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박테리아 부착억제 고분자 기반 고체 표면의 항균 코팅 연구 동향

Recent Progress of Antibacterial Coatings on Solid Substrates Through Antifouling Polymers

고상원 ( Sangwon Ko ) , 이재영 ( Jae-young Lee ) , 박덕신 ( Duckshin Park )
  • : 한국공업화학회
  • : 공업화학 32권4호
  • : 연속간행물
  • : 2021년 08월
  • : 371-378(8pages)
공업화학

DOI


목차

1. 서 론
2. 접합(grafting) 방식 항균 코팅
3. 침적(deposition) 방식 항균 코팅
4. 결 론
감 사
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고체 표면의 박테리아 부착억제를 목적으로 고분자를 이용한 친수성 표면 개질 연구가 주목을 받고 있다. 부착억제 기능은 세포독성이 아닌 작용으로 바이오필름 형성의 초기단계 방지를 목적으로 하며 친수성 또는 이온성 고분자가 도입된 고체 표면은 단백질, 박테리아 등 생물 개체의 부착방지에 효과적이다. 이는 표면에서의 친수층 형성으로 인한 표면 장벽 형성, 고분자 사슬에 의한 반발력과 삼투압성 응력 작용, 그리고 이온성 고분자와 세포 표면의 정전기적 상호작용에 기인한다. 부착억제를 위한 고분자의 표면 도입은 주로 표면 기능기와의 결합을 이용한 접합 방식과 자연 모방 접착 기능기를 활용한 침적 방식으로 이루어지고 있다. 본 총설에서는 표면 도입 시 부착억제 기능을 보이는 대표적인 고분자의 종류, 코팅방법, 및 항균 특성을 소개하고 향후 공공시설, 산업 등으로의 대면적 응용을 위한 고려 사항들을 다루고자 한다.
The formation of hydrophilic surface based on polymers has received great attention due to the anti-adhesion of bacteria on solid substrates. Anti-adhesion coatings are aimed at suppressing the initial step of biofilm formation via non-cytotoxic mechanisms, and surfaces applied hydrophilic or ionic polymers showed the anti-adhesion effect for bioentities, such as proteins and bacteria. This is attributed to the formation of surface barrier from hydration layers, repulsions and osmotic stresses from polymer brushes, and electrostatic interactions between ionic polymers and cell surfaces. The antifouling polymer coating is usually fabricated by the grafting method through the bonding with functional groups on surfaces and the deposition method utilizing biomimetic anchors. This mini-review is a summary of representative antifouling polymers, coating strategies, and antibacterial efficacy. Furthermore, we will discuss consideration on the large area surface coating for application to public facilities and industry.

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간행물정보

  • : 공학분야  > 화학공학
  • : KCI등재
  • : SCOPUS
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  • : 1225-0112
  • : 2288-4505
  • : 학술지
  • : 연속간행물
  • : 1990-2021
  • : 3892


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32권6호(2021년 12월) 수록논문
최근 권호 논문
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1유도가열 시스템을 이용한 Ni계 촉매의 톨루엔 산화 반응 특성 연구

저자 : 이예환 ( Ye Hwan Lee ) , 김성철 ( Sung Chul Kim ) , 김성수 ( Sung Su Kim )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 6호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 427-431 (5 pages)

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휘발성유기화합물을 제거하기 위한 기존 촉매 시스템의 문제를 해결하고자 유도가열 촉매 시스템에 대한 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 3종류의 Ni계 상용촉매를 적용하였으며, 촉매 부피, 조성, 열처리 분위기, 코일 내 위치를 포함한 유도가열 반응 특성을 조사하였다. 촉매의 조성 및 부피는 유도가열 시스템에 의한 발열 및 톨루엔 산화 성능에 영향을 미쳤다. 특히 철이 첨가된 촉매는 99% 이상의 Ni로 구성된 촉매에 비해 높은 발열을 나타내었으나 낮은 톨루엔 산화 성능을 나타내었다. 또한 Ni계 촉매의 열처리에 있어 공기 분위기는 촉매의 성능을 급격히 저하시킨다. 유도가열 시스템에서 촉매는 코일 내 중심에 위치하는 것이 최적 조건으로 나타났다. 연구를 통해 도출한 최적의 조건에서 촉매를 7회 반복 실험하였으며, 유사한 성능을 확인하였다.


Research on induction heating catalyst system was conducted to solve problems of the existing catalyst system for removing volatile organic compounds. In the present study, three types of Ni-based commercial catalysts were employed, and induction heating reaction characteristics including the catalyst volume, composition, heat treatment atmosphere, and position in the coil were investigated. The composition and volume of the catalyst affected the exothermic and toluene oxidation performance in the induction heating system. In particular, the Fe-added catalyst showed high exothermic performance compared to that of other catalysts consisting of more than 99% Ni, but had low toluene oxidation performance. In addition, the heat treatment in an air atmosphere of the Ni-based catalyst drastically reduced the performance. In the induction heating system, the optimal condition for the catalyst was to be located in the center of the coil. The catalyst showed similar activities among seven repeated experiments under the optimal condition derived from this work.

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2Se-TiO2 지지체를 이용한 V/W/TiO2 NH3-SCR 촉매의 반응 특성 연구

저자 : 이연진 ( Yeon Jin Lee ) , 원종민 ( Jong Min Won ) , 안석현 ( Suk Hyun Ahn ) , 홍성창 ( Sung Chang Hong )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 6호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 599-606 (8 pages)

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본 연구는 질소산화물 제거를 위하여 암모니아를 환원제로 사용하는 선택적 촉매 환원법에 있어 지지체에 셀레늄을 첨가하여 300 ℃ 이하에서 V2O5/WO3/TiO2의 반응 활성을 증진시키기 위한 실험 및 반응특성 연구를 수행하였다. 졸-겔법으로 Se-TiO2 및 TiO2를 합성하였으며, 이를 지지체로 하여 V2O5/WO3/TiO2 및 V2O5/WO3/Se-TiO2 촉매를 제조하여 상용 촉매와 반응 활성을 비교하였다. 실험 결과, 졸-겔법으로 합성한 TiO2를 사용한 촉매의 탈질 효율이 상용 TiO2를 사용하여 제조한 촉매보다 낮은 결과를 보였으나 셀레늄을 첨가함에 따라 탈질 효율이 증진되었다. 따라서 BET, XRD, Raman, H2-TPR 및 FT-IR분석을 통하여 셀레늄의 첨가가 촉매의 구조에 미치는 영향을 분석하였으며 셀레늄 첨가에 의한 비표면적의 증가와 단량체 및 복합체 바나듐 종의 형성이 반응 특성에 미치는 영향을 확인하였다.


In this study, an experiment and a reaction characteristic study were conducted to enhance the reaction activity of V2O5/WO3/TiO2 at 300 °C or less by adding selenium to the support, in a selective catalytic reduction method using ammonia as a reducing agent to remove nitrogen oxides. Se-TiO2 and TiO2 were synthesized using the sol-gel method, and used as a support when preparing V2O5/WO3/TiO2 and V2O5/WO3/Se-TiO2 catalysts. The reaction activity of our catalyst was compared with that of a commercial catalyst. The denitration efficiency of the catalyst using TiO2 prepared by the sol-gel method was lower than that of the catalyst prepared using commercial TiO2, but was improved by the addition of selenium. Thus, the effect of selenium addition on the catalyst structure was analyzed using BET, XRD, Raman, H2-TPR, and FT-IR measurements and the effect of the increase in specific surface area by selenium addition and the formation of monomer and complex vanadium species on reaction characteristics were confirmed.

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3실리콘 음극용 효과적인 바인더로서 가교결합이 가능한 캐스터 오일 기반의 수분산 폴리우레탄

저자 : 이용훈 ( Yong Hun Lee ) , 김은지 ( Eunji Kim ) , 이진홍 ( Jin Hong Lee )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 6호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 607-612 (6 pages)

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실리콘(Si) 활물질은 낮은 전위와 높은 에너지 밀도를 가지고 있어 현재 활용되고 있는 흑연을 대체할 수 있는 소재로 기대되고 있다. 그러나 반복적인 충, 방전 과정 중 부피 팽창으로 인한 실리콘 입자의 붕괴와 지속적인 전해질 분해 반응이 문제점으로 지적되고 있다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 실리콘 음극에 대한 효과적인 바인더로서 가교 결합이 가능한 Castor oil 기반의 수분산 폴리우레탄을 제조하였으며(CWPU), 이를 다량의 Oxirane 작용기를 가진 Tris(2,3-epoxypropyl) isocyanurate (TGIC)와 결합시켜 기계적으로 안정한 3차원 네트워크 구조를 형성하였다. CWPU-TGIC 바인더로 제조된 실리콘 음극은 안정적인 장기 수명 특성뿐만 아니라 우수한 방전 용량을 나타내었다. 이러한 결과는 CWPU-TGIC 바인더가 장기간 반복되는 충, 방전 과정 동안 실리콘 음극의 큰 부피 변화를 효과적으로 완화하는 것으로 분석되었다. 본 연구 결과는 실리콘 음극의 전기화학적 특성을 향상시키기 위한 효과적인 친환경 바인더의 가능성을 제시한다.


Silicon (Si) is one of the promising active materials to replace the widely used graphite because of its low electrochemical potential and high theoretical capacity. However, Si anodes still face in problems with the huge volume expansion and continuous decomposition of the electrolyte during repeated charge and discharge processes. To address these issues, a cross-linkable waterborne polyurethane (CWPU) based on a bio-oil, castor oil, was prepared and reacted with Tris(2,3-epoxypropyl) isocyanurate (TGIC) linkers, resulting in the formation of a mechanically robust 3D network structure. Si anodes fabricated with the CWPU-TGIC exhibited stable cycling performances and excellent discharge capacities. The results revealed that the CWPU-TGIC binder efficiently accommodates the large volume change for Si anode during charge and discharge cycles. Overall, the eco-friendly binder shows great promise in improving the electrochemical performances of Si anodes.

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4캐소드 유로에서 블록과 서브 채널의 고분자전해질 연료전지의 성능에 관한 전산해석 연구

저자 : 조성훈 ( Seonghun Jo ) , 김준범 ( Junbom Kim )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 6호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 613-620 (8 pages)

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고분자전해질 연료전지의 유로 형상은 내부 유동의 균일성에 영향을 주는 변수이다. 유로 내에서 반응물 분포가 균일하지 않을 경우, 지속적인 운전 과정에서 촉매의 열화 및 고분자 막의 기계적 손상이 야기되며 연료전지의 내구 수명 저하로 이어진다. 연료전지에서 원활한 반응물 공급과 균일한 농도 분포를 위하여 유로 형상에 관한 연구들이 활발히 진행되고 있다. 유로의 배플은 유체의 강제 대류를 야기해 연료전지의 성능을 개선할 수 있고, 유로 중간에 새로운 반응물 공급 통로(서브 채널)를 만들어 반응물 농도 증가와 원활한 물 배출로 물질 전달 손실을 감소시킬 수 있다. 본 연구에서는 전산 유체 계산을 통하여 블록과 서브 채널을 적용한 유로가 연료전지의 전류밀도와 산소 농도에 미치는 영향을 분석하였다. 블록과 서브 채널이 유로에 구성되었을 때, 한계전류밀도가 증가하였고 블록 후단의 산소 농도가 회복되었다. 블록이 2개 이상 있을 때 블록 사이에 서브 채널을 배치할 경우 전류밀도 증가 폭이 더욱 커졌다. 또한 추가 공급되는 공기의 공급 위치에 따른 산소 농도를 분석하여 서브 채널이 블록 후단의 낮아진 산소 농도를 회복할 수 있었다.


A flow channel shape of PEMFC has an influence on the internal flow uniformity. If the reactant distribution in a flow path is not uniform during operation, both catalyst deactivation and mechanical damage of membrane could occur resulting in decreasing the membrane electrode assembly (MEA) durability. Numerous studies concerning flow design have been conducted to make smooth supply and uniform distribution of reactants in fuel cells. The baffle of flow path could improve fuel cell performance through the forced convection effect. A sub-channel, as an additional air flow path, could increase the reactant concentration and reduce the mass transfer loss via a smooth water discharge. In this study, computational fluid dynamics (CFD) was used to analyze the effect of blocks and sub-channels on the current density and oxygen concentration of the fuel cell. As a result, the limit current density and oxygen concentration at a rear block increased when using blocks and sub-channels in a flow channel. In particular, the current density increased significantly when the sub-channel was placed between two blocks. Also, the sub-channel position was optimized by analyzing the oxygen concentration, and the oxygen concentration was recovered at a rear block in the fuel cell.

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5순차적 실험계획법을 이용한 MOF-801 합성공정 최적화

저자 : 이민형 ( Min Hyung Lee ) , 유계상 ( Kye Sang Yoo )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 6호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 621-626 (6 pages)

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MOF-801 합성공정의 최적화를 위해 순차적인 실험 계획법을 이용하였다. 먼저 screening을 위한 완전 2-요인 설계와 이후 반응표면 분석법 중에 하나인 중심합성 계획법을 연속적으로 사용하였다. 두 가지 반응변수인 MOF-801의 결정화도와 BET 비표면적 중에 실험계획법에 보다 적합한 변수를 선택하기 위하여 fumaric acid, dimethylformamide (DMF) 및 formic acid의 몰비를 이용한 23 요인 설계법을 수행하였다. MINITAB 19 소프트웨어에 따라 설계된 8번의 MOF-801 합성 실험을 수행한 이후 XRD 분석 및 질소흡착법을 이용하여 특성분석을 수행하였다. 두 가지 반응변수 중 결정화도의 R2이 0.999로 BET 비표면적보다 실험계획법에 보다 적합하였다. 분산 분석(ANOVA)을 통해 fumaric acid와 formic acid의 몰 비가 MOF-801의 결정화도를 결정하는 주요 인자임을 확인하였다. response optimization과 두 인자의 contour plot을 통해 최적의 몰비는 ZrOCl2·8H2O : fumaric acid : DMF : formic acid = 1 : 1: 39 : 35로 추정되었다. 이후 합성반응 공정의 최적화를 위해 도출된 전구체의 몰 비 조건에서 합성 기간과 온도에 대한 박스-벤켄설계법을 수행하였다. 설계된 9번의 합성실험을 통해 도출된 결과를 2차 모델 방정식을 이용하여 계산하였다. 이를 이용하여 MOF-801의 최대 결정화도는 합성시간 7.8 h 그리고 합성온도 123 °C의 조건에서 얻을 수 있음을 예측하였다.


A sequential design of experiments was used to optimize MOF-801 synthesis process. For the initial screening, a general 2k factorial design was selected followed by the central composition design, one of the response surface methods. A 23 factorial design based on the molar ratio of fumaric acid, dimethylformamide (DMF), and formic acid was performed to select the more suitable response variable for the design of experimental method among the crystallinity and BET specific surface area of MOF-801. After performing 8 synthesis experiments designed by MINITAB 19 software, the characteristic analysis was performed using XRD analysis and nitrogen adsorption method. The crystallinity with R2 = 0.999 was found to be more suitable for the experimental method than that of BET specific surface area. Based on analysis of variance (ANOVA), it was confirmed that the molar ratio of fumaric acid and formic acid was a major factor in determining the crystallinity of MOF-801. Through the response optimization and contour plot of two factors, the optimal molar ratio of ZrOCl2·8H2O : fumaric acid : DMF : formic acid was 1 : 1 : 39 : 35. In order to optimize the synthesis process, the central composition design on synthesis time and temperature was performed under the identical molar ratio of precursors. The results derived through the designed 9 synthesis experiments were calculated using the quadratic model equation. Thus, the maximum crystallinity of MOF-801 predicted under the synthesis time and temperature of 7.8 h and 123 °C, respectively.

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6기상 불소화법을 이용한 WO3-xFx 광촉매의 합성 및 광분해 특성

저자 : 이혜련 ( Hyeryeon Lee ) , 임채훈 ( Chaehun Lim ) , 이란은 ( Raneun Lee ) , 이영석 ( Young-seak Lee )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 6호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 632-639 (8 pages)

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In this research, fluorine doping was performed to enhance the photocatalytic activities of WO3 which were measured using methylene blue dye. WO3-xFx photocatalyts were prepared by a vaper phase fluorination during a sintering for preparing WO3 photocatalysts from a WCl6 precursor. The bandgap energy of WO3 photocatalysts decreased from 2.95 eV to 2.54 eV, and the oxygen vacancies site increased by about 55% after fluorine doping. In addition, the initial degradation efficiency of methylene blue showed that the fluorine doped sample showed a 6-fold increase in photocatalytic activities from 10% to 60% compared to that of the untreated sample. It is believed that fluorine is doped to reduce the band gap of photocatalysts, enabling the catalytic activity with low energy, and that oxygen vacancies-generated surface defects increase the visible light absorption region of WO3 photocatalysts, thereby increasing photocatalytic activity. In this study, it was confirmed that fluorine-doped WO3-xFx photocatalysts with an excellent photocatalytic activity can be manufactured easily using a one-step vaper phase fluorination that does not require a post-treatment process.

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7열분해유 유래 피치로부터 이방성 미세구조 코크스 제조 및 특성 평가

저자 : 조종훈 ( Jong Hoon Cho ) , 김지홍 ( Ji Hong Kim ) , 이영석 ( Young-seak Lee ) , 임지선 ( Ji Sun Im ) , 강석창 ( Seok Chang Kang )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 6호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 640-646 (7 pages)

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본 연구에서는 열분해유 유래 피치 합성 및 합성 피치로부터 이방성 미세구조를 갖는 코크스를 제조하고 그 특성을 평가하였다. 열분해유는 주로 방향족 고리가 2~3개로 구성된 분자로 이루어져 있어, 400 °C 이상의 온도에서 흡열반응인 축합중합으로 피치가 제조되었다. 코크스 반응기는 피치를 유동화 시키는 전처리 반응기, 코킹화 열에너지를 가해주는 preheater 및 코크스의 미세구조를 유도하는 코크스 드럼으로 구성되었으며, preheater의 온도를 400~490 °C로 조절하여 제조된 피치로부터 코크스를 제조하고 편광현미경, XRD 및 Raman spectroscopy로 특성을 평가하였다. Preheater의 온도가 460 °C에서 제조된 코크스는 이방성 미세조직이 flow 형태로 나타났으며, 높은 결정성으로 전기전도성이 72.0 S/cm이였다. 그리고 전도성 탄소 재료인 Super-P보다 대략 2.2배 높은 전기전도성을 나타냈다.


In this study, pitch was synthesized using pyrolysis fuel oil (PFO). Coke with mesophase microstructure was then prepared from the synthesized pitch and its properties were evaluated. Pitch was synthesized by poly-condensation reaction, which is an endothermic reaction at a temperature above 400 °C because the PFO was mainly composed of molecules with two to three aromatic rings. The Coke reactor was composed of the pretreatment reactor, preheater for applying heat energy, and coke drum for inducing microstructure of coke. Coke was prepared from synthesized pitch by controlling the temperature of the preheater to 400~490 °C, and properties were evaluated by polarization microscope, XRD and Raman spectroscopy. The coke prepared at a preheater temperature of 460 °C identified flow anisotropic microstructure, and the electrical conductivity was 72.0 S/cm due to high crystallinity. And the flow anisotropic coke showed approximately 2.2 times higher electrical conductivity than that of Super-P, a conductive carbon material.

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8당목향 뿌리 추출물의 인체 모유두세포 증식 및 모발 성장 관련 신호전달에 미치는 영향

저자 : 최형철 ( Hyoung-chul Choi ) , 정노희 ( Noh-hee Jeong )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 6호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 647-652 (6 pages)

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In this study, Saussurea Lappa roots were extracted using ethanol and n-hexane, and also the effects on proliferation of human hair dermal papilla cells and fibroblast and related signaling pathway were evaluated. 3-[4, 5-dimethylthiazol-2-yl]-2, 5 diphenyl tetrazolium bromide (MTT) assay was conducted for cell proliferation effect of Saussurea Lappa root extract, and extracellular signal-related kinase (ERK), serine/threonine protein kinase (Akt), wingless-related integration site (Wnt)/β -catenin signaling pathway, and 5α-reductase expression through western blot analysis were measured. Saussurea Lappa root extract significantly increased human hair dermal papilla cells and propagation of fibroblast, promoted phosphorylation of ERK and Akt that get involved in cell proliferation. Additionally, Saussurea Lappa root extract significantly decreased promotion of Akt phosphorylation and cell proliferation by MEK/ERK inhibitor PD98059 and PI3K/Akt inhibitor LY294002. Also, Saussurea Lappa root extract induced intranuclear β-catenin accumulation by promoting phosphorylation of β-catenin (Ser552, 675) through phosphorylation of GSK-3β (Ser9), and suppressed activation of 5α-reductase type Ⅰ and Ⅱ. Overall, Saussurea Lappa root induces cell proliferation through vitalization of ERK and Akt route of human hair dermal papilla cells and fibroblast and apoptosis defense mechanism, and can be helpful in hair loss prevention and hair growth by vitalizing the β-catenin signaling pathway and inhibiting activation of 5α-reductase, which can be used as a potential hair care products.

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9플라즈마 불소화에 의해 제조된 불소 도핑 PVDF의 표면 및 부식방지 특성

저자 : 김석진 ( Seokjin Kim ) , 임채훈 ( Chaehun Lim ) , 김대섭 ( Daesup Kim ) , 이영석 ( Young-seak Lee )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 6호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 653-658 (6 pages)

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Polyvinylidene fluoride (PVDF)는 우수한 가공성을 가지고 있어 코팅 재료로 유망하지만 다른 불소계 고분자에 비하여 소수성이 약하여 부식 방지 등 그 응용에 제한이 있다. 본 연구에서는 PVDF의 부식방지 특성을 향상시키고자 사불화탄소(CF4) 가스를 이용하여 플라즈마 불소화를 수행하였고, 유량에 따른 불소 함량 및 소수성 변화를 고찰하고 부식방지 특성을 확인하였다. PVDF 막 표면의 불소 함량은 사불화탄소 유량이 증가함에 따라 46.70%로 증가하였으나 그 표면자유에너지는 불소함량의 증가와 일치하지 않았다. 한편, PVDF 표면의 표면 거칠기는 불소화 유량에 따라 최대 150% 증가하다가 다시 감소하는 경향을 보였다. 이는 플라즈마 불소화는 불소화 기능기 도입 및 표면식각으로 인하여 표면자유에너지에 영향을 주는 것으로 판단된다. 또한, PVDF 코팅된 철판의 부식 정도는 미처리 철판에 비하여 표면 산소 함량이 49.2%에서 19.0% 이하로 크게 개선되었으며, 특히, 불소화 처리된 PVDF의 산소함량은 13.6%으로 불소화 처리되지 않은 PVDF보다 28.4 % 정도 낮아져 우수한 부식방지 특성을 보이는 것으로 관찰되었다.


Polyvinylidene fluoride (PVDF) is a promising coating material because of its outstanding processability. The PVDF coating, however, has limitations in anti-corrosion application due to its weak hydrophobicity compared to that of other fluoropolymers. In this study, plasma fluorination was performed using carbon tetrafluoride (CF4) gas to improve anti-corrosion properties of PVDF. The fluorine content and hydrophobicity of PVDF were investigated in different CF4 flow rates, followed by the determination of anti-corrosion properties. The fluorine content on the surface of the PVDF film increased by up to 46.70%, but the surface free energy was independent of CF4 flow rate. Meanwhile, the surface roughness of the PDVF film tended to increase by up to 150% and then decrease with increasing CF4 flow rate. It is considered that the plasma fluorination affects the surface free energy due to the introduction of fluorine functional groups and surface etching. In addition, the degree of corrosion of the PVDF-coated Fe plate was significantly reduced from 49.2% to 19.0% compared to that of the uncoated Fe plate. In particular, the degree of corrosion of the fluorinated PVDF-coated Fe plate was 13.6%, which was 28.4% lower than that of the PVDF-coated Fe plate, showing improved anti-corrosion protection.

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10반도체 제조공정 미세먼지-질소산화물 동시 저감을 위한 오존 고속산화공정 최적화 연구

저자 : 엄성현 ( Sunghyun Uhm ) , 이승준 ( Seung Jun Lee ) , 고은하 ( Eun Ha Ko ) , 홍기훈 ( Gi Hoon Hong ) , 황상연 ( Sangyeon Hwang )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 6호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 659-663 (5 pages)

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반도체 제조공정에서 발생하는 미세먼지와 질소산화물 동시처리를 위하여 오존산화, 습식중화 및 습식전기집진 기술들을 직접화한 10 CMM급 복합오염물질 제거시스템을 개발하였으며, NOx 제거효율 증대를 위한 공정변수 제어 및 최적화를 진행하였다. 특히, 전원공급장치를 포함한 습식전기집진장치 핵심부품 안정성 평가를 위해 30일 동안의 장기운전도 병행하였다. 오존산화 기반 DeNOx 공정에서 가장 중요한 운전변수인 O3/NO 비율은 1.5 부근에서 최적화하였으며, 습식중화 공정의 운전변수를 최적화하여 중화반응에 의한 제거효율 기여도를 확인하였다.


10 ㎥/min (CMM) multi-pollutants abatement system was successfully developed by effectively integrating ozone oxidation, wet scrubbing, and wet electrostatic precipitation for the simultaneous removal of particulate matters (PMs) and NOx in a semiconductor fabrication process. The sophisticated control and optimization of operating parameters were conducted to maximize the destruction and removal efficiency of NOx. In particular, the stability test of a wet electrostatic precipitator was carried out in parallel for 30 days to validate the reliability of core parts including a power supply. An O3/NO ratio, which is the most important operating parameter, was optimized to be about 1.5 and the optimization of wet scrubbing with a reducing agent made it possible to analyze the contribution of neutralization reaction.

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1탄소섬유를 활용한 구조용 배터리 연구 동향

저자 : 권동준 ( Dong-jun Kwon ) , 남상용 ( Sang Yong Nam )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 361-370 (10 pages)

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탄소 섬유 강화플라스틱은 가볍지만 우수한 기계적 강도를 가지는 복합재의 한 종류이다. 가벼우면서 우수한 기계적 강도를 가지는 탄소 섬유 강화플라스틱은 산업 전반에 널리 이용되고 있으며, 최근 활발히 연구되고 있는 전기자동차 및 무인기 등의 무게 감소 핵심 대체 부품으로 연구되고 있다. 배터리를 전원으로 사용하는 운송수단 등은 외부 충격에 이차 폭발의 위험이 있기 때문에 배터리를 안전하게 보호할 수 있는 덮개가 필수적인 동시에, 무게를 줄여 주행거리를 늘려야 하는 요구조건을 만족해야 한다. 이러한 요구 조건에 부합하는 재료로 탄소섬유 강화플라스틱이 손꼽히고 있고, 배터리 보호 덮개 및 다양한 대체품으로의 활용이 연구되고 있다. 한편, 우수한 전기적 특성을 가진 탄소섬유를 배터리 구성품으로 활용하는 연구가 배터리 분야에서 진행 중이고, 이에 더 나아가 탄소 섬유가 배터리를 보호하고 배터리 전극 및 집전체 역할까지 동시에 수행하는 구조용 배터리에 대한 연구가 스웨덴과 미국을 중심으로 활발히 연구 중이다. 본 총설에서는 탄소 섬유의 역할에 따른 구조용 배터리의 분류 및 해당 배터리들에서 발생하는 문제점 등을 포괄하는 최근 연구 동향을 요약하고, 구조용 배터리에 대한 전망을 간략히 논의하고자 한다.

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2박테리아 부착억제 고분자 기반 고체 표면의 항균 코팅 연구 동향

저자 : 고상원 ( Sangwon Ko ) , 이재영 ( Jae-young Lee ) , 박덕신 ( Duckshin Park )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 371-378 (8 pages)

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고체 표면의 박테리아 부착억제를 목적으로 고분자를 이용한 친수성 표면 개질 연구가 주목을 받고 있다. 부착억제 기능은 세포독성이 아닌 작용으로 바이오필름 형성의 초기단계 방지를 목적으로 하며 친수성 또는 이온성 고분자가 도입된 고체 표면은 단백질, 박테리아 등 생물 개체의 부착방지에 효과적이다. 이는 표면에서의 친수층 형성으로 인한 표면 장벽 형성, 고분자 사슬에 의한 반발력과 삼투압성 응력 작용, 그리고 이온성 고분자와 세포 표면의 정전기적 상호작용에 기인한다. 부착억제를 위한 고분자의 표면 도입은 주로 표면 기능기와의 결합을 이용한 접합 방식과 자연 모방 접착 기능기를 활용한 침적 방식으로 이루어지고 있다. 본 총설에서는 표면 도입 시 부착억제 기능을 보이는 대표적인 고분자의 종류, 코팅방법, 및 항균 특성을 소개하고 향후 공공시설, 산업 등으로의 대면적 응용을 위한 고려 사항들을 다루고자 한다.

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33D 프린팅을 이용한 마이크로니들 제작의 최신 연구 동향

저자 : 추상민 ( Sangmin Choo ) , 정재환 ( Jae Hwan Jung )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 379-384 (6 pages)

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마이크로니들은 약물전달 및 진단에 사용되는 미세바늘로 일반 주사와 달리 길이가 짧아 효과적으로 약물을 전달하는 한편 고통과 감염위험은 최소화시킬 수 있는 도구이다. 기존의 마이크로니들은 MEMS 기술을 기반으로 정밀하게 나노미터 수준으로 제작되었으나 장비와 유지비가 비싸고 공정이 복잡하여, 최근에는 3D 프린팅을 이용해 경제적이고 간단하며 신속하게 마이크로니들을 제작하는 연구가 진행 중이다. 3D 프린팅 기술은 프로토타입의 제작이 간단하고 수정 보완이 용이하기 때문에 마이크로니들 의약품 및 화장품의 상용화에 유리하다. 이에 본 총설은 SLA, 2PP, DLP, CLIP, FDM 3D 프린팅 기술에 대해 소개하고, 이를 이용한 마이크로니들 제작 연구동향에 대해 소개하고자 한다. 또한 현재 마이크로니들 기술의 한계점과 앞으로 해결해야 할 부분에 대해서 논해보고자 한다.

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4비귀금속계 금속을 이용한 일산화질소 산화 촉매 연구

저자 : 신중훈 ( Junghun Shin ) , 홍성창 ( Sungchang Hong )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 385-392 (8 pages)

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본 연구에서는 Co/CeO2 촉매 제조 시 코발트의 첨가 함량 및 세리아의 소성온도에 따른 물리·화학적 특성 및 일산화질소 산화 성능을 비교하였다. Co/CeO2 촉매의 구조적 특성은 XRD, BET 분석을 통하여 확인하였으며, 코발트 표면밀도에 따른 표면 결정 상태를 제안하였다. 또한, Raman, XPS 분석을 통하여 촉매의 산화가 및 산소 결합 상태를 확인하였으며, 일산화질소 산화 성능과의 관계를 제안하였다. H2-TPR 분석을 통하여 촉매의 특성 변화에 따른 산소전달특성을 확인하였으며, 일산화질소 산화를 위한 촉매의 활성점(Co3+)을 제안하였다.

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5CO2/N2 분리를 위한 Pebax 혼합막에서 Zeolitic Imidazolate Framework-7의 영향

저자 : 윤숭석 ( Soong Seok Yoon ) , 홍세령 ( Se Ryeong Hong )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 393-402 (10 pages)

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본 연구는 대표적 poly(ether-b-amide)인 Pebax-1657과 Pebax-2533에 합성된 zeolitic imidazolate framework-7 (ZIF-7)을 넣어 혼합막을 제조하고, 단일기체 N2, CO2에 대한 투과 성질을 조사하였다. 기체투과 결과에서, N2의 경우 Pebax-1657/ZIF-7 혼합막과 Pebax-2533/ZIF-7 혼합막 모두 ZIF-7 혼입에 따라 투과도가 감소하는 비슷한 현상을 보였지만, CO2 투과도의 경우는 고분자에 종류에 따라 조금 다른 경향을 보였다. Pebax-1657/ZIF-7 혼합막의 경우는 ZIF-7의 0~3 wt% 함량 범위에서 CO2 투과도가 감소하다가 그 이후 함량에서 투과도가 증가하였고, Pebax-2533/ZIF-7 혼합막의 경우는 ZIF-7의 0~5 wt% 함량 범위에서 CO2 투과도 증가 없이 감소하였다. CO2/N2 선택도의 경우 두 혼합막 모두 ZIF-7의 함량이 많아짐에 따라 증가하는 경향을 보였으며, 특히 Pebax-2533/ZIF-7 5 wt%은 다른 혼합막들에 비해 가장 좋은 투과 성능을 보였다. 이는 ZIF-7이 Pebax-1657보다 Pebax-2533에 더 좋은 호환성을 보이며 CO2에 대한 선택적인 특성이 잘 나타났기 때문으로 생각된다.

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6고성능 평면 슈퍼커패시터를 위한 얇고 유연한 폴리아닐린 전극 제작

저자 : 손선규 ( Seon Gyu Son ) , 김서진 ( Seo Jin Kim ) , 신준호 ( Junho Shin ) , 류태공 ( Taegon Ryu ) , 정재민 ( Jae-min Jeong ) , 최봉길 ( Bong Gill Choi )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 403-408 (6 pages)

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본 논문에서는 얇고 유연한 평면 슈퍼 커패시터(PSC)를 스크린 인쇄된 탄소 전극에 폴리아닐린(PANI)을 코팅하여 제작하였습니다. 스크린 프린팅 방법을 사용하여 유연한 폴리에틸렌 테레프탈레이트에 탄소 잉크를 코팅한 후 희석 중합 법을 사용하여 탄소 표면에 PANI 박막을 코팅하였습니다. 서로 맞물린 구조의 얇은 유연한 PANI 전극을 폴리머겔 전해질로 조립하여 평면 모양의 슈퍼 커패시터(PSC) 장치를 만들었습니다. 상기 제조된 PANI/PSC는 매우 얇고 유연 하였으며, 10 mV/s에서 409 μF/cm2의 높은 면적 정전용량을 나타내었습니다. 이 값은 500 mV/s에서 원래 값의 46%로 유지되었습니다. 유연한 PANI/PSC는 180°의 구부러진 상태와 100번째의 반복적인 피로도 테스트에서도 82%의 높은 정전 용량 유지를 보여주었습니다.

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7전기화학적 산화를 위한 삼원 전이 금속 코팅 불용성 산화 전극 제조에 관한 연구

저자 : 박종혁 ( Jong-hyeok Park ) , 최장욱 ( Jang-uk Choi ) , 박진수 ( Jin-soo Park )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 409-416 (8 pages)

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불용성 산화 전극은 전기화학적 수처리 공정에 있어 가장 핵심적인 소재이며, 이를 이용하여 난분해성 유기물질을 분해하는 방법으로 많은 연구가 진행되어 왔다. 이러한 불용성 산화 전극 제조에 있어 금속 기판 표면에 코팅하는 금속 촉매의 종류, 코팅 방식, 소결 방법 등의 다양한 제조 변수가 불용성 산화 전극의 성능 및 내구성에 영향을 미친다. 본 연구에서는 Ir-Ru-Ta 삼원 금속 코팅을 활용하여 동일한 전 처리 및 소결 조건에서 코팅 방법에 따라 불용성 산화 전극을 제조하고 이의 성능과 내구성을 연구하였다. 코팅 방식은 브러쉬 및 스프레이 코팅법을 활용하였으며, 그 결과 최적화된 스프레이 코팅 조건에서 동일한 촉매 잉크양으로 더 많은 금속을 Ti 기판 표면에 코팅이 가능하여 촉매 잉크 저감이 가능한 것을 확인하였다. 또한, 전극 표면의 갈라짐 현상 및 삼원 금속의 균일한 도포에 의해 스프레이 코팅법으로 제조한 Spray_2.0_3.0 전극이 가장 높은 전기화학적 활성 비표면적을 보여주었으며, 4-chlorophenol의 분해 성능이 타 전극에 비해 우수한 것으로 나타났다. 하지만, 불용성 산화전극의 내구성은 전극의 코팅방법에 따라 큰 차이가 없는 것으로 나타났다.

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8유기 단열재의 화재위험성 등급 평가

저자 : 유지선 ( Ji Sun You ) , 전남 ( Nam Jeon ) , 정영진 ( Yeong-jin Chung )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 417-422 (6 pages)

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본 연구에서는 유기 단열재인 poly isocyanurate foam (PIR), poly urethane foam (PUR), phenol foam (PF)을 선정하여 ISO 5660-1의 기준에 따라 콘칼로리미터(cone calorimeter)를 이용하여 측정하였다. 화재위험성 평가를 표준화하기 위하여 기준물질(PMMA)을 사용하여 Chung's equations-III와 Chung's equation-IV에 의한 화재위험성을 등급화하여 평가하였다. Chung's equations-II의 화재성능지수-II 값은 PF가 14.77 s2/kW로 화재성능지수-II가 가장 높았고, PUR이 0.08 s2/kW로 화재성능지수-II가 가장 낮았다. 화재성장지수-II 값은 PF가 0.01 kW/s2로 화재성장지수-II가 가장 낮았고, PUR 이 1.14 kW/s2로 화재성장지수-II가 가장 높았다. Chung's equations-III의 화재성능지수-III에서 PUR이 0.11로 화재성능 지수-III가 가장 낮게 나타났고, PF가 20.23으로 화재성능지수-III가 가장 높았다. FGI-III에서는 PUR이 14.25로 화재성장지수-III가 가장 높게 나타났고, PF가 0.13으로 가장 안전한 물질로 판단하였다. 그리고 Chung's equation-IV의 화재위험성지수-IV는 PUR (130.03) >> PIR (19.13) > PMMA (1.00) > PF (0.01)의 순서로 나타났다. 따라서 PF가 화재위험성이 가장 낮고, PUR이 가장 높은 것으로 판단하였다.

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9화재 발생 시 목재 수종의 화재위험성 등급 평가

저자 : 진의 ( Eui Jin ) , 정영진 ( Yeong-jin Chung )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 423-430 (8 pages)

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본 연구는 건자재용 목재의 화재위험성 및 화재위험성 등급을 평가하기 위하여 Chung's equations-III, -IV에 의한 화재성능지수-III (FPI-III), 화재성장지수-III (FGI-III), 화재위험성지수-IV (FRI-IV)를 중심으로 조사하였다. 시험편은 적삼목, 전나무, 물푸레나무, 단풍나무를 사용하였다. 화재 특성은 시험편에 대하여 콘칼로리미터(ISO 5660-1) 장비를 이용하여 조사하였다. 연소반응 후 측정된 FPI-III는 polymethylmetacrylate (PMMA) 기준으로 0.86∼12.77로 나타났다. FGI-III는 PMMA를 기준으로 0.63∼5.26으로 나타났다. 화재위험성 등급 지수인 FRI-IV에 의한 화재 등급은 0.05∼6.12였으며 적삼목이 단풍나무와 비교하여 122.4배 높았다. FRI-IV에 의한 화재위험성 등급은 단풍나무, 물푸레나무, 전나무, PMMA, 적삼목 순서로 증가하였다. 모든 시편의 CO 피크농도는 103∼162 ppm으로 측정되었으며 미국직업안전위생관리국(occupational safety and health administration)의 허용기준(permissible exposure limits)인 50 ppm보다 2.1∼3.2배 높게 나타났다. 적삼목과 같이 체적밀도가 작고 휘발성 유기물질을 다량 함유한 소재는 FPI-III가 낮고 FGI-III가 높으므로 화재위험성 등급이 높은 것으로 나타났다.

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10ZIF-8@GO를 함유한 PEBAX-PEI 복합막의 기체투과 특성

저자 : 이은선 ( Eun Sun Yi ) , 홍세령 ( Se Ryeong Hong )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 431-441 (11 pages)

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본 연구에서는 PEBAX에 GO과 ZIF-8@GO의 함량을 달리하여 PEBAX/GO-PEI 복합막과 PEBAX/ZIF-8@GO-PEI 복합막을 제조하고, N2와 CO2의 투과 특성을 연구하였다. 전체적으로 PEBAX/GO-PEI 복합막의 N2와 CO2 투과도는 GO 함량이 증가할수록 감소하였고, CO2/N2 선택도는 약간 증가하였다. PEBAX/ZIF-8@GO-PEI 복합막에서도 N2의 투과도는 감소하였으나 CO2는 ZIF-8@GO 1 wt%까지 증가하였고, 그 이후의 함량에서는 감소하였다. CO2/N2 선택도는 ZIF-8@GO 1 wt%에서 92.3으로 가장 높은 선택도를 보였는데 이는 PEBAX와의 호환성을 향상시켜 고르게 분산되면서 다공성의 ZIF-8의 효과와 함께 CO2에 친화성이 좋은 GO, ZIF-8의 효과를 가장 크게 받았기 때문으로 생각된다. 또한 PEBAX/ZIF-8@GO-PEI 복합막은 ZIF-8@GO 5 wt%를 제외하고 PEBAX-PEI와 PEBAX/GO-PEI 복합막보다 CO2 투과도와 CO2/N2 선택도가 모두 향상되면서 Robeson upper bound에 근접하는 결과를 얻었다.

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