특허 개요
본 특허는 PVDF와 비혼화성 이종 고분자 블렌드를 이용해, 멤브레인 내부에 정렬된 미세섬유와 기공 연결성을 동시에 형성하는 상전이 기반 분리막입니다. 환원 모세관 수를 1.65 미만으로 낮추고 전단력을 인가한 뒤 비용매 또는 조건부 비용매와 접촉시켜 상분리와 결정화를 유도함으로써, PVDF 결정과 이종 고분자-함유 미세섬유가 공존하는 구조를 구현합니다. 이 구조는 수투과도와 기계적 물성의 상충을 완화하도록 설계되었습니다.
- 핵심 기능
고분자 용액을 캐스팅 또는 방사한 뒤 상전이를 일으켜, PVDF 결정과 미세섬유가 정렬된 멤브레인을 형성합니다. 이렇게 만들어진 내부 연결 기공이 물의 이동 경로를 넓혀 수투과도를 높이고, 동시에 막의 기계적 강도를 유지하도록 합니다.
- 차별 강점
기존 상전이 멤브레인은 기공 연결성이 낮아 수투과도와 강도를 함께 높이기 어려웠고, 전기방사 멤브레인은 생산성과 공정성이 제한적이었습니다. 본 특허는 비혼화성 블렌드, 전단력, 환원 모세관 수 제어를 결합해 정렬 미세섬유 구조를 상전이 공정으로 구현함으로써 이러한 한계를 줄였습니다.
- 활용 범위
기술·연구 측면에서는 정수, 수처리, 정밀여과(MF), 한외여과(UF), 멤브레인 생물반응조(MBR), 담수화 분야에 활용 가능하며, 평막·중공사막 설계 연구로 확장할 수 있습니다. 사업 측면에서는 수처리 막 모듈, 산업용 여과 시스템, 공정수 재이용 설비, 고투과 분리막 제품군으로 확장할 수 있습니다.
연구 개발 단계
PVDF/PSf 또는 PVDF/PI 블렌드를 PolarClean® 또는 NMP로 제막한 뒤, SEM·EDS·인장시험·기공분석·수투과도 측정으로 구조와 성능을 확인했습니다. 순수 PVDF 멤브레인, 전기방사 PVDF 멤브레인, 문헌상의 PVDF 중공사막과 비교해 수투과도와 기계적 물성의 개선 경향을 확인했으며, 실제 원수 조건의 장기 운전 검증은 아직 필요합니다.
- 시료: PVDF/PSf 또는 PVDF/PI 블렌드 평막·중공사막
- 비교군: 순수 PVDF 멤브레인, 전기방사 PVDF 멤브레인, 문헌상의 PVDF 중공사막
- 조건: 평막 130℃ 캐스팅 후 25℃ 물 침지, 중공사 도프 130℃·보어 25℃·응고액 25℃·공기 간극 1cm, 전단율 0～500s-1, 초순수 0.5bar·25℃ 수투과도 측정
현재 성과
PolarClean®을 사용한 조건에서 수투과도가 높은 수준으로 관찰되어, 막을 통한 물 처리 능력이 크게 향상되었음을 보여줍니다. 또한 상전이 공정 기반이라 평막과 중공사막 모두로 구현 가능해 적용 범위가 넓습니다.
SEM, EDS, 인장시험, 기공분석, 수투과도 측정으로 정렬된 미세섬유 구조와 기공 특성, 기계적 물성을 확인했습니다. 전단율 증가에 따라 인장 강도가 2.12MPa에서 12MPa로 개선되는 경향도 확인되었습니다.
기존 상전이 멤브레인은 구결정 또는 스펀지형 구조가 주를 이루었고, 전기방사 방식은 생산성이 낮았습니다. 본 특허는 비혼화성 PVDF/이종 고분자 블렌드와 환원 모세관 수 제어를 통해 정렬 미세섬유 구조를 상전이로 구현한 점이 핵심 차별점입니다.
상용화까지 남은 부분
실제 원수 조건에서의 장기 파울링 및 세정 내구성 검증
대면적 캐스팅 시 미세섬유 정렬 재현성 확보
상용 PVDF 막 대비 단가와 수명 기준의 경제성 검증
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
미세섬유 기반의 멤브레인 및 이의 제조방법 (수투과도 개선 분리막)
Microfiber-based Membranes and Method for Preparing the Same
10-2020-0103985 (2020.07.28)
10-2426676
이영무 (한양대학교 산학협력단), 정준태 (한양대학교 산학협력단), 왕호현 (한양대학교 산학협력단), 전성민 (한양대학교 산학협력단)
한양대학교 산학협력단