세라믹 분리막은 높은 열적, 화학적 안정성을 갖기 때문에 극한의 조건에서 운전되는 다양한 산업 공정에 적용할 수 있다. 그러나 투과도와 기계적 강도의 trade-off 현상에 의한 세라믹 분리막 활용에 제약이 있어, 고투과성-고강도 분리막 의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 상전이-압출법으로 알루미나 중공사 분리막을 제조하고, 고분자 바인더의 종류와 그 혼합 비에 따른 분리막의 특성 변화를 관찰하였다. 용매인 DMAc (Dimethylacetamide)와 고분자 바인더의 한센 용해도 인자를 비 교하면, PSf (polysulfone)가 DMAc와 높은 용해도 특성을 갖기 때문에 도프 용액의 점도와 토출압력이 높게 나타나 분리막 내부가 치밀한 구조로 형성되기 때문에 높은 기계적 강도를 갖으나 수투과도가 감소하는 것으로 확인되었다. 그에 반해, PES (polyethersulfone)를 이용하여 분리막을 제조하면 기계적 강도가 다소 감소하고 수투과도가 증가하는 것으로 나타났다. 따라 서 분리막 성능과 물성을 최적화하기 위해 PSf와 PES를 혼합하여 분리막을 제조하였으며, 9:1로 혼합하여 제조된 분리막에 서 최적화된 수투과도와 기계적 강도를 얻을 수 있었다.

The influence of MgO addition on the densification and microstructure of alumina (Al2O3) was studied. Compacted alumina specimens were manufactured using ball-milling and one-directional pressing followed by sintering at temperatures below 1700oC. Relative density, shrinkage, hardness, and microstructure were investigated using analytical tools such as FE-SEM, EDS, and XRD. When the MgO was added up to 5.0 wt% and sintered at 1500oC and 1600oC, the relative density exhibited an average value of 97% or more at both temperatures. The maximum density of 99.2% was with the addition of 0.5 wt% MgO at 1500oC. Meanwhile, the specimens showed significantly lower density values when sintered at 1400oC than at 1500oC and 1600oC owing to the relatively low sintering temperature. The hardness and shrinkage data also showed a similar trend in the change in density, implying that the addition of approximately 0.5 wt% MgO can promote the densification of Al2O3. Studying the microstructure confirmed the uniformity of the sintered alumina. These results can be used as basic compositional data for the development of MgOcontaining alumina as high-dielectric insulators.

Sealing treatment is a post-surface treatment of the plasma spray coating process to improve the corrosion resistance of the coating material. In this study, the effect of the sealing on the corrosion resistance and adhesive strength of the plasma spray-coated alumina coatings was analyzed. For sealing, an epoxy resin was applied to the surface of the coated specimen using a brush. The coated specimen was subjected to a salt spray test for up to 48 hours and microstructural analysis revealed that corrosion in the coating layer/base material interface was suppressed due to the resin sealing. Measurement of the adhesive strength of the specimens subjected to the salt spray test indicated that the adhesive strength of the sealed specimens remained higher than that of the unsealed specimens. In conclusion, the resin sealing treatment for the plasma spray-coated alumina coatings is an effective method for suppressing corrosion in the coating layer/base material interface and maintaining high adhesive strength.

수처리 및 의약바이오 분야에서 유효물질 분리에 활용되고 있는 알루미나 중공사 분리막은 얇은 두께로 인해 취 급 및 적용시 쉽게 파괴되는 단점이 있기 때문에 분리막의 강도를 100 MPa 이상으로 향상시키기 위한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 나노입자의 함량을 0, 1, 3, 5 wt%로 증가시켰을 때 제조된 중공사 분리막의 특성을 평가하였다. 그 결과, 나노입 자의 함량이 증가함에 따라 중공사 분리막의 강도는 79 MPa에서 115 MPa로 증가하였으며, 밀도는 1.76 g/m3에서 1.88 g/m3 으로 증가하였고 기공률과 평균기공크기는 각각 51%에서 48%로, 416 nm에서 352 nm로 감소한 것을 확인하였다. 스폰지구 조가 발달하고 스폰지구조의 기공크기가 향상된 알루미나 중공사 분리막은 100 MPa 이상으로 기계적 강도가 향상되었으며, 약 100000 GPU의 높은 질소 투과도 및 약 3000 L/m2h의 높은 물 투과도를 나타내었다. 따라서, γ-알루미나 나노입자를 소 결조제로 첨가하는 것은 α-알루미나 중공사 분리막의 기계적 강도를 효과적으로 증진시키고 높은 투과성능을 유지할 수 있 는 매우 유효한 방법임을 확인하였다.

지르코니아 복합체는 지르코니아 전구체, 알루미나 전구체, 그리고 유기 실란의 혼합물을 플라 스틱 기판 위에 코팅하여 졸 겔 공정과 저온의 광경화 과정, 그리고 열처리 공정 등 세 단계를 거쳐 합성하 였고, FT-IR과 XPS 분석을 통하여 지르코니아 전구체와 알루미나 전구체의 비율에 따라 합성된 복합체 내 Zr 원소와 Al 원소 비율이 일치함을 확인하였다. 코팅된 복합체는 파장이 420 nm 이상인 가시광선 영 역에서 96 % 이상의 투과도를 보였고, 기계적 강도는 연필 강도 9H 이상을 나타내었다. 특히 지르코니아 와 알루미나의 몰 비가 1:4의 비율의 복합 코팅제의 나노 압입 경도가 1.212 GPa로 가장 높은 것으로 확 인되었다.

The 3D printing process provides a higher degree of freedom when designing ceramic parts than the conventional press forming process. However, the generation and growth of the microcracks induced during heat treatment is thought to be due to the occurrence of local tensile stress caused by the thermal decomposition of the binder inside the green body. In this study, an alumina columnar specimen, which is a representative ceramic material, is fabricated using the digital light process (DLP) 3D printing method. DTG analysis is performed to investigate the cause of the occurrence of microcracks by analyzing the debinding process in which microcracks are mainly generated. HDDA of epoxy acrylates, which is the main binder, rapidly debinded in the range of 200 to 500oC, and microcracks are observed because of real-time microscopic image observation. For mitigating the rapid debinding process of HDDA, other types of acrylates PETA, PUA, and MMA are added, and the effect of these additives on the debinding rate is investigated. By analyzing the DTG in the 25 to 300oC region, it is confirmed that the PETA monomer and the PUA monomer can suppress the rapid decomposition rate of HDDA in this temperature range.

Small fishing vessels are manufactured using FRP. Various studies have been conducted to increase the strength of the composite material by mixing alumina powder with resin. Tensile tests and flexural strength tests are conducted to examine the effect of alumina powder on the strength of GFRP. In the current study, resin/alumina composites at different alumina contents (i.e., 0, 1, 5, and 10 vol%) have been prepared. The physical and mechanical properties of the prepared composites have been investigated. From the results, the tensile strength of the specimen with alumina powder mixed in at 10% shows the highest value of 155.66 MPa. The tensile strength of the specimen mixed with alumina powder increases with the amount of alumina powder impregnated. In the flexural strength test, the flexural strength of neat resin without alumina powder has a highest value of 257.7 MPa. The flexural modulus of ALMix-5 has a highest value of 12.06 GPa. Barcol hardness of ALMix- 10 has a highest value of 51. We show that alumina powder leads to decreasing cracks on the surface and decreasing length area of delamination.

In this study, a process is developed for 3D printing with alumina (Al2O3). First, a photocurable slurry made from nanoparticle Al2O3 powder is mixed with hexanediol diacrylate binder and phenylbis(2,4,6- trimethylbenzoyl) phosphine oxide photoinitiator. The optimum solid content of Al2O3 is determined by measuring the rheological properties of the slurry. Then, green bodies of Al2O3 with different photoinitiator contents and UV exposure times are fabricated with a digital light processing (DLP) 3D printer. The dimensional accuracy of the printed Al2O3 green bodies and the number of defects are evaluated by carefully measuring the samples and imaging them with a scanning electron microscope. The optimum photoinitiator content and exposure time are 0.5 wt% and 0.8 s, respectively. These results show that Al2O3 products of various sizes and shapes can be fabricated by DLP 3D printing.

To separate olefin from paraffin efficiently, highly selective and permeable carbon molecular sieve (CMS) membrane has been employed. Especially, supported CMS membrane could offer high permeance and mechanical strength. However, it has been limited to flat or tubular type membranes despite a lower packing density due to a difficult manufacturing process of hollow fiber membrane. Thus, we have optimized the process to prepare the CMS membrane on alumina hollow fiber. To coat a defect-free thin alumina intermediate layer, the withdrawal speed during dip-coating process was varied, and the viscosity of polymer solution was controlled to form uniform layer. Then, the pyrolyzed CMS membrane was tested in propylene/propane mixture gas system as well as single component. Moreover, a long-term performance was evaluated in harsh conditions.

본 연구에서는 sol-gel법을 이용하여 균일하고 결함을 최소화한 세라믹 한외여과막을 제조하였다. 알루미나 중공 사 정밀여과막 지지체의 기공 크기를 줄이기 위해, 합성된 boehmite sol과 sol-ethanol 혼합 용액을 사용하여 dip coating법으 로 지지체 표면 위에 γ-알루미나 활성층을 형성시켰다. pristine sol을 이용하여 4회 이상 코팅했을 경우 박막층의 두께가 상당히 증가하여 균열 및 박리현상을 야기시키고, 3회 코팅을 진행하였을 경우 표면 결함이 최소화된 최적의 시료를 얻을 수 있었다. 또한, 소결 온도가 γ-알루미나 활성층의 기공 크기에 미치는 영향을 분석하였다. 소결 온도가 1000°C일 때 가장 높 은 순수 투과도 값을 보였으며, 10 nm 크기의 dextran 분획분자량(molecular weight cut-off (MWCO) : 51 kDa)이 관찰되었다. 600, 800°C에서 소결한 막의 경우, 12 kDa MWCO (dextran 5 nm)를 갖는 것으로 확인되었다. 결과적으로, 코팅 용액의 조성은 박막층의 두께에 큰 영향을 주었고, 소결 온도에 따라 분획분자량이 크게 영향을 받는 것을 알 수 있었다.

본 연구에서는 올레핀/파라핀 분리용 NaY 제올라이트 분리막을 제조하기 위해서 알루미나 지지체 표면에 종결정을 진공여과법으로 코팅한 후 NaY 수열용 액을 이용하여 90°C-110°C에서 16-24시간 동안 이차성장 시켰다. 이때 올레핀 과 π-결합을 형성하는 Ag+ 이온을 NaY 결정 구조내에 포함된 Na+ 이온과 이 온교환시킴으로써 올레핀/파라핀 선택도와 안정성을 향상시키고자 하였다. 이온 교환된 NaY 제올라이트 분리막의 올레핀/파라핀 분리성능은 C3H6/C3H8= 90/10의 혼합기체를 이용하여 분석한 결과, 700 GPU의 투과도와 1.13의 선택도를 나타내었다. 낮은 선택도는 제조된 분리막에 비제올라이트 기공이 존재하기 때문으로 판단되었으며 향후 비제올라이트기공을 억제하기 위한 연구를 진행할 계획이다.