세라믹 분리막은 높은 열적, 화학적 안정성을 갖기 때문에 극한의 조건에서 운전되는 다양한 산업 공정에 적용할 수 있다. 그러나 투과도와 기계적 강도의 trade-off 현상에 의한 세라믹 분리막 활용에 제약이 있어, 고투과성-고강도 분리막 의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 상전이-압출법으로 알루미나 중공사 분리막을 제조하고, 고분자 바인더의 종류와 그 혼합 비에 따른 분리막의 특성 변화를 관찰하였다. 용매인 DMAc (Dimethylacetamide)와 고분자 바인더의 한센 용해도 인자를 비 교하면, PSf (polysulfone)가 DMAc와 높은 용해도 특성을 갖기 때문에 도프 용액의 점도와 토출압력이 높게 나타나 분리막 내부가 치밀한 구조로 형성되기 때문에 높은 기계적 강도를 갖으나 수투과도가 감소하는 것으로 확인되었다. 그에 반해, PES (polyethersulfone)를 이용하여 분리막을 제조하면 기계적 강도가 다소 감소하고 수투과도가 증가하는 것으로 나타났다. 따라 서 분리막 성능과 물성을 최적화하기 위해 PSf와 PES를 혼합하여 분리막을 제조하였으며, 9:1로 혼합하여 제조된 분리막에 서 최적화된 수투과도와 기계적 강도를 얻을 수 있었다.

본 연구에서는 용매로 침액되었을 시 전반적으로 더 균일한 상전이법 기반 평막 제조 시 주로 사용되는 부직포 지지체의 영향을 분석하였다. 도프용액의 점도가 낮을 경우 용액이 부직포층으로 쉽게 침투하여 불균일한 막이 형성되는 것 을 확인하였으며, 이를 방지하기 위해 부직포층을 유기용매로 침액하는 기법을 도입하였다. 부직포층이 유기 분리막이 생성 되는 것을 확인하였으며, 수투과 및 용매투과율도 향상하는 것을 알 수 있었다. 부직포 침액의 영향은 낮은 점도에서 확연하 게 나타났으며, 고분자용액의 점도가 높은 경우 침액 여부에 관계없이 동일한 성능을 얻을 수 있었다.

다공성 분리막은 입자성 물질을 제거하는데 산업적으로 다양하게 응용되고 있다. 기존 다공성 분리막 제작 방법 과 다르게, 용액퍼짐 상분리법은 매우 간단하게 기공을 형성할 수 있다. 먼저 지지층으로 메쉬 위에 물을 적신 후, 물과 혼합 되지 않은 용매에 폴리설폰 용액을 흘려준다. 이때 물과 혼합되지 않은 용매는 쉽게 기화되어 폴리설폰은 얇은 막으로 만들어지게 된다. 기공을 형성하기 위해 폴리설폰 용액에 물과 혼합할 수 있는 물질을 넣게 되면, 넣어주는 농도 비율에 따라 기공크기를 조절할 수 있게 된다. 막의 두께는 쉽게 용액의 농도로 조절이 된다. 다공성 분리막은 메쉬의 형성을 그대로 유지하고 있어 3차원 구조체를 형성하는데 매우 유용하다. 본 연구에서 제시된 용액 퍼짐 상분리법은 매우 낮은 생산단가와 쉬운 공정조절에 의해 기존 분리막에 비해 높은 가격경쟁력을 가질 수 있는 특징을 보이고 있다.

본 연구에서는 상전이법을 이용하여 P(VDF-co-HFP) 분리막의 구조를 조절하였다. Macrovoid 없는 구조를 얻기 위하여 다양한 조건에서 비용매유도상전이(NIPS) 공법으로 분리막을 제막하였으나 고분자의 낮은 결정화 속도로 인해 macrovoid가 생성된다는 것을 관측하였다. 이를 극복하기 위해 증발유도상전이법(EIPS)과 증기유도상전이법(VIPS)을 도입하였으며 NIPS공법과 함께 제막되었을 때 이상적인 구조를 얻을 수 있다는 것을 확인하였다.

Recently developed crosslinked TR (XTR) membranes as an advanced TR material exhibit high permeability and high selectivity stemming from higher rigidity due to a simultaneous and synergetic reaction of crosslinking and thermal rearrangement. The precursor crosslinkable co-HPI precursor can be dissolved in a wide range of commercial solvents indicative of an excellent processibility. Herein, a systematic spinning process, using a newly designed crosslinkable co-HPI precursor to fabricate defect-free XTR-PBOI hollow fiber membranes with inner skin layer will be discussed based on the phase inversion kinetics of nonsolvent-induced phase separation (NIPS) method.

본 연구에서는 상전이법을 이용하여 P(VDF-co-HFP) 분리막의 구조를 조절하였다. Macrovoid 없는 구조를 얻기 위하여 다양한 조건에서 비용매유도상전이(NIPS) 공법으로 분리막을 제막하였으나 고분자의 낮은 결정화 속도로 인해 macrovoid가 생성된다는 것을 관측하였다. 이를 극복하기 위해 증발유도상전이법(EIPS)과 증기유도상전이법(VIPS)을 도입하였으 며 NIPS공법과 함께 제막되었을 때 이상적인 구조를 얻을 수 있다는 것을 확인하였다.

In membrane applications for wastewater treatment, polymeric membranes are dominant due to their processbility and low cost. To enlarge the membrane application in industrial effluent treatment, membrane materials with high mechanical and chemical tolerance should be needed. Although ceramics such as alumina would be good options for harsh environmental conditions, high cost and complex production methods hinder the application of ceramic membranes. Here, we demonstrate the preparation of cost-effective, robust alumina hollow fiber membranes (HFMs). Alumina HFMs prepared with phase inversion method followed by sintering showed narrow pore size distribution. Also, characteristics of the membrane can be easily tuned by controlling spinning and post treatment conditions.

폴리술폰 고분자는 비대칭 정밀여과 멤브레인 제조에 가장 널리 사용되는 고분자 소재이다. 폴리술폰 멤브레인은 소수성 특성으로 인하여 공정상에서 빠른 막오염이 일어난다. 고분자 블렌딩은 폴리술폰 멤브레인의 수명을 향상시키는데 있어 가장 간단하고 효과적인 방법이다. sPES는 폴리술폰 블렌딩 방법을 통하여 소수성을 해결할 수 있는 유용한 친수성 고분자이다. 본 연구에서는 PSF/sPES/DMF/PVP/BE 고분자 용액을 물에 침지시켜 정밀여과 멤브레인을 제조하였다. 캐스팅 용액에 소량의 sPES 첨가함으로써 정밀여과 멤브레인 구조 변화를 볼 수 있었다. sPES의 첨가는 높은 비대칭성과 활성층의 성장, 그리고 평균 기공 크기의 감소를 가져왔다. 하지만 수투과량은 PSF/sPES/DMF/PVP/BE로 만든 멤브레인이 PSF/DMF/PVP/BE로 만든 멤브레인에 비해 더 큰 값을 보였다.

세라믹 중공사형 분리막은 열적, 화학적 안정성, 내구성이 우수하며 packing density를 증가 시킬 수 있어 수처리용 분리막으로 적합하다. 중공사형 세라믹분리막은 보통 상전이법에 의해 제조하지만, 생산 속도 및 세라믹 함량 제한이라는 기술적 한계를 갖는다. 뿐만 아니라 세라믹 소재가 갖는 특성인 취성으로 인해 scale-up의 한계가 있는 것으로 보고되었으며 이를 해결하기 위해 고강도 세라믹 중공사형 분리막의 제조가 요구되는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 새로운 제막 방식인 상전이-압출 공정을 통해 생산속도를 높여 세라믹 분리막의 대량 생산에 적합할 것으로 사료되며, 제조 용액 내세라믹 분말의 함량 증가 및 소결 조건을 통해 고강도 세라믹 중공사형 분리막을 제조 할 수 있었다.

PVDF Membrane has been used as material for the UF membrane through in-situ interfacial polymerization (IP) because of it’s outstanding properties such as high chemical resistance, thermal stability, and mechanical strength. In this study, surface morphology change of PVDF membrane was researched depending on evaporation time. 13% PVDF 6020 was used for casting and the evaporation time period was from 5s to 600s. The surface morphology of the membrane was investigated by scanning electron microscopy (SEM) and filtration was conducted in the cross flow method to evaluate the a performance of UF membrane. As a result, average pore size was increased with longer evaporation times which caused the decrease of rejection.

순수용매와 혼합용매를 사용한 상전이를 통하여 poly(L-lactic acid) (PLLA) 스캐폴드 막을 제조하였다. 순수용매로서 chloroform과 1,4-dioxane을 사용하였으며, 이들 순수용매를 혼합하여 혼합용매를 제조하였다. 스캐폴드 막의 모폴로지, 기계적 특성 그리고, 물질전달 특성을 각각 SEM, 인장강도실험 및 당 확산실험을 통하여 측정, 평가하였다. 순수 chloroform 용매를 사 용한 용액으로부터는 격벽-공극 구조(solid-wall pore structure)의 스캐폴드 막이 제조되었다. 반면, 순수 1,4-dioxane 용매를 사용 한 용액으로부터는 나노섬유 구조의 스캐폴드 막이 제조되었다. 혼합용매의 경우 용매 내의 조성이 변화하면서 다양한 구조의 스 캐폴드 막이 제조되었다. 혼합용매 내 1,4-dioxane 함량이 20% 이하인 경우에는 격벽-공극 구조의 스캐폴드 막이 제조되었으며, 1,4-dioxane 함량이 20%인 경우에는 최대직경 100 μm의 거대공극을 갖는 구조를 보였다. 1,4-dioxane 함량이 25% 이상인 구간 에서는 나노섬유 구조의 스캐폴드 막이 제조되었다. 이 구간에서는 혼합용매 내 1,4 dioxane 함량이 변화함에 따라 나노섬유의 직경이 함께 변화하였다. 나노섬유의 최소직경은 15 nm 가량이었으며, 혼합용매 내의 1,4-dioxane 함량이 80 wt%일 때에 얻어졌 다. 이상의 결과를 통하여 용매의 조성은 스캐폴드 막의 구조를 결정짓는 중요한 요소가 된다는 결론을 얻을 수 있었다.

용매 비용매 치환 상전이 공정과 증기 유도 상전이 공정을 결합하여 성능이 향상된 폴리술폰 정밀역과막을 제조 하였다. 본 연구에서 제조된 비대칭막은 폴리술폰(고분자), 디메틸 포름아미드(용매), 폴리비닐리돈(친수성 고분자 첨가제), 폴 리에틸렌글리콜(극성 고분자 액상 첨가제)로 이루어진 혼합 용액에 디메틸술폭사이드(극성 아프로틱 비용매), 물(극성 프로틱 비용매 첨가제)을 첨가하여 제막용 캐스팅 용액을 물과 이소프로판올 혼합용액에 침지하여 얻었다. 극성 아프로틱 비용매와 극성 프로틱 비용매의 첨가는 멤브레인의 구조를 제어하는데 유용한 방법이며 이를 습윤 공기를 캐스팅 용액에 노출시켜 준 응고상태를 만들어줌으로써 멤브레인의 내부 구조를 제어하고자 하였다. 또한 응고조의 조성을 물/이소프로판올의 혼합비를 통하여 조절하였다. 순수 투과도, 기공 크기 분포도, 표면 친수도 및 구조 분석이 이루어졌으며, 그 결과 평균 기공의 크기를 거의 0.2 μm 정도 향상시키는 효과를 가져왔으며 수 투과 유량 또한 1000-1800 LMH 정도 향상시키는 결과를 나타내었다.

Candelilla wax-in-water nanoemulsions stabilized by Span 80/Tween 80 were prepared by the phase inversion composition (PIC) method. Stable nanoemulsions with droplet diameters below 50 nm could be formed when the hydrophilic–lipophilic balance (HLB) values were between 13.5 and 14.5, surfactant concentration was 5.0 wt%, and the surfactant-wax ratio was 1:1. Increased emulsification temperature and cooling rate were found to improve the emulsion properties. Process of PIC (adding aqueous phase to the wax phase) produced smaller droplet size nanoemulsion compared to the process of adding wax phase to the aqueous phase. The stability of these nanoemulsions was assessed by following the change in droplet diameters with time of storage at room temperature (∼25 °C). The size remained constant during 2 months storage time.

아연공기전지의 분리막으로 사용하기 위한 Polyetherimide (PEI) 재질의 막을 제조하였다. 막의 제조는 상전이법을 통하여 이루어졌으며, 캐스팅 용액은 PEI, n-methylpyrolidone (NMP) 및 polyvinylpyrolidone (PVP)으로 이루어졌다. 제조한 분리막을 이용하여 아연공기전지를 제작하였다. 캐스팅 용액 내의 PEI 함량과 캐스팅 용액에 대한 PVP 첨가량이 분리막의 모폴로지, 기계적 강도와 이온전도도에 미치는 영향은 각각 SEM, 인장강도실험 및 임피던스 실험을 통하여 측정, 평가하였다. 아연공기전지의 전기화학적 성능은 정전류 방전실험을 통하여 측정하였다. 캐스팅 용액 중의 PEI 함량이 증가함에 따라 분리막의 기계적 강도는 증가하였으며, 캐스팅 용액에의 PVP 첨가는 분리막의 기계적 강도에 큰 영향을 미치지 않았다.용액 내의 PEI 함량이 증가하면서 분리막의 이온전도도는 감소하였다. 용액에 PVP를 첨가하는 데에 있어서 첨가량 10 wt%까지는 첨가량의 증가에 따라 분리막의 이온전도도는 증가하였다. PVP 첨가량이 10 wt%에서 이온전도도는 0.1 S/cm의 최대값을 보인 후 추가의 첨가에 따라서는 이온전도도가 감소하였다. 분리막의 이온전도도는 공기아연전지의 용량에 큰 영향을 미쳤으며, 높은 이온전도도를 갖는 분리막으로 제조한 전지가 높은 용량을 보였다.

상전이 과정을 통하여 poly(L-lactic acid) 재질의 다공성 스캐폴드 막을 제조하였다. 비용매로는 에탄올을 사용하였고, 용매로서 chloroform, dichloromethane 및 1,4-dioxane을 사용하였으며, 제조한 스캐폴드 막의 모폴로지와 기계적 강도 및 물질전달 특성은 각각 SEM, 인장강도실험 및 당 확산실험을 통하여 측정, 평가하였다. chloroform을 용매로 사용한 스캐폴드 막과 dichloromethane을 용매로 사용한 스캐폴드 막은 서로 유사한 모폴로지와 기계적 특성을 보였다. 이들 스캐폴드 막은 공극 직경 3-10 µm의 다공성 스펀지 구조를 보였으며, 범위 50-80%의 공극률을 보였다. 1,4-dioxane 용매의 용액으로부터제조된 스캐폴드 막은 공극률 80% 이상의 나노섬유 형태를 보였다. 캐스팅 용액 내의 고분자 함량이 4% 이하로 낮추었을 때에는 나노섬유 구조의 바탕에 수십 µm의 거대 공극이 존재하는 높은 공극률(90%)을 갖는 스캐폴드 막이 얻어졌다. 이러한결과를 통하여 스캐폴드 막의 구조에 대하여 용매는 중요한 효과를 미치며, 상전이 과정에서 용매선택과 캐스팅 용액의 농도조절을 통하여 다양한 구조의 스캐폴드 막을 제조할 수 있다는 결론을 도출하였다.

상 전이 공정을 이용하여 polysulfone계 비대칭 정밀 여과막을 제조하였다. Polysulfone/N-methyl-2-pyrrolidone/ polyvinylpyrrolidone/phosphoric acid계로 이루어진 casting 용액을 사용하였으며 응고조로는 물을 사용하였다. 멤브레인 제조공정에 적용된 상 전이 공정으로 증기 유도 상 전이 공정을 적용하였으며 상대습도 74%에서 캐스팅 판의 온도와 노출 시간을 조절한 결과 기공의 크기와 구조에 있어 변화를 관찰할 수 있었다. 제조된 멤브레인의 구조는 SEM과 microflow permpor-ometer를 사용하여 조사하였다. Phosphoric acid의 첨가는 조밀한 스펀지 형태의 멤브레인을 느슨한 스펀지 형태의 멤브레인으로 변화시켰으며 촉매량의 Phosphoric acid 첨가로도 평균 기공크기는 거의 0.2 µm 정도 커지고 유량도 약 3,000 LMH가증가하였다. 캐스팅 판의 온도와 노출 시간의 변화는 표면층의 구조, 기공의 크기 및 공극률에 큰 변화를 가져옴을 확인할 수있었다.

본 연구에서는 아연공기전지용 분리막으로 사용하기 위한 다공성 막을 Polyethersulfone (PES) 용액의 상전이법을이용하여 제조하였다. 캐스팅 용액은 PES/polyvinylpyrrolidone(PVP)/N-methylpyrrolidone(NMP) 용액으로 그리고, 비용매는 물을 사용하여 분리막을 제조하였다. 제조된 분리막을 이용하여 아연공기전지를 제작하였다. 분리막의 모폴로지는 캐스팅 용액 내의 PES 및 PVP의 함량을 통해 조절하였다. 제조된 분리막의 기계적 특성, 이온전도도 및 모폴로지는 인장실험, im-pedance 실험 및 SEM을 이용하여 측정하였다. 아연공기전지의 성능은 current interrupt method (CIM)와 정전류 방전실험을통하여 측정하였다. 캐스팅 용액 내의 PES 함량이 증가함에 따라 기계적 강도는 증가한 반면 이온전도도는 감소하였다. 반면, 캐스팅 용액 내의 PVP 함량이 증가함에 따라 이온전도도는 증가하였지만 기계적 강도는 감소하였다. 이와 같은 이온전도도 경향의 아연공기전지 내에서의 효과는 current interrupt method와 정전류 방전실험에서 확인되었다. PES 함량이 높은 캐스팅 솔루션의 분리막으로 제조된 전지는 높은 IR 손실과 낮은 방전용량을 보였으며, PVP 함량이 높은 캐스팅 솔루션의 분리막으로 제조된 전지는 낮은 IR손실과 높은 방전용량을 보였다.

We have investigated the influence of system composition and preparation conditions on the particle size of vitamin E acetate (VE)-loaded nanoemulsions prepared by PIC(phase inversion composition) emulsification. This method relies on the formation of very fine oil droplets when water is added to oil/surfactant mixture. The oil-to-emulsion ratio content was kept constant (5 wt.%) while the surfactant-to-oil ratio (%SOR) was varied from 50 to 200 %. Oil phase composition (vitamin E to medium chain ester ratio, %VOR) had an effect on particle size, with the smallest droplets being formed below 60 % of VOR. Food-grade non-ionic surfactants (Tween 80 and Span 80) were used as an emulsifier. The effect of f on the droplet size distribution has been studied. In our system, the droplet volume fraction, given by the oil volume fraction plus the surfactant volume fraction, was varied from 0.1 to 0.3. The droplet diameter remains less than 350 nm when O/S is fixed at 1:1. The droplet size increases gradually as the increasing the volume fraction. Particle size could also be reduced by increasing the temperature when water was added to oil/ surfactant mixture. By optimizing system composition and homogenization conditions we were able to form VE-loaded nanoemulsions with small mean droplet diameters (d < 50 nm). The PIC emulsification method therefore has great potential for forming nanoemulsion-based delivery systems for food, personal care, and pharmaceutical applications.

침지법 상전이 공정 방법으로 polysulfone (PSF) 분리막을 제조하였다. PSF/NMP/PVP/phosphoric acid의 캐스팅 용액과 물 침전조를 이용하여 분리막을 제조하였다. 증기 유도 상전이법과 비용매 유도 상전이법을 연속하여 적용함으로서 캐스팅 용액에 첨가된 인산의 영향이 분리막의 구조 및 투과량에 미치는 영향을 살펴보았다. 미량의 인산의 첨가로도 평균 기공의 크기, 공극률, 수투과량의 증가를 볼 수 있었다. 또한 분리막의 구조가 치밀한 스펀지 형태의 구조에서 비대칭성이 향상된 구조로 변화함을 확인할 수 있었다. PSF/NMP/PVP/phosphoric acid/BE를 함유한 캐스팅 용액을 준비한 후 동일한 조건으로 증기 유도 상전이법과 비용매 유도 상전이법을 연속하여 적용하여 분리막을 제조하였다. BE의 첨가는 평균 기공의 크기를 거의 0.1 mum 정도 향상시키는 효과를 가져왔으며 수 투과 유량 또한 10~12L/cm2·min·bar 향상시키는 결과를 나타내었다.

본 연구에서는 고투과성을 가지는 기체분리막 제조를 위해 6FDA와 APAF를 이용하여 하이드록시 폴리이미드를 합성하였다. H-NMR과 FT-IR 분석을 통해서 HPI의 합성여부를 확인하였으며 열적특성을 알아보기 위해 Differential scanning calorimetry (DSC)와 thermogravimetric analyzer (TGA)를 측정하였다. 특히 합성된 HPI는 약 450℃에서 polybenzoxazole (PBO)로 변환이 됨을 확인 가능하였다. 고투과성 고분자 분리막의 제조를 위해 고분자, 용매 그리고 비용매-첨가제를 포함하는 3성분계의 시스템을 도입하였으며, 상전이법을 이용하여 HPI 비대칭 평막을 제조하였다. 최종적으로 각성분들에 따른 모폴로지 변화를 전계방출주사현미경(FE-SEM)을 통해 확인할 수 있었다.