본 총설은 소수성 불소수지계 분리막의 표면 개질에 대한 개론으로 다양한 표면 개질 방법 및 그 연구 결과를 중 점적으로 서술하였다. PTFE로 대표되는 불소수지계 고분자 분리막은 막 증류, 유수 분리, 기체 분리를 포함한 다양한 막 분 리 공정에서 사용되어왔다. PTFE 막은 내화학성, 내열성, 높은 기계적 강도와 같은 뛰어난 물성에도 불구하고 소수성 표면 특성으로 인해 기술 적용의 확장에 제한적이다. 친수성 향상을 위해 습식 화학법, 친수성 고분자 코팅, 플라즈마 처리, 조사, 원자층 증착과 같은 다양한 PTFE 표면 개질 방법을 이용하며 이를 통해 불소수지계 분리막의 응용분야가 확장될 수 있다.

This paper developed a wind triboelectric nanogenerator(TENG) using cubic PTFE model. When the wind is injected, the cube PTFE is scattered inside the cylinder TENG structure and energy is harvested. The TENG structure was designed as a cylinder that allows independent dielectric to rotate well inside. In addition, an inlet and an outlet were made to allow good wind flow. Unlike wind harvesters, where one end is mostly fixed and energy is harvested, the dielectric's motion is freed using independent mode. The electrodes and dielectric materials used Aluminum(Al) and Polytetrafluoroethylene(PTFE). The cube PTFE dielectric contacts/separates the electrode attached to the inner wall of the cylinder along the inner wall of the cylinder. At this time, electricity is generated by the kinetic energy generated by the wind. In this study, the efficiency by the number of Cube PTFE inside the cylinder was compared. The experiment confirmed that as the number of Cube PTFE increases, the power increases, but if the number of Cube PTFE exceeds an appropriate number, the density inside the cylinder increases, interrupting the flow of wind, and thus decreasing the power.

This paper is a study to improve the energy harvesting output of a TENG(Triboelectric nanogenerator) driven by wind power using fine PTFE(Polytetrafluoroethylene) flakes. The structure of the nanogenerator was manufactured in the cylindrical structure, Al(Aluminium) was attached to the inner wall of the cylinder and the PTFE flakes were rotated by the wind inside the cylinder. The number of contact and separation motions was increased as there are multiple PTFE flakes, resulting in improvement of the harvesting output. Through this, it was evaluated to the energy harvesting output characteristics according to the change in the number of PTFE flakes. Up to the optimum, the energy collection efficiency shows the linear correlation with the increase in PTFE flakes and decreases after that. As the PTFE flakes are more than the optimum, the lowering in the harvesting output is induced by obstructing the flow of wind inside the cylinder.

전 바나듐 레독스 흐름 전지(VRFB)는 유망한 대용량 에너지 저장 기술 중 하나이다. 이온교환막은 VRFB의 충⋅ 방전 성능 및 내구성을 좌우하는 핵심 구성 요소이다. 본 연구에서는 기존 탄화수소계 이온교환막의 단점을 보완하기 위해 우수한 물리적 및 화학적 안정성을 갖는 다공성 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 지지체의 세공에 불소부가 포함된 탄화수 소계 이오노머를 충진하는 방식으로 세공충진 음이온교환막(PFAEMs)을 제조하였다. 얇은 다공성 PTFE 지지체의 사용으로 전기적 저항을 현저히 낮출 수 있었으며 PTFE 지지체의 사용과 더불어 충진 이오노머에 불소부를 도입함으로써 막의 산화 안정성을 크게 향상시킬 수 있었다. 충⋅방전 성능 평가 결과, PFAEM에 불소부의 함량이 증가할수록 높은 전류 효율을 나타내었으며 낮은 전기적 저항으로 상용막 대비 우수한 전압 효율 및 에너지 효율을 보였다. 또한, 산화 안정성 및 충⋅방전 성능의 관점에서 소수성 PTFE 지지체의 사용이 더 바람직함을 확인하였다.

Sulfonated poly(arylene ether sulfone) (SPAES)random copolymers have been perceived as alternatives to perfluorinated sulfonic acid (PFSA) ionomers owing to their cheap production cost and low hydrogen permeability. In spite of their advantages, there are some issues to overcome such as membrane durability and relatively low proton conductivity in the low humidity range. An approach to solve these problems is to fill SPAES copolymers into porous support films (e.g., poly(tetra fluoro ethylene), PTFE). However, it is difficult to make defect-free pore-filling membranes. In this study, SPAES nanodispersion in a water-alcohol mixture is made under a modified supercritical condition and used to make highly proton conductive and chemical durable SPAES-PTFE pore-filling membranes.

Sulfonated poly(arylene ether sulfone) (SPAES) random copolymers have been perceived as membrane materials alternative to perfluorinated sulfonic acid (PFSA) ionomers, since they are cheap and chemically tunable when compared with PFSA. Moreover, their relatively low gas permeability, particularly to hydrogen, contributes to reduced thermal decomposition of membrane-electrode assemblies. In spite of their advantages, freestanding SPAES copolymers have critical issues associated with chemical/electrochemical durability as well as interfacial resistance with electrodes. In this study, SPAES-PTFE reinforced membranes are fabricated using consecutive membrane formation protocols, (e.g., SPAES nanodispersion in water-alcohol mixtures, spontaneous pore-filling, and solvent-assisted thermal treatment techniques) and systematically evaluated.

Perfluorinated sulfonic acid (PFSA) ionomers have been widely used as membranes in the fields of green power generation and electrolysis. In spite of their high ion-conducting properties, it is difficult to apply them in the freestanding membrane state to harsh operation conditions owing to their chemical and electrochemical degradation issues. A promising membrane concept to satisfy this purpose would be “pore-filling membrane” composed of PFSA ionomers and porous PTFE support films. In this study, the porous PTFE support film treated with a cheap hydrophilic polymer is used as a reinforced material. Interestingly, the resulting PFSA-PTFE pore-filling membranes exhibit an extremely high proton conductivity with a fairly reduced ionomer content, which may give a valuable information to design a desirable pore-filling membrane.

Polytetrafluoroethylene (PTFE) membrane has high resistance to chlorine, which is a great advantages in chemical cleaning to recover water flux during membrane processes in drinking water systems. A humic kaolin water with approximately 4 mg/L of DOC and 10 NTU of turbidity was prepared as a feed water. Coagulation pretreatment with or without settling was applied. The coagulation with settling showed the greatest water production. The reduced flux was effectively recovered by NaOCl cleaning, i.e., 21% recovery by 50 mg/L of NaOCl cleaning and 49% recovery by 500 mg/L NaOCl cleaning. The images of SEM and AFM analyses were corresponded to the water flux variation. However, when the floc was accumulated on the membrane surfaces, the efficiency of NaOCl cleaning was substantially limited. In addition, dynamic contact angle became greater after cleaning, which indicates changes in characteristics of fouling layer such as surface hydrophobicity. Proper cleaning technologies during enhanced backwash using NaOCl would expand application of PTFE membranes in drinking water systems.

과불소계 술폰화 이오노머(perfluorinated sulfonic acid ionomers; PFSAs)는 뛰어난 수소이온전도성과 높은 내화학성으로 인해 고분자 전해질 연료전지(polymer electrolyte fuel cells)용 고체전해질로 널리 사용되고 있다. 그러나 PFSA 전해질은 가습-건조조건에서 연료전지가 구동에 따라 반복적인 팽윤-수축으로 인해 전극층이 전해질로부터 탈리되어 전기화학적 수명특성이 감소되는 문제점을 가지고 있다. 본 연구에서는 다공성 PTFE support film의 기공특성에 대한 이해를 바탕으 로 기공구조 내 나피온 이오노머를 함침시키는 강화막을 제조하였고, 기본특성을 평가하였다. 제조된 강화막은 매우 높은 수 소이온전도도(~0.5 S cm-1@90°C in liquid water)를 나타내었다.

다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)는 전기적, 기계적 성질이 매우 우수한 소재이나, MWCNT를 복합 체로 응용하는 과정에서 MWCNT의 분산이 어려워 복합체의 제조에 제한을 받고 있다. 본 연구에서는 MWCNT의 표면을 산화시켜 -OH기를 표면에 도입하고, 표면에 음전하를 증가시켜 불소 고분자(PTFE) 도막에서 MWCNT의 분산을 증대시켰다. 그리고, MWCNT의 효과적인 분산으로 PTFE 복합체 도막의 경도와 소수성이 증가되고, 전기 정도성을 부여하여 표면의 기능성이 증대됨을 보여주었다.

내화성 및 내화학성이 우수한 현무암사의 표면에 회분식 방법에 의한 테프론 코팅 연구의 결과를 토대로 연속식 코팅 공정 인자를 도출하기 위한 연구를 수행하였다. 현무암사를 7,5 wt% 트리에톡시트리플루오로실란(TMTFPS)으로 연속적으로 전처리 한 후, 침투제로 0.25 wt% bis(2-ethylhexyl)sulfo succinate (DOS-Na)가 함유된 20 wt% 테프론 수분산액으로 딥 코팅한 후 2 m의 120 ℃ 건조 챔버에서 12 m/mim의 속도로 건조한 후 2 m의 380 ℃ 소성 챔버에서 40초간 소성하여 최종 3.4 gf/D의 인장 강도와 2.3 gf/D의 루프강도를 가지는 테프론이 코팅된 고내열 재봉사용 현무암사를 제조하였다.