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고분자막에 관한 내용

정밀여과막정밀여과 공정(microfiltration)이란 용액에 녹지 않느느 colloid크기 이상의 입자를 분리하는 고정이며 이때 사용되는 분리막을 정밀여과막이라고 한다. 정밀여과막은 기공의 크기 (pore size)로 다른 용도의 막과 구분되는데, 대개 0.1~10μm정도의 기공의 크기를 갖는 분리막들이 이 범주에 속한다. 정밀여과막은 용액에 용해되어 있는 용질들이 비록 크기가 크다 하더라도 이들이 막을 투과하는데 지장을 주지 않을 정도로 충분히 다공도 (porosity)도 커야 한다.정밀여과막이 효과적인 기능을 수행하기 위하여 갖추어야 할 요건들로는 다음과 같은 것들을 들 수 있다.1) 기공의 크기가 균일하여야 한다.2) 다공성이 높아야 한다.3) 실질적인 분리기능을 수행하는 최소 기공이 존재하는 활성층의 두께가 얇아야 한다.같은 소재라 할지라도 제조공정에 따라 막의 구조 및 특성이 변화된다. 소재별. 제조공정 별 정밀 여과막의 종류는 다음과 같다.2.1 고분자 분리막2.1.1 소결막소결막은 그 기능이나 제조 공정 면에서 가장 단순한 막이다. 고분자 powder를 mold 에 넣고 용융점 보다 약간 낮은 온도까지 가열한 후 press로 소결(sintering)하면 두께 100 ~ 500μm의 정밀여과막이 얻어진다. 이 공정으로 제조되는 정밀여과막은 10~40%의 낮은 다공도를 가지며 가공의 모양이 불균일하고 기공 크기 분포도 넓다는 단점을 가지고 있다. 소결막의 기공 크기 및 분포를 결정하는 가장 중요한 인자는 powder의 크기 및 균일성이다. 현재 소결막의 재료로 주로 사용되는 것은 ceramic재료,graphite나 metal powder 등이며 고분자 powder도 teflon 등이 사용되고 있으나 그리 다양하지는 못하다.소결막은 mold의 형상에 따라 여러 가지 모양을 갖게 되는데 주로 disc, catridge, fine-bore tube 등의 형태로 제작되고 있다. 소결막은 그 재질이나 제조 공정 상의 특징으로 볼때 colloid 용액이나 현바와 같이 결정성 고분자 내의 비결정성 부분이 결정성 부분에 비하여 약하기 때문에 이 부분에서 연신이 일어나며 기공이 형성되게 된다. 또한 연신이 일어나면서 연성 방향으로 아주 미세한 fibril들도 생겨난다. 연신막의 제조공정은 그림 2에 나타내었다.연신막은 매우 높은 다공성을 가지며 다공도가 90%까지도 가능한 것으로 알려져 있다. 또한 원래의 film 자체가 균일하면 전체적으로 연신이 균일하게 일어나므로 규칙적인 기공 및 균일한 기공크기 분포를 갖게 된다. 또한 연신공정은 용매나 비용매, 첨가제 및 추출제 등을 사용하지 않는 공정이므로 정밀여과막 자체의 청결성을 유지 할 수 있어서 의료용 분리막의 제조에 적합하다. 또한 결정성 고분자를 소재로 하고 고온용액의 처리에도 유리하다.연신막의 가장 대표적인 것으로 Gore 사에서 제조한 Gore-Tex를 예로 들 수 있는데 이는 teflon을 연신하여 만든 것으로서 소위 breathing wear라고 불리워지는 통기성 우비의 생산에 주로 사용되고 있다. 즉 소재 자체의 소수성 때문에 비록 기공이 존재하는 다공성 구조라고 하더라도 물은 침투하지 못하고 공기 등의 기체는 기공을 통과하여 자유롭게 투과 할 수 있다. 또한 최근 들어 membrane blood oxygenator와 membrane distillation과 같은 vapor permeation 공정에도 많이 이용되고 있다.2.1.3 Track Etching 막Track etching공정에 의해서도 정밀여과 내지는 한외여과막을 제조할 수 있는데 이 track etching막은 capillary pore라고 불리우는 기공의 크기가 매우 균일하고 기공의 형태도 글곡도(totuosity)가 전ㅇ혀 없는 완전한 cylinder형태의 기공을 갖고 있어서 정확한 분획분자량을 가지며 기공 내에서의 물질전달 저항이 작다는 장점을 가지고 있다. Track etching 공정은 두 가지 단계로 이루어 지는데 첫 번째 단계에서는 두께 10~20μm의 고분자 film을 핵반응기에서선 beam을 오래 조사하게 되면 beam을 이미 맞은 부위나 인접 부위에 또다시 방사선 beam이 조사되어 원래의 기공크기와는 다른 크기의 기공이 형성될 수 있으므로 조사시간의 한계가 있고 유사한 이유에서 etching용액에서의 체류시간도 제한하게 된다. 그러지 않을 경우 track etching막의 가장 큰 장점인 균일한 기공의 크기를 유지할 수 없으므로 이점에 유의해야 한다.현재 track etching 막의 소재로 주로 사용되고 있는 고분자 film은 polycarbonate와 polyester인데, 이들 소재에만 국한되고 있는 이유는 이들이 10~20μm 두께의 film으로 가공이 가능한 고분자 소재이기 때문이다. 이 두께는 0.8내지 1 MeV의 에너지를 갖는 방사선 beam이 침투할 수 있는 최대거리이기 때문에 film이 이보다 더 두꺼워지면 한쪽 면에서 다른쪽 면까지의 기공이 형성되지 않는다. 현재 가속기를 이용하여 이들의 에너지를 10MeV까지 올릴 수 있으므로 두께 50μm 이상의 고분자 film이나 mica와 같은 무기재료를 사용하여 track etching막을 제조할 수는 있으나 아직 상품화 된 것은 없다. Track etching막은 기공 크기 분포가 좁고 기공의 모양이 단순하여 plugging 현상이 적어서 분석화학 분야나 미생물학 분야, 의료용 진단이나 치료분야 등에서의 요구사항을 충족 시킬수 있다는 장점을 갖고 있지만 다른 공정으로 제조한 정밀 여과막에 비하여 다공도가 떨어지고 따라서 투과량도 작다는 단점외에 제조공정이 복잡하고 제조단가가 높아 가격이 비싸다는 문제점도 갖고 있다.2.1.4 용매교환법에 의한 상변환막분리막을 제조하는 가장 보편적인 방법은 상변환을 이용하여 다공성을 부여하는 상 변환법인데 그 중 용매와 비용매의 교환에 의한 고분자의 침전을 이용하는 것이 현재 정밀여과막이나 한외여과막을 상업적으로 제조하는데 가장 많이 이용되고 있다. 용매교환법에 의한 상변환막의 제조공정을 도식화하면 그림 4와 같다.고분자 소재를 적정환이 일어나도록 하면 경로 A를 따라서 조성이 변하게 된다. 열역학적으로 stable region에서 unstable 혹은 metastable region으로 들어가면서 고분자의 침전이 일어나게 된다. 한편 고분자 용액중의 용매를 증발시키면 경로 B를 따라가면서 고분자의 농도가 증가하여 skin layer를 형성하게 된다. skin layer를 갖는 비대칭막은 주로 역삼투막이나 한외여과막으로 주로 사용되며 정밀여과막은 대개 대칭막(isotropic membrane)으로 되어 있다.용매 교환법에서 막의 구조에 가장 영향을 미치는 인자는 고분자의 침전속도 혹은 용매와 비용매의 교환속도이다. 그림 6,7에서 보는바와 같이 침전속도에 따라 형성되는 구조가 달라짐을 알 수 있다. 대개 침전속도가 빠르면 거대기공의 fingerlike 구조가, 침전속도가 느리면 미세 기공의 sponge 구조가 얻어진다. 침전속도를 조절하기 위한 여러 가지 연구가 진행되고 있으며 가장 우선적으로 고려하여야할 인자는 고분자, 용매, 비용매간의 상용성이다. 이들 간의 상용성이 상분리도에서 binodal 혹은 spinodal curve의 위치를 결정하게 된다. 균일용액의 상분리도에서의 위치가 binodal 혹은 spinodal curve에 가까우면 쉽게 침전이 일어나고 멀면 더디게 일어난다. 따라서 사용목적에 따라 용매롸 비용매를 적절히 선정하여야 한다. 또한 용매와 비용매는 서로 상용성이 있어야 상호교환이 이루어 질 수 있으므로 이 점에 유의 해야 한다. 이 밖에 막의 구족에 영향을 미치는 인자로는 다공도에 직접 관계되는 고분자 용액의 조성, 용매와 비용매의 교환속도를 결정하는 확산계수, 용매의 증발과 관계되는 온도 및 습도, 기타 첨가제 등을 들 수 있다. 용매 교환법에 의한 상변환막의 소재로는 polysulfone계가 주종을 이루고 있으며 cellulos계 Nylon계 고분자도 많이 사용되고 있다. 그림 8에 이상의 4가지 공정으로 제조한 정밀 여과막의 사진을 수록하였다.2.1.5 열유도 및 내열성 등이 탁월한 고분자를 소재로 하여 막 성능이 극히 우수한 다공성 고분자 분리막 제조공정의 고안이 요구되고 있으며 이를 해결할 수 있는 한가지 방법으로 제안된 것이 최근 미국, 일본, 유럽 등지에서 중점 연구되고 있는 열유도상분리법(Thermally Induced Phase Separation, 이하 TIPS)이다. TIPS공정에서는 고분자의 용융점을 상회하는 온도에서 고분자를 매우 미세하게 분산 시킬 수 있는 희석제와 melt-blending 하여 균일한 single-phase 의 용융액을 만들고 이를 적당한 막의 형태로 성형한 후 가해진 열을 제거하여 냉각시킴으로써 상분리를 일으킨 후 희석제를 적당한 추출제로 추출하면 이 부분이 고분자 matrix내에서 void volume이 되고 그 결과 고분자 matrix 전체적으로 다공성이 부여된다. TIPS 공정도를 모식화하면 그림 9와 같다. 또한 냉각속도를 조절해 줌으로써 상분리 domain의 크기를 조절할 수 있으므로 최종적으로 pore size의 조절이 가능하다.TIPS공정은 그림 10과 11에서 작용하는 고분자와 희석제의 종류 및 상분리를 일으키는 경로의 차이에 따라 liquid-liquid 상분리의 의한 방법과 solid-liquid 상분리에 의한 방법의 두가지로 나뉠 수 있다. Liquid-liquid 상분리가 일어날 수 있는 X 조성을 가지는 polymer solution을 서서히 냉각하여의 binodal curve상에 도달하게 되면 이 polymer solution은의 조성을 가지는 polymer rich phase와의 조성을 가지는 polymer poor phase로 상분리가 일어나게 되는데, 이때 polymer rich phase가 continuous phase를 이루며 polymer poor phase가 dispersed phase를 이루면서 상분리가 진행된다. 계속하여 냉각과정을 진행시키면의 조성을 가지는 polymer rich phase는 nucleation and growth me동시에

공학/기술| 2008.12.23| 5페이지| 1,000원| 조회(213)

분리, 고분, 공존, 다공성, 조하

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고분자 공학

고분자 공학 입문과제 #3이명천 교수님20413303노 창 현2. 다음의 polysaccharide계 고분자에 대하여 조사하시오.(1) 히아루론산(hyaluronic acid)아미노당과 우론산으로 이루어진 복잡한 다당류의 일종으로 콘드로이틴황산 등과 함께 주요한 무코 다당류이다.1934년 K.H Meyer가 처음 소의 초자체로부터 얻었다. 초자체(hyaloid)의 우론산이라는 의미로 명명되었다. P.A Levene의 무코이틴에 거의 해당한다. 또 무코신이라고 불리는 것은 이것의 구성 이당류인 히알비오우론산(hyalbiouronic acid, 단, 위 구조식에서 아세틸기는 없다)에 해당한다. 같은 수의 D-글루쿠론산과 N-아세틸-D-글루코사민이 교대로 ?-1,3 및 ?-1,4에 노르말 사슬 모양으로 결합한 것이라 여겨지고 있지만 결합에 관해서는 다른 주장도 있고, 또 분지 구조라고도 여겨진다.동물의 모든 조직, 특히 간충 조직에 넓게 분포하고, 초자체, 양수, 탯줄, 관절액, 늑막액, 피부, 닭의 벼슬 등에 많다. 특히 탯줄에는 생조직의 1~3%에 달하고 또한 초자 체에서는 건조물의 약 ¼을 차지하고 있다. 피부, 탯줄에서는 콘드로이틴량과 거의 같다. 단백질과 결합하지 않고 유리하여 존재한다고 생각된다. 어떤 종의 세균의 협막에도 있고 연쇄 구균 A형,C형에 두드러진다.보통 탯줄을 재료로 하고, 잘게 부순 후 단백질의 대부분을 펩신 혹은 트립신으로 분해해서 제거하며 다시 나머지를 클로로포름-아밀알코올과 흔들어 겔로 해서 제거한 후, 피리딘의 존재 하에서 황산암모늄으로 분별 침전을 하여 다른 다당류를 없앤다. 이외에 아세트산나트륨, 페놀, 트리클로로아세트산으로 추출하는 방법, 알코올에서 침전하는 방법 등이 있다. 액체시료의 경우는 우선 아세톤, 아세트산에서 단백질 복합체로서 침전 시킨 후 마찬가지로 처리한다.무정형 고체로 흡습성이 있다. 고분자 다염기성 산으로 산 또는 염으로 물에 녹고, 수화하여 서로 미셀을 만들며, 아주 끈끈한 용액이 되어 유동 복굴절을 나타낸 되는 노르말 사슬 분자인데 갈조류의 중요한 구조 다당류이다. 그 각종의 염을 포함한 총칭으로 또는 공업적으로는 그 나트륨염을 특히 알긴이라고 부른다.대다수의 갈조류 세포벽에 칼슘염 또는 마그네슘염으로 존재하고 갈조류의 다시마 Laminaria japonica Aresch(다시마과)에서는 건물량의 60%에 달한다.공업적으로는 먼저 해조를 염화칼슘 용액 및 염산에서 씻은 다음 탄산나트륨 액에서 추출하고 염산 또는 염화칼슘에서 침전시켜 정제하고 마지막에 나트륨 또는 암모늄염으로 한다. 구미에서 주요 원료는 giant kelp Macrocystis petrifier이다. 실험실에서는 시판 품을 다시 정제하거나 또는 Sargassum horneri Ag, 또는 S. micracanthum Yendo에서 묽은 탄산나트륨 용액으로 추출하면 양질의 것이 얻어진다.유리된 산은 찬 물에 녹지 않는다. 뜨거운 물에 조금 녹는다. 상당히 강한 산성을 나타낸다(아세트산칼슘에서 아세트산을 유리한다). 알칼리 금속 및 암모늄염은 물에 녹아서 점조한 용액으로 되는데 젤은 만들지 않는다. 다른 금속 이온을 첨가하면 그 양에 의해 젤을 만들고 이어서 침전된다. pH를 3 이하로 하면 같은 젤을 만들고 유리산이 침전된다. pH를 3이하로 하면 같은 젤을 만들고 유리산이 침전된다. pH를 3 이하로 하면 같은 젤을 만들고 유리산이 침전된다. 나트륨염은 백색 내지 황색을 띈 분말이다. 어느 것이나 유기 용매에는 녹지 않는다.산 가수 분해에 대한 저항성이 매우 크고 분해에는 심한 조건을 필요로 한다. 뜨거운 알칼리에서는 쉽게 분해되는데 어떤 것으로 해도 정량적으로 만노우론산을 얻을 수는 없다. 진한 염산을 작용시키면 카르복시기는 그 젤 상태 모체에 결합한 형을 하고 있어 이온 교환 반응을 나타내기 때문에 천연산의 유기질 교환체의 일종이라고 생각된다. 특히 철(Ⅲ)에 대한 선택 흡착성이 크다.알긴산의 용도로는 나트륨염 용액을 각종 금속 이온을 함유한 중탕 중에 방사하면 사용한 금속의 종류에 따라서 체내 중금속 및 오염 물질 배출 등의 효과가 있다. 인체에 가장 흡수되기 쉬운 키토산의 형태는 키토산올리고당이며, 키토산 산성염의 경우 키토산의 아미노기 대신에 염이 들어가 있어 효능이 크게 저하되므로 주의가 요망된다.(4) 아가로스(agarose)(a) (b)아가로스(agarose)는 젤 상태를 만들어주는 물질이다. 해초에서 추출된 것으로 아가로스는 부서지기 쉽고 손으로 잘못 만지면 쉽게 망가진다. 아가로스(agarose) 젤은 비교적 큰 크기의 pore를 가지고 있어 일차적으로 200kdal이 넘는 큰 분자들을 걸러내는데 사용된다. 아가로스(agarose) 젤은 폴리아크릴아미드 젤보다 과정은 빠르지만 이들의 해상력(걸러내는 분해능력)은 낮은 편이다. 그 이유는 아가로스(agarose) 젤의 조직망이 서로 멀리 떨어져 있기 때문이다. 그리고 이것으로 pore 사이즈를 만들어내며 인위적으로 그 사이즈를 조절할 수는 없게 된다.1,3결합인 ?-D-갈락토스(a)와 1,4결합인 3,6-안히드로-a-L-갈락토스(b)와의 교호결합으로 이루어져서, 겔화 힘이 센 중성 다당류이다. 한천의 주요한 다당 성분이며 따로 소량 성분으로서, 겔화 힘이 약한 산성 아가로펙틴이 있으나, 이것은 아가로스에 소량인 황산기, 피루브산 잔기, 글루쿠론산 등이 결합한 것이다. 아가로스 겔은 생체물질류의 분리용으로 쓰이는 외에, 그 히드록시기에 각종 치환기를 도입하여, 펩티드·단백질·효소 등을 특이적으로 고정화하는(→친화성크로마토그래피) 우수한 고분자 다당류 지지체로서 사용된다. 또한 아가로스(agarose)는 아가로비오스(agarobiose)라는 기본 단위로 이루어진 선형의 폴리사카가이드(polysaccharide)인데, 이 아가로비오스(agarobiose)는 갈락토스(galactose)와 3,6-언하이드로갈락토스(3,6-anhydrogalactose)가 서로 교차하여 이루어진 것입니다. 보통 1~3% 농도의 agarose를 사용합니다. 아가로스(agarose)는 주로 젤과 전기영동에 쓰인다.류 등의 결합 조직, 뼈, 이빨, 인대, 어깨, 진피, 근육막 등에 존재한다. 넓은 의미의 콜라겐에 속하는 것의 명칭과 존재는 표3-1과 같다. 콜라겐은 이 조직들의 세포간질에 섬유 상으로 존재하는데 이것을 전자 현미경으로 보면 다시 작은 섬유의 집합체이고, 그 작은 섬유에는 규칙적인 약 650Å 주기의 옆무늬 구 조가 보인다.콜라겐의 제법으로 두 가지가 있는데 그 첫 번째, 역사적으로는 콜라겐 의 견고한 성질을 이용하여 혼재 물질을 유기 용매에 의한 추출, 물세 탁, 묽은 염 용액에 의한 추출, 산 및 알칼리 처리 트립신이나 히알루로니다아제 등의 효소에 의한 작용 등에 의해 제거되고, 콜라겐을 불용 물질로 남긴다. 무두질 가죽 제조는 이 방법에 따른다. 두 번째, 재생콜라겐(regenerated collagen)은 가용성 콜라겐, 프로콜라겐(procollagen), E.S. 콜라겐(extracted skin collagen)이라고도 하며 다음과 같이 하여 얻을 수 있다. 신선한 가죽을 탈지 후 0.06M 시트르산 완충액(pH 4)에서 추출하여 투석하면 FLS 섬유(fibrous long spacing fibril, 섬유상에서 2400Å 또는 1200Å 주기의 옆무늬 구조)가 0.5M 인산수소이나트륨으로 추출하고 투석하여 생긴 침전을 다시 0.2M 시트르산 완충액(pH 3.8)으로 추출하여 투석하면 SLS(segment longs pacing fibril, 길이 2400Å의 단편상으로는 가는 옆무늬 구조)가 재생된다. 천연형, FLS섬유, SLS섬유 삼자간의 상호 변환도 가능하고, 그 기본적 입자를 가상하여 트로포콜라겐(tropocollagen)이라고 한다.소가죽 콜라겐 105g 속의 아미노산 몰수 : Gly363, Ala107, Val29, Leu+Ileu43, Pro131,Hypro107, Phe15, Tyr5, Try0, Ser32, Thr19, CyS-0, CySH0, Met5, Arg49, His5, Lys31, Hylys7, Asp47, Glu77,충류(산호충류)해면 동물콜라겐레티쿨린(reticulin)비트로신(virtosin)콜라겐―이히티오콜(ichthyocol)이히틸에피딘(ichthylepidin)―엘라스토이딘(elastoidin)―――――코르네인(cornein)스펀지결합조직, 뼈, 연골, 이빨, 인대, 어깨진피, 근육막 혈관 내피, 피부, 비장, 췌장림프샘, 지방 조직안구 초자체어깨, 뼈두꺼비, 송장개구리의 체피껍질, 어때, 부레비늘장어의 체피상어의 지느러미의 각질 모침오징어의 결합 조직지렁이의 체피테이네오속의 체피아르바키아속의 입주위, 프라메키누스속의 체피아스테리아스속의 체피중축골격 섬유척추 동물연체 동물환형 동물선형 동물극피 동물"오보케라틴"(ovokeratin)"비소케라틴"(byssokeratin)―――홍어의 난소조개의 족사지렁이의 각피회충의 각피해삼의 방출 섬유4. 다음의 물질에 대하여 조사하시오.(1) 히드록시아파타이트수산아파타이트(Ca10(PO4)6(OH)2, HAP)는 생체 경조직(골, 이빨)을 구성하는 무기성분인 탄산이 함유된 아파타이트의 기본 화합물이다. 실제로 HAP는 세포 그 외의 생체조직 및 그 구성 성분과 높은 친화성을 지닌 것을 나타내고 있다. 따라서 HAP는 분말, 경화다공체 및 소결다공체가 개발 되었고, 소결체는 인플란트(inplant)에 응용되고 있다.HAP의 소결체의 개발에 대해 좀 더 말해보면 HAP는 치밀질 소결체로 얻어지기 어려운데, 1974,1975년 미국과 일본에서 동시에 HAP의 소결체가 개발되었다. 개발된 HAP소결체는 골과 이빨의 미네랄 성분에 매우 가까운 조성의 세라믹스이다. 이 HAP세라믹스는 자기골과 같은 정도로 친화성이 우수한 것이 확인되어 지금 세계적으로 활용되기에 이르렀다.(2) 폴리포스파겐OCH2CF2CF2HN = POCH2CF2CF2H질소/인 함유 폴리포스파젠은 출발물질로서 값싼 포스포니트릴클로라이드(phosphonitrile chloride)를 사용하여 합성되며 일반적인 합성방법은 다음과 같다.Cl Cl OR ORRONaPCl5 + NH타낸다.

공학/기술| 2008.12.10| 12페이지| 1,500원| 조회(434)

아가로스, 표면에너지, 히아루론산, 아파타이트, 계면자유에너지

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