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Polymer(Korea), Vol.34, No.1, 1-7, January, 2010
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PMMA가 그래프트된 실리카 나노입자를 포함한 불소계 폴리이미드 복합 분리막의 기체 투과 특성
Transport Properties of Fluorinated Polyimide/PMMA-g-Silica Nanocomposite Membrane
권유미, 임현구, 김주헌†
  • 중앙대학교 화학신소재공학부
Yumi Kwon, Hyungu Im, and Joo-Heon Kim†
  • School of Chemical Engineering & Material Science, Chung-Ang University, Seoul 156-756, Korea
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초록
기체 분리막의 투과 특성을 향상시키기 위하여 불소계 폴리이미드(6FDA-6FpDA) 고분자 매트릭스에 실리카 나노입자를 첨가한 유기-실리카계 복합 소재 막을 제조하였다. 실리카 입자의 분산도를 높이기 위하여 먼저 γ-MPS를 이용한 표면처리 과정을 거친 후, 6FDA-6FpDA와 단일상을 이룰 수 있는 PMMA를 실리카 나노입자 표면에 도입하였다. PMMA-graft-silica와 비교해 보았을 때, 순수 실리카 입자의 경우 불규칙 분산성으로 인하여 투과도는 증가하나 기체에 대한 낮은 선택도를 가졌다. PMMA를 도입시킨 실리카 입자를 첨가한 복합막의 경우 실리카 입자의 함량에 따라 고분자 필름을 제조하여 He, O2, N2, CO2의 기체투과도를 측정하였다. 실험 결과 실리카 입자의 함량이 높아질수록 사슬 정렬 방해에 의한 자유 부피가 증가되어 투과도가 증가되나 1 wt% 이후에는 과량의 실리카 입자의 첨가로 인한 고분자 내의 유효면적 감소로 인해 투과도가 감소하는 결과를 보였다. 전체적으로 가스의 투과도 증가로 인해 선택도의 감소를 보였으나 이산화탄소의 경우 선택도의 증가를 보였으며 이는 실리카 나노입자와 고분자 매트릭스 사이의 상호 결합으로 인해 나타나는 크기 제어에 의한 선택도 향상이다.
To enhance the transport properties of gas separation membrane, we prepared 6FDA-6FpDA based polyimide membrane with PMMA-graft-silica nanoparticles. The silica was grafted PMMA which is miscible with 6FDA-based polyimide after surface treatment by 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane(γ-MPS). The untreated silica/6FDA-6FpDA membrane showed greater permeability and less selectivity than PMMA-g-silica/6FDA-6FpDA due to its low dispersion. The transport properties of PMMA-gsilica/6FDA-6FpDA membrane were measured as a function of filler concentration. These membranes were evaluated using pure gases(He, O2, N2, CO2). The increase in permeation was attributed to changes in the free volume distribution until 1 wt%. After 1 wt%, the permeability was decreased by excess silica which decreased effective area in polymer matrix. The selectivity was decreased with increasing permeability on the whole. However, the selectivity of CO2 showed more enhance value.
Keywords:6FDA-6FpDA;PMMA;silica;dispersity;selectivity
  1. Zou H, Wu S, Shen J, Chem. Rev., 108, 9 (2008)
  2. Balazs AC, Emrick T, Tussell TP, Science, 314, 1107 (2006)
  3. Winey KI, Vaiia RA, MRS Bulletin, 32, 4 (2007)
  4. Caseri WR, Mater. Sci. Tech., 22, 807 (2006)
  5. Schaefer DW, Justice RS, Macromolecules, 40(24), 8501 (2007)
  6. Pieracci J, Crivello JV, Belfort G, J. Membr. Sci., 202(1-2), 1 (2002)
  7. Smaihi M, Jermoumi T, Marignan J, Noble RD, J. Membr. Sci., 116(2), 211 (1996)
  8. Joly C, Goizet S, Schrotter JC, Sanchez J, Escoubes M, J. Membr. Sci., 130(1-2), 63 (1997)
  9. Cong H, Radosz M, Towler BF, Shen Y, Sepa. Purif. Tech., 55, 3 (2007)
  10. Li C, Shao H, Zhong S, Huxue Jinzhan, 16, 83 (2003)
  11. Shi D, Kong Y, Yang J, Du H, Acta Polym. Sin., 4, 457 (2000)
  12. Sadeghi M, Khanbabaei G, Dehaghani AHS, Sadeghi M, Aravand MA, Akbarzade M, Khatti S, J. Membr. Sci., 322, 2 (2008)
  13. Kim JH, Koros WJ, Paul DR, Polymer, 47(9), 3094 (2006)
  14. Kim JH, Koros WJ, Paul DR, Polymer, 47(9), 3104 (2006)
  15. Kim JW, Kim CK, Polym.(Korea), 30(1), 75 (2006)
  16. Comy J, Polymer Permeability, 2nd Ed., Oxford, New York (1990)
  17. Yu YY, Chen CY, Chen WC, Polymer, 44(3), 593 (2003)
  18. Im H, Kim H, Kim J, Mater. Trans., in press.
  19. Robeson ML, Polymer Blends, Hanser, Munchen (2007)
  20. Higuchi A, Agatsuma T, Uemiya S, Kojima T, Mizoguchi K, Pinnau I, Nagai K, Freeman BD, J. Appl. Polym. Sci., 77(3), 529 (2000)
  21. Winberg P, Desitter K, Dotremont C, Mullens S, Vankelecom IFJ, Maurer FHJ, Macromolecules, 38(9), 3776 (2005)
  22. Moaddeb M, Koros WJ, J. Membr. Sci., 125(1), 143 (1997)
  23. Cohen MH, Turnbull D, J. Chem. Phys., 31, 1164 (1959)
  24. Robeson LM, J. Membr. Sci., 62, 165 (1991)
  25. Stern SA, J. Membr. Sci., 94, 1 (1994)
  26. Suzuki T, Yamada Y, J. Polym. Sci. B: Polym. Phys., 44(2), 291 (2006)