멤브레인 기술은 폐수 처리, 담수화, 혈액 투석 등의 분리 공정에서 사용되고 있다. 하지만, 고분자 멤브레인을 만 들기 위해 사용되는 비용매상전이 방식에서 환경에 유해하고 독성인 유기 용매를 사용한다는 문제점이 있다. 따라서 비용매 상전이 방식에서 사용되는 유기 용매를 물로 대체해 고분자 멤브레인을 제작하는 aqueous phase separation (APS) 방법이 주 목받고 있다. 본 총설에서는 APS의 원리와 APS를 통한 멤브레인의 제작 공정을 소개하고자 한다. 멤브레인의 구조는 단량체 의 비율, 수용액의 pH와 염 농도 차이, 캐스팅 용액의 점도, 가교제 농도를 통해 조절할 수 있다.

본 연구에서는 결정성이 서로 다른 흑연을 이용하여 산화그래핀을 제조하였으며 이를 이용하여 원유를 포함한 SDS로 안정화된 O/W 에멀젼의 상분리에 관한 연구를 수행하였다. 산화그래핀은 수용액에서 SDS의 계면 흡착을 방해하였으며, 따라서 O/W의 계면애너지 증가로 에멀젼 의 상분리를 촉진시켰다. 특히 이는 산화그래핀의 결정성이 클수록 그리고 탄소층의 얇을수록 그 성능이 우수하였다. 상분리 속도는 산화그래핀의 투입량이 증가할수록 그 속도가 증가하였다. 그러나 산화그래핀의 투입량이 증가함에 따라서 분리된 수용액에 잔류하는 오일의 액적 량이 증가하였다. 염분이 있는 brine 수용액으로 이루어진 O/W 에멀젼의 경우, NaCl의 농도가 높을수록 산화그래핀에 의한 상분리 효과가 더욱 커지는 경향이 있었다.

높은 내화학성과 소수성 특성을 갖는 polymethylpentene (PMP) 소재는 polypropylene 소재 대비 결정성이 낮아 dense skin층을 갖는 비대칭 분리막을 제조하기 수월하지만 녹는점이 높아 가공이 용이하지 않다. 본 연구에서는 비용매 유도 상분리법(NIPS)과 열유도 상분리법(TIPS)을 혼합한 N-TIPS 법을 활용하여 polymethylpentene (PMP) 고분자 분리막을 제조 하고 성능과 특성을 평가하였다. Cyclohexane을 용매로 사용하여 PMP 도프용액을 제조하였으며, 상전이조로 물, EtOH, IPA 를 사용하였다. Cyclohexane과 섞이지 않는 물을 비용매로 상전이한 분리막은 TIPS 영향으로 인해 큰 기공과 높은 기체 투과 도를 보였으나, 표면이 거칠고 구조가 불안정한 특성을 보였다. 반면, cyclohexane과 혼합될 수 있는 알코올류(ethanol, isopropanol) 를 상전이조로 사용한 경우 NIPS 효과로 인해 dense skin층이 형성됨을 확인하며, 높은 기계적 강도를 보였다. 추가 적인 기공형성을 위해 polyethylene glycol (PEG)를 첨가한 경우 기체투과도가 높아지는 결과를 얻을 수 있었다.

분리막 기술은 해수담수화, 기체분리 등 산업용 분리 정제 공정을 비롯하여 우리 주변의 생활용품, 의료 및 헬스 케어 제품 등에서 쉽게 찾아볼 수 있다. 최근 지속가능한 친환경 분리막 제조 기술 또한 환경오염을 줄이기 위해 연구되고 있으며, 특히 polylactic acid (PLA), polybutylene adipate terephthalate (PBAT), polybutylene succinate (PBS) 등 생분해성 소 재를 활용한 분리막 제조기술이 보고되어 왔다. 기존 분리막 소재와 마찬가지로 생분해성 고분자 소재들 또한 상분리 공정을 통해 다공성 분리막을 제조하는 연구가 이루어지고 있다. 본 총설을 통해 대표적인 생분해성 고분자인 PLA 기반의 상분리 공정을 활용한 분리막 제조 기술 개발 동향을 살펴보고 향후 연구 개발 및 적용 가능성에 대해 고찰해보고자 한다.