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PDMS-chitosan 복합막에 의한 수소와 질소 기체 분리에 관한 연구
Separation of $H_2$ and $N_2$ Gases by PDMS-chitosan Composite Membranes 원문보기

멤브레인 = Membrane Journal, v.23 no.6, 2013년, pp.418 - 424  

하정임 (상명대학교 화학과) ,  강태범 (상명대학교 화학과)

초록
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고분자 PDMS에 chitosan을 0.02~0.60 wt%까지 넣어 복합막을 제조하였고, SEM과 TGA에 의해서 막의 특성을 조사하였다. 기체투과 실험은 $30^{\circ}C$, $4kg/cm^2$ 조건에서 수행하였고, 복합막의 함량 변화에 따른 $H_2$$N_2$의 투과도와 선택도를 조사하였다. PDMS-chitosan 복합막의 $H_2$$N_2$ 투과도는 chitosan 함량이 증가하면 0~0.20 wt%까지는 증가하고 그 이상에서는 감소하였다. 그리고 선택도($H_2/N_2$)는 0~0.20 wt%까지는 감소하고 0.20~0.60 wt% 범위에서는 증가하였다. PDMS 고분자에 chitosan이 도입되어졌을 때 PDMS의 열적 안정성이 향상되었고, chitosan 함량이 증가했을 때 복합막의 표면은 거칠어지고 홀이 생성되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

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 $30^{\circ}C$, $4kg/cm^2$...

주제어

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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.
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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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참고문헌 (20)

  1. G. H. Hsiue, W. J. Kuo, Y. P. Huang, and R. J. Jeng, "Microstructrural and morphological characteristics of PS- $SiO_{2}$ nanocomposites", Polymer, 41, 2813 (2000). 

  2. M. M. Collinson, "Recent trends in analytical applications of organically modified silicate materials", TrAC, 21, 30 (2002). 

  3. J. Comyn and F. de Buyl, "Mobility of water and alcohols in a silica reinforced siloxane network", Euro. Polym. J., 37, 2385 (2001). 

  4. P. C. Lebaron and T. J. Pinnavaia, "Clay nanolayer reinforcement of a silicone elastomer", Chemistry and Materials, 13, 3760 (2001). 

  5. G. Clarizia, C. Algieri, and E. Drioli, "Filler polymer combination : aroute to modify gas transport properties of a polymeric membrane", Polymer, 45, 5671 (2004). 

  6. M. J. Kim and K. H. Youm, "Preparation of zeolite- filled PDMS membranes and it's properties for organic vapor separation", Membrane Journal, 2(1), 48 (2000). 

  7. D. P. Queiroz and M. N. D'Pinho, "Structural characteristics and gas permeation properties of polydimethylsiloxane/poly(propylene oxide) urethane/ urea bi-soft segment membranes", J. Polymer, 46, 2346 (2005). 

  8. C. S. Lee, E. H. Cho, S. Y. Ha, J. T. chung, and J. W. Rhim, "Multi-stage process study of PEIPDMS hollow composite membrane modules for $H_{2}/CO_{2}$ mixied gas separation", Membrane Journal, 23(1), 1 (2013). 

  9. H. Kim, M. Lee, W. Park, S. Lee, H. Lee, and S. Lee, "Permeation properties of single gases( $N_{2}$ , $O_{2}$ , $SF_{6}$ , $CF_{4}$ ) through PDMS and PEBAX membrane", Membrane Journal, 22(3), 201 (2012). 

  10. W. J. Ward III, W. R. Browall and R. M. Salemme, "Ultrathin Silicone/Polycarbonate Membranes for Gas Separation Processes", J. Membrane. Sci., 1, 99 (1976). 

  11. J. Qui, J. M. Zheng, and K. V. Peinemann, "Gas transport properties in a novel poly(trimethylsilylpropye) composite membrane with nanosized organic filler trimethylsilylglucose", Macromolecules, 39, 4093 (2006). 

  12. Z. Wang, M. Li, Y. Cai, J. Wang, and S. Wang, "Novel $CO_{2}$ selectively permeating membranes containg PETEDA dendrimer", J. Membrane. Sci., 290, 250 (2007). 

  13. M. Darder, M. Colilla, and E. Ruiz-Hitzky, "Biopolymer-clay nanocomposites based on chitosan intercalated in montmorillonite", Chemistry and Materials, 15, 3774 (2003). 

  14. J. S. Park, J. W. Rhim, B. G. Park, S. H. Kong, and S. Y. Nam, "Preparation and Gas Barrier Properties of chitosan/clay nanocomposite film", Membrane Journal, 15(3), 247 (2005). 

  15. M. Rutnakornpituk and P. Ngamdee, "Surface and mechanical properties of microporous membranes of poly(ethylene glycol)-polydimethylsiloxane copolymer/ chitosan", Polymer, 47, 7909 (2006). 

  16. D. Enescu, V. Hamciuc, R. Ardeleanu, M. Cristea, A. Ioanid, V. Harabagiu, and B. C. Simionescu, "Polydimethylsiloxane modified chitosan. Part III: Preparation and characterization of hybrid membranes", Carbohydrate Polymers, 76 268 (2009). 

  17. J. I. Ha and T. B. Kang, "Separation of $H_{2}$ and $N_{2}$ by PDMS-NaY zeolite composite membranes", Membrane Journal, 20(1), 47 (2010). 

  18. M. Rutnakornpituk, P. Ngamdee, and P. Phinyocheep, "Preparation and properties of polydimethylsiloxane- modified chitosan", Carbohydrate Polymers, 63, 229 (2006). 

  19. C. Maxwell, "Treatise on Electricity and Magnetism", Oxford University Press, London (1873). 

  20. R. M. Barrer, "Diffusion and permeation in heterogeneous media", in : J. Crank, G. S. Park (Eds.), "Diffusion in Polymer", Academic Press, New York (1968). 

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