초록 ▼

□ 연구개요
본 과제에서는 다공성 고분자막을 이용하여 높은 미세입자 여과율 및 포집 용량, 낮은 압력 강하율을 보이는 재사용 가능한 초박막 투명 멀티스케일 고분자 필터를 개발하였다. 기존의 상용 필터 또는 마스크로 사용되는 섬유 기반의 필터는 불규칙한 크기의 기공과 두껍고 적층된 섬유층으로 구성되어 필터로 적용하였을 때 큰 내부 압력 차를 발생시킨다. 이로 인해 외부에서 더 큰 압력을 가해야 정상적으로 입자를 여과할 수 있고 보건용 마스크로 적용하였을 때도 큰 압력 차로 인해 호흡이 불편해진다는 단점을 지닌다. 이러한 기존의

□ 연구개요
본 과제에서는 다공성 고분자막을 이용하여 높은 미세입자 여과율 및 포집 용량, 낮은 압력 강하율을 보이는 재사용 가능한 초박막 투명 멀티스케일 고분자 필터를 개발하였다. 기존의 상용 필터 또는 마스크로 사용되는 섬유 기반의 필터는 불규칙한 크기의 기공과 두껍고 적층된 섬유층으로 구성되어 필터로 적용하였을 때 큰 내부 압력 차를 발생시킨다. 이로 인해 외부에서 더 큰 압력을 가해야 정상적으로 입자를 여과할 수 있고 보건용 마스크로 적용하였을 때도 큰 압력 차로 인해 호흡이 불편해진다는 단점을 지닌다. 이러한 기존의 섬유 기반 필터의 한계점을 극복하기 위한 초박막 투명 멀티스케일 고분자 필터 개발을 위해 다음과 같이 4단계의 연구내용 및 추진체계로 접근하였다.
● [1단계] 초박막 투명 멀티스케일 필터 제작을 위한 균일한 크기의 기공 형성 기술 개발
● [2단계] 다공성 고분자 필터의 구조적 다양성 확보 및 설계 규칙 확보
● [3단계] 고분자막의 환경에 따른 구조적 변형 방지 및 구조적 안정성 확보
● [4단계] 다공성 고분자 필터의 최적의 작동 조건 구축 및 고성능 필터 구현

□ 연구 목표대비 연구결과
본 과제의 연구 목표로서, 구조적으로 안정적인 균일 다공성 고분자막을 이용하여 높은 미세입자 여과율 및 포집 용량, 낮은 압력 강하율을 보이는 고성능 필터를 제작하고자 하였다. 연구수행을 통해 다음과 같은 결과를 확보할 수 있었다.
● 필터용 UV 경화성 고분자 물질, 몰드용 고분자 물질 선정 및 나노 기공 층-마이크로 지지층 디자인룰 확립을 통한 투명 멀티스케일 고분자 필터 제작 공정을 확립하였다.
● 다양한 패턴의 지지층을 가지는 고분자형 마스크 제작을 위한 마이크로 홀-나노 라인 멀티스케일 구조 및 패턴별 다공성 고분자막 제작 규칙을 확보하였다.
● 필터로 적용하기 위한 직립구조의 기공을 가진 고분자막 제작을 위해 고분자막의 좌굴 현상에 대해 분석을 수행하였다. 멤브레인의 낮은 기계적 안정성을 유발하는 좌굴 현상을 방지하기 위해 외부 압력과 종횡비에 대한 설계 규칙을 확보하였다. 또한 습한 환경에서 마이크로 홀-나노 라인 구조의 멀티스케일 고분자막의 안정성에 대한 설계 규칙을 고안하였다.
● 안정적인 구조의 투명 멀티스케일 고분자막을 활용한 필터 성능 측정 시스템을 구축하여 초미세먼지(PM2.5) 85%의 입자 여과 효율과 0.03의 양질계수, 높은 포집 용량, 낮은 압력 강하율과 더불어 세척 후 재사용 가능한 초박막 투명 멀티스케일 고분자 필터의 제작을 달성하였다.

□ 연구발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
본 과제에서 제안하는 재사용 가능한 초박막 투명 멀티스케일 고분자 필터 개발은 기존의 에어필터의 단점을 보완 가능하며, 고분자막의 투명하고, 유연한 특성으로 인해 인체용 마스크로써도 활용 가능하므로 사회적으로도 인류 복지 향상에 크게 기여할 수 있으며 저렴한 고분자막 제작 공정비로 경제적인 우위성을 확보 가능하다. 또한 균일 다공성 고분자막의 경우 기공의 직경, 기공 사이의 간격, 고분자막의 두께 및 면적을 자유롭게 조절 가능하여 입자 발생 환경에 따라 고분자막 필터를 선택적으로 구성하고 소형화 및 대형화가 용이하여 최적의 입자 여과 효율을 확보할 수 있다. 해당 기술을 통해 휴대용, 가정용, 산업용, 군사용 미래형 필터 개발을 위한 기반 기술로 활용하고자 한다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• ● 1차년도 수행 과정 및 내용 (2019.03.01~2020.02.28) ... 5
• ● 2차년도 수행 과정 및 내용 (2020.03.01~2021.02.28) ... 6
• ● 3차년도 수행 과정 및 내용 (2021.03.01~2022.02.28) ... 7
• ● 4차년도 수행 과정 및 내용 (2022.03.01.~2023.02.28) ... 9
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 11
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 11
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 (연구개발 결과의 중요성) ... 12
• ● 연구개발 결과의 중요성 ... 12
• ● 기술적 파급효과 ... 13
• ● 사회·경제적 파급효과 ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 자체점검표 ... 14
• 7. 참고문헌 ... 14
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• 붙임2 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 17
• 끝페이지 ... 35