[논문]폴리아마이드계 박막복합막 제조 공정에서 계면중합의 유기용액 퍼짐 속도에 따른 표면 모폴로지의 변화

박철호

doi:10.14579/membrane_journal.2017.27.6.506

초록
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계면중합법은 혼합되지 않은 두 용액에 용해되어 있는 반응성 단량체들이 계면에서 중합되는 기술로 다양한 분야에 응용되고 있다. 이 중, 수처리 분리막의 경우 m-phenylene diamine과 Trimesoyl chloride를 반응물로 사용하고 있다. 분리막의 성능은 다양한 중합 성능에 의해 영향을 받고 있으며, 본 연구에서는 유기 용액의 퍼짐 속도가 어떻게 분리막 표면 및 구조에 영향을 주는지를 주사전자현미경을 통해 고찰하였다. 퍼짐 속도는 7.6과 25 mm/sec로 조절하였으며, 유기상 용액은 1~3방울까지 조절하였다. 관찰된 결과는 퍼짐 속도가 7.6 mm/sec에서는 한 방울 떨어트릴 경우, 25 mm/sec에서는 두 방울 떨어트릴 경우 폴리아마이드 막에 균열을 발견할 수 없었다. 반면 나머지 경우에 모두 균열이 발생하였다. 따라서, 초기 유기용액의 퍼짐 속도는 폴리아마이드 분리막의 성능에 영향을 줄 것으로 관찰되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The interfacial polymerization method has been applied to various fields as a reaction in which reactive monomers dissolved in two immiscible solutions cause polymerization at the interface. In the case of water treatment membranes, m-phenylene diamine and trimesoyl chloride are used as reactants. T...

The interfacial polymerization method has been applied to various fields as a reaction in which reactive monomers dissolved in two immiscible solutions cause polymerization at the interface. In the case of water treatment membranes, m-phenylene diamine and trimesoyl chloride are used as reactants. The performance of the membrane is affected by various polymerization factors. In this study, we investigated how the spreading rate of the organic solution influences the surface and structure of the membrane. Spreading rate of organic solutions was adjusted to 7.6 and 25 mm/sec. The solution volume of the organic phase was adjusted to 1~3 drops. The observed results showed that cracks were not found in the polyamide membrane when dropping at a drop of 7.6 mm/sec and dropping two drops at 25 mm/sec. On the other hand, cracks occurred in all cases. Therefore, the spreading rate of the initial organic solvent is expected to greatly affect the performance of the polyamide membrane.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

하지만, 분리막의 면적이 커질수록, 초기 TMC용액이 MPD와 만나는 계면과 나중에 만나는 계면의 상황은 유체역학적 측면뿐만 아니라, 앞선 이야기처럼 농도 차이가 발생할 것이다. 본 연구에서는 이러한 질문에 대해 이해하기 위해 TMC용액의 퍼짐 속도가 어떻게 계면 중합 시 폴리아마이드 분리막 표면 구조에 영향을 주는지 관찰하였다.

제안 방법

이후, n-hexane을 이용해 여러 번 세척한 후 증류수로 다시 세척한 후 오븐(80°C, 3분)에 넣어 건조하였다. 분리막 표면 이미지는 스퍼터 코팅기(Sputter coater, Harley Instrument A15DT ES)를 이용해 백금(Pt)을 60초간 코팅한 후 주사전자현미경(a Hitachi 4400 model)을 사용해 관찰하였다. 관찰된 지역은 처음 떨어트린 맨 위(point 1), 그리고 중간지역(point 2, point 1로부터 25mm), 그리고 맨 아래쪽 지역(point 3)이었고, 구체적인 실험 방법은 Fig.

대상 데이터

먼저 지지층의 기공 크기 및 표면에너지에 대한 영향을 최소화하기 위해 스크린 메쉬(355 mesh)를 지지층으로 사용하였다. Slide glass (76 × 26 mm)는 Superior에서 구입하였다.

성능/효과

정확한 상관관계 도출은 어려웠지만, 이는 아직까지 계면 중합의 메커니즘이 완전히 규명되지 않는 이유와 유사할 것이다. 따라서 일반적으로 하고 있는 계면중합법을 통해 제작된 분리막은 성능에 있어 높은 편차 보이는 것이 일반적인 현상일 수 있고, 지지층과의 복합막을 제조를 통해서만 어느 정도 재현성 확보된 성능을 보여주고 있다고 판단된다. 특히, 실험실에서 수행하고 있는 TMC용액의 붓는 방법은 전체면적에서 농도의 불균형을 가져올 수 있기 때문에, 새로운 방법을 통한 재현성 확보가 먼저 수행된 후 성능평가를 해야만 일정한 분리막 비교가 가능할 것으로 사료된다.

후속연구

따라서 일반적으로 하고 있는 계면중합법을 통해 제작된 분리막은 성능에 있어 높은 편차 보이는 것이 일반적인 현상일 수 있고, 지지층과의 복합막을 제조를 통해서만 어느 정도 재현성 확보된 성능을 보여주고 있다고 판단된다. 특히, 실험실에서 수행하고 있는 TMC용액의 붓는 방법은 전체면적에서 농도의 불균형을 가져올 수 있기 때문에, 새로운 방법을 통한 재현성 확보가 먼저 수행된 후 성능평가를 해야만 일정한 분리막 비교가 가능할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	계면중합법이란?	계면중합법은 혼합되지 않은 두 용액에 용해되어 있는 반응성 단량체들이 계면에서 중합되는 기술로 다양한 분야에 응용되고 있다. 이 중, 수처리 분리막의 경우 m-phenylene diamine과 Trimesoyl chloride를 반응물로 사용하고 있다.
	수처리 분리막에서 반응물로 사용되는 물질은?	계면중합법은 혼합되지 않은 두 용액에 용해되어 있는 반응성 단량체들이 계면에서 중합되는 기술로 다양한 분야에 응용되고 있다. 이 중, 수처리 분리막의 경우 m-phenylene diamine과 Trimesoyl chloride를 반응물로 사용하고 있다. 분리막의 성능은 다양한 중합 성능에 의해 영향을 받고 있으며, 본 연구에서는 유기 용액의 퍼짐 속도가 어떻게 분리막 표면 및 구조에 영향을 주는지를 주사전자현미경을 통해 고찰하였다.
	반응성 단량체의 농도에 따라 염배제율은 어떻게 변화하는가?	현재까지 알려진 분리막 성능에 영향을 주는 조절 가능 인자는 반응성 단량체의 농도이다[4]. MPD의 농도가 증가할수록 물투과도는 감소하지만 염배제율은 증가한다. 하지만 어느 농도 이상이 되면 물투과도는 증가하지만 염배제율은 감소한다. 이러한 농도는 지지층의 구조 및 소재에 따라서도 변화한다[5].

참고문헌 (13)

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