[논문]열유도상분리법을 이용한 EVOH 중공사 분리막의 제조 및 기본 특성

후건; 윤재한; 전성일; 정건용; 변홍식

doi:10.14579/membrane_journal.2018.28.6.395

열유도상분리법을 이용한 EVOH 중공사 분리막의 제조 및 기본 특성
Preparation and Fundamental Characterization of EVOH Hollow Fiber Membranes via Thermally Induced Phase Separation (TIPS) 원문보기

멤브레인 = Membrane Journal, v.28 no.6, 2018년, pp.395 - 405

후건 (쯔보 직업대학교 화학공학과) , 윤재한 (계명대학교 화학공학과) , 전성일 (주식회사 멤브레어) , 정건용 (서울과학기술대학교 화공생명공학과) , 변홍식 (계명대학교 화학공학과)

초록
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본 연구에서 Poly(ethylene-co-vinylalcohol) EVOH 중공사막은 열유도상분리(TIPS)법을 이용하여 제조하였다. 다양한 조건에서 제조된 모든 분리막에서 액-액 상분리에 의해 기공이 서로 연결되어 있는 스폰지 구조가 관찰되었다. 글리세롤과 PEG200은 TIPS 방법에서 희석제로 사용하였고, 냉각조에 글리세롤을 혼합한 냉매를 사용하여 중공사 외표면의 기공을 조절하였다. 또한 혼합냉매의 온도를 높여 큰 기공의 형성을 유도하였다. 본 연구에서는 고분자의 농도, 희석제, 냉각조의 영향에 따른 분리막의 구조, 투과도, 기계적 강도에 대해 실험을 통해 알아보고 상호관계에 대해 심도 있게 연구하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Poly(ethylene-co-vinylalcohol) EVOH hollow fiber membranes were successfully fabricated via a thermally induced phase separation (TIPS) method. It was observed that all membranes fabricated under different spinning conditions had interconnected and bicontinuous structures through liquid-liquid phase separation. Glycerol and poly(ethylene glycol) 200 were used as diluents for the TIPS method. Glycerol was used as a mixing component in quenching bath to control pores on the outer surface of the hollow fiber membrane. Hot quenching bath with a mixing component to generate large pores on the outer surface of the hollow fiber membrane. The effects of polymer concentration, diluent and quenching bath on the morphologies, water permeabilities, and mechanical properties of the EVOH hollow fiber membranes were systematically investigated. The relationship between water permeability, mechanical properties and spinning conditions was discussed in detail.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 에틸렌의 함량이 32 mol%인 소수성과 친수성 두 성질을 동시에 갖는 양친매성을 가지는 EVOH를 선택하였다. EVOH 고분자를 기본으로 TIPS 방법을 통해 희석제인 글리세롤과 PEG 200 (polyethylene glycol 200)의 삼성계 조성의 중공사 분리막을 제조하여 구조적 특징뿐만 아니라 냉매의 조성 및 온도에 따른 분리막의 투과 특성 및 배제 특성을 조사하였다.

제안 방법

본 연구에서는 EVOH 중공사막을 TIPS 방법에 의해 제조하였으며 고분자의 농도, 첨가 희석제의 농도, 냉각 조의 온도 및 냉매 조성에 따른 분리막의 구조, 순수투과도, PS 라텍스 나노입자의 배제율에 대해 조사하였다. 본 실험에서 여러 조건으로 제조된 모든 분리막은 TIPS 방법을 통해 액-액 상분리가 일어나 전체적으로 스폰지 구조를 가지고 있고 기공과 기공이 연결되어 있는 것으로 확인되었다.

대상 데이터

EVOH 고분자는 쿠라레이(Kuraray Co., Ltd.)로부터 제공받아 사용하였다. EVOH의 기본 물성을 쿠라레이로부터 제공받아 Table 1에 나타내었다.
본 연구에서는 EVOH/글리세롤 단일 희석제뿐만 아니라 첨가 희석제인 PEG 200을 사용하였다. 첨가 희석제는 고분자와 희석제 사이의 친화력에 간섭하면서 흐림점, 결정화 온도, 상의 성장시간을 변화시킨다[25].
EVOH의 기본 물성을 쿠라레이로부터 제공받아 Table 1에 나타내었다. 희석제 및 냉매 혼합제로 사용된 글리세롤(Glycerol)과 첨가 희석제로 사용된 PEG 200은 Wako Pure Chemical Industries 에서 구매하였다. 분리막의 배제 특성을 알아보기 위해PS 라텍스 입자(Polystyrene latex particles)를 Duke Scientific Corporation (Palo Alto, CA, USA)에서 구매하여 사용하였으며 입자는 20, 50, 100, 300 nm의 크기를 갖는 것으로 사용하였다.

이론/모형

중공사막의 기공크기 및 배제율을 분석하기 위해 polystyrene 라텍스 입자 배제율 실험을 실시하였다. 실험은 순수투과 실험과 마찬가지로 cross-flow filtration 방식을 이용하였고 입자의 크기는 각각 20, 50, 100, 300 nm의 물질을 사용하였다. 초순수를 이용하여 400 ppm의 polystyrene 용액을 만들고 입자의 균일한 분산을 위해 수용성 계면활성제(0.

성능/효과

첨가 희석제로 사용한 PEG 200은 EVOH/글리세롤의 상분리도를 변화시켰다. PEG 200은 글리세롤 보다 EVOH와 친밀도가 높아 바이노달 영역, 액-액 상분리 영역을 감소시키고 그 결과 상분리 이후 기공의 성장 시간이 짧아 단면의 기공크기를 감소시켰다. 글리세롤이 혼합된 냉매를 사용하여 분리막을 제조한 경우 글리세롤의 함량이 증가함에 따라 기공의 크기가 증가하며 온도를 승온하여 제조된 분리막의 구조는 더욱 느슨해져 기공의 크기가 매우 커졌다.
본 실험에서 여러 조건으로 제조된 모든 분리막은 TIPS 방법을 통해 액-액 상분리가 일어나 전체적으로 스폰지 구조를 가지고 있고 기공과 기공이 연결되어 있는 것으로 확인되었다. EVOH 고분자 농도가 증가함에 따라 분리막 단면의 기공 크기는 감소하고 외표면에서도 고분자 농도가 증가함에 따라 기공 크기가 감소하였다. 첨가 희석제로 사용한 PEG 200은 EVOH/글리세롤의 상분리도를 변화시켰다.
본 연구에서는 EVOH 중공사막을 TIPS 방법에 의해 제조하였으며 고분자의 농도, 첨가 희석제의 농도, 냉각 조의 온도 및 냉매 조성에 따른 분리막의 구조, 순수투과도, PS 라텍스 나노입자의 배제율에 대해 조사하였다. 본 실험에서 여러 조건으로 제조된 모든 분리막은 TIPS 방법을 통해 액-액 상분리가 일어나 전체적으로 스폰지 구조를 가지고 있고 기공과 기공이 연결되어 있는 것으로 확인되었다. EVOH 고분자 농도가 증가함에 따라 분리막 단면의 기공 크기는 감소하고 외표면에서도 고분자 농도가 증가함에 따라 기공 크기가 감소하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	본 연구에서 poly EVOH 중공사막은 어떠한 공법을 이용하여 제조 되었는가?	본 연구에서 Poly(ethylene-co-vinylalcohol) EVOH 중공사막은 열유도상분리(TIPS)법을 이용하여 제조하였다. 다양한 조건에서 제조된 모든 분리막에서 액-액 상분리에 의해 기공이 서로 연결되어 있는 스폰지 구조가 관찰되었다.
	EVOH는 어떠한 산업에 적용될 수 있는가?	EVOH는 구조를 이루고 있는 에틸렌과 비닐알콜의 조성에 따라 열적 안정성, 화학적 안정성, 기체 차단성, 친수성 혹은 소수성에 대한 물성이 변한다. 따라서 기체 차단성을 필요로 하는 식품 가공 필름이나 생체 친화성을 필요로 하는 바이오, 의학 분야와 같이 매우 광범위한 산업에 적용되고 있다[19].Kenawy 그룹에서는 전기방사를 이용하여 EVOH 섬유를 만들어 생체조직 공학에 적용하였다[19].
	EVOH란 무엇인가?	EVOH는 Fig. 1에서 보는 바와 같이 에틸렌과 비닐 알콜로 이루어진 반결정 랜덤 공중합체의 고분자이다.EVOH는 에틸렌과 초산비닐의 공중합체인 EVA (poly (ethylene-co-vinyl acetate))의 초산비닐 가수분해를 통해 얻을 수 있다[18].

참고문헌 (33)

H. Karkhanechi, S. Rajabzadeh, E. Di Nicolo, H. Usuda, A. R. Shaikh, and H. Matsuyama, "Preparation and characterization of ECTFE hollow fiber membranes via thermally induced phase separation (TIPS)", Polymer, 97, 515-524 (2016).

상세보기
I. B. Valtcheva, S. C. Kumbharkar, J. F. Kim, Y. Bhole, and A. G. Livingston, "Beyond polyimide: Crosslinked polybenzimidazole membranes for organic solvent nanofiltration (OSN) in harsh environments", J. Membr. Sci., 457, 62-72 (2014).

상세보기
S. Karan, Z. Jiang, and A. G. Livingston, "Sub-10 nm polyamide nanofilms with ultrafast solvent transport for molecular separation", Science, 348, 1347-1351 (2015).

상세보기
P. Marchetti, M. F. Jimenez Solomon, G. Szekely, and A. G. Livingston, "Molecular separation with organic solvent nanofiltration: A critical review", Chem. Rew., 114, 10735-10806 (2014).

상세보기
R. W. Baker, "Membrane Technology and Applications, 3rd Edition", Wiley, West Sussex, United Kingdom (2012).
H. Matsuyama, S. Rajabzadeh, H. Karkhanechi, and S. Jeon, "1.7 PVDF hollow fibers membranes, in: Comprehensive membrane science and engineering (second edition)", Elsevier, Oxford, 137-189 (2017).
J. Yang, D. W. Li, Y. K. Lin, X. L. Wang, F. Tian, and Z. Wang, "Formation of a bicontinuous structure membrane of polyvinylidene fluoride in diphenyl ketone diluent via thermally induced phase separation", J. Appl. Polym. Sci., 110, 341-347 (2008).

상세보기
Y. Tang, Y. Lin, W. Ma, Y. Tian, J. Yang, and X. Wang, "Preparation of microporous PVDF membrane via tips method using binary diluent of DPK and PG", J. Appl. Polym. Sci., 118, 3518-3523 (2010).

상세보기
S. Rajabzadeh, C. Liang, Y. Ohmukai, T. Maruyama, and H. Matsuyama, "Effect of additives on the morphology and properties of poly(vinylidene fluoride) blend hollow fiber membrane prepared by the thermally induced phase separation method", J. Membr. Sci., 423-424, 189-194 (2012).

상세보기
S. Rajabzadeh, D. Ogawa, Y. Ohmukai, Z. Zhou, T. Ishigami, and H. Matsuyama, "Preparation of a PVDF hollow fiber blend membrane via thermally induced phase separation (TIPS) method using new synthesized zwitterionic copolymer", Desalination and Water Treatment, 54, 2911-2919 (2015).

상세보기
S. S. Kim and D. R. Lloyd, "Microporous membrane formation via thermally-induced phase separation. III. Effect of thermodynamic interactions on the structure of isotactic polypropylene membranes" J. Membr. Sci., 64, 13-29 (1991).

상세보기
H. Matsuyama, H. Okafuji, T. Maki, M. Teramoto, and N. Kubota, "Preparation of polyethylene hollow fiber membrane via thermally induced phase separation", J. Membr. Sci., 223, 119-126 (2003).

상세보기
H. Matsuyama, K. Ohga, T. Maki, M. Tearamoto, and S. Nakatsuka, "Porous cellulose acetate membrane prepared by thermally induced phase separation", J. Appl. Polym. Sci., 89, 3951-3955 (2003).

상세보기
S.-W. Song and J. M. Torkelson, "Coarsening effects on the formation of microporous membranes produced via thermally induced phase separation of polystyrene-cyclohexanol solutions", J. Membr. Sci., 98, 209-222 (1995).

상세보기
Y.-R. Qiu, N. A. Rahman, and H. Matsuyama, "Preparation of hydrophilic poly(vinyl butyral)/ pluronic F127 blend hollow fiber membrane via thermally induced phase separation", Sep. Purif. Technol., 61, 1-8 (2008).

상세보기
M. Shang, H. Matsuyama, M. Teramoto, D. R. Lloyd, and N. Kubota, "Preparation and membrane performance of poly(ethylene-co-vinyl alcohol) hollow fiber membrane via thermally induced phase separation", Polymer, 44, 7441-7447 (2003).

상세보기
M. Shang, H. Matsuyama, M. Teramoto, D. R. Lloyd, and N. Kubota, "Effect of glycerol content in cooling bath on performance of poly(ethylene- co-vinyl alcohol) hollow fiber membranes", Sep. Purif. Technol., 45, 208-212 (2005).

상세보기
D. L. VanderHart, S. Simmons, and J. W. Gilman, "Solid State 13C NMR of ethylene/vinyl alcohol copolymers: morphological partitioning of hydroxyls", Polymer, 36, 4223-4232 (1995).

상세보기
E.-R. Kenawy, J. M. Layman, J. R. Watkins, G. L. Bowlin, J. A. Matthews, D. G. Simpson, and G. E. Wnek, "Electrospinning of poly(ethylene-co-vinyl alcohol) fibers", Biomaterials, 24, 907-913 (2003).

상세보기
J. Zhou, H. Zhang, H. Wang, and Q. Du, "Effect of cooling bathes on EVOH microporous membrane structures in thermally induced phase separation", J. Membr. Sci., 343, 104-109 (2009).

상세보기
M.-G. Virginia, L.-C. Gracia, G. Rafael, and H.-M. Pilar, "Antimicrobial food packaging film based on the release of LAE from EVOH", Int. J. of Food Microbiol., 157, 239-244 (2012).

상세보기
M. M. Eva, V. G. Jose, D. Irene, V. G.-A Jose, M.-C. Rufino, G. Rafael, and J. Misericordia, "Impact of bioactive packaging systems based on EVOH films and essential oils in the control of aflatoxigenic fungi and aflatoxin production in maize", Int. J. of Food Microbiol., 254, 36-46 (2017).

상세보기
D. R. Lloyd, K. E. Kinzer, and H. S. Tseng, "Microporous membrane formation via thermally induced phase separation. I. Solid-liquid phase separation", J. Membr. Sci., 52, 239-261 (1990).

상세보기
D. R. Lloyd, S. S. Kim, and K. E. Kinzer, "Microporous membrane formation via thermallyinduced phase separation. II. Liquid-liquid phase separation", J. Membr. Sci., 64, 1-11 (1991).

상세보기
Y. Lin, Y. Tang, H. Ma, J. Yang, Y. Tian, W. Ma, and X. Wang, "Formation of a bicontinuous structure membrane of polyvinylidene fluoride in diphenyl carbonate diluent via thermally induced phase separation", J. Appl. Polym. Sci., 114, 1523-1528 (2009).

상세보기
Y.-H. Tang, Y.-K. Lin, B. Zhou, and X.-L. Wang, "PVDF membranes prepared via thermally induced (liquid-liquid) phase separation and their application in municipal sewage and industry wastewater for water recycling", Desalination and Water Treatment, 57, 22258-22276 (2016).

상세보기
S. Jeon, H. Karkhanechi, L. Fang, L. Cheng, T. Ono, R. Nakamura, and H. Matsuyama, "Novel preparation and fundamental characterization of polyamide 6 selfsupporting hollow fiber membranes via thermally induced phase separation (TIPS)", J. Membr. Sci., 546, 1-14 (2018).

상세보기
P. Sukitpaneenit and T.-S. Chung, "Molecular elucidation of morphology and mechanical properties of PVDF hollow fiber membranes from aspects of phase inversion, crystallization and rheology", J. Membr. Sci., 340, 192-205 (2009).

상세보기
B. J. Cha and J. M. Yang, "Effect of high-temperature spinning and PVP additive on the properties of PVDF hollow fiber membranes for microfiltration", Macromol. Res., 14, 596-602 (2006).

원문보기 상세보기
J. F. Kim, J. H. Kim, Y. M. Lee, and E. Drioli, "Thermally induced phase separation and electrospinning methods for emerging membrane applications: A review", AIChE J., 62, 461-490 (2016).

상세보기
Z. Cui, N. T. Hassankiadeh, S. Y. Lee, J. M. Lee, K. T. Woo, A. Sanguineti, V. Arcella, Y. M. Lee, and E. Drioli, "Poly(vinylidene fluoride) membrane preparation with an environmental diluent via thermally induced phase separation", J. Membr. Sci., 444, 223-236 (2013).

상세보기
Z. Cui, N. T. Hassankiadeh, S. Y. Lee, K. T. Woo, J. M. Lee, A. Sanguineti, V. Arcella, Y. M. Lee, and E. Drioli, "Tailoring novel fibrillar morphologies in poly(vinylidene fluoride) membranes using a low toxic triethylene glycol diacetate (TEGDA) diluent", J. Membr. Sci., 473, 128-136 (2015).

상세보기
C. Fang, S. Jeon, S. Rajabzadeh, L. Fang, L. Cheng, and H. Matsuyama, "Tailoring both the surface pore size and sub-layer structures of PVDF membranes prepared by the TIPS process with a triple orifice spinneret", J. of Mater. Chem. A, 6, 20712-20724 (2018).

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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