미생물의 세포벽을 구성하는 많은 생물고분자들이 금속이온의 흡착과 이온교환에 주된 역할을 한다는 사실이 연구자들에 의하여 보고되어져왔다. 미생물로부터 유도되어지는 생물고분자들은 이온교환수지나 킬레이팅 수지와 같은 합성 고부나들이 상업적인 흡착제로서 널리 사용되고 있지만, 산업적인 적용에서 다양한 금속 이온들을 회수하기 위한 생물 흡착제로서 유용하다. 이 연구에서는 금속을 제거하는데 유용하고 상업적인 생물고분자들이 소개되어질 것이다.
고흡수성 고분자는 이온성기를 가진 수용성 고분자에 부분적인 가교결합을 도입하여 일반적으로 카르복실기 이온 (-COO-)등과 같은 친수성기를 다량으로 지닌 3차원 망상구조를 지니는 수용성 고분자이다[1]. 여지껏 물을 흡수하는 목적으로 사용된 흡수소재는 면, pulp, sponge 등이 일반적으로 알려져 있다. 이들은 모세관 현상에 의해 물을 흡수하는 것으로 알려져 있으며, 이들 흡수 재료의 흡수능력은 자기 무게의 수백 배로부터 천 배까지의 물도 흡수하며 외압하에서도 잘 탈수되지 않는 고기능성 고분자이며 그 원리는 다음과 같다. (중략)
환경문제에 대해 오래 전부터 관심을 가져온 선진국은 잉크의 수성화에 주력하여 왔으며, 그 결과 이미 수용성 소재의 양산체재에 들어가 수성 원료 사업을 대형화하는 추세에 있다. 이에 한화석유화학 중앙연구소에선 스티렌/아크릴계 수용성 High Solid 수지를 개발하여, 수성 잉크용 분산제, Resin Fortified Emulsion (RFE), UV Resist 잉크, 수성코팅제, 바닥광택제 등에 적요하기 위한 응용기술을 개발하였다. 본 연구는 수성 잉크의 주요 구성 성분인 grinding vehicle. let-down vehicle로 사용되는 수용성 High Solid 수지 (SAA 수지) 및 이를 이용한 에멀젼 수지의 합성과 수성 잉크로의 응용에 대한 것이다. SAA(HCC Soluryl Resin) 수지는 구조적으로 Styrene, Alpha-methyl Styrene, crylic Acid의 삼원공중합체이며 약 70%의 소수성 물질과 30%의 친수성 물질이 Random 하게 중합되어 있으며 약 5000∼15000정도의 낮은 분자량을 가진 물질로, 고고형분에서도 낮은 점도를 유지하기 위하여 분자량과 좁은 분자량과 좁은 분자량을 가지는 수지를 연속벌크중합방법으로 합성하였다. 또한 이를 고분자 유화제로서 사용하여 수지보강 에멀젼수지 (RFE 수지, HCC Soluryl Emulsion) 를 제조하는데 사용하였으며, SAA수지 및 RFE수지를 수성잉크용 분산제, 잉크 바인더용으로 적용하였다.
각종 무수금속염화물을 양이온 교환수지(PK 212)와 같이 이황화탄소 용매속에서 반응시켜 고분자 금속콤플렉스 ${\circled{P}}-AlC_3,\;{\circled{P}}>-FeCl_3,\;{\circled{P}}-SbCl_5,\;{\circled{P}}-SnCl_4,\;{\circled{P}}- ZnCl_2$들을 각각 합성하여 이들의 표면과 절단면을 scanning electron probe microanalyzer로 관찰하였다. 합성된 고분자 금속콤플렉스를 각종 이염기성산과 알코올의 에스테르화 반응에 촉매로 이용하여 고분자 금속콤플렉스의 촉매효과를 비교 검토한 결과 이염기성 카르복실산의 에스테르화 반응에 있어서 고분자 금속콤플렉스들은 유용한 촉매임을 확인하였다.
lithography를 사용하여 패턴 형성에 이용되는 감광성 고분자 바인더 수지로는 통상 아크릴수지 또는 폴리이미드 수지가 사용된다. 폴리이미드 수지는 양호한 성능을 나타내지만 패턴 형성에 난점이 있다. 반면 아크릴수지는 패턴현상성은 우수하지만, 내열성능이 폴리이미드 수지보다는 낮기 때문에 고온 고습하에 기판을 장시간 방치한 경우, 화소내 도막의 변색이나 중량감소 등 여러 문제가 생길 수 있다. (중략)
Amberlite XAD-2 및 XAD-7 수지에 대한 페놀과 그 할로겐 일치환체들에 대한 흡착성을 분포계수를 측정하여 조사하였다. XAD 수지에 대한 페놀의 흡착은 Langmuir 등온흡착으로 설명될 수 있었으며, 이 때의 흡착은 분자의 크기에 따르는, 즉 분산상호작용에 기인하는 전형적인 물리흡착임을 알았다. 고분자 합성수지에 대한 페놀류의 흡착에너지는 Lennard-Jones potential로 계산하였다. 이 때 고분자 수지의 반지름은 수지의 최소기본단위의 van der Waals 부피로부터 계산하였으며 페놀류의 분자 반지름도 같은 방법으로 구하였다. 페놀유도체들의 흡착성은 각 수지에 대한 시료의 Stacking factor (F)-고분자 수지와 페놀류사이의 van der Waals 부피로부터 구한 평형거리의 보정인자-로부터 흡착에너지를 구하고 뱃치법으로 측정한 흡착엔탈피값과 비교함으로써 설명할 수 있었다. 각 수지에 대한 페놀이온의 흡착엔탈피는 쌍극자 작용력이나 하전-쌍극자 상호작용보다 분산상호작용이 주 요인인 것으로 나타났다.
폴리에틸렌 절연 전력케이블, 특히 가교폴리에틸절연 케이블이 고분자 재료분야의 발달에 수반하여 급속히 실용화되어 전압의 계급도 11-23KV급으로 부터 66KV급 이상으로의 개발이 요망되고 있는 실정이다. 미국등 선진국에 있어서는 이미 이에 대한 충분한 연구가 진행되어 시험법이 제정되어 상위전압계급의 케이블 제작을 위한 연구가 활발히 진행되고 있는 상태이다. 따라서 앞으로 우리나라 고전압 분야에 있어서도 상기 분야의 개발을 위한 기초작업으로서 케이블의 사용조건, 케이블의 성능, 케이블의 열화성능, 시험기술등에 대한 조사, 연구, 분석이 필요함은 물론, 관계연구자들의 공동실험등 적극적인 참요가 요망되는 바이다. 본문에 있어서는 현재까지 진행되어 온 외국에 있어서의 합성수지절연체에 대한 여러가지 실험결과에서 판단한 앞으로의 연구과제 및 조사보고를 집약하여 간단히 소개코자 한다.
본 연구에서는 재활용이 가능하며 열가소성 특성을 지닌 신규 고분자 수지를 개발하고 합성하였다. 이렇게 개발된 수지와 판상형 질화붕소(h-BN) 사이의 계면 친화성이 좋음을 계산과학을 통하여 확인하고 열압기(hot press)를 이용하여 복합소재를 제조하였다. 고분자 수지와 필러 사이의 계면 친화성과 함께 복합소재 제조시 발생되는 전단력(shear force) 만으로도 매우 높은 필러 정렬도를 지닌 복합소재를 제조할 수 있었고, 이러한 이유로 복합소재는 최대 13.8 W/mK의 높은 열전도도를 갖는 것을 확인하였다. 또한, 개발된 수지가 화학적으로 분해 가능한 장점을 이용하여 제조된 복합소재로부터 물리/화학적 변성 없이 필러를 회수할 수 있었고 이렇게 회수된 필러는 향후 다양한 신규 복합소재 제조에 재활용이 가능하다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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