본 연구에서는 우선 세 가지 알킬 암모늄염인 stearyltrimethylammonium chloride(STAC), distearyldimethylammonium chloride(DDAC), vinylbenzyltrimethylammonium chloride(VBTAC)를 사용하여 친유성 montmorillonite인 유기화 clay를 제조하고, 제조된 유기화 clay에 대해 IR, TGA, ...
본 연구에서는 우선 세 가지 알킬 암모늄염인 stearyltrimethylammonium chloride(STAC), distearyldimethylammonium chloride(DDAC), vinylbenzyltrimethylammonium chloride(VBTAC)를 사용하여 친유성 montmorillonite인 유기화 clay를 제조하고, 제조된 유기화 clay에 대해 IR, TGA, XRD 등을 관찰함으로써 유기화제인 alkyl ammonium salt의 흡착특성에 관해 조사하였다. 그리고 제조된 각 유기화 clay를 styrene단량체에 분산시킨 후, 라디칼 개시제인 benzoyl peroxide를 사용하여 polystyrene/clay 나노복합재내 실리케이트 층의 분산거동과 나노복합재의 기계적, 열적 물성을 XRD, DSC, DMA, TEM 등을 측정하여 비교, 분석하였다. 유기화 clay는 FT-IR 분석으로 2920cm^(-1), 2847cm^(-1)의 알킬 암모늄염의 C-H stretching(in alkyl chain) 피크와 1472, 1487cm^(-1)의 CH₂ symmetric bending 피크로 흡착이 되었음을 알 수 있었다. 유기화 clay 제조시 투입된 유기화제 양의 변화에 따른 clay 표면에 흡착된 유기화제의 양을 TGA로 분석한 결과 투입되는 유기화제 양이 증가할수록 유기화제 흡착량이 증가함을 보이고 있다. 본 연구에서 제조한 유기화 clay들의 층간거리는 19∼40Å로써 Cloisite 15A의 층간 거리 31.55Å와 Cloisite 30B의 층간 거리 18.8Å에 비해 큰 값을 지닌다. STAC의 DDAC를 1:1 비로, STAC, DDAC, 그리고 VBTAC를 각각 1:1:1 비로 사용하여 유기화 clay를 제조하고 이로부터 얻은 polystyrene/clay 나노복합재의 경우 유기화 clay 함량 1∼3%까지는 고분자 기질 내에 유기화 clay가 완전 박리된 형태를 보이고 유기화 clay 함량 4∼6%에서는 부분적인 삽입 형태를 보이고 있다. 두 가지 유기화제를 사용하여 제조한 유기화 clay와 polystyrene의 나노복합재는 5∼6℃의 Tg 향상을 보이고, 세 가지 유기화제를 사용하여 제조한 유기화 clay와 polystyrene의 나노복합재는 8∼9℃의 Tg 향상을 보이고 있다. 두 가지 유기화제를 사용하여 제조한 유기화 clay는 styrene에 대한 혼화성이 두드러졌고, 세 가지 유기화제를 사용하여 제조한 유기화 clay와 polystyrene의 나노복합재는 가장 큰 Tg 향상을 나타내었다. 유기화 clay 함량 1% 기준으로 두 나노복합재 모두 XRD 결과에서는 고분자 기질 내의 유기화 clay들이 박리된 것으로 볼 수 있으나 TEM image에서는 박리 혹은 부분적으로 clay의 실리케이트 층간에 고분자가 삽입되었음을 확인할 수 있었다.
본 연구에서는 우선 세 가지 알킬 암모늄염인 stearyltrimethylammonium chloride(STAC), distearyldimethylammonium chloride(DDAC), vinylbenzyltrimethylammonium chloride(VBTAC)를 사용하여 친유성 montmorillonite인 유기화 clay를 제조하고, 제조된 유기화 clay에 대해 IR, TGA, XRD 등을 관찰함으로써 유기화제인 alkyl ammonium salt의 흡착특성에 관해 조사하였다. 그리고 제조된 각 유기화 clay를 styrene 단량체에 분산시킨 후, 라디칼 개시제인 benzoyl peroxide를 사용하여 polystyrene/clay 나노복합재내 실리케이트 층의 분산거동과 나노복합재의 기계적, 열적 물성을 XRD, DSC, DMA, TEM 등을 측정하여 비교, 분석하였다. 유기화 clay는 FT-IR 분석으로 2920cm^(-1), 2847cm^(-1)의 알킬 암모늄염의 C-H stretching(in alkyl chain) 피크와 1472, 1487cm^(-1)의 CH₂ symmetric bending 피크로 흡착이 되었음을 알 수 있었다. 유기화 clay 제조시 투입된 유기화제 양의 변화에 따른 clay 표면에 흡착된 유기화제의 양을 TGA로 분석한 결과 투입되는 유기화제 양이 증가할수록 유기화제 흡착량이 증가함을 보이고 있다. 본 연구에서 제조한 유기화 clay들의 층간거리는 19∼40Å로써 Cloisite 15A의 층간 거리 31.55Å와 Cloisite 30B의 층간 거리 18.8Å에 비해 큰 값을 지닌다. STAC의 DDAC를 1:1 비로, STAC, DDAC, 그리고 VBTAC를 각각 1:1:1 비로 사용하여 유기화 clay를 제조하고 이로부터 얻은 polystyrene/clay 나노복합재의 경우 유기화 clay 함량 1∼3%까지는 고분자 기질 내에 유기화 clay가 완전 박리된 형태를 보이고 유기화 clay 함량 4∼6%에서는 부분적인 삽입 형태를 보이고 있다. 두 가지 유기화제를 사용하여 제조한 유기화 clay와 polystyrene의 나노복합재는 5∼6℃의 Tg 향상을 보이고, 세 가지 유기화제를 사용하여 제조한 유기화 clay와 polystyrene의 나노복합재는 8∼9℃의 Tg 향상을 보이고 있다. 두 가지 유기화제를 사용하여 제조한 유기화 clay는 styrene에 대한 혼화성이 두드러졌고, 세 가지 유기화제를 사용하여 제조한 유기화 clay와 polystyrene의 나노복합재는 가장 큰 Tg 향상을 나타내었다. 유기화 clay 함량 1% 기준으로 두 나노복합재 모두 XRD 결과에서는 고분자 기질 내의 유기화 clay들이 박리된 것으로 볼 수 있으나 TEM image에서는 박리 혹은 부분적으로 clay의 실리케이트 층간에 고분자가 삽입되었음을 확인할 수 있었다.
The study of polymer/clay nanocomposites is one of the most active research fields in polymer and materials science. Nanocomposites that exhibit a change in composition and structure over a nanometer length scale have been shown over the last 10 years to afford remarkable property enhancements relat...
The study of polymer/clay nanocomposites is one of the most active research fields in polymer and materials science. Nanocomposites that exhibit a change in composition and structure over a nanometer length scale have been shown over the last 10 years to afford remarkable property enhancements relative to conventionally-scaled composites. On polymerization nanolayers of clay are not easily dispersed in most polymers due to their preferred face-to-face stacking in agglomerated tactoids. However, as was first demonstrated by the Toyota group, the replacement of the inorganic exchange cations in the galleries of the native clay by alkylammonium surfactants can compatibilize the surface chemistry of the clay and the hydrophobic polymer matrix. Recently, polymer/clay nanocomsites show the improvement of limited properties such as mechanical, thermal, and electrical properties for commercial polymers and many studies on the synthesis of nanocomposites have been made. In this study organoclays prepared with cationic surfactants by cation exchange. The effect of alkylammonium ions in the prepared organoclay layers was investigated by FT-IR, TGA and XRD and then compared with Cloisite 15A and 30B. No XRD peaks of clay-nanocomposites prepared in this experiment were observed at 2θ=2∼10. But a weak XRD peaks of clay-nanocomposites was film were observed around 2θ=4.5° and 6.2°. PS-MVDSTAC nanocomposite exhibited higher increase in the glass transition temperature than virgin polystyrene and other nanocomposites. Dynamic mechanical analysis(DMA) measurement shows that storage modulus of PS-MVDSTAC nanocomposite is higher than these of virgin polystyrene and other nanocomposites. TEM images show that organoclay was homogeneously dispersed nanolayers in polymer matrix. As a result, PS-MVDSTAC nanocomposite exhibited higher increase in the properties than virgin polystyrene and other nanocomposites. The polymerizable function of MVDSTAC would be attributed to the improvement in the nanocomposite property. This study shows that there are three important factors to achieve the high property of nanocomposite : (a) cation exchange capacity of clay, (b) alkyl chain length of cation surfactant, and (c) choice of surfactant with polymerizable function.
The study of polymer/clay nanocomposites is one of the most active research fields in polymer and materials science. Nanocomposites that exhibit a change in composition and structure over a nanometer length scale have been shown over the last 10 years to afford remarkable property enhancements relative to conventionally-scaled composites. On polymerization nanolayers of clay are not easily dispersed in most polymers due to their preferred face-to-face stacking in agglomerated tactoids. However, as was first demonstrated by the Toyota group, the replacement of the inorganic exchange cations in the galleries of the native clay by alkylammonium surfactants can compatibilize the surface chemistry of the clay and the hydrophobic polymer matrix. Recently, polymer/clay nanocomsites show the improvement of limited properties such as mechanical, thermal, and electrical properties for commercial polymers and many studies on the synthesis of nanocomposites have been made. In this study organoclays prepared with cationic surfactants by cation exchange. The effect of alkylammonium ions in the prepared organoclay layers was investigated by FT-IR, TGA and XRD and then compared with Cloisite 15A and 30B. No XRD peaks of clay-nanocomposites prepared in this experiment were observed at 2θ=2∼10. But a weak XRD peaks of clay-nanocomposites was film were observed around 2θ=4.5° and 6.2°. PS-MVDSTAC nanocomposite exhibited higher increase in the glass transition temperature than virgin polystyrene and other nanocomposites. Dynamic mechanical analysis(DMA) measurement shows that storage modulus of PS-MVDSTAC nanocomposite is higher than these of virgin polystyrene and other nanocomposites. TEM images show that organoclay was homogeneously dispersed nanolayers in polymer matrix. As a result, PS-MVDSTAC nanocomposite exhibited higher increase in the properties than virgin polystyrene and other nanocomposites. The polymerizable function of MVDSTAC would be attributed to the improvement in the nanocomposite property. This study shows that there are three important factors to achieve the high property of nanocomposite : (a) cation exchange capacity of clay, (b) alkyl chain length of cation surfactant, and (c) choice of surfactant with polymerizable function.
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