특허 개요
본 특허는 가교구조를 갖는 열전환 폴리(벤즈옥사졸-이미드) 공중합체 중공사 기체분리막입니다. 카르복실산을 갖는 오르쏘-히드록시 폴리이미드 공중합체를 이중 방사노즐로 중공사 형태로 만든 뒤, 열적 가교반응 또는 트랜스에스테르화 가교반응으로 가교구조를 형성하고, 불활성 분위기에서 열전환하여 얇은 유효선택층과 다공성 지지층을 갖는 구조로 만듭니다. 이 방식은 중공사라는 산업적 형상을 유지하면서도 분리 성능과 기계적 안정성을 함께 확보하도록 설계된 구조입니다.
- 핵심 기능
먼저 오르쏘-히드록시 폴리이미드 전구체를 중공사로 방사해 외부층·전이층·내부층 구조를 만든 뒤, 열적 가교 또는 트랜스에스테르화 가교로 수축 억제용 네트워크를 형성합니다. 이후 열전환을 통해 폴리(벤즈옥사졸-이미드) 공중합체로 바꾸어, 얇은 선택층에서 기체 분리를 수행하면서도 중공사 전체의 형상을 유지하게 합니다.
- 차별 강점
기존 기체분리막은 낮은 투과도, 고열처리 시 수축, 중공사 강도 저하, 모듈화 어려움이 문제였습니다. 본 특허는 가교 후 열전환이라는 순차 공정으로 얇은 선택층을 유지하면서 기계적 물성과 기체투과도·선택도의 동시 개선을 노린 점이 다릅니다.
- 활용 범위
기술·연구 측면에서는 가스분리막, 천연가스 정제, 이산화탄소 분리, 산소/질소 분리, 수소 정제 분야에 활용 가능하며, 중공사 기반 분리재 설계와 고분자 열전환막 연구로 확장할 수 있습니다. 사업 측면에서는 가스 정제 설비, 공정용 분리 모듈, 배출가스 처리, 고순도 가스 생산 장치와 같은 산업용 분리 시스템으로 확장할 수 있습니다.
연구 개발 단계
실시예 1～8과 비교예 1～3을 대상으로 유효선택층 두께, 인장강도, 연신율, 기체투과도와 선택도를 측정하여 가교구조와 열전환의 효과를 확인했습니다. 다만 실제 모듈 단위 성능, 장기 내구성, 대면적 공정 재현성은 아직 추가 검증이 필요한 상태입니다.
- 시료: 실시예 1～8 및 비교예 1～3 중공사막
- 비교군: 가교구조가 없는 비교예 1～3 및 폴리에테르술폰 중공사막
- 구동·제조 조건: 이중 방사노즐, 80℃ 응고조, 40℃ 세척조, 15m/min 권취, 320℃ 가교, 425℃ 열전환
현재 성과
실시예 1～8에서 유효선택층 두께를 매우 얇게 형성하여 기체 분리가 일어나는 실제 선택층을 정밀하게 구현했습니다. 비교예보다 얇은 선택층을 확보하면서도 중공사 구조를 유지해 분리막 설계 자유도를 높였습니다.
실시예 1～8과 비교예 1～3을 대상으로 두께, 인장강도, 연신율, 기체투과도, 선택도를 측정해 가교구조와 열전환의 효과를 검증했습니다. 측정 항목이 구조·기계·분리 성능을 모두 포함해 기술 타당성을 입체적으로 확인한 점이 특징입니다.
카르복실산을 갖는 오르쏘-히드록시 폴리이미드 중공사를 먼저 만들고, 가교 후 열전환하는 순서를 채택한 점이 핵심입니다. 기존의 단순 열처리형 막보다 수축 억제와 기계적 안정성 확보에 유리하고, 중공사 형태를 유지한 채 고성능 분리막으로 연결할 수 있다는 점이 차별적입니다.
상용화까지 남은 부분
실제 모듈 단위 제작과 수천～수만 본 번들 수준의 분리 성능 실증이 필요합니다.
장기 내구성, 배치 재현성, 열전환 공정의 에너지 효율과 수율 검증이 추가로 필요합니다.
CO2/N2, O2/N2 등 목표 분리계별 상용 사양과 공정 조건을 확정하는 검증이 남아 있습니다.
기술 이전 형태·도입 과정
도입은 이렇게 진행됩니다.
검토 미팅
귀사 상황·데이터 구조 기준으로 적합성을 논의합니다. 자료 검토만으로 끝나도 됩니다.
PoC 공동 검증
연구팀 동행 하에 귀사 데이터 기준 재학습·성능을 확인합니다.
라이센싱 계약
PoC 결과를 기반으로 희망 형태(실시권·공동연구 등)를 협의합니다.
기술지도·후속
도입 초기 기술지도, 필요 시 후속 공동연구·정부과제 연계까지 진행합니다.
특허 정보
가교구조의 열전환 폴리(벤즈옥사졸-이미드) 공중합체 중공사 기체분리막
Crosslinked thermally rearranged poly(benzoxazole-co-imide) hollow fiber gas separation membrane and preparation method thereof
10-2019-0046353 (2019.01.01)
10-2055343
이영무 (한양대학교 산학협력단), 이종명 (한양대학교 산학협력단), 조혜진 (한양대학교 산학협력단), 김주성 (한양대학교 산학협력단)
한양대학교 산학협력단