[논문]친수성 아민화된 poly(styrene-ethylene-butylene-styrene) 고분자 분리막 제조 및 투습도 특성평가

손태양; 김지현; 박치훈; 남상용

doi:10.14579/membrane_journal.2017.27.4.336

친수성 아민화된 poly(styrene-ethylene-butylene-styrene) 고분자 분리막 제조 및 투습도 특성평가
Preparation and Characterization of Hydrophilic Aminated poly(styrene-ethylene-butylene-styrene) Polymer Membrane 원문보기

멤브레인 = Membrane Journal, v.27 no.4, 2017년, pp.336 - 343

손태양 (경상대학교 나노신소재융합공학과 공학연구원) , 김지현 (경상대학교 나노신소재융합공학과 공학연구원) , 박치훈 (경남과학기술대학교 에너지공학과) , 남상용 (경상대학교 나노신소재융합공학과 공학연구원)

초록
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요즘 건물 내에서의 생활이 많아진 현대인에게 실내공기의 질은 매우 중요한 개념이고, 새롭게 생각을 해 보아야 하는 문제이다. 실내공기의 질은 실내공기의 온도, 습도 등으로 결정이 된다. 그리고 실내공기 개선을 위해서는 에너지 소비가 심하다는 단점이 있다. 그리하여, 전열교환을 이용하여 이러한 문제를 해결하려는 방법에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 따라서, 본 연구에서는 전열교환 분리막 적용을 위하여, poly(styrene-ethylene-butylene-styrene) 고분자에 친수성 치환기인 암모늄을 도입하여 아민화된 SEBS 고분자를 합성하였고, 합성고분자에 대한 특성평가를 진행하였다. 암모늄을 도입하기 위하여 클로로메틸화 반응과 아민화 반응을 통하여 합성을 진행하였다. 결과적으로 합성고분자는 반응용제의 함량이 높아질수록 함수율, 이온교환용량이 증가하였고, 전열교환 분리막에서 중요한 투습도 또한 증가함을 확인할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

These days, the quality of indoor air is a very important concept for modern people who have lived in building and is a matter of new thinking. The quality is determined by the temperature and humidity of indoor air. In addition, there is a disadvantage in that energy consumption is severe for indoor air improvement. Therefore, researches on methods to solve such problems using total heat exchange have been actively conducted. So, in this study, aminated poly(styrene-ethylene-butylene-styrene) polymers were synthesized by introducing a hydrophilic substituent, ammonium, into main chain and the properties of synthesized polymers were evaluated. The synthesis was carried out through chloromethylation and amination reactions to introduce ammonium into main chain. As a result, the water uptake and the ion exchange capacity of the synthesized polymers increased as the content of the reaction reagent solution increased. It was confirmed that the important data at the total heat exchange membrane, water vapor transmission rate also increased according to temperature, equivalent.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 많은 상용화 고분자 중에서 값이 저렴하고, 우수한 물성을 가지는 poly(styrene-ethylene-butylene-styrene) 고분자를 이용하고 친수성 치환기로 암모늄기를 도입하여 친수성 고분자로 합성하였고, 합성고분자를 이용하여 분리막을 제조한 후 전열교환 분리막으로의 가능성을 확인하기 위한 특성평가를 진행하였다. 특성평가로는 함수율, 이온교환용량, 투습도 그리고 기계적 강도 등의 특성평가를 진행하였다.

제안 방법

아민화된 SEBS 분리막을 chlorotrimethylsilane과 paraformaldehyde를 이용하여 서로 다른 함량의 반응용 제로 합성을 성공적으로 진행하였다. 그리고 FT-IR을 통해서 치환기 도입이 성공적으로 이루어짐을 확인하였다.
본 논문에서는 많은 상용화 고분자 중에서 값이 저렴하고, 우수한 물성을 가지는 poly(styrene-ethylene-butylene-styrene) 고분자를 이용하고 친수성 치환기로 암모늄기를 도입하여 친수성 고분자로 합성하였고, 합성고분자를 이용하여 분리막을 제조한 후 전열교환 분리막으로의 가능성을 확인하기 위한 특성평가를 진행하였다. 특성평가로는 함수율, 이온교환용량, 투습도 그리고 기계적 강도 등의 특성평가를 진행하였다.

대상 데이터

5%, Samchun chemical, Korea)을 사용하였다. 그리고 클로로메틸화 반응을 위한 반응용제로 paraformaldehyde (PFA, 95%, Sigma-Aldrich)와 chlorotrimethylsilane (CTMS, > 98%, TCI)을 사용하였다. 또, 반응을 위한 촉매로 Tin (IV) chloride (SnCl₄,98%, Sigma-Aldrich)를 사용하였다.
그리고 클로로메틸화 반응을 위한 반응용제로 paraformaldehyde (PFA, 95%, Sigma-Aldrich)와 chlorotrimethylsilane (CTMS, > 98%, TCI)을 사용하였다. 또, 반응을 위한 촉매로 Tin (IV) chloride (SnCl₄,98%, Sigma-Aldrich)를 사용하였다. 침전 및 세척 용매로는 메탄올(Methanol, Samchun chemical, Korea)을 사용하였다.
본 연구에서 사용된 주쇄 고분자로는 poly(styreneethylene-butylene-styrene)(SEBS, A1535HU, Kraton,USA)로 styrene 함량이 57% 되는 제품을 사용하였다. 용매로는 chloroform (99.
본 연구에서 사용된 주쇄 고분자로는 poly(styreneethylene-butylene-styrene)(SEBS, A1535HU, Kraton,USA)로 styrene 함량이 57% 되는 제품을 사용하였다. 용매로는 chloroform (99.5%, Samchun chemical, Korea)을 사용하였다. 그리고 클로로메틸화 반응을 위한 반응용제로 paraformaldehyde (PFA, 95%, Sigma-Aldrich)와 chlorotrimethylsilane (CTMS, > 98%, TCI)을 사용하였다.

데이터처리

본 연구에서 개발된 고분자의 합성 여부를 확인하고 치환기의 도입 여부를 확인하기 위해서 Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR, NICOLET IR 200,thermoscientific)을 이용하여 구조 분석하였다.

이론/모형

이온교환용량(Ion exchange capacity, IEC)은 분리막에 도입된 치환기의 양을 나타내는 지표이다. 따라서, 이온교환용량을 확인하기 위해서 역적정방법(back-titration)으로 측정하여 계산하였다. 분리막에 대한 이온교환용량을 측정하기 전에 1M potassium hydroxide(KOH) solution에 함침하여 치환기 말단에 OH^-기로 치환하였다.
쾌적함을 유지하기 위해서 땀 증기가 외부로 배출되어야 하는데, 고어텍스는 이러한 투습성이 뛰어나 착용 중 쾌적함을 제공하며, 약 12,000g/m²d의 투습도를 나타낸다. 이러한 투습도를 측정하는 방법은 여러 가지가 있으며, 본 연구에서는 분리막을 통한 투습도를 측정하기 위하여 중량접시법(ISO 2528)을 사용하여 측정하였다. 테프론 중량접시에 염화칼슘을 넣고 분리막을 이용하여 중량접시 입구를 막아 투습도 측정셀을 제조하였다.
제조된 분리막에 대한 기계적 강도를 측정하기 위해서 ASTM D638 시편 제조기를 이용하여 샘플을 제조하였다. 그리고 샘플을 제조한 후 LLOYD사의 Universal Test Machine (UTM) LR10K를 이용하여 시험속도 10mm/min로 측정하였다.

성능/효과

그리고 FT-IR을 통해서 치환기 도입이 성공적으로 이루어짐을 확인하였다. 반응용제 함량이 증가할수록 친수성 치환기가 많이 도입되어 함수율과 이온교환용량이 증가하는 결과를 확인할 수 있었다. 이 결과로 반응용제로 조절로 치환기 도입 또한 조절됨을 확인할 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	HVAC (heating,ventilation, air conditioning) 시스템이란 무엇인가?	그리고, 건강한 건물 조건에는 실외의 신선한 공기를 이용하여 온도와 습도가 제어되어야 한다는 것이 있다. 따라서, 그중 온도와 습도를 제어하는 기술에서 전열교환을 사용하는 기술로서, HVAC (heating,ventilation, air conditioning) 시스템, 즉 난방, 환기, 냉방 이들을 통합한 ‘공기조화설비’는 실내 및 자동차 환경의 안락을 위해 쓰이는 기술이 있다. 이 시스템에서는 습하고 신선한 공기를 실내로 제공하고 건물 내의 공기를 대기로 배출하는 것이 주요 기능이며, 건물 내로 새로 유입하기 전의 신선한 공기를 배기 공기의 온도 및 습도와 거의 동일하게 조정하는 기술이 필요하다.
	습기를 조절하는 기술이 필요한 이유는 무엇인가?	이렇게 실내에서의 적당한 습기는 인간이 살아가는데 이로운 부분이 많다. 하지만, 습기가 너무 많으면 곰팡이나 세균이 번식하기 쉬운 환경으로 변하여, 이로 인한 문제로 질병이 쉽게 유발될 수 있어서 습기를 조절하는 기술이 필요로 한다. 특히 우리나라는 반도로 삼면이 바다로 쌓여있고, 장마철의 많은 습기로 인하여 곰팡이와 세균의 번식, 제품 품질 저하, 식품안전 문제, 전기 안전 문제 등의 많은 문제가 있다[1-3].
	실내공기질의 개선을 위하여 신선한 바깥공기를 유입하는 것에 문제점은 무엇인가?	따라서, 실내공기질의 개선을 위하여 신선한 바깥공기를 유입하여야 한다. 하지만, 여름철의 고온다습한 실외공기를 실내로 유입할 때 냉방으로 인한 에너지 소비가 커지고, 겨울철의 차가운 공기의 실내 유입은 난방 에너지 사용으로 인한 에너지 소비가 크다는 문제점이 있다[4]. 그리고, 건강한 건물 조건에는 실외의 신선한 공기를 이용하여 온도와 습도가 제어되어야 한다는 것이 있다.

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저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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