KR20220072809A - A polymer membrane comprising an amphiphilic branched copolymer, a gas separation membrane comprising the polymer membrane, and a method for manufacturing the polymer membrane - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양친성 가지형 공중합체를 포함하는 고분자막, 상기 고분자막을 포함하는 기체 분리막 및 상기 고분자막의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소수성 고분자인 P(VDF-co-CTFE) 주쇄의 곁가지에 친수성 고분자인 비닐피리딘계 화합물 측쇄를 공중합하여 양친성 가교형 공중합체를 합성하고, 이를 고분자막에 적용함으로써 양친성 가교형 공중합체의 자기조립성에 의해 막의 구조 및 기공 형태를 제어할 수 있다. 또한 본 발명의 고분자막은 막의 열적, 화학적 안정성이 우수하고, 일정 간격으로 특정하게 정렬된 격자구조의 거대 기공을 형성하여 막의 친수성도 및 기체 투과도를 현저하게 향상시킬 수 있다.The present invention relates to a polymer membrane comprising an amphiphilic branched copolymer, a gas separation membrane comprising the polymer membrane, and a method for manufacturing the polymer membrane, and more particularly, to the side branch of the hydrophobic polymer P (VDF-co-CTFE) main chain. By copolymerizing the side chain of a vinylpyridine-based compound, which is a hydrophilic polymer, to synthesize an amphiphilic cross-linked copolymer, and applying this to a polymer membrane, the structure and pore shape of the membrane can be controlled by the self-assembly of the amphiphilic cross-linked copolymer. In addition, the polymer membrane of the present invention has excellent thermal and chemical stability of the membrane, and can significantly improve the hydrophilicity and gas permeability of the membrane by forming macropores of a lattice structure specifically arranged at regular intervals.

Description

양친성 가지형 공중합체를 포함하는 고분자막, 상기 고분자막을 포함하는 기체 분리막 및 상기 고분자막의 제조방법{A polymer membrane comprising an amphiphilic branched copolymer, a gas separation membrane comprising the polymer membrane, and a method for manufacturing the polymer membrane}A polymer membrane comprising an amphiphilic branched copolymer, a gas separation membrane comprising the polymer membrane, and a method for manufacturing the polymer membrane membrane}

본 발명은 양친성 가지형 공중합체를 포함하는 고분자막, 상기 고분자막을 포함하는 기체 분리막, 상기 고분자막의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a polymer membrane comprising an amphiphilic branched copolymer, a gas separation membrane comprising the polymer membrane, and a method for manufacturing the polymer membrane.

최근 수처리와 가스 분리를 위한 소재로서 고분자막이 분리 기술 분야에서 주목을 받고 있다. 극저온 증류 및 흡착 기술 등을 사용한 분리 기술들도 개발되고 있지만 이러한 기술들은 자본 집약적이고 공정의 복잡성을 동반한다. 지난 십여 년 동안 막 기술은 다양한 막들의 발견으로 인해 큰 발전을 겪었다. 특히 고분자막 분리는 높은 에너지 효율, 용이한 스케일 업, 단순한 공정, 낮은 운영비용 등 많은 기술적 이점을 가지고 있다. 또한 고분자막 기반 분리 프로세스는 기계적 복잡성을 수반하지 않으므로 안전하고 환경 친화적이다. 게다가, 고분자의 다양한 화학적, 구조적 특성 때문에 용도에 다른 막의 제작이 가능하고 막 공정의 스케일 업 및 스케일 다운과 다른 분리 또는 반응 공정으로의 통합이 쉽다는 장점이 있다. 따라서 고분자막은 산업 분리 응용에 유망한 후보로 간주된다.Recently, as a material for water treatment and gas separation, polymer membranes are attracting attention in the field of separation technology. Separation techniques using cryogenic distillation and adsorption techniques are also being developed, but these techniques are capital intensive and involve process complexity. In the past decade or so, membrane technology has undergone great advances due to the discovery of various membranes. In particular, polymer membrane separation has many technical advantages such as high energy efficiency, easy scale-up, simple process, and low operating cost. In addition, the polymer membrane-based separation process does not involve mechanical complexity, so it is safe and environmentally friendly. In addition, due to the various chemical and structural properties of polymers, it is possible to fabricate membranes for different uses, and it is easy to scale up and down the membrane process and integrate it into other separation or reaction processes. Therefore, polymer membranes are considered as promising candidates for industrial separation applications.

"양친성 고분자"라는 용어는 친수성과 소수성이 공존하는 물질을 가리키며 이러한 성질은 나노구조에서 고분자에 자기조립성을 부여한다. 친수성 사슬은 고분자에 기능성을 제공하는 반면 소수성 사슬은 좋은 화학적 안정성과 기계적 강도를 제공하는 역할을 한다. 양친성 고분자는 블록 공중합체와 가지형 공중합체로 존재할 수 있는데, 블록 공중합체가 잘 정렬된 미세구조와 좋은 물성을 가질지라도 블록 공중합체의 합성은 일반적으로 다단계 공정을 포함한다. 이에 비해, 가지형 공중합체는 합성방식이 단순해 경제적으로 유리하다는 이점을 갖고 있다. 이러한 양친성 고분자를 첨가제로 사용하여 막의 친수성, 구조, 안정성을 제어하는 연구가 활발히 진행되어 왔다. The term "amphiphilic polymer" refers to a material in which hydrophilicity and hydrophobicity coexist, and this property imparts self-assembly properties to polymers in nanostructures. The hydrophilic chain provides functionality to the polymer, while the hydrophobic chain serves to provide good chemical stability and mechanical strength. Amphiphilic polymers can exist as block copolymers and branched copolymers, and although block copolymers have a well-ordered microstructure and good physical properties, the synthesis of block copolymers generally involves a multi-step process. In contrast, the branched copolymer has the advantage of being economically advantageous because the synthesis method is simple. Studies have been actively conducted to control the hydrophilicity, structure, and stability of the membrane by using such an amphiphilic polymer as an additive.

상업적으로 이용되는 다양한 고분자 중에서, 불소수지는 높은 화학적, 물리적 안정성과 훌륭한 변성 저항성으로 다양한 분야에 사용되고 있다. 불소수지의 이러한 특성은 탄소와 불소의 강한 결합에 기인할 수 있다. 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등 다른 탄화수소 중합체와 비교해 볼 때, 폴리비닐리덴플루오라이드(poly(vinylidene fluoride), PVDF)는 높은 안정성과 우수한 공정성, 다양한 응용성으로 인해 활용성이 높은 불소수지 중 하나로 꼽힌다. PVDF 기반 고분자막은 C와 F의 강한 결합으로 인한 훌륭한 열적 및 수성 안정성, 산화 방지성, 우수한 기계적 특성, 좋은 필름 형성 능력을 가지고 있다. 그러나 PVDF막은 소수성막으로 인해 여전히 많은 기술적 한계에 직면해 있다. Among various commercially available polymers, fluororesins are used in various fields due to their high chemical and physical stability and excellent resistance to denaturation. This characteristic of fluororesin can be attributed to the strong bond between carbon and fluorine. Compared with other hydrocarbon polymers such as polypropylene and polyethylene, poly(vinylidene fluoride) (PVDF) is considered as one of the highly versatile fluororesins due to its high stability, excellent processability, and various applications. The PVDF-based polymer film has excellent thermal and aqueous stability, antioxidant properties, excellent mechanical properties, and good film forming ability due to the strong bonding of C and F. However, PVDF film still faces many technical limitations due to the hydrophobic film.

막 기술에서 고려해야 할 가장 중요한 점은 막의 구조 특성에 대한 제어이다. 막 제조는 매우 민감한 과정이기 때문에 상전이 과정의 열역학적 및 운동학적 요인 등 여러 조건에 따라 구조가 달라지게 된다. 이러한 과정에서 첨가제는 상전이 과정에 영향을 미치기 때문에 막의 구조와 기공을 제어하기 위해 널리 사용되어 왔다. 예를 들어, 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol, PEG)은 대표적인 첨가제로 막의 제조과정에서 기공 형성제로 흔히 사용된다. PEG를 첨가제로 사용할 경우, PEG 분자량과 용량에 따라 막의 형태와 구조가 달라진다. 그러나 막의 형태와 기공 형태를 제어하기 위해 양친성 고분자를 첨가제로 사용한 연구는 아직까지 전무한 상황이다. The most important thing to consider in membrane technology is the control over the structural properties of the membrane. Since membrane fabrication is a very sensitive process, the structure changes depending on several conditions such as thermodynamic and kinetic factors of the phase transition process. In this process, additives have been widely used to control the structure and pores of the membrane because they affect the phase transition process. For example, polyethylene glycol (PEG) is a typical additive and is often used as a pore former in the manufacturing process of a membrane. When PEG is used as an additive, the shape and structure of the membrane vary depending on the molecular weight and capacity of the PEG. However, there are no studies using an amphiphilic polymer as an additive to control the membrane shape and pore shape.

한국등록특허 제2019-0127524호Korean Patent Registration No. 2019-0127524

상기와 같은 문제 해결을 위하여, 본 발명은 자기조립성에 의해 막의 구조 및 기공 형태를 제어할 수 있는 양친성 가지형 공중합체를 포함하는 고분자막을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a polymer membrane including an amphiphilic branched copolymer capable of controlling the structure and pore shape of the membrane by self-assembly.

또한 본 발명은 상기 고분자막을 포함하여 열적 및 화학적 안정성이 우수하고, 친수성도, 기체 투과도 및 선택성이 향상된 기체 분리막을 제공하는 것으로 그 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a gas separation membrane having excellent thermal and chemical stability and improved hydrophilicity, gas permeability and selectivity, including the polymer membrane.

또한 본 발명은 상기 기체 분리막을 포함하는 기체 분리 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a gas separation device including the gas separation membrane.

또한 본 발명은 상기 기체 분리막을 포함하는 기체 포집 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a gas collection device including the gas separation membrane.

또한 본 발명은 상기 고분자막의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing the polymer membrane.

본 발명은 소수성 고분자 주쇄의 곁가지에 친수성 고분자 측쇄가 원자이동라디칼 중합에 의해 공중합된 양친성 가지형 공중합체를 포함하는 고분자막으로서, 상기 고분자막은 XRD 분석 결과, 2θ가 ④ 26° 내지 27° 범위 및 ⑤ 38° 내지 39° 범위에서 각각 제4 유효 피크 및 제5 유효 피크를 보이는 것을 특징으로 하는 고분자막을 제공한다.The present invention is a polymer membrane comprising an amphiphilic branched copolymer in which a hydrophilic polymer side chain is copolymerized by atom transfer radical polymerization to a side branch of a hydrophobic polymer main chain. ⑤ It provides a polymer film characterized in that it shows a fourth effective peak and a fifth effective peak, respectively, in the range of 38° to 39°.

또한, 본 발명은 상기 고분자막을 포함하는 기체 분리막을 제공한다.In addition, the present invention provides a gas separation membrane including the polymer membrane.

또한, 본 발명은 상기 기체 분리막을 포함하는 기체 분리 장치를 제공한다.In addition, the present invention provides a gas separation device including the gas separation membrane.

또한, 본 발명은 상기 기체 분리막을 포함하는 기체 포집 장치를 제공한다.In addition, the present invention provides a gas collection device including the gas separation membrane.

또한, 본 발명은 제1 유기용매에 소수성 고분자, 친수성 고분자, 촉매 및 중합개시제를 투입하여 원자이동라디칼 중합에 의해 공중합시켜 양친성 가지형 공중합체를 제조하는 단계; 제2 유기용매에 불소계 고분자 및 상기 양친성 가지형 공중합체를 용해시켜 고분자 캐스팅 용액을 제조하는 단계; 및 상기 고분자 캐스팅 용액을 기재에 도포한 후 비용매 유도 상분리 방법에 의해 고분자막을 제조하는 단계;를 포함하는 고분자막의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of preparing an amphiphilic branched copolymer by adding a hydrophobic polymer, a hydrophilic polymer, a catalyst and a polymerization initiator to a first organic solvent and copolymerizing by atom transfer radical polymerization; preparing a polymer casting solution by dissolving a fluorine-based polymer and the amphiphilic branched copolymer in a second organic solvent; And after applying the polymer casting solution to the substrate, preparing a polymer film by a non-solvent induced phase separation method; provides a method for producing a polymer film comprising a.

본 발명에 따른 고분자막은 소수성 고분자인 P(VDF-co-CTFE) 주쇄의 곁가지에 친수성 고분자인 비닐피리딘계 화합물 측쇄를 공중합하여 양친성 가교형 공중합체를 합성하고, 이를 고분자막에 적용함으로써 양친성 가교형 공중합체의 자기조립성에 의해 막의 구조 및 기공 형태를 제어할 수 있다.The polymer membrane according to the present invention synthesizes an amphiphilic crosslinking copolymer by copolymerizing a hydrophilic polymer vinylpyridine-based compound side chain with a side branch of a hydrophobic polymer P(VDF-co-CTFE) main chain, and applying it to a polymer membrane. The structure and pore shape of the membrane can be controlled by the self-assembly of the type copolymer.

또한 본 발명에 따른 고분자막은 막의 열적, 화학적 안정성이 우수하고, 일정 간격으로 특정하게 정렬된 격자구조의 거대 기공을 형성하여 막의 친수성도, 기체 투과도 및 선택성을 현저하게 향상시킬 수 있다.In addition, the polymer membrane according to the present invention has excellent thermal and chemical stability of the membrane, and it is possible to significantly improve the hydrophilicity, gas permeability and selectivity of the membrane by forming macropores of a lattice structure specifically arranged at regular intervals.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects. It should be understood that the effects of the present invention include all effects that can be inferred from the following description.

도 1은 본 발명의 고분자막의 비용매 유도 상분리 방법(a) 및 양친성 가지형 공중합체의 화학구조(b)를 계략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1~3 및 비교예 1에서 제조된 공중합체의 FT-IR 그래프(a), 1H NMR 분석(b) 및 GPC 분석(c) 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1(d), 실시예 2(c), 실시예 3(b) 및 비교예 1(a)에서 제조된 양친성 가지형 공중합체의 TEM 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1~3 및 비교예 1에서 제조된 양친성 가지형 공중합체의 DSC 분석(a) 및 TGA 분석(b) 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 비교예 2(M1)(a), 비교예 3(M2)(b), 실시예 4(M3)(c), 비교예 4(M4)(d)에서 제조된 고분자막의 단면 SEM 이미지이다.
도 6은 본 발명의 비교예 2(M1)(a), 비교예 3(M2)(b), 실시예 4(M3)(c), 비교예 4(M4)(d)에서 제조된 고분자막의 표면 SEM 이미지이다.
도 7은 본 발명의 비교예 4(M4)(a), 비교예 5(M5)(b) 및 비교예 6(M6)(c)에서 제조된 고분자막의 단면 SEM 이미지이다.
도 8은 본 발명의 실시예 4(M3) 및 비교예 4(M4)에서 제조된 고분자막에 대한 FT-IR 결과를 나타낸 그래프이다.
도 9의 (a)는 실시예 4(ⅲ) 및 비교예 2~4(ⅰ, ⅱ, v)에서 제조된 고분자막의 XRD 분석 결과와 (b)는 실시예 4, 5(ⅰ, ⅲ), 비교예 4, 5(ⅱ, v)에서 제조된 고분자막의 XRD 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 비교예 2(NMP) 및 비교예 3(DMF)에서 제조된 고분자막(a) 및 상기 실시예 4(NMP) 및 비교예 4(DMF)에서 제조된 고분자막(b)의 SAXS 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시예 6~8(b, c, d) 및 비교예 7(a)에서 제조된 고분자막에 대하여 물에 대한 표면 접촉각을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 실시예 6~8(M8, M9, M10) 및 비교예 7(M7)에서 제조된 고분자막에 대하여 시간에 따른 순수 물 투과도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
1 schematically shows a method for non-solvent-induced phase separation of a polymer membrane (a) and a chemical structure (b) of an amphiphilic branched copolymer of the present invention.
Figure 2 shows the FT-IR graph (a), 1H NMR analysis (b) and GPC analysis (c) results of the copolymers prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 of the present invention.
3 shows TEM results of the amphiphilic branched copolymers prepared in Example 1 (d), Example 2 (c), Example 3 (b) and Comparative Example 1 (a) of the present invention.
4 is a graph showing the results of DSC analysis (a) and TGA analysis (b) of the amphiphilic branched copolymers prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 of the present invention.
5 is a polymer membrane prepared in Comparative Example 2 (M1) (a), Comparative Example 3 (M2) (b), Example 4 (M3) (c), Comparative Example 4 (M4) (d) of the present invention. This is a cross-sectional SEM image.
6 is a polymer film prepared in Comparative Example 2 (M1) (a), Comparative Example 3 (M2) (b), Example 4 (M3) (c), Comparative Example 4 (M4) (d) of the present invention. This is a surface SEM image.
7 is a cross-sectional SEM image of the polymer membrane prepared in Comparative Example 4 (M4) (a), Comparative Example 5 (M5) (b), and Comparative Example 6 (M6) (c) of the present invention.
8 is a graph showing FT-IR results for polymer films prepared in Example 4 (M3) and Comparative Example 4 (M4) of the present invention.
9 (a) is an XRD analysis result of the polymer membrane prepared in Example 4 (iii) and Comparative Examples 2 to 4 (i, ii, v), (b) is Examples 4, 5 (i, iii), The results of XRD analysis of the polymer membranes prepared in Comparative Examples 4 and 5 (ii, v) are shown.
10 is a SAXS of the polymer film (a) prepared in Comparative Example 2 (NMP) and Comparative Example 3 (DMF) of the present invention and the polymer film (b) prepared in Example 4 (NMP) and Comparative Example 4 (DMF) of the present invention; It is a graph showing the analysis result.
11 shows the results of measuring the surface contact angle to water for the polymer membranes prepared in Examples 6 to 8 (b, c, d) and Comparative Example 7 (a) of the present invention.
12 is a graph showing the results of measuring pure water permeability over time for the polymer membranes prepared in Examples 6 to 8 (M8, M9, M10) and Comparative Example 7 (M7) of the present invention.

이하에서는 본 발명을 하나의 실시예로 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of one embodiment.

본 발명은 양친성 가지형 공중합체를 포함하는 고분자막, 상기 고분자막을 포함하는 기체 분리막, 상기 고분자막의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a polymer membrane comprising an amphiphilic branched copolymer, a gas separation membrane comprising the polymer membrane, and a method for manufacturing the polymer membrane.

앞서 설명한 바와 같이, 기존의 기체 분리막용 고분자막은 기공을 형성하기 위해 기공 형성제로 폴리에틸렌글리콜과 같은 첨가제를 사용하였으나, 폴리에틸콜글리콜의 분자량과 용량에 따라 막의 형태 및 구조가 달라져 이를 적용하는데 한계가 있었다. As described above, the existing polymer membranes for gas separation membranes use additives such as polyethylene glycol as pore formers to form pores, but the shape and structure of the membranes vary depending on the molecular weight and capacity of polyethylcolglycol, so there is a limit to its application. there was.

이에 본 발명에서는 소수성 고분자인 P(VDF-co-CTFE) 주쇄의 곁가지에 친수성 고분자인 비닐피리딘계 화합물 측쇄를 공중합하여 양친성 가교형 공중합체를 합성하고, 이를 고분자막에 적용함으로써 상기 양친성 가교형 공중합체의 자기조립성에 의해 막의 구조 및 기공 형태를 제어할 수 있다. 또한 상기 고분자막은 열적 및 화학적 안정성이 우수하고, 일정 간격으로 특정하게 정렬된 격자구조의 거대 기공을 형성하여 막의 친수성도, 기체 투과도 및 선택성을 현저하게 향상시킬 수 있다.Therefore, in the present invention, an amphiphilic crosslinking type copolymer is synthesized by copolymerizing a hydrophilic polymer vinylpyridine-based compound side chain with a side branch of a hydrophobic polymer P(VDF-co-CTFE) main chain, and applying it to a polymer membrane. The structure and pore shape of the membrane can be controlled by the self-assembly of the copolymer. In addition, the polymer membrane has excellent thermal and chemical stability, and can significantly improve the hydrophilicity, gas permeability and selectivity of the membrane by forming macropores of a lattice structure specifically arranged at regular intervals.

구체적으로 본 발명은 소수성 고분자 주쇄의 곁가지에 친수성 고분자 측쇄가 원자이동라디칼 중합에 의해 공중합된 양친성 가지형 공중합체를 포함하는 고분자막으로서, 상기 고분자막은 XRD 분석 결과, 2θ가 ④ 26° 내지 27° 범위 및 ⑤ 38° 내지 39° 범위에서 각각 제4 유효 피크 및 제5 유효 피크를 보이는 것을 특징으로 하는 고분자막을 제공한다.Specifically, the present invention is a polymer membrane comprising an amphiphilic branched copolymer in which a hydrophilic polymer side chain is copolymerized by atom transfer radical polymerization to a side branch of a hydrophobic polymer main chain, and the polymer membrane has an XRD analysis result, 2θ is ④ 26° to 27° It provides a polymer film, characterized in that it shows a fourth effective peak and a fifth effective peak, respectively, in the range and ⑤ 38° to 39° range.

상기 소수성 고분자는 폴리비닐리덴플루오라이드-코-클로로트리플루오로에틸렌(Poly(vinylidenefluoride-co-chlorotrifluoroethylene), P(VDF-co-CTFE))일 수 있다. 상기 폴리비닐리덴플루오라이드-코-클로로트리플루오로에틸렌 (Poly(vinylidenefluoride-co-chlorotrifluoroethylene), P(VDF-co-CTFE))은 화학적 및 열적으로 안정하고 훌륭한 기계적 강도를 가지는 고분자이다. 게다가 상기 CTFE 가지의 존재는 원자이동라디칼 중합(Atom transfer radical polymerization, ATRP) 합성법에 의해 다른 고분자 사슬을 결합시켜 가지형 공중합체를 형성하는 역할을 할 수 있다. The hydrophobic polymer may be polyvinylidenefluoride-co-chlorotrifluoroethylene (Poly(vinylidenefluoride-co-chlorotrifluoroethylene), P(VDF-co-CTFE)). The polyvinylidenefluoride-co-chlorotrifluoroethylene (Poly(vinylidenefluoride-co-chlorotrifluoroethylene), P(VDF-co-CTFE)) is a polymer that is chemically and thermally stable and has excellent mechanical strength. In addition, the presence of the CTFE branch may serve to form a branched copolymer by bonding other polymer chains by an atom transfer radical polymerization (ATRP) synthesis method.

상기 친수성 고분자는 비닐피리딘계 화합물로서 구체적인 예로는 2-비닐피리딘(2-vinylpyridine), 4-비닐피리딘(4-vinylpyridine) 또는 이들의 혼합물일 수 있고, 바람직하게는 2-비닐피리딘일 수 있다.The hydrophilic polymer is a vinylpyridine-based compound, and specific examples thereof may be 2-vinylpyridine, 4-vinylpyridine, or a mixture thereof, preferably 2-vinylpyridine.

상기 양친성 가지형 공중합체는 상기 소수성 고분자 주쇄 및 친수성 고분자 측쇄가 5:5 내지 7:3 중량비, 바람직하게는 6:4 내지 5:5 중량비, 가장 바람직하게는 5:5 중량비로 중합된 것일 수 있다. 이때, 상기 친수성 고분자 측쇄의 혼합비가 5 중량비 미만이면 더 이상의 향상된 고분자막의 미세상분리 효과를 기대할 수 없고, 반대로, 3 중량비 초과이면 고분자막의 미세상분리가 충분히 일어나지 않아 투과도가 급격하게 저하될 수 있다. The amphiphilic branched copolymer is one in which the hydrophobic polymer main chain and the hydrophilic polymer side chain are polymerized in a weight ratio of 5:5 to 7:3, preferably 6:4 to 5:5, and most preferably 5:5. can At this time, if the mixing ratio of the hydrophilic polymer side chains is less than 5 weight ratio, further improved microphase separation effect of the polymer membrane cannot be expected, and on the contrary, if it exceeds 3 weight ratio, the microphase separation of the polymer membrane does not sufficiently occur, and the transmittance may be rapidly reduced.

상기 양친성 가지형 공중합체는 수평균분자량(Mn)이 125,000 내지 200,000 g/mol이고, 분자량 분포도(PDI)가 1.5 내지 3일 수 있고, 바람직하게는 수평균분자량(Mn)이 130,000 내지 180,000 g/mol이고, 분자량 분포도(PDI) 1.6 내지 2.2일 수 있고, 더욱 바람직하게는 수평균분자량(Mn)이 140,000 내지 150,000 g/mol이고, 분자량 분포도(PDI)가 1.65 내지 1.8일 수 있으며, 가장 바람직하게는 수평균분자량(Mn)이 145,000 g/mol이고, 분자량 분포도(PDI)가 1.7일 수 있다.The amphiphilic branched copolymer may have a number average molecular weight (Mn) of 125,000 to 200,000 g/mol, a molecular weight distribution (PDI) of 1.5 to 3, and preferably a number average molecular weight (Mn) of 130,000 to 180,000 g /mol, and may have a molecular weight distribution (PDI) of 1.6 to 2.2, more preferably a number average molecular weight (Mn) of 140,000 to 150,000 g/mol, and a molecular weight distribution (PDI) of 1.65 to 1.8, most preferably Preferably, the number average molecular weight (Mn) may be 145,000 g/mol, and the molecular weight distribution (PDI) may be 1.7.

상기 양친성 가지형 공중합체는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다. The amphiphilic branched copolymer may be a compound represented by Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

(상기 화학식 1에서,(In Formula 1,

R1 내지 R4는 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 H, Cl,

Figure pat00002
및 탄소수 1 내지 20의 알킬기 중에서 선택되고,R 1 To R 4 Are the same as or different from each other, and each independently H, Cl,
Figure pat00002
and an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms;

x, y 및 z는 각 반복단위의 중합 몰비로서 100 : 10~15 : 20~80이고,x, y and z are 100: 10-15: 20-80 as a polymerization molar ratio of each repeating unit,

y'는 0 내지 10 의 정수이다.) y' is an integer from 0 to 10.)

바람직하게는 상기 화학식 1에서, R1 및 R2는 서로 상이하며, 각각 독립적으로 H, Cl 및

Figure pat00003
중에서 선택되고, R3 및 R4는 서로 동일하고, 각각 독립적으로 H이고, x, y 및 z는 각 반복단위의 중합 몰비로서 100 : 12~14 : 26~60이고, y'는 0 내지 1 의 정수일 수 있다. Preferably, in Formula 1, R 1 and R 2 are different from each other, and each independently H, Cl and
Figure pat00003
selected from, R 3 and R 4 are the same as each other, each independently H, x, y and z are 100: 12-14: 26-60 as a polymerization molar ratio of each repeating unit, and y' is 0-1 may be an integer of .

더욱 바람직하게는 상기 화학식 1에서, 상기 R1, R3 및 R4는 각각 H이고, 상기 R2가 Cl일 수 있거나, 상기 R1

Figure pat00004
이고, 상기 R2, R3 및 R4는 각각 H일 수 있다.More preferably, in Formula 1, R 1 , R 3 and R 4 are each H, and R 2 may be Cl, or R 1 is
Figure pat00004
and R 2 , R 3 , and R 4 may each be H.

가장 바람직하게는 상기 양친성 가지형 공중합체는 하기 화학식 1-1로 표시되는 화합물일 수 있다. Most preferably, the amphiphilic branched copolymer may be a compound represented by the following Chemical Formula 1-1.

[화학식 1-1][Formula 1-1]

Figure pat00005
Figure pat00005

(상기 화학식 1-1에서, x, y 및 z는 각 반복단위의 중합 몰비로서 100 : 13 : 40~60이다.)(In Formula 1-1, x, y and z are 100: 13: 40-60 as a polymerization molar ratio of each repeating unit.)

상기 양친성 가지형 공중합체는 폴리(비닐리덴 플로오라이드-코-클로로트리플루오로에틸렌)-g-폴리(2-비닐 피리딘)(poly(vinylidene fluoride-co-chlorotrifluoroethylene)-g-(poly(2-vinyl pyridine), (P(VDF-co-CTFE)-g-P2VP))일 수 있다.The amphiphilic branched copolymer is poly(vinylidene fluoride-co-chlorotrifluoroethylene)-g-poly(2-vinylpyridine)(poly(vinylidene fluoride-co-chlorotrifluoroethylene)-g-(poly( 2-vinyl pyridine), (P(VDF- co- CTFE)- g- P2VP)).

상기 양친성 가지형 공중합체는 FT-IR 분석 결과 1185 내지 1205 cm-1 의 파장수 범위, 바람직하게는 1197 cm-1의 파장수에서 C-F 결합에 해당하는 피크를 가지는 것일 수 있다.As a result of FT-IR analysis, the amphiphilic branched copolymer may have a peak corresponding to a CF bond in a wavelength range of 1185 to 1205 cm -1 , preferably 1197 cm -1 .

상기 양친성 가지형 공중합체는 소수성 고분자 주쇄의 경우 고분자막에 높은 기계적 강도, 열적 및 화학적 안정성을 부여할 수 있으며, 친수성 고분자 측쇄의 경우 고분자막에 친수성도, 기체 투과도 및 선택성의 기능성을 부여할 수 있다. 즉, 상기 양친성 가지형 공중합체는 소수성 고분자 주쇄의 곁가지에 친수성 고분자 측쇄가 그라프팅된 구조로 인해 자기조립성을 가질 수 있다. 이러한 자기조립성은 미세상분리가 일어나 막의 구조와 기공 형태를 제어할 수 있고, 열적 및 화학적 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한 상기 소수성 고분자 측쇄의 함량에 따라 막의 친수성도, 기체 투과도 및 선택성을 제어할 수 있다.The amphiphilic branched copolymer can impart high mechanical strength, thermal and chemical stability to the polymer membrane in the case of a hydrophobic polymer main chain, and hydrophilicity, gas permeability and selectivity to the polymer membrane in the case of a hydrophilic polymer side chain. . That is, the amphiphilic branched copolymer may have self-assembly properties due to a structure in which a hydrophilic polymer side chain is grafted onto a side branch of a hydrophobic polymer main chain. Such self-assembly can control the structure and pore shape of the membrane due to microphase separation, and improve thermal and chemical stability. In addition, the hydrophilicity, gas permeability and selectivity of the membrane can be controlled according to the content of the hydrophobic polymer side chain.

특히, 상기 고분자막은 제막 시 상기 양친성 가지형 공중합체를 N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 용매에 혼합하여야만 상기 공중합체와 NMP 용매 간의 강한 상호작용에 의해 특정하게 정렬된 격자구조의 거대 기공을 형성하고, XRD 분석 결과에서 2θ가 ④ 26° 내지 27° 범위 및 ⑤ 38° 내지 39° 범위에서 각각 제4 유효 피크 및 제5 유효 피크를 보일 수 있다. 상기 고분자막이 제4 유효 피크 및 제5 유효 피크들을 가질 때 기체 투과도 및 선택성을 현저히 향상시킬 수 있다.In particular, when forming the polymer film, the amphiphilic branched copolymer must be mixed with an N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) solvent to form a lattice structure specifically aligned by the strong interaction between the copolymer and the NMP solvent. Large pores are formed, and in the XRD analysis result, 2θ may show a fourth effective peak and a fifth effective peak in the range of ④ 26° to 27° and ⑤ in the range of 38° to 39°, respectively. When the polymer film has a fourth effective peak and a fifth effective peak, gas permeability and selectivity may be remarkably improved.

또한 상기 고분자막은 제막 시 상기 NMP 용매의 선택적 사용뿐만 아니라 상기 양친성 가지형 공중합체 및 불소계 고분자의 특정 혼합비율과 비용매 유도 상분리 방법 조건을 추가로 모두 만족하는 경우 XRD 분석 결과에서 2θ가 ① 17° 내지 18° 범위, ② 18.2° 내지 19° 범위 및 ③ 20° 내지 21° 범위에서 각각 제1 유효 피크, 제2 유효 피크 및 제3 유효 피크를 더 보일 수 있다. In addition, when the polymer membrane additionally satisfies all of the conditions for the specific mixing ratio of the amphiphilic branched copolymer and the fluorine-based polymer and the non-solvent-induced phase separation method as well as the selective use of the NMP solvent during film formation, in the XRD analysis result, 2θ is ① 17 A first effective peak, a second effective peak, and a third effective peak may be further seen in the range of ° to 18°, ② in the range of 18.2° to 19°, and ③ in the range of 20° to 21°, respectively.

이러한 유효 피크들에 대하여 바람직하게는 상기 (제1 유효 피크)/(제2 유효 피크)의 세기(intensity) 비율은 0.9 내지 1.1이고, 상기 (제2 유효 피크)/(제3 유효 피크)의 세기 비율은 0.5 내지 0.8이며, 상기 (제3 유효 피크)/(제4 유효 피크)의 세기 비율은 4.1 내지 5.5이고, 상기 (제4 유효 피크)/(제5 유효 피크)의 세기 비율은 0.9 내지 1.3일 수 있다. For these effective peaks, preferably the intensity ratio of (first effective peak)/(second effective peak) is 0.9 to 1.1, and the ratio of the (second effective peak)/(third effective peak) is The intensity ratio is 0.5 to 0.8, the intensity ratio of the (third effective peak)/(the fourth effective peak) is 4.1 to 5.5, and the intensity ratio of the (4th effective peak)/(the fifth effective peak) is 0.9 to 1.3.

즉, 상기 고분자막은 XRD 분석 결과에서 이러한 유효 피크들 및 세기 비율들을 보이는 결정 구조를 가지는 경우, 상기 실시예 또는 비교예 등에는 명시적으로 기재하지 않았지만 막의 기계적 물성을 크게 향상시켜 100 시간 이상의 장시간 사용이 가능하며, 200 ℃의 고온에서도 열 안정성이 우수한 이점이 있다.That is, when the polymer film has a crystal structure showing such effective peaks and intensity ratios in the XRD analysis result, although not explicitly described in the Examples or Comparative Examples, the mechanical properties of the film are greatly improved and used for a long time of 100 hours or more This is possible, and there is an advantage of excellent thermal stability even at a high temperature of 200 °C.

상기 고분자막은 두께가 30 내지 200 ㎛, 바람직하게는 40 내지 180 ㎛, 더욱 바람직하게는 50 내지 150 ㎛, 가장 바람직하게는 60 내지 120 ㎛일 수 있다. 상기 고분자막의 두께가 30 ㎛ 미만이면, 막 두께가 너무 얇아 기계적 물성이 저하될 수 있으며 장시간 사용이 어려울 수 있다. 반대로 200 ㎛ 초과이면 기체 분리막의 총 두께가 너무 두꺼워져 기체 분리성능이 오히려 저하될 수 있다. The polymer film may have a thickness of 30 to 200 μm, preferably 40 to 180 μm, more preferably 50 to 150 μm, and most preferably 60 to 120 μm. If the thickness of the polymer film is less than 30 μm, mechanical properties may be deteriorated because the film thickness is too thin, and it may be difficult to use for a long time. Conversely, if it exceeds 200 μm, the total thickness of the gas separation membrane may become too thick, and the gas separation performance may be rather deteriorated.

상기 고분자막은 기체 분리막용, 수처리막용, 이온성 전해질막용 또는 이온교환막용일 수 있고, 바람직하게는 기체 분리막용 또는 수처리막용일 수 있다.The polymer membrane may be for a gas separation membrane, for a water treatment membrane, for an ionic electrolyte membrane, or for an ion exchange membrane, preferably for a gas separation membrane or for a water treatment membrane.

한편, 본 발명은 상기 고분자막을 포함하는 기체 분리막을 제공한다.Meanwhile, the present invention provides a gas separation membrane including the polymer membrane.

상기 기체 분리막은 이산화탄소, 질소 및 메탄 중에서 선택된 1종 이상의 기체를 분리하는 것일 수 있다.The gas separation membrane may separate one or more gases selected from carbon dioxide, nitrogen, and methane.

상기 기체 분리막은 질소(N2) 투과도가 3 x 104 내지 8 x 104 GPU, 바람직하게는 5 x 104 내지 7 x 104 GPU, 가장 바람직하게는 6.2 x 104 GPU일 수 있다.The gas separation membrane may have a nitrogen (N 2 ) permeability of 3 x 10 4 to 8 x 10 4 GPU, preferably 5 x 10 4 to 7 x 10 4 GPU, and most preferably 6.2 x 10 4 GPU.

또한, 본 발명은 상기 기체 분리막을 포함하는 기체 분리 장치를 제공한다.In addition, the present invention provides a gas separation device including the gas separation membrane.

또한, 본 발명은 상기 기체 분리막을 포함하는 기체 포집 장치를 제공한다.In addition, the present invention provides a gas collection device including the gas separation membrane.

또한, 본 발명은 제1 유기용매에 소수성 고분자, 친수성 고분자, 촉매 및 중합개시제를 투입하여 원자이동라디칼 중합에 의해 공중합시켜 양친성 가지형 공중합체를 제조하는 단계; 제2 유기용매에 불소계 고분자 및 상기 양친성 가지형 공중합체를 용해시켜 고분자 캐스팅 용액을 제조하는 단계; 및 상기 고분자 캐스팅 용액을 기재에 도포한 후 비용매 유도 상분리 방법에 의해 고분자막을 제조하는 단계;를 포함하는 고분자막의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of preparing an amphiphilic branched copolymer by adding a hydrophobic polymer, a hydrophilic polymer, a catalyst and a polymerization initiator to a first organic solvent and copolymerizing by atom transfer radical polymerization; preparing a polymer casting solution by dissolving a fluorine-based polymer and the amphiphilic branched copolymer in a second organic solvent; And after applying the polymer casting solution to the substrate, preparing a polymer film by a non-solvent induced phase separation method; provides a method for producing a polymer film comprising a.

상기 제1 유기용매는 N-메틸-2-피롤리돈(N-Methyl-2-pyrrolidinone, NMP), 디메틸설폭사이드(DMSO), 디메틸아세트아마이드(DMAc), 디메틸포름아미드(DMF) 및 테트라하이드로퓨란(THF)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는 상기 제1 유기용매는 N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸포름아미드 또는 이들의 혼합물일 수 있고, 가장 바람직하게는 N-메틸-2-피롤리돈일 수 있다.The first organic solvent is N-methyl-2-pyrrolidinone (N-Methyl-2-pyrrolidinone, NMP), dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethylacetamide (DMAc), dimethylformamide (DMF) and tetrahydro It may be one or more selected from the group consisting of furan (THF), but is not limited thereto. Preferably, the first organic solvent may be N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylformamide or a mixture thereof, and most preferably N-methyl-2-pyrrolidone.

상기 양친성 가지형 공중합체를 제조하는 단계는 상기 소수성 고분자 및 친수성 고분자를 5:5 내지 7:3 중량비, 바람직하게는 6:4 내지 5:5 중량비, 가장 바람직하게는 5:5 중량비로 중합하는 것일 수 있다.In the step of preparing the amphiphilic branched copolymer, the hydrophobic polymer and the hydrophilic polymer are polymerized in a weight ratio of 5:5 to 7:3, preferably 6:4 to 5:5, most preferably 5:5 by weight. may be doing

상기 촉매는 CuCl, CuCl2, CuBr 및 CuBr2로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 바람직하게는 CuCl일 수 있다.The catalyst may be at least one selected from the group consisting of CuCl, CuCl 2 , CuBr and CuBr 2 , preferably CuCl.

상기 중합개시제는 1,1,4,7,10,10-헥사메틸렌트리에틸렌테트라민(1,1,4,7,10,10-Hexamethyltriethylenetetramine, HMTETA), N,N,N',N', N''-펜타페틸 디에틸렌트리아민(N,N,N',N', N''-pentamethyl diethylenetriamine, PMDETA), 4,4'-디메틸-2,2'-디피리딜(4,4'-dimethyl-2,2'-dipyridyl, DMDP), 트리스(2-아미노에틸)아민(tris(2-aminoethyl)amine, TRE), 트리스(2-디메틸아미노에틸)아민(tris(2-dimethylaminoethyl)amine, Me6-TREN), 2,2'-바이피(바이피리딘)(2,2'-Bipy(Bipyridine), N,N,N',N-테트라메틸에틸렌디아민(N,N,N',N-Tetramethylethylenediamine, TMEDA) 및 1,4,8,11-테트라아자사이클로테트라데칸(1,4,8,11-tetraazacyclotetradecane, Me4-Cyclam)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 바람직하게는 상기 중합개시제는 HMTETA, PMDETA 또는 이들의 혼합물일 수 이고, 가장 바람직하게는 HMTETA일 수 있다. The polymerization initiator is 1,1,4,7,10,10-hexamethylenetriethylenetetramine (1,1,4,7,10,10-Hexamethyltriethylenetetramine, HMTETA), N,N,N',N', N''-pentamethyl diethylenetriamine (N,N,N',N', N''-pentamethyl diethylenetriamine, PMDETA), 4,4'-dimethyl-2,2'-dipyridyl (4,4 '-dimethyl-2,2'-dipyridyl, DMDP), tris(2-aminoethyl)amine (TRE), tris(2-dimethylaminoethyl)amine (tris(2-dimethylaminoethyl) amine, Me6-TREN), 2,2'-Bipy (Bipyridine), N,N,N',N-tetramethylethylenediamine (N,N,N', It may be at least one selected from the group consisting of N-Tetramethylethylenediamine, TMEDA) and 1,4,8,11-tetraazacyclotetradecane (1,4,8,11-tetraazacyclotetradecane, Me4-Cyclam). The polymerization initiator may be HMTETA, PMDETA, or a mixture thereof, and most preferably HMTETA.

상기 양친성 가지형 공중합체를 제조하는 단계는 70 내지 110 ℃에서 10 내지 30 시간, 바람직하게는 80 내지 100 ℃에서 18 내지 22 시간, 가장 바람직하게는 90 ℃에서 20 시간 동안 원자이동라디칼 중합(atom transfer radical polymerization, ATRP)시키는 것일 수 있다. 이때, 상기 중합온도가 70 ℃ 미만이거나, 중합시간이 10 시간 미만이면 상기 소수성 고분자 및 친수성 고분자간의 가교 결합이 충분히 이루어지지 않을 수 있고, 반대로 중합온도가 110 ℃ 초과이거나, 중합시간이 30 시간 초과이면 가교 결합이 과도하게 일어나 수득된 양친성 가지형 공중합체의 열적 및 화학적 안정성이 저하될 수 있다. In the step of preparing the amphiphilic branched copolymer, atom transfer radical polymerization ( atom transfer radical polymerization (ATRP). At this time, if the polymerization temperature is less than 70 ℃ or the polymerization time is less than 10 hours, cross-linking between the hydrophobic polymer and the hydrophilic polymer may not be sufficiently achieved. If the crosslinking occurs excessively, the thermal and chemical stability of the obtained amphiphilic branched copolymer may be deteriorated.

상기 양친성 가지형 공중합체를 제조하는 단계는 소수성 고분자 주쇄 및 친수성 고분자 측쇄가 원자이동라디칼 중합 반응을 통하여 양친성 고분자를 형성하게 되어 나노단위의 자기조립성을 가질 수 있다. In the step of preparing the amphiphilic branched copolymer, the hydrophobic polymer main chain and the hydrophilic polymer side chain form an amphiphilic polymer through an atom transfer radical polymerization reaction, so that it can have nano-unit self-assembly.

상기 제2 유기용매는 N-메틸-2-피롤리돈(N-Methyl-2-pyrrolidinone, NMP)일 수 있다. 특히, 상기 NMP 용매는 고분자막의 구조를 제어하고 기공을 형성하는데 중요한 역할을 할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 제2 유기용매로 NMP 용매를 사용할 경우 기존의 디메틸포름아미드(DMF) 용매와 달리 상기 양친성 가지형 공중합체와 상기 NMP 용매 간의 강한 상호작용에 의해 고분자막의 표면에 일정 간격으로 특정하게 정렬된 격자구조의 거대 기공을 형성하여 막의 친수성도, 기체 투과도 및 선택성을 현저히 향상시킬 수 있다. 만일, 상기 제2 유기용매로 디메틸포름아미드(DMF) 용매를 사용할 경우 고분자막에 거대 기공이 불규칙하게 형성되어 막의 구조 및 기공 형태를 제어하는 것이 어려운 문제가 있다. The second organic solvent may be N-methyl-2-pyrrolidinone (N-Methyl-2-pyrrolidinone, NMP). In particular, the NMP solvent may play an important role in controlling the structure of the polymer membrane and forming pores. As described above, when the NMP solvent is used as the second organic solvent, there is a certain gap on the surface of the polymer membrane due to the strong interaction between the amphiphilic branched copolymer and the NMP solvent, unlike the conventional dimethylformamide (DMF) solvent. It is possible to significantly improve the hydrophilicity, gas permeability and selectivity of the membrane by forming macropores of a specifically ordered lattice structure. If dimethylformamide (DMF) solvent is used as the second organic solvent, macropores are irregularly formed in the polymer membrane, so that it is difficult to control the structure and pore shape of the membrane.

상기 불소계 고분자는 폴리(비닐리덴 플루오라이드-코-클로로트리플루오로에틸렌)(poly(vinylidene fluoride-co-chlorotrifluoroethylene, P(VDF-co-CTFE))일 수 있다. 상기한 바와 같이, 상기 P(VDF-co-CTFE) 고분자는 일반적으로 지지체로 사용되는 폴리설폰(polysulfone)과 폴리에테르설폰(polyethersulfone)과 같은 고분자들보다 높은 화학적 및 열적 안정성을 가지며, 기계적 강도가 우수한 이점이 있다.The fluorine-based polymer may be poly(vinylidene fluoride-co-chlorotrifluoroethylene, P(VDF- co -CTFE)). As described above, the P( VDF- co -CTFE) polymers have higher chemical and thermal stability than polymers such as polysulfone and polyethersulfone, which are generally used as supports, and have excellent mechanical strength.

상기 고분자 캐스팅 용액은 불소계 고분자 및 상기 양친성 가지형 공중합체를 9.5:0.5 내지 6:4 중량비, 바람직하게는 9:1 내지 7:3 중량비, 더욱 바람직하게는 9:1 내지 8:2 중량비, 가장 바람직하게는 9:1 중량비로 혼합할 수 있다. 이때, 상기 양친성 가지형 공중합체의 혼합비가 0.5 중량비 미만이면 고분자막의 구조 및 기공 형태를 제어하는 것이 어려울 수 있고, 반대로 4 중량비 초과이면 더 이상의 향상된 막의 자가조립성 효과를 기대할 수 없다.The polymer casting solution contains the fluorine-based polymer and the amphiphilic branched copolymer in a weight ratio of 9.5:0.5 to 6:4, preferably 9:1 to 7:3 by weight, more preferably 9:1 to 8:2 by weight, Most preferably, it may be mixed in a 9:1 weight ratio. At this time, if the mixing ratio of the amphiphilic branched copolymer is less than 0.5 weight ratio, it may be difficult to control the structure and pore shape of the polymer membrane.

상기 고분자막을 제조하는 단계에서 비용매 유도 상분리(non-solvent induced phase separation, NIPS) 방법은 고분자를 용해시킬 수 있는 용매에 고분자를 용해시켜 양용매(good solvent)와 비용매(non solvent)가 고분자 용액 내에서 상호교환이 이루어짐으로써 액체-고체 상분리 및 고화를 유도하여 다공성을 갖는 고분자막을 형성할 수 있다. In the step of preparing the polymer membrane, a non-solvent induced phase separation (NIPS) method dissolves a polymer in a solvent capable of dissolving the polymer so that a good solvent and a non-solvent are polymers. The mutual exchange in the solution induces liquid-solid phase separation and solidification to form a porous polymer membrane.

도 1은 본 발명의 고분자막의 비용매 유도 상분리 방법(a) 및 양친성 가지형 공중합체의 화학구조(b)를 계략적으로 나타낸 것이다. 상기 도 1의 (a)를 참조하면, 상기 고분자 캐스팅 용액을 양용매 및 비용매의 상호 교환에 의한 비용매 유도 상분리 방법으로 고분자막을 형성하는 것을 과정을 보여준다. 또한, 상기 (b)는 양친성 가지형 공중합체의 화학구조를 나타낸 것으로 소수성을 갖는 고분자 주쇄의 곁가지에 친수성을 갖는 고분자 측쇄가 공중합된 구조를 보여준다.1 schematically shows a method for non-solvent-induced phase separation of a polymer membrane (a) and a chemical structure (b) of an amphiphilic branched copolymer of the present invention. Referring to FIG. 1 (a), it shows a process of forming a polymer film by a non-solvent-induced phase separation method by mutual exchange of a good solvent and a non-solvent in the polymer casting solution. In addition, (b) shows the chemical structure of the amphiphilic branched copolymer, and shows a structure in which a hydrophilic polymer side chain is copolymerized with a hydrophobic polymer main chain side branch.

특히, 하기 실시예 또는 비교예 등에는 명시적으로 기재하지는 않았지만, 본 발명에 따른 고분자막의 제조방법에 있어서, 제1 유기용매의 종류, 소수성 고분자 및 친수성 고분자의 종류와 혼합비, 촉매 및 중합개시제의 종류, 공중합체의 중합온도 및 시간, 제2 유기용매 및 불소계 고분자의 종류, 고분자 캐스팅 용액의 혼합비 조건을 달리하여 제조된 고분자막을 기체 분리막에 적용한 후 1~10 bar 압력 조건에서 200 시간 동안 이산화탄소(CO2) 투과도, 질소(N2) 투과도, 이산화탄소/질소(CO2/N2) 선택도 및 이산화탄소/메탄(CO2/CH4) 선택도를 평가하였다.In particular, although not explicitly described in the following Examples or Comparative Examples, in the method for producing a polymer membrane according to the present invention, the type of the first organic solvent, the type and mixing ratio of the hydrophobic polymer and the hydrophilic polymer, the catalyst and the polymerization initiator Carbon dioxide ( CO 2 ) permeability, nitrogen (N 2 ) permeability, carbon dioxide/nitrogen (CO 2 /N 2 ) selectivity and carbon dioxide/methane (CO 2 /CH 4 ) selectivity were evaluated.

그 결과, 다른 조건 및 다른 수치 범위에서와는 달리, 아래 조건을 모두 만족하였을 때 기존의 분리막과는 달리 모든 압력 범위에서 우수한 기체 분리성능(투과도 및 선택도)을 오랫동안 지속하는 것을 확인하였다. As a result, it was confirmed that, unlike in other conditions and different numerical ranges, when all of the following conditions were satisfied, excellent gas separation performance (permeability and selectivity) was maintained for a long time in all pressure ranges, unlike conventional membranes.

① 상기 제1 유기용매는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)이고, ② 상기 소수성 고분자는 폴리비닐리덴플루오라이드-코-클로로트리플루오로에틸렌(P(VDF-co-CTFE))이고, ③ 상기 친수성 고분자는 2-비닐피리딘이고, ④ 상기 양친성 가지형 공중합체를 제조하는 단계는 상기 소수성 고분자 및 친수성 고분자를 6:4 내지 5:5 중량비로 중합하는 것이고, ⑤ 상기 촉매는 CuCl이고, ⑥ 상기 중합개시제는 1,1,4,7,10,10-헥사메틸렌트리에틸렌테트라민(HMTETA)이고, ⑦ 상기 양친성 가지형 공중합체를 제조하는 단계는 80 내지 100 ℃에서 18 내지 22 시간 동안 원자이동라디칼 중합시키는 것이고, ⑧ 상기 제2 유기용매는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)이고, ⑨ 상기 불소계 고분자는 폴리(비닐리덴 플루오라이드-코-클로로트리플루오로에틸렌)(P(VDF-co-CTFE))이고, ⑩ 상기 고분자 캐스팅 용액은 불소계 고분자 및 상기 양친성 가지형 공중합체를 9:1 내지 8:2 중량비로 혼합할 수 있다.① The first organic solvent is N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), ② The hydrophobic polymer is polyvinylidene fluoride-co-chlorotrifluoroethylene (P(VDF-co-CTFE)) , ③ the hydrophilic polymer is 2-vinylpyridine, ④ preparing the amphiphilic branched copolymer is to polymerize the hydrophobic polymer and the hydrophilic polymer in a weight ratio of 6:4 to 5:5, ⑤ the catalyst is CuCl , ⑥ the polymerization initiator is 1,1,4,7,10,10-hexamethylenetriethylenetetramine (HMTETA), ⑦ the step of preparing the amphiphilic branched copolymer is 18 to 100 ℃ at 80 to 100 ℃ Atom transfer radical polymerization for 22 hours, ⑧ the second organic solvent is N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), ⑨ the fluorine-based polymer is poly(vinylidene fluoride-co-chlorotrifluoroethylene) ) (P(VDF- co -CTFE)), and ⑩ the polymer casting solution may be mixed with a fluorine-based polymer and the amphiphilic branched copolymer in a weight ratio of 9:1 to 8:2.

다만, 상기 10가지 조건 중 어느 하나라도 충족되지 않는 경우에는 압력이 증가할수록 기체 분리성능이 급격하게 저하되었으며, 기체 분리성능이 장시간 지속되지도 못하였다.However, when any one of the ten conditions was not satisfied, the gas separation performance was abruptly deteriorated as the pressure increased, and the gas separation performance did not last for a long time either.

이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 구체적으로 설명하겠는 바, 본 발명이 다음 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited by the following examples.

실시예 1: P(VDF-Example 1: P(VDF- coco -CTFE)--CTFE)- gg -P2VP(5:5) 공중합체의 제조Preparation of -P2VP(5:5) copolymer

(1) P(VDF-co-CTFE)-g-P2VP 공중합체 합성(1) P(VDF- co -CTFE)- g -P2VP copolymer synthesis

[반응식 1][Scheme 1]

Figure pat00006
Figure pat00006

(상기 반응식 1에서, R1, R3 및 R4은 각각 H이고, R2는 Cl이며, x, y 및 z는 각 반복단위의 중합 몰비로서 100 : 13 : 60이고, y'은 0이다.)(In Scheme 1, R 1 , R 3 and R 4 are each H, R 2 is Cl, x, y and z are 100: 13: 60 as a polymerization molar ratio of each repeating unit, and y' is 0 .)

P(VDF-co-CTFE)와 2VP(2-vinylpyridine)를 각각 모노머로 사용하여 CTFE 사슬에 존재하는 염소기를 이용하여 원자이동라디칼 중합(Atom Transfer radical polymerization, ATRP)하여 P(VDF-co-CTFE)-g-P2VP를 합성하였다. 구체적으로 P(VDF-co-CTFE) 3 g을 70 ℃ 조건에서 50 mL의 NMP(N-Methyl pyrrolidone)에 용해시켰다. 균일한 용액이 만들어진 후, 2VP 3 g, CuCl 0.24 g 및 HMTETA(1,1,4,7,10,10- Hexamethyltriethylenetetramine) 0.66 mL를 넣고 고무마개로 플라스크를 밀봉하였다. 40분의 질소 퍼징 후, 90 ℃ 오일 배스에서 20 시간 동안 반응을 진행하였다. 반응이 끝난 결과물은 메탄올에 침전하였고 용액 속에 남아있는 미반응물을 제거하기 위해 NMP에 다시 녹인 뒤 메탄올에 재침전하였다. 이 과정을 3회 진행하였으며, 남은 용매 제거를 위해 진공오븐에서 건조하여 각 양친성 가지형 공중합체(P(VDF-co-CTFE)-g-P2VP(5:5) 공중합체)를 합성하였다.Using P(VDF- co -CTFE) and 2VP (2-vinylpyridine) as monomers, respectively, atom transfer radical polymerization (ATRP) using chlorine groups present in the CTFE chain was performed to P(VDF- co -CTFE). )- g -P2VP was synthesized. Specifically, 3 g of P(VDF- co -CTFE) was dissolved in 50 mL of NMP (N-Methyl pyrrolidone) at 70 °C. After a uniform solution was prepared, 2VP 3 g, CuCl 0.24 g, and HMTETA (1,1,4,7,10,10-Hexamethyltriethylenetetramine) 0.66 mL were added, and the flask was sealed with a rubber stopper. After purging with nitrogen for 40 minutes, the reaction was performed in an oil bath at 90° C. for 20 hours. After the reaction, the resultant was precipitated in methanol, and then re-dissolved in NMP to remove unreacted substances remaining in the solution and re-precipitated in methanol. This process was performed three times, and each amphiphilic branched copolymer (P(VDF- co -CTFE)- g -P2VP(5:5) copolymer) was synthesized by drying in a vacuum oven to remove the remaining solvent.

실시예 2, 3 및 비교예 1: P(VDF-Examples 2, 3 and Comparative Example 1: P (VDF- coco -CTFE)--CTFE)- gg -P2VP 공중합체의 제조-Preparation of P2VP copolymer

P(VDF-co-CTFE)와 2VP(2-vinylpyridine)를 각각 하기 표 1과 같은 중량비로 혼합한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 P(VDF-co-CTFE)-g-P2VP(x:y) 고분자막을 제조하였다. P(VDF- co -CTFE) -g was carried out in the same manner as in Example 1, except that P(VDF- co -CTFE) and 2VP(2-vinylpyridine) were respectively mixed in the weight ratio as shown in Table 1 below. -P2VP(x:y) polymer membrane was prepared.

구분division 2VP 투입량2VP dosage P(VDF-co-CTFE):P2VP 중량비P(VDF- co -CTFE):P2VP weight ratio 실시예 1
(P(VDF-co-CTFE)-g-P2VP(5:5))
Example 1
(P(VDF- co -CTFE)- g -P2VP(5:5))
3 g3 g 5:55:5
실시예 2
(P(VDF-co-CTFE)-g-P2VP(6:4))
Example 2
(P(VDF- co -CTFE)- g -P2VP(6:4))
2 g2 g 6:46:4
실시예 3
(P(VDF-co-CTFE)-g-P2VP(7:3))
Example 3
(P(VDF- co -CTFE)- g -P2VP(7:3))
1.3 g1.3 g 7:37:3
비교예 1
(P(VDF-co-CTFE))
Comparative Example 1
(P(VDF- co -CTFE))
-- 1:01:0

실시예 4 및 비교예 2~6: P(VDF-Example 4 and Comparative Examples 2 to 6: P (VDF- coco -CTFE)--CTFE)- gg -P2VP 고분자막 제조-P2VP polymer film production

다공성을 갖는 P(VDF-co-CTFE)-g-P2VP 고분자막은 비용매 유도 상분리(nonsolvent induced phase separation, NIPS)를 통하여 제조되었다. 하기 표 2와 같이, 70 ℃ 에서 양용매인 NMP 용매 또는 DMF 용매 3 mL 및 P(VDF-co-CTFE) 고분자와 상기 실시예 1의 P(VDF-co-CTFE)-g-P2VP(5:5) 공중합체를 하기 표 2의 중량비로 투입하여 고분자 용액을 준비하였다. 이때, 그 다음 상기 고분자 용액은 기포를 없애기 위해 1 시간 동안 상온에서 놓아둔 뒤, 200 ㎛ 닥터블레이드를 사용하여 유리판 위에 캐스팅하였다. 공기 중에 30초 동안 노출시킨 후, 상전이를 위해 고분자가 캐스팅된 유리판을 20 ℃ 비용매인 초순수 배스에 담갔다. 하루 동안 초순수 배스에 놓아둔 후에 유리판에서 떼어내어 두께가 60 내지 120 ㎛인 각각의 P(VDF-co-CTFE)-g-P2VP 고분자막은 수득하였다. 제조된 고분자막은 불순물 제거를 위해 하루 동안 초순수에 넣어 보관하였다가 건져 내었다.A porous P(VDF- co -CTFE) -g -P2VP polymer membrane was prepared through nonsolvent induced phase separation (NIPS). As shown in Table 2 below, 3 mL of NMP solvent or DMF solvent and P(VDF- co -CTFE) polymer and P(VDF- co -CTFE) -g -P2VP of Example 1 at 70 ° C. (5:5 ) copolymer was added in the weight ratio shown in Table 2 below to prepare a polymer solution. At this time, the polymer solution was then left at room temperature for 1 hour to eliminate air bubbles, and then cast on a glass plate using a 200 μm doctor blade. After exposure to air for 30 seconds, the glass plate on which the polymer was cast was immersed in a non-solvent, ultrapure water bath at 20° C. for phase transition. After being placed in an ultrapure water bath for one day, each P(VDF- co -CTFE) -g -P2VP polymer film having a thickness of 60 to 120 μm was obtained by removing it from the glass plate. The prepared polymer membrane was stored in ultrapure water for one day to remove impurities, and then retrieved.

구분division P(VDF-co-CTFE)(x), gP(VDF- co -CTFE)(x), g P(VDF-co-CTFE):P2VP(5:5)(y), gP(VDF- co -CTFE):P2VP(5:5)(y), g 중량비
(x:y)
weight ratio
(x:y)
비용매non-solvent 양용매good solvent
비교예 2(M1)Comparative Example 2 (M1) 0.750.75 -- 1:0
1:0
D.I. WaterD.I. Water NMPNMP
비교예 3(M2)Comparative Example 3 (M2) 0.750.75 -- 1:01:0 DMFDMF 실시예 4(M3)Example 4 (M3) 0.6750.675 0.0750.075 9:19:1 NMPNMP 비교예 4(M4)Comparative Example 4 (M4) 0.6750.675 0.0750.075 9:19:1 DMFDMF 실시예 5Example 5 0.60.6 0.150.15 8:28:2 NMPNMP 비교예 5(M5)Comparative Example 5 (M5) 0.60.6 0.150.15 8:28:2 DMFDMF 비교예 6(M6)Comparative Example 6 (M6) 0.5250.525 0.2250.225 7:37:3 DMFDMF

실험예 1: 양친성 가지형 공중합체의 조성, FT-IR, Experimental Example 1: Composition of the amphiphilic branched copolymer, FT-IR, 1One H NMR, GPC 및 TEM 분석H NMR, GPC and TEM analysis

상기 실시예 1~3 및 비교예 1에서 제조된 양친성 가지형 공중합체에 대하여 조성과 FT-IR(Fourier-transform infrared), 1H NMR, GPC(gel permeation chromatography) 및 TEM(transmission electron microscopy)을 이용하여 구조를 분석하였다. 그 결과는 표 3 및 도 2, 3에 나타내었다.Compositions and Fourier-transform infrared (FT-IR), 1 H NMR, gel permeation chromatography (GPC) and transmission electron microscopy (TEM) of the amphiphilic branched copolymers prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 was used to analyze the structure. The results are shown in Table 3 and FIGS. 2 and 3 .

도 2는 상기 실시예 1~3 및 비교예 1에서 제조된 공중합체의 FT-IR 그래프(a), 1H NMR 분석(b) 및 GPC 분석(c) 결과를 나타낸 것이다. 상기 도 2의 (a)를 참조하면, 상기 비교예 1(P(VDF-co-CTFE))의 경우 1178 cm-1 에서 강한 밴드가 관찰되었는데, 이는 C-F 결합의 신축 진동(stretching vibrations)에 기인한 것이다. 또한 1400 cm-1 에서 또 다른 강한 밴드가 관찰되었는데, 이는 P(VDF-co-CTFE) 주사슬의 C-H 결합에 의한 것이다. 2 shows FT-IR graphs (a), 1H NMR analysis (b), and GPC analysis (c) results of the copolymers prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1. FIG. Referring to (a) of FIG. 2, in the case of Comparative Example 1 (P(VDF- co -CTFE)), a strong band was observed at 1178 cm -1 , which is due to stretching vibrations of the CF bond. did it Another strong band was also observed at 1400 cm -1 , which is due to the CH bond of the P(VDF- co -CTFE) main chain.

반면에 상기 실시예 1(P(VDF-co-CTFE)-g-P2VP(5:5))의 경우 고분자 중합에 따라 P2VP 곁사슬의 방향족(aromatic) 그룹의 C-C 결합에 대한 신축 진동이 1591 cm-1 에서 관찰되었다. 상기 밴드는 2VP의 경우에 1586 cm-1에서 나타나지만 P(VDF-co-CTFE)-g-P2VP 공중합체로 중합된 후에는 1591 cm-1로 더 높은 파수(wavenumber)로 이동하게 되는데, 이는 근접한 2VP 그룹간의 특정 상호작용 때문이다. 이러한 FT-IR 그래프를 통해 P(VDF-co-CTFE)-g-P2VP 공중합체의 합성이 성공적으로 진행되었음을 확인하였다. 추가로 합성 중에 P2VP 단일 중합체가 생성되었을 수 있으나, 이는 침전 과정 중 메탄올에 녹아서 제거되었음을 알 수 있었다.On the other hand, in the case of Example 1 (P(VDF- co -CTFE) - g -P2VP(5:5)), the stretching vibration for the CC bond of the aromatic group of the P2VP side chain according to the polymer polymerization was 1591 cm- 1 was observed. The band appears at 1586 cm −1 in the case of 2VP, but shifts to a higher wavenumber at 1591 cm −1 after polymerization into P(VDF- co -CTFE) -g -P2VP copolymer, which is close to This is due to specific interactions between the 2VP groups. Through this FT-IR graph, it was confirmed that the synthesis of the P(VDF- co -CTFE) -g -P2VP copolymer was successfully performed. Additionally, P2VP homopolymer may have been generated during the synthesis, but it was found that it was removed by dissolving in methanol during the precipitation process.

또한 상기 도 2의 (b)를 살펴보면, 1H NMR을 통해 상기 실시예 1~3에서 제조된 P(VDF-co-CTFE)-g-P2VP 공중합체가 성공적으로 합성되었음을 확인하였다. 두 가지 다중신호가 2.2 ppm 내지 2.7 ppm 및 2.7 ppm 내지 3.2 ppm에서 관찰되었는데, 이는 P(VDF-co-CTFE) 주사슬에 존재하는 tail-tail(-CF2-CH2-CH2-CH2-)과 head-tail(-CF2-CH2-CF2-CH2-)에 각각 해당한다. 또한, 3.0 ppm 내지 3.3 ppm에서 나타나는 신호는 CTFE와 인접한 VDF의 -CF2-CH2-CFCl-CF2-에 기인한다. In addition, referring to FIG. 2(b), it was confirmed that the P(VDF- co -CTFE) -g -P2VP copolymers prepared in Examples 1 to 3 were successfully synthesized through 1 H NMR. Two multiple signals were observed at 2.2 ppm to 2.7 ppm and 2.7 ppm to 3.2 ppm, which are the tail-tail (-CF 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 ) present in the P(VDF- co -CTFE) main chain. -) and head-tail(-CF 2 -CH 2 -CF 2 -CH 2 -) respectively. In addition, the signal appearing at 3.0 ppm to 3.3 ppm is due to -CF 2 -CH 2 -CFCl-CF 2 - of the VDF adjacent to the CTFE.

또한, 6.5 ppm과 8.4 ppm에서 나타나는 두 가지 신호는 P(VDF-co-CTFE) 주사슬에 중합된 P2VP 곁사슬에 의해 나타나는 신호로 이 신호들은 P2VP 곁사슬의 피리딘 고리에 존재하는 수소에 의한 것이다. P2VP의 양이 증가할수록 상기 두 가지 신호는 점점 두드러지는 것을 확인하였다. 또한 P(VDF-co-CTFE) 주사슬에 해당하는 2.3 ppm과 2.9 ppm에서의 신호와 P2VP 곁사슬에 해당하는 6.5 ppm과 8.4 ppm에서의 신호의 면적을 적분하여 비교함으로써 P(VDF-co-CTFE)-g-P2VP의 조성을 구했으며, 하기 표 3에 정리하였다. In addition, the two signals appearing at 6.5 ppm and 8.4 ppm are signals displayed by the P2VP side chain polymerized on the P(VDF- co -CTFE) main chain, and these signals are due to hydrogen present in the pyridine ring of the P2VP side chain. As the amount of P2VP increased, it was confirmed that the two signals became more prominent. In addition, by integrating and comparing the area of the signal at 2.3 ppm and 2.9 ppm corresponding to the P(VDF- co -CTFE) main chain and the signal at 6.5 ppm and 8.4 ppm corresponding to the P2VP side chain, P(VDF- co -CTFE) )- g -P2VP composition was obtained and summarized in Table 3 below.

또한, 상기 도 2의 (c)는 상기 비교예 1(P(VDF-co-CTFE))과 실시예 1(P(VDF-co-CTFE)-g-P2VP(5:5))의 각 수평균분자량(number-average molecular weight, Mn) 및 분자량분포(polydispersity index, PDI)를 확인하기 위해 GPC를 사용하여 측정한 결과이다. 이를 살펴보면, 수평균분자량 및 분자량 분포 모두 P(VDF-co-CTFE)-g-P2VP에서 증가되었으며, 이는 ATRP를 통한 성공적인 고분자 중합을 의미한다.In addition, the number of each of Comparative Example 1 (P(VDF- co -CTFE)) and Example 1 (P(VDF- co -CTFE) -g -P2VP(5:5)) of FIG. It is the result of measurement using GPC to confirm the average molecular weight (number-average molecular weight, Mn) and molecular weight distribution (polydispersity index, PDI). Looking at this, both number average molecular weight and molecular weight distribution were increased in P(VDF- co -CTFE)- g -P2VP, indicating successful polymer polymerization through ATRP.

Figure pat00007
Figure pat00007

상기 표 3은 상기 도 2의 (b)를 참조하여 P(VDF-co-CTFE) 주사슬에 해당하는 2.3 ppm과 2.9 ppm 에서의 신호와 P2VP 곁사슬에 해당하는 6.5 ppm과 8.4 ppm에서의 신호의 면적을 적분하여 계산된 상기 실시예 1~3 및 비교예 1에서 제조된P(VDF-co-CTFE)-g-P2VP 공중합체의 조성을 나타낸 것이다. 이를 통해, 각각의 P(VDF-co-CTFE)-g-P2VP 공중합체에 대하여 x, y 및 z의 중합 몰비를 확인하였다. Table 3 shows the signals at 2.3 ppm and 2.9 ppm corresponding to the P(VDF- co -CTFE) main chain and 6.5 ppm and 8.4 ppm signals corresponding to the P2VP side chain with reference to FIG. 2(b). The composition of the P(VDF- co -CTFE) -g -P2VP copolymer prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 calculated by integrating the area is shown. Through this, the polymerization molar ratio of x, y and z was confirmed for each P(VDF- co -CTFE) -g -P2VP copolymer.

도 3은 상기 실시예 1(d), 실시예 2(c), 실시예 3(b) 및 비교예 1(a)에서 제조된 양친성 가지형 공중합체의 TEM 결과를 나타낸 것이다. 상기 도 3의 TEM 이미지에서 높은 전자 밀도를 가지는 영역은 어두운 반면에 낮은 전자 밀도를 가지는 영역은 밝게 나타난다. 상기 도 3을 참조하면, 상기 비교예 1(a)의 경우 상대적으로 덜 정렬된 구조가 관찰되었다. 반면에, 상기 실시예 1(d), 실시예 2(c) 및 실시예 3(b)의 경우 어두운 영역과 밝은 영역이 명확하게 대비된 나노구조를 나타냄을 확인하였다. P(VDF-co-CTFE) 주사슬에 중합된 P2VP 곁사슬의 양이 증가할수록 명확한 대비의 정렬된 나노구조가 형성되는데, 이는 소수성의 P(VDF-co-CTFE) 주사슬과 친수성의 P2VP 곁사슬에 의한 미세상분리가 일어나기 때문이다.3 shows TEM results of the amphiphilic branched copolymers prepared in Example 1(d), Example 2(c), Example 3(b) and Comparative Example 1(a). In the TEM image of FIG. 3 , a region having a high electron density is dark, while a region having a low electron density is bright. Referring to FIG. 3 , a relatively less aligned structure was observed in Comparative Example 1(a). On the other hand, in the case of Example 1 (d), Example 2 (c), and Example 3 (b), it was confirmed that the dark region and the bright region showed a clearly contrasted nanostructure. As the amount of polymerized P2VP side chains on the P(VDF- co -CTFE) main chain increases, a clear contrasting ordered nanostructure is formed, which is related to the hydrophobic P(VDF- co -CTFE) main chain and the hydrophilic P2VP side chain. This is because microphase separation occurs by

실험예 2: 양친성 가지형 공중합체의 DSC 및 TGA 분석Experimental Example 2: DSC and TGA analysis of amphiphilic branched copolymers

상기 실시예 1~3 및 비교예 1에서 제조된 양친성 가지형 공중합체에 대하여 DSC 및 TGA 분석을 실시하여 막의 구조 및 열적 특성을 분석하였다. 그 결과는 도 4에 나타내었다.DSC and TGA analysis was performed on the amphiphilic branched copolymers prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 to analyze the structure and thermal properties of the membrane. The results are shown in FIG. 4 .

도 4는 상기 실시예 1~3 및 비교예 1에서 제조된 양친성 가지형 공중합체의 DSC 분석(a) 및 TGA 분석(b) 결과를 나타낸 그래프이다. 상기 도 4의 (a)를 참조하면, 상기 비교예 1(P(VDF-co-CTFE))의 경우 92 ℃에서 큐리에 전이온도가 관찰되고, 166 ℃에서 용융점이 관찰됨을 확인하였다. 4 is a graph showing the results of DSC analysis (a) and TGA analysis (b) of the amphiphilic branched copolymers prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1. FIG. Referring to (a) of FIG. 4 , in the case of Comparative Example 1 (P(VDF- co -CTFE)), it was confirmed that the Curie transition temperature was observed at 92°C and the melting point was observed at 166°C.

반면에, 상기 실시예 1~3의 경우 그래프팅된 P2VP 사슬에 의해 88 ℃에서 강한 열전이 피크가 나타나는데, 이는 P2VP 사슬의 유리전이 온도에 기인한다. 이러한 결과는 소수성의 P(VDF-co-CTFE) 주사슬과 친수성의 P2VP 곁사슬로 인한 고분자의 양친성 성질로 인해 미세상분리 구조가 형성된다는 명백한 증거이다. 이로 인해 P(VDF-co-CTFE)-g-P2VP 공중합체의 합성이 성공적으로 이루어졌음을 확인할 수 있었다. 또한 P2VP 사슬에 의해 용융점이 166 ℃에서 170 ℃로 증가하였는데, 이는 고분자 중합으로 인해 합성 고분자의 열적 성질이 향상됨을 나타내었다. On the other hand, in the case of Examples 1 to 3, a strong thermal transition peak at 88° C. appears due to the grafted P2VP chain, which is due to the glass transition temperature of the P2VP chain. These results are clear evidence that a microphase-separated structure is formed due to the amphiphilic nature of the polymer due to the hydrophobic P(VDF- co -CTFE) main chain and the hydrophilic P2VP side chain. Due to this, it was confirmed that the synthesis of the P(VDF- co -CTFE) -g -P2VP copolymer was successful. In addition, the melting point was increased from 166 °C to 170 °C by the P2VP chain, indicating that the thermal properties of the synthetic polymer were improved due to polymer polymerization.

또한, 상기 도 4의 (b)를 참조하면, 상기 실시예 1(P(VDF-co-CTFE)-g-P2VP(5:5))의 경우 약 300 ℃까지 무게 손실을 보이지 않았다. 이러한 결과는 상기 P(VDF-co-CTFE)-g-P2VP 공중합체가 뛰어난 열적 안정성을 가지며, 동시에 높은 열적 성질을 요구하는 다양한 분야에 응용할 수 있음을 짐작할 수 있었다. In addition, referring to FIG. 4B , in the case of Example 1 (P(VDF- co -CTFE) -g -P2VP(5:5)), there was no weight loss up to about 300°C. These results suggest that the P(VDF- co -CTFE) -g -P2VP copolymer has excellent thermal stability and can be applied to various fields requiring high thermal properties at the same time.

실험예 3: 고분자막의 구조 분석Experimental Example 3: Structural Analysis of Polymer Membrane

상기 실시예 4 및 비교예 2~6에서 제조된 고분자막에 대하여 막의 구조를 SEM(scanning electron microscopy)을 이용하여 분석하였다. 그 결과는 도 5, 6 및 7에 나타내었다.The structures of the polymer films prepared in Example 4 and Comparative Examples 2 to 6 were analyzed using scanning electron microscopy (SEM). The results are shown in FIGS. 5, 6 and 7 .

도 5는 상기 비교예 2(M1)(a), 비교예 3(M2)(b), 실시예 4(M3)(c), 비교예 4(M4)(d)에서 제조된 고분자막의 단면 SEM 이미지이다. 상기 도 5를 참조하면, 제조된 각 고분자막들은 밀집되고 얇은 두께로 선택성을 갖게 하는 표면층과 finger-like 또는 spong-like 구조를 가지는 지지층으로 나뉘어져 형성되었다. 이러한 비대칭성 구조는 상전이 시에 비용매와 용매간의 교환에 의해서 형성된 것임을 알 수 있었다. 용매와 비용매간의 교환속도는 밀집된 상부 표면층이 표면에 형성된 이후에 느려지게 되고, 이어서 하부 지지층이 형성된 것을 확인하였다.5 is a cross-sectional SEM of the polymer membrane prepared in Comparative Example 2 (M1) (a), Comparative Example 3 (M2) (b), Example 4 (M3) (c), and Comparative Example 4 (M4) (d). It is an image. Referring to FIG. 5 , each of the prepared polymer films was formed by being divided into a dense and thin surface layer having selectivity and a support layer having a finger-like or spong-like structure. It was found that this asymmetric structure was formed by the exchange between the nonsolvent and the solvent during the phase transition. It was confirmed that the exchange rate between the solvent and the nonsolvent became slow after the dense upper surface layer was formed on the surface, and then the lower support layer was formed.

상기 도 5에서 순수 P(VDF-co-CTFE) 공중합체로 이루어진 고분자막인 상기 비교예 2(M1)(a) 및 비교예 3(M2)(b)를 비교하였을 때 NMP를 사용한 M1(a)에서 거대기공(macrovoid)이 더 발달된 것을 확인하였다. 막의 구조는 상전이 시 용매와 비용매간 교환속도에 의해 결정되기 때문에 용매와 비용매간의 상호작용에 의해 크게 좌우되었다. 더 나은 상호작용이 존재할수록 더 많은 거대기공이 형성되었다. 반면에, 상기 M2(b)의 경우 DMF 용매에서 고분자 사슬이 얽히게 되어 지연된 디믹싱(demixing)이 일어나 기공이 적게 형성되었다. In FIG. 5, when comparing Comparative Example 2 (M1) (a) and Comparative Example 3 (M2) (b), which are polymer films made of pure P (VDF- co -CTFE) copolymer, M1 (a) using NMP It was confirmed that macrovoids were more developed in Since the structure of the membrane is determined by the exchange rate between the solvent and the non-solvent during phase transition, it was largely influenced by the interaction between the solvent and the non-solvent. The better interactions existed, the more macropores formed. On the other hand, in the case of M2(b), the polymer chains were entangled in the DMF solvent, and delayed demixing occurred, so that fewer pores were formed.

이러한 결과에 대하여 한센 용해 인자는 상호작용의 정도를 수치적으로 제공하는데, 이는 용해도의 다른 물질간 용해도의 좋은 척도가 될 수 있다. 용해 인자는 다음과 같이 물(47.9 MPa1/2) >> DMF(24.9 MPa1/2) > NMP(23.0 MPa1/2)의 순서로 이루어진다. 용해 인자로 예측하였을 때, 물과 DMF의 상호작용이 물과 NMP와의 상호작용보다 크고, 용매와 비용매간 교환속도도 더 빨라서 DMF를 사용하여 제조한 막에서 더 많은 거대기공이 관찰될 것으로 예상하였다. 그러나 반대의 결과를 확인하였다. 즉, 고분자와 용매간 상호작용에 의해 예상과 다른 반대되는 결과가 나타난 것임을 알 수 있었다. P(VDF-co-CTFE)의 용해 인자는 유사한 고분자인 PVDF(17.5 MPa1/2)와 유사하다고 가정하면, NMP는 P(VDF-co-CTFE)와 좋은 상호작용을 가진다. 이에 따라 고분자 사슬은 NMP 용매에서 더 풀리고, 고도로 뻗은 상태로 존재하는데 이는 즉각적인 디믹싱이 일어나게 한다. For these results, the Hansen dissolution factor gives a numerical value of the degree of interaction, which can be a good measure of solubility between different substances. The dissolution factor consists of the following order of water (47.9 MPa 1/2 ) >> DMF (24.9 MPa 1/2 ) > NMP (23.0 MPa 1/2 ). When predicted as a dissolution factor, the interaction between water and DMF was greater than the interaction between water and NMP, and the exchange rate between solvent and nonsolvent was also faster, so it was expected that more macropores would be observed in the membrane prepared using DMF. . However, the opposite result was confirmed. In other words, it was found that the opposite result was different from the expected due to the interaction between the polymer and the solvent. Assuming that the dissolution factor of P(VDF- co -CTFE) is similar to that of PVDF (17.5 MPa 1/2 ), a similar polymer, NMP has good interaction with P(VDF- co -CTFE). As a result, the polymer chains are more unraveled in the NMP solvent and exist in a highly stretched state, which causes immediate demixing.

또한 상기 실시예 4(M3)(c)의 경우 많은 수의 거대기공을 가지는 finger-like 구조가 관찰되었다. 반면에 상기 비교예 4(M4)(d)에서는 거대기공이 감소된 sponge-like 구조가 관찰되었고 막의 하단부는 기공이 매우 적게 형성되었다. 이러한 단면적 구조의 차이는 두 가지 사실을 확인하였다. 첫째로, 상전이가 발생하는 동안 막의 구조는 용매의 영향을 크게 받는 것이다. 둘째로, 양친성 P(VDF-co-CTFE)-g-P2VP 공중합체의 도입은 정리가 잘된 다공성 finger-like 구조 발달을 촉진시키는데, 이는 P(VDF-co-CTFE)-g-P2VP 고분자의 자가조립성과 친수성에 의한 것임을 알 수 있었다. Also, in the case of Example 4(M3)(c), a finger-like structure having a large number of macropores was observed. On the other hand, in Comparative Example 4 (M4) (d), a sponge-like structure with reduced macropores was observed, and very few pores were formed at the lower end of the membrane. This difference in cross-sectional structure confirmed two facts. First, the structure of the membrane during the phase transition is greatly affected by the solvent. Second, the introduction of the amphiphilic P(VDF- co - CTFE ) -g - P2VP copolymer promotes the development of well-ordered porous finger-like structures, which It was found that it was due to self-assembly and hydrophilicity.

도 6은 상기 비교예 2(M1)(a), 비교예 3(M2)(b), 실시예 4(M3)(c), 비교예 4(M4)(d)에서 제조된 고분자막의 표면 SEM 이미지이다. 상기 도 6을 참조하면, 상기 도 5와 비슷한 결과를 얻었는데, 특히 P(VDF-co-CTFE)-g-P2VP 공중합체를 기공 형성을 위한 첨가제로 사용한 상기 실시예 4(M3)(c) 및 비교예 4(M4)(d)의 경우 P(VDF-co-CTFE)만을 단독 사용하여 제조한 상기 비교예 2(M1)(a) 및 비교예 3(M2)(b)에 비해 기공도가 증가된 것을 확인하였다. 이러한 결과는 양친성을 갖는 P(VDF-co-CTFE)-g-P2VP 공중합체의 자가조립성 및 친수성질이 기공 형성 에이전트로서 중요한 역할을 한다는 것을 나타낸다.6 is a surface SEM of the polymer film prepared in Comparative Example 2 (M1) (a), Comparative Example 3 (M2) (b), Example 4 (M3) (c), Comparative Example 4 (M4) (d). It is an image. Referring to FIG. 6, results similar to those of FIG. 5 were obtained, in particular, Example 4 (M3)(c) using P(VDF- co -CTFE) -g -P2VP copolymer as an additive for pore formation and Comparative Example 4 (M4) (d) compared to Comparative Example 2 (M1) (a) and Comparative Example 3 (M2) (b) prepared using only P (VDF- co -CTFE) was confirmed to be increased. These results indicate that the self-assembly and hydrophilicity of the amphiphilic P(VDF- co -CTFE) -g -P2VP copolymer play an important role as a pore-forming agent.

도 7은 상기 비교예 4(M4)(a), 비교예 5(M5)(b) 및 비교예 6(M6)(c)에서 제조된 고분자막의 단면 SEM 이미지이다. 상기 도 7을 참조하면, P(VDF-co-CTFE)-g-P2VP 공중합체의 함량이 증가할수록 거대기공이 많은 다공성 구조가 잘 발달되었다. 이러한 결과는 친수성을 가지는 P2VP 사슬로 인해 P(VDF-co-CTFE)-g-P2VP 공중합체가 양친성 성질을 갖게 되어 자가조립이 일어난다는 사실을 뒷받침해준다.7 is a cross-sectional SEM image of the polymer membrane prepared in Comparative Example 4 (M4) (a), Comparative Example 5 (M5) (b), and Comparative Example 6 (M6) (c). Referring to FIG. 7 , as the content of the P(VDF- co -CTFE) -g -P2VP copolymer increased, a porous structure with many macropores was well developed. These results support the fact that the P(VDF- co -CTFE) -g -P2VP copolymer has an amphiphilic property due to the hydrophilic P2VP chain and self-assembly occurs.

실험예 4: 고분자막의 FI-IR 분석Experimental Example 4: FI-IR analysis of polymer film

상기 실시예 4(M3) 및 비교예 4(M4)에서 제조된 고분자막에 대하여 FI-IR(Fourier-transform infrared)을 이용하여 구조를 분석하였으며, 그 결과는 도 8에 나타내었다.The structures of the polymer films prepared in Example 4 (M3) and Comparative Example 4 (M4) were analyzed using Fourier-transform infrared (FI-IR), and the results are shown in FIG. 8 .

도 8은 상기 실시예 4(M3) 및 비교예 4(M4)에서 제조된 고분자막에 대한 FT-IR 결과를 나타낸 그래프이다. 상기 도 8의 (a)를 참조하면, NMP 용매를 사용한 상기 실시예 4(M3)의 경우 특히 P(VDF-co-CTFE)의 C-F 결합에 의해 나타나는 1179 cm-1 밴드가 1197 cm-1 로 이동하는 것을 확인하였다. 이러한 밴드의 이동은 P(VDF-co-CTFE)-g-P2VP 공중합체와 NMP 용매간 강한 상호작용이 존재함을 나타내는 직접적인 지표이다. 반면에 상기 도 7의 (b)를 참조하면, DMF 용매를 사용하여 고분자막을 제조하였을 때, C-F 결합에 의한 밴드의 위치가 변하지 않는 것을 확인할 수 있는데 이는 P(VDF-co-CTFE)-g-P2VP와 DMF 용매간 상호작용이 약함을 의미한다. 8 is a graph showing FT-IR results for the polymer films prepared in Example 4 (M3) and Comparative Example 4 (M4). Referring to (a) of FIG. 8, in the case of Example 4 (M3) using the NMP solvent, the 1179 cm -1 band shown by the CF bond of P(VDF- co -CTFE) was 1197 cm -1 . movement was confirmed. This band shift is a direct indicator of the existence of a strong interaction between the P(VDF- co -CTFE) -g -P2VP copolymer and the NMP solvent. On the other hand, referring to (b) of FIG. 7, when the polymer membrane was prepared using the DMF solvent, it was confirmed that the position of the band due to the CF bond did not change, which was P(VDF- co -CTFE)- g - This means that the interaction between P2VP and DMF solvent is weak.

실험예 5: 고분자막의 XRD 분석Experimental Example 5: XRD analysis of polymer membrane

상기 실시예 4~5 및 비교예 2~5에서 제조된 각 고분자막에 대하여 XRD 분석을 실시하여 막의 구조적 특성을 분석하였으며, 그 결과는 도 9에 나타내었다.The structural characteristics of each polymer membrane prepared in Examples 4 to 5 and Comparative Examples 2 to 5 were analyzed by XRD analysis, and the results are shown in FIG. 9 .

도 9의 (a)는 실시예 4(ⅲ) 및 비교예 2~4(ⅰ, ⅱ, v)에서 제조된 고분자막의 XRD 분석 결과와 (b)는 실시예 4, 5(ⅰ, ⅲ), 비교예 4, 5(ⅱ, v)에서 제조된 고분자막의 XRD 분석 결과를 나타낸 것이다. 상기 도 9의 (a) 및 (b)를 참조하면, 모든 고분자막에서 용매에 상관없이 두 가지 피크(2θ = 17.9°, 20.0°)가 관찰되었는데, 이는 P(VDF-co-CTFE)의 밀러 지수(100) 및 (110)의 α-crystal면에 의해 나타났다. 두 가지 용매를 비교하였을 때, NMP 용매를 사용한 상기 도 9의 (a)에서 비교예 2(ⅰ), 실시예 4(ⅲ)와 상기 도 9의 (b)에서 실시예 4(ⅰ) 및 실시예 5(ⅲ)에서만 26.7o에서 특정한 피크가 나타나는데 이는 α(021)면에 기인한 것이다. 이러한 결과들은 NMP 용매를 사용한 경우에만 P(VDF-co-CTFE)와 P(VDF-co-CTFE)-g-P2VP 모두 특정한 결정 구조를 가진다는 사실을 의미한다. 이러한 피크들은 다양한 각도의 횡축과 사슬축의 무질서를 가지는 나선형 사슬의 유사 육방밀집 구조로 인해 나타난다. 9 (a) is an XRD analysis result of the polymer membrane prepared in Example 4 (iii) and Comparative Examples 2 to 4 (i, ii, v), (b) is Examples 4, 5 (i, iii), The results of XRD analysis of the polymer membranes prepared in Comparative Examples 4 and 5 (ii, v) are shown. Referring to (a) and (b) of FIG. 9, two peaks (2θ = 17.9°, 20.0°) were observed in all polymer films regardless of the solvent, which is the Miller index of P(VDF- co -CTFE). (100) and (110) indicated by the α-crystal plane. When comparing the two solvents, Comparative Example 2(i), Example 4(iii) and Example 4(i) in FIG. 9(a) using the NMP solvent and Example 4(i) in FIG. 9(b) Only in Example 5(iii), a specific peak at 26.7 o appears, which is due to the α(021) plane. These results imply that both P(VDF- co -CTFE) and P(VDF- co -CTFE) -g -P2VP have specific crystal structures only when NMP solvent is used. These peaks appear due to the pseudo-hexagonal dense structure of the helical chain with various angles of the transverse axis and the chain axis disorder.

또한, 38.84o에서의 피크는 P(VDF-co-CTFE)-g-P2VP 공중합체와 NMP 용매를 모두 사용하여 고분자막을 형성한 상기 (a)에서 실시예 4(ⅲ)와 상기 (b)의 실시예 4(ⅰ) 및 실시예 5(ⅲ)에서만 나타나는데, 이는 α-crystal면의 (002) 반사에 기인한다. 고분자의 디스페이싱은 Bragg 방정식을 사용하여 계산되었는데, 26.7o와 38.8o에서 나타나는 피크에 대하여 각각 3.34 ㅕ과 2.32 ㅕ의 값을 가진다. 이러한 결과는 양친성 P(VDF-co-CTFE)-g-P2VP 공중합체가 P(VDF-co-CTFE) 공중합체와는 다르게 특정한 결정 구조를 형성함을 의미한다.In addition, the peak at 38.84 o is the P (VDF- co -CTFE) - g -P2VP copolymer and the NMP solvent in Example 4 (iii) and (b) in (a) above to form a polymer film It appears only in Examples 4(i) and 5(iii), which is due to the (002) reflection of the α-crystal plane. Polymer dispacing was calculated using Bragg's equation, and the peaks at 26.7 o and 38.8 o have values of 3.34 ㅕ and 2.32 ㅕ, respectively. This result means that the amphiphilic P(VDF- co -CTFE) -g -P2VP copolymer forms a specific crystal structure differently from the P(VDF- co -CTFE) copolymer.

실험예 6: 고분자막의 SAXS 분석Experimental Example 6: SAXS analysis of polymer membrane

상기 실시예 4 및 비교예 2~4에서 제조된 고분자막에 대하여 SAXS 분석법을 실시하여 막의 미세구조를 분석하였다. 그 결과는 도 10에 나타내었다. SAXS 분석법은 나노단위의 밀집 구조를 확인하기 위한 유용한 분석법이다.The polymer membranes prepared in Example 4 and Comparative Examples 2 to 4 were subjected to SAXS analysis to analyze the microstructure of the membrane. The results are shown in FIG. 10 . The SAXS analysis method is a useful analysis method for confirming the dense structure of the nanoscale.

도 10은 상기 비교예 2(NMP) 및 비교예 3(DMF)에서 제조된 고분자막(a) 및 상기 실시예 4(NMP) 및 비교예 4(DMF)에서 제조된 고분자막(b)의 SAXS 분석 결과를 나타낸 그래프이다. 상기 도 10의 (a)를 참조하면, 상기 비교예 2(NMP) 및 비교예 3(DMF)의 고분자막은 모두 선명한 피크를 보이지 않았는데, 이는 용매 차이로 인한 고분자의 미세상분리 구조가 형성되지 않고 임의로 정렬된 구조를 가지는 것을 의미한다. 10 is a SAXS analysis result of the polymer film (a) prepared in Comparative Example 2 (NMP) and Comparative Example 3 (DMF) and the polymer film (b) prepared in Example 4 (NMP) and Comparative Example 4 (DMF) is a graph showing Referring to (a) of FIG. 10, the polymer membranes of Comparative Example 2 (NMP) and Comparative Example 3 (DMF) did not show a clear peak, which is due to the solvent difference. It means to have an ordered structure.

반면에 상기 도 10의 (b)를 참조하면, 상기 실시예 4(NMP)의 고분자막은 q = 0.3 nm-1 에서 넓은 피크가 나타났으며, 이러한 피크의 존재는 고분자 내에서 미세상분리 구조가 형성됨을 의미한다. 또한 Bragg 방정식을 사용하여 도메인간 평균 거리인 디스페이싱을 구한 결과, 20.9 nm의 값을 얻을 수 있었다. 이러한 SAXS 결과는 NMP 용매를 사용했을 경우에만 P(VDF-co-CTFE)-g-P2VP 공중합체를 사용한 고분자막 내에서 특정한 미세상분리 구조가 형성됨을 나타낸다. 이러한 결과는 앞서 언급한 도 8의 FT-IR 결과 및 도 9의 XRD 결과와도 일치하였다. On the other hand, referring to FIG. 10 (b), the polymer film of Example 4 (NMP) showed a broad peak at q = 0.3 nm -1 , and the presence of this peak formed a microphase-separated structure in the polymer. means In addition, as a result of obtaining dispacing, which is the average distance between domains, using the Bragg equation, a value of 20.9 nm was obtained. These SAXS results indicate that a specific microphase-separated structure is formed in the polymer membrane using the P(VDF- co -CTFE) -g -P2VP copolymer only when the NMP solvent is used. These results were also consistent with the aforementioned FT-IR results of FIG. 8 and the XRD results of FIG. 9 .

실험예 7: 고분자막의 물에 대한 표면 접촉각 및 투과도 분석Experimental Example 7: Analysis of surface contact angle and permeability of polymer membrane to water

상기 실시예 1에서 제조된 양친성 가교형 공중합체를 이용하여 하기 표 4의 구성과 실시예 2와 동일한 방법으로 비교예 7 및 실시예 6~8의 고분자막을 형성하였다. 각 고분자막에 대하여 막의 표면 친수성 및 물 투과성능을 확인하기 위해 물에 대한 표면 접촉각 및 투과도 분석을 실시하였으며, 그 결과는 표 4 및 도 11 및 12에 나타내었다.Polymer films of Comparative Examples 7 and 6 to 8 were formed in the same manner as in Table 4 and Example 2 using the amphiphilic cross-linked copolymer prepared in Example 1. For each polymer membrane, surface contact angle and permeability analysis for water were performed to confirm the surface hydrophilicity and water permeability of the membrane, and the results are shown in Table 4 and FIGS. 11 and 12 .

막의 표면 친수성은 투과 성능에 영향을 미치는 가장 중요한 특성 중에 하나이다. 막의 친수성은 대개 막의 표면에 물을 떨어뜨려 물과의 접촉각을 확인하는 방법으로 측정한다. 낮은 접촉각은 막의 표면이 친수성을 띄는 것을 의미한다. The surface hydrophilicity of the membrane is one of the most important properties affecting the permeation performance. The hydrophilicity of a membrane is usually measured by dropping water on the surface of the membrane and checking the contact angle with water. The low contact angle means that the surface of the membrane is hydrophilic.

도 11은 상기 실시예 6~8(b, c, d) 및 비교예 7(a)에서 제조된 고분자막에 대하여 물에 대한 표면 접촉각을 측정한 결과를 나타낸 것이다.11 shows the results of measuring the surface contact angle with respect to water for the polymer membranes prepared in Examples 6 to 8 (b, c, d) and Comparative Example 7 (a).

구분division P(VDF-co-CTFE)(x), gP(VDF- co -CTFE)(x), g P(VDF-co-CTFE):P2VP(5:5)(y), gP(VDF- co -CTFE):P2VP(5:5)(y), g 중량비
(x:y)
weight ratio
(x:y)
비용매non-solvent 양용매good solvent CA(ㅀ)CA (ㅀ)
비교예 7(M7)Comparative Example 7 (M7) 0.750.75 -- 1:0
1:0
D.I. WaterD.I. Water NMPNMP 88.088.0
실시예 6(M8)Example 6 (M8) 0.6750.675 0.0750.075 9:19:1 NMPNMP 87.387.3 실시예 7(M9)Example 7 (M9) 0.60.6 0.150.15 8:28:2 NMPNMP 80.880.8 실시예 8(M10)Example 8 (M10) 0.5250.525 0.2250.225 7:37:3 NMPNMP 78.478.4

상기 표 3 및 도 11은 고분자 용액의 조성과 접촉각 결과를 나타낸 것으로, 고분자막들의 접촉각은 각각 88.0o, 87.3o, 80.8o 및 78.4o로 측정되었다. 특히, 상기 실시예 6(M8)에서 상기 실시예 8(M10)로 갈수록 상기 P(VDF-co-CTFE)-g-P2VP 공중합체의 첨가량이 증가함에 따라 접촉각이 감소하였는데, 이는 P2VP의 비율이 증가함에 따른 친수성과 기공도를 증가시켰기 때문이다. 결과적으로 P2VP 곁사슬은 막 표면의 친수성을 강화시키는데 상당한 역할을 하는 것을 알 수 있었다.Table 3 and FIG. 11 show the results of the composition of the polymer solution and the contact angle, and the contact angles of the polymer films were measured to be 88.0 o , 87.3 o , 80.8 o and 78.4 o , respectively. In particular, the contact angle decreased as the amount of the P(VDF- co -CTFE) -g -P2VP copolymer increased from Example 6 (M8) to Example 8 (M10), which indicates that the ratio of P2VP was This is because the hydrophilicity and porosity increased with the increase. As a result, it was found that the P2VP side chain plays a significant role in enhancing the hydrophilicity of the membrane surface.

도 12는 상기 실시예 6~8(M8, M9, M10) 및 비교예 7(M7)에서 제조된 고분자막에 대하여 시간에 따른 순수 물 투과도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 상기 도 12를 참조하면, 순수 물 투과도는 기공크기, 기공도, 단면 구조, 친수성 등 막의 다양한 성질에 의해 영향을 받게 되는데 상기 실시예 6~8(M8, M9, M10) 및 비교예 7(M7)의 고분자막들은 60 분(min) 후 물 투과도가 57.2 L/m2ㅇhㅇbar에서 310.1 L/m2ㅇhㅇbar까지 증가하였는데, 이는 상기 비교예 7(M7)의 순수한 P(VDF-co-CTFE) 고분자막 보다 5.4 배 높은 투과도이다. 물 투과도의 증가는 앞서 언급한 TEM, SEM, FT-IR, XRD, SAXS 분석 등에 의해 증명된 P2VP 곁사슬과 NMP 용매간 상호작용에 의한 많은 수의 거대기공이 존재하는 잘 정렬된 기공구조 발달에 의한 것이다. 또한 P2VP 사슬의 도입은 막 표면의 친수성을 증가시켜 P(VDF-co-CTFE)-g-P2VP 공중합체의 첨가량이 증가할수록 물 투과도 또한 증가하였다. 12 is a graph showing the results of measuring pure water permeability over time for the polymer membranes prepared in Examples 6 to 8 (M8, M9, M10) and Comparative Example 7 (M7). 12, the pure water permeability is affected by various properties of the membrane, such as pore size, porosity, cross-sectional structure, and hydrophilicity. Examples 6 to 8 (M8, M9, M10) and Comparative Example 7 (M7) ) of the polymer membranes, the water permeability increased from 57.2 L/m 2 oh bar to 310.1 L/m 2 oh bar after 60 minutes (min), which is the pure P(VDF-) of Comparative Example 7 (M7). co -CTFE) has a transmittance that is 5.4 times higher than that of a polymer membrane. The increase in water permeability is due to the development of a well-ordered pore structure with a large number of macropores due to the interaction between the P2VP side chain and the NMP solvent, as demonstrated by the aforementioned TEM, SEM, FT-IR, XRD, and SAXS analysis. will be. In addition, the introduction of the P2VP chain increased the hydrophilicity of the membrane surface, and as the amount of P(VDF- co -CTFE) -g -P2VP copolymer increased, the water permeability also increased.

실험예 8: 고분자막의 NExperimental Example 8: N of polymer membrane 22 기체 투과도 분석 Gas Permeability Analysis

상기 실시예 4 및 비교예 2~4에서 제조된 고분자막에 대하여 기체 분리막으로의 활용 가능성을 평가하기 위해 25 ℃에서 막의 단일 N2 기체 투과도 분석을 실시하였으며, 그 결과는 표 5에 나타내었다.In order to evaluate the applicability of the polymer membranes prepared in Example 4 and Comparative Examples 2 to 4 as a gas separation membrane, a single N 2 gas permeability analysis of the membrane was performed at 25 ° C. The results are shown in Table 5.

Figure pat00008
Figure pat00008

상기 표 5의 결과에 의하면, NMP 용매를 사용하여 제조된 상기 비교예 2(M1)와 실시예 4(M3)가 DMF 용매를 사용하여 제조된 상기 비교예 3(M2)과 비교예 4(M4) 보다 상당히 높은 기체 투과도를 보여주는 것을 알 수 있는데, 이는 막의 구조 차이와 P(VDF-co-CTFE)-g-P2VP의 자기조립성에 기인한 것이다. 이는 상기 도 4 및 도 5에서 확인할 수 있듯이, M1과 M3의 경우 표면에 더 많은 기공과 거대기공이 발달된 finger-like 구조를 가지므로 이러한 구조가 기체 분자의 수송을 용이하게 해준다. According to the results in Table 5, Comparative Examples 2 (M1) and Example 4 (M3) prepared using an NMP solvent were prepared using a DMF solvent in Comparative Examples 3 (M2) and Comparative Example 4 (M4). ) , it can be seen that the gas permeability is significantly higher than that of the membrane. As can be seen in FIGS. 4 and 5, M1 and M3 have a finger-like structure with more pores and macropores on the surface, so this structure facilitates the transport of gas molecules.

반면에, 상기 비교예 3(M2)와 비교예 4(M4)의 경우에는 기공도가 낮고 sponge-like 구조가 관찰됨에 따라 기체 투과도가 현저하게 저조한 것을 알 수 있었다. 이를 통해 앞서 언급한 바와 같이 NMP 용매의 사용은 고분자 매트릭스에서 즉각적인 디믹싱(De-Mixing)이 일어나게 되어 잘 정렬되고 기공이 잘 형성된 구조가 만들어지게 된다. On the other hand, in the case of Comparative Example 3 (M2) and Comparative Example 4 (M4), it was found that the gas permeability was remarkably low as the porosity was low and a sponge-like structure was observed. Through this, as mentioned above, the use of the NMP solvent causes immediate de-mixing in the polymer matrix, resulting in a well-ordered and well-pore-formed structure.

특히, 상기 실시예 4(M3)의 경우, N2 기체 투과도가 6.2 x 104 GPU (1 GPU = 10-6 cm3 [STP]/[s cm2 cmHg])로 상용 폴리에테르설폰(polyethersulfone)과 폴리설폰(polysulfone) 지지체와 비등한 값을 보였다. 이는 상기 P(VDF-co-CTFE)-g-P2VP 공중합체가 상기 비교예 2(M1) 및 비교예 3(M2)의 P(VDF-co-CTFE) 고분자에 비해 높은 열적, 화학적 안정성을 보이고, N2 기체 투과도 또한 뛰어나기 때문에 기체 분리막용 고분자막으로 적용하는데 유망한 소재임을 알 수 있었다. In particular, in the case of Example 4 (M3), the N 2 gas permeability is 6.2 x 10 4 GPU (1 GPU = 10 -6 cm 3 [STP] / [s cm 2 cmHg]) commercial polyethersulfone (polyethersulfone) and polysulfone support showed comparable values. This shows that the P(VDF- co -CTFE) -g -P2VP copolymer has higher thermal and chemical stability than the P(VDF- co -CTFE) polymer of Comparative Examples 2 (M1) and Comparative Examples 3 (M2). , and N 2 gas permeability is also excellent, so it can be seen that it is a promising material for application as a polymer membrane for gas separation membranes.

Claims (27)

소수성 고분자 주쇄의 곁가지에 친수성 고분자 측쇄가 원자이동라디칼 중합에 의해 공중합된 양친성 가지형 공중합체를 포함하는 고분자막으로서,
상기 고분자막은 XRD 분석 결과, 2θ가 ④ 26° 내지 27° 범위 및 ⑤ 38° 내지 39° 범위에서 각각 제4 유효 피크 및 제5 유효 피크를 보이는 것을 특징으로 하는 고분자막.
A polymer membrane comprising an amphiphilic branched copolymer in which a hydrophilic polymer side chain is copolymerized by atom transfer radical polymerization to a side branch of a hydrophobic polymer main chain,
As a result of XRD analysis of the polymer film, the polymer film, characterized in that 2θ shows a fourth effective peak and a fifth effective peak in the range of ④ 26° to 27° and ⑤ in the range of 38° to 39°, respectively.
제1항에 있어서,
상기 소수성 고분자는 폴리비닐리덴플루오라이드-코-클로로트리플루오로에틸렌(Poly(vinylidenefluoride-co-chlorotrifluoroethylene), P(VDF-co-CTFE))인 것인 고분자막.
The method of claim 1,
The hydrophobic polymer is polyvinylidene fluoride-co-chlorotrifluoroethylene (Poly (vinylidenefluoride-co-chlorotrifluoroethylene), P (VDF-co-CTFE)) of the polymer membrane.
제1항에 있어서,
상기 친수성 고분자는 2-비닐피리딘(2-vinylpyridine), 4-비닐피리딘(4-vinylpyridine) 또는 이들의 혼합물인 것인 고분자막.
According to claim 1,
The hydrophilic polymer is a polymer membrane that is 2-vinylpyridine (2-vinylpyridine), 4-vinylpyridine (4-vinylpyridine) or a mixture thereof.
제1항에 있어서,
상기 양친성 가지형 공중합체는 상기 소수성 고분자 주쇄 및 친수성 고분자 측쇄가 5:5 내지 7:3 중량비로 중합된 것인 고분자막.
According to claim 1,
The amphiphilic branched copolymer is a polymer membrane wherein the hydrophobic polymer main chain and the hydrophilic polymer side chain are polymerized in a weight ratio of 5:5 to 7:3.
제1항에 있어서,
상기 양친성 가지형 공중합체는 수평균분자량(Mn)이 125,000 내지 200,000 g/mol이고, 분자량 분포도(PDI)가 1.5 내지 3인 것인 고분자막.
The method of claim 1,
The amphiphilic branched copolymer has a number average molecular weight (Mn) of 125,000 to 200,000 g/mol, and a molecular weight distribution (PDI) of 1.5 to 3.
제1항에 있어서,
상기 양친성 가지형 공중합체는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인 것인 고분자막.
[화학식 1]
Figure pat00009

(상기 화학식 1에서,
R1 내지 R4는 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 H, Cl,
Figure pat00010
및 탄소수 1 내지 20의 알킬기 중에서 선택되고,
x, y 및 z는 각 반복단위의 중합 몰비로서 100 : 10~15 : 20~80이고,
y'는 0 내지 10의 정수이다.)
The method of claim 1,
The amphiphilic branched copolymer is a polymer membrane that is a compound represented by the following formula (1).
[Formula 1]
Figure pat00009

(In Formula 1,
R 1 To R 4 Are the same as or different from each other, and each independently H, Cl,
Figure pat00010
and an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms;
x, y and z are 100: 10-15: 20-80 as a polymerization molar ratio of each repeating unit,
y' is an integer from 0 to 10.)
제6항에 있어서,
상기 화학식 1에서,
R1 및 R2는 서로 상이하며, 각각 독립적으로 H, Cl 및
Figure pat00011
중에서 선택되고,
R3 및 R4는 서로 동일하고, 각각 독립적으로 H이고,
x, y 및 z는 각 반복단위의 중합 몰비로서 100 : 12~14 : 26~60이고,
y'는 0 내지 1의 정수인 것인 고분자막.
7. The method of claim 6,
In Formula 1,
R 1 and R 2 are different from each other, and each independently H, Cl and
Figure pat00011
is selected from
R 3 and R 4 are the same as each other and are each independently H;
x, y and z are 100: 12-14: 26-60 as a polymerization molar ratio of each repeating unit,
y' is an integer from 0 to 1, the polymer membrane.
제1항에 있어서,
상기 양친성 가지형 공중합체는 FT-IR 분석 결과 1185 내지 1205 cm-1 의 파장수 범위에서 C-F 결합에 해당하는 피크를 가지는 것인 고분자막.
According to claim 1,
The amphiphilic branched copolymer is a polymer film having a peak corresponding to the CF bond in the wavelength range of 1185 to 1205 cm -1 as a result of FT-IR analysis.
제1항에 있어서,
상기 고분자막은 XRD 분석 결과, 2θ가 ① 17° 내지 18° 범위, ② 18.2° 내지 19° 범위 및 ③ 20° 내지 21° 범위에서 각각 제1 유효 피크, 제2 유효 피크 및 제3 유효 피크를 더 보이는 것인 고분자막.
According to claim 1,
As a result of XRD analysis, the polymer film has a first effective peak, a second effective peak and a third effective peak in the range of ① 17 ° to 18 °, ② 18.2 ° to 19 °, and ③ 20 ° to 21 °, respectively, as a result of XRD analysis. A polymer film that is visible.
제9항에 있어서,
상기 (제1 유효 피크)/(제2 유효 피크)의 세기(intensity) 비율은 0.9 내지 1.1이고, 상기 (제2 유효 피크)/(제3 유효 피크)의 세기 비율은 0.5 내지 0.8이며, 상기 (제3 유효 피크)/(제4 유효 피크)의 세기 비율은 4.1 내지 5.5이고, 상기 (제4 유효 피크)/(제5 유효 피크)의 세기 비율은 0.9 내지 1.3인 것인 고분자막.
10. The method of claim 9,
an intensity ratio of (first effective peak)/(second effective peak) is 0.9 to 1.1, and an intensity ratio of (second effective peak)/(third effective peak) is 0.5 to 0.8, wherein The intensity ratio of (third effective peak)/(fourth effective peak) is 4.1 to 5.5, and the intensity ratio of (fourth effective peak)/(fifth effective peak) is 0.9 to 1.3.
제1항에 있어서,
상기 고분자막은 두께가 30 내지 200 ㎛인 것인 고분자막.
The method of claim 1,
The polymer film is a polymer film having a thickness of 30 to 200 μm.
제1항에 있어서,
상기 고분자막은 기체 분리막용, 수처리막용, 이온성 전해질막용 또는 이온교환막용인 것인 고분자막.
According to claim 1,
The polymer membrane is a polymer membrane for a gas separation membrane, for a water treatment membrane, for an ionic electrolyte membrane, or for an ion exchange membrane.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 고분자막을 포함하는 기체 분리막.
A gas separation membrane comprising the polymer membrane according to any one of claims 1 to 12.
제13항에 있어서,
상기 기체 분리막은 이산화탄소, 질소 및 메탄 중에서 선택된 1종 이상의 기체를 분리하는 것인 기체 분리막.
14. The method of claim 13,
The gas separation membrane is a gas separation membrane that separates one or more gases selected from carbon dioxide, nitrogen, and methane.
제13항에 있어서,
상기 기체 분리막은 질소(N2) 투과도가 3 x 104 내지 8 x 104 GPU인 것인 기체 분리막.
14. The method of claim 13,
The gas separation membrane is a gas separation membrane that has a nitrogen (N 2 ) permeability of 3 x 10 4 to 8 x 10 4 GPU.
제13항의 기체 분리막을 포함하는 기체 분리 장치.
A gas separation device comprising the gas separation membrane of claim 13 .
제13항의 기체 분리막을 포함하는 기체 포집 장치.
A gas collection device comprising the gas separation membrane of claim 13 .
제1 유기용매에 소수성 고분자, 친수성 고분자, 촉매 및 중합개시제를 투입하여 원자이동라디칼 중합에 의해 공중합시켜 양친성 가지형 공중합체를 제조하는 단계;
제2 유기용매에 불소계 고분자 및 상기 양친성 가지형 공중합체를 용해시켜 고분자 캐스팅 용액을 제조하는 단계; 및
상기 고분자 캐스팅 용액을 기재에 도포한 후 비용매 유도 상분리 방법에 의해 고분자막을 제조하는 단계;
를 포함하는 고분자막의 제조방법.
preparing an amphiphilic branched copolymer by adding a hydrophobic polymer, a hydrophilic polymer, a catalyst, and a polymerization initiator to a first organic solvent and copolymerizing by atom transfer radical polymerization;
preparing a polymer casting solution by dissolving a fluorine-based polymer and the amphiphilic branched copolymer in a second organic solvent; and
preparing a polymer film by a non-solvent-induced phase separation method after applying the polymer casting solution to a substrate;
A method for producing a polymer membrane comprising a.
제18항에 있어서,
상기 제1 유기용매는 N-메틸-2-피롤리돈(N-Methyl-2-pyrrolidinone, NMP), 디메틸설폭사이드(DMSO), 디메틸아세트아마이드(DMAc), 디메틸포름아미드(DMF) 및 테트라하이드로퓨란(THF)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 고분자막의 제조방법.
19. The method of claim 18,
The first organic solvent is N-methyl-2-pyrrolidinone (N-Methyl-2-pyrrolidinone, NMP), dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethylacetamide (DMAc), dimethylformamide (DMF) and tetrahydro A method for producing a polymer membrane that is at least one selected from the group consisting of furan (THF).
제18항에 있어서,
상기 양친성 가지형 공중합체를 제조하는 단계는 상기 소수성 고분자 및 친수성 고분자를 5:5 내지 7:3 중량비로 중합하는 것인 고분자막의 제조방법.
19. The method of claim 18,
The step of preparing the amphiphilic branched copolymer is a method for producing a polymer membrane by polymerizing the hydrophobic polymer and the hydrophilic polymer in a weight ratio of 5:5 to 7:3.
제18항에 있어서,
상기 촉매는 CuCl, CuCl2, CuBr 및 CuBr2로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 고분자막의 제조방법.
19. The method of claim 18,
The catalyst is CuCl, CuCl 2 , CuBr and CuBr 2 The method for producing a polymer membrane is at least one selected from the group consisting of.
제18항에 있어서,
상기 중합개시제는 1,1,4,7,10,10-헥사메틸렌트리에틸렌테트라민(1,1,4,7,10,10-Hexamethyltriethylenetetramine, HMTETA), N,N,N',N', N''-펜타페틸 디에틸렌트리아민(N,N,N',N', N''-pentamethyl diethylenetriamine, PMDETA), 4,4'-디메틸-2,2'-디피리딜(4,4'-dimethyl-2,2'-dipyridyl, DMDP), 트리스(2-아미노에틸)아민(tris(2-aminoethyl)amine, TRE), 트리스(2-디메틸아미노에틸)아민(tris(2-dimethylaminoethyl)amine, Me6-TREN), 2,2'-바이피(바이피리딘)(2,2'-Bipy(Bipyridine), N,N,N',N-테트라메틸에틸렌디아민(N,N,N',N-Tetramethylethylenediamine, TMEDA) 및 1,4,8,11-테트라아자사이클로테트라데칸(1,4,8,11-tetraazacyclotetradecane, Me4-Cyclam)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 고분자막의 제조방법.
19. The method of claim 18,
The polymerization initiator is 1,1,4,7,10,10-hexamethylenetriethylenetetramine (1,1,4,7,10,10-Hexamethyltriethylenetetramine, HMTETA), N,N,N',N', N''-pentamethyl diethylenetriamine (N,N,N',N', N''-pentamethyl diethylenetriamine, PMDETA), 4,4'-dimethyl-2,2'-dipyridyl (4,4 '-dimethyl-2,2'-dipyridyl, DMDP), tris(2-aminoethyl)amine (TRE), tris(2-dimethylaminoethyl)amine (tris(2-dimethylaminoethyl) amine, Me6-TREN), 2,2'-Bipy (Bipyridine), N,N,N',N-tetramethylethylenediamine (N,N,N', N-Tetramethylethylenediamine, TMEDA) and 1,4,8,11-tetraazacyclotetradecane (1,4,8,11-tetraazacyclotetradecane, Me4-Cyclam) at least one selected from the group consisting of a method for producing a polymer membrane.
제18항에 있어서,
상기 양친성 가지형 공중합체를 제조하는 단계는 70 내지 110 ℃에서 10 내지 30 시간 동안 원자이동라디칼 중합시키는 것인 고분자막의 제조방법.
19. The method of claim 18,
The step of preparing the amphiphilic branched copolymer is a method for producing a polymer membrane by atom transfer radical polymerization at 70 to 110° C. for 10 to 30 hours.
제18항에 있어서,
상기 제2 유기용매는 N-메틸-2-피롤리돈(N-Methyl-2-pyrrolidinone, NMP)인 것인 고분자막의 제조방법.
19. The method of claim 18,
The second organic solvent is N-methyl-2-pyrrolidone (N-Methyl-2-pyrrolidinone, NMP) is a method for producing a polymer membrane.
제18항에 있어서,
상기 불소계 고분자는 폴리(비닐리덴 플루오라이드-코-클로로트리플루오로에틸렌)(poly(vinylidene fluoride-co-chlorotrifluoroethylene, P(VDF-co-CTFE))인 것인 고분자막의 제조방법.
19. The method of claim 18,
The fluorine-based polymer is poly(vinylidene fluoride-co-chlorotrifluoroethylene) (poly(vinylidene fluoride-co-chlorotrifluoroethylene, P(VDF- co -CTFE)).
제18항에 있어서,
상기 고분자 캐스팅 용액은 불소계 고분자 및 상기 양친성 가지형 공중합체를 9.5:0.5 내지 6:4 중량비로 혼합하는 것인 고분자막의 제조방법.
19. The method of claim 18,
The polymer casting solution is a method for producing a polymer membrane by mixing the fluorine-based polymer and the amphiphilic branched copolymer in a weight ratio of 9.5:0.5 to 6:4.
제18항에 있어서,
상기 제1 유기용매는 N-메틸-2-피롤리돈(N-Methyl-2-pyrrolidinone, NMP)이고,
상기 소수성 고분자는 폴리비닐리덴플루오라이드-코-클로로트리플루오로에틸렌(Poly(vinylidenefluoride-co-chlorotrifluoroethylene), P(VDF-co-CTFE))이고,
상기 친수성 고분자는 2-비닐피리딘(2-vinylpyridine)이고,
상기 양친성 가지형 공중합체를 제조하는 단계는 상기 소수성 고분자 및 친수성 고분자를 6:4 내지 5:5 중량비로 중합하는 것이고,
상기 촉매는 CuCl이고,
상기 중합개시제는 1,1,4,7,10,10-헥사메틸렌트리에틸렌테트라민(1,1,4,7,10,10-Hexamethyltriethylenetetramine, HMTETA)이고,
상기 양친성 가지형 공중합체를 제조하는 단계는 80 내지 100 ℃에서 18 내지 22 시간 동안 원자이동라디칼 중합시키는 것이고,
상기 제2 유기용매는 N-메틸-2-피롤리돈(N-Methyl-2-pyrrolidinone, NMP)이고,
상기 불소계 고분자는 폴리(비닐리덴 플루오라이드-코-클로로트리플루오로에틸렌)(poly(vinylidene fluoride-co-chlorotrifluoroethylene, P(VDF-co-CTFE))이고,
상기 고분자 캐스팅 용액은 불소계 고분자 및 상기 양친성 가지형 공중합체를 9:1 내지 8:2 중량비로 혼합하는 것인 고분자막의 제조방법.
19. The method of claim 18,
The first organic solvent is N-methyl-2-pyrrolidone (N-Methyl-2-pyrrolidinone, NMP),
The hydrophobic polymer is polyvinylidenefluoride-co-chlorotrifluoroethylene (Poly (vinylidenefluoride-co-chlorotrifluoroethylene), P (VDF-co-CTFE)),
The hydrophilic polymer is 2-vinylpyridine (2-vinylpyridine),
The step of preparing the amphiphilic branched copolymer is to polymerize the hydrophobic polymer and the hydrophilic polymer in a weight ratio of 6:4 to 5:5,
The catalyst is CuCl,
The polymerization initiator is 1,1,4,7,10,10-hexamethylenetriethylenetetramine (1,1,4,7,10,10-Hexamethyltriethylenetetramine, HMTETA),
The step of preparing the amphiphilic branched copolymer is to conduct atom transfer radical polymerization at 80 to 100° C. for 18 to 22 hours,
The second organic solvent is N-methyl-2-pyrrolidone (N-Methyl-2-pyrrolidinone, NMP),
The fluorine-based polymer is poly(vinylidene fluoride-co-chlorotrifluoroethylene) (poly(vinylidene fluoride-co-chlorotrifluoroethylene, P(VDF- co -CTFE)),
The polymer casting solution is a method for producing a polymer membrane by mixing the fluorine-based polymer and the amphiphilic branched copolymer in a weight ratio of 9:1 to 8:2.
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