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이미다졸륨을 포함하는 폴리페닐렌옥사이드 고분자 제조 및 기체 특성평가
Preparation and Gas Characterization of Poly(phenylene oxide) Containing Imidazolium 원문보기

멤브레인 = Membrane Journal, v.27 no.6, 2017년, pp.528 - 535  

손태양 (경상대학교 나노신소재융합공학과, 공학연구원) ,  조진우 (경상대학교 나노신소재융합공학과, 공학연구원) ,  김지현 (경상대학교 나노신소재융합공학과, 공학연구원) ,  김태현 (인천대학교 화학과) ,  남상용 (경상대학교 나노신소재융합공학과, 공학연구원)

초록
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본 연구에서는 폴리페닐렌옥사이드 고분자에 브롬화반응을 통해서 할로겐 원소를 수월하게 도입하고, 도입한 할로겐 원소를 이미다졸륨으로 치환하여 이미다졸륨이 도입된폴리페닐렌옥사이드를 합성하였다. 다양한 특성평가를 통해서 합성이 이루어졌음을 확인하였고, 산소, 질소, 이산화탄소 기체투과 특성평가를 진행하여 합성한 고분자의 기체특성을 확인하였다. 이미다졸륨의 함량이 증가할수록 합성고분자의 이온교환용량이 증가하였으나, 기계적 강도는 감소하였다. 특히, 기체투과도는 미세하지만 감소하는 경향을 나타내었으며, 이산화탄소/질소 선택도의 경우 이미다졸륨 함량이 높아질수록 증가하는 경향을 확인할 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, halogen element was introduced into polyphenylene oxide polymer using bromination reaction, and then halogen element was replaced with imidazolium. Imidazolium corporated polyphenylene oxide polymer was synthesized and the synthesis was confirmed by various instrumental characterizati...

주제어

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문제 정의

  • 본 실험에서는 다른 고분자들과의 상용성이 뛰어나며 기계적 강도가 우수하며 동시에 높은 유리 전이 온도로 인하여 열적 안전성이 높다고 알려져 있는 엔지니어링 플라스틱 중 하나인 poly(phenylene oxide)(PPO)를 이용하여 실험을 진행하였다. PPO 소재는 투과도와 선택도 측면에서도 상대적으로 높은 특성을 지니고 있어 분리막 재료로 주목받는 소재 중 하나이기 때문에 기체분리막으로의 가능성을 확인하고자 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
온실기체에는 무엇이 있나? 지구 온난화에 가장 큰 문제점은 온실효과로 인한 해수면의 증가, 평균기온 상승과 같은 문제점이 발생되고 있다[1-3]. 이러한 온실효과를 초래하는 주된 기체를 온실기체라고 하며, 온실기체는 메탄, 이산화탄소, 수소, 오존 그리고 아산화질소로 알려져 있다. 이러한 온실기체를 분리하고, 또한 공정에서 발생되는 배기가스의 이산화탄소를 분리하기 위한 연구들이 많이 진행되고 있다.
엔지니어링 플라스틱중 하나인 poly(phenylene oxide)소재의 특성은 무엇인가? 본 실험에서는 다른 고분자들과의 상용성이 뛰어나며 기계적 강도가 우수하며 동시에 높은 유리 전이 온도로 인하여 열적 안전성이 높다고 알려져 있는 엔지니어링 플라스틱 중 하나인 poly(phenylene oxide)(PPO)를 이용하여 실험을 진행하였다. PPO 소재는 투과도와 선택도 측면에서도 상대적으로 높은 특성을 지니고 있어 분리막 재료로 주목받는 소재 중 하나이기 때문에 기체분리막으로의 가능성을 확인하고자 하였다.
온실기체 분리공정 중 분리막을 이용한 공정의 장점은 무엇인가? 많은 연구자들은 다양한 소재를 이용하여 친환경적이고 효율이 좋은 에너지 자원 및 시스템의 개발을 활발하게 진행하고있다[4]. 그중에서 분리막을 이용한 공정은 타 공정에 비해 낮은 공정비용, 높은 에너지 효율로 인하여 운전 및 유지가 간편하고 스케일업이 용이한 장점을 가지고 있으며, 분리 과정에서 화학적 약품을 사용하지 않고 구동압력을 이용한 분리 공정을 사용하고 있기에 친환경적인 공정으로 알려져 있다. 분리막 공정은 수처리용, 기체분리용, 에너지 소재용 등 다양한 분야에서 응용되고 있으며, 특히 기체분리 시스템으로의 활용을 위해 다양한 소재들을 연구하고, 최적의 성능을 가지는 고분자 소재와 제조 조건의 확립을 위한 연구가 전 세계적으로 활발하게 진행되고 있다[5,6].
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참고문헌 (23)

  1. J. H. Park, D. J. Kim, and S. Y. Nam, "Characterization and preparation of PEG-polyimide copolymer asymmetric flat sheet membrane for carbon dioxide separation", Membr. J., 25, 547 (2015). 

  2. S. J. Kim, H. E. Kim, W. J. Cho, and S. Y. Ha, "Membrane process development for $CO_2$ separation of flaring gas", Membr. J., 23, 384 (2013). 

  3. J. M. Lee, M. G. Lee, S. J. Kim, H. C. Koh, and S. Y. Nam, "Characterization of gas permeation properties of polyimide copolymer membranes", Membr. J., 25, 223 (2015). 

  4. H. J. Lee, M. J. Koh, D. J. Kim, and S. Y. Nam, "Effect of non-ionic additive on morphology and gas permeation properties of polysulfone hollow fiber membrane", Membr. J., 22, 224 (2012). 

  5. C. H. Park, D. J. Kim, and S. Y. Nam, "Molecular dynamics (MD) study of polymeric membranes for gas separation", Membr. J., 24, 341 (2014). 

  6. T. H. Kim, J. C. Jeong, J. M. Park, and C. H. Woo, "A numerical analysis of direct contact membrane distillation for hollow fiber membrane", Membr. J., 20, 267 (2010). 

  7. H. K. Lee and M. J. Kang, "Gas separation properties of poly(ethylene oxide) and poly(ethylene-co-vinyl acetate) blended membranes", Membr. J., 27, 147 (2017). 

  8. S. R. Park, H. S. Ahn, and J. H. Kim, "Preparation of asymmetric PES hollow fiber gas separation membranes and their $CO_2/CH_4$ separation properties", Membr. J., 21, 367 (2011). 

  9. T. A. Barbari and S. S. Datwani, "Gas separation properties of polysulfone membranes treated with molecular bromine", J. Membr. Sci., 107, 263 (1995). 

  10. P. K. Gantzel and U. Merten, "Gas separations with high-flux cellulose acetate membranes", Ind. Eng. Chem. Process. Des. Dev., 9, 331 (1970). 

  11. D. Sen and H. kalipcilar, "Gas separation performance of polycarbonate membranes modified with multifunctional low molecular-weight additives", Sep. Sci. Technol., 41, 1813 (2006). 

  12. D. J. Kim and S. Y. Nam, "Research and development trends of polyimide based material for gas separation", J. Membr. Sci., 23, 393 (2013). 

  13. H. B. Park and B. D. Freeman, "Gas separation properties and their applications of high permeable amorphous perfluoropolymer membranes", Membr. J., 17, 81 (2007). 

  14. D. H. Shin and J. W. Rhim, "Gas permeation properties of aminated polyphenylene oxide membranes", Membr. J., 25, 488 (2015). 

  15. B. S. Lee, D. H. Kim, and J. W. Rhim, "Studies on the gas permeation behaviors using the surface fluorinated poly(phenylene oxide) membranes", Membr. J., 20, 106 (2010). 

  16. T. Sakaguchi, K. Kameoka, and T. Hashimoto, "Synthesis of sulfonated poly(diphenylacetylene)s with high $CO_2$ permselectivity", J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem., 47, 6463 (2009). 

  17. T. Y. Son, D. H. Choi, C. H. Park, and S. Y. Nam, "Preparation and electrochemical characterization of membranes using submicron sized particles with high ion exchange capacity for electroadsorptive deionization", J. Nanosci. Nanotechnol., 17, 7743 (2017). 

  18. B. A. Langowski and K. E. Uhrich, "Microscale plasma-initiated patterning", Langmuir, 21, 10509 (2005). 

  19. W. Hellmich, J. Regtmeier, T. T. Duong, R. Ros, D. Anselmetti, and A. Ros, "Poly(oxyethylene) based surface coatings for poly(dimethylsiloxane) microchannels", Langmuir, 21, 7551 (2005). 

  20. Y. Berdichevsky, J. Khandurina, A. Guttman, and Y. Lo, "UV/ozone modification of poly(dimethylsiloxane) microfluidic channels", Sens. Actuators B: Chem., 97, 402 (2004). 

  21. C. Pugh and V. Percec, "Miscible blends from poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide) and poly (epichlorohydrin) containing pendant electron-donor and electron-acceptor groups", Macromolecules, 19, 65 (1986). 

  22. J. Wang, H. Wei, S. Yang, H. Fang, P. Xu, and Y. Ding, "Constructing pendant imidazolium-based poly(phenylene oxide)s for anion exchange membranes using a click reaction", RSC Adv., 5, 93415 (2015). 

  23. B. J. Gye, I. kammakakam, H. L. You, S. Y. Nam, and T. H. Kim, "PEG-imidazolium-incorporated polyimides as high-performance $CO_2$ -selective polymer membranes: The effects of PEG-imidazolium content", Sep. Purif. Technol., 179, 283 (2017). 

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