표면성장법을 이용한 고강력, 고탄성률 섬유의 제조시, 결정화 온도에 따른 섬유 미 세구조와 물리적 성질의 상관 관계를 미세구조적, 열역학적 관점에서 규명하고자 초고분자 량 폴리에틸렌으로 섬유를 제조하고 결정화 온도에 따른 구조와 인장 성질의 변화를 용융 거동을 중심으로 관찰하였다, 일정길이하에서의 섬유의 용융인 제한 용융에서는 고분자 사 슬배좌의 구속으로 인해 사방정계-육방정계 전이가 일어났다 제한 용융 거동으로부터 라멜 라 구조와 펼쳐진 사슬 결정 부분을 분리할 수 있었으며 결정화 온도가 증가할수록 펼쳐진 사슬 결정의 양이 증가하였다. 결정화 온도가 증가할수록 쉬시-케밥구조에서 펼쳐진 사슬 구조로의 변화가 일어났으며 결정내의 결점도 줄어들었다. 결정화 온도가 증가할수록 구조 의 변화로 인해 인장 성질이 향상되었다. 인장 성질은 펼쳐진 사슬 결정의 양에 큰 영향을 받았다. 인장 강도는 펼쳐진 사릉의 양과 사슬내의 결점들에 의해 큰 영향을 받았으며 인장 탄성계수와 절단 신도는 인장 강도보다 펼쳐진 사슬의 양에 더 크게 영향 받았다.
엑서지 개념을 이용하여 BTX 공정의 일부인 분별증류 및 수소첨가알킬제거 공정에 대한 열역학적 해석을 실시하였다. 공정에 화학반응이 관계되는 까닭에 엑서지 값은 물리적 엑서지와 화학적 엑서지의 합으로서 구했으며 모든 계산은 공정의 조업자료를 바탕으로 한 전산 모사의 결과를 기반으로 하였다. 엑서지 손실을 구동 엑서지와 물질 엑서지 손실로 구분하여 정의하고 각각의 값을 구하였으며 그 결과를 바탕으로 공정의 에너지 이용 개선방안을 제시하였다. 엑서지 해석을 통해 공정의 내부에서 손실되는 엑서지 정확한 양과 그 위치를 파악할 수 있었으며 엑서지 해석이 산업생태학 개념의 이용과 손실방지책 연구를 위한 기초가 될 수 있음을 확인할 수 있었다.
순수 물에서 음이온 계면활성제인 Sodium dodecylbenzenesulfonate(DBS)와 비이온 계면활성제인 Polyoxyethylene(4) lauryl ether(Brij 30)의 혼합계면활성제의 임계미셀농도(CMC)와 반대이온의 결합상수(B)값을 288 K에서 308 K까지의 범위에서 DBS의 겉보기 몰분율(1)의 함수로서 전도도법과 표면장력계법으로 측정하였다. 측정한 CMC의 온도의존성으로부터 DBS/Brij 30 혼합계면활성제의 미셀화 현상에 대한 여러 가지 열역학적 함수값들(Smo, Hmo 및 Gmo)을 계산하고 분석하였다. 그 결과, 측정범위 내에서 Gmo은 모두 음의 값을 그리고 Smo은 모두 양의 값을 나타내었다. 이에 반하여 Hmo은 측정한 온도와 1의 값에 따라 양 혹은 음의 값을 나타내었다.
아닐린 수용액에서의 암모늄형 양이온성 계성면활성제 (DTAB, TTAB 및 CTAB)의 미셀화에 대한 임계미셀농도(CMC)값을 UV-Vis법으로 측정하였다. 290K ~ 314K 사이에서 측정된 양이온성 계면활성제의 CMC값의 변화로부터 미셀화에 대한 Gibbs 자유에너지(${\Delta}G^0$)값을 구하고, 이 값으로부터 엔탈피(${\Delta}H^0$)와 엔트로피(${\Delta}S^0$)를 계산하고 분석하였다. 또한 n-부탄올 및 염화나트륨의 농도 변화가 미셀화에 미치는 영향을 열역학적 함수를 이용하여 비교 분석하였다. 실험한 온도 구간 및 첨가제의 농도 범위 내에서 측정된 모든 ${\Delta}G^0$ 값은 음의 값을 나타냈었으며, 엔탈피(${\Delta}H^0$) 변화값은 모두 음의 값을 그리고 엔트로피(${\Delta}S^0$) 변화값은 모두 양의 값을 나타내었다. 아닐린 수용액에서 양이온성 계면활성제의 미셀화는 자발적 발열반응이며, 열역학적 값들로부터 계산된 등구조온도에 의하면 이들 계면활성제의 미셀화는 엔탈피(${\Delta}H^0$)와 엔트로피(${\Delta}S^0$)가 거의 동일하게 기여하고 있음을 알 수 있었다.
산성비의 주요 원인인 이산화황($SO_2$)을 배기가스로부터 효과적으로 제거하기 위한 용매 중 이온성 액체(ionic liquid, IL)의 $SO_2$ 흡수능 (absorption capacity)을 양자화학적 방법을 이용하여 평가했다. 이를 위해 hydroxyl ammonium 계열의 양이온 monoethanolammonium, diethanolammonium 2종과 carboxylate 계열의 음이온 acetate, formate 2종을 조합하여 총 4종의 IL을 연구에 적용했다. $SO_2$가 IL의 pair, 양이온 또는 음이온과 complex를 형성할 때로 구분하여 계산 모델을 세웠으며, 열역학적 상태 변화와 오비탈 상호작용 분석을 통해 흡수능을 평가하였다. 계산 결과, 음이온-$SO_2$ complex를 적용했을 때 formate에 비해 acetate가 $SO_2$ 흡수에 유리할 것으로 분석되었으며, 이는 이전의 실험 연구에서 얻어진 흡수능 경향성과도 잘 맞는다.
막반응기는 반응물이나 생성물을 선택적으로 분리함으로써 반응과 분리를 동시에 수행한다. 이러한 막반응기는 주로 열역학적인 평형에 의해 전화율이 제약되는 반응의 전화율을 높이기 위해서 연구되어 왔다. 수소의 저장 방법의 하나인 액상 하이드라이드법에서 저장된 수소를 다시 분리해 내기 위해 사용되는 사이클로헥산의 탈수소화 반응에 대해 많은 연구가 이루어졌다. 그러나 앞선 연구자들의 결과는 막의 투과도가 낮아서 반응기의 performance가 투과율에 의해 결정된다고 보고하였다. 본 연구에서는 막의 투과도와 촉매 양의 변화에 따른 사이클로헥산 탈수소화 반응의 전화율 변화를 전산모사함으로써, 최적 혹은 최대의 전화율을 나타내는 투과도 및 촉매 양을 결정하는 방법을 제시한다.
양이온성 계면활성제 (DTAB, TTAB 및 CTAB)에 의한 아닐린의 가용화현상을 연구하기 위하여 UV-Vis법을 이용하여 가용화상수(Ks)와 열역학 함수들을 계산하고 비교하였다. 그리고 이온염과 유기물의 첨가가 가용화상수에 어떠한 영향을 미치는지를 조사하였다. 또한 온도변화에 따른 Ks값의 변화를 계면활성제 종류별로 비교하고 분석하였으며, 가용화상수로부터 구한 여러 열역학적 함수를 비교하고 검토함으로써 아닐린의 가용화현상을 미시적으로 분석하고 해석하고자 하였다. 그 결과 양이온성 계면활성제에 의한 아닐린의 가용화현상에 대한 Gibbs 자유에너지와 엔탈피 변화 값은 모두 음의 값을 그리고 엔트로피 변화값은 모두 양의 값을 나타내었다. 가용화상수 값은 온도가 증가함에 따라 감소하고 계면활성제의 탄소사슬의 길이가 증가할수록 증가하였다. 이온염의 농도가 증가함에 따라 가용화에 대한 Gibbs 자유에너지값은 증가하다가 감소하는 경향을 보였다. 그리고 n-부탄올의 농도가 증가함에 따라 Gibbs 자유에너지는 계속 증가하는 경향을 보였다.
상전환법을 이용하여 폴리설폰 고분자막을 제조하고 막의 형상과 투과특성을 측정하였다. 폴리설폰, n-메틸피롤리돈과 프로피오닉산으로 이루어진 제막용액에서 프로피오닉산은 폴리설폰에 대한 비용매로서 제막용액에 첨가되었으며, 침지용 비용매로는 이소프로필알코올이 사용되었다. 첨가된 프로피오닉산은 제막용액의 열역학적 성질을 변화시켜 열역학적 상분리를 촉진하는 역할을 할 수 있음을 보였으며, 제막용액의 점도는 프로피오닉산의 양에 따라 증가하여 프로피오닉산의 첨가에 따라 유동성이 감소하는 특성을 보였다. 제조된 모든 분리막은 프로피오닉산의 첨가에 따라 뚜렷하게 구분되는 형상을 보였다. 프로피오닉산 없이 제조된 막의 밀집화된 표면층은 프로피오닉산이 10wt% 첨가되었을 때 거의 사라졌으며, 30 wt% 첨가되었을 때 분리막은 알갱이 형태의 표면층으로부터 스폰지 형태의 하부층으로 형상의 차이가 구배를 보이며 나타났다. 물 투과도는 비용매 프로피오닉산의 증가와 함께 증대하였으며 폴리에틸렌글리콜을 사용한 배제율의 경우 프로피오닉산의 증가와 함께 감소하는 것으로 나타났다.
펜타메틸벤젠 및 헥사메틸벤젠과 요오드 및 일염화요오드와의 각계를 사염화 탄소용액에서 자외선 분광광도법에 의하여 연구한 결과 1:1 분자 착물이 형성됨을 알았다. 이들 착물 생성에 의한 흡수최대는 온도가 상승함에 따라 blue shift 되므로 이에 따른 각 온도에서의 평형상수를 구하였다. 이 값으로 부터 이들 착물 생성에 대한 열역학적 파라미터를 산출한 결과 각 온도에서 폴리메틸벤젠과 요오드 및 일염화요오드 사이에 생성된 착물의 상대적 안정도는 ICl이 $I_2$보다 크다는 것을 알 수 있다. 이 사실은 폴리메틸벤젠에 대한 그들의 상대적 산성도를 나타내며 할로겐 원자의 전기 음성도의 차이에 의하여 설명할 수 있다. 그리고 이 계열의 연구결과를 종합하면 벤젠에 치환된 메틸기의 수가 증가함에 따라 ${\lambda}_{max}$는 red shift 하였고 이들 착물의 상대적 안정도가 다음 순서로 증가함을 알 수 있었다.Benzene < Toluene < Xylene < Durene < Mesitylene < Pentamethylbenzene < Hexamethylbenzene. 이에 따른 결과에 대하여 고찰하였다.
상용화제로 poly(styrene-b-methylmethacrylate) [U(S-b-MMA)] 블록 공중합체를 포함한 polymethylmethacrylate (PMMA)와 polyvinylmethylether (PVME) 블렌드의 열역학적 특성과 이들의 기체 투과특성을 조사하였다. 블렌드에 포함된 여러 고분자들 간의 상호작용 에너지를 상분리 온도와 상태방정식 이론으로부터 구하기 위해 다양한 조성의 poly(styrene-co-methylmetha-crylate) (SMMA) 랜덤 공중합체를 제조하고 이를 PVME와 블렌드하여 단상의 블렌드를 제조하였다. 공중합체 내의 스티렌 함량이 70 wt% 이상에서는 SMMA/PVME 블렌드는 단상을 형성할 뿐아니라 LCST 거동을 나타내었다. 여기서 구한 상호작용 에너지를 기초로 PMMA/PVME 블렌드의 상용성을 향상시키기 위해 P(S-b-MMA) 블록 공중합체를 상용화제로 첨가하였다. 분산상으로 존재하는 PVME 고무 입자들의 평균 크기는 상용화제 첨가량이 5 phr 이하에서는 점차 감소하지만 더 이상의 상용화제를 첨가해도 분산상의 크기 변화는 관찰되지 않았다. 일정 블렌드 조성에서 기체 투과도도 상용화제의 양이 5 phr 일때까지는 증가하지만 그 이상의 상용화제 함량에서는 기체 투과도 변화가 관찰되지 않았다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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