Surface Modification of Poly(vinylidene fluoride) Membranes using Surface Modifying Macromolecules (SMMs) and Their Application to Pervaporation Separation

SMMs을 이용한 고분자막의 표면개질과 이의 투과증발분리 연구

Poly(vinylidene fluoride) (PVDF) membrane surfaces were modified using surface modifying macromolecules (SMMs). The Zonyl BA-L as SMM was used and the various PVDF membranes containing 0 to 2 wt% SMM were prepared. The resulting membranes were characterized through SEM, contact angle measurements and pervaporation separation of water-ethanol system. SMM layers were created in the surface regions of PVDF membranes by SEM images and the contact angles were increased more than untreated PVDF membranes. The pervaporation was carried out at 50, 60 and $70^{\circ}C$, and the PVDF membranes containing 1 and 2 wt% SMM were used for 10, 20, 50 wt% water in the binary water/ethanol mixtures and pure water. PVDF/2 wt% Zrlnyl BA-L membrane showed the permeability 5.3 $g/m^2hr$ and separation factor 287 at $50^{\circ}C$ for water : ethanol = 10 : 50 solution.

폴리비닐리덴풀루오라이드(Poly vinylidene fluoride, PVDF) 막을 고분자(Surface Modifying Macromolecules, SMM) 첨가제를 사용하여 표면 개질 하였다. 표면 개질된 PVDF 막의 제조는 0에서부터 2 wt%까지 SMM의 다양한 농도로 제조되었으며, 사용된 SMM으로써는 Zonyl BA-L을 이용하였다. 제조된 막을 이용하여 주사 전자 현미경법(SEM)과 접촉각 측정(Contact angle)을 하였고, 투과증발(Pervaporation)공정을 이용하여 물-에탄올 계의 분리실험을 통해 특성 평가를 하였다. 그 결과 SEM image를 통하여 SMM이 PVDF막 표면에 층을 형성하였음을 알 수 있었고, 접촉각은 기존의 PVDF 막 보다 SMM을 2 wt% 첨가하였을 때 $8^{\circ}$ 증가한 것으로 보아 소수성이 증가한 것을 알 수 있었다. 또한 물-에탄올 계에 대한 투과증발 실험은 다양한 조업온도별(50, 60, $70^{\circ}C$)로 수행하였으며, Zonyl의 함량이 PVDF 대비 1, 2 wt% 함유된 막을 사용하였으며 원액의 조성은 무게비로 물 10, 20, 50, 100%에 대하여 조사하였다. 물 : 에탄을 = 10 : 90 조성, 조업온도 $50^{\circ}C$에서 선택도 287과 투과도 5.3 $g/m^2hr$를 PVDF/2 wt% Zonyl BA-L 막이 보여주었다.