고분자 나노 복합체

목차

서론
고분자의 이용 및 그 단점

본론
나노복합체의 특성
나노복합체의 이용 및 사례
나노복합체의 메카니즘
나노복합체 실험실 실험

결론
나노복합체의 발전 방향

본문내용

이 가능할 것으로 보인다.
이상 살펴본 바와 같이 고분자 나노복합체는 층상 실리케이트를 5%정도의 소량 사용하면서도 특성을 대폭 향상시킬 수 있는 장점이 있기 때문에 고분자 관련 연구자 및 기업의 큰 관심을 끌고 있다.
다음장에 나오는 것은 제가 지난 1년동안 실험한 것들과 경기대 화학공학과에 실험을 의뢰했던 실험 자료입니다. 참고하세요.
경기대 화학공학과 실험
실험의뢰 : 화학공학과 김상범 교수님 연구실
예상 결과
- 위와 같은 실험 결과를 보듯 크기가 대단히 작은 나노 화합물은 다른 보강제의 필요없이 충격강도, 인장강도, 굴곡강도, 탄성율, 내열성 등 모든 물성을 높일 수 있다.
더불어 무기물인 clay(흙)를 Nano크기로 잘게 부셔 polymer(가연성 물질)에 첨가하면 부분적으로 첨가된 난연물질인 clay로 인해 잘 타지 않을 것이다
-> 난연성
실험 방법
층간 삽입(intercalate)하는 아직까지의 효율적인 방법은 아래와 같다.
1) 폴리울(극성기가 포함된 polymer)을 100g 준비한다.
2) mechenical stirrer를 500rpm 정도 유지하면서 clay가 뭉치지 않도록 폴리울의 3w%의 clay를 서서히 넣어 준다.
3) clay의 층상 실리케이트에 polymer가 삽입되도록 2000rpm 이상 강하게 stirring을 2시간 해준다.
but, 시간이 한 두달 지난 상태를 관찰한 결과 침전된 clay를 볼 수 있다. 즉 나노화가 잘 되지 않았다는 뜻이된다.
* 화공과 실험과 유기 금속 실험실의 실험과 다른점은 유기 금속 실험실은 MMT를 먼저 극성기가 포함된 화합물에 충진시켜 유기화시켜 polymer와 반응을 한 반면, 화공과는 극성기를 띤 polymer를 사용하여 바로 clay를 넣어주었다.
화학과 실험
실험자:김경철
실험날짜:2004.12~2005.2
나노 복합체를 합성하는 실험과정은 크게 3가지 step으로 나눌 수 있다. 첫 번째가 MMT에 첨가되는 salts의 합성이며, 두 번째는 합성된 salts를 MMT의 Na+이온과 양이온 교환을 하는 것이고, 마지막으로 유기적으로 합성된 organically layered silicate에 PS(polystyrene)를 층간 삽입(intercalation)및 박리(expoliation)하여 nano화된 polymer를 합성하는 것이다.
- IR spectrum 및 GC/MS, NMR mp측정 결과 2차 amine salts라는 것을 쉽게 알 수 있었다.
- 수득률은 다음 실험에 용매를 줄여 농도를 짙게 하여 95%이상 올렸다.
그림17. GC/MS spectrum
GC.MS spectrum으로 salts의 분자량을 쉽게 알 수 있다.
(ether에 녹여 확인)
건조 후 합성된 화합물 분석
1. IR : B-M-0.03
-합성된 화합물의 IR spectrum중에 알킬기 peak를 확인
그림18. IR spectrum 그림19. TGA spectrum
2. TGA(Thermogravimetric analyzer) : B-M-0.03
TGA(열중량 분석기)의 각 온도별 감소되는 양을 확인하여 MMT 대비 3w%의 양의 salts가 들어 있는지 확인함.
3. 불꽃 반응
Na+으로 충진된 천연의 MMT와 cation exchange된 유기적으로 합성된 MMT를 비교하여 Na+(노란색 불꽃) 유무 확인.
4. 분해능이 나노단위인 투과전자현비경transmission electron microscope(TEM) 과 주사전자현미경 scanning electron microscope(SEM)을 통해 확인
나노 복합체의 PS를 확인하는 방법
1. IR : B-M-0.03-P
PS와 비교하여 MMT가 포함되어 있는지 확인
(but 양이 작은 관계로 peak가 약함)
2. TEM : B-M-0.03-P (MMT의 박리된 모습을 눈으로 직접 확인 가능)
그림20, 21. MMT가 PS사이에 박리된 모습 (기준길이:200nm)
2. TGA(Thermogravimetric analyzer) : B-M-0.03-P
TGA(열중량 분석기)의 각 온도별 감소되는 양을 확인하여 PS와 비교하여 열의 대한 안정성 및 남은 MMT의 양을 확인.
그림22. TGA B-M-0.1(0.66) [salts of MMT 10%의 MMT of PS 20%]
그림23. TGA B-M-0.03(0.33) [salts of MMT 3%의 MMT of PS 10%]
맺음말
고분자 나노 복합체는 기존의 무기 충진/ 보강제에 비해 소량의 분산 입자의 첨가만으로 열적, 기계적 성질 외에 액체 및 기체 투과성, 난연성 등이 우수한 물질을 만들 수 있다는 점에서 앞으로의 복합재료 분야 및 시장에 상당한 영향력을 미치는 핵심기술로 인식되고 있다. 또한 경제성을 고려할 때, 용융삽입법에 의해 기존의 압출 또는 사출과 같은 고분자 가공 기술의 적용이 가능하므로 상당히 유망한 분야로 판단된다. 그러나 현재로서는
1) 층상 무기물의 가격이 아직 비싸고,
2) 시장이 아직 성숙되어 있지 않으며
3) 고분자 복합체의 경우 삽입 및 박리의 원인 및 메커니즘의 규명이 아직 미미한 상태 이며
4) 특히 국내의 경우 미국, 일본 등의 선진국에 비해 점토 광물의 구조와 특성의 이해 및 정제, 유기화 등의 기술이 열세를 보이고 있다.
따라서 물성이 우수한 고분자 나노복합체의 개발을 위해서는
1) 저가의 층상 무기물의 제조기술 확보
2) 구조와 특성의 이해
3) 정제 및 유기화 기술, 삽입 및 박리 기술 가공조건의 조절을 통한 분산상태의 최적화 등의 기술 확보가 선행되어야 할 것이다.
결과는 아직 미미했지만 지금까지 진척 사항은 MMT가 박리되어 PS에 분산된 형태를 TEM과 TGA를 의뢰하여 확인할 수 있었고, 막연했던 실험방법의 골격을 어느정도 세웠던 것에 큰 의미를 두고 있다.
앞으로 실험의 진행방향은 기본 실험 방법을 바탕으로 최적의 반응비를 구축할 것이며 여러가지 어려움을 하나하나 제거하면서, 이제까지 없었던 새로운 방법으로 만든 효과적인 재료인 나노복합체를 내 손으로 만들어 보려고 노력할 것이다.
2005.06.06 김경철

키워드

고분자,   나노,   복합체,   난연성