[논문]혈액여과기용 폴리올레핀계 미세다공성 중공사막의 표면개질

정지선; 김성수; 허치행; 김진호

[국내논문] 혈액여과기용 폴리올레핀계 미세다공성 중공사막의 표면개질
Surface Modification of Polyolefin Hollow Fiber Membrane for Hemofilter 원문보기

정지선 (경희대학교 환경응용화학대학) , 김성수 (경희대학교 환경응용화학대학) , 허치행 (경희대학교 환경응용화학대학) , 김진호 ((주) KMS)

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문제 정의

본 연구에서는 우수한 물리화학적 특성을 가지고 있으면서도 소수성이 강하고 기공 크기의 조절이 어려워 혈액 여과막으로 사용되지 못하였던 PP 및 PE를 소재로 한 중공사 막형 혈장분리막과 혈장분획막을 개발하고자 한다. 특히 열유도 상분리 공정과 연신공정을 복합화하여 다양한 기공 크기를 갖는 중공사막을 제조하여 혈액적합성, 선택적 여과성 등을 향상시키기 위한 표면 개질 공정을 개발하고 이를 최적화 하였다.

제안 방법

혈장분리막과 혈장분획막을 개발하고자 한다. 특히 열유도 상분리 공정과 연신공정을 복합화하여 다양한 기공 크기를 갖는 중공사막을 제조하여 혈액적합성, 선택적 여과성 등을 향상시키기 위한 표면 개질 공정을 개발하고 이를 최적화 하였다.
본 연구에서는 열유도 상분리 공정으로 제조된 polyproplene(PP) 막과 용융방사 공정을 통해 제조된 dense한 구조의 polyethylene(PE) 막을 적절한 비율과 방법으로 연신하여 다양한 pore size를 구현하였다. 다양한 streching 조건을 적용하여 중공사막의 pore size를 조절하였고 이를 FE-SEM 과 capillary flow porometer로 분석하였다.
다양한 pore size를 구현하였다. 다양한 streching 조건을 적용하여 중공사막의 pore size를 조절하였고 이를 FE-SEM 과 capillary flow porometer로 분석하였다.
제조된 폴리올레핀 중공사을 친수화 표면개질하기 위하여 thermal crosslinking, low temperature plasma treatment, low plasma treatment한 후 thermal cross linking을 한 세가지 방법을 수행하였다.
저온 플라즈마와 열가교를 복합한 공정은 위와 같은 조건으로 수행하였다. 표면 개질의 성능 테스트를 위해 water flux와 specific flux를 측정하였다. 측정할 때의 유량은 30ml/min으로 하였다.
측정할 때의 유량은 30ml/min으로 하였다. 성능 테스트를 마친 중공사막의 분획분자량을 측정하기 위해 분자량 2,000,000의 dextran으로 실험하고 TOC 분석을 하였다.
각각의 표면 개질 방법을 통한 막의 생체 적합성을 알아보기 위해 BSA 흡착실험을 통하여 막의 fouling 을 비교해 보았다.

대상 데이터

열가교 시 monomer는 dimethyl oxobuthyl acrylamide(DOAA) 사용하였고, cross linking agent는 hydromethyl acrylamide(HMA), initiator로는 benzoyl peroxide(BPO) 그리고 solvent는 acetone을 이용하였다. 모노머 용액에 중공사막을 2min 동안 침지시킨 후 60°C oven에서 1시간 동안 열가교를 시켰다.

이론/모형

저온 플라즈마 처리 방법은 내경이 190mm이고 길이가 700mm인 tubular type의 reactor에 external moving electrodes를 사용하였으며 플라즈마 형성에 필요한 에너지를 공급하기 위해 advanced energy industries사의 RF power supply(RFX 600 generator, 13.56 MHz)와 matching network를 이용하였다. 플라즈마 처리조건은 공급 power를 40W, 처리시간 3min, air exposure time은 lOmin, gas flow rate를 0.

성능/효과

PP 중공사막은 0, 10, 20, 30, 40, 50%로 cold stretching한 결과 막의 stretching ratio가 증가함에 따라 pore size가 증가되는 것을 알 수 있으며, PP 중공사막은 0.1-0.3㎛의 범위의 plasma separator에 적합하다.
다양한 pore size의 막에 여러 방법을 통하여 표면 개질을 한 결과 water flux와 specific flux를 통하여 성능 평가를 수행한 결과 pore size가 증가할수록 water flux 와 specific flux가 증가되며, 열가교방법, 저온 플라즈마 처리, 저온플라즈마와 열가교의 복합처리 방법 중 저온 플라즈마 처리 방법이 가장 좋은 친수화 성능을 나타내었다. 그 결과를 Fig 3과 Fig 4에 나타내었다.
표면 개질을 통하여 친수화를 마친 중공사막의 생체 적합성을 알아보기 위해 BSA 흡착 실험을 한 결과 멤브레인의 fouling이 저온 플라즈마의 방법이 가장 우수한 것을 알 수 있었다.

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