Epoxy-based composites find extensive application in electronic packaging due to their excellent processability and insulation properties. However, conventional epoxy-based polymers exhibit limitations in terms of thermal properties and insulation performance. In this study, we develop epoxy-based siloxane/silica composites that enhance the thermal, mechanical, and insulating properties of epoxy resins. This is achieved by employing a sol–gelsynthesized siloxane hybrid and spherical fused silica particles. Herein, we fabricate two types of epoxy-based siloxane/ silica composites with different siloxane molecular structures (branched and linear siloxane networks) and investigate the changes in their properties for different compositions (with or without silica particles) and siloxane structures. The presence of a branched siloxane structure results in hardness and low insulating properties, while a linear siloxane structure yields softness and highly insulating properties. Both types of epoxy-based siloxane/silica composites exhibit high thermal stability and low thermal expansion. These properties are considerably improved by incorporating silica particles. We expect that our developed epoxy-based composites to hold significant potential as advanced electronic packaging materials, offering high-performance and robustness.

인위적인 온실 가스 배출로 인한 자연 재해가 증가하고 있으며 이로 인해 기체 분리막의 개발이 촉진되게 되었다. 이산화탄소(CO2)는 지구 온난화의 주요 원인이다. 고유의 유연성을 가지는 유기 고분자 막은 기체 분리막의 좋은 후보군 중 하나이며, 이 중 이산화탄소에 대한 높은 확산도를 가지고 있는 폴리디메틸실록산(PDMS)은 유망한 소재이다. 또한, 폴리비 닐피롤리돈(PVP)은 이산화탄소에 대한 높은 용해도를 가지고 있는 고분자로 기체 분리막에 활용될 수 있다. 따라서 본 연구 에서는 용이한 조건에서 간단한 단일 반응 자유 라디칼 중합에 의하여 다양한 조성의 폴리디메틸실록산-폴리비닐피롤리돈 (PDMS-PVP) 빗살 공중합체를 합성하였다. PDMS와 PVP로 합성된 공중합체는 FTIR을 통해 분석하였다. 고분자의 형태학 및 열적 특성은 TEM, TGA 및 DSC를 통하여 분석하였다. PDMS-PVP 빗살 공중합체를 다공성 폴리설폰 지지체 위에 코팅 하여 복합막을 제조했으며, 제조한 복합막의 기체 투과 특성을 분석하였다. 그 결과 이산화탄소의 투과도 및 이산화탄소/질소 선택도가 각각 140.6 GPU 및 12.0에 도달하였다.

실리콘 폼은 고성능 가스켓, 열 차폐, 진동 마운트 및 Enter 키 패드로 많은 산업 분야에서 난연성 소재로서 매우 유용하다. 실리콘 발포체는 실온에서 백금 촉매 및 무기필러 존재하에서 비닐기를 함유한 폴리실록산 (V-silicone) 및 수산기를 함유한 폴리실록산 (OH-silicone)과 하이드라이드를 함유 한 폴리실록산 (H-silicone)의 수소와의 수소축합반응의해 가교와 발포를 동시에 일으켜 제조하였다. 이 러한 방법은 종래의 발포와 경화를 각각 실시한 공정보다 매우 편리한 방법이다. 이 실험에 사용 된 기 능성 실리콘수지들은 1.0 meq/g의 vinyl기를 가진 점도 20 Pa-s의 V-silicone과 0.4 meq/g의 수산기를 가진 점도 50 Pa-s의 OH-silicone 및 7.5 meq/g의 하이드라이드기를 함유한 점도 0.06 Pa.s.의 H-silicone으로 구성되어 있다. 본 연구에서는 실리콘의 종류 및 함량, 촉매, 충전제 등의 변화에 따른 실리콘수지 발포체의 구조 및 기계적 특성에 미치는 영향을 연구하였다.백금 촉매는 실리콘 수지에 대하여 0.5 wt%이면 충분하였다. 낮은 점도의 OH-silicone의 첨가는 초 기 발포 속도를 높이며 발포체 밀도는 감소시키지만, 낮은 점도의 V-silicone의 첨가는, 인장 강도뿐만 아니라 신율도 감소시킨다. SF-3 조건에서 얻은 실리콘수지 발포체의 밀도, 인장강도 및 신율을 각각 0.58 g/cm3, 3.51 kgf/cm2 및 176 %를 얻을 수 있었다. 본 발포 시스템에서의 알루미나 충전재 역시 실리콘수지 발포체의 기계적 특성을 향상시키는 중요한 역할을 하였다.

본 연구에서는 폴리술폰층 표면에 계면 중합 반응을 시켜 정삼투 복합 박막을 얻는 방법에 있어서, 지지층인 폴 리술폰층과 활성층인 폴리아미드층 사이에 테트라에톡시실란 단량체의 졸-젤 반응을 통하여 고분자를 합성함으로써 친수성 경계층을 형성시키는 방법에 관한 제조법을 제시하였다. 폴리술폰층은 막 저항을 최소화하기 위하여 아주 얇은 부직포를 사 용하였다. 테트라에톡시실란의 졸-젤 반응으로 형성된 고분자 경계층이 폴리술폰층과 폴리아미드층 사이에 형성된 정삼투 분 리막은 친수화도, 유량 향상 등 정삼투 분리막 투과 특성에 있어 향상된 결과를 보여 주었다. 폴리아미드 계면 중합과 테트라 에톡시실란 졸-젤 중합의 순서를 변화시킴으로써 표면 구조 특성 및 정삼투 투과 특성이 크게 달라짐을 볼 수 있었다. 정삼투 막의 투과 특성은 실험실 용량의 정삼투 평가 장치를 통하여, 정삼투 분리막 내 폴리실록산의 분포와 구조는 FE-SEM과 EDAX를 이용하여 조사하였다. PS_PA_TEOS막의 경우 유량에 있어 79.2 LMH로 현격한 증가가 있었으나 염의 역확산 속도 역시 7.10 GMH로 증가하였다. 반면 PS_TEOS_PA막의 경우 PS_PA막에 비해 염의 역확산 속도는 1.60 GMH로 유지되면서 유량이 54.1 LMH로 증가하는 현상을 확인할 수 있었다.

습식제련 공정 중 발생하는 폐 황산에는 다양한 희소금속들이 포함되어 있으나, 현재 공정수에서 희소금속 처리 기술부족으로 중화되어 폐기되고 있다. 이 과정에서 막분리 공정을 적용할 경우 희소금속을 친환경적이면서 효율적으로 회수할 수 있다. 본 연구에서는 다공성 지지막 위에 polyamide 계면중합법을 이용하여 내산성이 우수한 폴리아미드/실록산 블렌딩 나노여과막을 제조하고, 제조된 막의 구조적 특성 및 투과분리 특성에 대하여 살펴보았다. 그리고 제조된 분리막을 15 wt%의 황산용액에 대하여 내산성능평가를 진행하였다.

화학기상증착법(CVD)을 이용하여 Cu-foil 위에 합성된 대면적의 단층 그래핀(Graphene)을 폴리머 탄성융합체 PDMS(Polydimethylsiloxane)를 이용하여 건식으로 전사하는 기술을 연구하였다. 이 때, UV/O3처리를 통해 목표 기판(target substrate)의 표면 개질을 변화시켜 그래핀의 손상이 최소화되로록 그래핀을 전사하였다. 이 과정을 반복 실행하여 그래핀을 다층(1∼4 layers)으로 SiO2/Si기판 위에 적층하였으며, 전사된 다층 그래핀의 품질평가를 위하여 광투과율과 면저항의 변화를 측정하였다.

최근 전기전자산업이 급격하게 발전함에 따라 첨단소재로서 희소금속 및 유가금속의 용도가 다양해지고 수요가 급증하고 있다. 일반적으로 습식제련공정에서의 모액은 황산용액 상태이며, 모액중의 유가금속(Cu, Zn) 및 희소금속(In, Se, Re 등)은 보통 수 ppm에서 수 % 단위로 용해되어 있다. 종래에 방법들은 비용이 많이 들고 폐기물이 다량 발생하여 경제적이지 못한 반면 막분리 공정을 이용하면 친환경적이면서 효율적으로 회수할 수 있다는 장점이 있다. 본 연구에서는 내산성이 우수한 폴리아미드/실록산 블렌딩 나노여과막을 제조하고, 제조된 막의 구조적 특성 및 투과분리 특성에 대하여 살펴보았다. 그리고 제조된 분리막을 15 wt%의 황산용액에 대하여 내산성능평가를 진행하였다.

본 연구는 불소계 폴리실록산이미드 공중합체 막을 이용하여 휘발성 유기 화합물(Volatile Organic Compounds; VOCs)의 일종인 dichloromethane(DCM)을 물로부터 투과증발 분리하는 것을 목적으로 한다. 유연한 사슬을 갖는 diamine-terminated polydimethylsiloxane(SIDA)과 경직된 구조를 갖는 불소계 방향족 디아민 단량체(2-(perfluorohexyl)ethyl-3,5-diaminobenzene PFDAB)과 4,4'-(hexafluoroisopropylidene)diphthalic anhydride(6FDA)를 이용하여 일련의 소수성 불소계 폴리실록산이미드 공중합체 막을 제조하여 다이아민의 구성성분에 따른 분리능의 변화를 상온에서 관찰하였다. 공중합체 막 내의 다이아민 성분 중 SIDA의 함량은 0, 25, 50, 75, 100 mol%로 조절되었으며, 원액의 조성은 DCM 0.05 wt%를 사용하였다. 소수성이 높고 자유부피가 큰 SIDA의 함량이 증가함에 따라 소수성 용매인 DCM의 수착도 및 수착선택도가 증가하는 경향을 나타내었으며, 확산계수 및 확산선택도 또한 증가하여 궁극적으로는 투과플럭스와 투과선택도가 증가하는 것을 확인할 수 있었다.

폴리올레핀 산업에서 발생되는 올레핀 함유 배 가스(off-gas)에서 올레핀만을 선택적으로 분리하기 위해, 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane)계열의 막 소재들에 대한 올레핀과 질소의 투과특성을 연구하였다. 막 소재로는 가교 형태의 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, 이하 PDMS라 칭함)막, 폴리실록산이미드(Polysiloxaneimide, 이하 PSI라 칭함)막, 아크릴변성 Oligo-PDMS가 부가된 Oligo-PDMS막들을 대상으로 공급기체의 온도(-20~50℃)와 압력(1∼25 atm)을 변화시키면서 에틸렌(C2H4), 프로필렌(C3H6), 부틸렌(C4H8), 질소(N2) 기체의 단일투과특성을 조사하였다. 실험결과, 사용되는 막소재의 특징에 따라 다양한 투과특성을 보였다. 세 가지 막소재중에서 PDMS막이 가장 넓은 사용압력범위에서 높은 에틸렌투과도 및 에틸렌/질소의 분리특성을 보였으며 이 막을 대상으로 여러 투과조건에서 투과특성을 연구하였다. 선택된 가교 PDMS막을 통한 올레핀, 질소 기체들의 투과도는 투과기체의 분자크기(확산도 선택성)보다, 투과기체의 응축온도(용해도 선택성)에 좌우되는 경향을 보였다. 공급기체의 온도가 감소하거나 압력이 증가할 때, 응축성 기체인 올레핀 기체의 투과도는 증가하고, 비응축성 기체인 질소는 감소하는 특징을 보였으며 이에 따라 올레핀/질소의 선택도가 크게 증가하는 특징을 보였다. 이러한 결과들은 고무상 고분자막에서 보여지는 응축성, 비응축성 기체들의 전형적인 투과특성을 보여준다.

Removal of siloxane compounds is very important to protecting the biogas energy conversion system from decreased efficiency and parts damage. Among various siloxane removal technologies, adsorption towers are mostly used for performance and ease of operation. However, due to the difficulty of measuring the concentration of siloxane compounds in the gas stream and the complicated matrix of siloxane compounds, adsorption characteristics are not well known. In this study, the adsorption characteristics for multi siloxane components are experimentally studied. Four siloxane components are vaporized in the nitrogen stream supplied continuously to a lab-scale adsorption tank with commercially available silica gel or activated carbon and an FTIR (Fourier-transform infrared spectroscopy) analyzer was used for the online siloxane analysis to find out the adsorption characteristics. While a mixture of L2, L5, D4 and D5 adsorption capacity of silica gel and activated carbon are similar -11.13 and 11.56wt% respectively-adsorption characteristics of each adsorbent was well distinguished in terms of breakthrough behavior. Silica gel shows sequential breakthrough for each siloxane compound and a more noticeable unique time range for Rc > 1, while relatively simultaneous breakthrough was shown for activated carbon adsorbents.

In this study, GC-MS linked with an automatic thermal desorber was used to quantitatively analyze the odorous and volatile compounds in the gas emitted from a sewage sludge drying facility. In addition, the removal characteristics of these compounds were investigated by using a pilot-scale packed bed wet scrubber. A quantitative analysis for 58 odorous and volatile compounds in the gas was successfully achieved with GC-MS and GC-FPD. The a quantitative analysis revealed the major odorous compounds were hydrogen sulfide and acetaldehyde. In addition, D-type siloxane compounds such as octamethylcyclotetrasiloxane (D4), decamethylcyclopentasiloxane (D5), and dodecamethylcyclohexasiloxane (D6), were quantitatively measured. The concentrations of siloxane compounds measured in the gas were in the range of 4.54- 7.36 ppmv, higher than those in landfill gas. The average removal efficiency of the odorous and volatile compounds in a wet scrubber was 67.37%. D4, D5, and D6, which are hydrophobic compounds, were also removed by as much as 50.68%, 44.56%, and 70.26%, respectively.

인구의 증가, 화석연료의 고갈 등으로 인한 고유가 현상과 함께 기후변화협약에 따른 온실가스 배출 제제안의 발의는 신재생에너지에 대한 관심을 증가시키고 있다. 신재생에너지 중 바이오가스는 온실가스 감축이라는 과제와 함께 유기성폐기물의 처리에 대한 어려움도 함께 해결이 가능해 정부에서는 관련 법령의 개정 등의 노력을 기울이고 있다. 이러한 이유로 바이오가스를 발전설비 에너지원으로 활용하는 시설이 점차 증가하는 추세이다. 바이오가스를 에너지자원으로 활용하기 위해서는 수분, 황화수소, 실록산(Siloxane) 등의 자원화에 부정적인 영향을 미치는 물질을 제거해야 한다. 그 중 실록산은 바이오가스의 연소설비 내에서 이산화규소로(SiO2)전환되어 흰색 침적물을 형성하는데 이로 인해 가스엔진 내 열교환기, 피스톤 등의 마모 및 손상과, 출력저하를 일으켜 효율저하 및 부품교체, 세척에 대한 비용 상승의 원인이 되고 있다. 따라서 바이오가스 자원화시설의 효율적인 운영 및 전처리 기술의 개발을 위해서는 실록산 전처리 설비는 필수적이다. 실록산 전처리 설비를 설계하기 위해서는 바이오가스 중의 실록산 농도에 대한 정확한 데이터를 얻을 수 있어야한다. 이에 실록산의 채취 및 분석방법에 대해 많은 연구가 이루어지고 있지만 규정화된 방법은 세계적으로도 정립되어있지 않은 실정이다. 문헌에 따라 다르지만 일반적으로 실록산 채취에 사용되는 방법으로는 용매 흡수법, 직접채취법, 고체흡착법 등이 알려져 있으며 용매흡수법이 모든 종류의 Siloxanes에 대해여 비교적 낮은 검출한계에서 정량적인 분석이 가능하다는 장점으로 인해 가장 자주 활용되고 있다. 용매흡수법은 임핀저(Impinger)에 채워진 용매 바이오가스를 통과시켜 실록산을 흡수한 후 분석하는 방법이다. 임핀저 내의 빠른 공기유속으로 인해 실록산이 메탄올에 100%용해되기 어려우므로 연구자에 따라 다르지만 1단의 임핀저 만으로는 실록산의 채취율을 보장할 수 없으므로, 보통 3단의 임핀저를 활용하고 있다. 이 과정에서 임핀저와 임핀저 사이를 연결할 수 있는 튜브(Tube)가 필요한데, 앞서 언급한 바와 마찬가지로 이에 대한 규정은 없는 상황이다. 하지만 튜브에 흡착되는 실록산에 의한 오차를 줄이고 현장 측정의 편리성을 확보하기 위해서는 적절한 재질의 튜브선정이 반드시 이루어져야 한다. 튜브가 지니고 있어야할 성질로서 우선 바이오가스 중의 실록산에 가급적 흡착이 덜 되어야 하며, 산성가스로 인한 튜브의 변질을 방지하기 위해 화학적으로 안정한 재질이 좋다. 또한 임핀저 간의 연결이 용이하도록 유연성이 좋은 재질이면 더욱 좋다. 이에 본 연구에서는 용매흡수법을 이용한 실록산 시료 채취 시에 사용되는 최적 Tube를 선정하기 위하여 실험을 진행하였다. 실험은 농도를 알고 있는 표준가스를 제조하여 3단 임핀저 흡수장치를 구성한 후 튜브의 재질별 실록산 회 수율을 평가하였다. 실록산의 회수율은 흡수법으로 측정한 실록산 농도를 표준가스의 실록산 농도로 나누어 산정하였으며, 회수율이 높은 튜브를 최적 튜브재질로 결정하였다. 실험에 사용된 튜브는 Silicon tube, Teflon tube, Tygon tube 총 3가지로 재질, 유연성, 화학적 안정성 등을 고려하여 선정하였다. 실험에 사용된 실록산 표준가스는 바이오가스 중에서 가장 높은 농도로 검출되는 D4(Octamethyl Cyclotetrasiloxane)를 이용하여 제조하였고, 용매로는 메탄올을 이용하였다. 실록산 농도는 질량분석기가 장착된 가스크로마토그래프(Gas Chromatograph/Mass Spectrometer, QP2010, Shimazu)로 분석하였다.

실록산(Siloxanes)은 규소와 산소(Si-O-Si)로 이루어져 있으며 각 규소마다 다른 작용기가 결합된 유기규소화 합물로서 혐기성 소화조 또는 매립지에 폐기물의 분해과정에서 저분자화된 유기규소화합물이 휘발함으로서 바이오가스나 매립가스의 불순물로 존재한다. 실록산은 분자구조상 고리구조(D)와 선형구조(L)로 구분하고 있으며, 바이오가스나 매립가스에는 hexamethyldisiloxane(L2), octamethylt-risiloxane(L3), decamethyltetrasilo-xane(L4), dodecamethylpentasiloxanae(L5), octa-methylcyclotetrasiloxane(D4), decamethylcyclopentasiloxane(D5), dodecamethylcyclo-hexasiloxane(D6) 등의 다양한 형태로 존재한다. 실록산은 바이오가스와 매립지 내에 미량 존재하지만, 가스터빈, 보일러, 내연기관 등의 연소과정에서 산화되어 이산화규소(SiO₂)로 전환되어 연소설비의 고장 원인이 되고 있다. 바이오가스의 효율적인 자원화를 위하여 반드시 전처리가 필요한 물질로 인식되고 있다. 본 실험에서는 Lincoff and Gossett의 닫힌계내 평형실험법(Equilibrium partition experiment in closed system, EPICS)을 이용하여 액체상, 기체상 실록산의 기액 물질분배계수를 도출하고자 하였다. 액체상 실록산 기액 평형실험은 L-EPICS, 기체상 실록산 기액 평형실험은 G-EPICS 실험이라고 명명한다. L-EPICS 실험방법은 20ml glass vial에 액체상 실록산을 2 mL 주입 후 기액평형을 실험하였고, G-EPICS 실험방법은 240mL bottle 반응기에서 기체상 실록산과 액체(증류수)사이에서의 물질전달을 실험하였다. 두 반응기는 25℃에서 3시간 이상 방치시킨 후 평형에 도달한 가스 농도를 FID가 장착된 가스크로마토그래피(GC, YL6100GC, Younglin Co, Korea)로 분석하였다. L-EPICS 실험결과, 액상 실록산의 기액 물질분배계수는 선형 실록산인 L2, L3와 L4는 197, 20.04, 8.82이고 고리형 실록산 D4와 D5는 12.84, 6.76으로 도출되었다. G-EPICS 실험에서는 L2, L3와 L4는 8.808, 2.278, 1.455이고 D4와 D5는 3.435, 0.770로 확인되었다. 두 가지 방법에 의한 실험결과 선형과 고리형 실록산의 분자량에 따라 기액 물질분배계수가 영향을 받는 것으로 확인하였다. EPA의 ChemFinder Datebase에서 참고한 실록산의 기액 물질분배계수와 본 실험에서 도출된 값과 상관관계 분석 결과, L-EPICS 실험방법과는 0.983, G-EPICS 실험방법과는 0.874의 상관계수를 나타내었다.

신재생 에너지인 바이오가스는 혐기성 소화과정과 폐기물 매립지의 생물학적 분해작용에 의하여 생성되는 물질이다. 바이오가스는 메탄과 이산화탄소로 구성되어 있으며 그 외 미량불순물인 황화수소, 암모니아, 실록산 등이 존재한다. 이 중 실록산은 바이오가스가 에너지화 설비 내로 유입되어 연소되었을 때 이산화규소로 전환 된다. 이산화규소는 설비 표면에 첨착되어 스케일을 형성하고 설비의 마모와 성능 효율 감소를 일으킬 수 있다. PDMS(polydimethylsiloxanes)는 생활용품이나 샴푸나 소포제, 윤활유와 같은 제조산업에서 원료로 사용되며 하수처리장으로 유입되어 혐기성 소화과정 중 휘발성 실록산으로 전환 될 수 있다. 본 연구에서는 하수처리장 농축슬러지를 이용한 BMP(Biochemical methane potential) test를 실시하여 혐기성 조건에서 실록산의 발생 특성을 알아보고자 하였다. 또한 혐기성과정 중 미생물의 활성도를 파악하기 위하여 탈수소효소를 측정하였다. BMP test는 125 mL 세럼병에 농축슬러지 50 mL와 PDMS 3 g를 주입하여 질소 치환 후 36℃의 항온기에서 실시되었다. 실록산 가스 분석은 GC/FID를 이용하였으며 미생물 활성도를 파악하기 위한 탈수소효소 분석은 TTC(2,3,5-triphenyltetrazolium chloride) 용액과 TPF(triphenyl formazan)용액을 이용하였다. 실험결과 15일 경과 후 이산화탄소와 메탄가스는 12%, 27%로 각각 생성되었으며 실록산의 농도는 시간에 따라 D4, 49 mg/m³, D5, 18 mg/m³ 내외로 발생되었다. 탈수소효소는 0일일 때 36.29±4.04 TF mg/L에서 15일 경과 후 25.43±0.50로 감소하였다. 이와 같은 결과는 PDMS가 혐기성 미생물에 의하여 분해되는 과정 중에서 휘발성 실록산이 발생되며, 미생물의 활성도에도 영향을 미치는 것으로 관찰되었다.

Interest in the measurement of siloxane which reduces energy efficiency of biogas, has increased with its market extend. Even though the impinger absorption method takes long sampling time of 2-3 hours and need a complicated equipment, it has been typically used for the sampling method of siloxane. This study was conducted to apply the gas bag sampling method with tedlar bag and aluminium bag for improving the method of siloxane sampling. To compare efficiencies of siloxane sampling, the manufactured gas, landfill gas, and digestion gas were used as sample gases. According to the result, materials of gas bags did not cause measurement error and there was no loss of siloxane by adsorption on the inner surface of gas bag. The result of D4 calibration in the tedlar bag, showed higher than 0.99 in the coefficient of determination. In case of digestion gas, the analysis results of two samples collected by the tedlar bag and the impinger absorption were almost same. The differences of analysis result between landfill gas and digestion gas were considered due to the short sampling time and the absence of gas storage tank.

This study was conducted to improve the analytical method of siloxanes in biogas. Methanol and hexane were tested as absorption solvents of the impinger absorption method, and also the hexane extraction for pretreatment of sample was evaluated. Manufactured gas contained siloxanes of 50 ppm was completely absorbed by the methanol impinger absorption. The absorption efficiency of biogas containing only 2 ppm, however, was maximum 84%. As the condensate on the first impinger increased, the absorption rate of methanol was decreased. The hexane extraction method of the sample was considered to proper the method of moisture removal. The hexane extraction result showed the high recovery factor and the low relative standard deviation. It is suggested that the suitable choice of solvent and pretreatment is required, as the analysis result of siloxane sample may be differentiated depending on the type of biogas or the sampling point.