KR100447931B1 - 초발수성 유／무기 복합막 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초발수성 유/무기 복합막에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 프렉탈 표면 구조(fractal surface structure)와 ㎚ ∼ ㎛ 범위의 기공을 갖는 다공성 무기지지체의 표면에 그라프팅-프럼(grafting-from) 표면중합법을 이용하여 기능성 고분자가 화학적으로 고정된 스킨층(skin layer)이 형성되어 있어 우수한 분리성능을 보이는 새로운 개념의 초발수성 유/무기 복합막에 관한 것이다.
Description
본 발명은 초발수성 유/무기 복합막에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 프렉탈 표면 구조(fractal surface structure)와 ㎚ ∼ ㎛ 범위의 기공을 갖는 다공성 무기지지체의 표면에 그라프팅-프럼(grafting-from) 표면중합법을 이용하여 기능성 고분자가 화학적으로 고정된 스킨층(skin layer)이 형성되어 있어 우수한 분리성능을 보이는 새로운 개념의 초발수성 유/무기 복합막에 관한 것이다.
'막분리(membrane separation)'라 함은 막(membrane)의 물리화학적 특성을 이용하여 혼합물로부터 분자상태의 물질을 분리하는 것을 일컫는다. 막은 두 개의 삼차원 균일상을 분리시키고 있는 상(phase)으로, 상의 물리화학적 성질에 의해 물질 및 에너지의 교환속도가 좌우되는 제3의 상이다. 첨부도면 도 1은 막분리의 일반적인 개요도이다. 막분리 공정에서 분리막은 모든 이동현상의 저항이 총집중되어 있으며, 그 저항은 물질에 따라 선택적으로 다르다. 그러므로 물질에 따라 막을 통한 이동속도가 다르며, 이로 인해 물질의 분리가 일어난다. 분리막을 사용한 혼합물의 분리에 가장 중요한 영향을 미치는 인자는 분리막의 세공크기와 분리막 표면의 화학적 성질이다. 즉, 분리하고자 하는 물질의 크기와 화학적 특성에 적합한 분리막의 세공 크기 및 분리물과 접촉하는 분리막의 표면재질이 결정되어야 한다.
상업적으로 활용되고 있는 막은 고분자 분리막 및 무기소재 분리막으로 구분된다. 고분자 분리막은 다양한 표면특성을 부여할 수 있기 때문에 분리효율은 우수하나, 고분자 소재 자체의 열 및 기계적 성질이 약하기 때문에 막분리의 중요한 운전조건인 투과압과 운전온도를 변화하여 분리 특성을 극대화하는데 한계를 갖고 있다. 반면에 무기막의 경우 분리막의 주요특성인 기공의 크기 조절과 분리온도 및 압력을 상승시키는데 있어 고분자 분리막보다 매우 유리하나, 분리가 일어나는 표피층의 기능성을 다양화하여 분리효율을 증가시키는데 한계를 갖고 있다.
이러한 문제점을 개선하기 위해서 무기지지체 표면에 고분자층이 형성된 유/무기 복합막이 제안되어 활발히 연구되고 있다. 유/무기 복합막은 무기막의 장점인 가혹한 운전조건의 수용이 가능하고, 유기고분자막의 장점인 다양한 표면기능성을 부여할 수 있기 때문에 각광을 받고 있는 소재이다.
유/무기 복합막을 제조하기 위한 종래의 방법으로는 무기지지체에 기능성 고분자 용액을 흡착하는 방법을 이용해 무기물 표면에 기능성 유기고분자 막을 형성하는 방법을 들 수 있다. 이 방법의 장점은 가장 손쉽게 유/무기 복합막을 제조할 수 있다는 점에 있다. 그러나, 제조된 유/무기 복합막에서의 고분자 표면층은 무기물 표면에 분산(dispersion, van der Waals) 인력으로만 결합되어 있기 때문에 사용할 수 있는 연속상의 종류가 한정될 수밖에 없으며, 또 화학적으로 결합되지 않은 표면층은 쉽게 손실될 가능성이 높으므로 분리막의 내구성이 약한 단점이 있다. 이러한 용매 침적법에 의해 제조된 분리막의 단점은 매우 잘 알려진 기술인 자기조립법에 의해 해결될 수 있다. 즉, 그라프팅-투(grafting-to) 중합법으로 반응성 말단기를 갖는 고분자와 무기물 표면반응에 의해 기능성 고분자막을 고정하여 화학적으로 견고히 결합된 기능성 고분자 막을 갖는 유/무기 복합막을 제조할 수 있다. 그러나 그라프팅-투 중합법을 사용하여 고분자 표면층을 형성하는 경우, 선행반응에 의해 형성된 고분자 사슬(polymer brushes)이 후속 반응성 고분자 사슬의 무기물 표면 접근을 어렵게 하므로, 고체표면이 기능성 고분자 박막으로 덮일수록 후속 고분자 사슬의 표면농도구배(surface concentration gradient)가 심화되어 한정된 두께를 갖는 박막(∼20 ㎚)이 형성되기 때문에 표면 기능성 박막의 두께를 자유롭게 조절하여 결과적으로 다양한 기능성을 부여하는데 한계가 있다는 단점이 있다.
한편, 초발수성을 가지는 고체 표면은 일상생활에서 뿐만 아니라 산업적으로 다양하게 응용된다. 전통적으로 초발수 표면은 고체 표면에 불소화합물층을 물리·화학적인 방법으로 제조하여 왔으나 불소화합물의 매우 낮은 표면에너지 때문에 고체 표면에 화학적으로 고착하는 것은 매우 어려웠다. 또한 매우 우수한 초발수 표면을 얻기 위해서는 화학적인 표면개질 뿐만 아니라 고체 표면의 기하학적 구조도 조절해 주어야만 한다.
이에 본 발명의 발명자들은 초발수성을 지속적으로 유지할 수 있고 세공크기와 표면기능성의 제어가 자유로운 유/무기 복합막을 제조할 목적으로 수년간 집중적으로 연구를 수행한 결과, 표면 프랙탈 구조를 갖는 세공이 발달된 무기지지체 표면 및 세공 표면에 자기조립형 개시제(self-assembled monolayer of initiator)와 불소계 단량체를 사용한 연속된 표면 중합기술(in-situ surface polymerization)을 사용하여 무기지지체 표면에 화학적으로 결합된 기능성 불소계 고분자 박막을 형성함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명은 세공크기와 표면기능성의 제어가 자유롭고 극히 우수한 발수성을 보이며(super water repellent) 기존의 유/무기 복합막에 비해 뛰어난 분리 특성 및 운전조건을 갖는 분리막을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 막분리의 일반적인 개요도이다.
도 2는 다공성 지지체 위에 그라프팅-프럼(grafting-from) 중합에 의해 스킨층을 형성하는 과정을 나타낸 것으로, (a)는 그라프팅-프럼 중합법의 진행 개요도이고, (b)는 그라프팅-프럼 중합법의 각 단계별 XPS분석 결과이다.
도 3은 PFA 스킨층이 형성된 분리막에 대한 내구성 및 지속적 발수능을 확인 실험한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 PFA 스킨층이 형성된 분리막(a)과 스킨층이 형성되지 않은 분리막(b) 각각에 대한 표면특성을 비교한 사진이다.
도 5는 PFA 스킨층이 형성된 분리막(a)과 스킨층이 형성되지 않은 분리막(b) 각각에 대한 물과 메탄올 투과특성을 비교한 그래프이다.
도 6은 여러 불소계 단량체 및 공단량체를 이용하여 스킨층이 형성된 유/무기 복합막들에 대한 표면특성을 비교한 사진이다.
도 7은 다양한 지지체 위에 다양한 불소계 단량체를 이용한 스킨층이 형성된 유/무기 복합막들에 대한 물과 메탄올 투과특성을 비교한 그래프이다.
도 8은 스킨층이 형성되지 않은 다공성 지지체에서의 투과특성(a)과, 초발수성 스킨층의 형성 유무(有無)에 따른 분리막에서의 물(b)과 메탄올(c)에 대한 투과특성을 비교한 그래프이다.
본 발명은 다공성 무기지지체 표면에 아조계 염화실란 개시제를 매개층으로 하여 불소계 단량체 공중합물의 스킨층이 형성되어 있으며, 상기 개시제는 무기지지체 표면과 화학적 결합을 이루고 있고, 개시제의 라디칼 지점에서는 상기 불소계 단량체가 라디칼 중합한 고분자 사슬과 화학적으로 결합을 이루고 있는 초발수성 유/무기 복합막을 그 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 표면 프렉탈 구조(fractal structure)를 갖고 ㎚ ∼ ㎛ 크기의 세공을 갖는 무기 지지체 표면에 아조계 염화실란을 고착화 한 후, 불소계 단량체를주요 단량체로 하여 기능성 단량체를 표면으로부터 라디칼 중합하여, 표면에 불소계 중합체 박막을 형성함으로써 초발수 효과를 포함한 표면특성과 분리막 세공의 크기를 용이하게 조절하여 우수한 성능을 보이는 유/무기 복합막에 관한 것이다.
본 발명에 따른 유/무기 복합막의 표면구조는 다음과 같이 3부분으로 구성된다: ① 다공성 무기지지체, ② 무기지지체 표면에 고착된 자기조립형 개시제, ③ 개시제의 라디칼 지점에서 중합하여 생성된 것으로 발수 기능성 관능기를 갖는 고분자 사슬.
첨부도면 도 2는 본 발명이 표면중합법으로서 수행하게 되는 그라프팅-프럼(grafting-from) 중합의 진행과정을 나타낸 것이다. 도 2(a)에 나타낸 바대로 그라프팅-프럼 중합은 먼저 개시제를 표면에 화학적으로 결합시킨 후 단량체들을 라디칼 반응에 의해 표면중합시키는 방법으로 수행한다. 도 2(b)는 그라프팅-프럼 중합법의 각 단계별 XPS 분석 결과이다. 미처리된(untreated) 지지체 표면에 대한 XPS 분석 결과, 하이드록시기(-OH)가 존재하는 것을 확인할 수 있었는 데 이는 Si 원자 피크가 153.6 eV(Si 2s), 102.10 eV(Si 2p)에서 O 원자 피크가 531.40 eV(O 1s)에서 나타나는 것으로 알 수 있다. 개시제를 고착(immobilization)시킨 후의 XPS 분석 결과, 개시제의 아조결합이 존재하는 것을 확인할 수 있었는데 이는 N 피크가 399.30 eV(N 1s)에서 나타나는 것으로 알 수 있다. 불소계 단량체를 중합(polymerization)시킨 후의 XPS 분석 결과, 불소계 단량체가 표면에 잘 중합되었음을 확인할 수 있었는데 이는 플루오로(F) 피크가 687.8 eV(F 1s)에서 나타나는 것으로 알 수 있다.
이러한 그라프팅-프럼 중합법은 그라프팅-투(grafting-to) 중합법 또는 통상의 중합법과는 달리 고체 표면에 개시제를 먼저 결합시키기 때문에 그라프팅 밀도를 높일 수가 있다. 따라서, 그라프팅-프럼 중합법에 의하면 훨씬 더 유기 스킨층의 제어가 쉽고 다양한 기능성기를 가지는 고분자를 만들기 쉽고, 아울러 불소계 단량체의 공중합물인 스킨층은 초발수 특성을 지속적으로 유지할 수 있고 물질의 표면에너지 차이를 이용하여 분리효능을 향상시킬 수 있는 것이다.
본 발명에서의 '자기조립형 개시제'라 함은 무기지지체 표면에 화학적으로 견고히 결합하고 있으면서 개시제의 라디칼 지점에서는 원하는 기능성을 갖는 단량체가 라디칼 중합하여 제조된 고분자 사슬과 화학적으로 결합을 이루도록 하는 개시제이다. 결과적으로 개시제의 한쪽 끝단은 무기지지체 표면에 화학적 결합에 의해 견고히 고정되고 다른 한쪽 끝단은 기능성을 갖는 고분자 사슬(functional polymer brushes)과 화학적 결합을 이루고 있는 것이다. 본 발명에서는 이러한 자기조립형 개시제로서 아조계 염화실란을 사용하며, 이로써 유/무기 복합막의 기능성 관능기 농도 조절이 용이해졌다. 즉 개시제와 다른 비반응성 단량체(monomer with inert group)와의 공중합에 의해서 사슬 내에서 기능성 관능기의 개수를 조절하거나 단위 면적당 관능기수를 조절하여 얻어진 복합막의 기능성을 조절할 수 있게 된 것이다.
본 발명의 초발수성 유/무기 복합막 제조에 있어서 사용될 수 있는 다공성 무기지지체는 프렉탈 구조(fractal structure)를 갖는 것으로 기공의 크기가 ㎚ ∼ ㎛ 크기를 갖는 다공성 무기체에 사용할 수 있으며, 더욱 구체적으로는 5 ㎚ ∼200 ㎛의 세공크기를 갖는 무기물에 적용할 수 있다. '프렉탈 (fractal)'이라 함은 점점 더 미세한 구조로 자기 닮음의 성질을 가지는 기하학적인 도형이다. 이러한 구조로 된 표면은 물에 상당히 잘 젖든가(super-wettable), 물에 상당히 잘 반발(super-wettable)하는 특성을 갖는다. 본 발명이 사용하는 무기지지체는 표면에 자연상태에서 혹은 인공적으로 표면에 하이드록시기(-OH)를 갖는 모든 무기물로서, 다공성 무기지지체의 재질을 구체적으로 예시하면, 실리카, 알루미나, 산화티타늄, 산화철, 산화아연, 산화구리, 산화니켈, 산화코발트 등이 포함된 무기물 단독 혹은 2종 이상의 복합체와 상기 무기물이 포함된 유/무기 복합체를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 초발수성 유/무기 복합막 제조에 사용되는 불소계 단량체는 일반적으로 발수를 목적으로 사용되는 단량체이며, 구체적으로 다음 화학식 1 내지 6으로 표시될 수 있고 이들 불소계 단량체는 단독 혹은 2종 이상 혼합 사용할 수 있다.
상기 화학식에서, R1은 수소원자 또는 메틸기이고; R2는 메틸기, 에틸기 또는 프로필기이고; X는 수소원자, 불소원자 또는 염소원자이고; m은 2 내지 6의 정수이고; n은 3 내지 21의 정수이다.
또한, 본 발명의 스킨층을 형성함에 있어, 상기한 불소계 단량체와 함께 공단량체가 사용될 수 있는 바, 공단량체를 구체적으로 예시하면 에틸렌, 비닐클로라이드 단량체 (VCM), 비닐리덴크로라이드 (VDC), (메타)아크릴산 (AA, MAA), 메틸(메타)아크릴레이트 (MA, MMA), 에틸(메타)아크릴레이트 (EA, EMA), 부틸(메타)아크릴레이트 (BA, BMA), 헥실(메타)아크릴레이트 (HA, HMA), 도데실(메타)아크릴레이트 (DA, DMA), 스테아릴(메타)아크릴레이트 (SA, SMA), 벤질(메타)아크릴레이트 (BA, BMA), 사이클로헥실(메타)아크릴레이트 (CHA, CHMA), 아크릴로니트릴 (AN), 아크릴아미드 (AAM), 비닐아세테이트 (VA), 스틸렌 (St) 등의 비닐계 단량체; 및N-메틸올(메타)아크릴아미드 (MAAM, MMAAM), N-메틸올아크릴아미드부틸에테르 (MAAMBE), N-부톡시(메타)아크릴아미드 (BAAM, BMAAM), 2-히드록시(메타)아크릴레이트 (HEA, HEMA), 2-히드록시프로필(메타)아크릴레이트 (HPA, HPMA) 등의 가교성기(crosslinkable group)를 함유하는 아크릴계 단량체 중에서 선택된 단독 또는 2종 이상을 함께 사용할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 유/무기 복합막은 겉보기 표면에너지가 약 0.1 dyn/㎝ 정도로 극히 낮다. 따라서 150°이상의 매우 높은 접촉각을 나타내며, 초 소수성을 나타낸다. 이러한 특성을 이용하면 표면장력(surface tension)이 서로 다른 액체들의 혼합물을 투과시켰을 때 액체의 물리화학적 성질인 표면장력의 차이에 의해 물질 및 에너지의 교환속도가 서로 다르게 되어 서로 다른 분자상태의 물질로 분리될 수 있다. 또한, 본 발명에서 사용한 불소화합물은 극히 낮은 저에너지 표면특성을 보유하기 때문에 발수성, 발유성, 내오염성 등의 특성을 보유하는 것으로 알려져 있다. 이에 표면기능성은 화학적으로 극소수성을 띄며 분리막의 중요한 물성인 높은 기계적 강도를 보이는 유/무기 복합막의 제조가 가능해진 것이다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 다음의 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 이에 한정된 것은 아니다.
실시예 1
500 mL 슈랭크 유리 반응기에 평균 세공크기 20 ㎛의 다공성 실리카 지지체(반지름 2 ㎝ 두께 6 ㎜), 건조된 톨루엔 250 g, 트리에틸아민(TEA) 2 g을 넣었다. 아조계 염화실란 개시제로서 4,4-아조비스-(4-시아노펜타노익엑시드-(3-클로로디메틸실릴)프로필 에스테르 1 g을 건조된 톨루엔 10 mL에 녹인 후 반응기에 투입하고 밀봉하였다. 다공성 실리카 지지체 내부의 기체를 제거한 후에 상온에서 1일 동안 개시제 부착 반응을 실시하였다. 개시제가 다공성 실리카 지지체 표면에 화학적 반응(immobilization)으로 실록산 결합이 형성된 후 반응기에서 꺼냈다. 남아 있는 개시제와 형성된 염(salt) 등을 제거하기 위해 톨루엔, 메탄올, 아세톤을 이용하여 세척하였다. 세척된 다공성 실리카 지지체를 상온 건조시킨 후 500 mL 슈랭크 유리반응기에 넣고 불소계 단량체로서 C8F17C2H4OCOCH=CH2(이하, 'FA'라 함) 100 g을 넣었다. 반응은 50 ∼ 90 ℃의 항온조에서 3 ∼ 8시간 진행하였다. 반응후 제조된 분리막을 1,1,2-트리클로로-1,2,2-트리플루오로에탄(R-113)으로 세척하였다.
제조된 분리막의 표면특성을 접촉각 측정을 통해 규명하였으며, 물(H2O)과 디요오도메탄(CH2I2)을 이용하여 얻은 접촉각(contact angle) 측정 결과와 기하평균 근사식(geometric mean approximations)을 이용하여 표면 겉보기 에너지를 계산하였다. 이때 얻어진 접촉각은 물에 대해 153.8° 디아요도메탄에 대해 129°였으며, 표면에너지는 0.19 dyn/㎝ 이었다.
또한, 상기 실시예 1에 의해 제조된 분리막의 내구성 및 지속적 발수능을 알아보기 위하여 다음과 같은 실험을 실시하였다. 톨루엔, 톨루엔/메탄올(90/10)의 혼합용액, 톨루엔/메탄올/파라톨루엔술포닉엑시드(90/9.5/0/5)의 혼합용액 각각에 분리막 시편을 담그어 상온에서 48 시간동안 방치하였다. 방치후 꺼내어 표면에너지를 측정한 결과를 첨부도면 도 3에 나타내었다. 도 3에 의하면, 반응전이나 반응후의 표면에너지 변화는 거의 없음을 알 수 있었다, 이로써 본 발명에 따른 분리막이 용해성이 좋은 용매, 산 또는 알칼리에 대하여 강한 내구성과 지속적인 발수성을 가지고 있음을 확인할 수 있었다.
첨부도면 도 4는 상기 실시예 1에 의해 얻어진 분리막의 접촉각 형성 결과(a)와 표면중합을 수행하지 않은 분리막의 접촉각 형성 결과(b)를 비교하여 나타낸 사진이다. PFA 스킨층이 형성된 후의 다공성 실리카 지지체 위에서는 물방울과 표면이 약 150°∼ 160°의 초발수성 접촉각을 보여준다.
또한, 첨부도면 도 5에는 상기 실시예 1에 의해 제조된 복합막의 분리특성을 알아보기 위해 물 및 메탄올을 사용하여 투과특성 비교실험을 수행한 결과를 나타내었다. 다공성 실리카 지지체 표면에 PFA 스킨층이 형성된 분리막(a)과 스킨층이 형성되지 않은 다공성 실리카 지지체 분리막(b) 각각에 물과 메탄올을 투과시켰을 때를 비교하면, 스킨층이 형성된 분리막(a)의 투과율이 표면의 초발수성 때문에 작다. 또한 물 및 메탄올의 투과특성을 살펴보면 메탄올보다 물을 투과시켰을 때 투과율이 적음을 알 수 있는데, 그 이유는 물이 메탄올보다 표면장력이 크기때문에 두 액체간의 표면장력 차이로 인해 투과율을 달라지기 때문이다.
실시예 2
상기 실시예 1과 동일한 반응장치와 방법으로 다양한 화학적 구조를 갖는 스킨층을 갖는 여러 종류의 분리막을 얻기 위해, 다음 표 1에 나타낸 바와 같은 불소계 단량체 혹은 불소계 단량체와 공단량체를 이용하였다. 단량체가 상온에서 기체 상태인 경우 고압반응기를 사용하여 반응기를 액체 질소로 냉각한 후 정량의 가스를 주입하고 밀봉한 후 표면중합반응을 회분식으로 수행하였다. 생성된 분리막의 지지체, 표면특성은 다음 표 1 및 첨부도면 도 5에 나타내었다.
| 단량체 및 공단량체 | 지지체 | 접촉각 (°) | 표면에너지(dyn/cm) | |
| (H2O) | (CH2I2) | |||
| 퍼플루오로알킬에틸 메타크릴레이트(FMA) | 실리카 | 156 | 119.4 | 1.12 |
| 테트라플루오로에틸렌(TFE) | 알루미나 | 151 | 112 | 1.08 |
| 비닐리덴 플루오라이드(VDF) | 알루미나 | 146 | 101 | 1.55 |
| FA/MMA=3/7 (w/w) | 산화티타늄 | 146 | 98 | 2.11 |
| FMA/EMA=3/7 (w/w) | 산화티타늄 | 145 | 99 | 1.61 |
도 6의 사진들은 여러 무기지지체 표면에 다양한 불소계 단량체를 이용하여 초발수성 스킨층이 형성된 유/무기 복합막들에 대한 표면특성을 비교한 것이다.
또한, 상기에서 제조한 실리카 지지체/FMA 스킨층, 알루미나 지지체/TFE 스킨층, 알루미나 지지체/VDF 스킨층으로 구성되는 유/무기 복합막들에 대하여 물과메탄올의 분리특성을 비교 실험하여 첨부도면 도 7과 같은 분리특성을 얻었다.
비교예 1
본 발명에 따른 초발수성 스킨층이 형성되지 않은 분리막의 경우, 물 및 디아요도메탄에 대한 접촉각이 모두 0°이었다. 이러한 결과는 다공성 성질을 가지는 실리카, 알루미나, 산화티타늄 등의 겉보기 표면에너지가 매우 높다는 것을 의미한다.
| 지지체 | 접촉각(H2O) | 접촉각(CH2I2) |
| 실리카 | 0° | 0° |
| 알루미나 | 0° | 0° |
| 산화티타늄 | 0° | 0° |
비교예 2
스킨층이 형성되지 않은 다공성 지지체와, 초발수성 스킨층이 형성된 유/무기 복합막에 대해 물과 메탄올의 투과특성 비교 실험을 실시하였다. 첨부도면 도 8에는 스킨층이 없는 실리카 다공성 지지체(두께 6 ㎜)에 대한 물과 메탄올의 투과특성(a)을 나타내었다. 또한, 스킨층이 없는 다공성 실리카 지지체(두께 9 ㎜)와 다공성 실리카 지지체(두께 9 ㎜) 표면에 FA 불소계 단량체를 이용하여 초발수성 스킨층을 형성한 분리막 각각에 대한 물(b)과 메탄올(c)의 투과특성을 상압에서 측정하여 비교하였다.
도 8에 의하면, 스킨층이 없는 다공성 지지체에서만 물과 메탄올의 투과도(a)를 비교하여보면 투과특성이 거의 같음을 알 수 있다. 그러나 스킨층의 유무에 따른 물에 대한 투과도 차이가 메탄올에 대한 차이보다 현저히 크다. 이는 물이 메탄올보다 표면에너지가 크기 때문이다.
액상 혼합물을 분리함에 있어서 산업현장에서는 대다수가 액체의 비점(boiling point) 차이를 이용한 분별 증류법에 의존하고 있으나, 이러한 방법은 많은 에너지 소비를 유발하고 증류탑 등 거대한 시설물을 필요로 할 뿐만 아니라 환경문제를 야기시키고 많은 공간을 차지하게 된다.
이에 반하여, 본 발명의 유/무기 복합막은 액체들의 표면장력의 차이를 이용한 분리막이므로 높은 에너지소비를 필요로 하지 않으며 환경문제를 유발하지 않는 친환경적 분리막이다. 또한, 액체가 막을 통과 할 수 있는 압력만 가해주면 되기 때문에 장치 설치 시 많은 공간을 필요로 하지 않는다.
Claims (7)
- 다공성 무기지지체 표면에 아조계 염화실란 개시제를 매개층으로 하여 다음 화학식 1 내지 6 중에서 선택된 불소계 단량체 공중합물의 스킨층이 형성되어 있으며, 상기 개시제는 무기지지체 표면과 화학적 결합을 이루고 있고, 개시제의 라디칼 지점에서는 상기 불소계 단량체가 라디칼 중합한 고분자 사슬과 화학적으로 결합을 이루고 있는 것임을 특징으로 하는 초발수성 유/무기 복합막 :[화학식 1]CF2=CF2[화학식 2]CH2=CF2[화학식 3]XCnF2nCH2OCOCR1=CH2[화학식 4]XCnF2nSO2NR2(CH2)mOCOCR1=CH2[화학식 5]XCnF2nCH2CH(OH)(CH2)mOCOCR1=CH2[화학식 6]XCnF2n(CH2)mOCOCR1=CH2상기 화학식에서, R1은 수소원자 또는 메틸기이고; R2는 메틸기, 에틸기 또는 프로필기이고; X는 수소원자, 불소원자 또는 염소원자이고; m은 2 내지 6의 정수이고; n은 3 내지 21의 정수이다.
- 제 1 항에 있어서, 상기 무기지지체가 실리카, 알루미나, 산화티타늄, 산화철, 산화아연, 산화구리, 산화니켈 및 산화코발트 중에서 선택된 다공성 지지체로서, 프렉탈 구조(fractal structure)를 갖는 것임을 특징으로 하는 초발수성 유/무기 복합막.
- 제 1 항에 있어서, 표면에너지가 낮은 불소화합물을 다공성 지지체 위에화학적으로 고착시킨 것임을 특징으로 하는 초발수성 유/무기 복합막.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 불소계 단량체에 추가적으로 비닐계 단량체 및 가교성기를 포함하는 아크릴계 단량체 중에서 선택된 공단량체가 포함된 것임을 특징으로 하는 초발수성 유/무기 복합막.
- 제 1 항에 있어서, 상기 중합은 다공성 지지체 위에 불소화합물 단량체를 이용한 그래프팅-프럼 표면중합인 것임을 특징으로 하는 초발수성 유/무기 복합막.
- 제 1 항에 있어서, 상기 복합막은 물에 대한 접촉각이 145°∼ 160° 겉보기 표면에너지가 0.1 ∼ 2 dyn/㎝인 것임을 특징으로 하는 초발수성 유/무기 복합막.
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