[논문]불소계 고분자로 코팅된 복합 막의 기체투과 특성

정미애; 황해영; 고형철; 하성용; 남상용

불소계 고분자로 코팅된 복합 막의 기체투과 특성
Gas permeation properties of amorphous fluoropolymer coated composite membranes 원문보기

정미애 (경상대학교 나노신소재공학과, 공학연구원, 아이큐브 센터) , 황해영 (경상대학교 나노신소재공학과, 공학연구원, 아이큐브 센터) , 고형철 (경상대학교 나노신소재공학과, 공학연구원, 아이큐브 센터) , 하성용 ((주) 에어레인) , 남상용 (경상대학교 나노신소재공학과, 공학연구원, 아이큐브 센터)

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문제 정의

또한 이 고분자는 높은 투과 선택도를 가진 조밀 막으로 기체 이동 성질은 코팅된 필름에 의해 결정이 되는데, 막 제조시에는 낮은 끓는점과 높은 휘발성을 가지는 특정 용매가 fractional free volume(FFV) 내에 잔존하는 경향을 나타내는 것으로 보고되고 있다. 본 연구에서는 지지체로 다공성 Polysulfone 평막에 여러가지 농도의 유리상 불소계 고분자를 코팅하여 복합 막을 제조하여 용매의 잔여량에 따른 열적 성질의 변화와 순수 가스 투과 특성을 연구하였다.

제안 방법

순수한 무정형 fluoropolymer.의 g가 136℃인 반면에 여러T 건조 조건에서 제조된 막의 경우, 잔존 용매가 감소함에 따라 Tg는 중가 하였다, 그림 2는 Polysulfone 평막에 10 wt%의 amorphous flinppolymer를 코팅하여 건조 시간은 6시간으로 동일하고 건조 온도를 25C, 60℃, 90C로 조정하였다* 이에 높은 온도에서 건조 할수록 amorphous fluropolymer의 Tg는 점점 높아지는 것을 확인할 수 있었으며 이에 따른 기체 투과 특성을 연구하였다.
코팅 용액의 농도를 1 wt%, 5 wt%, 10 wt%로 변화시켜 조절하였으며, 건조 시 여러 온도 조건에서 각기 다른 시간을 두어 복합 막을 제조하였다. 이렇게 제조된 막의 Tg를 DSC로 확인하였고, 코팅된 무정형 fluoropolymer의 영향으로 Tg가 변화가 일어났으며, 이에 따라 복합 막의 순수 기체 투과 측정기로 질소, 산소, 헬륨, 이산화탄소, 수소를 대상으로 변화된 Tg에 따라 기체 투과량을 확인하였다.
제조하였다. 코팅 용액의 농도를 1 wt%, 5 wt%, 10 wt%로 변화시켜 조절하였으며, 건조 시 여러 온도 조건에서 각기 다른 시간을 두어 복합 막을 제조하였다. 이렇게 제조된 막의 Tg를 DSC로 확인하였고, 코팅된 무정형 fluoropolymer의 영향으로 Tg가 변화가 일어났으며, 이에 따라 복합 막의 순수 기체 투과 측정기로 질소, 산소, 헬륨, 이산화탄소, 수소를 대상으로 변화된 Tg에 따라 기체 투과량을 확인하였다.
fluoropolymer 용액을 캐스팅하였다. 표 2에 나타낸 조건에 맞추어 건조하여 제조한 복합 막은 DSC를 통하여 Tg의 변화를 확인하였다. 그림 2 에서 Polysulfone의 Tg인 187℃의 피크 이외에 무정형 fluoropolymer의 잔존 용매의 영향으로 100℃±20 부근에서 다른 피크를 확인할 수 있다.

대상 데이터

다공성 Polysulfone 평막에 불소계 무정형 고분자 용액을 코팅하여 복합 막을 제조하였다. 코팅 용액의 농도를 1 wt%, 5 wt%, 10 wt%로 변화시켜 조절하였으며, 건조 시 여러 온도 조건에서 각기 다른 시간을 두어 복합 막을 제조하였다.
복합 막의 제조는 먼저 60X: 오븐에서 건조한 Polysulfone 평막에 무정형 fluoropolymer 용액을 캐스팅하였다. 표 2에 나타낸 조건에 맞추어 건조하여 제조한 복합 막은 DSC를 통하여 Tg의 변화를 확인하였다.

성능/효과

그 결과, 실온에서 건조시킨 것은 높은 온도에서 건조된 것보다 많은 양의 용매가 남아있었고, 이에 따라 Tg는 아주 낮게 관찰되었다. 그 결과, 남은 용매의 양이 많을수록, 이에 의한 가소화 영향이 커져 유리 전이온도가 낮아진다는 것을 알 수 있었다. 그림 2는 DSC 측정 결과 값을 나타냈다.
불소계 유리상 고분자 자체의 유리전이 온도는 약 136℃이었다. 그 결과, 실온에서 건조시킨 것은 높은 온도에서 건조된 것보다 많은 양의 용매가 남아있었고, 이에 따라 Tg는 아주 낮게 관찰되었다. 그 결과, 남은 용매의 양이 많을수록, 이에 의한 가소화 영향이 커져 유리 전이온도가 낮아진다는 것을 알 수 있었다.

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