본 연구는 poly(vinyl alcohol) (PVA)와 가교제 poly(strene sulfonic acid-co-maleic acid) (PSSA-MA)을 이용하여 제조된 막을 물/에탄올 계에 대한 투과증발 실험을 25, 35 및 45℃ 수식 이미지에서 수행하였다. 가교제의 함량은 7, 9, 11 wt.%를 사용하였으며, 원액의 조성은 무게비로 물 50, 20, 10 및 공비점인 4.4%에 대하여 조사하였다. 일반적인 투과증발 결과와 마찬가지로 가교제 함량의 증가 및 조업온도 증가에 따라 투과도 및 선택도에 대한 대표적 경향을 보여 주었다. 물 : 에탄올 = 10 : 90 조성에서 그리고 45℃ 수식 이미지에서 선택도 12003와 투과도 58.92g/m2·hr 수식 이미지를 PSSA-MA 11 wt%의 막이 보여 주었다.

고분자/층상실리케이트 나노복합체(polymer/layeres silicate nanocomposite, PLSNs) 필름은 보통 내부층을 나트륨과 같은 양이온을 이용한 이온교환을 통해 유기화된 clay로 만든 재료의 새로운 형태이다. 이것은 중합법, 용액법, 그리고 용융법과 같은 다양한 방법으로 제조할 수 있으며, 열경화성, 열가소성이나 탄성고분자와 같은 넓은 범위의 고분자를 기질로 사용할 수 있다. PLSNs 필름은 고분자 사슬이 일정한 간격으로 쌓여있는 실리케이트에 삽입하여 간격을 넓히는 삽입형과 각각의 실리케이트 층이 고분자 기질에 불균일하게 분산되어 형성하는 박리형 두 가지 형태의 구조를 얻을 수 있다. 이러한 새로운 분야의 재료는 보통 5 wt% 이하의 소량의 clay 함유만으로도 향상된 기계적, 열적 특성을 얻을 수 있다. 그리고 clay의 함유량이 증가할수록 기체 투과경로인 tortuosity가 증가하여 기체 투과도가 감소한다.

키토산 필름은 농업, 식품과 제약 분야에서 응용이 가능하다. 그러나 키토산으로만 만들어진 필름은 기체투과성이 높고 기계적 물성에 약하다. 따라서 본 연구에서는 기체 투과성을 낮추고 기계적 물성을 높이기 위해 층상구조를 갖는 점토광물의 일종인 montorillonite (MMT)와 양이온 생체고분자인 키토산을 이용하여 양이온 교환과 수소결합과정을 통해 Na+-MMT에 키토산을 삽입하여 키토산/Clay 나노복합재료를 제조하였다. 키토산/clay 나노 복합재료의 X-ray 회절패턴에서 2θ=7.5º에서 MMT의 basal reflection이 나타났고, 2θ=3~5º 주위에서의 새로운 약하고 넓은 peak로서 더 낮은 각에서 MMT의 basal reflection의 이동에 의해 삽입된 나노 구조의 형성을 증명하였다. 또한 TGA thermogram를 이용하여 clay의 함유량이 증가할수록 제조된 나노복합재료의 열분해가 일어나는 범위의 질량감소가 줄어드는 것을 확인하므로서 내열성을 관찰하였다. 기계적 물성 성질을 측정하여 clay 함유량의 증가에 따른 인장 강도와 인장 모듈러스의 변화를 관찰하고, 키토산이 층상 실리케이트 내에 삽입하여 제조된 나노복합재료에서 clay의 함유량이 증가할수록 질소 투과경로의 tortuosity를 증가시켜서 기체 투과도를 감소시키는 것도 확인하였다.

유기증기에 대한 PDMS의 단점을 보완하기 위해 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI)와 1,4-butanediol(BD)를 이용하여 poly(dimethylsiloxane)를 기초로 한 polyurethane-polysiloxanes (PU/PDMS)를 합성하였다. 그리고 poly(tetrafluoroethylene) (PTFE)를 다공성 지지체로 이용하여 복합막을 제조하여 SEM 분석으로 코팅층의 존재와 두께를 확인하였다. 증기투과실험에서 투과온도와 feed의 농도가 증가할수록 flux는 점차 증가하였고, separation factor는 이와 반대로 점차 감소하는 'trade-off'현상을 보였다. 본 연구에서의 PU/PDMS는 soft segment의 함량보다는 비교적 hard segment의 함량이 높기 때문에 투과온도의 증가에 따른 영향이 크지 않았던 것으로 사료된다. PU/PDMS막은 VOCs와 상대적으로 높은 친화도를 가지고 있기 때문에 PU/PDMS 균질막과 비교하여 복합막의 형태에서도 향상된 flux와 높은 separation factor를 나타내었다.

고분자 분리막 기술은 리튬이온전지나 리튬폴리머전지와 같은 리튬이차전지의 성능을 좌우할 정도로 중요한 요소기술이다. 본 논문에서는 지금까지 개발되어 사용되고 있는 다양한 고분자 분리막의 특징 및 기술동향에 대하여 기술하고, 보다 적합한 분리막의 요건을 만족시키기 위한 고분자물질의 판단기준을, 특히 안정성 측면에서 살펴보고자 한다. 또한 실제 리튬이온전지용 분리막을 제조하기 위한 제조공정을 통해 고분자재질의 특징과 관련한 적용성의 여부를 판단코자 하며, 제조된 분리막에 대한 실용화 가능성을 판단하기 위한 분리막의 물리적 요구치 및 측정법에 대하여 기술코자 한다.

이산화탄소 분리에 이용하기 위하여 PEG (Poly(ethylene glycol)diacrylate)와 PPG (Poly(propylene glycol) diacrylate)를 광학 중합반응(Photopoly merization)을 이용하여 제조하였다. PEG와 PPG는 분자량이 각각 258과 540이었다. PEG와 PPG의 질량 혼합비(wt%)를 9:1, 8:2, 7:3, 6:4, 5:5로 변화시키면서 막을 제조하였다. 25^℃에서 PEG/PPG (9:1)의 이산화탄소 투과도는 28.9 barrel 으로 나타났으며, 선택도(PCO_2/PN_2)는 57.9로 나타났다. 같은 온도에서 PEG/PPG(5:5)로 조성을 변화시켰을 때 이산화탄소 투과도는 40.4 Barrer, 기체선택도(PCO_2/PN_2)는 51.8를 나타냈다 이산화탄소의 투과도는 5:5 > 6:4 > 7:3 > 8:2 > 9:1의 경향을 나타내었다. 35^℃로 승온을 하는 경우에 PEG/PPG (9:1)는 45.4 Baller, 선택도(PCO_2/PN_2)는 48.2을 나타냈으며, PEG/PPG (5:5)의 이산화탄소 투과도는 78.9 Barrer을 나타내고 선택도(PCO_2/PN_2)는 33.2로 나타났다. 각각의 온도에서 이산화탄소의 기체선택도(PCO_2/PN_2)는 PPG의 함량이 증가하면서 감소하는 경향을 나타내었다

본 연구에서는 설폰기를 함유한 sulfosuccinic acid를 가교제로 사용하였다. 또한, 메탄을 투과도를 줄이기 위해 실리카를 졸-겔 방법을 사용하여 성장시킨 PVA/Silica 하이브리드막을 제조하여 수소 이온 전도도 및 메탄을 투과도에 관하여 연구하였다. 수소 이온 전도도 및 메탄을 투과도는 가교제 농도 및 친수성 SO3H의 함량에 영향을 받았으며, 제조된 막의 수소 이온 전도도는 10-3~10-2 S/cm 범위에 있었고, 메탄을 투과도는 10-8~10-7;cm2/s 를 갖는다.

It is well known that the membrane permeation in pervaporation is governed by both the chemical nature of the membrane material and the physical structure of the membrane and also the separation can be achieved by differences in either solubility, size or shape. The solubility of the penerrant in the polymeric membrane can be described qualitively by applying the Hildebrand relation [1] which relates the energy of mixing of the penerrant and the polymer material. Froehling et al. have tried to predict the swelling behavior of polymers for the systems of polyvinylchloride(PVC)-toluene-methanol, PVC-trichloroethylene-nitromethane and PVC-n-butylacetate-nitromethane[2]. The former two systems which do not show the donor/acceptor interactions upon mixing showed the successful results[2]. In addition to this technique, there are several other possible approaches to predict the swelling behaviors of polymers, such as the surface thermodynamic approach[3, 4], the comparison of the membrane polarity with the solvent polarity in terms of Dimroth's solvent polarity value[5].

역삼투 및 투과 증발막 분리공정이 nylon 4 blended 막을 사용하여 물-에탄올 계에 대하여 실험적으로 비교되어졌다. 위 두 공저의 이론적 비교를 다루었던 전 논문과 마찬가지로 투과 증발 공정의 분리 효율이 역삼투 공저의 경우 보다 더 좋음을 알 수 있었다. 그러나 투과도 데이타는 막의 결함들로 인하여 엉뚱한 결과를 보였다.

본 논문에서는 역삼투막 공정과 투과 증발막 공정이 Paul과 Ebra-Lima 모델을 사용하여 이론적으로 서로 비교되어졌다. 이 모델로부터 막내에 있는 액의 농도를 역삼투 공정의 경우 압력이 막의 윗쪽에 가하여졌을 때 (반면에 투과 증발 공정의 경우는 가하여진 압력이 무한대일 때) 막 -n-hexane 그리고 rubber 막-benzene 계들에 대하여 계산되어졌다. 또한 polyethylene-n-hexane 그리고 polyethlene-benzene 계들에 대하여 역삼투 및 투과 증발 공정의 투과도가 계산되어졌고 비교되어졌다. 이론적으로는, 투과 증발 공저으이 투과도가 역삼투 공저의 투과도 보다 더 컸음을 알 수 있었다.