본 연구에서는 음이온교환막 개발에 관한 것으로 poly(ethylenimine) (PEI) / poly(vinyl alcohol) (PVA)의 혼합비율에 따라 막을 제조하였다. 제조된 막의 특성화를 평가하기 위하여 함수율, 접촉각, FT-IR, 이온교환용량, 이온전도도, 열 중량분석, 탄성계수 측정을 실시하였다. 이온전도도 측정 결과 PVA/PEI의 함량이 90 : 10으로 제조된 막의 경우 5.16 × 10 -2 S/cm의 값을 나타내어 우수한 음이온전도도를 나타내었으며 접촉각 측정 결과 PEI의 함량이 증가함에 따라 막표면의 소수성이 78.3℃까지 함께 증가하는 결과를 나타내었다. 또한 열에 대한 안정성은 PVA의 우수한 성질을 변화시키지 않았으며 탄성계수 측정을 통해 고강도 기계적 물성을 확인할 수 있었다.

Multilayer Poly methyl methacrylate (PMMA)/ Poly vinyl alcohol (PVA) bone plates were fabricated using electrospinning and in vitro investigations were carried out for pre-clinical biocompatibility studies. The initial cellular cytotoxicity of the methacrylate (PMMA)/ Poly vinyl alcohol (PVA) bone plates was measured by MTT (3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide) assay using fibroblast-like L-929 cells. Cellular adhesion and differentiation studies were carried out using osteoblast-like MG-63 cells. As simulated body fluid (SBF) contains the same ionic concentration of body fluid and any bioactive material tends to deposit bone-like apatite on the samples surfaces into the SBF, in vitro bioactivity of the multilayer bone plates were investigated using SBF. We also studied the internal organization and tensile strength of the multilayer PMMA/PVA bone plates using micro-computed topography (μ-CT) and universal testing instrument (UTI, Korea) respectively. The cellular cytotoxicity study with MTT confirmed that the cellular viability was 78 to 90% which indicates good cyto-compatibility. Scanning electron microscopic findings revealed a good attachment and adhesion phenomenon of MG-63 cells onto the surfaces of the samples. Cellular differentiation studies also showed that osteogenic differentiation was switched on in a timely manner and affirmed along with that of the control group. Bone-like apatite formation on the surfaces was confirmed within 14 days of SBF incubation. Initial organizations of the multilayer PMMA/PVA bone plates were characterized as dense and uniform. The tensile strength of the post-pressing electronspun mat was higher than that of the pre-electronspun mat. These results suggest that a multilayer PMMA/PVA bone plate system is biocompatible, bioactive and a very good alternative bone plate system.

Nanofabrication is an essential process throughout industry. Technologies that produce general nanofabrication, such as e-beam lithography, dip-pen lithography, DUV lithography, immersion lithography, and laser interference lithography, have drawbacks including complicated processes, low throughput, and high costs, whereas nano-transfer printing (nTP) is inexpensive, simple, and can produce patterns on non-plane substrates and multilayer structures. In general nTP, the coherency of gold-deposited stamps is strengthened by using SAM treatment on substrates, so the gold patterns are transferred from stamps to substrates. However, it is hard to apply to transfer other metallic materials, and the existing nTP process requires a complicated surface treatment. Therefore, it is necessary to simplify the nTP technology to obtain an easy and simple method for fabricating metal patterns. In this paper, asnTP process with poly vinyl alcohol (PVA) mold was proposed without any chemical treatment. At first, a PVA mold was duplicated from the master mold. Then, a Mo layer, with a thickness of 20 nm, was deposited on the PVA mold. The Mo deposited PVA mold was put on the Si wafer substrate, and nTP process progressed. After the nTP process, the PVA mold was removed using DI water, and transferred Mo nano patterns were characterized by a Scanning electron micrograph (SEM) and Energy Dispersive spectroscopy (EDS).

본 연구에서는 Poly(vinyl alcohol) (PVA)을 주쇄부(base polymer)로 하여 화학적 가교를 실시하기 위하여 Poly(styrene sulfonic acid-co-maleic acid) (PSSA-MA)를 첨가하고, 실리카와 술폰산기를 함유한 3-(trihydroxysilyl)-1-propanesulfonic acid (THS-PSA)의 함량변화와 열 가교온도 변화를 통하여 직접 메탄을 연료전지(DMFC)에 적용하기 위한 고분자 전해질 막 소재에 관한 연구를 실시하였다. 제조된 막을 Nafion 115와 함께 비교하기 위하여 동일한 조건에서 함수율, 열 중량 분석(TGA), 이온교환용량, 이온전도도 및 메탄올 투과도를 실시하였다. 실험을 통하여 THS-PSA의 함량과 열 가교 온도변화에 따라서 메탄올 투과도가 10 -6에서 10 -8 cm 2 /s로 감소된 결과를 얻었으며, 이온전도도는 10 -3에서 10 -2 S·cm -1으로 향상되어 Nafion 115보다 우수한 결과를 나타내었다.

폴리스티렌-폴리히드록시에틸 아크릴레이트(PS-b-PHEA) 디블록 공중합체와 폴리비닐알콜(PVA)을 1 : 1 무게비로 블렌딩하여 수소 이온 전도성 가교형 고분자 전해질막을 개발하였다. 특히 술포석시닉산(SA)를 사용하여 디블록 공중합체의 PHEA 블록과 PVA와 가교반응을 시켰고, 이를 FT-IR 분광법을 이용하여 분석하였다. 이온교환능(IEC)은 SA 함량이 증가함에 따라 계속하여 증가하여 0.95 meq/g까지 도달하였고, 이는 전해질막에 이온 그룹수가 증가하기 때문이다. 하지만, 함수율은 SA 함량이 20 wt%까지는 증가하다 그 이상에서는 감소하였다. 또한 수소 이온 전도도도 SA 함량에 따라 증가하여 20 wt% SA농도에서 0.024 S/cm의 최대값을 나타내었다. 함수율과 수소이온전도도의 이러한 경향은 SA 함량이 증가함에 따라 이온 그룹의 수가 증가하는 효과와 가교가 증가하는 효과가 서로 경쟁적으로 일어나기 때문으로 생각된다.

본 연구에서는 공기 중의 수분을 선택적으로 제거하기 위해 poly(vinyl alcohol) (PVA) 에 가교제로서 poly(styrene sulfonic acid-eo-maleic acid) (PSSA-MA)와 막의 물에 대한 선택적 분리 특성을 향상시키기 위해 3-(trihydroxysilyl)-1-propanesulfonic acid (THS-PSA) 를 첨가하여 막을 제조하였다. PSSA_MA 와 THS-PSA의 양과 가교온도를 변화시켜 가며 막을 제조하였다. 또한 제조된 막의 분리특성을 살펴보기 위해 동적증기용해도와 증기투과 실험을 수행하였다. 동적증기용해도 실험으로부터 가교온도의 증가는 평형 용해 상태에 도달하는데 더 오래 걸리는 것을 알 수 있었다. 120℃에서 제조 된 PVA/PSSA_MA (3%)/THA-PSA(7%) 막이 35℃에서 가장 투과도가 높은 480 barrer를 나타내었다.

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.

본 연구는 산저항성을 가진 새로운 폴리비닐알콜계 투과증발막을 이용한 불화에탄올(TFEA)과 메타크릴산(MA)의 에스테르화 반응에 관한 연구이다. TFEA와 MA의 에스테르화 에스텔화반응에 사용된 폴리비닐알콜계 막은 PVA와 EGDE의 열 가교반응을 통하여 제조되었다. 에스텔화 반응의 반응조건 - 반응온도, 산 촉매의 양, 초기 몰비(불화에탄올/메탄크릴산)- 등을 달리하여 에스텔화 반응에 미치는 영향을 조사하였다. 실험 결과, TFEMA 전환율은 반응온도 촉매의 양, 초기몰비가 증가함에 따라 향상되었다. TFEMA 전환율이 90% 이상을 위한 경제적인 반응조건은 90℃ 수식 이미지의 반응온도, 2.5 wt%의 촉매 양, 그리고 1.7의 초기 반응 몰비였다.

Poly(vinyl alcohol) (PVA)와 가교제 Poly(styrene sulfonic acid-co-maleic acid) (PSSA-MA)을 적용하여 제조된 막을 이용하여 수증기 및 공기에 대한 막 투과 실험을 하였다. 또한 PVA/PSSA-MA막에 대한 PSSA-MA의 함량별로 접촉각을 측정하였으며 함량이 3 wt%에서 접촉각이 가장 낮았고 함량이 증가할수록 접촉각은 증가하였다. 35℃에서 PSSA-MA 함량 변화에 따른 수증기 투과도는 7 wt%에서 15300 Barrer (1 Barrer=10-10cm3(STP)·cm/cm2·s·cmHg)로서 최대를 나타내었다. 그리고 25℃에서 PVA/PSSA-MA막의 수증기 투과 성능은 35℃와 유사한 경향을 보였다. 공기의 투과도는 PSSA-MA의 함량이 7 wt%에서 최대가 되었으며 35℃C에서 146 Barrer를 나타내었고, P(H2O)/P(Air)는 25℃에서 109.2로 최대를 나타내었다.

본 연구는 에스텔화 막반응공정에 의한 2,2,2-trifluoroethyl metacrylate (TFEMA)의 생산을 위한 선행연구로, 가교된 poly(vinyl alcohol)막을 이용하여 TFEA (2,2,2-trifluoroethanol)/water과 MA (methacrylic acid)/water 혼합용액을 대상으로 투과증발특성을 연구하였다. 산 저항성을 가진 가교된 PVA막은 PVA와 EGDE를 같이 녹인 수용액을 Teflon plate 위에 캐스팅한 후 140℃에서 열 가교시킴으로써 제조하였다. 제조된 막의 특성을 알아보기 위해 FT-IR과 팽윤도 측정을 실시하였다. TFEA/water 혼합용액에 대한 투과증발실험은 가교제인 EGDE농도와 운전온도를 변화시켜가면서 실시하였으며, MA/water 혼합용액에 대한 투과증발실험은 최적화된 PVA막을 가지고 실시하였다. 투과증발실험결과로부터 제조된 막은 TFEA와 MA의 에스테르화 반응온도인 80℃ 이상에서 96%의 TFEA 및 MA 수용액에 대해 각각 100, 900 이상의 매우 높은 물에 대한 선택도와 0.1, 0.3;kg/m2h의 투과도를 얻을 수 있었다.

Poly(vinyl alcohol) (PVA)이 폴리술폰 한외여과 막, 술폰화된 폴리에테르술폰, 폴리아미드 나노 막 위에 코팅된 나노 복합막을 가압법에 의해서 제조되었다. PVA는 글루터알데하이드 수용액으로 가교되었다. 모든 지지층위에 PVA 희박용액이 성공적으로 코팅되어 나노복합막이 제조되었다. 지지막 위의 친수화도가 높아짐에 따라 수투과 유량이 증가하였다. 특히 음하전을 띠는 폴리아미드 나노 복합막의 제타전위는 PVA로 코팅함으로서 감소되었다. 막 오염 실험은 양이온을 띠는 계면활성제, 휴민산, 휴민산과 칼슘이온 복합체 및 bovine serum albumin을 사용하여 실행하였다. PVA로 코팅되지 않은 폴리아미드 나노복합막은 각각의 오염물질에 의해서 심하게 오염되었다. 휴민산과 단백질에 의한 오염은 오염물질의 등전점에서 가장 심하게 발생하였다. 휴민산에 이가 양이온을 첨가함으로서 오염이 심각하게 일어났다. PVA 수용액으로 폴리아미드 나노 복합막을 코팅함으로서 막 오염이 감소되었다. PVA로 코팅된 폴리아미드 나노 복합막은 산, 염기용액에 대해 저항성을 보였다.

Trifluoroethyl methacrylate (TFEMA)는 발수발유용 특수도료나 광섬유의 외관에 중요하게 쓰여지는 코팅제에 쓰여지는 산업적으로 중요한 단량체로, 주로 산촉매 하에 trifluoro ethanol (TFEA)와 methacrylic acid (MA)의 에스테르화 반응에 의해 제조된다. 이러한 TFEMA의 제조에 투과증발막의 적용가능성을 알아보기 위한 선행연구로서, 상용화된 폴리비닐알콜계 투과증발막(GFT Membrane Pervap^circledR1005)을 대상으로 반응물의 하나인 trifluoroethanol (TFEA)을 대상으로 온도와 농도의 변화에 따른 투과증발실험을 실시하였다. 투과증발실험 결과 TFEA 농도가 90에서 99 wt%로 높아질수록 투과용액 내의 물의 감소에 기인한 전체투과량은 감소하였다. TFEA/물 선택도는 95 wt% TFEA 농도까지는 높아지는 경향을 보였지만 97 wt%부터 감소하여 99 wt%에서는 급격히 감소하였다. 운전온도가 상승함에 따라 투과도의 증가와 더불어, 선택도도 증가하는 경향을 보였다. 적용된 TFEA 농도와 운전온도의 범위에서 GFT막은 물에 대한 우수한 투과도와 선택성을 보였다. 이러한 TFEA/물 혼합용액에 대한 높은 탈수성능은 GFT 투과증발막이 TFEMA의 에스테르화 막반응기에 적용될 수 있음을 확인시켜 주었다.

본 연구에서는 polyvinylalcohol(PVA)의 hydroxyl 작용기와 sulfosuccinic acid (SSA)의 carboxylic acid 작용기의 반응을 통하여 열가교된 PVA막을 제조하였다. 설폰산기를 함유한 SSA는 PVA 매트릭스에 대한 가교제의 역할뿐만 아니라 수소이온의 전도도를 높이는 역할 모두를 수행하였다. PVA의 가교도(degree of crosslinking)는 SSA의 함량으로 조절하였고 가교밀도(crosslinking density)는 극성 및 비극성 용매를 이용하여 계산하였다. Xylene 및 benzene과 같은 비극성 용매를 사용한 경우 가교밀도는 SSA함량에 따라 증가하였다. 그러나, 물과 methanol과 같은 극성 용매를 사용한 경우 가교밀도는 SSA함량 20%까지 증가하다가 그 이상의 함량에서는 설폰산기의 영향으로 감소하였다. 가교도와 확산계수, 기계적 물성 및 전도도, 메탄올 투과도 등에 대한 PVA막의 특성을 평가하였고 이들 특성은 SSA함량에 의존하였다.

본 연구는 에스텔화 막반응공정에 의한 2,2,2-trifluoroethyl metacrylate (TFEMA)의 생산을 위한 선행연구로, 가교된 poly(vinyl alcohol) 복합막을 이용하여 TFEA (2,2,2-trifluoroethanol)/water 혼합용액을 대상으로 투과증발 특성을 연구하였다 복합막은 다공성 polyethersulfone (PES) 지지체 위에 PVA와 glutaraldehyde (GA)를 같이 녹인 수용액을 코팅한 후 산 촉매 하에서 열가교시킴으로써 제조하였다. SEM (scanning electron microscopy)을 통하여 선택층의 두께는 2-3 μm로 확인되었고, 제조한 PVA 코팅층의 수평윤도는 가교제의 농도가 증가함에 따라 감소하는 경향을 보였다. 투과증발 실험결과 가교제의 농도가 증가할수록, 투과도는 감소하고 TFEA/water의 선택도는 증가하는 경향을 보였다. 그리고 85-95wt%의 TFEA 혼합용액의 전범위에서 운전온도가 증가할수록 투과도는 증가하였지만, 선택도는 90 wt% TFEA 농도 이하에서는 감소하는 경향을 보인 반면, 95 wt%에서는 증가하는 흥미로운 경향을 보였다. 0.1 moi GA로 가교된 PVA 복합막은 운전온도 80℃, 90 wt% TFEA 농도에서 1.5 kg/m2hr의 매우 높은 투과도와 320의 선택도를 보였으며, 따라서 TFEA의 에스텔화 막반응공정에 적용 가능성을 보여주었다.

본 연구는 직접메탄을 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell)에 적용가능한 양이온교환막 개발에 관한 것으로 PVA/PAM/ZrP 막을 제조하여 PAM, ZrP의 함량 및 농도 변화에 따른 막의 특성을 연구하였다. PVA/PAM/ZrP 막은 PVA에 가교제인 PAM의 함량을 7∼11 wt%로 증가시켜 제조하였으며 그 각각의 막에 80℃에서 zirconyl chloride와 Phosphoric acid solution에 침적시켜 제조하였다. ZrP의 농도를 1, 2 M로 변화시켜 메탄을 투과도, 이온전도도, 함수율 및 이온교환용량을 측정하였다. PVA/PAM/ZrP 막의 메탄올 투과도는 10/-8∼l0-6 cm2/sec, 이온전도도는 10-3~10-2 S/cm 정도 나타내었으며 함수율은 0.26∼l.17 g H2O/g membrane, 이온교환용량은 2.59∼5.1 meq/g membrane의 결과를 보였는데 이는 PVA/PAM 막과 비교하여 메탄을 투과도, 이온전도도는 각각 18%, 23% 정도 증가한 것으로 관찰되었다.

본 연구는 직접메탄을 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell)에 적용가능한 양이온교환막 개발에 관한 것으로 poly(vinyl alcohol) (PVA)에 가교제로 poly(acrylic acid-co-maleic acid) (PAM)와 hydroquinonesulfonic acid (HQSA)를 이용하여 가교제의 함량을 변화시키면서 막을 제조하였다. 제조한 막은 가교제의 함량 변화에 따라 메탄을 투과도, 이온전도도를 측정하였으며 기본적인 이온교환막의 특성인 함수율, 이온교환용량 그리고 고정이온농도 등을 측정하였다. PAM 함량이 증가함에 따라 메탄을 투과도와 이온전도도 및 함수율이 조금 증가하는 추세를 보이다 9 wt%부터 감소하는 경향을 보였는데 이는 PAM의 친수성기보다는 가교효과의 영향이라 사료되며 HQSA 함량을 변화시켰을 때는 이온전도도, 함수율 그리고 이온교환용량이 전반적으로 증가하였는데 그 증가폭은 미비하였다.

본 연구는 직접메탄을 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell DMFC)용 전해질 막으로 이용되는 양이온교환막의 개발에 관한 것이다. 투과증발공정에서 메탄을 Barrier로 잘 알려져 있는 Poly(vinyl alcohol)을 Base polymer로 사용하고 양이온 교환기가 포함되어 있는 Poly(acrylic acid)를 가교제로 사용하여 가교제의 함량변화에 따른 메탄을 투과도(Methanol permeability) 이온전도도(Ion conductivity) 이온교환용량(Ion exchange capacity) 함수율(Water content) 고정이온농도(Fixed ion concentration)를 통해 막 특성을 측정하였다. 메탄올 투과도와 이온전도도는 가교제인 PAA함량이 증가함에 따라 감소하다가 15%이상에서는 증가하는 경향을 보였다. 이것은 가교제의 함량증가로 인한 가교의 영향과 가교제에 포함되어 있는 친수성기의 도입으로 이와 같은 결과가 나타난다고 예상된다. 실험결과를 통해 DMFC에 적용가능성이 있는 막은 25℃ 50℃에서의 메탄을 투과도가 6.49×10-8/cm2/s 2.85×10-7/cm2/s 25℃ 50℃에서의 이온전도도가 2.66×10-3S/cm 9.16×10-3S/cm 이온교환용량이 1.32 meq/g membrane 함수율이 0.25 g H2O/g membrane 고정이온농도가 5.25 meq/g H2O인 PVA/PAA-160℃ 15% 막으로 예측된다.

막소재는 투과증발 막공정에서 메탄을 저항체로 잘 알려진 Poly(vinyl alcohol, PVA)과 술폰기가 있는 가교제 sulfo-succinic acid(SSA)를 PVA에 대해 17 wt.%로 고정시켜 제조하였다. 이에 이온교환능력을 향상시키기 위해 양이온교환기가 포함된 poly(acrylic acid, PAA)를 첨가하여 함량변화에 따라 메탄올투과도 (methanol permeability) 특성과 이온전도도(ion conductivity)를 측정하였으며, 기본적인 이온교환막의 특성인 함수율 (water content), 이온교환용량 (ion exchange capacity, IEC) 등을 측정하였다. PAA함량에 따른 메탄을 투과도와 이온전도도 결과는 SSA만을 사용했을 때 보다 전체적으로 감소하는 경향을 나타났는데 이는 PAA의 함량 증가를 통하여 가교도의 증가로 인한 자유부피감소가 카르복실기인 양이온교환기 도입 영향보다 더 크게 작용한 것으로 판단된다 이온전도도와 메탄올투과도의 결과로부터 'vehicle mechanism'이 본 실험에서 제조된 PVA/SSA/PAA막에서 더 우세한 영향을 미쳤을 것이라 사료된다.

폴리비닐알콜을 고분자계 가교제인 폴리아크릴산-말레산 공중합체를 이용하여 가교제의 농도를 변화시키면서 가교하여 막을 제조하였다. 제조한 막은 FT-IR과 수팽윤도 측정을 통하여 가교반응을 확인하였으며, 가교제 농도 증가에 따라서 수팽윤도가 감소하는 경향을 나타내었다. 고분자가교제인 폴리아크릴산-말레산 공중합체로 가교된 폴리비닐알콜 막은 글루탈알데히드로 가교된 폴리비닐알콜이나 변성 폴리비닐알콜 막에 비해서 수팽윤도가 감소하였다. 이는 고분자가교제에 의한 화학적가교와 더불어 물리적인 가교효과가 증가하여 막의 팽윤을 억제하기 때문으로 사료된다. 에탄올수용액에 대한 투과증발실험 결과 가교제의 농도가 증가할수록 선택도는 증가하며, 투과유량은 감소하는 경향을 나타내었으며, 공급액 중의 물의 농도가 증가할수록 선택도는 약간 감소하나 투과유량은 급격히 증가하고, 공급액 중의 물의 농도가 증가하여도 가소화현상이 나타나지 않는 것을 관찰하였다. 이는 고분자가교제에 의한 팽윤억제 메카니즘이 작용하기 때문으로 사료된다.

본 실험실에서 개발된 sulfur-succinic acid의 가교제를 이용한 가교된 폴리비닐알코올 (poly(vinyl alcohol), PVA) 균일막은 15℃에서 반응이 일어나므로 복합막을 제조할 때 지지체의 가공구조을 파괴할 우려가 있어 반응온도를 10℃이하로 낮추고자 하였다. 이 때 촉매로서 염산이 사용되었고, 결과 막은 가교반응의 유무를 관찰하기 위하여 화학적.열적 분석을 행하였다. 이로부터 반응온도 10℃, 반응시간 90분, 촉매(염산) 농도 1.5%일 때 최적의 막을 제조할 수 있는 조건을 알 수 있었다. 또한 폴리설폰 한외여과 막 위에 coating하여 복합막을 제조하였으며 , 이의 분리특성을 조사하기 위하여 메틸터셔리부틸에테르/메탄올 혼합액에 대하여 조업온도 30, 40, 5℃에서 투과증발실험을 수행하였다. 실혐 결과 공급액의 온도 5℃에서 5.09g/m2hr의 투과도와 3℃에서 1622의 선택도를 얻었다.