As a membrane material, poly(m-phenyleneisophthalamide) was prepared by low-temperature solution polycondensation. The ultrafiltration measurement and dialysis test were performed to study the transport properties of the aromatic polyamide membranes. The morphology of aromatic polyamide membranes was also investigated with the aid of the scanning electron microscope(SEM).
In ultrafiltration measurement, the water flux was determined with an Amicon Model 8050 ultrafiltration cell. In dialysis test, the permeability coefficients of urea and a homologous series of ethylene glycol through aromatic polyamide membranes and a commercial cuprophane membrane were determined using a continuous flow dialysis apparatus. The effects of the temperature of solvent evaporation, existence of inorganic salts(LiCl, $CaCl_2$) and the nature of precipitation medium on the membrane performance and morphology were as follows :
(1) As the temperature of solvent evaporation increased, the water flux of the membrane decreased due to higher solvent evaporation rate which ultimately resulted a thick, dense skin layer in the asymmetric membrane.
(2) An aromatic polyamide membrane cast from a binary solution, containing only polymer and solvent, exhibited a water flux of 30-50 ℓ/㎡ day while membranes prepared under the same conditions with an appropriate additive exhibited a water flux as high as 1000 ℓ/㎡ day.
(3) As the glycerine concentration in the water-glycerine precipitation medium increased, a denser sponge structure of the membrane and lower permeation rates were observed. From the dialysis results through aromatic polyamide membranes precipitated in water-glycerine mixtures, the permeability coefficients were inversely proportional to the square root of the permeant molecular weight.
(4) In order to study the dependence of permeability coefficients on operating conditions, the operating temperature was varied as 23, 30, 37℃ and the operating flow rate 100, 200, 300 ml/min. The dialysis rates of urea, Di-EG, Poly EG-200 through commercial cuprophane membrane increased greatly with the increase of operating temperature and flow rate.
셀룰로오스 아세테이트막의 결점을 보완하기 위하여 1971년 Du Pont 사에서 개발된 방향족 폴리 아미드막은 친수성물질인 폴리 아미드 group의 화합물로 이루어져 있다. 이 방향족 폴리 아미드막은 가수분해, 미생물에 의한 분해, 산화등에 잘 견딜 수 있고 투과량 및 분리도(salt rejettion)에 있어서도 만족스러운 성능을 보인다고 알려져 있다.
특히 셀룰로오스 아세테이트보다도 극성이 작기 때문에 유기물의 분리에 유리하며 넓은 pH범위(4-10)와 온도범위에서 조업이 가능하다는 장점이 있는 반면 재료 선정 및 제조공정이 까다롭다는 단점이 있다.
본 연구의 목적은 방향족 폴리 아미드인 poly(m-phenyleneisophthalamide) 를 저온축중합(low-temperature solution polycondensation) 에 의해 제조 하여 그 막의 투과특성과 몰폴로지를 조사하는데 있다.
수투과율 (water flux)의 측정은 Amicon Medel 8050 Ultrafiltration Cell 을 사용하였고 투석실험은 Differential Refractometer(Waters R403) 를 사용하여 연속적으로 농도변화를 측정함으로써 투과계수(permeability coefficient) 를 조사하였다. 투석실험은 dialysis cell 의 유효면적이 33.6㎠ 이며 dialyzing solution 과 dialyzate 의 유량이 200ml/min, 조업온도는 37℃, 초기 dialyzing solution의 농도는 0.1 wt/%의 조건하에서 행하였다. 이러한 실험으로부터 얻어낸 결과는 다음과 같다.
첫째, 용매 증발온도가 높을수록 막의 수투과율은 줄어드는데 그 이유는 용매 증발온도가 높을수록 용매의 증발속도가 커지기 때문에 막의 구조가 두꺼운 표피층을 이루고 있기 때문이다.
둘째, 폴리머와 용매만으로 구성된 casting solution 으로부터 제조된 막의 수투과율은 30-50 l/㎡ day 인데 비해서 같은 조건하에서 무기염($LiCl, CaCl_2$) 이 첨가된 casting solution 으로 부터 제조된 막의 수투과율은 1,000 l/㎡ day 로서 급격히 증가함을 알 수 있다.
세째, 물과 글리세린의 혼합응고액의 조성 중 글리세린의 함량이 증가할수록 막의 단면은 치밀한 스폰지구조(dense sponge structure) 를 이루고 있어 수투과율이 감소하며 투석실험 결과 투과계수도 감소함을 알 수 있다. 투석실험으로부터 투과계수가 투과용질 분자량의 제곱근에 반비례하는 관계를 나타내고 있다.
네째, 조업조건에 따른 투과계수의 변화를 관찰하기 위하여 조업온도를 23, 30, 37℃, 조업유량을 100, 200, 300 ml/min 로 증가시킨 결과 조업온도가 증가할수록 조업유량이 증가할수록 투과계수는 급격히 증가함을 알 수 있다.
