PEBAX 는 우수한 기계적 특성과 선택도를 제공하고 또한 높은 투과도를 제공한다. 특히 ether block 은 CO2 투과도를 촉진시킨다. PEGDA 를 첨가하면 Tg 가 증가하므로 CO2/N2 선택도를 증가시킨다. 본 연구에서는 PEBAX (2533)/PEGDA 혼합 막을 PEGDA 분자량 별로 제조하고 PEBAX (2533)/PEGDA - PES 복합 막을 PEGDA 함량별로 제조하여 비교한다. 제조된 막의 특성은 FT-IR, TGA, DSC, SEM 분석으로 확인하였으며 막의 CO2, N2 기체에 대한 투과도와 선택도를 확인하였다.

Pebax[(Poly(ether-block-amide))]은 열가소성 탄성체로 유연하고 부드러운 성질과 단단한 성질을 모두 포함하고 있는 소재이다. 그래서 분리막으로 이용할 경우 기계적 특성과 선택도, 투과도 모두 좋은 결과를 얻기에 용이한 장점이 있다. ZIF-7 (Zeolitic Imidazolate Framework-7)은 금속 이온과 유기 리간드의 조합으로서 간단한 공정으로 다공성 나노구조의 합성이 용이하기 때문에 기체분리막이나 기체 센서 부문에서 응용이 가능하다. 본 연구에서는 Pebax에 ZIF-7을 함량별로 다르게 첨가해서 Pebax/ZIF-7 복합막을 제조하고, ZIF-7 함량에 따른 CO2와 N2에 대한 선택도와 투과도를 연구하고자 한다. 기체 투과 실험은 Sepra Tek 회사의 VPA-601 제품을 이용해서 측정하였다.

본 연구는 GO (graphene oxide)를 활용한 기체 분리막 연구를 위해 기체투과도가 우수한 PTMSP [poly(1-trimethylsilyl- 1-propyne)]에 GO를 첨가하여 PTMSP-GO 고분자 복합막을 제조하고, N2, CH4, CO2에 대한 투과특성을 연구하였다. PTMSP-GO 복합막의 기체투과는 N2 < CH4 < CO2 순으로 높은 기체투과도 값을 가졌다. N2, CH4, CO2의 기체투과 경향은 GO 함량 0~10 wt% 범위에서 함량이 증감함에 따라 기체투과도가 감소하다가 10~30 wt% 범위에서 증가하는 현상을 보였다. 적은 GO 함량범위에서는 복합막 내에서 GO가 barrier로 작용하여 확산성 감소로 기체투과도가 감소하였고, 일정 함량범 위 이상에서는 계면에 생기는 void로 인해 기체투과도가 증가하였다. 그리고 CO2는 GO의 -COOH에 친화성을 가지고 있어 선택도(CO2/N2)와 선택도(CO2/CH4)는 GO 함량이 증가하면서 점차 증가하는데 선택도(CO2/N2)는 PTMSP-GO 10 wt%에서 10.6로 가장 높은 선택도를 보였고, 선택도(CO2/CH4)는 PTMSP-GO 20 wt%에서 3.4로 가장 높은 선택도를 보였다. 그러나 일정 함량 이상에서 선택도(CO2/N2)와 선택도(CO2/CH4) 모두 감소하였는데 GO 함량이 많아지면서 GO 충진물 간의 응집현상이 심해지고, GO 응집물로 인하여 CO2에 대한 용해도 효과가 낮아져 선택도가 감소되었다. PTMSP-GO 20 wt% 복합막은 PTMSP 단일막보다 증가된 CO2 투과도와 선택도(CO2/CH4)를 보이면서 기체투과 특성이 향상되었다.

Pebax 의 hard amide block 은 우수한 기계적 특성과 선택도를 제공하고 soft ether block 은 높은 투과도를 제공한다. 특히 ether block 은 CO2 의 투과도를 촉진시킨다. 또한 Pebax 기준으로 PEGDA 를 첨가하였을 때 첨가되는 PEGDA 분자량이 증가함에 따라 CO2/N2 선택도가 증가하는 것으로 알려졌다. 본 연구에서는 Pebax-2533 / PEGDA 혼합 막과 PES 지지체를 사용한 Pebax-2533 / PEGDA / PES 복합 막을 제조하여 비교한다. 제조된 막의 특성은 FT-IR, TGA, DSC, SEM 분석으로 확인하였으며 막의 CO2, N2 기체에 대한 투과도와 선택도 또한 확인하였다.

Chitosan과 Pebax[poly(ether-block-amide)의 mass ratio를 1 : 1, 1 : 2, 1 : 10, 1 : 30으로 하여 Chitosan/Pebax 복 합 막을 제조하였다. 기체투과 실험은 압력 6 kgf/cm2 하에서 35, 45, 65°C로 온도를 달리하여 진행되었고, Chitosan/Pebax 복합 막에 대한 N2와 CO2의 기체투과도와 선택도(CO2/N2) 등을 조사하였다. N2와 CO2의 투과기체에 대해 Chitosan에 가해 지는 Pebax의 함량이 증가할수록 N2와 CO2의 기체투과도는 모두 증가하였다. 선택도(CO2/N2)는 Chitosan/Pebax 복합 막에서 6.9~44.3의 값을 가지며, Pebax의 함량이 증가할수록 그리고 온도가 낮을수록 큰 값을 보였다.

탄소나노튜브(MWCNT)는 그 구조적 특징에 따라 열적, 기계적 안정성이 우수하며 고분자 매트릭스 내에 소량만 첨가하여도 향상된 물성을 얻을 수 있다. 그러나 탄소나노튜브를 고분자 복합체에 응용 시 분산이 필수적으로 요구되기 때문에 전처리 기술이 필요하다. 본 연구에서는 PEO 막의 CO2 투과도 향상을 위해 PEO/EVA 혼합물에 산처리를 통해 표면에 친수성기가 도입된 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT-COOH)를 첨가하여 PEO/EVA/MWCNT 혼성막을 제조하였다. 제조된 혼성막의 특성을 FT-IR, TGA, SEM 분석으로 확인하였다.

탄소나노튜브(MWCNT)를 고분자에 첨가하게 되면 그 물성을 향상시킬 수 있다. 기존의 연구 결과에서 PEO 막에 EVA 를 첨가함으로써 막의 기체투과도와 선택도의 향상을 확인하였다. 본 연구에서는 탄소나노튜브의 분산을 위하여 산처리 과정을 통해 표면에 카르복실기를 도입한 탄소나노튜브(MWCNTCOOH) 를 제조하여 PEO/EVA/MWCNT 혼성막을 제조하였다. 제조된 막의 특성은 TGA, SEM 분석으로 확인하였으며 막의 CO2, O2, N2 기체에 대한 투과도와 선택도 또한 확인하였다.

Poly(ethylene oxide) (PEO)내 극성 에테르기는 CO2에 대한 높은 친화력을 가지므로 CO2 분리막의 중요 소재로 이용되고 있으나 PEO막은 높은 결정성과 낮은 기체 투과도를 보이는 단점이 있어 다른 고분자와의 공중합이나 혼합을 통한 개질막이 연구되고 있다. Poly(ethylene-co-vinyl acetate) (EVA)는 기계적, 열적 안정성이 양호하며 산업적으로 널리 이용되고 있고 극성 카보닐기를 가지고 있다. 본 연구에서는 CO2에 대한 우수한 투과선택도를 갖는 분리막 개발을 위해 PEO와 EVA의 혼합막을 제조하였다. 실험 범위에서 PEO와 EVA는 혼화성이 양호하였고 유연한 제막 특성을 나타내었다. 혼합막 특성은 DSC, SEM 등으로 관찰하였고, 기체 투과도를 측정하였다.

PDMS에 NaA zeolite를 0~40 wt% 가하여 PDMS-NaA zeolite 막을 제조하였다. SEM 관찰에 의하면 PDMS-NaA zeolite 막 내에 분산되어있는 NaA zeolite 입자의 크기는 2~5 μm이었다. PDMS-NaA zeolite 막의 N2와 H2 투과도는 막 내의 NaA zeolite 함량이 증가하면 증가하였고, N2보다는 H2의 투과도가 더 컸다. 그리고 PDMS-NaA zeolite 선택성(H2/N2)은 NaA zeolite 함량이 증가하면 증가하였다.

PTMSP[Poly(1-trimethylsilyl-1-propyne)]-NaY zeolite 복합막이 PTMSP에 0∼50 wt% NaY zeolite를 첨가하여 제조되었다. 이 막들의 특성을 FT-IR, 1H-NMR, GPC, DSC, TGA, SEM에 의해서 조사하였다. 기체투과 실험은 23∼26°C, 2 kgf/cm2에서 행하였고, 복합막에 대한 수소와 질소의 투과선택성은 NaY zeolite 함량에 따라 조사하였다. TGA 측정에 의하면 PTMSP에 NaY zeolite가 첨가되었을 때 PTMSP의 열적 안정성은 향상되었다. SEM 관찰에 의하면 NaY zeolite는 PTMSP-NaY zeolite 복합막 내에 약 1.5 µm 크기로 분산되어 있었다. PTMSP-NaY zeolite 복합막에 대한 N2와 H2의 투과도는 NaY zeolite 함량이 증가하면 증가하였다. 그리고 PTMSP-NaY zeolite 복합막의 N2에 대한 H2의 선택성은 NaY zeolite 함량이 증가하면 감소하였다.

PEBAX[poly(ether-block-amide)에 ZIF-8(zeolitic imidazolate framework)의 함량을 0, 1, 3, 7, 10, 20 wt%으로 하여 PEBAX-ZIF 복합막을 제조하였다. 기체투과 실험은 압력 6 kgf/cm2 하에서 25, 35, 40°C로 온도를 달리하여 진행되었고,PEBAX-ZIF 복합막의 ZIF-8 함량 변화에 따른 C3H6과 C3H8의 기체투과도와 선택도(C3H6/C3H8)를 조사하였다. C3H6과 C3H8의 투과기체에 대해 ZIF-8 함량 0∼7 wt% 범위에서는 함량이 증가할수록 기체 투과도가 증가하다가 7∼20 wt% 범위에서 함량이 증가하면 감소하는 경향을 보였다. 선택도(C3H6/C3H8)는 PEBAX-ZIF 7 wt% 복합막에서 3.6∼3.8의 값을 가지며, 가장 낮은 활성화에너지 값을 나타냈다.

고무상 고분자인 PDMS (polydimethylsiloxane)에 HNT (halloysite nanotube)의 함량을 5, 10, 20, 30 wt%로 달리하여 PDMS-HNT 복합막을 제조하고, FT-IR, XRD, TGA, SEM에 의해서 막의 특성을 조사하였다. 기체투과 실험은 25°C, 3 kg/cm2 조건에서 수행하였고, PDMS-HNT 복합막의 HNT 함량 변화에 따른 H2, N2, CH4, CO2들의 기체투과도와 선택도를 조사하였다. H2, N2, CH4, CO2의 투과기체에 대해 HNT 함량이 0~30 wt% 범위에서 HNT 함량이 증가할수록 기체들의 투과도는 전체적으로 감소하는 경향을 보였다. 선택도(CO2/N2)는 14~44의 값을 보였고, 선택도(CO2/CH4)는 3.0~7.7의 값을 보였다.