본 연구에서는 dimethylformamide (DMF)와 acetone의 혼합용액에 산화그래핀(graphene oxide, GO)을 분산시키고 기질 고분자인 PVdF (polyvinylidene fluoride)를 도입하여 전기방사법으로 나노섬유를 제조하였다. 또한 PVdF/GO 복합 나노 섬유를 평막 형태로 적층시켜 기공크기 0.4 μm인 정밀여과막을 제조하였다. 그리고 GO의 고유한 항균 특성으로 생물학적 오염을 줄일 수 있는 PVdF/GO 복합막의 막오염을 평가하기 위하여 막간 압력차(transmembrane pressure, TMP)를 측정하였 다. 유효 막면적이 0.01 m2인 PVdF/GO 평막과 상용화된 MBR용 CPVC (chlorinated polyvinyl chloride) 평막을 MLSS 4,500 mg/L인 활성슬러지 수용액 내에서 동시에 투과 실험하였다. 공기를 주입하지 않을 경우, 투과유속이 10 L/m2⋅h일 때 PVdF/GO 막의 TMP는 CPVC 막의 최대 79%까지 감소하였다. 또한 운전/휴직 방식으로 운전할 경우, 10 L/m2⋅h일 때 PVdF/GO 막의 TMP는 CPVC 막의 최대 69%까지 감소함을 확인하였다.

본 연구에서는 소수성 PVDF막 표면에 중성 친수성 고분자인 Poly(vinyl alcohol) (PVA)를 코팅한 후 순수 투과도를 측정하고 대표적인 단백질 오염물질인 bovin serum albumin (BSA)에 대하여 파울링 실험을 수행하였다. BSA 용액 20ppm 조건에서 파울링 실험을 수행한 결과, 코팅 전 막에 비하여 순수 투과도는 감소하였지만 내오염성은 현저히 증가됨을 알 수 있었다. 코팅된 PVA의 분자량이 커질수록 순수 투과도는 감소하였으나, 내오염성이 증가하는 경향을 보였다. 또한, 코팅된 PVA의 농도가 높아질수록 순수 투과도는 감소하였고, 내오염성이 증가하였다. 이는 접촉각과 AFM 측정 결과와 관련하여 코팅 후 막 표면에 친수성의 증가와 거칠기가 감소했기 때문으로 여겨진다.

열유도상분리법(TIPS) 및 연신의 복합공정을 적용하여 막증류(Membrane distillation, MD)용 다공성 PVDF 중공사 분리막을 제조하였다. 분리막의 투과도를 증가시키기 위하여 분리막 투과도를 향상시킬 수 있는 성능인자들 중 분리막의벽두께를 감소시키고자 하였다. 분리막의 두께를 감소시키기 위하여 분리막 제조 시 토출량을 감소시키고 중공 형성 시 주입하는 bore fluid 주입량을 증대시켰다. 토출량의 감소 및 bore fluid의 증가에 따라 벽두께는 감소하였고, 공기투과도와 수투과도는 크게 증가하였으며, 결과적으로 막증류 공정에 적용 시 투과플럭스도 증가하는 경향을 보여 주었다.

본 연구에서는 PVDF 중공사막을 열유도상분리와 연신의 복합공정에 의해 제조하였으며, 연신비에 따른 분리막의 구조 및 물성을 분석하였다. 이 분리막 제조의 메카니즘은 액-액 상분리에 기초하며, 최종 중공사막은 bicontinuous한 구조와 연신에 의해 fibrill 구조를 가지게 되어, 구정(spherulite)구조를 갖는 고-액 상분리막과 bicontinuous한 구조만을 갖는 액-액상분리막과 차별화된다. 우선, TIPS공정을 통해, gamma-butyrolacton, dimethyl phthalate (DMP), diethyl phthalate (DEP), di-butyl phthalate (DBP) 등을 단일 혹은 이들을 조합한 혼합 diluent로 사용하여, 냉각조건, PVDF와 희석제의 함량을 조절하면서 중공사막 전구체를 제조하고, 후속공정인 연신에 의해 최종적으로 중공사막의 외부표면을 porous하게, 혹은 dense하게 만들 수 있었다. 연신된 중공사막을 에탄올에 추출, 건조한 후 SEM을 통하여 pore 구조의 변화를 관찰하였으며, 수투과량, 다공도, 기공 크기, 표면 거칠기, 인장강도 등의 변화를 분석하였다.

Poly (vinylidene fluoride) (PVDF)의 소수성 중공사막 표면에 계면중합하여 복합막을 제조하였다. Piperazine (PIP)과 trimesoyl chloride (TMC)의 농도변화, polyethylene glycol (PEG)의 함량변화에 따라 막을 제조하였으며, 막의 특성평가를 위해 100 ppm의 NaCl, CaSO₄, MgCl₂ 용액과 NaCl과 CaSO₄를 혼합하여 제조한 300 ppm의 공급액에 대한 막의 투과도와 배제율을 알아보고자 하였다. TMC를 사용하여 계면중합하였을 때 막의 투과도와 배제율이 가장 높게 나타났으며, 0.1~1 wt%로 TMC 농도를 변화시켜 가며 실험을 수행한 결과 0.1 wt%일 때 NaCl 100 ppm에 대해 투과도 48.3 LMH (L/m²·hr)와 배제율 59%로 가장 높은 값을 나타내었다. 또한, 투과도를 향상시키기 위해 annealing처리와 piperazine에 PEG를 첨가하여 실험을 수행하였다. 실험결과 처리하지 않은 막에 비해 투과도는 전체적으로 향상되는 모습을 나타냈지만배제율이 감소하는 경향을 나타내었다.

초저압용 나노여과 중공사 복합막을 제조하기 위하여 poly(vinylidene fluoride) (PVDF) 소수성 중공사막 표면에무기염인 K2Cr2OH와 KMnO4 수용액으로 친수화 처리를 하였으며, 처리된 막 표면 위에 piperazine (PIP)과 trimesoyl chlor-ide (TMC)로 계면 중합하여 복합막을 제조하였다. NaCl, CaSO4, MgCl2 100 ppm 용액 및 300 ppm의 NaCl과 CaSO4 혼합용액을 이용하여 코팅물질의 농도, 코팅시간 및 건조시간에 따른 복합막의 투과특성을 알아보았다. 실험 결과 친수화 물질로는K2Cr2OH을 사용하였을 때 더 높은 배제율을 보였으며, 친수화 시간이 길어질수록 투과도는 향상되고 배제율은 감소하는 경향을 나타내었다. 또한 촉매인 triethyl amine (TEA)과 sodium lauryl sulfate (SLS)의 농도가 높을수록 투과도는 감소하고, 염제거율은 증가하였다. 최적 조건으로는 K2Cr2OH으로 10분 동안 친수화 시킨 PVDF 중공사막 위에 PIP 2 wt% 용액(PIP 함량 대비 Triethyl amine (TEA) 7 wt%, SLS 20 wt% 혼합용액)과 TMC 0.1 wt%를 이용하여 계면중합한 것으로 공급액 NaCl100 ppm에 대해서는 투과도 40 LMH, 제거율 50%이었고, CaSO4 100 ppm에 대해서는 투과도 48 LMH, 제거율 55%를 나타내었다.

Poly vinylidene fluoride (PVDF) 중공사막을 polyethylenimine (PEI)와 p-xylylene dichloride (XDC)를 이용해 친 수화 시킨 후 poly(vinyl alcohol) (PVA)과 가교제인 poly(acrylic acid-co-maleic acid) (PAM) 혼합용액을 코팅하여 막을 제조 하였다. 중공사막 표면의 코팅여부는 scanning electron microscope (SEM)을 통해 관찰하였으며, 막의 특성평가를 위해 물/에 탄올 혼합액에 대한 투과증발 실험을 수행하였다. 공급액 조성은 90 wt% 에탄올 수용액을 사용하였으며, 가교제 농도, 공급 액과 반응온도 변화에 따른 투과도 및 선택도를 측정하였다. 투과도는 반응온도 100°C, PAM 농도 3 wt%, 공급액온도 70°C 에서 1,480 g/m 2 hr, 그리고 선택도는 반응온도 100°C, PAM 농도 15 wt%, 공급액온도 25°C에서 αW/E = 82의 결과를 얻을 수 있었다.

친수성 단량체를 polyvinylidene fluoride (PVDF) 분리막 표면에 열중합으로 lamination하여 분리막을 친수화하였 다. 친수화 처리 후 접촉각은 95°에서 55°까지 감소하였고 수투과량은 10배 이상 증가하였으며 bovine serum albumin (BSA) 흡착량은 1/4 수준으로 감소하였다. 열중합 공정에서 각 공정변수별 영향을 조사하였고 이를 최적화하였다. 단량체 중 dimethyl oxobuthyl acrylamide (DOAA)가 친수성이 높아 다른 단량체에 비하여 친수화 효과가 우수하였다. 단량체의 농도가 증가함에 따라 성능이 향상되었으나 30 wt% 이상의 경우 homopolymerization을 유발하여 성능을 저하시켰다. 개시제로 사용 되었던 azobis (isobutyronitrile)(AIBN)의 활성 온도 범위가 benzoyl peroxide (BPO)의 활성온도 범위보다 넓기 때문에 높은 친수화 효율을 나타내었다. 개시제를 먼저 도포시켜주고 단량체를 나중에 첨가하는 2단계 lamination 방식이 일괄 공급하는 1단계 방식보다 친수화도는 크게 향상됐지만 pore blocking현상이 나타나면서 순수투과도는 매우 감소하였다.

본 연구는 microfiltration (MF) 적용을 위한 PVdF/GO 하이브리드 나노섬유막(FG) 제조에 관한 것이다. 지지체인 PVdF (polyvinylidene difluoride) 나노섬유막은 N,N-Dimethylacetamide (DMAc)와 아세톤에 PVdF를 녹여 방사용액 제조 후 전기방사법을 이용하여 제조하였다. 본 연구에서 사용된 GO (grapheme oxide) sheets는 Hummer’s 방법에 따라 제조되었으며, PVdF 나노섬유 지지체 위에 에탄올에 분산시킨 GO용액을 분사함으로써, 최종적으로 PVdF/GO 하이브리드 나노섬유막(FG)을 제조하였다. FG막은 SEM, Raman, 접촉각, 기공특성분석장치(Porometer), 만능인장시험기(UTM)를 사용하여 조사하였고, 수투과도 분석은 제작된 셀(Dead-End Cell)을 이용하여 측정하였다. 접촉각 측정 결과로부터 제조된 FG막의 표면이 친수성으로 개질되었음을 확인할 수 있었으며, 수투과도값은 PVdF막에 비해 약 2.5배 향상된 것을 확인할 수 있었다.

현재 분리막 여과 공정은 정수처리에서 많은 관심을 받고 있다. 하지만, 분리막의 효율적인 운영을 위하여 '혼화/응집(/침전)' 등의 전처리 시설 설치로 인한 부지면적 및 비용증가와 5~10%의 배출수 문제가 추가적으로 발생한다. 그래서 본 연구에서는 전처리 공정 없이 지표수(한강)에 대하여 가압식 PVDF 분리막[(주)에코니티]으로 운전하여 성능을 검토하였으며 그 결과 1년 동안 화학적 세정 없이 여과 flux가 1~2.4 m/d (at 25℃)로 운전되었고, 유입원수의 탁도와 상관없이 분리막 처리수의 탁도는 0.05 NTU 이하로 안정되게 유지되었다. 또한, 회수율 제고를 위하여 1개월 동안 가압식 배출수(역세수 + 배수)를 침지식 PE 분리막[(주)에코니티]으로 연계하여 2단 막여과 운영을 한 결과 전체 공정 회수율을 99.5%까지 증가시킬 수 있었다.

Chemically stable Polyvinylidene fluoride-hexa-fluoropropane (PVDF-HFP) copolymer asymmetric membranes were prepared by the conventional phase inversion process, using Dimethyacetamide (DMAc) as a solvent and water as a non-solvent. To control the pore size and porosity of the PVDF-HFP membranes, tetra-ethoxysilane (TEOS) was used as a pore-forming agent. The prepared membranes were characterized, using several analytical methods such as Fourier Transform Infrared spectroscopy (FTIR), Thermo-gravimetric analyzer (TGA), Field Emission Scanning Electronic Microscopy (FESEM). TEOS turned out to increase porosity and make homogeneous pores on the membranes. Depending on the composition of the dope solutions, the pore size was ranged from 0.1 to 1.0 mum. The flux of the PVDF-HFP membranes prepared by using TEOS as a pore forming agent was increased substantially without much decrease in the rejection. When 15 wt% PVDF-HFP solution was blended with 13 wt% TEOS solution at composition ratio of 70/30 in wt%, the water flux at 2 bars was about 2 m3/m2day.

Study of the main properties of PVDF films produced by two processing technologies such as hot pressing from a melt or solution casting was the aim of this paper. All samples were prepared of as-received PVDF powder. First group of samples was prepared by the hot pressing. Second group of samples was prepared by the solution casting method. PVDF powder was dissolved in dimethylformamide. To characterize properties of samples, different experimental methods such as FRA (dielectric spectroscopy), IR-spectroscopy and DSC/TGA analysis were used in this work. It was found that IR-spectra of both studied groups do not change compared to that for virgin PVDF powder. It confirms that molecular structure is practically independent on the processing technology of samples. The only difference has been found that new band centered at appears for samples prepared by the hot pressing method. This absorption band is related with formation of C=C bonds in samples prepared by the hot pressing method in contrast both to PVDF powder and samples prepared by the solution casting method.

화학적 안정성이 양호하고, 제막조건이 온화한 재료인 poly(vinylidene fluoride) (PVDF)를 주재료로 사용하여 용매, 첨가제, 혼합고분자 및 제막조건의 변화에 따른 고강도 친수성 정밀여파(microfiltration, MF) 중공사 분리막의 실험에 의해 고찰하였다. 제조된 MF 중공사막의 막성능은 평균 공경 0.3 μm, 인장강도 42kgf/㎠, 순수 투과유량은 600 LMH을 얻었다. 제막과정에서 다양한 첨가제의 막성능을 검토한 결과는 순수투과유량과 제거율에 상당한 영향을 미치고 있음을 알 수 있었다. MF막의 친수성을 개선하기 위해 소수성 PVDF와 상호 용해성 이 좋은 친수성 poly(methyl methacrylate) (PMMA)를 혼합하여 투과성능과 제거율을 개선한 우수한 친수성 MF막을 제조할 수 있었다.

본 연구에서는 연료전지용 강화 복합막 지지체 제조를 위해 높은 다공성을 가지는 PVdF 평막을 제조하였다. 높은 다공도로 인한 낮은 기계적 강도를 보완하기 위한 방법으로 나노 사이즈의 laponite를 막 내에 분산시켰다. 제조된 PVdF/Laponite 복합막의 모폴로지 및 다공도는 SEM 분석 및 무게 중량법을 사용하여 평가하였고, 60% 이상의 다공도를 보였다. 첨가된 laponite 함량에 따른 막의 열적 안정성은 105℃, 135℃에서의 수축률을 이용하여 평가하였으며, laponite 함량이 5%일 때 135℃에서 MD와 TD방향으로의 열 수축률 2~3%와 2~3.5%를 나타내었다. Laponite 첨가 후 막의 기계적 강도가 향상되었으며, 순수 PVdF 막에 비해 약 30%의 모듈러스 증가를 나타내었다.

본 연구는 PVDF/PDMS 복합막을 제조하여 부탄올을 농축을 위한 투과증발특성에 대해 알아보았다. 또한 복합막의 제조 방법에 따른 투과특성을 알아보기 위해 지지층의 PVDF 농도변화와 활성층의 경화조건에 따라 투과증발 최적막을 선정하였다. 이 막을 사용하여 공급액의 농도, 온도 및 순환 유속을 변화시켜 부탄올의 투과특성에 미치는 영향에 대해 알아보았다. 그 결과 공급액의 농도, 온도, 순환 유속이 증가할 경우 부탄올의 플럭스와 투과 농도가 증가함을 확인하였으며 상용막인 GKSS사의 PVDF/POMS 복합막과 비교한 결과 부탄올 투과 플럭스, 투과 농도, 선택도 등 모두 높은 값을 나타내었다.

본 연구에서는 기존의 이차전지의 분리막보다 좋은 성능으로 각광받고 있는 PVdF (poly(vinylidene fluoride))에 공극률을 높여 전지의 성능을 향상시켜주는 수용성 고분자인 PEG (Poly(ethylene glycol))를 첨가하여 충전용 리튬 이차전지의 분리막을 상전이 방법으로 제조하였다. 용매인 DMF (N,N-dimethylformamide)에 PVdF-PEG를 단일상으로 녹인 후 깨끗한 유리판에 캐스팅하여 막을 얻었다. 기공은 증류수로 채워진 응고조에서 용매-빈용매 교환으로 형성되어진다. 주사전자현미경(scanning electron microscopy, SEM)을 이용하여 분리막의 단면 관찰을 통해 다공성을 확인하였고 UTM (universal testing machine)을 이용하여 기계적 물성을 확인하였다. PEG-10의 정체시간 30 s에서 균일한 스폰지 구조를 확인할 수 있었으며, 이는 87%의 뛰어난 공극률을 가지며 인장강도의 경우 PEG-10에서 3.72 MPa로 가장 크게 나타났고, 신장률과 모듈러스 부분에서도 역시 75.45%와 275.27 MPa로 뛰어난 성능을 나타냈다.

본 연구에서는 불소계 고분자인 PVdF (poly(vinylidene fluoride))에 HFP (hexafluoropropylene)가 결합된 공중합체인 PVdF-HFP로 충전용 이차전지의 분리막으로 쓰이는 다공성 막을 상전이 방법으로 제조하였다. 용매인 DMF (N,N-dimethylformamide)에 PVdF-HFP를 단일상으로 녹인 후 깨끗한 유리판에 캐스팅하여 막을 얻었다. 기공은 증류수로 채워진 응고조에서 용매-빈용매 교환으로 형성되어진다. 얻어진 분리막에서 가장 높은 공극률은 60%로 얻어졌다. 시차주사현미경(scanning electron microscopy, SEM)을 이용하여 분리막의 단면 관찰을 통해 다공성을 확인하였고 UTM (universal testing machine)을 이용하여 측정된 분리막의 인장강도는 PVdF-HFP 30 wt%에서 최대 6.57 MPa의 값을 나타내었다.

본 연구에서는 충전용 이차전지의 분리막으로 쓰이는 다공성 막을 기존의 분리막 재료보다 뛰어난 물성을 나타내는 PVdF(poly(vinylidene fluoride))를 사용하여 상전이 방법으로 제조하였다. 용매인 DMF(N,N-dimethylformamide)에 PVdF를 단일상으로 녹인 후 깨끗한 유리판에 캐스팅하여 막을 얻었다. 얻어진 분리막에서 가장 높은 공극률은 78.6%로 얻어졌다. UTM(universal testing machine)을 이용하여 측정된 분리막의 인장강도는 PVdF 20 wt%에서 5.16 MPa의 값을 나타내었다. 시차주사현미경(scanning electron microscopy, SEM)을 이용하여 분리막의 단면 관찰을 통해 다공성을 확인하였다.

본 연구는 투과증발법을 이용하여 수용액 중 미량의 목련 향 성분을 농축하는 방법으로, PVDF/PDMS 복합막을 제조하여 지지막의 구조와 활성층의 두께에 따른 분리능의 변화를 살펴보았다. PVDF 지지막은 제막조건인 응고액의 온도가 감소하고 고분자 농도가 증가함에 따라 지지층에서의 표면공극률과 기공의 직경이 감소함을 순수투과실험을 통해서 간접적으로 확인하였고, 복합막에 대한 지지막 구조의 영향을 투과 mechanism식에 적용하여 해석하였다. 또한 PDMS의 두께가 증가됨에 따라 선택도가 증가하는 결과를 통해서, 활성층에서의 물질전달을 Fick's law에 의하여 설명하는데 제한이 있음을 알 수 있었다.

다공성 비대칭막인 polinylidene fluoride (PVdF) 기질막을 상전환법으로 제작하였다. Styrene과 divinyl-benzene (DVB)의 비율을 달리하여 가교시킨 후 술폰산 용액인 황산을 사용하여 SO3 -기를 도입시켜 최종적으로 PVdF 이온전도성 복합막을 제작한 후 FTIR, SEM, EDS로써 SO3 -기를 확인하였다. 가교도가 증가할수록 용매의 함유율이 감소하였으며, 이온교환용량도 감소하였다. 또한 전기전도도 및 메탄올 투과도도 가교도의 증가에 따라 감소하였으나 Nafion 117보다 우수한 값을 나타내었다. DVB 함량이 8%일 때 5.58×10 -5 S/cm의 전기전도도로써 Nafion 117과 유사한 전기 전도도(6.03×10 -5 S/cm)를 나타내었으나 Nafion 117보다 낮은 메탄올투과도(1.0×10 -6 cm 2 /sec)를 보여 주었다.