The PDMS-chitosan composite membranes were prepared by addition of 0.02~0.60 wt% chitosan to PDMS. In order to investigate the characteristics of these membranes, we used the analytical methods such as SEM and TGA. Gas permeation experiments was performed in $30^{\circ}C$, $4kg/cm^2$...
The PDMS-chitosan composite membranes were prepared by addition of 0.02~0.60 wt% chitosan to PDMS. In order to investigate the characteristics of these membranes, we used the analytical methods such as SEM and TGA. Gas permeation experiments was performed in $30^{\circ}C$, $4kg/cm^2$, the permeability and selectivity of $H_2$ and $N_2$ according to content change in composite membrane were investigated. The permeability of $H_2$ and $N_2$ for the PDMS-chitosan composite membranes increased when 0~0.20 wt% chitosan was added, and then decreased at higher wt% as chitosan content increased. The selectivity ($H_2/N_2$) of PDMS-chitosan composite membranes decreased when 0~0.20 wt% chitosan was added, and then increased as chitosan content increased. In the case of PDMS-chitosan in which chitosan was inserted to PDMS, thermal stability of PDMS was enhanced. Based on SEM observation, as the chitosan content within PDMS increased, the surface of the composite membranes became coarse and began to form holes.
The PDMS-chitosan composite membranes were prepared by addition of 0.02~0.60 wt% chitosan to PDMS. In order to investigate the characteristics of these membranes, we used the analytical methods such as SEM and TGA. Gas permeation experiments was performed in $30^{\circ}C$, $4kg/cm^2$, the permeability and selectivity of $H_2$ and $N_2$ according to content change in composite membrane were investigated. The permeability of $H_2$ and $N_2$ for the PDMS-chitosan composite membranes increased when 0~0.20 wt% chitosan was added, and then decreased at higher wt% as chitosan content increased. The selectivity ($H_2/N_2$) of PDMS-chitosan composite membranes decreased when 0~0.20 wt% chitosan was added, and then increased as chitosan content increased. In the case of PDMS-chitosan in which chitosan was inserted to PDMS, thermal stability of PDMS was enhanced. Based on SEM observation, as the chitosan content within PDMS increased, the surface of the composite membranes became coarse and began to form holes.
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문제 정의
그리고 고분자에 가해지는 충진물의유ㆍ무기 물질에 대한 특성을 비교하기 위하여 이전에 투고된 논문[17]의 PDMS-NaY zeolite 복합막과 본 연구에서 제조되어진 PDMS-chitosan 복합막의 열적 특성을 열중량분석(TGA)으로 서로 비교 조사하였다. 그리고 PDMS-NaY zeolite와 PDMS-chitosan 복합막의 H2와 N2에 대한 기체투과 특성도 함께 조사 연구하였다.
제안 방법
60°C의 진공 건조기에서 24시간 동안 건조한 후건조된 복합막을 증류수에 담궈 유리판으로부터 떼어내고 40°C의 오븐에서 24시간 동안 건조시켜 복합막을 제조하였다.
FT-IR 분석은 Bruker사 VERTEX70 (독일)을 이용하여 600∼4000 cm-1 범위에서 측정하였고, PDMS-chitosan 복합막의 단면은 Hitachi사 Model S-4200 SEM (일본)을 사용하여 가속전압 20 kv, 배율 1.0 × 103배로 하여 관찰하였다.
PDMS, PDMS-chitosan 복합막의 열중량 분석(TGA)은 Shimadzu TGA-50 (일본)을 사용하여 온도를 실온∼1,000°C 범위로 하고, heating rate를 10°C/min로 하여 무게 손실을 측정하였다.
PDMS-chitosan 복합막에 H2과 N2의 기체들을 투과 하기 위하여 투과셀 내에 복합막을 부착하고 30°C, 4 kg/cm2에서 기체투과 실험을 하였다.
6 wt% 범위까지 소량 첨가하여 chitosan 함량이 각기 다른 PDMS-chitosan 복합 막을 제조하였다. 그리고 고분자에 가해지는 충진물의유ㆍ무기 물질에 대한 특성을 비교하기 위하여 이전에 투고된 논문[17]의 PDMS-NaY zeolite 복합막과 본 연구에서 제조되어진 PDMS-chitosan 복합막의 열적 특성을 열중량분석(TGA)으로 서로 비교 조사하였다. 그리고 PDMS-NaY zeolite와 PDMS-chitosan 복합막의 H2와 N2에 대한 기체투과 특성도 함께 조사 연구하였다.
본 연구는 소수성 고무상 고분자 PDMS에 chitosan을 0~0.60 wt%로 달리하여 PDMS-chitosan 복합막을 제조하고 제조된 복합막의 물리화학적 특성과 H2와 N2 투과 특성을 조사하여 본 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 연구는 소수성 고무상 고분자인 PDMS에 개질하는 과정 없이 chitosan을 0∼0.6 wt% 범위까지 소량 첨가하여 chitosan 함량이 각기 다른 PDMS-chitosan 복합 막을 제조하였다.
5 g을 첨가하여 2% chitosan 용액을 만든다. 소수성 고분자 PDMS에 친수성인 chitosan을 가하는 경우 chitosan 함량이 0.60 wt% 이내인 경우에 균일 혼합이 가능하기 때문에 PDMS에 chitosan을 0.02 wt%, 0.04 wt%, 0.08 wt%, 0.12 wt%, 0.18 wt%, 0.20 wt%, 0.28 wt%, 0.32 wt%, 0.35 wt%, 0.44 wt%, 0.6 wt%가 되도록 가하여 각각 11개의 시료를 제조하였다. 각 시료에 n-hexane을 넣어 실온에서 1시간 동안 교 반한 다음 경화제를 넣고 1시간 더 교반하였다.
이 장치는 기체흐름 장치, 멤브레인 셀, 기체투과 측정장치 등으로 이루어져 있으며 기체투과 측정은 연속 흐름법을 사용하였다. 사용된 MFM (mass flow meter) 은 1000 SCCM의 용량을 가지고 있으며, 데이터는 이 장치와 연결된 컴퓨터에 의해 두 개의 투과 transient 곡선, 즉 투과곡선, 압력곡선을 얻어 자동적으로 계산되어 얻어진다.
대상 데이터
이 제품은 비닐그룹을 말단기로 가지고 있는 siloxane oligomers와 활성수소기를 가지고 있는 siloxane crosslinkers에 Pt가 첨가된 경화제로 구성되어 있다. Chitosan (deacetylated chitin, degree of deacetylation 75%)과 acetic acid는 Aldrich사(U.S.A) 특급품을사용하였고, 수용액을 만들기 위한 물은 초순수장치로 처리한 정제수를 사용하였다. 그리고 기체투과 실험에 사용된 H2와 N2는 순도 99.
PDMS-chitosan 복합막을 제조하기 위해서 사용된 PDMS는 Dow Corning사 Sylgard 184 (U.S.A)를 사용 하였다. 이 제품은 비닐그룹을 말단기로 가지고 있는 siloxane oligomers와 활성수소기를 가지고 있는 siloxane crosslinkers에 Pt가 첨가된 경화제로 구성되어 있다.
A) 특급품을사용하였고, 수용액을 만들기 위한 물은 초순수장치로 처리한 정제수를 사용하였다. 그리고 기체투과 실험에 사용된 H2와 N2는 순도 99.999%의 (주)동진가스(국산) 의 것을 사용하였다.
PDMS, PDMS-chitosan 복합막의 열중량 분석(TGA)은 Shimadzu TGA-50 (일본)을 사용하여 온도를 실온∼1,000°C 범위로 하고, heating rate를 10°C/min로 하여 무게 손실을 측정하였다. 기체투과 측정은 SepraTek사 VPA-601 (국산)로 측정하였다.
이 장치는 기체흐름 장치, 멤브레인 셀, 기체투과 측정장치 등으로 이루어져 있으며 기체투과 측정은 연속 흐름법을 사용하였다. 사용된 MFM (mass flow meter) 은 1000 SCCM의 용량을 가지고 있으며, 데이터는 이 장치와 연결된 컴퓨터에 의해 두 개의 투과 transient 곡선, 즉 투과곡선, 압력곡선을 얻어 자동적으로 계산되어 얻어진다.
A)를 사용 하였다. 이 제품은 비닐그룹을 말단기로 가지고 있는 siloxane oligomers와 활성수소기를 가지고 있는 siloxane crosslinkers에 Pt가 첨가된 경화제로 구성되어 있다. Chitosan (deacetylated chitin, degree of deacetylation 75%)과 acetic acid는 Aldrich사(U.
성능/효과
1. PDMS-chitosan 복합막의 경우 chitosan 함량이 증가함에 따라 복합막 표면에 1∼10 µm 크기의 홀이 생성 되었는데 홀의 크기는 chitosan 함량이 증가할수록커졌다.
2. PDMS-chitosan 복합막의 H2와 N2의 기체투과 실험 결과 chitosan 함량 0~0.20 wt% 범위에서 chitosan 함량이 증가하면 기체투과도는 증가하고, 그 이상의 범위에서는 감소하였다. 그리고 선택도(H2/N2)는 0∼0.
4. TGA 분석에 의하면 PDMS보다는 PDMS에 NaY zeolite 또는 chitosan을 첨가하였을 때가 열적으로 더안정하였으며 chitosan 보다는 NaY zeolite를 첨가하였을 때가 열적으로 더 안정된 복합막이 얻어졌다.
이와 같은 현상으로 미루어 볼 때 PDMSchitosan 복합막의 경우 PDMS에 chitosan 함량이 증가 하면 열적안정성은 증가하는 것으로 생각된다. 또한 본 연구에서의 PDMS 내에 유기물인 chitosan이 도입되어 만들어진 복합막과 앞서 발표된 연구 보고[17]인 무기물 입자 zeolite가 도입되어 만들어진 복합막을 서로 비교해 보면 PDMS에 NaY zeoltie와 chitosan 충진제가 첨가되어 얻어진 복합막들의 경우 모두 PDMS 보다 열적 안정하며 고분자 유기물질이 도입된 PDMS-chitosan 복합막 보다는 PDMS 고분자 내에 무기물 입자인 zeolite가 도입된 PDMS-NaY zeolite 복합막이 열적으로더 안정하다는 것을 알 수 있다.
본 연구의 결과와 기보[17]에서 발표된 PDMS-NaY zeolite 막의 NaY zeolite 함량에 따른 H2의 투과도 대 선택도(H2/N2) 결과를 비교하여 보면 zeolite 함량이 2∼10 wt% 범위를 제외하고는 전체 적으로 비슷한 경향을 보이고 있고, zeolite 함량 0∼40 wt% 범위와 chitosan 함량 0∼0.60 wt% 범위에서 제조되어진 복합막들의 H2의 투과도 값은 대략 300∼395 Barrer, 선택도(H2/N2)는 2.2∼2.75의 값을 보이고 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
고분자 단일막을 개질하기 위하여 고분자 내에 무기물 충진제를 도입시 발생할 수 있는 문제점은 무엇인가?
이와 같이 고분자 단일막을 개질하기 위하여 고분자 내에 무기물 충진제를 도입하면 고분자 단일막의 투과 특성과 열적, 기계적 특성을 향상시키는 것으로 알려져 있지만, 고분자와 무기물 충진제 간의 호환성이 좋지 못하여 고분자 내에서 무기입자들이 응집되어 고분자의 FFV (fractional free volume)가 감소되거나 고분자와 무기입자 간의 계면에서 빈 공간이 생기는 문제가 생긴다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 J.
키토산의 응용범위가 넓은 이유는 무엇인가?
본 연구에서는 PDMS 내에 유기물질인 키토산을 사용하여 기체투과 특성을 연구하였는데 키토산은 셀룰로오즈와 비슷한 구조식을 지니고 있는 천연고분자로서 필름 형성능, 기계적 강도, 인체적합성, 친수성 등이 우수하여 분리막 소재, 봉합사, 흡착제, 건강음료, 인공 피부, 약물전달시스템의 캐리어로서 널리 이용되고 있는 바이오 물질이다. 특히 키틴의 탈아세틸화물로서 탈 아세틸화도의 조절이 가능하며 탈아세틸화도에 따라서 물성의 변화를 가져오기 때문에 이에 따른 응용범위가 매우 넓다고 알려져 있다. 구조 중에 화학적으로 활성아민기(NH2)를 포함하고 있기 때문에 쉽게 양이온화 (NH3+ )하여, 음이온을 띄는 다른 고분자나 산들과 콤플렉스를 형성할 수 있다[13,14].
PDMS는 어떠한 특성을 가지는가?
PDMS는 낮은 유리전이온도, 낮은 표면에너지, 높은 산소 투과도, 열적안정성, UV 및 산화안정성, 생체적합성, 탄성거동, 윤활성 등의 성질을 가지고 있는 고무상 고분자[7]로, PDMS를 이용한 O2, N2, H2, CO, CO2, C2-C4 olefins, paraffins 등의 기체 투과 특성에 대한 많은 연구가 진행되고 있다[8,9]. 그러나 기계적 강도가 낮아 얇은 막 제조에 어려움을 갖고 있기 때문에 PDMS 의 기계적 강도를 증가시키기 위하여 General Electric 사는 PDMS와 polycarbonate의 공중합체를 합성하였고[10], Peter 등은 PDMS에 tetraethylorthosilicate를 졸-겔방식으로 주입하여 기계적 강도를 증가시켰다[4].
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