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초록
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본 연구에서는 고투과성을 가지는 기체분리막 제조를 위해 6FDA와 APAF를 이용하여 하이드록시 폴리이미드를 합성하였다. H-NMR과 FT-IR 분석을 통해서 HPI의 합성여부를 확인하였으며 열적특성을 알아보기 위해 Differential scanning calorimetry (DSC)와 thermogravimetric analyzer (TGA)를 측정하였다. 특히 합성된 HPI는 약 $450^{\circ}C$에서 polybenzoxazole (PBO)로 변환이 됨을 확인 가능하였다. 고투과성 고분자 분리막의 제조를 위해 고분자, 용매 그리고 비용매-첨가제를 포함하는 3성분계의 시스템을 도입하였으며, 상전이법을 이용하여 HPI 비대칭 평막을 제조하였다. 최종적으로 각성분들에 따른 모폴로지 변화를 전계방출주사현미경(FE-SEM)을 통해 확인할 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, for preparation of gas separation membrane with high permeability, hydroxy polyimide was synthesized using 6FDA and APAF. Synthesis of HPI was confirmed by H-NMR and FT-IR, thermal property of membrane was characterized by Differential scanning calorimetric (DSC) and thermogravimetric...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 삼성분계 분석은 캐스팅용액의 열역학적 거동에 관한 정보를 제공하며, 막의 형성 거동과 막의 구조에 관한 정보를 얻을 수 있다. 그 결과 삼성분계를 통해 각각의 용매와 비용매 첨가제가 막 형성 거동에 어떠한 영향을 미치는지 알 수 있다. 일반적으로, 캐스팅 용액의 binodal curve가 고분자-용매 축에 가까울수록 균일상 지역이 더 작아지게 되는데 이는 캐스팅 용액이 더 불안정해짐을 의미한다.
  • 본 연구에서는 이산화탄소 분리를 위한 HPI분리막을 제조하기 위해서 one step azeotrope 반응으로 HPI를 합성하였고 PG와 glycerin을 첨가하여 평막을 제조하였으며, 그에 따른 모폴로지를 확인하고자 하였다. HPI는 GPC, FT-IR, NMR를 통한 분석으로 합성되었음을 확인하였다.
  • 다양한 조건의 고분자용액을 상전이법을 이용하여 비대칭 평막을 제조하였다. 용매와 첨가제의 종류 및 함량에 따른 모폴로지를 알아보고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
폴리이미드는 어떠한 단점을 가지고 있는가? 폴리이미드로 제조한 막은 적당한 극성과 수소결합을 형성하는 능력 때문에 극성 기체나 액체의 분리에 이용되고 있다. 그러나 일반적으로 폴리이미드는 극성 유기용매에 대해 불용성과 용융되지 않는 특징으로 인해 가공 및 공정으로의 적용이 용이하지 않아 이용에 한계를 지니고 있다. 이러한 단점을 극복하고자 폴리이미드의 기본 단량체인 무수물이나 아민의 구조를 변형하여 고분자의 물성을 조절하거나 물리화학적 특성을 개선하려는 연구가 진행되어 왔다.
폴리이미드는 어떠한 장점을 가지는가? 분리막의 성능을 좌우하는 것이 막의 소재이다. 폴리이미드는 내열성, 내화학성, 내방사성, 내마모성이 좋으며 우수한 기계적 강도, 절연 특성을 가지고 있어 전자, 전기, 항공, 복합물질, 고온점착 등 여러 산업 분야에 활용되고 있다[7,8]. 폴리이미드로 제조한 막은 적당한 극성과 수소결합을 형성하는 능력 때문에 극성 기체나 액체의 분리에 이용되고 있다.
소결법으로 제조한 분리막의 단점은 무엇인가? 파우더 가열하며 프레스로 소결하면 100∼500 µm정도의 두께를 가지는 막을 제조할 수 있다. 단점으로는 기공의 크기 분포가 넓다. 기공의 크기 및 분포를 결정하는 중요한 인자는 파우더의 크기와 균일성이다.
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참고문헌 (22)

  1. E. C. Gregor, G. B. Tanny, E. Shchori, and Y. Kenigsberg, "SUNBEAM PROCESS™ Microporous Membranes; A high performance barrier for protective clothing", J. Coated Fabrics, 18, 26 (1988). 

  2. V. D. Alves, B. Koroknai, K. Belafi-Bako, and I. M. Coelhoso, "Using membrane contactors for fruit juice concentration", Desalination, 162, 263 (2003). 

  3. R. Nagel and T. Will, "Membrane processes for water treatment in the semiconductor industry", Ultrapure Water, 16, 35 (1999). 

  4. B. Smitha, S. Sridhar, and A. A. Khan, "Solid polymer electrolyte membranes for fuel cell applications-a review", J. Membr. Sci., 259, 10 (2005). 

  5. W. J. Koros and G. K. Fleming, "Membrane-based gas separation", J. Membr. Sci., 83, 1 (1993). 

  6. H. B. Park, C. H. Jung, Y. M. Lee, A. J. Hill, S. J. Pas, S. T. Mudie, E. V. Wagner, B. D. Freeman, and D. J. Cookson, "Polymers with cavities tuned for fast selective transport of small molecules and ions", Science, 318, 254 (2007). 

  7. K. Nakagawa, "Optical anisotropy of polyimide", J. Appl. Polym. Sci., 41, 2049 (1990). 

  8. C. E. Hoyle and E. T. Anzures, "Photodegradation of polyimides. I. A spectral, viscometric, chromatographic, and weight loss investigation of polyimides based on a hexafluorinated dianhydride", J. Appl. Polym. Sci., 43, 1 (1991). 

  9. C. Ryu, J. Lee, T. Eom, J. Baek, H. Eom, and C. Yi, " $CO_{2}$ capture from flue gas using dry regenerable sorbents", National Energy Technology Laboratory, Morgantown, WV (2004). 

  10. S. Lee, H. Chae, S. Lee, B. Choi, C. Yi, J. Lee, C. Ryu, and J. C. Kim, "Development of regenerable MgO-Based Sorbent Promoted with K2CO3 for $CO_{2}$ Capture at Low Temperatures", Enciron. Sci. Technol., 42, 2736 (2008). 

  11. C. Yi, S. Jo, T. Seo, J. Lee, and C. Ryu, "Continuous operation of the potassium-based dry sorbent $CO_{2}$ capture process with two fluidized-bed reactors", Int. J. Greenh, Gas, Con., 1, 31 (2007). 

  12. X. Ma, X. Wang, and C. Song, "The second generation of nano-porous molecular-basket sorrbent fo $CO_{2}$ capture from flue gas", The 25th Annual International Pittsburgh Coal Conference, Pittsburgh, U.S.A. (2008). 

  13. K. Adamskaa, A. Voelkela, and K. Hebergerb, "Selection of solubility parameters for characterization of pharmaceutical excipients", J. Chromatogr. A., 1171, 90 (2007). 

  14. K. Adamska and A. Voelkel, "Hansen solubility parameters for polyethylene glycols by inverse gas chromatography", J. Chromatogr. A., 1132, 260 (2006). 

  15. D. W. van Krevelen, "Properties of polymer", pp. 55, Elsevier, Amsterdam, Netherlands (1990). 

  16. A. Guner, "The algorithmic calculations of solubility parameter for the determination of interactions in dextran/certain polar solvent systems", Eur. Polym. J., 40, 1587 (2004). 

  17. J. Han, D. Yang, S. Zhang, X. Liu, Z. Zhang, and X. Jian, "Effects of compatibility difference in the mixed solvent system on the performance of PPES hollow fiber UF membrane", J. Membr. Sci., 365, 311 (2010). 

  18. F. Lin, D. Wang, and J. Lai, "Asymmetric TPX membranes with high gas flux", J. Membr. Sci., 110, 25 (1996). 

  19. K. Chun, S. Jang, H. Kim, Y. Kim, H. Han, and Y. Joe, "Effects of solvent on the pore formation in asymmetric 6FDA-4,4' ODA polyimide membrane: terms of thermodynamics, precipitation kinetics, and physical factors", J. Membr. Sci., 169, 197 (2000). 

  20. D. T. Clausi1 and W. J. Koros, "Formation of defect-free polyimide hollow fiber membranes for gas separations", J. Membr. Sci., 167, 79 (2000). 

  21. M. L. Yeow, Y. T. Liu, and K. Li, "Morphological Study of Poly(vinylidene fluoride) Asymmetric Membranes: Effects of the Solvent, Additive, and Dope Temperature", J. Appl. Polym. Sci., 92, 1782 (2004). 

  22. M. A. Aroon, A. F. Ismail, M. M. Montazer-Rahmati, and T. Matsuura, "Morphology and permeation properties of polysulfone membranes for gas separation: Effects of non-solvent additives and co-solvent", Sep. Purif. Technol., 72, 194 (2010). 

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