In the preparation of ultrafiltration membrane, the effect of the addition of $ZnCl_2$in a casting solution, polysulfone (PSf)/N-methylpyrrolidone (NMP) solution was investigated on the membrane performance. PSf is an uncharged polymer, but PSf/NMP with $ZnCl_2$ showed an electroviscous behavior. The addition of 3 wt\% $ZnCl_2$ to PSf induced red shift of $3 cm^{-1}$ in $1152.2 cm^{-1}$ peak which was assigned to a symmetric vibrational stretching because of $ZnCl_2$ interacted with PSf chain. The addition of $ZnCl_2$ increased the reduced viscosity and decreased the critical concentration, resulting from the association between extended chains. The PSf/NMP solution with $ZnCl_2$ required less water for the precipitation point than saltless solution did. It was observed that the addition of $ZnCl_2$ increased the rejection rate and lowered the molecular weight cut-off (MWCO) of PSf membrane.
A semi-interpenetrating network has been prepared for a polymer membrane. The first network consists of sodium alginate which provides the crosslinked network. The other is polyacrylic acid or polyacrylamide which imparts its characteristic into the polymer network. Using atomic acsorption spectroscopy, it was observed that the swelling of polymer membrane could be regulated by the control of theconcentration of calcium ion. Two types of solutes were used for membrane permeation. In the case of hydrocortisone used as a hydrophilic solute, permeation pattern was closely related to the swelling behavior of the polymer membrane. However, permeation of indomethacin used as a hydrophobic solute wasinfluenced by the intermolecular interaction in the polymer membranecharacterized by the FT-IR spectroscopy.
CHAPTER 1. 기계적 강도가 높고 내열성이 우수한 고분자인 폴리설폰 (polysulfone, PSf)은 다양한 용매에도 잘 녹아 그 가공성이 우수하여 널리 상용되고 있다. 폴리설폰의 용액들은 비용매에 의해 상전이될 때 한외여과 또는 역삼투 기능을 하는 비대칭성 막을 형성한다. 한편, 원하는 사용 목적에 따라 막의 성능을 임의로 조절하고자 하는 연구가 많이 이루어져 오고 있다. 비대칭막의 경우, 그 막의 표면층이 실제 막 으로서의 기능을 하므로 표면층의 구조연구가 필수적인데 이 층은 상전이때 용액이 비용매와 직접 접해서 이루어지는 부분이므로 용액 내에서의 고분자의 구조와 배열은 비대칭막의 표면층 구조에 큰 영향을 주게된다. 본 연구에서는 첨가제가 전구용액에서의 고분자 구조와 배열에 주는 영향과 만들어진 막의 성능 변화간의 관계파악을 연구목표로 삼았다. 첨가제로는 염화아연을 사용되어졌다. 다양한 농도의 염화아연 N-메틸피롤리돈(NMP) 용액에서 PSf 의 농도에 따른 환산점도 측정 결과 비전해 고분자인 PSf 이 염화아연 첨가에 의해 전해 고분자의 점성거동을 따르며, 같은 고분자 농도에서 염화아연의 농도가 증가할때 그 환산점도가 증가하는 것으로 부터 염화아연 첨가에 의해 고분자 사슬이 펼쳐짐을 확인 할 수 있었다. 용액 내에서 염화아연 농도 증가에 따라 고분자 사슬이 꼬임 또는 응축 현상이 일어나는 특성농도가 감소하는 것은 염화아연이 폴리설폰 사슬간 거리를 가깝게 함을 제안하는 결과이다. PSf에 3 wt\% 까지 염화아연을 첨가하면 PSf의 FT-IR 스펙트럼에서 $1152.2 cm^{-1}$ 피크가 $3 cm^{-1}$ 만큼의 적색전이가 일어난다. 이 피크는 폴리설폰의 설포닐그룹의 대칭 신축진동에 의한 것이며 이의 이동은 염화아연과 폴리설폰간의 상호작용을 의미한다. 이상의 자료들로부터 폴리설폰 용액 내에서 염화아연이 폴리설폰과 상호작용하여 사슬을 펼침과 동시에 배열을 돕는 것으로 결론지워진다. 이들 용액으로 만들어진 막의 성능을 조사한 결과 염화아연을 첨가한 막의 경우 물의 투과량은 크게 줄지 않은 반면 막에 의해 걸러지는 양은 많아졌다. 이는 막 표면에 있는 구멍의 전체 부피는 크게 변화시키지 않은채, 표면의 구멍 크기가 작아짐을 지적한다.
CHAPTER 2. 천연 한천에서 추출되어지는 알진산 나트륨은 생분해성 이며 생체에 적합한 고분자이고 2가 양이온에 의해 쉽게 가교 되어지는 특성 덕에 많이 연구되어 오고 있다. 이러한 알진 네트 웍을 기본으로 하고 다른 고분자를 조합하여 semi-IPN 을 형성 하는 것은 알진망의 특성에 다른 고분자의 특성을 첨가하는 작업이 될 수 있다. 본 연구에서는 알진과 알진에 폴리아크릴산 (PAAc) 과 폴리아크릴아미드 (PAAm) 를 조합해서 용질투과 특성을 살펴보았다. 알진산나트륨의 가교제로는 칼슘 이온을 사용했다. 칼슘 이온 용액에서 알진의 가교반응은 당량적으로 일어나므로 정량적인 조절을 할 수가 없어 완전히 가교되어진 네트웍을 약염기성 나트륨 이온 용액으로 임의의 시간동안 처리하여 가교밀도를 조절하였으며 원자흡수분광기를 사용하여 가교밀도가 정량적으로 조절되는 것을 확인했다. 조절된 가교밀도가 감소함에 따라 각 네트웍의 팽윤도는 증가했다. 가교밀도가 감소됨에 따라 알진과 알진-PAAc 네트웍의 팽윤도는 크게 증가하는 한편, 알진-PAAm 의 팽윤도는 거의 변화없음을 알 수 있었다. FT-IR 스펙트럼을 얻었을 때, 알진과 알진-PAAc 의 경우는 가교밀도의 변화에 의한 아무런 영향을 발견할 수 없었으나 알진-PAAm 네트웍은 가교밀도가 감소함에 따라 1660 cm-1 에 새로운 피크가 자람을 확인 할 수 있었다. 이 피크는 알진의 카르복실기가 PAAm 의 아미드 수소와 수소결합하여 카르복실기의 신축진동운동에 의한 $1607 cm^{-1}$ 의 피크가 청색전이를 일으킴을 의미한다. 이러한 화학결합이 가교밀도의 감소에도 불구하고 semi-IPN 의 팽윤도 변화가 거의 없는 것은 이러한 수소결합이 가교밀도 감소에 의한 단단한 정도의 감소를 보완하는 것으로 보인다. 막투과 실험을 위한 모델 용질로 친수성인 Hydrocortisone 과 소수성인 Indomethacin 을 선택하였다. Hydrocortisone 의 투과도는 막의 팽윤도와 밀접한 관련을 보이고 Indomethacin 은 알진과 알진-PAAc 는 거의 투과하지 못하지만, 알진-PAAm 를 크게 투과한다. 수소결합이 네트웍에 소수특성을 부여한다는 것을 고려할 때 소수성인 Indomethacin 은 용질-막의 상호 작용에 의한 분배 메카니즘을 따르고 Hydrocortisone 은 막의 구멍을 투과하는 pore 메카니즘을 따른다고 보인다.
