Poly(ether-block-amide)(PEBA, PEBAX)는 열가소성 탄성체로서 분리 막 소재로 이용할 경우 우수한 기계적 특성, 선택도, 높은 투과도를 제공할 수 있을 것으로 기대된다. Chitosan은 키틴에서 탈 아세틸화하여 얻은 불용성 고분자 물질로 Chitosan을 넣은 고분자막은 CO2의 막 투과도가 높아지는 특징이 있다. 본 실험에서는 복합 막을 제조하고 물리화학적 특성을 IR, XRD, TGA, SEM을 통하여 알아보았다. 기체 투과 실험은 국산 Sepra Tek사재 VPA-601을 사용하여 측정하였다. 기체투과실험은 3bar의 조건에서 온도별, 첨가된 고분자의 함량별로 행하였다.

분리막 생물반응조내에 정밀여과용 중공사막을 침지시키고 운전시간에 따른 막간차압(TMP)을 측정하여 막 오염 저감효과를 확인하였다. 사용한 분리막은 유효단면적이 0.01m²이고 공칭세공크기가 0.45μm인 중공사막이었다. 운전방식은 기존 운전/휴지(F/R)방식과 연속적으로 처리수를 생산할 수 있도록 개발한 사인파형 투과유속 연속운전(Sinusoidal flux continuous operation; SFCO)방법을 적용하였다. SFCO운전방법이 기존의 F/R방식보다 투과유속이 낮을 경우 매우 효과적임을 확인하였다.

본 연구에서는 Chloroform에 Poly(ethylene oxide) (PEO)와 poly(ethylene-co-vinyl acetate) (EVA)를 10%(w/v)로 용해시켜 glass plate에 캐스팅한 후 상온에 방치하여 용매를 완전히 날린 후 70℃에서 24시간 이상 건조시켰다. Blend 조성은 PEO/EVAc-1(wt/wt) 80/20, 60/40, 40/60, 20/80으로 제조하였고 제조된 막의 두께는 100-150μm 이다. 사용한 PEO는 MW100,000,EVA의 VAc 함량은 40wt%이다. 기체투과 실험은 B. S. Chem 사의 GPA-2001을 사용하여 측정하였으며, 기체 투과막의 단면적은 14.7cm²이다.

본 연구에서는 dimethylformamide (DMF)와 acetone의 혼합용액에 산화그래핀(graphene oxide, GO)을 분산시키고 기질 고분자인 PVdF (polyvinylidene fluoride)를 도입하여 전기방사법으로 나노섬유를 제조하였다. 또한 PVdF/GO 복합 나노 섬유를 평막 형태로 적층시켜 기공크기 0.4 μm인 정밀여과막을 제조하였다. 그리고 GO의 고유한 항균 특성으로 생물학적 오염을 줄일 수 있는 PVdF/GO 복합막의 막오염을 평가하기 위하여 막간 압력차(transmembrane pressure, TMP)를 측정하였 다. 유효 막면적이 0.01 m2인 PVdF/GO 평막과 상용화된 MBR용 CPVC (chlorinated polyvinyl chloride) 평막을 MLSS 4,500 mg/L인 활성슬러지 수용액 내에서 동시에 투과 실험하였다. 공기를 주입하지 않을 경우, 투과유속이 10 L/m2⋅h일 때 PVdF/GO 막의 TMP는 CPVC 막의 최대 79%까지 감소하였다. 또한 운전/휴직 방식으로 운전할 경우, 10 L/m2⋅h일 때 PVdF/GO 막의 TMP는 CPVC 막의 최대 69%까지 감소함을 확인하였다.

PTMSP[Poly(1-trimethylsilyl-1-propyne)]에 TEOS (tetraethoxysilane), TMOS (tetramethoxysilane), MTMOS (methyltrimethoxysilane), 그리고 PTMOS (phenyltrimethoxysilane)의 함량을 0, 15, 20, 30 wt%로 달리하여 졸-겔법을 이용하 여 PTMSP-silica 복합막을 제조하였다. PTMSP-silica 복합막의 알콕시실란 함량에 따른 H2, N2의 기체투과도와 N2에 대한 H2의 이상 선택도를 조사하였다. H2와 N2의 투과도는 알콕시실란 함량이 0∼20 wt% 범위에서는 증가하다가 알콕시실란 함 량이 20∼30 wt% 범위에서는 감소하였다. N2에 대한 H2의 이상 선택도는 TEOS와 PTMOS의 함량이 0∼15 wt% 범위에서 는 감소하였으며, 15∼30 wt% 범위에서는 다시 증가하였다. Robeson upper bound와 비교할 때, PTMSP-silica 복합막은 TEOS 함량이 30 wt%, MTMOS 함량이 20 wt% 그리고 PTMOS 함량이 30 wt%에서 투과도와 이상 선택도가 동시에 향상된 것으로 나타났다.

PTMSP[Poly(1-trimethylsilyl-1-propyne)]에 LDH (layered double hydroxide)의 함량을 0, 1, 3, 5 wt%로 달리하여 PTMSP/LDH 복합막을 제조하고, PTMSP/LDH 복합막의 LDH 함량에 따른 H2, N2, CH4, C3H8, n-C4H10의 기체투과도와 선 택도를 조사하였다. PTMSP/LDH 복합막의 LDH 함량이 0∼5 wt%로 증가하면 H2와 N2의 투과도는 점차 감소하였고, n-C4H10의 투과도는 급격히 증가하였다. 그리고 CH4와 C3H8의 투과도는 0∼3 wt% 범위에서는 감소하고 3∼5 wt% 범위에서 는 증가하였다. PTMSP/LDH 복합막의 LDH 함량이 5 wt%로 증가하면 H2와 N2에 대한 H2, N2, CH4, C3H8, n-C4H10의 선택 도는 점차 증가하였고, CH4에 대한 C3H8과 n-C4H10의 선택도는 0∼3 wt% 범위에서는 증가하고, 3∼5 wt% 범위에서는 감 소하였다. PTMSP/LDH 복합막의 CH4과 n-C4H10의 투과도가 증가하면 H2와 N2에 대한 CH4과 n-C4H10의 선택도는 증가하였 고, n-C4H10의 투과도가 증가하면 CH4에 대한 n-C4H10의 선택도는 n-C4H10의 투과도 182,000 barrer까지는 증가하다가 그 이상 에서는 감소하였다. C3H8의 투과도가 증가하면 H2와 N2에 대한 C3H8의 선택도는 C3H8의 투과도 46,000∼50,000 barrer 범위에 서는 감소하고 50,000∼52,300 barrer 범위에서 증가하였고 52,300∼60,000 barrer 범위에서는 감소하였다. 그리고 C3H8의 투과 도가 증가하면 CH4에 대한 C3H8의 선택도는 52,300 barrer까지는 급격히 감소하였고, 그 이상에서는 급격히 증가하였다.

Chitosan에 HNT (halloysite nanotube)의 함량을 0, 3, 5, 10 wt%로 가하여 chitosan-HNT 복합막을 제조하였다. 복합막의 구조는 FT-IR, XRD, TGA, SEM으로 알아보았다. 기체투과 실험은 30˚C, 4kg/cm2 조건에서 수행하였고, chitosan-HNT 복합막의 HNT 함량 변화에 따른 CO2와 CH4의 기체투과도와 선택도를 조사하였다. Chitosan-HNT 복합막의 기체 투과도는 HNT 함량이 3 wt%에서 가장 큰 값을 보였고, 그 이상의 함량에서는 감소하였다. 선택도(CO2/N2)는 0~10 wt% 범위에서 HNT 내의 OH기와 CO2 간의 친화력으로 인하여 증가하였고, 약 1.3~3.8의 값을 보였다.

본 연구에서는 소수성 PVDF막 표면에 중성 친수성 고분자인 Poly(vinyl alcohol) (PVA)를 코팅한 후 순수 투과도를 측정하고 대표적인 단백질 오염물질인 bovin serum albumin (BSA)에 대하여 파울링 실험을 수행하였다. BSA 용액 20ppm 조건에서 파울링 실험을 수행한 결과, 코팅 전 막에 비하여 순수 투과도는 감소하였지만 내오염성은 현저히 증가됨을 알 수 있었다. 코팅된 PVA의 분자량이 커질수록 순수 투과도는 감소하였으나, 내오염성이 증가하는 경향을 보였다. 또한, 코팅된 PVA의 농도가 높아질수록 순수 투과도는 감소하였고, 내오염성이 증가하였다. 이는 접촉각과 AFM 측정 결과와 관련하여 코팅 후 막 표면에 친수성의 증가와 거칠기가 감소했기 때문으로 여겨진다.

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.

본 연구는 정밀여과용 관형 분리막 모듈 내에 자체 설계한 기체분사형 노즐을 장착하여 막오염 감소 효과에 따른 투과유속을 측정하였다. 원료 용액으로는 0.1 wt% yeast 입자를 사용하였으며 공기 주입에 따른 막오염 감소 효과를 확인하기 위하여 공기를 주입하지 않은 경우와 주입한 경우의 투과유속을 비교⋅분석하였다. 공기를 주입하지 않았을 경우 투과유속은 지속적으로 감소하였지만 공기를 주입할 경우 투과유속은 공기를 주입하지 않은 경우와 비교하여 30% 이상 향상됨을 확인 하였다.

YBaCo2O5+δ조성의 산화물을 고상반응법을 이용하여 합성하였으며, 합성된 분말은 압축 성형 후 1,180℃에서 소결하여 치밀한 분리막을 제조하였다. YBaCo2O5+δ 분리막은 X-선 회절분석기(XRD)와 전자 주사 현미경(SEM)을 이용하여 분석하였다. XRD 분석결과 1,150℃ 이상에서 다른 불순물 없이 이중층 페롭스카이트 구조가 얻어졌다. 산소투과량은 분리막 양면에 산소분압 차이에 따라 750~950℃ 온도범위에서 측정하였다. 산소투과량은 온도와 산소분압이 증가할수록 증가하였고, 두께 1.0 mm의 YBaCo2O5+δ 분리막은 950℃, PO2 = 0.42 atm에서 약 0.15 mL/cm2·min의 최대 투과량을 보였다. 산소투과에 대한 활성화 에너지는 산소 분압이 감소할수록 감소하였고 PO2 = 0.21 atm의 조건에서 76.0 kJ/mol이었다.

니오븀 금속을 기반으로 하는 Nb56Ti23Ni21 합금 분리막의 수소 투과 특성 및 화학적 안정성에 관한 연구를 수행하였다. 이를 위하여 직경 10 mm, 두께 0.5 mm의 Nb56Ti23Ni21 합금 분리막을 제작하였으며, 2가지 조성(H2 100%, H2 60% + CO2 40%)의 공급가스를 450℃의 온도에서 투과시킬 때 압력에 따른 수소 투과 특성에 관한 실험을 진행하였다. 본 실험에서의 최대 수소 투과량은 순수한 수소를 투과시킬 경우 절대압력 3 bar에서 5.58mL/min/cm2로 나타났다. 또한 공급가스 조성에 따른 각각의 경우 모두 Sievert's law에 잘 부합하였으며, 이산화탄소와의 혼합가스 사용시, 투과량은 수소 분압 감소에 비례하여 감소하였다. 투과 실험 후 XRD 분석을 통하여 Nb56Ti23Ni21 합금 분리막의 이산화탄소에 대한 화학적 안정성에 대한 실험을 수행하였다.

공칭 세공크기 0.1 μm이고 내경이 5 mm인 정밀여과용 관형 분리막 내에 자체 설계한 배출봉을 삽입하여 막오염 감소효과에 따른 투과유속을 측정하였다. 원료용액으로는 에멀젼 상태의 dioctyl tinoxide (DOTO) 입자를 사용하였으며 0.5 wt%까지 농도를 변화시키면서 1.6 bar 이내에서 운전하였다. 배출봉의 효과는 매 실험마다 배출봉을 삽입한 경우와 사용하지 않은 경우의 투과유속을 비교하여 평가하였다. 배출봉을 사용할 경우 운전압력 1.6 bar에서 최대 20%의 투과유속이 향상되었다. 또한 DOTO 농도가 증가함에 따라서 배출봉에 의한 투과유속 향상효과는 크게 나타났으며 0.5 wt% 농도에서 43%까지 투과유속이 향상되었다.

졸-겔 공정은 비교적 간단하고 사용이 편리하며 저렴한 설비투자비가 소요되면서도 우수한 물성 및 차단특성을 갖는 코팅 박막을 얻을 수 있다는 장점이 있다. 졸-겔 공정으로 코팅된 필름은 산소 등의 영향에 의해 부패되기 쉬운 식품, 음료, 약품, 의약품 등의 포장재나 단열제로 응용 가능하다. 본 연구에서는 aluminum isopropoxide를 출발물질로 하여 alumina sol을 제조한 후 실란 커플링제를 첨가하여 코팅 용액을 제조하였다. 또한, 제조된 alumina sol 용액을 이축연신 폴리프로필렌(BOPP)에 코팅하여 복합 필름을 만들고 산소 투과 특성을 측정한 결과 순수한 BOPP에 비해서 산소 투과도가 약 85% 정도 감소되는 효과를 보였다.

본 연구에서는 poly(acrylonitrile-butadiene-styrene) (ABS)에 carbon graphite와 zeolite 4A를 첨가하여 복합 필름을 제조하고 공기와 수증기 투과 특성을 살펴보았다. 복합 필름의 경우 모든 경우에서 순수한 ABS에 비해서 산소와 질소의 투과도가 감소하였으며, 산소의 투과도 감소가 질소의 투과도 감소보다 약간 큰 관계로 산소/질소 선택도도 조금 감소하였다. 또한, 수증기 투과도도 순수한 ABS에 비해서 약 1/2로 감소하였다. 이러한 투과도의 감소는 ABS에 filler를 첨가함으로 인하여 물질 확산 경로의 tortuosity가 증가했기 때문인 것으로 생각된다.

PTMSP에 0~20 wt% PMMH dendrimer 나노입자를 가하여 PTMSP/PMMH dendrimer 복합막을 제조하였다. 복합막의 기체 투과특성에 미치는 PMMH denimer의 영향을 조사하였다. H2, N2, CO2, CH4의 투과도는 PTMSP 내 PMMH endrimer의 함량이 증가하면서 감소하였다. PTMSP/PMMH dendrimer 복합막에서 수소를 제외한 다른 기체들의 투과도 순서는 N2<CH4<CO2이며, 이것은 기체의 임계온도의 순서 N2<CH4<CO2와 일치하고 있다. N2에 대한 기체의 선택도는 PTMSP 내의 PMMH denimer의 함량이 증가하면서 증가하였다. CO2/N2 선택도는 5.6에서 16.9로 증가하였다.

본 연구에서는 atom transfer radical polymerization (ATRP)에 의해 polydimethylsiloxane (PDMS)와 methyl-methacrylate (MMA)로부터 polydimethylsiloxane-polymethylmethacrylate (PDMS-PMMA) block copolymer를 합성하였다. 합성된 PDMS-b-PMMA copolymer막의 특성은 FT-IR, 1H NMR, GPC, DSC 등을 사용하여 조사하였다. 질소와 수소의 투과도는 각각 1.2~1.5 barrer와 6.2~10.5 barrer를 보였고, 질소에 대한 수소의 선택도는 5.3~6.9 범위였다. PDMS-b-PMMA copolymer 막의 투과도와 선택도는 PDMS 막보다는 낮은 값을 보였고, PMMA 막보다는 높은 결과를 보였다.

본 연구에서는 평판 지지층 위에 부착된 플라스틱 돌기에 의하여 형성되는 와류가 투과성능에 미치는 영향을 측정하기 위하여 돌기 있는 모듈과 돌기 없는 모듈에서 각각 투과 실험하였다. 운전압력을 0.4 bar에서 1.6 bar까지 증가시키면서 카올린 용액을 투과시킬 경우, 돌기형 평막 모듈은 돌기가 없는 모듈과 비교하여 초기 투과유속 감소 시간이 2배 이상 연장되었고 순수 대비 투과유속의 감소비 역시 1 내지 5% 가량 낮게 나타났다. 레이놀즈수가 1,750인 층류영역에서 돌기에 의한 투과유속 향상은 전이영역에 비하여 약 2배 높게 나타났다. 전반적으로 평막 모듈에 부착된 돌기는 60분 후 투과유속 향상에는 크게 기여하지 못하였지만, 투과실험 초기에는 막오염 방지에 효과적인 것으로 확인되었다.

본 연구에서는 높은 투과도를 갖는 고분자량의 PTMSP를 합성하고 PTMSP와 hydroxy-terminated PDMS로부터 PTMSP-PDMS graft copolymer를 합성하였다. 그리고 PTMSP-PDMS graft copolymer에 TEOS의 함량을 15, 30, 50 wt%로 달리하여 졸-겔 방법에 의해 PTMSP-PDMS-silica 복합물을 제조하였다. PTMSP-PDMS-silica/PEI 복합막의 물리화학적 특성은 1H-NMR, FT-IR, TGA, XPS, GPC, SEM 등을 사용하여 조사하였고, H2, O2, N2, CO2, CH4, n-C4H10 기체에 대한 기체 투과도와 선택도 성질을 고찰하였다. 복합막의 투과도는 TEOS의 함량과 압력이 증가함에 따라 증가하였다. 그리고 기체들의 선택도는 TEOS 함량 30wt%에서 최대값을 나타내고 그 이상에서는 감소하는 경향을 나타내었다.

Transdermal therapeutic system(TTS) is often used as the method of drug dosage into the epidermic skin. Natural polymer were selected as ointment material of TTS. We investigated the permeation of natural polymer ointment containing drug in rat skin using horizontal membrane cell model. Permeation properties of materials were investigated for water-soluble drug such as Nicotinic acid N-oxide in vitro. These results showed that skin permeation rate of drug across the composite was mainly dependent on the property of ointment base and drug. Proper selection of the polymeric materials which resemble and enhance properties of the delivering drug was found to be important in controlling the skin permeation rate. This result suggests a possible use of natural polymer ointment base as TTS of antihyperlipoproteinemic agent.