating the hollow fiber membrane, it can be uniformly mixed with polyethylene glycol-polyhedral oligomeric silsesquioxane (PEG-POSS) to form a coating layer of uniform thickness, and the carbon dioxide/oxygen selectivity and carbon dioxide permeability of the hollow fiber membrane can be improved. It has been confirmed that it is the PEBAX 3533 that can be improved overall.

상기 폴리에틸렌글리콜-폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산 전체 중량에 대하여 상기 폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산은 45 내지 99 중량%, 바람직하게는 70 내지 95 중량%, 더욱 바람직하게는 80 내지 95 중량%일 수 있고, 더더욱 바람직하게는 85 내지 95 중량%일 수 있다. 상기 폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산의 함량이 45 내지 99 중량%를 벗어날 경우에는 이산화탄소 선택도 또는 기체 투과도가 현저히 저하될 수 있다. 특히 상기 폴리에틸렌글리콜-폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(PEG-POSS) 전체 중량에 대하여 상기 폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(POSS)은 85 중량% 미만일 경우에는 이산화탄소/산소 선택도가 1.3 배 이상 저하되는 문제가 발생할 수 있고, 95 중량%를 초과하면 전체적인 기계적 물성이 저하될 수 있다.The polyhedral oligomeric silsesquioxane is 45 to 99% by weight, preferably 70 to 95% by weight, more preferably 80 to 95% by weight based on the total weight of the polyethylene glycol-polyhedral oligomeric silsesquioxane It may be % by weight, and even more preferably 85 to 95% by weight. When the content of the polyhedral oligomeric silsesquioxane is out of 45 to 99 wt%, carbon dioxide selectivity or gas permeability may be significantly reduced. In particular, when the polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS) is less than 85% by weight based on the total weight of the polyethylene glycol-polyhedral oligomeric silsesquioxane (PEG-POSS), the carbon dioxide/oxygen selectivity is 1.3 There may be a problem of lowering more than twice, and if it exceeds 95% by weight, overall mechanical properties may be reduced.

상기 폴리에틸렌글리콜-폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(PEG-POSS) 및 폴리에테르 폴리아미드 블록 공중합체(PEBAX) 3533의 중량비는 1 : 0.5 내지 1.5, 바람직하게는 1 : 0.7 내지 1.3, 더욱 바람직하게는 1 : 0.9 내지 1.1일 수 있다. 상기 중량비가 1 : 0.5 내지 1.5를 벗어날 경우에는, 중공사막과의 접착력이 충분히 확보되지 못해 중공사막의 수축 현상을 충분히 억제하지 못하는 문제가 발생할 수 있다.The weight ratio of the polyethylene glycol-polyhedral oligomeric silsesquioxane (PEG-POSS) and polyether polyamide block copolymer (PEBAX) 3533 is 1: 0.5 to 1.5, preferably 1: 0.7 to 1.3, more preferably preferably 1: 0.9 to 1.1. When the weight ratio is out of 1:0.5 to 1.5, the adhesive force with the hollow fiber membrane may not be sufficiently secured, and thus there may be a problem in that the shrinkage of the hollow fiber membrane cannot be sufficiently suppressed.

상기 중공사막 코팅용 조성물은 용매를 더 포함할 수 있고, 상기 용매는 이소프로판올, 부탄올, 에탄올 및 증류수로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있는데, 가장 바람직하게는 이소프로판올일 수 있다. 이는 실험예 2를 통해 확인할 수 있다.The composition for coating the hollow fiber membrane may further include a solvent, and the solvent may be at least one selected from the group consisting of isopropanol, butanol, ethanol and distilled water, and most preferably isopropanol. This can be confirmed through Experimental Example 2.

상기 폴리에틸렌글리콜-폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(PEG-POSS) 및 폴리에테르 폴리아미드 블록 공중합체(PEBAX) 3533의 혼합물 2 내지 4 중량%에 대하여 상기 용매 95 내지 97 중량% 포함하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 혼합물 3 중량%에 대하여 상기 용매 97 중량% 포함하는 것일 수 있다. 상기 범위일 경우, 중공사막의 산소에 대한 이산화탄소 선택도를 2배 이상 현저히 향상시킬 수 있다.It is preferable to include 95 to 97 wt% of the solvent based on 2 to 4 wt% of a mixture of polyethylene glycol-polyhedral oligomeric silsesquioxane (PEG-POSS) and polyether polyamide block copolymer (PEBAX) 3533 and, more preferably, 97% by weight of the solvent based on 3% by weight of the mixture. In the case of the above range, the selectivity of carbon dioxide to oxygen of the hollow fiber membrane can be significantly improved by two times or more.

또한, 본 발명은 중공사막; 및 상기 중공사막 상에 형성된, 폴리에틸렌글리콜-폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(PEG-POSS) 및 폴리에테르 폴리아미드 블록 공중합체(PEBAX) 3533을 포함하는 코팅층;을 포함하는 복합중공사막을 제공한다.In addition, the present invention is a hollow fiber membrane; and a coating layer formed on the hollow fiber membrane, the coating layer comprising polyethylene glycol-polyhedral oligomeric silsesquioxane (PEG-POSS) and polyether polyamide block copolymer (PEBAX) 3533; providing a composite hollow fiber membrane comprising do.

상기 중공사막과 코팅층 사이에 폴리에틸렌글리콜(PEG) 층을 더 포함할 수 있다. 상가 폴리에틸렌글리콜 층은 중공사막의 투명도를 향상시킬 수 있다. 나아가 중공사막에 표면에 코팅층을 형성할 때, 이산화탄소 투과도 및 산소에 대한 이산화탄소 선택도를 한층 더 향상되도록 할 수 있다. 다만, 상기 코팅층에서 폴리에테르 폴리아미드 블록 공중합체(PEBAX)가 3533일 때만 향상효과를 가지고, 1657, 2533에 대해서는 산소에 대한 이산화탄소 선택도를 오히려 낮아진다.A polyethylene glycol (PEG) layer may be further included between the hollow fiber membrane and the coating layer. The additive polyethylene glycol layer can improve the transparency of the hollow fiber membrane. Furthermore, when the coating layer is formed on the surface of the hollow fiber membrane, carbon dioxide permeability and carbon dioxide selectivity to oxygen can be further improved. However, in the coating layer, the polyether polyamide block copolymer (PEBAX) has an improvement effect only when it is 3533, and the carbon dioxide selectivity to oxygen is rather lowered for 1657 and 2533.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 복합중공사막을 포함하는 이산화탄소 분리막을 제공한다.In addition, the present invention provides a carbon dioxide separation membrane comprising the composite hollow fiber membrane according to the present invention.

또한, 본 발명은 (A) 중공사막을 폴리에틸렌글리콜(PEG) 용액에 함침하는 단계;In addition, the present invention comprises the steps of (A) impregnating the hollow fiber membrane in a polyethylene glycol (PEG) solution;

(B) 상기 (A) 단계의 중공사막을 10 내지 50 ℃ 온도에서 건조시켜 전처리하는 단계; 및(B) pretreatment by drying the hollow fiber membrane of step (A) at a temperature of 10 to 50 °C; and

(C) 상기 전처리된 중고사막 일면에 폴리에틸렌글리콜-폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(PEG-POSS) 및 폴리에테르 폴리아미드 블록 공중합체(PEBAX) 3533을 포함하는 중공사막 코팅용 조성물을 코팅하는 단계;를 포함하는 복합중공사막의 제조방법을 제공한다.(C) Coating a composition for coating a hollow fiber membrane comprising polyethylene glycol-polyhedral oligomeric silsesquioxane (PEG-POSS) and polyether polyamide block copolymer (PEBAX) 3533 on one surface of the pretreated used sand membrane It provides a method for manufacturing a composite hollow fiber membrane comprising;

우선, (A) 중공사막을 폴리에틸렌글리콜(PEG) 용액에 함침한다.First, (A) the hollow fiber membrane is impregnated in a polyethylene glycol (PEG) solution.

구체적으로 상기 (A) 단계에서 폴리에틸렌글리콜(PEG) 용액은 0.5 내지 10 중량% 농도인 것일 수 있다. 상기 폴리에틸렌글리콜은 평균분자량이 100 내지 400인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 폴리에틸렌글리콜(PEG) 용액의 농도가 고농도 또는 저농도일 경우에는 코팅의 균일성이 떨어져 막의 성능이 일정하게 나타나지 않으며, 평균 분자량이 400 이상일 경우에는 중공사막 표면에서의 작은 영역의 기공이 사라져 성능 저하를 일으킬 수 있다.Specifically, the polyethylene glycol (PEG) solution in step (A) may have a concentration of 0.5 to 10 wt%. It is preferable to use the polyethylene glycol having an average molecular weight of 100 to 400. When the concentration of the polyethylene glycol (PEG) solution is high or low, the uniformity of the coating does not show uniform performance of the membrane. can cause

다음, (B) 단계는, 상기 (A) 단계 이후에 상기(A) 단계의 중공사막을 10 내지 50 ℃ 이상에서 건조하여 전처리한다. 이때 1 내지 10 시간 동안 수행되는 것이 바람직하다.Next, in step (B), after step (A), the hollow fiber membrane of step (A) is dried at 10 to 50° C. or higher and pre-treated. At this time, it is preferably carried out for 1 to 10 hours.

최종적으로 (C) 상기 전처리된 중고사막 일면에 폴리에틸렌글리콜-폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(PEG-POSS) 및 폴리에테르 폴리아미드 블록 공중합체(PEBAX) 3533을 포함하는 중공사막 코팅용 조성물을 코팅한다.Finally (C) a composition for coating a hollow fiber membrane comprising polyethylene glycol-polyhedral oligomeric silsesquioxane (PEG-POSS) and polyether polyamide block copolymer (PEBAX) 3533 on one surface of the pre-treated used yarn coating

상기 (C) 단계의 코팅은 브러쉬 코팅(brush coating), 딥 코팅(dip coating), 바코팅(bar coating), 스핀코팅(spin coating), 스프레이 코팅(spray coating), 슬롯다이 코팅(slot-die coating) 또는 롤투롤 코팅(roll-to-roll coating)일 수 있으며, 바람직하게는, 딥 코팅일 수 있다.The coating of step (C) is brush coating, dip coating, bar coating, spin coating, spray coating, slot-die coating coating) or roll-to-roll coating, preferably, dip coating.

폴리에테르 폴리아미드 블록 공중합체(PEBAX)는 PEBAX 1657, PEBAX 2533 및 PEBAX 3533가 존재하고, 폴리에테르 폴리아미드 블록 공중합체(PEBAX)를 단독으로 중공사막 코팅용 조성물로 활용할 경우에는 이산화탄소 투과도가 PEBAX 2533이 가장 높으며, 이산화탄소 선택도는 PEBAX 1657이 가장 높은 것으로 확인되었다. 그러나 중공사막 코팅시, 폴리에틸렌글리콜-폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(PEG-POSS)과 균일하게 혼합되어 균일한 두께의 코팅층을 형성할 수 있고, 중공사막의 이산화탄소/산소 선택도와 이산화탄소 투과도를 전체적으로 향상시킬 수 있는 것은 PEBAX 3533임을 확인한 바 있다.Polyether polyamide block copolymers (PEBAX) include PEBAX 1657, PEBAX 2533, and PEBAX 3533, and when polyether polyamide block copolymer (PEBAX) is used alone as a composition for hollow fiber membrane coating, carbon dioxide permeability is PEBAX 2533 It was confirmed that PEBAX 1657 had the highest carbon dioxide selectivity. However, when coating the hollow fiber membrane, it can be uniformly mixed with polyethylene glycol-polyhedral oligomeric silsesquioxane (PEG-POSS) to form a coating layer of uniform thickness, and the carbon dioxide/oxygen selectivity and carbon dioxide permeability of the hollow fiber membrane can be improved. It has been confirmed that it is the PEBAX 3533 that can be improved overall.

상기 폴리에틸렌글리콜-폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산 전체 중량에 대하여 상기 폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산은 45 내지 99 중량%, 바람직하게는 70 내지 95 중량%, 더욱 바람직하게는 80 내지 95 중량%일 수 있고, 더더욱 바람직하게는 85 내지 95 중량%일 수 있다. 상기 폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산의 함량이 45 내지 99 중량%를 벗어날 경우에는 이산화탄소 선택도 또는 기체 투과도가 현저히 저하될 수 있다. 특히 상기 폴리에틸렌글리콜-폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(PEG-POSS) 전체 중량에 대하여 상기 폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(POSS)은 85 중량% 미만일 경우에는 이산화탄소/산소 선택도가 1.3 배 이상 저하되는 문제가 발생할 수 있고, 95 중량%를 초과하면 전체적인 기계적 물성이 저하될 수 있다.The polyhedral oligomeric silsesquioxane is 45 to 99% by weight, preferably 70 to 95% by weight, more preferably 80 to 95% by weight based on the total weight of the polyethylene glycol-polyhedral oligomeric silsesquioxane It may be % by weight, and even more preferably 85 to 95% by weight. When the content of the polyhedral oligomeric silsesquioxane is out of 45 to 99 wt%, carbon dioxide selectivity or gas permeability may be significantly reduced. In particular, when the polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS) is less than 85% by weight based on the total weight of the polyethylene glycol-polyhedral oligomeric silsesquioxane (PEG-POSS), the carbon dioxide/oxygen selectivity is 1.3 There may be a problem of lowering more than twice, and if it exceeds 95% by weight, overall mechanical properties may be reduced.

상기 폴리에틸렌글리콜-폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(PEG-POSS) 및 폴리에테르 폴리아미드 블록 공중합체(PEBAX) 3533의 중량비는 1 : 0.5 내지 1.5, 바람직하게는 1 : 0.7 내지 1.3, 더욱 바람직하게는 1 : 0.9 내지 1.1일 수 있다. 상기 중량비가 1 : 0.5 내지 1.5를 벗어날 경우에는, 중공사막과의 접착력이 충분히 확보되지 못해 중공사막의 수축 현상을 충분히 억제하지 못하는 문제가 발생할 수 있다.The weight ratio of the polyethylene glycol-polyhedral oligomeric silsesquioxane (PEG-POSS) and polyether polyamide block copolymer (PEBAX) 3533 is 1: 0.5 to 1.5, preferably 1: 0.7 to 1.3, more preferably preferably 1: 0.9 to 1.1. When the weight ratio is out of 1:0.5 to 1.5, the adhesive force with the hollow fiber membrane may not be sufficiently secured, and thus there may be a problem in that the shrinkage of the hollow fiber membrane cannot be sufficiently suppressed.

상기 중공사막 코팅용 조성물은 용매를 더 포함할 수 있고, 상기 용매는 이소프로판올, 부탄올, 에탄올 및 증류수로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있는데, 가장 바람직하게는 이소프로판올일 수 있다. 이는 실험예 2를 통해 확인할 수 있다.The composition for coating the hollow fiber membrane may further include a solvent, and the solvent may be at least one selected from the group consisting of isopropanol, butanol, ethanol and distilled water, and most preferably isopropanol. This can be confirmed through Experimental Example 2.

상기 폴리에틸렌글리콜-폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(PEG-POSS) 및 폴리에테르 폴리아미드 블록 공중합체(PEBAX) 3533의 혼합물 2 내지 4 중량%에 대하여 상기 용매 95 내지 97 중량% 포함하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 혼합물 3 중량%에 대하여 상기 용매 97 중량% 포함하는 것일 수 있다. 상기 범위일 경우, 중공사막의 산소에 대한 이산화탄소 선택도를 2배 이상 현저히 향상시킬 수 있다.It is preferable to include 95 to 97 wt% of the solvent based on 2 to 4 wt% of a mixture of polyethylene glycol-polyhedral oligomeric silsesquioxane (PEG-POSS) and polyether polyamide block copolymer (PEBAX) 3533 and, more preferably, 97% by weight of the solvent based on 3% by weight of the mixture. In the case of the above range, the selectivity of carbon dioxide to oxygen of the hollow fiber membrane can be significantly improved by two times or more.

또한, 상기 용매에 PEG-POSS 및 PEBAX 3533을 투입한 후 80 ℃ 이상의 온도에서 가열시킴으로써 PEG-POSS 및 PEBAX 3533이 균일하게 용해된 중공사막 코팅용 조성물을 수득할 수 있다.In addition, after adding PEG-POSS and PEBAX 3533 to the solvent, it is possible to obtain a composition for coating a hollow fiber membrane in which PEG-POSS and PEBAX 3533 are uniformly dissolved by heating at a temperature of 80° C. or higher.

다음으로, 상기 중공사막 코팅용 조성물은 부산물을 제거하는 단계를 추가로 수행할 수 있고, 상기 부산물을 제거하는 단계는 필터링을 통해 수행되는 것일 수 있다.Next, the composition for coating the hollow fiber membrane may further perform the step of removing by-products, and the step of removing the by-products may be performed through filtering.

또한, 상기 수득한 중공사막 코팅용 조성물은 상온에서 겔(gel)의 형태를 띠고, 50 ℃ 이상에서 액체 상태이므로 액체 상태일 때 중공사막의 표면에 코팅할 수 있다. 바람직하게는 딥코팅을 통해 중공사막의 표면을 PEG-POSS 및 PEBAX 3533을 포함하는 코팅층으로 코팅할 수 있다. In addition, since the obtained composition for coating the hollow fiber membrane is in the form of a gel at room temperature and is in a liquid state at 50° C. or higher, it can be coated on the surface of the hollow fiber membrane when in a liquid state. Preferably, the surface of the hollow fiber membrane may be coated with a coating layer comprising PEG-POSS and PEBAX 3533 through dip coating.

상기 (C) 코팅 단계는 코팅 온도가 50 내지 70 ℃일 수 있다. 또한 상기 (C) 코팅 단계는 코팅 시간이 50 내지 100 초일 수 있다. 또한 상기 (C) 코팅 단계는 코팅 횟수가 1 내지 2회일 수 있다.The (C) coating step may have a coating temperature of 50 to 70 °C. In addition, in the (C) coating step, the coating time may be 50 to 100 seconds. In addition, in the (C) coating step, the number of coatings may be 1 to 2 times.

이는 후술하는 실험예에 기재된 바와 같이, (ⅰ) 코팅 온도가 50 내지 70 ℃이고, (ⅱ) 상기 코팅 시간이 50 내지 100 초이며, (ⅲ) 코팅 횟수가 1 내지 2회이며, (ⅳ) 폴리에틸렌글리콜-폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산 전체 중량에 대한 폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산의 함량은 80 내지 90 중량%이며, (ⅴ) 폴리에틸렌글리콜-폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산 및 폴리에테르 폴리아미드 블록 공중합체의 중량비는 1 : 0.9 내지 1.1이며, (ⅵ) 용매가 이소프로판올이며, (ⅶ) 상기 폴리에틸렌글리콜-폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(PEG-POSS) 및 폴리에테르 폴리아미드 블록 공중합체(PEBAX) 3533의 혼합물 2 내지 4 중량%에 대하여 상기 용매 95 내지 97 중량%인 조건을 모두 만족하였을 때, 중공사막 코팅시 이산화탄소 투과도를 비롯하여 산소에 대한 이산화탄소 선택도가 현저히 향상되었다. 또한 중공사막의 수축 현상을 현저히 억제함과 동시에 중공사막과 코팅층 사이의 접착 강도 약화로 인해 중공사막이 쉽게 분리되는 것을 방지할 수 있었다. 게다가, 복합중공사막을 이용한 모듈을 대형화하여 기체의 공급량을 늘려도, 투과도 또는 선택도가 급격히 저하되는 것을 억제할 수 있었다.As described in Experimental Examples to be described later, (i) the coating temperature is 50 to 70 ° C., (ii) the coating time is 50 to 100 seconds, (iii) the number of coatings is 1 to 2 times, (iv) The content of polyhedral oligomeric silsesquioxane based on the total weight of polyethylene glycol-polyhedral oligomeric silsesquioxane is 80 to 90% by weight, (v) polyethylene glycol-polyhedral oligomeric silsesquioxane And the weight ratio of the polyether polyamide block copolymer is 1: 0.9 to 1.1, (vi) the solvent is isopropanol, (vii) the polyethylene glycol-polyhedral oligomeric silsesquioxane (PEG-POSS) and polyether When all the conditions of 95 to 97 wt% of the solvent are satisfied with respect to 2 to 4 wt% of a mixture of polyamide block copolymer (PEBAX) 3533, carbon dioxide selectivity to oxygen including carbon dioxide permeability during coating of the hollow fiber membrane is significantly improved became In addition, it was possible to significantly suppress the shrinkage of the hollow fiber membrane and prevent the hollow fiber membrane from being easily separated due to weakening of the adhesive strength between the hollow fiber membrane and the coating layer. In addition, even if the gas supply amount is increased by increasing the size of the module using the composite hollow fiber membrane, it was possible to suppress the rapid decrease in permeability or selectivity.

나아가 본 발명에 따른 복합중공사막의 제조방법은, 중공사막 코팅용 조성물로 딥코팅하는 1회 공정만으로, 중공사막의 성능을 크게 향상시킬 수 있어 제조 공정이 단순화되어 생산성을 향상시킬 수 있다.Furthermore, in the method for manufacturing a composite hollow fiber membrane according to the present invention, the performance of the hollow fiber membrane can be greatly improved by only one step of dip coating with the composition for coating the hollow fiber membrane, thereby simplifying the manufacturing process and improving productivity.

특히, 본 발명의 실험예에서와 같이, 코팅 조건(온도, 시간, 농도, 횟수)는 선택도와 투과도에 상당한 영향을 미치기 때문에, 종래 중공사막의 성능을 개선하기 위해서는 코팅온도, 코팅시간, 농도와 같은 조건들까지 모두 만족해야만 하는 것이고, 이들 중에서 어느 하나라도 상기 범위를 벗어난다면 중공사막의 이산화탄소 선택도와 투과도를 현저히 향상시킬 수 없고, 오히려 부정적인 효과만을 야기할 수 있다.In particular, as in the experimental example of the present invention, since coating conditions (temperature, time, concentration, number of times) have a significant effect on selectivity and transmittance, in order to improve the performance of the conventional hollow fiber membrane, the coating temperature, coating time, concentration and Even the same conditions must be satisfied, and if any one of them is out of the above range, the carbon dioxide selectivity and permeability of the hollow fiber membrane cannot be remarkably improved, but rather can only cause negative effects.

코팅이 완료된 복합중공사막은, 건조하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 건조는 바람직하게는 30초 이상 열풍건조하는 1 차 건조한 후, 50 ℃ 이상의 온도에서 2 차 건조함으로써 잔여용매를 제거하는 과정을 통해 수행될 수 있다.The coated composite hollow fiber membrane may further include a drying step. The drying may be performed through a process of removing the residual solvent by primary drying, preferably by hot air drying for 30 seconds or more, and secondary drying at a temperature of 50° C. or more.

이하에서는 본 발명에 따른 제조예 및 실시예를 첨부된 도면과 함께 구체적으로 설명한다.Hereinafter, manufacturing examples and embodiments according to the present invention will be described in detail with accompanying drawings.

제조예 1 내지 3: PEG-POSS의 합성Preparation Examples 1 to 3: Synthesis of PEG-POSS

PEG-POSS 전체 중량에 대하여 POSS의 함량이 50 중량%, 70 중량% 및 90 중량%가 되도록 PEG-POSS를 합성하여 POSS50wt, POSS70wt 및 POSS90wt로 명명하였으며, 각각 제조예 1 내지 3으로 하였다. PEG-POSS의 합성은 총 3 단계로 나누어 진행하였다.PEG-POSS was synthesized so that the content of POSS was 50 wt%, 70 wt%, and 90 wt% with respect to the total weight of PEG-POSS, and was named POSS50wt, POSS70wt and POSS90wt, respectively, as Preparation Examples 1 to 3. The synthesis of PEG-POSS was carried out in three steps.

첫 번째 단계로 PEG 모노머에 Allyl기를 도입하여 Alyll-PEG를 합성하였다. 합성 과정은 질소 분위기화 시킨 폴리에틸렌글리콜 모노머에 테트라 하이드라퓨란 용매를 이용하여 NaH와 Allyl bromid를 첨가하고 12 시간 이상 반응시켜 합성하였다. 반응 종료 후에 톨루엔을 이용하여 수득한 product를 녹인 후 증류수를 이용하여 세척 과정을 거쳐 잔여 불순물을 제거하였다. 두 번째 단계로 POSS에 Allyl기를 도입한 Allyl-POSS를 합성하였다. 합성 과정은 POSS 고분자에 테트라하이드라퓨란 용매를 이용하여 Triethylamine과 Allyl trichlorosilane을 첨가하고 24 시간 이상 반응시켜 합성하였다. 반응 종료 후에 필터를 거쳐 잔여 용매를 제거한 뒤 벤젠에 용해시키고 아세토니트릴에 재침전 시킴으로써 불순물을 제거하였다. 세 번째 단계로 Poly(methylhydrosiloxane)에 톨루엔 용매를 사용하여 앞서 합성한 Allyl-PEG와 Allyl-POSS를 첨가하고 72시간 이상 반응시켜 최종적으로 PEG-POSS를 합성하였다. 반응 종료 후 메탄올에 침전하여 세척함으로써 불순물을 제거하였다.As a first step, Allyl group was introduced into the PEG monomer to synthesize Allyl-PEG. The synthesis process was synthesized by adding NaH and Allyl bromid using a tetrahydrafuran solvent to a polyethylene glycol monomer in a nitrogen atmosphere and reacting for more than 12 hours. After completion of the reaction, the obtained product was dissolved using toluene and then washed with distilled water to remove residual impurities. As a second step, Allyl-POSS in which an Allyl group was introduced into POSS was synthesized. The synthesis process was synthesized by adding triethylamine and allyl trichlorosilane to the POSS polymer using a tetrahydrafuran solvent and reacting for more than 24 hours. After completion of the reaction, the remaining solvent was removed through a filter, dissolved in benzene, and re-precipitated in acetonitrile to remove impurities. In the third step, allyl-PEG and Allyl-POSS synthesized previously using toluene solvent were added to poly(methylhydrosiloxane) and reacted for more than 72 hours to finally synthesize PEG-POSS. After completion of the reaction, impurities were removed by precipitation in methanol and washing.

실시예 및 비교예: 중공사막 코팅용 조성물의 제조Examples and Comparative Examples: Preparation of a composition for coating a hollow fiber membrane

상기 제조예 1 내지 3으로부터 합성된 POSS50wt, POSS70wt 및 POSS90wt의 수분을 제거하기 위해 50 ℃ 이상의 오븐에서 24 시간 동안 건조하였다. 상기 건조한 POSS50wt, POSS70wt 및 POSS90wt를 각각 PEBAX 1657, 2533, 3533과 1 : 1 중량비로 혼합하고 이소프로판올에서 80 ℃ 이상으로 가열하여 용해시킨 후 철망을 이용하여 부산물을 걸러주어 중공사막 코팅용 조성물을 수득하였다. 상기 POSS와 PEBAX 3533 혼합물 이소프로판을 하기 표 1의 비로 혼합하여 중공사막 코팅용 조성물을 제조하였다(도 1 참조).The POSS50wt, POSS70wt and POSS90wt synthesized in Preparation Examples 1 to 3 were dried in an oven at 50° C. or higher for 24 hours to remove moisture. The dried POSS50wt, POSS70wt, and POSS90wt were mixed with PEBAX 1657, 2533, 3533 in a weight ratio of 1:1, respectively, and dissolved by heating to 80° C. or higher in isopropanol. Then, a by-product was filtered using a wire mesh to obtain a composition for coating a hollow fiber membrane. . A composition for coating a hollow fiber membrane was prepared by mixing the POSS and PEBAX 3533 mixture isopropane in the ratio shown in Table 1 below (see FIG. 1).

구분division POSS-PEG
(중량, g)
POSS-PEG
(weight, g)
PEBAX (중량, g)PEBAX (weight, g) 용매 (중량, g)Solvent (weight, g)
16571657 25332533 35333533 IPAIPA IPA/BuOHIPA/BuOH BuOHBuOH EtOHEtOH EtOH/H2OEtOH/H 2 O 실시예 1Example 1 POSS50wt
1.5
POSS50wt
1.5
-- -- 1.51.5 9797 -- -- -- --
실시예 2Example 2 POSS70wt
1.5
POSS70wt
1.5
-- -- 1.51.5 9797 -- -- -- --
실시예 3Example 3 POSS90wt
1.5
POSS90wt
1.5
-- -- 1.51.5 9797 -- -- -- --
실시예 4Example 4 POSS90wt
1.5
POSS90wt
1.5
-- -- 1.51.5 -- 9797 -- -- --
실시예 5Example 5 POSS90wt
1.5
POSS90wt
1.5
-- -- 1.51.5 -- -- 9797 -- --
실시예 6Example 6 POSS90wt
1.5
POSS90wt
1.5
-- -- 1.51.5 -- -- -- 9797 --
실시예 7Example 7 POSS90wt
0.25
POSS90wt
0.25
-- -- 0.250.25 99.599.5 -- -- -- --
실시예 8Example 8 POSS90wt
0.5
POSS90wt
0.5
-- -- 0.50.5 9999 -- -- -- --
실시예 9Example 9 POSS90wt
2.5
POSS90wt
2.5
-- -- 2.52.5 9595 -- -- -- --
비교예 1Comparative Example 1 POSS90wt
1.5
POSS90wt
1.5
1.51.5 -- -- -- -- -- -- 9797
비교예 2Comparative Example 2 POSS90wt
1.5
POSS90wt
1.5
1.51.5 -- -- -- -- -- 9797 --
비교예 3Comparative Example 3 POSS90wt
1.5
POSS90wt
1.5
1.51.5 -- -- -- 9797 -- -- --
비교예 4Comparative Example 4 POSS90wt
1.5
POSS90wt
1.5
1.51.5 -- -- -- -- 9797 -- --
비교예 5Comparative Example 5 POSS90wt
1.5
POSS90wt
1.5
-- 1.51.5 -- 9797 -- -- -- --
비교예 6Comparative Example 6 POSS90wt
1.5
POSS90wt
1.5
-- 1.51.5 -- -- 9797 -- -- --
비교예 7Comparative Example 7 POSS90wt
1.5
POSS90wt
1.5
-- 1.51.5 -- -- -- 9797 -- --
비교예 8Comparative Example 8 POSS90wt
1.5
POSS90wt
1.5
-- 1.51.5 -- -- -- -- 9797 --

실시예 및 비교예: 복합중공사막의 제조Examples and Comparative Examples: Preparation of Composite Hollow Fiber Membrane

(1) 중공사막 제조(1) Manufacturing of hollow fiber membranes

PAN함량 15 중량%, NMP 81 중량%, 글리세롤 4 중량%를 포함하는 도프용액을 사용하여, air gap 10 cm 방사조건으로 중공사막을 제조하였다.Using a dope solution containing 15% by weight of PAN content, 81% by weight of NMP, and 4% by weight of glycerol, a hollow fiber membrane was prepared under an air gap of 10 cm spinning condition.

(2) 중공사막 코팅(2) Hollow fiber membrane coating

상기 중공사막을 폴리에틸렌(PEG 200)(P0840, (주)세진시아이)을 용해한 용액에 투입한 후 24시간 동안 함침시켰다. 다음으로, 상기 PEG가 함침된 중공사막에 실시예 3(코팅 조성물 농도 3 중량%), 실시예 7(코팅 조성물 농도 0.5 중량%), 실시예 8(코팅 조성물 농도 1 중량%), 실시예 9(코팅 조성물 농도 5 중량%)로부터 제조된 중공사막 코팅용 조성물을 각각 딥코팅하였다. 이때, 코팅 온도, 시간, 횟수와 같은 코팅 조건을 하기 표 2와 같이 제조하였고, 각 조건으로 제조된 복합중공사막을 실시예 10 내지 실시예 24로 구분하였다.The hollow fiber membrane was put into a solution in which polyethylene (PEG 200) (P0840, Sejinshii Co., Ltd.) was dissolved, and then impregnated for 24 hours. Next, Examples 3 (coating composition concentration 3 wt%), Example 7 (coating composition concentration 0.5 wt%), Example 8 (coating composition concentration 1 wt%), Example 9 on the PEG-impregnated hollow fiber membrane (Coating composition concentration 5% by weight) The prepared hollow fiber membrane coating composition was dip-coated, respectively. At this time, coating conditions such as coating temperature, time, and number of times were prepared as shown in Table 2 below, and the composite hollow fiber membranes prepared under each condition were classified into Examples 10 to 24.

최종적으로, 상기 중공사막 코팅용 조성물이 코팅된 중공사막을 1차 heating gun으로 1분 동안 1차 열풍 건조하고, 60 ℃ 이상의 오븐에서 24 시간 이상 2차 건조시킴으로써, 중공성막 상에 PEG-POSS 및 PEBAX 3533 층이 형성되었다.Finally, the hollow fiber membrane coated with the composition for coating the hollow fiber membrane was first dried with hot air for 1 minute with a primary heating gun, and then dried in an oven at 60° C. or higher for 24 hours or more, thereby PEG-POSS and A PEBAX 3533 layer was formed.

기체 투과도 측정을 위해, 상기 각각의 복합중공사막을 10 가닥을 이용하여 각각 복합중공사막 모듈을 체결하여 사용하였으며, 이때 상기 모듈의 길이는 15 cm, 폭은 1/4 inch이다.For gas permeability measurement, each of the composite hollow fiber membranes was used by fastening each composite hollow fiber membrane module using 10 strands, wherein the module had a length of 15 cm and a width of 1/4 inch.

구분division 코팅 조성물 농도Coating composition concentration 코팅온도
coating temperature
코팅시간
초(s)
coating time
seconds(s)
코팅횟수number of coatings
실시예 10Example 10 3 중량%3% by weight 2020 6060 1One 실시예 11Example 11 3 중량%3% by weight 4040 6060 1One 실시예 12Example 12 3 중량%3% by weight 6060 6060 1One 실시예 13Example 13 3 중량%3% by weight 8080 6060 1One 실시예 14Example 14 3 중량%3% by weight 100100 6060 1One 실시예 15Example 15 3 중량%3% by weight 6060 3030 1One 실시예 16Example 16 3 중량%3% by weight 6060 120120 1One 실시예 17Example 17 3 중량%3% by weight 6060 180180 1One 실시예 18Example 18 3 중량%3% by weight 6060 240240 1One 실시예 19Example 19 0.5 중량%0.5% by weight 6060 6060 1One 실시예 20Example 20 1 중량%1% by weight 6060 6060 1One 실시예 21Example 21 5 중량%5% by weight 6060 6060 1One 실시예 22Example 22 3 중량%3% by weight 6060 6060 00 실시예 23Example 23 3 중량%3% by weight 6060 6060 22 실시예 24Example 24 3 중량%3% by weight 6060 6060 33

상기 PEG로의 전처리 단계는, 기체분리용 중공사막의 결함을 방지하고 투명도를 향상시키고자 주 성능을 나타내는 소재를 코팅하기 전 단계에 부수적으로 수행되는 것으로, 이를 통해 중공사막 표면에 중간층이 형성될 수 있다. The pretreatment with PEG is performed incidentally to the step before coating the material exhibiting main performance in order to prevent defects of the hollow fiber membrane for gas separation and improve transparency, through which an intermediate layer can be formed on the surface of the hollow fiber membrane. there is.

이후, 주 성능을 나타내는 중공사막 코팅용 조성물로 코팅함으로써, 중공사막의 표면에는 selectivity layer(선택층)이 형성될 수 있으며, 보다 넓은 범위로 '코팅층'이라고도 한다. 이는 주 성능을 나타내는 중공사막 코팅용 조성물을 코팅함으로써 형성된 기체 분리용 복합중공사막의 성능에 큰 영향을 끼치는 코팅층을 의미한다. 여기서 코팅층의 두께가 두꺼워질수록 낮은 선택도를 야기하기 때문에 얇고 균일하게 코팅하는 것이 가장 중요하다.Thereafter, by coating with a composition for coating a hollow fiber membrane exhibiting main performance, a selectivity layer (selectivity layer) may be formed on the surface of the hollow fiber membrane, and is also referred to as a 'coating layer' in a broader range. This means a coating layer that greatly affects the performance of a composite hollow fiber membrane for gas separation formed by coating a composition for coating a hollow fiber membrane that exhibits main performance. Here, it is most important to coat thinly and uniformly because the thicker the coating layer, the lower the selectivity.

실험예 1: PEBAX 종류에 따른 기체 투과도 분석Experimental Example 1: Gas permeability analysis according to PEBAX type

POSS-PEG 고분자와 PEBAX 3종(2533, 3533, 1657)의 혼합에 따른 기체투과도를 비교하고자 하였다.The purpose of this study was to compare the gas permeability according to the mixing of POSS-PEG polymer and PEBAX 3 types (2533, 3533, 1657).

비교예 1, 5 및 실시예 3으로부터 제조된 중공사막 코팅용 조성물을 테프론재질의 페트리디쉬에 도포하여 용매를 휘발시켜 100 ㎛의 막을 제조하고, 이들에 대한 기체 투과도를 평가하였다.The composition for coating a hollow fiber membrane prepared in Comparative Examples 1, 5 and Example 3 was applied to a Petri dish made of Teflon material to volatilize the solvent to prepare a 100 μm membrane, and gas permeability thereof was evaluated.

기체 투과도 및 선택도를 확인하기 위해 various pressure/constant volume 법의 time-lag 장치를 사용하였고, 기체투과특성은 순도 99% N2, O2, CO2 가스에 대하여 모두 동일하게 2000 torr의 압력으로 측정하였다.In order to check the gas permeability and selectivity, a time-lag device of various pressure/constant volume methods was used, and the gas permeability characteristics were the same for all 99% N 2 , O 2 , CO 2 gas at a pressure of 2000 torr. measured.

구체적으로 상온(25 ℃)에서 기체 분리막 셀(면적 14cm2)에 상기 비교예 1, 5 및 실시예 3의 중공사막 코팅용 조성물에서 제조된 기체 분리막 평막 또는 기체분리막 모듈을 체결한 후, 상기 셀의 상부에 압력조절기(Pressure Regulator)를 이용하여 일정 압력(2000 torr)의 기체(순도 99% N2, O2, CO2 가스)를 주입하여 막 상부와 하부의 압력차로 인한 기체 투과를 유도하였다. 진공으로 잡혀있는 투과 하부의 압력은 일정시간이 경과하면 일정하게 증가되는데, 이때의 기울기 값을 측정하여 기체 분리막의 각 기체 투과도를 평가하였고, 이를 하기 표 3에 기재하였다.Specifically, after fastening the gas separation membrane flat membrane or gas separation membrane module prepared in the compositions for coating hollow fiber membranes of Comparative Examples 1, 5 and 3 to a gas separation membrane cell (area 14 cm 2 ) at room temperature (25 ℃), the cell Gas (purity 99% N 2 , O 2 , CO 2 gas) of a certain pressure (2000 torr) was injected into the upper part of the . The pressure at the bottom of the permeate held in a vacuum is constantly increased after a certain period of time, and the slope value at this time was measured to evaluate each gas permeability of the gas separation membrane, which is shown in Table 3 below.

구분division Gas Permeability (Barrer*)Gas Permeability (Barrer*) SelectivitySelectivity N2 N 2 O2 O 2 CO2 CO 2 CO2/N2 CO 2 /N 2 CO2/O2 CO 2 /O 2 비교예 5Comparative Example 5 1111 3636 368368 33.433.4 10.210.2 실시예 3Example 3 4.84.8 1111 182182 37.937.9 16.516.5 비교예 1Comparative Example 1 2.32.3 6.16.1 134134 58.258.2 21.921.9 *Barrer=10-10 cm·cm3(STP)/cm2·cmHg·s * Barrer=10 -10 cm·cm 3 (STP)/cm 2 ·cmHg·s

표 3에 나타난 바와 같이, 중공사막 코팅용 조성물 단일막의 성능을 비교할 경우, 비교예 5로 제조된 막이 이산화탄소 투과도가 가장 우수하였고, 비교예 1로 제조된 막이 이산화탄소/산소 선택도가 가장 우수한 것으로 확인되었다.As shown in Table 3, when comparing the performance of the single membrane of the composition for coating a hollow fiber membrane, the membrane prepared in Comparative Example 5 had the best carbon dioxide permeability, and it was confirmed that the membrane prepared in Comparative Example 1 had the best carbon dioxide/oxygen selectivity. became

실험예 2: 용매에 따른 기체 투과도 분석Experimental Example 2: Gas permeability analysis according to solvent

실시예 3 내지 6 및 비교예 1 내지 8로부터 제조된 중공사막 코팅용 조성물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 17과 모두 동일하게 하여 복합중공사막을 제조하였다. 상기 제조된 각각의 복합중공사막에 대한 기체 투과도를 측정하였고, 이는 실험예 1과 동일하게 수행하였다.A composite hollow fiber membrane was prepared in the same manner as in Example 17, except that the composition for coating the hollow fiber membrane prepared in Examples 3 to 6 and Comparative Examples 1 to 8 was used. The gas permeability of each of the prepared composite hollow fiber membranes was measured, which was performed in the same manner as in Experimental Example 1.

도 2는 본 발명의 비교예 1 내지 4의 중공사막 코팅용 조성물을 이용하여 제조된 복합중공사막의 기체 투과도(질소, 산소 및 이산화탄소) 및 산소에 대한 이산화탄소의 선택도를 나타낸 그래프이다[EtOH/H2O는 비교예 1이고, EtOH는 비교예 2이고, IPA는 비교예 3이고, BuOH는 비교예 4를 사용하여 제조된 복합중공사막이다].2 is a graph showing the gas permeability (nitrogen, oxygen and carbon dioxide) and the selectivity of carbon dioxide to oxygen of the composite hollow fiber membranes prepared using the compositions for coating hollow fiber membranes of Comparative Examples 1 to 4 of the present invention [EtOH/ H2O is Comparative Example 1, EtOH is Comparative Example 2, IPA is Comparative Example 3, and BuOH is a composite hollow fiber membrane prepared using Comparative Example 4].

도 3은 본 발명의 비교예 5 내지 8의 중공사막 코팅용 조성물을 이용하여 제조된 복합중공사막의 기체 투과도(질소, 산소 및 이산화탄소) 및 산소에 대한 이산화탄소의 선택도를 나타낸 그래프이다[IPA는 비교예 5이고, IPA/BuOH는 비교예 6이고, BuOH는 비교예 7이고, EtOH는 비교예 8을 사용하여 제조된 복합중공사막이다].3 is a graph showing the gas permeability (nitrogen, oxygen and carbon dioxide) and the selectivity of carbon dioxide to oxygen of the composite hollow fiber membranes prepared using the compositions for coating hollow fiber membranes of Comparative Examples 5 to 8 of the present invention [IPA is Comparative Example 5, IPA/BuOH is Comparative Example 6, BuOH is Comparative Example 7, and EtOH is a composite hollow fiber membrane prepared using Comparative Example 8].

도 4는 본 발명의 실시예 3 내지 6의 중공사막 코팅용 조성물을 이용하여 제조된 복합중공사막의 기체 투과도(질소, 산소 및 이산화탄소) 및 산소에 대한 이산화탄소의 선택도를 나타낸 그래프이다[IPA는 실시예 3이고, IPA/BuOH는 실시예 4이고, BuOH는 실시예 5이고, EtOH는 실시예 6을 사용하여 제조된 복합중공사막이다]. 이때, IPA는 Isopropanol, Buthanol, IPA/BuOH는 Isopropanol-Butanol co-solvent, BuOH는 Butanol, EtOH는 Ethanol 및 EtOH/H2O는 Ethanol-H2O co-solvent를 의미한다.4 is a graph showing the gas permeability (nitrogen, oxygen and carbon dioxide) and the selectivity of carbon dioxide to oxygen of the composite hollow fiber membranes prepared using the compositions for coating hollow fiber membranes of Examples 3 to 6 of the present invention [IPA is Example 3, IPA/BuOH is Example 4, BuOH is Example 5, EtOH is a composite hollow fiber membrane prepared using Example 6]. At this time, IPA means Isopropanol, Buthanol, IPA/BuOH means Isopropanol-Butanol co-solvent, BuOH means Butanol, EtOH means Ethanol and EtOH/H 2 O means Ethanol-H 2 O co-solvent.

도 2 내지 4를 참조하면, 비교예 1 내지 4의 중공사막 코팅용 조성물로 제조된 복합중공사막의 경우, 비교예 1, 2를 제외한 용매에서는 전혀 용해되지 않아 코팅이 어렵고, 1중량% 미만으로 농도를 낮출 경우 코팅은 가능하였으나 선택도와 투과도가 모두 측정이 불가능할 정도로 저하되는 문제점이 발견되었다. 비교예 1, 2로 제조된 복합중공사막은 4.9 선택도, 25.5 GPU 투과도를 갖는 것으로 측정되었으나, 코팅 과정 중 친수성 표면을 갖는 중공사막에 제대로 함침되지 못해, 균일한 코팅층을 형성하지 못하는 문제가 발생하였으며, 완전히 건조되지 않는 등 다루기 어려워 대량생산을 요하는 공정에 적용이 어려울 것으로 여겨진다.2 to 4, in the case of the composite hollow fiber membrane prepared with the composition for coating the hollow fiber membrane of Comparative Examples 1 to 4, it is difficult to coat because it does not dissolve at all in solvents except Comparative Examples 1 and 2, and is less than 1% by weight. When the concentration was lowered, coating was possible, but a problem was found that both selectivity and transmittance were degraded to the extent that it was impossible to measure. The composite hollow fiber membranes prepared in Comparative Examples 1 and 2 were measured to have 4.9 selectivity and 25.5 GPU transmittance, but were not properly impregnated into the hollow fiber membrane having a hydrophilic surface during the coating process, resulting in failure to form a uniform coating layer. It is considered to be difficult to apply to processes that require mass production because it is difficult to handle, such as not drying completely.

비교예 5 내지 8의 중공사막 코팅용 조성물로 제조된 복합중공사막의 경우, 용매에 따라 선택도가 높으면 투과도 20 GPU 미만으로 현저히 떨어지고, 투과도가 높으면 선택도가 1 이하로 현저히 떨어지는 것을 확인하였다. In the case of the composite hollow fiber membranes prepared with the composition for coating the hollow fiber membranes of Comparative Examples 5 to 8, it was confirmed that, depending on the solvent, when the selectivity was high, the transmittance was significantly lowered to less than 20 GPU, and when the transmittance was high, the selectivity was significantly lowered to 1 or less.

이에 반해, 본 발명에 따른 실시예 3 내지 6의 중공사막 코팅용 조성물로 제조된 복합중공사막의 경우, 비교예 5 내지 8에 비해 선택도와 투과도가 전체적으로 균형있게 향상되었음을 확인하였다. 구체적으로 실시예 3의 중공사막 코팅용 조성물로 제조된 복합중공사막은 7.1의 선택도와 52.4의 투과도로 높은 선택도와 높은 투과도를 나타내었고, 실시예 5의 중공사막 코팅용 조성물로 제조된 복합중공사막 역시 2.2 선택도와 98.3 GPU의 높은 투과도를 나타내었다.On the other hand, in the case of the composite hollow fiber membranes prepared with the composition for coating the hollow fiber membranes of Examples 3 to 6 according to the present invention, it was confirmed that the selectivity and transmittance were improved in a well-balanced manner as compared to Comparative Examples 5 to 8. Specifically, the composite hollow fiber membrane prepared with the composition for coating a hollow fiber membrane of Example 3 showed high selectivity and high transmittance with a selectivity of 7.1 and a transmittance of 52.4, and the composite hollow fiber membrane prepared with the composition for coating a hollow fiber membrane of Example 5 It also showed 2.2 selectivity and high transmittance of 98.3 GPU.

즉, 중공사막과의 결합관계를 고려하지 않고, 단순 중공사막 코팅용 조성물로 형성된 코팅층의 성능만을 비교한다면, PEBAX 3종 중에서 1657 또는 2533이 가장 바람직함을 실험예 1을 통해 확인하였다. 그러나 중공사막의 코팅층으로써는 PEBAX 3533가 가장 균일한 코팅층과 가장 우수한 성능을 나타냄을 확인하였다. 이는 다음 실험을 통해 보다 분명하게 확인할 수 있다.That is, it was confirmed through Experimental Example 1 that 1657 or 2533 was the most preferable among the three PEBAX types if only the performance of the coating layer formed of the composition for coating a simple hollow fiber membrane was compared without considering the bonding relationship with the hollow fiber membrane. However, as a coating layer of the hollow fiber membrane, it was confirmed that PEBAX 3533 exhibited the most uniform coating layer and the best performance. This can be confirmed more clearly through the following experiment.

실험예 3: PEBAX에 따른 복합중공사막의 기체 투과도 분석Experimental Example 3: Gas permeability analysis of composite hollow fiber membranes according to PEBAX

실시예 3, 비교예 1, 비교예 5로부터 제조된 중공사막 코팅용 조성물을 사용하였다는 것을 제외하고, 실시예 17과 모두 동일하게 하여 복합중공사막을 제조하였다. 상기 제조된 각각의 복합중공사막에 대한 기체 투과도를 측정하였고, 이는 실험예 1과 동일하게 수행하였다.A composite hollow fiber membrane was prepared in the same manner as in Example 17, except that the composition for coating the hollow fiber membrane prepared in Example 3, Comparative Example 1, and Comparative Example 5 was used. The gas permeability of each of the prepared composite hollow fiber membranes was measured, which was performed in the same manner as in Experimental Example 1.

도 5는 본 발명의 실시예 3, 비교예 1, 비교예 5의 중공사막 코팅용 조성물을 이용하여 제조된 복합중공사막의 기체 투과도(질소, 산소 및 이산화탄소) 및 산소에 대한 이산화탄소의 선택도를 나타낸 그래프이다[POSS/2533은 비교예 5이고, POSS/3533은 실시예 3이고, POSS/1657은 비교예 1이다. POSS-PEG는 대조군으로, 제조예 3으로부터 제조된 POSS90wt를 사용하여 복합중공사막(용매:메탄올)을 제조한 것이다.]5 is a graph showing the gas permeability (nitrogen, oxygen and carbon dioxide) and selectivity of carbon dioxide to oxygen of the composite hollow fiber membranes prepared using the compositions for coating the hollow fiber membranes of Example 3, Comparative Example 1, and Comparative Example 5 of the present invention; It is a graph shown [POSS/2533 is Comparative Example 5, POSS/3533 is Example 3, and POSS/1657 is Comparative Example 1. POSS-PEG is a control, a composite hollow fiber membrane (solvent: methanol) was prepared using the POSS90wt prepared in Preparation Example 3.]

도 5에 나타난 바와 같이, POSS-PEG로만 제조된 복합중공사막은 이산화탄소/산소 선택도가 1.7이고, 이산화탄소 투과도는 1056 GPU이였다. As shown in FIG. 5 , the composite hollow fiber membrane prepared only with POSS-PEG had a carbon dioxide/oxygen selectivity of 1.7 and a carbon dioxide permeability of 1056 GPUs.

비교예 1의 중공사막 코팅용 조성물로 제조된 복합중공사막은 polyimide기의 함량이 높아 친수성 고분자인 POSS-PEG와 균일하게 블렌딩되지 않아 선택도가 가장 낮은 것으로 확인된다.The composite hollow fiber membrane prepared with the composition for coating the hollow fiber membrane of Comparative Example 1 was not uniformly blended with POSS-PEG, which is a hydrophilic polymer, due to a high polyimide group content, and thus had the lowest selectivity.

비교예 5의 중공사막 코팅용 조성물로 제조된 복합중공사막은 비교예 1보다 선택도가 상대적으로 높았으나 이산화탄소 투과도가 100 GPU 미만으로 현저히 낮음을 확인하였다.The composite hollow fiber membrane prepared with the composition for coating the hollow fiber membrane of Comparative Example 5 had relatively higher selectivity than Comparative Example 1, but it was confirmed that the carbon dioxide permeability was significantly lower than 100 GPU.

이에 반해 실시예 3의 중공사막 코팅용 조성물로 제조된 복합중공사막은 유효면적 18.84 ㎠일 때 이산화탄소/산소 선택도가 5.8, 이산화탄소 투과도가 146.9 GPU인 것을 확인함과 동시에, POSS-PEG와의 균일한 혼합 및 코팅이 가능하므로 중공사막 코팅용으로써 가장 바람직함을 확인하였다.On the other hand, the composite hollow fiber membrane prepared with the composition for coating the hollow fiber membrane of Example 3 confirmed that the carbon dioxide/oxygen selectivity was 5.8 and the carbon dioxide permeability was 146.9 GPU when the effective area was 18.84 ㎠, and at the same time, it was uniform with POSS-PEG Since mixing and coating are possible, it was confirmed that it is most preferable for coating the hollow fiber membrane.

실험예 4: PEG 전처리 공정에 따른 기체 투과도 분석Experimental Example 4: Gas permeability analysis according to the PEG pretreatment process

중공사막의 경우, 평평한 필름 형태의 기체분리막과 비교하였을 때, 성능이 현저히 낮다. 따라서 이를 보완하기 위하여 PEG 함침을 통해 중공사막 표면에 PEG를 코팅하는 전처리를 수행하고자 하였다. 이러한 전처리 과정이 중공사막의 성능에 어떠한 영향을 미치는지 확인하고자 하였다.In the case of the hollow fiber membrane, compared to the gas separation membrane in the form of a flat film, the performance is significantly lower. Therefore, in order to compensate for this, it was attempted to perform a pretreatment of coating PEG on the surface of the hollow fiber membrane through PEG impregnation. The purpose of this study was to determine how the pretreatment process affects the performance of the hollow fiber membrane.

실시예 3, 비교예 1, 5로부터 제조된 중공사막 코팅용 조성물을 사용한 것을 제외하고 실시예 12와 동일하게 복합중공사막을 제조하였다. 이는 순차적으로 3533*, 1657*, 2533*로 명명하였다.A composite hollow fiber membrane was prepared in the same manner as in Example 12, except that the composition for coating the hollow fiber membrane prepared in Example 3 and Comparative Examples 1 and 5 was used. These were sequentially named 3533*, 1657*, and 2533*.

비교를 위해, 실시예 3, 비교예 1, 5로부터 제조된 중공사막 코팅용 조성물을 사용하되, PEG 함침과정없이 중공사막에 바로 코팅한 것을 제외하고, 실시예 12와 동일하게 복합중공사막을 제조하였다. 이는 순차적으로 3533, 1657, 2533으로 명명하였다. For comparison, a composite hollow fiber membrane was prepared in the same manner as in Example 12, except that the hollow fiber membrane coating compositions prepared in Examples 3 and 1 and 5 were used, but were directly coated on the hollow fiber membrane without PEG impregnation process. did. These were sequentially named 3533, 1657, and 2533.

다만, 비교예 1로부터 제조된 중공사막 코팅용 조성물의 경우에는, 용해가 잘 이뤄지지 않아 코팅이 어려웠기 때문에, 폴리에틸렌글리콜-폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(PEG-POSS) 및 폴리에테르 폴리아미드 블록 공중합체(PEBAX) 1657의 혼합물 0.8 중량%, 에탄올(EtOH) 99.2 중량%로 혼합한 것을 비교예 1 대신 사용하였다. 그 결과는 도 6에 나타내었다.However, in the case of the composition for coating a hollow fiber membrane prepared in Comparative Example 1, it was difficult to coat because it did not dissolve well, so polyethylene glycol-polyhedral oligomeric silsesquioxane (PEG-POSS) and polyether polyamide A mixture of 0.8% by weight of a mixture of block copolymer (PEBAX) 1657 and 99.2% by weight of ethanol (EtOH) was used instead of Comparative Example 1. The results are shown in FIG. 6 .

도 6은 PEG 용액으로 전처리하지 않은 복합중공사막(3533, 1657, 2533)과 PEG 용액으로 전처리한 복합중공사막(3533*, 1657*, 2533*)로부터 제조된 복합중공사막의 기체 투과도(질소, 산소 및 이산화탄소) 및 산소에 대한 이산화탄소의 선택도를 나타낸 그래프이다.6 shows the gas permeability (nitrogen, It is a graph showing the selectivity of carbon dioxide to oxygen and carbon dioxide) and oxygen.

도 6에 따르면 3533, 1657, 2533의 복합중공사막과 달리, 3533*, 1657*, 2533*의 복합중공사막은 투명도가 향상되었음을 확인하였다. 또한 PEG 용액으로 전처리하지 않은 복합중공사막(3533, 1657, 2533)에 비하여, 3533*, 1657*, 2533*의 복합중공사막의 투과도가 2배 이상 향상되는 것을 확인하였다. 특히 3533의 경우에는 이산화탄소 투과도가 52 GPU에서 113 GPU로 크게 증가함과 동시에 산소에 대한 이산화탄소 선택도도 7.0에서 7.7으로 크게 증가함을 확인할 수 있다.According to FIG. 6, unlike the composite hollow fiber membranes of 3533, 1657, and 2533, it was confirmed that the composite hollow fiber membranes of 3533*, 1657*, and 2533* had improved transparency. In addition, it was confirmed that the transmittance of the composite hollow fiber membranes of 3533*, 1657*, and 2533* was improved more than twice as compared to the composite hollow fiber membranes (3533, 1657, 2533) not pretreated with the PEG solution. In particular, in the case of 3533, it can be seen that the carbon dioxide transmittance greatly increased from 52 GPU to 113 GPU, and at the same time, the carbon dioxide selectivity to oxygen also increased significantly from 7.0 to 7.7.

그러나, 1657, 2533의 경우에는 투과도는 증가하나, 선택도는 오히려 감소하였다. However, in the case of 1657 and 2533, the transmittance increased, but the selectivity decreased.

실험예 5: 코팅조건에 따른 복합중공사막의 기체 투과도 분석Experimental Example 5: Gas permeability analysis of composite hollow fiber membranes according to coating conditions

실시예 10 내지 24로부터 제조된 복합중공사막에 대한 기체 투과도를 분석하였다. 이는 실험예 1과 동일하게 수행하였다.The gas permeability of the composite hollow fiber membranes prepared in Examples 10 to 24 was analyzed. This was performed in the same manner as in Experimental Example 1.

도 7은 본 발명의 실시예 10 내지 14로부터 제조된 복합중공사막의 기체 투과도(질소, 산소 및 이산화탄소) 및 산소에 대한 이산화탄소의 선택도를 나타낸 그래프이다[20℃는 실시예 10, 40 ℃는 실시예 11, 60 ℃는 실시예 12, 80 ℃는 실시예 13, 100 ℃는 실시예 14이다].7 is a graph showing the gas permeability (nitrogen, oxygen and carbon dioxide) and the selectivity of carbon dioxide to oxygen of the composite hollow fiber membranes prepared from Examples 10 to 14 of the present invention [20 ° C is Example 10, 40 ° C is Example 11, 60°C is Example 12, 80°C is Example 13, 100°C is Example 14].

도 7을 참조하면, 30 ℃ 미만에서 코팅을 수행할 경우(실시예 10의 복합중공사막), 중공사막 코팅용 조성물의 겔화가 일어나, 코팅시 중공사막에 균일하게 코팅되지 못하고, 중공사막끼리 엉겨붙게되는 문제가 야기되었다. 이에 실시예 10의 복합중공사막은 코팅층이 전혀 형성되지 않거나 중공사막의 표면에 오히려 손상을 야기함을 확인하였다.Referring to FIG. 7 , when coating is performed at less than 30° C. (composite hollow fiber membrane of Example 10), gelation of the composition for coating the hollow fiber membrane occurs. There was a problem with sticking. Accordingly, it was confirmed that the composite hollow fiber membrane of Example 10 did not form a coating layer at all or caused damage to the surface of the hollow fiber membrane.

40 ℃에서 코팅을 수행할 경우(실시예 11), 매우 낮은 이산화탄소 투과도를 나타내었다. 또한 60 ℃ 이상으로 코팅이 수행될 경우(실시예 12, 13, 14), 중공사막 끼리 엉겨붙는 현상이 없어지고, 산소에 대한 이산화탄소 선택도(CO2/O2)가 5.1 내지 6.8로 유지되는 것을 확인하였다. When the coating was performed at 40° C. (Example 11), very low carbon dioxide permeability was exhibited. In addition, when the coating is carried out at 60 ° C. or higher (Examples 12, 13, and 14), the agglomeration phenomenon between the hollow fiber membranes is eliminated, and the carbon dioxide selectivity to oxygen (CO 2 /O 2 ) is maintained at 5.1 to 6.8. confirmed that.

다만, 80 ℃ 이상으로 코팅이 수행될 경우(실시예 13, 14), 이산화탄소에 대한 투과도가 증가하면서, 이산화탄소/산소 선택도는 절반 미만으로 현저히 감소하였다. 성능뿐만 아니라, 고온 환경에 장시간 노출됨에 따라, 중공사막과의 접착력이 낮아져 전체적인 복합중공사막의 기계적 물성이 크게 저하됨을 확인하였다.However, when the coating was performed at 80° C. or higher (Examples 13 and 14), the carbon dioxide/oxygen selectivity was significantly reduced to less than half while the permeability to carbon dioxide was increased. In addition to performance, it was confirmed that the mechanical properties of the overall composite hollow fiber membrane were greatly reduced as the adhesive strength with the hollow fiber membrane was lowered due to prolonged exposure to a high temperature environment.

따라서 본 실험을 통해, 코팅온도는 50 내지 70 ℃인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 55 내지 65 ℃, 가장 바람직하게는 60 ℃임을 확인하였다.Therefore, through this experiment, it was confirmed that the coating temperature is preferably 50 to 70 ℃, more preferably 55 to 65 ℃, most preferably 60 ℃.

도 8은 본 발명의 실시예 12, 15 내지 18로부터 제조된 복합중공사막의 기체 투과도(질소, 산소 및 이산화탄소) 및 산소에 대한 이산화탄소의 선택도를 나타낸 그래프이다[30은 실시예 15, 60은 실시예 12, 120은 실시예 16, 180은 실시예 17, 240은 실시예 18이다]. 8 is a graph showing the gas permeability (nitrogen, oxygen and carbon dioxide) and the selectivity of carbon dioxide to oxygen of the composite hollow fiber membranes prepared from Examples 12 and 15 to 18 of the present invention [30 is Examples 15 and 60 are Examples 12 and 120 are Examples 16, 180 is Example 17, 240 is Example 18].

도 8을 참조하면, 실시예 15의 복합중공사막은 모든 기체에 대해 높은 투과도를 나타내는 반면, 선택도는 현저히 낮음을 확인하였다. 즉, 본 발명에 따른 중공사막 코팅용 조성물은 중공사막 표면에 코팅되기 위해 적어도 30초 이상의 시간이 필요함을 알 수 있다.Referring to FIG. 8 , it was confirmed that the composite hollow fiber membrane of Example 15 showed high permeability to all gases, while the selectivity was remarkably low. That is, it can be seen that the composition for coating a hollow fiber membrane according to the present invention requires at least 30 seconds or more to be coated on the surface of the hollow fiber membrane.

실시예 12의 복합중공사막은 가장 높은 이산화탄소 투과도(290 GPU)와 이산화탄소/산소(CO2/O2) 선택도 5.1를 나타내는 것으로 확인되었다.The composite hollow fiber membrane of Example 12 was confirmed to exhibit the highest carbon dioxide permeability (290 GPU) and carbon dioxide/oxygen (CO 2 /O 2 ) selectivity of 5.1.

그러나, 실시예 17의 복합중공사막과 같이, 코팅시간이 2분을 초과하면 투과도가 2.5~3배 이상 급격히 감소하는 것을 확인하였다. 실시예 18의 복합중공사막과 같이 코팅시간이 4분을 초과하면 이산화탄소의 투과가 거의 이뤄지지 않는 것으로 확인되었다.However, like the composite hollow fiber membrane of Example 17, when the coating time exceeds 2 minutes, it was confirmed that the transmittance was rapidly decreased by 2.5 to 3 times or more. As in the composite hollow fiber membrane of Example 18, when the coating time exceeds 4 minutes, it was confirmed that almost no permeation of carbon dioxide is achieved.

따라서 본 실험을 통해, 코팅시간은 50 내지 100 초인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 55 내지 65 초, 가장 바람직하게는 60초임을 확인하였다.Therefore, through this experiment, it was confirmed that the coating time is preferably 50 to 100 seconds, more preferably 55 to 65 seconds, and most preferably 60 seconds.

도 9는 본 발명의 실시예 12, 19 내지 21로부터 제조된 복합중공사막의 기체 투과도(질소, 산소 및 이산화탄소) 및 산소에 대한 이산화탄소의 선택도를 나타낸 그래프이다[0.5는 실시예 19, 1은 실시예 20, 3은 실시예 12, 5는 실시예 21이다]. 이때, 중공사막은 유효면적이 37.68 ㎠인 모듈을 사용하여, 기체투과특성을 평가하였다.9 is a graph showing the gas permeability (nitrogen, oxygen and carbon dioxide) and the selectivity of carbon dioxide to oxygen of the composite hollow fiber membranes prepared from Examples 12 and 19 to 21 of the present invention [0.5 is Examples 19, 1 is Examples 20 and 3 are Examples 12 and 5 are Example 21]. At this time, the hollow fiber membrane was evaluated for gas permeation characteristics using a module having an effective area of 37.68 cm2.

도 9를 참고하면, 실시예 19, 20의 복합중공사막은 상대적으로 높은 이산화탄소 투과도(601 GPU)를 나타내었으나, 산소에 대한 이산화탄소 선택도(CO2/O2)는 2.7~3.8로 상대적으로 낮은 수치임을 확인하였다. Referring to FIG. 9 , the composite hollow fiber membranes of Examples 19 and 20 exhibited relatively high carbon dioxide permeability (601 GPU), but carbon dioxide selectivity to oxygen (CO 2 /O 2 ) was relatively low at 2.7 to 3.8. It was confirmed that it was a number.

실시예 12의 복합중공사막의 경우, 투과도는 다소 감소하였으나, 여전히 500 GPU 이상의 수준을 유지하였고, 산소에 대한 이산화탄소 선택도(CO2/O2)는 5.8~6.4로 2배 이상 향상된 바, 가장 바람직한 조건임을 확인하였다. 다만, 실시예 21의 복합중공사막과 같이, 고농도의 중공사막 코팅용 조성물을 사용할 경우, 투과도가 2배 이상 급격히 감소하였다. In the case of the composite hollow fiber membrane of Example 12, the transmittance was slightly decreased, but still maintained a level of 500 GPU or more, and the carbon dioxide selectivity to oxygen (CO 2 /O 2 ) was improved more than twice to 5.8 to 6.4, the most It was confirmed that the conditions were favorable. However, like the composite hollow fiber membrane of Example 21, when a high-concentration hollow fiber membrane coating composition was used, the transmittance was rapidly decreased by more than two times.

따라서 본 실험을 통해, 실시예 12와 같이 폴리에틸렌글리콜-폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(PEG-POSS) 및 폴리에테르 폴리아미드 블록 공중합체(PEBAX) 3533의 혼합물 2 내지 4 중량%와 용매 95 내지 97 중량%를 포함하는 것이 바람직하고, 가장 바람직하게는 혼합물 3 중량%와 용매 97 중량%임을 확인하였다.Therefore, through this experiment, as in Example 12, 2 to 4 wt% of a mixture of polyethylene glycol-polyhedral oligomeric silsesquioxane (PEG-POSS) and polyether polyamide block copolymer (PEBAX) 3533 and solvent 95 to 97% by weight, and most preferably 3% by weight of the mixture and 97% by weight of the solvent.

도 10은 본 발명의 실시예 12, 22 내지 24로부터 제조된 복합중공사막의 기체 투과도(질소, 산소 및 이산화탄소) 및 산소에 대한 이산화탄소의 선택도를 나타낸 그래프이다[0은 실시예 22, 1은 실시예 12, 2는 실시예 23, 3은 실시예 24이다]. 10 is a graph showing the gas permeability (nitrogen, oxygen and carbon dioxide) and the selectivity of carbon dioxide to oxygen of the composite hollow fiber membranes prepared from Examples 12 and 22 to 24 of the present invention [0 is Examples 22, 1 is Examples 12 and 2 are Examples 23 and 3 are Example 24].

도 10을 참조하면 중공사막 코팅용 조성물로 코팅하지 않은 실시예 22의 복합중공사막은 이산화탄소에 대하여 34,000 GPU의 투과도를 나타내었다. 다만 실시예 22의 복합중공사막은 이산화탄소뿐만 아니라 질소, 산소에 대한 투과도도 30000 GPU 이상인 것으로 확인되었다.Referring to FIG. 10 , the composite hollow fiber membrane of Example 22, which was not coated with the hollow fiber membrane coating composition, showed transmittance of 34,000 GPUs to carbon dioxide. However, it was confirmed that the composite hollow fiber membrane of Example 22 had transmittance of not only carbon dioxide but also nitrogen and oxygen of 30000 GPU or more.

실시예 22의 복합중공사막과 비교하여, 1회 코팅시(실시예 12) 산소에 대한 이산화탄소 선택도(CO2/O2)는 5배, 질소에 대한 이산화탄소 선택도(CO2/N2)는 12배 증가하였다. Compared with the composite hollow fiber membrane of Example 22, the carbon dioxide selectivity to oxygen (CO 2 /O 2 ) at the time of one coating (Example 12) is 5 times, the carbon dioxide selectivity to nitrogen (CO 2 /N 2 ) was increased by 12 times.

실시예 22의 복합중공사막과 비교하여, 2회 코팅시(실시예 23)에는 산소에 대한 이산화탄소 선택도(CO2/O2)는 8배, 질소에 대한 이산화탄소 선택도(CO2/N2)는 15배 증가하였다. 그러나 코팅횟수가 3회 이상이 되면(실시예 24), 투과도가 1 GPU이하로 급격히 감소하였다. 즉, 코팅횟수는 바람직하게 1-2회 수행되는 것이 바람직함을 알 수 있다.In comparison with the composite hollow fiber membrane of Example 22, at the time of coating twice (Example 23), the carbon dioxide selectivity to oxygen (CO 2 /O 2 ) was 8 times, and the carbon dioxide selectivity to nitrogen (CO 2 /N 2 ) ) increased by 15 times. However, when the number of coatings was 3 or more (Example 24), the transmittance was rapidly decreased to 1 GPU or less. That is, it can be seen that the number of coatings is preferably performed 1-2 times.

본 실험에서 확인한 코팅의 횟수는 선택도에 좋은 영향을 미치지만 반대로 투과도에도 상당한 영향을 미치기 때문에, 종래 중공사막의 성능을 개선하기 위해서는 코팅온도, 코팅시간, 농도와 같은 조건들까지 모두 만족해야만 하는 것이고, 이들 중에서 어느 하나라도 상기 범위를 벗어난다면 중공사막의 이산화탄소 선택도와 투과도를 현저히 향상시킬 수 없고, 앞서 살펴본 바와 같이 오히려 부정적인 효과만을 야기할 수 있다.The number of coatings confirmed in this experiment has a good effect on the selectivity, but also has a significant effect on the transmittance. If any one of these is out of the above range, the carbon dioxide selectivity and permeability of the hollow fiber membrane cannot be significantly improved, and as described above, it may rather cause only a negative effect.

그러므로, 본 발명에 따르면 폴리에틸렌글리콜-폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(polyethyleneglycol-POSS, PEG-POSS) 및 폴리에테르 폴리아미드 블록 공중합체(PEBAX) 3533을 포함하는 중공사막 코팅용 조성물을 제조하고, 이를 이용하여 이산화탄소에 대한 투과도 및 선택성이 우수한 이산화탄소 분리막으로 응용할 수 있다.Therefore, according to the present invention, a composition for coating a hollow fiber membrane comprising polyethylene glycol-polyhedral oligomeric silsesquioxane (polyethyleneglycol-POSS, PEG-POSS) and polyether polyamide block copolymer (PEBAX) 3533 is prepared and , can be used as a carbon dioxide separation membrane with excellent permeability and selectivity to carbon dioxide.

실험예 6: 스케일업 복합중공사막 모듈의 분석Experimental Example 6: Analysis of scale-up composite hollow fiber membrane module

본 발명의 복합중공사막의 경우, 실험실 규모가 아닌 대규모 모듈로도 활용이 가능함을 확인하기 위하여, 코팅횟수만 다른 실시예 12과 실시예 23의 복합중공사막을 이용하여 각각 스케일업 복합중공사막 모듈을 제조하고, 이에 대한 기체 투과도를 평가하였다.In the case of the composite hollow fiber membrane of the present invention, a scale-up composite hollow fiber membrane module using the composite hollow fiber membranes of Examples 12 and 23, which differ only in the number of coatings, respectively, in order to confirm that it can be used as a large-scale module rather than a laboratory scale. was prepared, and the gas permeability thereof was evaluated.

실시예 12 또는 실시예 23의 복합중공사막 120 가닥을 이용하여 각각 복합중공사막 모듈을 체결하였다. 도 1c는 기존 실험실 규모의 복합중공사막 모듈(실시예 12)을 스케일업한 복합중공사막 모듈의 사진이다. 상기 스케일업 복합중공사막 모듈(실시예 12)의 길이는 15 cm, 폭은 3 cm이고, 유효 막 면적은 452 cm2 이다.Each of the composite hollow fiber membrane modules was fastened using 120 composite hollow fiber membranes of Example 12 or Example 23. 1C is a photograph of a composite hollow fiber membrane module in which the existing laboratory scale composite hollow fiber membrane module (Example 12) is scaled up. The scale-up composite hollow fiber membrane module (Example 12) has a length of 15 cm, a width of 3 cm, and an effective membrane area of 452 cm 2 .

상기 모듈의 상부에 압력조절기(Pressure Regulator)를 이용하여 일정 압력(4 bar)의 기체(순도 99% N2, O2, CO2 가스)를 주입하여 모듈 상부와 하부의 압력차로 인한 기체 투과를 유도하였다.Gas (purity 99% N 2 , O 2 , CO 2 gas) of a certain pressure (4 bar) is injected into the upper part of the module using a pressure regulator to prevent gas permeation due to the pressure difference between the upper part and the lower part of the module. induced.

이때 상기 모듈을 투과한 기체의 유량을 버블 플로우 미터(Bubble Flow Meter)를 이용하여 측정하고 안정화 시간(> 1hour)을 고려하여 기체 분리막의 각 기체 투과도를 평가하였고, 이를 하기 도 11에 나타내었다.At this time, the flow rate of the gas passing through the module was measured using a bubble flow meter, and the gas permeability of each gas separation membrane was evaluated in consideration of the stabilization time (> 1 hour), which is shown in FIG. 11 .

도 11은 실시예 12의 복합중공사막 모듈과 실시예 23의 복합중공사막 모듈의 단일 기체에 대한 기체 투과도와 기체 선택도를 분석하여 나타낸 결과 그래프이다.11 is a graph showing the results of analyzing the gas permeability and gas selectivity for a single gas of the composite hollow fiber membrane module of Example 12 and the composite hollow fiber membrane module of Example 23;

도 11에 나타난 바와 같이, 실시예 12의 복합중공사막 모듈은 이산화탄소(CO2)에 대해 상대적으로 높은 투과도(484 GPU)를 나타내었다. 다만 선택도 면에서는 CO2/O2에 대한 선택도가 5 였고, CO2/N2 에 대한 선택도는 8인 것으로 확인되었다. 11 , the composite hollow fiber membrane module of Example 12 exhibited a relatively high transmittance (484 GPU) to carbon dioxide (CO 2 ). However, in terms of selectivity, selectivity to CO 2 /O 2 was 5, and selectivity to CO 2 /N 2 was confirmed to be 8.

이에 반해, 실시예 23의 복합중공사막 모듈은 이산화탄소(CO2)에 대해 상대적으로 낮은 투과도(254 GPU)를 나타내었으나, CO2/O2 에 대한 선택도는 15였고, CO2/N2 에 대한 선택도는 25로 현저히 높은 것으로 확인되었다. In contrast, the composite hollow fiber membrane module of Example 23 exhibited a relatively low permeability (254 GPU) to carbon dioxide (CO 2 ), but the selectivity to CO 2 /O 2 was 15, and to CO 2 /N 2 It was confirmed that the selectivity of 25 was remarkably high.

즉, 본 발명에 따른 중공사막 코팅용 조성물로 1회 이상 코팅할 경우, 중공사막의 선택도와 투과도를 현저히 상승시킬 수 있으며, 가장 바람직하게는 2회 코팅시 중공사막의 기계적 특성을 향상시키면서도, 1회 코팅보다 3배 이상 이산화탄소 선택도와 투과도를 향상시킬 수 있다.That is, when the composition for coating a hollow fiber membrane according to the present invention is coated one or more times, the selectivity and transmittance of the hollow fiber membrane can be remarkably increased, and most preferably, the mechanical properties of the hollow fiber membrane are improved during the second coating, while 1 It can improve carbon dioxide selectivity and permeability more than 3 times compared to ash coating.

본원발명에 따른 중공사막 코팅용 조성물을 처리하지 않은 PAN 중공사(PAN함량 15 중량%, NMP 81 중량%, 글리세롤 4 중량%를 포함하는 도프용액을 사용하여, air gap 10 cm 방사조건으로 제조된 중공사막 지지체)을 준비하고, 상기 중공사 120가닥으로 모듈을 체결하였으며, 이에 대하여 상기 실험과 동일하게 기체 투과도와 선택도를 분석하였고, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.PAN hollow fibers not treated with the composition for coating a hollow fiber membrane according to the present invention (using a dope solution containing PAN content 15% by weight, NMP 81% by weight, and glycerol 4% by weight, air gap 10 cm hollow fiber membrane support) was prepared, the module was fastened with the 120 hollow fibers, and gas permeability and selectivity were analyzed in the same manner as in the above experiment, and the results are shown in Table 4 below.

구분division Gas Permeance (GPU)Gas Permeance (GPU) N2N2 O2O2 CO2CO2 중공사막 코팅용 조성물을 처리하지 않은 PAN 중공사PAN hollow fiber not treated with composition for hollow fiber membrane coating 38,19238,192 41,42041,420 34,28634,286

표 4에 나타난 바와 같이, 중공사막 코팅용 조성물을 처리하지 않은 PAN 중공사의 경우 기체의 선택도와 투과도에 유의한 차이가 없음을 알 수 있습니다.As shown in Table 4, it can be seen that there is no significant difference in gas selectivity and permeability in the case of the PAN hollow fiber that is not treated with the composition for coating the hollow fiber membrane.

실험예 7: 스케일업 복합중공사막 모듈의 혼합 기체에 대한 성능 분석Experimental Example 7: Performance analysis of mixed gas of scale-up composite hollow fiber membrane module

본 발명의 복합중공사막의 경우, 실험실 규모가 아닌 대규모 모듈로 활용하였을 때, 실제 혼합 기체에 적용이 가능한지 확인하기 위하여, 실시예 23의 복합중공사막을 이용하여 각각 스케일업 복합중공사막 모듈을 제조하고, 이에 대한 기체 투과도를 평가하였다.In the case of the composite hollow fiber membrane of the present invention, a scale-up composite hollow fiber membrane module was prepared using the composite hollow fiber membrane of Example 23 in order to confirm whether it is applicable to an actual mixed gas when used as a large-scale module rather than a laboratory scale and the gas permeability thereof was evaluated.

실시예 23의 복합중공사막 120 가닥을 이용하여 각각 복합중공사막 모듈을 체결하였다. 상기 모듈의 상부에 압력조절기(Pressure Regulator)를 이용하여 일정 압력(4 bar)의 혼합 기체(CO2 14%, O2 6%, N2 balance)를 주입하여 모듈 상부와 하부의 압력차로 인한 기체 투과를 유도하였다.Each of the composite hollow fiber membrane modules was fastened using 120 composite hollow fiber membranes of Example 23. By injecting a mixed gas (CO 2 14%, O 2 6%, N 2 balance) of a constant pressure (4 bar) to the upper part of the module using a pressure regulator, the gas caused by the pressure difference between the upper part and the lower part of the module Permeation was induced.

상기 모듈을 투과한 혼합 기체의 유량을 버블 플로우 미터(Bubble Flow Meter)를 이용하여 측정하였다. 상기 모듈을 투과하기 전과 후, 혼합 기체의 농도는 Gas chromatograph를 이용하여 성분을 측정하고 안정화 시간(> 1hour)을 고려하여 혼합 기체에 대한 투과도를 평가하였고, 이를 하기 도 12에 나타내었다.The flow rate of the mixed gas passing through the module was measured using a bubble flow meter. Before and after passing through the module, the concentration of the mixed gas was measured using a gas chromatograph, and the permeability to the mixed gas was evaluated in consideration of the stabilization time (> 1 hour), which is shown in FIG. 12 below.

Stage cut은 혼합성분의 회수율과 순도 사이의 균형을 나타내는 인자로서 회수율이 높아지면 순도가 낮아지는 경향을 보인다. 즉 Stage cut은 혼합 기체 분리 시 분리 성능을 결정하는 중요한 인자로서 투과되는 혼합 기체 유량과 공급되는 혼합 기체 유량의 비율로 나타낼 수 있다. 일반적으로 Stage cut이 증가할수록 공급압력과 투과압력의 비율이 증가하므로, 순도가 높아지고 회수율이 낮아지게 된다. 본 실험에서도 Stage cut이 0.02에서 0.12로 증가할수록 투과되는 CO2기체의 농도(즉, 순도)가 높아졌다. Stage cut is a factor representing the balance between recovery and purity of mixed components, and as the recovery rate increases, the purity tends to decrease. That is, the stage cut is an important factor determining the separation performance when separating the mixed gas, and can be expressed as a ratio of the flow rate of the mixed gas to be supplied and the flow rate of the mixed gas to be supplied. In general, as the stage cut increases, the ratio of the supply pressure and the permeation pressure increases, so that the purity increases and the recovery rate decreases. Also in this experiment, as the stage cut increased from 0.02 to 0.12, the concentration (ie, purity) of the transmitted CO 2 gas increased.

도 12는 실시예 23의 복합중공사막 모듈의 혼합 기체에 대한 기체 투과도를 분석하여 나타낸 결과 그래프이다.12 is a graph showing the result of analyzing the gas permeability to the mixed gas of the composite hollow fiber membrane module of Example 23.

도 12에 나타난 바와 같이, 실시예 23의 복합중공사막 모듈은 Stage cut이 증가함에 따라 CO2와 O2의 투과농도가 증가하였다. 투과된 혼합 기체에서의 각 농도는 CO2 19%, O2 10%, N2 71%인 것으로 확인되었다. 투과한 혼합 기체를 측정한 결과, 모듈을 통과시키기 전 혼합기체 조성보다 이산화탄소와 산소 기체의 투과도가 실질적으로 현저히 증가하였음을 확인하였다(CO2 5% 상승, O2 4% 상승).As shown in FIG. 12 , in the composite hollow fiber membrane module of Example 23, as the stage cut increased, the permeation concentrations of CO 2 and O 2 increased. Each concentration in the permeated mixed gas was found to be 19% CO 2 , 10% O 2 , and 71% N 2 . As a result of measuring the permeated mixed gas, it was confirmed that the permeability of carbon dioxide and oxygen gas was substantially significantly increased compared to the mixed gas composition before passing through the module (CO 2 5% increase, O 2 4% increase).

본 발명에 따른 중공사막 코팅용 조성물을 처리하지 않은 PAN 중공사(PAN함량 15 중량%, NMP 81 중량%, 글리세롤 4 중량%를 포함하는 도프용액을 사용하여, air gap 10 cm 방사조건으로 제조된 중공사막 지지체)는 투과하기 전과 투과한 후의 혼합기체 조성에 변화가 없음을 확인하였다.PAN hollow fibers not treated with the composition for coating a hollow fiber membrane according to the present invention (using a dope solution containing PAN content 15% by weight, NMP 81% by weight, and glycerol 4% by weight, air gap 10 cm Hollow fiber membrane support), it was confirmed that there was no change in the composition of the mixed gas before and after the permeation.

Claims (16)

폴리에틸렌글리콜-폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(PEG-POSS) 및 폴리에테르 폴리아미드 블록 공중합체(PEBAX) 3533을 포함하는 중공사막 코팅용 조성물.A composition for coating a hollow fiber membrane comprising polyethylene glycol-polyhedral oligomeric silsesquioxane (PEG-POSS) and polyether polyamide block copolymer (PEBAX) 3533. 제2항에 있어서,
상기 폴리에틸렌글리콜-폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(PEG-POSS) 전체 중량에 대하여 상기 폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(POSS)은 85 내지 95 중량%인 것을 특징으로 하는 중공사막 코팅용 조성물.
3. The method of claim 2,
The polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS) is 85 to 95 wt% based on the total weight of the polyethylene glycol-polyhedral oligomeric silsesquioxane (PEG-POSS) for coating a hollow fiber membrane composition.
제1항에 있어서,
상기 폴리에틸렌글리콜-폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(PEG-POSS) 및 폴리에테르 폴리아미드 블록 공중합체(PEBAX) 3533의 중량비는 1 : 0.5 내지 1.5인 것을 특징으로 하는 중공사막 코팅용 조성물.
According to claim 1,
The weight ratio of the polyethylene glycol-polyhedral oligomeric silsesquioxane (PEG-POSS) and polyether polyamide block copolymer (PEBAX) 3533 is 1: 0.5 to 1.5.
제1항에 있어서,
상기 중공사막 코팅용 조성물은 용매를 더 포함하고,
상기 용매는 이소프로판올인 것을 특징으로 하는 중공사막 코팅용 조성물.
According to claim 1,
The composition for coating the hollow fiber membrane further comprises a solvent,
The solvent is a composition for coating a hollow fiber membrane, characterized in that isopropanol.
제4항에 있어서,
상기 폴리에틸렌글리콜-폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(PEG-POSS) 및 폴리에테르 폴리아미드 블록 공중합체(PEBAX) 3533의 혼합물 2 내지 4 중량%에 대하여 상기 용매 95 내지 97 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 중공사막 코팅용 조성물.
5. The method of claim 4,
95 to 97 wt% of the solvent based on 2 to 4 wt% of a mixture of polyethylene glycol-polyhedral oligomeric silsesquioxane (PEG-POSS) and polyether polyamide block copolymer (PEBAX) 3533 A composition for coating a hollow fiber membrane.
중공사막; 및
상기 중공사막 상에 형성된, 폴리에틸렌글리콜-폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(PEG-POSS) 및 폴리에테르 폴리아미드 블록 공중합체(PEBAX) 3533을 포함하는 코팅층;을 포함하는 복합중공사막.
hollow fiber membrane; and
A composite hollow fiber membrane comprising a; polyethylene glycol-polyhedral oligomeric silsesquioxane (PEG-POSS) and a coating layer comprising polyether polyamide block copolymer (PEBAX) 3533 formed on the hollow fiber membrane.
제6항에 있어서,
상기 중공사막과 코팅층 사이에 폴리에틸렌글리콜(PEG) 층이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 복합중공사막.
7. The method of claim 6,
A composite hollow fiber membrane, characterized in that it further comprises a polyethylene glycol (PEG) layer between the hollow fiber membrane and the coating layer.
제6항에 따른 복합중공사막을 포함하는 이산화탄소 분리막.A carbon dioxide separation membrane comprising the composite hollow fiber membrane according to claim 6 . (A) 중공사막을 폴리에틸렌글리콜(PEG) 용액에 함침하는 단계;
(B) 상기 (A) 단계의 중공사막을 10 내지 50 ℃ 온도에서 건조시켜 전처리하는 단계; 및
(C) 상기 전처리된 중고사막 일면에 폴리에틸렌글리콜-폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(PEG-POSS) 및 폴리에테르 폴리아미드 블록 공중합체(PEBAX) 3533을 포함하는 중공사막 코팅용 조성물을 코팅하는 단계;를 포함하는 복합중공사막의 제조방법.
(A) impregnating the hollow fiber membrane in a polyethylene glycol (PEG) solution;
(B) pretreatment by drying the hollow fiber membrane of step (A) at a temperature of 10 to 50 °C; and
(C) Coating a composition for coating a hollow fiber membrane comprising polyethylene glycol-polyhedral oligomeric silsesquioxane (PEG-POSS) and polyether polyamide block copolymer (PEBAX) 3533 on one surface of the pretreated used sand membrane A method of manufacturing a composite hollow fiber membrane comprising;
제9항에 있어서,
상기 폴리에틸렌글리콜-폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(PEG-POSS) 전체 중량에 대하여 상기 폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(POSS)은 85 내지 95 중량%인 것을 특징으로 하는 복합중공사막의 제조방법.
10. The method of claim 9,
The polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS) is 85 to 95 wt% based on the total weight of the polyethylene glycol-polyhedral oligomeric silsesquioxane (PEG-POSS). manufacturing method.
제9항에 있어서,
상기 폴리에틸렌글리콜-폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(PEG-POSS) 및 폴리에테르 폴리아미드 블록 공중합체(PEBAX) 3533의 중량비는 1 : 0.5 내지 1.5인 것을 특징으로 하는 복합중공사막의 제조방법.
10. The method of claim 9,
The weight ratio of the polyethylene glycol-polyhedral oligomeric silsesquioxane (PEG-POSS) and polyether polyamide block copolymer (PEBAX) 3533 is 1: 0.5 to 1.5.
제9항에 있어서,
상기 중공사막 코팅용 조성물은 용매를 더 포함하고,
상기 용매는 이소프로판올인 것을 특징으로 하는 복합중공사막의 제조방법.
10. The method of claim 9,
The composition for coating the hollow fiber membrane further comprises a solvent,
The method for producing a composite hollow fiber membrane, characterized in that the solvent is isopropanol.
제12항에 있어서,
상기 폴리에틸렌글리콜-폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(PEG-POSS) 및 폴리에테르 폴리아미드 블록 공중합체(PEBAX) 3533의 혼합물 2 내지 4 중량%에 대하여 상기 용매 95 내지 97 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 복합중공사막의 제조방법.
13. The method of claim 12,
95 to 97 wt% of the solvent based on 2 to 4 wt% of a mixture of polyethylene glycol-polyhedral oligomeric silsesquioxane (PEG-POSS) and polyether polyamide block copolymer (PEBAX) 3533 A method for manufacturing a composite hollow fiber membrane.
제9항에 있어서,
상기 (C) 단계는 코팅 온도가 50 내지 70 ℃인 것을 특징으로 하는 복합중공사막의 제조방법.
10. The method of claim 9,
The step (C) is a method for producing a composite hollow fiber membrane, characterized in that the coating temperature is 50 to 70 ℃.
제9항에 있어서,
상기 (C) 단계는 코팅 시간이 50 내지 100 초인 것을 특징으로 하는 복합중공사막의 제조방법.
10. The method of claim 9,
The (C) step is a method for producing a composite hollow fiber membrane, characterized in that the coating time is 50 to 100 seconds.
제9항에 있어서,
상기 (C) 단계는 코팅 횟수가 1 내지 2회인 것을 특징으로 하는 복합중공사막의 제조방법.
10. The method of claim 9,
The (C) step is a method of manufacturing a composite hollow fiber membrane, characterized in that the number of coatings is 1 to 2 times.
KR1020210012753A 2020-01-31 2021-01-29 coating solution for hollow fiber membrane, composite membrane using the same, preparation method thereof and carbon dioxide separation membrane comprising the same KR102503547B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20200011812 2020-01-31
KR1020200011812 2020-01-31

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210098374A true KR20210098374A (en) 2021-08-10
KR102503547B1 KR102503547B1 (en) 2023-02-28

Family

ID=77316281

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210012753A KR102503547B1 (en) 2020-01-31 2021-01-29 coating solution for hollow fiber membrane, composite membrane using the same, preparation method thereof and carbon dioxide separation membrane comprising the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102503547B1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140023661A (en) * 2012-08-17 2014-02-27 한남대학교 산학협력단 Membrane for sulfur dioxide separation and preparation method thereof
KR101564033B1 (en) * 2014-07-24 2015-10-29 한양대학교 산학협력단 Facilitated transport membrane for carbon dioxide separation using hydrated alkali fluorosilicate
KR20160026070A (en) * 2014-08-29 2016-03-09 주식회사 앱스필 Manufacturing method of gas separator membrane
KR101752954B1 (en) 2014-12-02 2017-07-03 인천대학교 산학협력단 Polymer membrane for selective carbon-dioxide separation and manufacturing method thereof

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140023661A (en) * 2012-08-17 2014-02-27 한남대학교 산학협력단 Membrane for sulfur dioxide separation and preparation method thereof
KR101564033B1 (en) * 2014-07-24 2015-10-29 한양대학교 산학협력단 Facilitated transport membrane for carbon dioxide separation using hydrated alkali fluorosilicate
KR20160026070A (en) * 2014-08-29 2016-03-09 주식회사 앱스필 Manufacturing method of gas separator membrane
KR101752954B1 (en) 2014-12-02 2017-07-03 인천대학교 산학협력단 Polymer membrane for selective carbon-dioxide separation and manufacturing method thereof

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
저널 2013* *

Also Published As

Publication number Publication date
KR102503547B1 (en) 2023-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ji et al. High‐performance CO2 capture through polymer‐based ultrathin membranes
US9623380B2 (en) Gas separation membrane
Khayet et al. Application of surface modifying macromolecules for the preparation of membranes for membrane distillation
KR910002361B1 (en) Composite fluicl separation membranes
US7896948B2 (en) Membrane
CA1316311C (en) Anisotropic membranes for gas separation
EP1740291B1 (en) Membrane for separating co2 and process for the production thereof
US9694326B2 (en) Composite hollow fiber membrane and hollow fiber membrane module
JP5019502B2 (en) Gas separation membrane and manufacturing method thereof
US20030070545A1 (en) Chemical modification of polyimides
JPH09136985A (en) Polymer solution for asymmetrical single film, asymmetrical single film made thereof and production thereof
EP0337000A2 (en) Reactive posttreatment for gas separation membranes
US5910274A (en) Method of preparing membranes from blends of polymers
US4470831A (en) Permselective membrane
KR20180013985A (en) Superselective carbon molecular sieve membranes and methods for their preparation
CA1231598A (en) Permeation modified membrane
KR102168152B1 (en) Composite membrane, preparation method thereof and carbon dioxide separation membrane comprising the same
KR101461199B1 (en) Composite hollow fiber membrane for separation of carbon dioxide/methane in the biogas purification process, membrane module comprising the same and manufacturing method thereof
KR102503547B1 (en) coating solution for hollow fiber membrane, composite membrane using the same, preparation method thereof and carbon dioxide separation membrane comprising the same
KR100835655B1 (en) Preparation method of gas seperation membrane and gas seperation membrane prepared therefrom
JPH02502354A (en) Dialysis membrane treatment
KR100263333B1 (en) Preparing method of a porous carbon molecular sieve separation membrane
KR102468487B1 (en) composition for composite membrane, carbon dioxide separation membrane comprising the same and preparation method thereof
Liu et al. Development of robust energy-efficient membrane dehumidifier for indoor air humidity control
Madaeni et al. Preparation and characterization of PES and PA composite membranes for air separation at low pressures

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant