| 학회 | 한국고분자학회 |
| 학술대회 | 2004년 가을 (10/08 ~ 10/09, 경북대학교) |
| 권호 | 29권 2호, p.204 |
| 발표분야 | 고분자 구조 및 물성 |
| 제목 | 나일론 6-polyethylene oxide 공중합체/점토 나노복합체의 합성, 물성 및 전기방사 |
| 초록 | 상용 온도에서 나일론 6의 내충격성을 향상시키기 위해서 나일론 6의 주쇄에 고무성분이나 poly(alkylene oxide)등의 유연쇄를 첨가하거나 공중합시키는 방법이 널리 사용되고 있다. 특히 중합시에 유연쇄로 PEO(polyethylene oxide)-diamine을 첨가하면 내충격성 향상뿐만 아니라 대전방지성도 상당히 향상되지만, 중합체의 파단강도 및 modulus의 급격한 감소와 파단 신도의 증가와 같은 문제점을 피할 수 없다[1]. 따라서 이러한 문제점들을 해결하기 위해서 고분자 나노복합체 제조에 널리 사용되는 다층 상으로 silicate sheet가 적층되어 있는 montmorillonite계 clay[2]를 ε-caprolactam(CL)과 PEO-diamine의 in situ 공중합시 첨가하여 나일론 6 매트릭스 내에 silicate sheet상이 exfoliation되게 함으로써 nylon 6-PEO copolymer/clay 나노복합체를 제조하였다. 이때 단량체 CL에 중합촉매인 6-aminocaproic acid를 CL첨가량의 6wt%로 첨가하였고, PEO-diamine을 유연쇄로 사용하여 PEO함량이 5, 10, 15wt%가 되도록 하였으며, 화학적 당량을 맞추기 위해 PEO-diamine의 첨가 몰수만큼의 아디프산도 함께 첨가하여 260oC에서 6시간 중합하였다. 특히 PEO함량 10wt%에 대해서는 12-aminododecanoic acid intercalated montmorillonite(ADA-MMT)의 함량을 0-4wt%로 첨가하여 중합하였다. 여기서 일반적으로 사용되는 Na-MMT대신에 ADA-MMT를 사용한 것은 ADA가 MMT 층사이에 intercalation되어 있어 Na-MMT보다 층간거리가 크기 때문에 중합중에 CL에 의해 쉽게 팽융될 뿐만 아니라 ADA가 CL과 공중합을 형성하므로 생성된 중합체 분자사슬에 의해서 MMT의 층간을 쉽게 박리시킬 수 있으므로 나노크기의 silicate sheet layer를 응집없이 잘 분산시킬 수 있어 적은 양의 MMT의 첨가로 최대의 효과를 얻는 것이 가능하기 때문이다[3]. 이렇게 얻어진 각각의 중합물의 고유 점도와 동적 용융점도를 측정하였고, X-선 회절을 통하여 나노복합체의 intercalation 및 exfoliation 정도를 평가하였으며, SEM을 통하여 응집된 clay의 존재 및 분산상태를 조사하였다. 또한, 역학적 성질은 인장시험기를 사용하여 구한 탄성률, 파단강도 및 신도로 평가하였으며, 열적 성질은 DSC와 TGA분석을 통하여 평가하였다. 2θ=5o에 나타나는 ADA-MMT의 (001)면의 회절피크가 나일론 6/MMT 나노복합체에서는 사라지고 2θ=2-10o범위에서도 어떤 회절피크가 나타나지 않는 것으로 보아 ADA-MMT가 exfoliation되어 있다고 판단하였다. 이 결과는 SEM에서 확인한 clay의 분산상태와 일치하였다. 중합물내의 PEO함량이 증가할수록 파단강도와 초기탄성률은 감소하고 파단신도는 증가한 반면, PEO함량을 10wt%로 고정하고 clay 함량을 증가시킨 경우에는 clay함량이 증가할수록 파단강도와 초기탄성계수는 증가하고 파단신도는 감소하였다. 240oC에서의 동적용융점도 측정에서 PEO함량이 증가함에 따라 용융점도는 감소하고, clay첨가에 따라 용융점도는 증가하는 경향을 보였으며, 저장전단탄성률(G'), 손실전단탄성률(G") 및 손실 tan δ를 그림 1에 나타내었다. 낮은 전단속도에서 clay의 함량이 증가할수록 G"에 비하여 G'가 뚜렷이 증가하고, 손실 tan δ는 감소함을 보이고 있다. 그리고, clay첨가에 따른 전기방사한 나일론 6 웹의 free standing 특성의 개선을 보기위하여 나일론 6/clay 나노복합체의 포름산 용액으로 전기방사하여 나노섬유 web을 제조하여 web의 섬유의 굵기 및 기계적 성질을 측정하여 clay 함량이 나노섬유 web의 물성에 미치는 영향을 전압의 세기 및 needle과 collector간의 거리를 달리하여 조사하였다. 참고문헌 1) K.J. Kim, D.S. Hong, A.R. Tripathy, and T. Kyu, J.Appl.Polym.Sci., 73, 1285 (1999). 2) T.J. Pinnavaia and G.W. Beall, "Polymer-Clay Nanocomposites", John Wiley & Sons, Ltd, 2000. 3) J.W. Cho and D.R. Paul, Polymer, 42, 1083 (2001). 본 연구는 한국과학재단 목적기초연구(과제번호:R05-2003-000-11788-0(2003))지원으로 수행되었음. |
| 저자 | 김택현, 이종순, 송동욱, 김갑진 |
| 소속 | 경희대 |
| 키워드 | 나일론 6; polyethylene oxide; clay; 나노복합체; 합성; 전기방사 |
