폴리이미드계 고분자 화합물 및 폴리설폰계 고분자 화합물에 기반한 다중층 중공사막 및 그의 제조방법
MULTILAYER HOLLOW FIBER MEMBRANES BASED ON POLYIMIDE-BASED COMPOUNDS AND POLYSULFONE-BASED COMPOUNDS AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME
특허 요약
본 발명은 폴리이미드계 고분자 화합물 및 폴리설폰계 고분자 화합물에 기반한 다중층 중공사막 및 그의 제조방법을 제공한다. 더욱 구체적으로는 다중층 중공사막의 지지층에 포함된 할로겐기를 포함하는 폴리설폰계 화합물이 외곽층에 포함된 폴리이미드계 화합물과 물리적으로 상호작용을 일으켜, 외곽층과 지지층 사이에 박피 현상이 없으면서 기체 분리 성능이 우수한 다중층 중공사막을 제공할 수 있다.
청구항
번호청구항
22

제13항에 있어서,상기 보어 용액의 방사 속도는 0.5 내지 1 mL/min 인 것을 특징으로 하는 다중층 중공사막 제조방법.

23

제13항에 있어서,상기 3중 노즐의 온도는 35 내지 70℃ 인 것을 특징으로 하는 다중층 중공사막 제조방법.

19

제13항에 있어서,상기 보어 용액은 N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 및 물로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중층 중공사막 제조방법.

20

제13항에 있어서,상기 외곽층 용액의 방사 속도는 0.15 내지 0.6 mL/min 인 것을 특징으로 하는 다중층 중공사막 제조방법.

21

제13항에 있어서,상기 지지층 용액의 방사 속도는 1.5 내지 3 mL/min 인 것을 특징으로 하는 다중층 중공사막 제조방법.

1

하기 화학식 1로 표시되는 폴리이미드계 고분자 화합물을 포함하는 외곽층; 및할로겐기를 포함하는 폴리설폰계 고분자 화합물로 이루어지고, 상기 외곽층의 내부에 형성된 지지층;을 포함하고,상기 외곽층은 선택층 및 전이층을 포함하는 다중층 중공사막:[화학식 1]화학식 1에 있어서,L1 및 L3은 각각 독립적으로 동일하거나 상이하고, , , 또는 이며,L2 및 L4는 각각 독립적으로 동일하거나 상이하고, 하기 화학식 중에서 선택되는 어느 하나이며,x 및 y는 각각 독립적으로 동일하거나 상이하고, 1 내지 3에서 선택되는 하나의 정수이며,m은 1 내지 1000 중에서 선택되는 하나의 정수이다.

2

제 1 항에 있어서,상기 폴리설폰계 고분자 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는 것을 특징으로 하는 다중층 중공사막:[화학식 2]화학식 2에 있어서,Q는 직접 연결, 2가의 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 또는 2가의 설폰기이고,R1 내지 R4는 각각 독립적으로 동일하거나 상이하고, 수소, -SO3Na, 또는 할로겐기로 치환된 알킬기이며, 그 중 하나 이상은 할로겐기로 치환된 알킬기이고,n은 1 내지 1000 중에서 선택되는 하나의 정수이다.

3

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4

제2항에 있어서,상기 폴리설폰계 고분자 화합물은 하기 화학식 2-1 내지 2-4 중 어느 하나로 표시되는 것을 특징으로 하는 다중층 중공사막:[화학식 2-1][화학식 2-2][화학식 2-3][화학식 2-4]화학식 2-1 내지 2-4에 있어서,Q 및 n은 화학식 2에서 정의한 바와 같고,R1 내지 R4는 각각 독립적으로 할로겐기로 치환된 알킬기이다.

5

제 1 항에 있어서,상기 할로겐기는 불소, 염소, 또는 브롬 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 다중층 중공사막.

6

제 1 항에 있어서,상기 폴리이미드계 고분자 화합물은 6FDA-DAM, 6FDA-Durene, 6FDA-mPDA, 6FDA-DABA, 6FDA-6FpDA,, 6FDA-DETDA, 6FDA-BPDA, 6FDA-1,5 ND, 6FDA-ODA, Matrimid� 5218(BTDA-DAPI), 6FDA:BPDA (1:1), 6FDA-1,5 ND:ODA (1:1), 6FDA-DETDA:DABA (3:2), 6FDA-DAM:mPDA (3:2), 6FDA-DAM:DABA (3:2) 및 6FDA-mPDA:DABA (3:2) 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중층 중공사막.

7

제1항에 있어서,상기 폴리설폰계 고분자 화합물의 수평균분자량은 80,000 내지 300,000인 것을 특징으로 하는 다중층 중공사막.

8

제1항에 있어서,상기 선택층은 다공성 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중층 중공사막.

9

제1항에 있어서,상기 다중층 중공사막의 두께는 50 내지 150 ㎛인 것을 특징으로 하는 다중층 중공사막.

10

제1항에 있어서,상기 다중층 중공사막의 직경은 250 내지 400 ㎛인 것을 특징으로 하는 다중층 중공사막.

11

제1항에 있어서,상기 다중층 중공사막은 외곽층과 지지층 사이에 박피 현상이 일어나지 않는 것을 특징으로 하는 다중층 중공사막.

12

제1항에 있어서,상기 다중층 중공사막은 기체 분리용인 것을 특징으로 하는 다중층 중공사막.

13

하기 화학식 1로 표시되는 폴리이미드계 고분자 화합물을 포함하는 외곽층 용액, 할로겐기를 포함하는 폴리설폰계 고분자 화합물을 포함하는 지지층 용액 및 보어 용액을 준비하는 단계;준비된 용액들을 3중 노즐을 통하여 방사하는 단계; 방사된 용액들을 응고 및 권취시켜 제막하는 단계; 및제막된 막을 건조하는 단계;를 포함하는 다중층 중공사막 제조방법:[화학식 1]화학식 1에 있어서,L1 및 L3은 각각 독립적으로 동일하거나 상이하고, , , 또는 이며,L2 및 L4는 각각 독립적으로 동일하거나 상이하고, 하기 화학식 중에서 선택되는 어느 하나이며,x 및 y는 각각 독립적으로 동일하거나 상이하고, 1 내지 3에서 선택되는 하나의 정수이며,m은 1 내지 1000 중에서 선택되는 하나의 정수이다.

14

제13항에 있어서,상기 외곽층 용액은 다공성 입자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중층 중공사막 제조방법.

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제13항에 있어서,상기 외곽층 용액의 총 중량을 기준으로 상기 폴리이미드계 고분자 화합물의 함량이 15 내지 30 중량%인 것을 특징으로 하는 다중층 중공사막 제조방법.

16

제13항에 있어서,상기 지지층 용액의 총 중량을 기준으로 상기 폴리설폰계 고분자 화합물의 함량이 15 내지 30 중량%인 것을 특징으로 하는 다중층 중공사막 제조방법.

17

제13항에 있어서,상기 외곽층 용액 및 지지층 용액은 각각 독립적으로 동일하거나 상이하게 용매 및 비용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중층 중공사막 제조방법.

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제17항에 있어서,상기 용매는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 테트라하이드로퓨란(THF), 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 디메틸설폭시드, 및 메틸에틸케톤으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하며, 상기 비용매는 아세톤, 1가 알코올, 다가 알코올 및 물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중층 중공사막 제조방법.

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제13항에 있어서,상기 응고는 3중 노즐을 통해 방사된 용액들이 급냉조를 거치는 방식으로 수행되고,상기 급냉조의 온도는 25 내지 50℃인 것을 특징으로 하는 다중층 중공사막 제조방법.

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제24항에 있어서,3중 노즐로부터 급냉조의 계면까지의 거리(air gap)가 5 내지 30 cm 인 것을 특징으로 하는 다중층 중공사막 제조방법.

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제13항에 있어서,상기 권취시키는 단계는 권취기를 이용하여 수행되고,상기 권취기의 속도는 3 내지 20 m/min 인 것을 특징으로 하는 다중층 중공사막 제조방법.

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제13항에 있어서,상기 응고 및 권취시키는 단계 이후에, 상기 응고 및 권취된 막을 증류수에 침지시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중층 중공사막 제조방법.

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제13항에 있어서,상기 건조 단계 이전에, 1가 알코올, 다가 알코올 및 탄화수소 용매로 이루어진 군에서 선택되는 2 이상의 비용매를 이용한 용매교환 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중층 중공사막 제조방법.

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제1항, 제2항 및 제4항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 다중층 중공사막을 이용하여, 2 이상의 혼합 기체로부터 1 이상의 기체를 분리하는 방법.