본 연구에서는 식품 및 화장품 원료로 널리 사용되는 천연 다당류의 분자 구조, 분자량, 점도, 친수성, 팽창, 습윤 및 보습 특성을 이용하여 도로 분진 방지제를 제조하였다. 다양한 분진 제어 효과가 확인되었으며 단순한 물 분사 및 시험 대조군인 합성PVA보다 우수한 결과를 얻었다. 또한 수분 증발 비교, 비산 저감율, 공사현장 테스트 및 물벼룩 급성 독성 시험 등의 영향을 연구하고 토양 및 수질의 안전성을 연구하여 도로 분진 방지제의 유용성을 확인하였다.

고분자 분리막의 분자동역학 연구에서는 구성 원자 개수가 많고 투과 거동 계산시 긴 시간을 필요로 하기 때문에 적절한 고분자 주쇄의 길이를 선택하는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서는 이러한 고분자 주쇄 길이와 투과 거동 간의 상관 관계가 실제 분자동역학에서 어떻게 나타나는지 조사를 하고자 하였다. 널리 알려진 상용 고분자 Kapton® 폴리이미드 구조 를 이용하여 분자동역학을 수행하였고 기체 투과 거동을 분석하였다. 고분자 주쇄의 움직임은 그 길이와 큰 연관성이 없었으 며, 일반적인 인식과 달리 짧은 주쇄 길이를 갖고 있다고 해서 더 활발하게 움직이는 것은 아니라는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 고분자 주쇄의 말단기는 상대적으로 움직이기 쉬울 것이라는 예상과 달리, 말단에 위치하지 않은 경우라도 말단기에 위치한 원자보다 더 높은 움직임을 보이는 경우도 많았다. 최종적으로 기체 분자의 투과 성능에서도 고분자 주쇄의 길이 및 말 단기에 따른 영향은 관찰되지 않았다. 이는 기체 투과 전산모사에서 많이 언급되는 말단기 효과를 실제 전산모사에 적용할 경우, 각각의 모델 특성에 따라 제한적으로 적용을 하고 이에 대한 검증 과정을 반드시 수행하여야 한다는 것을 의미한다.

본 연구에서는 폴리페닐렌옥사이드 고분자에 브롬화반응을 통해서 할로겐 원소를 수월하게 도입하고, 도입한 할 로겐 원소를 이미다졸륨으로 치환하여 이미다졸륨이 도입된폴리페닐렌옥사이드를 합성하였다. 다양한 특성평가를 통해서 합 성이 이루어졌음을 확인하였고, 산소, 질소, 이산화탄소 기체투과 특성평가를 진행하여 합성한 고분자의 기체특성을 확인하였 다. 이미다졸륨의 함량이 증가할수록 합성고분자의 이온교환용량이 증가하였으나, 기계적 강도는 감소하였다. 특히, 기체투과 도는 미세하지만 감소하는 경향을 나타내었으며, 이산화탄소/질소 선택도의 경우 이미다졸륨 함량이 높아질수록 증가하는 경 향을 확인할 수 있었다.

본 연구에서는 전도성 고분자인 polystyrene sulfonic acid doped poly~3,4-ethylenedioxythiophene (PEDOT:PSS)을 소스/드레인 전극으로 사용한 펜타센 단분자 유기 반도체 기반의 전계효과 트랜지스터를 제작하고, 금을 소스/드레인 전극으로 하는 기준소자와 전기적 특성을 비교하여 평가하였다. 전기적 특성을 측정한 결과, PEDOT:PSS 박막은 금 박막에 비해 상대적으로 낮은 전도도를 가짐에도 불구하고 PEDOT:PSS 소스/드레인 전극을 갖는 펜타센 유기 트랜지스터는 금을 소스/드레인 전극으로 갖는 기준 소자와 비교할 만한 성능을 보였다. 이는 PEDOT:PSS와 펜타센 사이의 접촉저항이 금과 펜타센 사이의 접촉저항보다 낮아 상대적으로 낮은 전기전도도에 의한 성능 저하를 보상하기 때문으로 추측된다.

본 연구에서는 SiO2 나노파티클-전도성 고분자 PEDOT:PSS 복합 구조 기반의 유기발광다이오 드용 내부 광추출 구조를 간단한 용액 공정으로 제작하였다. 또한, 다양한 농도의 SiO2 나노파티클을 PEDOT:PSS에 분산하여 그 구조를 확인하였고, 상부/하부 버퍼레이어의 도입이 내부 광추출 구조 형성에 미치는 영향에 관하여 알아보았다.

Heavy metal ion separation of commercial polymeric membranes is investigated to elucidate the permeation mechanism and possibility on applying treatment of wastewater from various origins. Since wastewater contains significant amount of heavy metal ions, their treatment to recycle or reuse is necessary. Polyamide based commercial membranes are prepared to test their separation performance on single- & multi-component heavy metal aqueous solutions. This study indicates that polymeric membranes can be potential candidate for heavy metal separation.

프로필렌은 석유화학제품의 기초 연료이며, Naphatha Cracker 에서 나오는 프로필렌/프로판 혼합물을 저온증류하여 생산된다. 저온증류를 이용하여 프로 필렌/프로판을 분리할 경우 많은 에너지가 소비되기 때문에 플랜트 규모가 작고 에너지 소비가 적은 막분리법이 대체법으로 연구되고 있다. 본 연구에서는 올레핀/파라핀 분리에 우수한 성능을 가지는 아민계 고분자를 이용하여 촉진수 송막을 제조하였으며, 이들의 프로필렌/프로판 분리특성을 알아보았다. 순수가 스 테스트를 통해 압력변화에 따른 투과도와 선택도를 구하였으며, 혼합가스 테 스트를 통해 stage-cut에 따른 투과측 프로필렌 농도 및 회수율 변화를 알아보 았다. 그 결과, 2bar, 25°C에서 95%의 프로필렌을 99.6%까지 농축 시킬 수 있음을 확인하였다.

본 연구에서는 친수성고분자으로 중공사형 분리막을 개발하기 위해 상전이법을 이용하여 제조하였다. 고분자는 PAN을 사용하여 고분자용액을 제조하였고, PVP, PEG와 같은 첨가제를 사용하였다. 방사조건에서 에어갭을 조절하여 표면의 기공구조를 확인하였으며, 내부응고제의 조성을 조절하여 내부표면 및 전체적인 모폴로지에 영향을 확인하였다. 분리막의 단면과 표면 모폴로지는 전계방 출형주사현미경을 이용하여 관찰하였으며, 0.2 cm2의 테스트용 Lab. 모듈을 제 조하여 수투과도 평가를 진행하였다.

본 연구에서는 그래핀 함량에 따른 고분자 나노섬유의 물리적 특성 변화에 대해 연구하였다. 전기방사법으로 GO PAN 나노섬유 복합체 막을 제조하였으며, 접촉각⋅SEM⋅인장강도에 관한 실험을 진행하였다. GO+계면활성제를 이용 하여 나노섬유에 존재하는 GO의 함량을 증가시켰다. 제조한 나노섬유의 경우 기존의 나노섬유보다 강한 기계적 강도를 나타내었다. 이러한 결과를 바탕으로 수처리 분리막의 연구 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구에서는 전기방사법을 이용해 다양한 고분자에 nanofiller인 clay를 복합시켜 나노섬유 복합막을 제조하였다. 나노섬유에 clay를 첨가함으로써 일반적인 나노섬유가 가지는 취약한 물리적 특성을 증가시키고 수처리 막으로의 활용 가능성을 확인하였다. 또한 고분자의 친⋅소수성에 따라 발생하는 고분자와 clay간의 interaction을 고찰해보았다. 따라서 본 연구에서 나타난 결과를 통해 clay를 활용한 나노섬유 복합막의 제조 및 나노섬유의 특성 보완 연구의 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

최근 환경 문제를 해결하기 위한 방법으로 분리막을 이용한 많은 연구가 이루어지고 있고, 그중에서도 고분자막을 이용한 기체분리는 빠른 속도로 발전하고 있는 분야로써 시장 규모 및 응용 범위가 확대되고 있다. 본 연구에서는 다 양한 모노머를 사용하여 poly(ether ether ketone)를 합성 후, 이미다졸륨 그룹을 도입한 고분자를 이용하여 분리막을 제조하였다. 제조된 분리막의 특성평가 를 진행하였고, 이어서 타임렉 방법을 이용하여 기체특성평가를 진행하였다. 그 리고 동일고분자를 분자동역학시뮬레이션(Molecular dynamics simulation)의 COMPASS force field로 계산하여 진행하였다. 마지막으로 분자동역학시뮬레이션 계산값과 실험 측정값을 비교 분석하는 연구를 진행하였다.

PVC-g-POEM graft copolymer was synthesized for ultrafiltration (UF) membrane area and the effect of TTIP on the membranes was also explored via phase separation. Characterization was explored by FT-IR, 1H-NMR and FE-SEM and measured by cross-flow system. The interaction between copolymer and TTIP enhanced the water permeance because of increased surface pore size and porosity. Phase inversion process in 80 oC water bath resulted in decreased water permeance owing to the increased top selective layer, but increased BSA rejection. However, TTIP-treated membrane with 80 oC inversion showed decreased BSA rejection owing to TTIP dissolution in hot water. TTIP treatment and 80 oC inversion resulted in highly enhanced antifouling property. The best performance exhibited 338 LMH water permeance, 89.4% BSA rejection, and 91.9% flux ratio recovery.

An advanced organic-inorganic polymer composite membranes are synthesized to enhance chemical stability for the application of unitized regenerative fuel cells (URFCs). In order to improve chemical stability of polymer membrane, organic polymer is composed with inorganic materials for long-term operation of URFC. By addition of inorganic polymer, chemical stability of polymer membrane has highly increased. However, higher concentration of inorganic particles may lead to brittleness in polymer membrane. Therefore, the optimization of inorganic materials in polymer membrane is a crucial for the preparation of polymer membrane with high chemical stability in URFC.

An advanced organic-inorganic composite membrane is investigated to enhance mechanical and chemical stability of membrane for vanadium redox flow battery (VRFB). In order to improve chemical and mechanical stability of membrane, organic polymer is composed with inorganic material for VRFB. The inorganic material can be used as anti-oxidant for improving membrane chemical stability during long-term operation of VRFB. However, higher concentration of inorganic particles increased the hydrophobicity which may make membranes brittle. Therefore, the optimization of inorganic materials in polymer membrane is carried out for the application VRFB.

고분자 분리막을 구성하고 있는 고분자의 종류에 따른 화학구조는 고분자 분리막의 특성을 결정짓는 가장 중요한 요소가 된다. 그러나, 고분자의 경우 다양한 주쇄 구조 및 작용기 구조, 그리고 복잡한 구조적 특징을 갖기 때문에, 기존의 실험적인 방법을 통한 분석으로는 정확한 내부 구조를 파악하는 데에 한계가 있다. 양자역학, 분자동역학 등 분자 전산모사 기술은 이러한 고분자의 내부 구조를 원자 및 분자 수준에서 직접 파악하는 데 도움을 줄 수 있다. 이외에도 메조스케일 전산모사 기술은 원자를 그룹화하여 하나의 구슬(bead)로 표현을 하기 때문에 더 큰 분자 구조의 모사가 가능하고 이를 통하여 상분리 등의 특성 분석에 효과적이다. 본 발표에서는 이러한 다양한 전산모사 기술을 이용한 고분자 분리막의 특성 분석에 대해 소개하고자 한다.

Membrane-based gas separation is one of the next generations’ gas separation technology for various gas and chemical industries (e.g. air separation, H2, CO2 separation, hydrocarbons, and fluorinated gas separation, etc). Membrane has the advantages of i) low energy consumption without a phase change during the separation, ii) small footprint and easy scale-up of membrane modules, and iii) clean process without any emission of harmful byproducts. Membrane materials are mostly composed of polymeric, inorganic and metallic materials whereas membrane modules are fabricates as flat-sheet, plate-and-frame, spiral-wound and hollow fibers. In this presentation, the evaluation method of membrane materials and modules for gas separation applications will be discussed.

본 연구에서는 역전기투석 공정에서 발생 가능한 막오염 현상을 in-situ로 측정하기 위하여 임피던스 스펙트로스 코피 방법을 도입하여 실제 발생한 막오염 현상 측정 방법을 제시하였다. 얻어진 임피던스 데이터를 활용하여 Nyquist 도시 법과 어드미턴스 도시법으로 스펙트럼을 도시하였으며 두 도시법 모두 유의미한 막오염 현상을 감지할 수 있었다. 또한 초기 막오염 현상에서 음이온 교환막 표면에 막오염물의 불안정한 축적 현상 및 역전기투석 공정의 운전 시간에 따른 막오염층의 구조적 변화를 감지할 수 있었다.

계면동전위라 불리는 제타전위(zeta potential)란 표면 전하적 특성을 정량화 한 값으로 전기동역학적 현상으로 발 생하는 전위차를 말한다. 제타전위는 막오염(fouling)과 표면전하 분석을 통한 개질 확인 및 치환기 확인에 대한 연구가 활발 히 진행되어 왔다. 그리고 제타전위를 측정하는 방법으로는 전기영동(electrophoresis), 전기삼투(eletrosmosis), 유동전위 (streaming potential)를 기초로 개발되었고, 그중에서도 평막은 유동전위 측정이 적합하다고 알려졌다. 따라서, 본 연구에서는 poly(styrene-ethylene-butylene-styrene) 고분자에 암모늄을 도입하여 아민화된 SEBS 평막 형택의 분리막을 제조하고, 계면동 전위 측정기를 이용하여 제조된 분리막들의 유동전위를 측정하여 결과를 분석하였다.

요즘 건물 내에서의 생활이 많아진 현대인에게 실내공기의 질은 매우 중요한 개념이고, 새롭게 생각을 해 보아야 하는 문제이다. 실내공기의 질은 실내공기의 온도, 습도 등으로 결정이 된다. 그리고 실내공기 개선을 위해서는 에너지 소비 가 심하다는 단점이 있다. 그리하여, 전열교환을 이용하여 이러한 문제를 해결하려는 방법에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 따라서, 본 연구에서는 전열교환 분리막 적용을 위하여, poly(styrene-ethylene-butylene-styrene) 고분자에 친수성 치환기 인 암모늄을 도입하여 아민화된 SEBS 고분자를 합성하였고, 합성고분자에 대한 특성평가를 진행하였다. 암모늄을 도입하기 위하여 클로로메틸화 반응과 아민화 반응을 통하여 합성을 진행하였다. 결과적으로 합성고분자는 반응용제의 함량이 높아질 수록 함수율, 이온교환용량이 증가하였고, 전열교환 분리막에서 중요한 투습도 또한 증가함을 확인할 수 있었다.

천연색소는 색을 발현할 수 있는 물질로서 식품, 화장품, 의약품 등에 사용된다. 천연색소는 동・식물에서 추출하여 만들기 때문에 크기가 균일하지 않으며 특히 적색색소의 경우, 다른 색의 색소 에 비해 친유성이 강해 수용액 상태에서 쉽게 응집이 되는 경향이 있다. 또한 응집에 의한 크기변화로 인해 색의 재현이 어려운 문제점이 있다. 적색색소로 기존에 사용했던 동물성 색소인 코치닐 추출 색 소는 알레르기를 유발하고 식용으로서의 거부감이 있는 등의 문제점으로 인하여 사용이 기피되는 추 세이다. 본 연구에서는 적색의 식물성 색소인 라이코펜 추출물과 치자황색소를 사용하였고 Ball-milling을 이용하여 색소의 크기를 균일하게 만든 후 Asymmetrical flow field-flow fractionation(AsFlFFF), Dynamic light scattering(DLS)를 이용하여 크기를 분석하고 색차계를 이용하 여 색을 확인하는 연구를 진행하였다. 실험결과 milling 전에는 색소 입자의 크기가 크고 크기분포가 넓었으나, milling 후에는 크기가 감소하고 크기분포가 좁아짐을 확인하였다. 색차계 측정 결과, milling 시간이 증가함에 따라 밝기, 적색도, 황색도가 높아져서 밝은 적색을 나타내었다.