온실가스의 주범인 이산화탄소를 효과적으로 분리하기 위하여 이산화탄소와 친화성이 좋은 에틸렌글리콜 사슬이 도입된 폴리설폰 기반의 고분자와 아민이 기능화된 ZIF8 무기입자 (ZIF8-A) 를 복합화한 유무기 복합 기체분리막 (MMM)을 제조하였다. 제조된 분리막은 XRD, TGA, FT-IR, SEM 및 NMR 분석을 통해 분리막의 구조와 물성특성을 확인하였다. CO2/N2, CO2/CH4에 대한 가스 투과 특성을 조사하였고, 그 결과 ZIF8-A 구조 내 아민 함량 증가에 따라 이산화탄소에 대한 투과도 및 선택도가 증가하는 경향을 나타냈다. 이는 ZIF8-A 구조 아민기능기와 에칠렌글라이콜 사슬과의 입자와의 계면저항성이 낮은 것에 기인한 것으로 판단하였다.

본 연구에서는 후처리 기능화를 통해 아민이 함유된 ZIF-8-A를 제조하고, 이를 이산화탄소 흡착제로 적용하였다. 첨가한 3-amino-1,2,4-triazole의 함량에 따라 15, 37, 61, 그리고 74 %의 아민기를 포함한 ZIF-8-A를 제조하였으며, 다양한 분석을 통해 이들의 물성특성을 조사하였다. 그 결과, 아민 함량에 따라 ZIF-8-A의 게이트 크기 조절되고 가스 투과도 및 선택도에 영향을 미치는 것을 확인하였다. ZIF-8-A61%는 기존 ZIF-8 대비 CO2/N2 및 CO2/CH4에 대한 선택도가 3.4 및 4.7배 증가하였으며, 이는 구조내 가스 투과를 위한 게이트 사이즈의 조절 및 아민과 이산화탄소의 상호작용에 기인한 것으로 판단하였다.

A new method for enhancing condensable gas-induced plasticization resistance of aromatic polyimides (PIs) as well as increasing the flux of gas penetrants with negligible selectivity loss was demonstrated via a so-called bromination/debromination-induced thermal crosslinking. Our newly developed crosslinking approach essentially loosened the polymeric chain packing of 6FDA-Durene PIs by forming ethylene crosslinking bonds, while retaining its rigid PI backbone. As the degree of crosslinking increased, the permeability increased with trivial selectivity loss. As a result, outstanding separation performances for CO2/N2, CO2/CH4 and C3H6/C3H8 gas pairs have been obtained, and most importantly, a high tolerance to CO2 or C3H6 induced plasticization was observed.

Recently, the ZIF-67 molecular sieve has emerged as an excellent substitute for the ZIF-8 counterpart due to its potentially high propylene/propane separation performance. Here, for the first time, we investigated the effect of ZIF-67 molecular sieves in mixed matrix membranes (MMMs) for propylene/propane separations by integrating them into 6FDA-DAM polymeric matrix. A thorough investigation on gas transports elucidated that size-based energetic selectivity is a major contributor for the high propylene/propane diffusivity in ZIF-67 containing MMMs. Lastly, the defect-free incorporation of ZIF-67 nanoparticles into 6FDA-DAM polymer matrix effectively retarded physical aging process compared to bare 6FDA-DAM membrane.

Polysilsesquioxanes are essentially hybrid materials consisting of inorganic framework and organic functional groups. A proof of concept study for a new type of gas separation membrane was considered based on the ladder-structured poly(phenyl-co-glycidoxypropyl) silsesquioxanes with phenyl:glycidoxypropyl copolymer ratio of 6:4 (LPG64), which were synthesized by a base-catalyzed sol-gel reaction. Also, by selectively introducing polyethylene oxide (PEO) groups covalently bound to the LPSQ, we effectively suppressed the PEO crystallization, allowing for excellent CO2/H2 and CO2/N2 separation under single as well as mixed gas conditions. Engineering molecular structures of LPSQs will be discussed in detail to investigate the fundamentals of gas transport in LPSQ-based membranes as well as their extended application.

고분자의 용이한 가공성과 우수한 투명성, 그리고 합리적인 비용 효율로 인해 식품 포장 산업에서 금속이나 유리용기들을 고분자 기반의 포장 소재들로 대체하려는 경향이 전 세계적으로 널리 퍼지고 있다. Barrier 고분자들은 산소, 이산화탄소, 수증기 등 대기 가스에 대한 낮은 투과성을 나타내고 있어 식품 포장 산업 이용에 유용하다. 이러한 식품 포장 산업의 전반적인 추세와 함께, 산소에 민감한 주스, 착향 음료, 그리고 에너지 음료 등 새로운 식품 산업의 성장으로 인해 고성능의 barrier 특성, 특히 O2와 CO2에 대해 낮은 투과성을 지닌 고분자 포장 소재의 개발이 시급한 상황이다. 기존의 고분자에 기반한 barrier의 성능 향상은 새로운 식품 포장 산업에 급격한 변화를 줄 것이다. 본 총설에서는 (1) antiplasticization을 유도한 barrier 소재들, (2) antiplasticization과 crystallization을 사용한 barrier 성능 상승 효과, (3) 새로운 barrier 고분자들, (4) 나노합성 소재, (5) 혼합 고분자 등과 더불어, 차세대 포장 소재들의 특성 분석을 소개하고자 한다.