상업적으로 이용되는 폴리스티렌계 이온교환막은 제조 공정이 쉽고 간단하지만 막이 가지는 취성 때문에 내구성이 약하다는 단점을 가지고 있다. 이를 보완하기 위하여 친수성 그룹인 poly(ethylene glycol)을 곁사슬로 가지고 있는 poly(ethylene glycol)methyl ether methacrylate를 공중합시켜 음이온 교환막을 합성하였다. 지지체로는 내화학성 및 기계적 강도가 우수한 다 공성 PE 지지체를 사용하였고, 여기에 다양한 조성의 vinylbenzyl chloride, styrene, poly(ethylene glycol)methyl ether methacrylate, divinylbenzene, benzoyl peroxide를 녹인 단량체 용액을 지지체 기공에 채운 뒤 열중합 가교시켜 trimethylamine을 이 용하여 음이온 교환기를 도입해 세공충전 음이온 교환막을 합성하였다. 또한 poly(ethylene glycol)methyl ether methacrylate의 곁사슬 길이와 각 단량체가 차지하는 비율의 변화가 음이온 교환막의 전기화학적 특성에 미치는 영향을 알아보았다.

We report on the successful fabrication of ZnO nanorod (NR)/polystyrene (PS) nanosphere hybrid nanostructure by combining drop coating and hydrothermal methods. Especially, by adopting an atomic layer deposition method for seed layer formation, very uniform ZnO NR structure is grown on the complicated PS surfaces. By using zinc nitrate hexahydrate [Zn(NO3)2 ·6H2O] and hexamine [(CH2)6N4] as sources for Zn and O in hydrothermal process, hexagonal shaped single crystal ZnO NRs are synthesized without dissolution of PS in hydrothermal solution. X-ray diffraction results show that the ZnO NRs are grown along c-axis with single crystalline structure and there is no trace of impurities or unintentionally formed intermetallic compounds. Photoluminescence spectrum measured at room temperature for the ZnO NRs on flat Si and PS show typical two emission bands, which are corresponding to the band-edge and deep level emissions in ZnO crystal. Based on these structural and optical investigations, we confirm that the ZnO NRs can be grown well even on the complicated PS surface morphology to form the chestnut-shaped hybrid nanostructures for the energy generation and storage applications

이온교환막은 전기투석, 연료전지 외에도 수처리 공정에 있어 관심도가 매우 높다. 본 연구에서는 이온교환막에 사용되는 이온교환수지를 대신할 물질로써 입자를 제조하였다. 나노단위의 입자가 표면적을 증가시켜 기존의 이온교환수지보다 더 높은 이온교환능이 기대된다. 단분산된 나노크기의 입자를 제조하여 양이온은 -NH3+,-NR3+,-PR3+,-SR2+등의 관능기를 그리고 음이온은 –SO3-,-COO-,-PO3-,-C6H4O- 등의 관능기를 도입함으로써 각각 양전하와 음전하로 높게 하전시킬 수 있다. 입자를 제조하고 이에 따른 제타전위를 측정하고 IEC, FT-SEM, TGA 및 FT-IR을 측정하여 특성을 파악하였다.

In order to observe the effect of radiation crosslinking on the properties of cationic exchange membrane, the crosslinked SPS/TMPETA membranes were fabricated by solution casting of various composition of sulfonated polystyrene(SPS) prepared by sulfonation of polystyrene(PS) and trimethylolpropane ethoxylate triacrylate(TMPETA) crosslinker followed by an electron beam irradiation. The physicochemical properties of the membranes before and after radiation crosslinking were evaluated by measuring gel-fraction, ion exchange capacity, water-uptake and tensile strength. We confirmed that the introduction of radiation crosslinking in SPS membranes improved the water uptake, and tensile strength. The thermal properties of the prepared membranes were also observed using DSC and TMA.

In this study, enhanced cation exchange capacity of polystyrene (PS) electrospun fibers by electron beam irradiation was investigated. PS spinning solutions were prepared by dissolving 25 wt% PS in 75 wt% mixed solvents (dimethylacetamide (DMAc)/tetrahydrofuran (THF)) at the ratio of 33/67% v/v with divinylbenzene (DVB; 0, 1, 2 phr)　as crosslink agent. The PS electrospun fibers were carried out at doses of 0 (control), 100 and 200 kGy. The ion exchange capacity (IEC) of PS electrospun fibers depend on the DVB concentration and irradiation dose. The PS electrospun fiber with DVB 1 phr at dose of 150 kGy showed the maximum IEC of 4.670 mmol/g.

This paper investigates the change of the percolation threshold in the carbon powder-filled polystyrene matrix composites based on the experimental results of changes in the resistivity and relative permittivity of the carbon powder filling, the electric field dependence of the current, and the critical exponent of conductivity. In this research, the percolation behavior, the critical exponent of resistivity, and electrical conduction mechanism of the carbon powder-filled polystyrene matrix composites are discussed based on a study of the overall change in the resistivity. It was found that the formation of infinite clusters is interrupted by a tunneling gap in the volume fraction of the carbon powder filling, where the change in the resistivity is extremely large. In addition, it was found that the critical exponent of conductivity for the universal law of conductivity is satisfied if the percolation threshold is estimated at the volume fraction of carbon powder where non-ohmic current behavior becomes ohmic. It was considered that the mechanism for changing the gaps between the carbon powder aggregates into ohmic contacts is identical to that of the connecting conducting phases above the percolation threshold in a random resister network system. The electric field dependence is discussed with a tunneling mechanism. It is concluded that the percolation threshold should be defined at this volume fraction (the second transition of resistivity for the carbon powder-filled polystyrene matrix composites) of carbon powder.

21종류의 폴리스티렌 용기를 대상으로 용출조건에 따른 용기내 증류수로 용출되는 5종의 VOCs(톨루엔, 스티렌, 에틸벤젠, 이소프로필벤젠 및 n-프로필벤젠)를 Purge&Trap 장치를 연결하여GC-FID로 분석하였다. 각 표준물질은 1~50 ng/ mL의 농도범위에서 직선성(r2 =0.9976~0.9995)을 나타냈으며, 검출한계는 0.041~0.092 ng/mL, 정량한계는 0.135~0.304 ng/mL 이었다. 용출조건은 첫째, 60oC에서 30분, 둘째, 95oC에서 30분, 셋째, 실생활에서 컵라면 섭취시를 고려하여 끓은 물을 부은 후 뚜껑을 덮고 3분간 유지한 다음 뚜껑을 열고 5분 동안 개방하여 용출시키는 것으로 설정하였다. 톨루엔, 에틸벤젠, 이소프로필벤젠 및 n-프로필벤젠은 평균용출량이 모든 조건에서 5 ng/mL 이하로 검출되었으며 스티렌의 경우는 60oC에서 평균용출량이 4.02 ng/mL, 95oC에서는 52.71 ng/mL, 컵라면 섭취시의 조건에서는 17.23 ng/mL로 검출되었다.

원자전달 라디칼 중합을 이용하여 polystyrene-b-poly(oxyethylene methacrylate) (PS-b-POEM) 블록 공중합체를 합성하고, FT-IR을 통해 중합이 성공적으로 이루어졌음을 확인하였다. 또한 자기 조립된 블록 공중합체 막을 제조한 후, 전구체 AgCF3SO3 도입과 UV 조사를 통해 고체상에서 은 나노입자를 성장시켰다. TEM 전자현미경과 UV-visible 분광학 분석을 통해 블록 공중합체 막의 내부에 은 나노입자가 형성된 것을 확인하였고, 또한 친수성 POEM 영역의 함량을 조절함으로써 나노입자의 크기를 조절할 수 있었다. 금속 나노입자를 제조하는 데 있어서 POEM 함량이 적은 블록 공중합체가 더 효과적임을 확인하였다.

원자전달 라디칼 중합을 이용하여 polystyrene-b-poly (hydroxyethyl methacrylate) (PS-b-PHEMA) 블록 공중합체를 합성한 뒤, 블록 공중합체의 -OH 그룹과 이미다졸 디카르복실릭산 (IDA)의 -COOH 그룹과의 에스테르 반응에 의하여 가교된 전해질막을 제조하였다. 인산(H3PO4)을 도핑하여 이미다졸-인산 착체를 형성한 결과, 인산 함량이 증가함에 따라 공중합체 전해질막의 수소 이온 전도도가 계속 증가하였다. 또한 인장강도와 인장률 모두 인산 함량에 따라 증가하였다. 특히 [HEMA]: [IDA]:[H3PO4] = 3:4:4의 조성을 갖는 PS-b-PHEMA/IDA/H3PO4 블록 공중합체 전해질막은 100°C의 비가습 조건에서 최대 0.01 S/cm의 수소이온 전도도를 나타내었다. 열분석(TGA) 실험을 통하여 전해질막은 350°C의 고온까지 열적으로 안정함을 확인하였다.

In this study, block copolymer of polystyrene and polyethylene glycol methyl ether methacrylate(PEGMA) by ATRP(atom transfer radical polymerization) method was synthesized. 4 arm-molecule which contained halogen atom was synthesized for an initiator. With 4 arm-molecule monodispered polystyrene were synthesized by ATRP method. The molecular change of synthesized monodispersed polystyrene with respect to time was investigated and living polymer characteristic was confirmed. Block copolymer of polystyrene and polyethylene glycol methyl ether methacrylate(PEGMA) was synthesized by ATRP with macroinitiator which was synthesized from the monodispersed polystyrene(Mn=12000). The molecular weight of obtained PS-b-PEGMA was 22,000.

To investigate the synergy effect on the pyrolysis of mixture of polyethylene(PE) and polystyrene(PS), the pyrolysis of PE, PS and the mixture of PE-PS was carried out in a batch reactor at the atmospheric pressure and 450℃. The pyrolysis time was from 20 to 80 mins. The liquid products formed during pyrolysis were classified into gas, gasoline, kerosene, gas oil and heavy oil according to the distillation temperatures based on the petroleum product quality standard of Korea Institute of Petroleum Quality. The analysis of the product oils by GC/MS showed that the new components produced by mixing were not detected. The synergy effect according to mixing of PE and PS did not also appear. The conversion and yield of mixtures were in proportion to the mixing ratio of sample.

술폰화 폴리스티렌/테플론(Polystyrene/Teflon, 이하 'PS/PTFE'로 칭함) 복합막을 제조하여 직접 메탄을 연료전지용 막에 관한 특성을 조사하였다. 복합막은 다음과 같이 제조되었다. 먼저 다공성 테플론 필름에 styrene 단량체와 가교제인 diviny benzene (이하 'DVB'로 칭함)의 비율을 달리하면서, 개시제 2,2'-azobis(isobutylonitlie) (AIBN)와 함께 함침시킨 후 열을 가해 폴리스티렌/테플론 복합막을 제조하였다. 그 후 술폰화제인 chlorosulfonic acid와 1,2-dichloroethane혼합용액을 사용하여 술폰화된 복합막을 제조하였다. 제조된 복합막의 술폰화 전과 후의 물리화학적 구조는 ATR-FTIR, SEM, THF 및 물에 대한 함유율, 이들의 이온교환량을 통하여 확인하였다. 이러한 결과로부터 스티렌/디비닐벤젠의 비율에 따라 복합막이 성공적으로 제조되었음을 확인하였다. 또한 가교제인 디비닐벤젠의 함량이 높을수록, 가교도가 증가하여 물 및 THF에 대한 함유율이 감소하였다. 이온전도도, 메탄올투과도를 조사한 결과, 디비닐벤젠의 함량 증가와 함께 이온전도도는 감소하였으며, 메탄올 투과도가 감소하였다. 제조된 술폰화된 폴리스티렌/테플론 복합막은 Nafion(R) 과 비교할 만한 높은 이온 전도도(0.11∼0.08 S/cm, 25℃)를 보이면서 훨씬 낮은 메탄올 투과도(6.6×10-7∼1.3×10-7 cm2/s)를 나타내었다. 이러한 결과들은 본 연구에서 개발된 복합막이 직접 메탄올 연료전지에 적용될 가능성이 높다는 것을 보여준다.

실리콘 고무(고무상고분자)와 폴리스틸렌(유리상고분자)을 이용하여 true-IPN을 합성하였다. 합성방법은 단계(sequential) IPN(interpenetrating polymer net- work) 제조방법이며, 이때 IPN 내의 폴리스틸렌 함량을 10-70 wt%로 변화시켜 폴리스틸렌의 함량에 따른 산소/질소의 투과특성을 조사하였다. FTIR과 NMR의 결과 단계IPN 합성법으로 실리콘고무-폴리스틸렌의 IPN분리막이 제조되었음을 확인하였으며, 열분석 결과 폴리스틸렌의 함량이 증가할수록 실리콘고무와 폴리스틸렌의 혼합도(degree of mixing)가 증가한다는 것을 알 수 있었다. 기체투과특성 조사에서는 폴리스틸렌의 함량이 증가할수록 산소투과도는 감소하는 경향이 있었으나, 50wt% 폴리스틸렌이 함유된 분리막에서 일시적인 증가를 보여주었다. 또한 선택도는 폴리스틸렌의 함량이 증가하면서 약간 증가하다, 50wt% 폴리스틸렌이 함유된 분리막에서 20.6% 향상된 최대 값을 얻을 수 있었다. 이것은 폴리스틸렌이 50wt%인 분리막에서 IPN의 상호보완적인 성질이 가장 잘 나타난 결과라고 할 수 있다

Polystyrene(PS)과 poly(sodium 4-styrene sulfonate)(PSS)를 이용하여 양이온 교환분리막을 제조하였다. PS 분리막은 divinylbenzene(DVB)의 양에 의하여 가교도를 조절하였으며, 이때 casting 용액 내의 PSS 농도를 변화하여 그 구조를 관찰하였다. PS-DVB RO 분리막이 PSS의 첨가에 의하여 MF 용도로 활용될 수 있음을 보여 주었으며, PSS의 sulfonate group으로 인하여 투과수의 증가를 보여주었다. DVB 5%, PSS 3%의 casting 용액으로부터 최적의 MF 구조를 갖는 분리막이 제조되었다.

천연고무/폴리스티렌계 semi- 및 full-IPN의 동적성질을 IPN 조성과 가교도의 함수로 조사하였고, 23˚C에서의 탄성율을 선택하여 복합모델과 비교하였다. Full-IPN이 semi-IPN에 비해 상분리를 억제시키는 효과가 컸으며, 23˚C에서의 탄성율에서도 Davies 모델에 더 근접하였다. Coran-Patel 모델해석에서, 상전이의 중심이 되는 조성은 full-IPN의 경우 φ2=0.75-0.8이었다.

Vlnylbenzyl triphenyl phosphonim chloride (VTPC) 단량체를 감습막으로 사용하기 위하여 합성하였다. 감습막 성분은 서로 다른 조성의 VTPC와 스티렌의 공중합체(VTPC : ST=1 : 0, 7 : 3, 1 : 1, 3 : 7)들이며 감습막의 상대 습도 변화에 대한 전기적 성질의 변화를 측정하였다. 임퍼던스는 감습막중 VTPC의 함량이 증가할수록 감소하였으며, 또한 전극위에 도포한 감습막의 두께가 증가하면 임퍼던스 역시 감소하였다. 감습막중 VTPC와 ST의 성분비가 1대 1인 감습막의 임피던스는 상대습도 70~90%RH 범위에서 12MΩ에서 100KΩ 사이에서 변하였으며 고습이나 결로를 감지할 수 있는 센서로서 응용이 가능하였다. 15˚C~35˚C범위에서의 은도 의존상수는 -0.5%RH/˚C이었으며 히스테리시스는 ±2%RH의 범위 안에서 나타났다. 응답속도는 상대습도가 75%RH에서 95RH%까지 또는 역으로 변화할 때 40초이었다.

폴리스티렌과 싸이클로헥산 용액으로부터 제조된 멤브레인의 미세구조 형성에 미치는 coarsening의 효과를 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 연구하였다. 고분자 용액의 열 분석은 DSC를 이용하여 행하여졌으며 demixing peak의 개시 온도로부터 binodal 곡선이 결정되었다. 열적으로 유도된 상 분리(TIPS) 공정과 freeze drying 기법을 이용하여 제조된 고분자 막의 미세 구조는 coarsening 시간과 quench 경로에 의해 큰 영향을 받음이 확인되었다. Spinodal decomposition이 상 분리 기구인 경우에는 멤브레인의 미세구조가 서로 잘 연결되고 거의 일정한 cell 크기를 갖게 되며, 용매를 제거하기 이전에 상 분리 시간을 증가시킴으로써 멤브레인의 pore 크기를 증가시킬 수 있음이 판명되었다. 또한 멤브레인의 cell 또는 pore 크기 증가는 coarsening time과 quench depth에 크게 의존함이 확인되었다. 본 연구에서는 특히 고분자 용액의 농도가 이로부터 제조되는 고분자 막의 구조에 미치는 역할을 규명하였다.

유리전이온도가 95℃인 폴리스티렌 균질막에서 CO2의 수착과 투과실험을 온도는 60℃, 수착실험은 1.6 MPa 범위, 투과실험은 2.5 MPa 범위 내에서 각각 행하였다. 낮은 기체압력하에서는 수착등온선이 dual-mode sorption model에 일치하였으나 1.3 MPa 이상에서는 직선이었고, 직선부분은 원점까지 외삽되었다. 평균투과계수의 압력의존성은 dual-mode mobility model로부터 위로 편기되었다. 수착등온선으로부터 폴리스티렌 막은 1.3 MPa의 기체압력에서 수착된 CO2의 가소화거동에 의해서 유리전이가 일어난다는 것을 알았고, 이는 평균투과계수의 증가와 일치하였다.