PHB gel 제조 실험 결과레포트

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문서 내 토픽

• 1. Gel의 정의 및 특성

  Gel은 콜로이드 용액이 굳어진 것으로, 희석된 crosslink 시스템으로 정의된다. Gel 질량의 대부분은 액체 성분이 차지하며, crosslink network의 사이사이에 액체가 들어가서 3차원의 가교망을 형성한다. Gel의 물성은 가교밀도에 따라 달라지는데, 가교밀도가 증가할수록 높은 강도를 가지며 점착성이 증가한다. Gelation은 용액 속의 모든 고분자 가지들이 처음으로 하나로 연결되는 과정이며, 이 지점을 gel point라고 한다.

• 2. Network Polymer와 고분자 구조

  Step polymerization에서 모노머가 2개의 관능기를 가지면 Linear 구조의 고분자가 생성되고, 3개 이상의 관능기를 가지면 branched polymer를 형성하며, 모든 고분자가 하나로 연결되면 network polymer가 생성된다. Linear polymer은 열가소성 고분자로 열을 가하면 쉽게 풀어지는 특징이 있고, network polymer는 열경화성 고분자로 열을 가하면 영구적으로 딱딱해진다. 모노머의 관능기 수가 많을수록 고분자 가지가 더 많이 생성되며 더 빠르게 연결된다.

• 3. PHB(Poly(3-hydroxybutyrate))의 특성 및 응용

  PHB는 polyester에 속하는 고분자이며, cupriavidus necator, Methylobacterium rhodesianum 등의 미생물에 의해 생합성되는 생분해성 플라스틱이다. PHB는 석유화학 플라스틱과 물리적 성질이 유사하면서도 생분해가 가능하여 퇴비로 사용될 수 있으며 재생 가능 에너지로 활용될 수 있다. 이러한 장점으로 인해 다양한 분야에서 각광받고 있는 소재이다.

• 4. NIPS와 TIPS를 통한 상분리 방법

  TIPS(Thermally induced phase separation)는 열 유도 상분리로 온도 변화에 따른 용해도 차이를 통해 액-액 상분리를 유도하며, organogel을 생성한다. NIPS(Non-solvent induced phase separation)는 비용매 유도 상분리로 비용매를 추가하여 상분리를 유도하며 가열을 필요로 하지 않는다. NIPS는 고분자, 용매, 비용매의 3성분계로 이루어지며, 열에 약한 고분자 gel을 쉽게 생성할 수 있는 장점이 있다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. Gel의 정의 및 특성

  Gel은 액체와 고체의 중간 상태를 나타내는 물질로, 고분자 네트워크가 액체를 포함하는 구조입니다. Gel의 가장 중요한 특성은 높은 함수율(water content)을 유지하면서도 형태 안정성을 보유한다는 점입니다. 이러한 특성으로 인해 Gel은 의료용 드레싱, 약물 전달 시스템, 조직공학 등 다양한 분야에서 활용됩니다. Gel의 기계적 성질은 교차결합도와 고분자 농도에 따라 크게 달라지며, 이를 조절함으로써 원하는 특성을 갖춘 Gel을 설계할 수 있습니다. 특히 자극반응성 Gel은 온도, pH, 빛 등의 외부 자극에 반응하여 부피 변화를 일으키므로 스마트 소재로서의 가능성이 높습니다.

• 2. Network Polymer와 고분자 구조

  Network Polymer는 3차원 교차결합 구조를 가진 고분자로, 선형 고분자와는 달리 용매에 용해되지 않고 팽윤만 가능합니다. 이러한 구조적 특성은 Network Polymer의 기계적 강도, 열안정성, 화학적 저항성을 크게 향상시킵니다. Network Polymer의 성질은 교차결합점의 밀도, 분자량, 결합 유형에 의해 결정되며, 이들을 조절하여 다양한 응용에 맞는 소재를 개발할 수 있습니다. 특히 에폭시 수지, 페놀 수지 등의 열경화성 플라스틱은 Network Polymer의 대표적인 예로, 항공우주, 자동차, 전자산업 등에서 광범위하게 사용되고 있습니다.

• 3. PHB(Poly(3-hydroxybutyrate))의 특성 및 응용

  PHB는 미생물에 의해 생산되는 생분해성 고분자로, 환경친화적 소재로서 주목받고 있습니다. PHB는 폴리에틸렌과 유사한 물리적 성질을 가지면서도 자연환경에서 완전히 분해될 수 있다는 장점이 있습니다. 다만 PHB는 취성이 높고 열안정성이 낮다는 단점이 있어, 이를 개선하기 위해 다른 고분자와의 블렌드나 공중합체 개발이 진행 중입니다. PHB의 응용 분야는 포장재, 의료용 임플란트, 약물 전달 시스템 등으로 확대되고 있으며, 특히 해양 생분해성이 우수하여 해양 오염 문제 해결에 기여할 수 있는 소재로 평가됩니다.

• 4. NIPS와 TIPS를 통한 상분리 방법

  NIPS(Non-Solvent Induced Phase Separation)와 TIPS(Thermally Induced Phase Separation)는 고분자 막을 제조하는 주요 상분리 기술입니다. NIPS는 고분자 용액에 비용매를 첨가하여 상분리를 유도하는 방법으로, 빠른 상분리 속도와 간단한 공정이 장점입니다. 반면 TIPS는 온도 변화를 통해 상분리를 유도하므로 더 정밀한 구조 제어가 가능합니다. 두 방법 모두 막의 공극률, 공극 크기, 표면 특성 등을 조절할 수 있어 정수처리, 가스 분리, 의료용 막 등 다양한 응용에 활용됩니다. 최근에는 두 방법을 결합하거나 다른 기술과 복합하여 더욱 우수한 성능의 막을 개발하려는 연구가 활발히 진행되고 있습니다.