이 총설에서는 다양한 소재를 이용한 고분자 분리막의 제조를 위한 제조방식, 특성과 여러가지 인자들에 대해서 논의하고자 한다. 분리막 제조방식은 상전이, 계면중합, 연신, 트랙에칭 그리고 전기방사 같은 방법을 주로 강조하여 설명하 고자 하며, 추가적으로 다양한 응용에 따른 제조방식에 대한 한계나 응용성에 대해서도 설명하고자 한다. 또한 다양한 고분자 분리막의 표면거칠기, 표면장력, 표면전하와 표면의 기능성 작용기 같은 표면특성에 대해서도 정리하였으며, 막성능의 향상을 위하여 상전이법이나 계면중합 같은 일반적인 분리막 제조공정에서 필요한 추가적인 향상방법을 나타내었다. 트랙에칭이나 전기방사와 같은 새로운 제조방법의 가능성에 대해서도 분석하였다.

본 논문에서는 이산화탄소 친화적인 PBEM-POEM (PBE) 공중합체를 기반으로 고분자 블렌드 분리막을 제조하 는 방법을 제시한다. PBE 공중합체는 자유 라디칼 중합 반응을 통해 손쉽게 합성이 가능하며, 이를 상용 고분자인 PEG와 다 양한 비율로 혼합하여 이산화탄소/질소 분리막을 제조하였다. 이산화탄소/질소 분리 성능을 테스트한 결과, PEG의 함량이 높을수록 이산화탄소 투과도는 감소하는 반면 이산화탄소/질소 선택도는 크게 증가하는 상충(trade-off) 관계가 나타났다. 그러 나 PBE/PEG (9 : 1)과 PBE/PEG (7 : 3)을 비교하면 이산화탄소 투과도는 단지 8.3% 감소한 반면에 질소 투과도는 69.1%나 감소하였다. 따라서 이산화탄소/질소 선택도가 33.8에서 100.3으로 크게 증가하였다. 이것은 PBE 공중합체의 80%를 차지하 는 POEM 사슬이 PEG와 상호작용하여 더욱 조밀한 구조가 되었기 때문이며, 이를 FT-IR, XRD, SEM 분석으로 확인하였다. PBE/PEG (7 : 3) 블렌드 막이 가장 최적의 기체 분리 성능을 가졌고, 이산화탄소투과도는 170.5 GPU, 이산화탄소/질소 선택 도는 100.3이었다.

산업 응용에 적용할 수 있는 중합체 막의 상용화 전에, 고성능 중합체가 실질적인 도전, 즉 연장된 서비스 시간에 대한 장기 안정성을 극복해야하는 과제가 남아있다. 매우 높은 분수 자유 부피(fractional free volume) 및 높은 투과성을 나타내는 고유한 미세 다공성 중합체(polymers of intrinsic microporosity)는 비효율적 무작위 패킹에 의해 생성된 여분의 부피가 물질의 부피적 평형에서 멀어짐과 동시에, 다시 부피적 평형 상태로 복귀하려는 특성, 즉 자유 부피를 줄여가는 특정으로 인해 투과성을 감소시키는 물리적 노화에 영향을 받기 쉽다. 본 논문에서 우리는 미세 다공성 고분자의 물리적 노화를 재검토 하고 PIM에서 물리적 노화를 완화하려는 가장 두드러진 시도 중 일부를 논의할 것이다.

수처리 분리막 분야에서 고분자는 세라믹과 함께 가장 중요한 소재로 이용되고 있다. 본 총설에서는 이러한 고분자 분리막 소재의 기술동향을 상용화 제품을 중심으로 분석하고자 하였으며, 이를 위하여 수처리 분리막의 종류에 따라 MF (Microfiltration), UF (Ultrafiltration), NF (Nanofiltration)/RO (Reverse Osmosis) 분리막으로 구분하여, 국가별, 소재별, 회사 별 고분자 분리막 제품 동향을 살펴보았다. 이를 통하여, 각 분리막 종류별로 주로 사용되고 있는 소재의 종류를 파악할 수 있었으며, 동시에 시장 지배적인 위치에 있는 업체들을 파악하고 이들 업체들이 어떤 소재들로 제품 포트폴리오를 구성하고 있는지 분석할 수 있었다. 이러한 결과들을 바탕으로 각각의 분리막 종류에 따른 소재 시장의 특징을 제시하였으며, 이런 특징을 바탕으로 각 시장에 신규로 진입하기 위한 기술 개발 전략을 제안하였다.

이산화탄소 분리막은 이산화탄소에 대한 선택성이 우수하면서도 투과성이 뛰어나야 그 성능을 제대로 발휘할 수 있는데, 대부분의 고분자 분리막들은 투과도 및 선택도에 있어 매우 뚜렷한 상충관계를 보이고 있으며, 이러한 상충관계를 극복할 수 있는 고투과성 및 고선택성을 갖는 분리막의 개발이 시급하다 할 수 있다. 근래 PEG (polyethylene glycol)가 이산화탄소에 대한 투과선택도가 뛰어난 것이 밝혀져 많은 연구가 진행되고 있으며, 본 연구는 이에 더해 내구성이 우수한 표면고착된 PEG 함유 고분자 복합막을 제조하여 이의 이산화탄소에 대한 분리에 대하여 발표한다.