KR101122569B1 - 기체분리막 및, 기체분리막의 분리능 증대를 위한 코팅처리방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기체분리막의 제조기술에 관한 것으로, 본 발명은 막 표면에 코팅층 갖는 기체분리막에 있어서, 상기 막 표면에 2액형 실리콘 엘라스토머와 상온경화용 일액형 실리콘이 1:1의 무게비 또는 부피비로 혼합된 코팅액으로 형성시킨 코팅층을 포함하여 이루어지는 기체분리막을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 제조되는 기체분리막의 막 표면에 행하는 코팅처리방법에 있어서, 2액형 실리콘 엘라스토머와 상온경화용 일액형 실리콘을 포함하는 코팅액을 막 표면에 코팅 처리하여 코팅층을 형성시킨 후, 50~80℃의 온도에서 1시간~2시간 30분 동안 열처리하여 코팅층을 경화시키는 기체분리막의 분리능 증대를 위한 코팅처리방법을 특징으로 한다.
본 발명은 제조되는 기체분리막의 막 표면에 일정두께 이상의 코팅층을 용이하면서도 안정적으로 형성시킬 수 있을 뿐만 아니라 균일한 코팅층을 형성시킬 수 있으며, 이를 통해 내구성을 갖는 코팅층을 형성시킬 수 있고 기체분리막의 분리능을 증대시킬 수 있다.
기체분리막, 분리능 증대, 코팅층, 용이성, 안정성, 균일성, 내구성
Description
본 발명은 각종 기체를 분리하는데 사용되는 기체분리막의 제조기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 개선된 분리능을 위한 코팅층을 갖는 기체분리막 및, 막 표면에 일정두께 이상의 코팅층을 용이하면서도 안정적으로 형성시킬 수 있도록 함은 물론 균일한 코팅층을 형성시킬 수 있도록 하며 제조되는 기체분리막의 분리능을 증대시킬 수 있도록 한 기체분리막의 분리능 증대를 위한 코팅처리방법에 관한 것이다.
일반적으로 기체분리막은 산소나 질소 등 기체를 분리하는데 사용되는 막으로서, 특수하게 제작된 막의 한쪽 면으로 기체가 접촉되어 막 반대편의 압력이 저압상태로 될 때 혼합기체중의 특정 기체가 막을 투과하는 현상을 이용하여 기체를 분리해내는 방식이 사용된다.
이렇게 기체 분리에 사용되는 기체분리막은 막 표면의 치밀한 선택분리층과 막 하부에 최소의 투과저항을 갖는 다공성 지지체로 이루어지는 비대칭구조로 제조됨이 바람직한 것으로 보고되고 있으며, 기체분리를 위한 운전조건에 차이가 있으나 중공사막 모듈형태의 기체분리막이 많이 사용되고 있다.
종래 중공사막 모듈형태의 기체분리막 제조공정을 개략적으로 살펴보면, 중공사막 형성을 위한 고분자용액 및 내부응고액을 제조하는 도프 제조단계, 제조된 도프를 방사노즐을 통해 공기 중에 방사하는 방사단계, 방사된 도프를 외부응고액 속에 침지시켜 응고시키는 응고단계, 세정단계, 용매치환단계, 건조단계, 코팅단계, 중공사막의 다발을 형성하는 모듈 포팅단계를 포함하는 공정으로 이루어진다.
이때, 제조되는 기체분리막은 표면에 결함이 존재하지 않는 표면층으로 존재하여야 하나, 실제 상기의 방사단계에서 결함이 존재하지 않는 막 표면을 만드는데 상당한 어려움 및 한계상황이 발생되고 있어 상기의 건조단계 이후에 제조되는 막 표면의 결함을 커버 및 제거할 수 있도록 코팅작업을 수행하고 있으며, 종래 코팅단계의 수행시 코팅제로는 대부분이 폴리디메틸실록산(poly dimethyl siloxane; PDMS)을 사용하고 있다.
그런데, 종래 기체분리막의 제조시 막 표면의 결함을 커버하기 위해 코팅제로 사용되고 있는 폴리디메틸실록산은 코팅단계의 수행시 일정시간 이상 열원이 가해져야 경화되는 열경화형으로서 히팅존이 존재하게 되므로 이로 인해 유독한 유기용매가 발생하여 오염원이 생기는 단점 및 안정성이 떨어지는 문제점이 있었으며, 점도가 낮아 막 표면에 일정두께 이상의 코팅층을 형성하는데 어려움을 겪고 있음 은 물론 균일한 코팅층의 형성에도 어려움이 존재하고 있는 실정에 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점 등을 감안하여 안출된 것으로서, 개선된 분리능을 위한 코팅층을 갖는 기체분리막 및, 막 표면에 일정두께 이상의 코팅층을 용이하면서도 안정적으로 형성시킬 수 있도록 함은 물론 균일한 코팅층을 형성시킬 수 있도록 하며 제조되는 기체분리막의 분리능을 증대시킬 수 있도록 한 기체분리막의 분리능 증대를 위한 코팅처리방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 막 표면의 결함을 제거하면서도 기체분리에 따른 효율 및 효용성을 높일 수 있도록 한 기체분리막 및, 기체분리막의 분리능 증대를 위한 코팅처리방법을 제공하는데 있다.
본 발명은 막 표면을 갖는 기체분리막에 있어서,
상기 막 표면에 2액형 실리콘 엘라스토머와 상온경화용 일액형 실리콘이 1:1의 무게비 또는 부피비로 혼합된 코팅액으로 형성시킨 코팅층을 포함하여 이루어지는 기체분리막을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 제조되는 기체분리막의 막 표면에 행하는 코팅처리방법에 있어서,
2액형 실리콘 엘라스토머와 상온경화용 일액형 실리콘을 포함하는 코팅액을 막 표면에 코팅 처리하여 코팅층을 형성시킨 후, 50~80℃의 온도에서 1시간~2시간 30분 동안 열처리하여 코팅층을 경화시키는 기체분리막의 분리능 증대를 위한 코팅처리방법을 특징으로 한다.
본 발명은 제조되는 기체분리막의 막 표면에 일정두께 이상의 코팅층을 용이하면서도 안정적으로 형성시킬 수 있을 뿐만 아니라 균일한 코팅층을 형성시킬 수 있고, 이를 통해 내구성을 갖는 코팅층을 형성시킬 수 있으면서 기체분리막의 분리능을 증대시킬 수 있으며, 기체분리막의 막 표면에 대한 결함을 제거하면서도 각종 기체의 분리에 따른 효율 및 효용성을 높일 수 있다.
본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예에 의한 기체분리막은 제조공정의 순차적인 진행으로 막 표면을 갖게 되는 기체분리막에 있어서,
상기 막 표면에 2액형 실리콘 엘라스토머와 상온경화용 일액형 실리콘이 혼합된 코팅액을 코팅 처리함으로써 막 표면의 결함을 제거함과 아울러 분리능을 개선하기 위한 코팅층을 포함하여 이루어지게 한다.
이때, 상기 코팅층의 형성에 사용되는 코팅액은 2액형 실리콘 엘라스토머와 상온경화용 일액형 실리콘을 1:1의 무게비 또는 부피비로 혼합한 것을 사용함이 바람직하다 할 것이다.
여기서, 상기 코팅층을 위한 코팅액은 2액형 실리콘 엘라스토머와 상온경화용 일액형 실리콘을 혼합함에 있어 용매를 사용함이 바람직한데, 이때에는 용매로 헥산을 사용함이 바람직하며, 2액형 실리콘 엘라스토머 1~10중량%와 상온경화용 일액형 실리콘 1~10중량% 및 헥산 80~98중량%의 조성으로 이루어지게 한다.
한편, 본 발명에 의한 기체분리막의 분리능 증대를 위한 코팅처리방법은 제조되는 기체분리막의 막 표면에 코팅처리를 수행함에 있어서,
상기 막 표면에 2액형 실리콘 엘라스토머와 상온경화용 일액형 실리콘을 포함하는 코팅액을 코팅 처리함으로써 코팅층을 형성시킨다.
이때, 상기 2액형 실리콘 엘라스트머는 주재와 경화재가 10:1의 배합비율로 이루어지는 열경화형 2액형 실리콘 재료로서 화학적으로 안정되고 점도가 낮은 것이며, 상기 상온경화형 일액형 실리콘은 상온(20~30℃)에서 공기중의 습기와 반응하여 자연 경화되는 상온경화형이고 내부식성의 특성 및 점도가 높은 것이다.
상기 2액형 실리콘 엘라스토머와 상온경화용 일액형 실리콘은 1:1의 무게비 또는 부피비로 혼합하여 사용함이 바람직한데, 이는 어느 한쪽의 조성비가 다른 쪽에 비해 높게 되면 코팅품질에 악영향을 미쳐 막 표면에 코팅이 안정적으로 형성되지 않거나 균일한 코팅층의 형성을 어렵게 할 수 있다.
부연하면, 상기 2액형 실리콘 엘라스토머의 조성이 많게 되면 낮은 점도의 형성으로 막 표면에 코팅 처리시 일정두께 이상의 코팅층을 형성하는데 어려움이 있을 뿐만 아니라 안정성이 떨어지게 되며, 상기 상온경화형 일액형 실리콘의 조성이 많게 되면 높은 점도의 형성으로 막 표면이 너무 끈적끈적해지고 이로 인해 모듈작업시 사용되는 접착제와의 접착력이 약화되어 접착부분에 리크(leak)가 발생할 가능성이 높아지게 되는 것으로, 상기 2액형 실리콘 엘라스토머와 상온경화용 일액형 실리콘은 동일한 배합비율로 적용함이 가장 바람직하다 할 것이다.
또한, 상기 코팅층의 형성을 위한 코팅액은 2액형 실리콘 엘라스토머와 상온경화용 일액형 실리콘의 혼합에 따른 용이성을 위해 용매를 사용함이 바람직한데, 이때에는 용매로 헥산을 사용함이 바람직하다 할 것이며, 2액형 실리콘 엘라스토머 1~10중량%와 상온경화용 일액형 실리콘 1~10중량% 및 헥산 80~98중량%의 조성으로 이루어지게 함이 바람직하다.
여기서, 상기 2액형 실리콘 엘라스토머와 상온경화용 일액형 실리콘을 포함하는 코팅액의 적용으로 코팅층의 두께를 1.00㎛ 이상으로 용이하게 형성시킬 수 있을 뿐만 아니라 적절한 점도 형성에 의해 코팅층을 균일하게 형성시킬 수 있게 되므로 기체분리막에 대한 분리능의 개선효과를 기대할 수 있게 된다.
이어, 상기 막 표면에 코팅층을 형성시킨 이후에는, 50~80℃의 온도에서 1시간~2시간 30분 동안 열처리하여 코팅층을 경화시킨다.
이때, 코팅층은 적절한 배합비율을 갖는 2액형 실리콘 엘라스토머와 상온경화형 일액형 실리콘의 물질특성에 의해 예전보다 비교적 빠른 시간에 경화가 이루어지도록 촉진되므로 긴 히팅존이 존재할 필요가 없게 되고 보다 용이하면서도 안정적으로 형성시킬 수 있게 된다.
이렇게 제조되는 기체분리막의 막 표면에 코팅층을 빠르면서도 안정적으로 형성시킬 수 있고 용이하면서도 균일하게 형성시킬 수 있음에 따라 기체분리막의 분리능에 대한 물성특성을 높일 수 있으면서 품질신뢰성 또한 향상시킬 수 있고 보다 우수한 특성을 발휘하는 기체분리막을 제조할 수 있게 되는 것이다.
[실시예 1]
기체분리막의 막 표면에 2액형 실리콘 엘라스토머 3중량%와 상온경화용 일액형 실리콘 3중량% 및 헥산 94중량%의 조성으로 이루어진 코팅액으로 코팅하여 코팅층을 형성시킨 후, 70℃에서 2시간 열처리하여 경화시켰다.
[실시예 2]
기체분리막의 막 표면에 2액형 실리콘 엘라스토머 1중량%와 상온경화용 일액형 실리콘 1중량% 및 헥산 98중량%의 조성으로 이루어진 코팅액으로 코팅하여 코팅층을 형성시킨 후, 70℃에서 2시간 열처리하여 경화시켰다.
[비교예 1]
기체분리막의 막 표면에 폴리디메틸실록산 5중량% 및 헥산 95중량%의 조성으로 이루어진 코팅액으로 코팅하여 코팅층을 형성시킨 후, 70℃에서 2시간 열처리하여 경화시켰다.
[비교예 2]
기체분리막의 막 표면에 폴리디메틸실록산 10중량% 및 헥산 90중량%의 조성으로 이루어진 코팅액으로 코팅하여 코팅층을 형성시킨 후, 70℃에서 2시간 열처리하여 경화시켰다.
이때, 상기한 실시예 1과 실시예 2, 비교예 1과 비교예 2에 사용된 기체분리막은 동일한 조건에 의해 막 표면이 형성된 것을 사용하였다.
이러한 실시예 1과 실시예 2, 비교예 1과 비교예 2를 가지고 산소 분리능에 대한 물성테스트를 실시하되 모두 동일한 운전조건으로 실시하였으며, 이하의 표 1에 그 결과치를 나타내었다.
표 1. 산소 분리능 물성테스트 결과
| 운전압력 | 투과량(cc/min) | 산소농도(%) | ||||||
| 실시1 | 실시2 | 비교1 | 비교2 | 실시1 | 실시2 | 비교1 | 비교2 | |
| 5 kgf/㎤ | 177 | 298 | 706 | 450 | 35.2 | 30.5 | 25.2 | 26.7 |
| 7 kgf/㎤ | 255 | 407 | 996 | 693 | 35.7 | 31.9 | 24.8 | 25.8 |
표 1에서 보여주는 바와 같이, 본 발명에 의한 실시예 1 및 실시예 2가 종래기술에 의한 비교예 1 및 비교예 2에 비해 투과량은 줄여주면서 분리능은 높여주는 물성특성을 발휘함을 나타내고 있다.
특히, 본 발명에 의한 실시예 1 및 실시예 2는 운전압력을 높이더라도 분리능이 저하되지 않는 물성을 갖게 하는 것인데 반하여, 종래기술에 의한 비교예 1 및 비교예 2는 운전압력을 높일 경우 분리능이 저하되는 물성을 나타내고 있어 본원발명이 분리능의 증대효과를 발생시킴을 확인할 수 있을 뿐만 아니라 기체분리막의 내구성 증대에도 일조함을 확인할 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2는 본 발명에 의한 실시예 1 및 실시예 2를 통해 기체분리막의 막 표면에 형성시킨 코팅층을 관찰한 주사전자현미경(SEM) 사진이고, 도 3 및 도 4는 종래기술에 의한 비교예 1 및 비교예 2를 통해 기체분리막의 막 표면에 형성시킨 코팅층을 관찰한 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
여기서, 본 발명에 의한 실시예 1 및 실시예 2를 통해 기체분리막의 막 표면에 형성시킨 코팅층은 도 1 및 도 2의 사진에서 보여주는 바와 같이 분리능의 기능을 발휘할 수 있는 정도의 코팅층이 일정 두께 이상으로 막 표면에 형성되어 있고 균일하게 형성되어 있음을 보여주고 있으며, 종래기술에 의한 비교예 1 및 비교예2에 있어서는 도 3 및 도 4의 사진에서 보여주는 바와 같이 코팅층이 막 표면에 너무 얇게 형성되어 있고 이로 인해 균일하게 형성되기 어려움을 보여주고 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 의한 실시예 1 및 실시예 2를 통해 기체분리막의 막 표면에 형성시킨 코팅층을 관찰한 주사전자현미경(SEM) 사진.
도 3 및 도 4는 종래기술에 의한 비교예 1 및 비교예 2를 통해 기체분리막의 막 표면에 형성시킨 코팅층을 관찰한 주사전자현미경(SEM) 사진.
Claims (5)
- 막 표면을 갖는 기체분리막에 있어서,상기 막 표면에 2액형 실리콘 엘라스토머와 상온경화용 일액형 실리콘이 1:1의 무게비 또는 부피비로 혼합된 코팅액으로 형성시킨 코팅층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기체분리막.
- 제조되는 기체분리막의 막 표면에 행하는 코팅처리방법에 있어서,2액형 실리콘 엘라스토머와 상온경화용 일액형 실리콘이 1:1의 무게비 또는 부피비로 혼합된 코팅액을 막 표면에 코팅 처리하여 코팅층을 형성시킨 후, 50~80℃의 온도에서 1시간~2시간 30분 동안 열처리하여 코팅층을 경화시키는 것을 특징으로 하는 기체분리막의 분리능 증대를 위한 코팅처리방법.
- 삭제
- 제 2항에 있어서,상기 2액형 실리콘 엘라스토머와 상온경화용 일액형 실리콘은 코팅액 제조시 용매로 헥산을 사용하되,2액형 실리콘 엘라스토머 1~10중량%, 상온경화용 일액형 실리콘 1~10중량%, 헥산 80~98중량%로 조성되는 것을 특징으로 하는 기체분리막의 분리능 증대를 위한 코팅처리방법.
- 삭제
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| KR1020090114325A KR101122569B1 (ko) | 2009-11-25 | 2009-11-25 | 기체분리막 및, 기체분리막의 분리능 증대를 위한 코팅처리방법 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020090114325A KR101122569B1 (ko) | 2009-11-25 | 2009-11-25 | 기체분리막 및, 기체분리막의 분리능 증대를 위한 코팅처리방법 |
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| KR (1) | KR101122569B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160026070A (ko) | 2014-08-29 | 2016-03-09 | 주식회사 앱스필 | 기체분리막의 제조 방법 |
-
2009
- 2009-11-25 KR KR1020090114325A patent/KR101122569B1/ko active IP Right Grant
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|---|---|---|---|---|
| KR20160026070A (ko) | 2014-08-29 | 2016-03-09 | 주식회사 앱스필 | 기체분리막의 제조 방법 |
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| Publication number | Publication date |
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