초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)과 폴리프로필렌(PP), 그라펜옥사이드(GO)와의 블렌드와 복합체 Properties of ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE) with polypropylene (PP) and graphene oxide(GO)원문보기
초 고분자량 폴리에틸렌 (Ultra High Molecular Weight Polyethylene: UHMWPE) 은 분자량 백만 이상의 폴리에틸렌을 말한다. UHMWPE는 높은 분자량에 기인한 높은 인장강도 및 탄성률, 내화학성 과 내마모성 등의 장점을 가지고 있다. 그리하여 UHMWPE는 다양한 분야, 특히 bearing components, gear, guide rails 와 medical materials로 많이 사용되고 있다. 하지만 UHMWPE는 초고분자량으로 인한 높은 용융점도 때문에 그 가공이 어렵거나 불가능하다. 따라서 UHMWPE점도를 낮추기 위한 방법을 위한 연구가 많이 진행되고 있다. 대표적인 방법으로는 ...
초 고분자량 폴리에틸렌 (Ultra High Molecular Weight Polyethylene: UHMWPE) 은 분자량 백만 이상의 폴리에틸렌을 말한다. UHMWPE는 높은 분자량에 기인한 높은 인장강도 및 탄성률, 내화학성 과 내마모성 등의 장점을 가지고 있다. 그리하여 UHMWPE는 다양한 분야, 특히 bearing components, gear, guide rails 와 medical materials로 많이 사용되고 있다. 하지만 UHMWPE는 초고분자량으로 인한 높은 용융점도 때문에 그 가공이 어렵거나 불가능하다. 따라서 UHMWPE점도를 낮추기 위한 방법을 위한 연구가 많이 진행되고 있다. 대표적인 방법으로는 xylene, cycloalkane 및 paraffin oil등의 용매에 녹이는 방법과 분자량이 낮은 PE를 사용하여 희석시키는 등의 방법이 있다.
본 연구 1장에서는 UHMWPE(7.0x106g/mol) Powder를 Decaline 용매를 통하여 만든 젤의 농도를 변화시키면서 frequency sweep을 통해 다양한 유변학적 물성을 측정하고 cloud point를 측정하여 젤 방사에 필요한 기초 데이터를 얻고, 이들 데이터를 일반화 하였다. 이 데이터를 기반으로 하여 UHMWPE/PP blend의 유변학적 물성을 측정하였다. 이때 (PP+UHMWPE)/decalin는 중량비로 6/94로 고정시키고 UHMEPE/PP의 조성은 다양하게(100/0, 95/5, 85/15, 70/30) 변화시켰다. 측정한 결과 우선 점성 함수는 전형적인 power-law 거동을 나타냄을 알 수 있었고, 같은 온도에서 농도가 증가 할수록 점도는 증가 하는 것을 알 수 있었고 온도가 증가 함에 따라 점도가 크게 감소 하는 것을 확인 하였다. 아울러 이러한 겔의 유변학적 기초 데이터를 바탕으로 UHMWPE와 PP를 블렌드 하여 수지의 점도를 감소시키고 아울러 압축을 통하여 얻은 필름을 통하여 여러가지 물성실험을 하였다. 이때 decalin 용매내에서 수지의 농도는 6%로 고정을 하였고 PP의 조성은 0에서부터 85%까지 다양하여 블렌드를 제조 하였다. 전단점도를 측정한 결과 미량의 PP를 첨가하여도 점도가 감소하는 것을 알 수 있는데 이를 통하여 PP가 에너지 최소화 법칙을 따르며 UHMWPE를 잘 감싸게 됨을 알 수 있었다. Blend의 기계적 물성은 PP함량이 증가함에 따라서 인장강도, 초기탄성률, 파단신율 모두 감소하였다.
2장에서는 본 위탁 연구에서는 판상의 GO(Graphene Oxide)를 UHMWPE/PP 용액 블렌드에 첨가함으로써UHMWPE/PP 2성분계 블렌드의 물성 향상을 도모하였다. 이 때 PO의 분산성을 향상시키기 위하여 먼저 GO를 PE-g-MAH (이하 g-PE 라 함), 또는 PP-g-MAH (이하 g-PP 라 함)와 반응시켜 유기물로 개질하였으며 (Organically modified GO, 이를 MGO 라 함), 이를 UHMWPE 또는 PP에 첨가한 후 UHMWPE/PP/MGO 삼원합금을 제조하였다. 이때 UHMWPE/PP의 조성은 중량비로 7/3으로 고정시켰으며, GO의 조성은 고형분의 1~3wt%로 변화시켰으며, g-PE, g-PP의 함량은 고형분의 10wt%로 하였다. Decalin을 용매로 하여 제조한 삼원합금의 유변학적 성질, 열적 성질, 기계적 성질 등을 측정하여 GO의 함량, mixing sequence 등이 물성향상에 기여하는 영향을 평가하였다. 판상의 GO를 g-PE, g-PP를 이용하여 유기화함으로써 (MGO), GO의 판상구조가 완전히 박리 됨을 XRD를 통해 확인하였다. g-PE 유기화 MGO를 PP상에 첨가하면, MGO가 우선적으로 PP상에 존재하여 PP의 결정화가 방해되고 UHMWPE의 결정화는 증가하였으며, UHMWPE 상에 첨가하면 UHMWPE상의 결정 화가 방해되고 PP상의 결정화는 증가하는 경향을 보였다. GO의 첨가로 초기탄성율은 2배 이상 (200 > 424 MPa)(3%첨가) 증가하였으나 파단신율은 급격히 감소하였으며, 복합재료의 신율이 GO에 의해 제어되었다. 열분해 온도는 GO의 함량과 더불어 증가하였으며 50% 무게감소 온도는 27℃ (3% GO) 증가 하였다.
초 고분자량 폴리에틸렌 (Ultra High Molecular Weight Polyethylene: UHMWPE) 은 분자량 백만 이상의 폴리에틸렌을 말한다. UHMWPE는 높은 분자량에 기인한 높은 인장강도 및 탄성률, 내화학성 과 내마모성 등의 장점을 가지고 있다. 그리하여 UHMWPE는 다양한 분야, 특히 bearing components, gear, guide rails 와 medical materials로 많이 사용되고 있다. 하지만 UHMWPE는 초고분자량으로 인한 높은 용융점도 때문에 그 가공이 어렵거나 불가능하다. 따라서 UHMWPE점도를 낮추기 위한 방법을 위한 연구가 많이 진행되고 있다. 대표적인 방법으로는 xylene, cycloalkane 및 paraffin oil등의 용매에 녹이는 방법과 분자량이 낮은 PE를 사용하여 희석시키는 등의 방법이 있다.
본 연구 1장에서는 UHMWPE(7.0x106g/mol) Powder를 Decaline 용매를 통하여 만든 젤의 농도를 변화시키면서 frequency sweep을 통해 다양한 유변학적 물성을 측정하고 cloud point를 측정하여 젤 방사에 필요한 기초 데이터를 얻고, 이들 데이터를 일반화 하였다. 이 데이터를 기반으로 하여 UHMWPE/PP blend의 유변학적 물성을 측정하였다. 이때 (PP+UHMWPE)/decalin는 중량비로 6/94로 고정시키고 UHMEPE/PP의 조성은 다양하게(100/0, 95/5, 85/15, 70/30) 변화시켰다. 측정한 결과 우선 점성 함수는 전형적인 power-law 거동을 나타냄을 알 수 있었고, 같은 온도에서 농도가 증가 할수록 점도는 증가 하는 것을 알 수 있었고 온도가 증가 함에 따라 점도가 크게 감소 하는 것을 확인 하였다. 아울러 이러한 겔의 유변학적 기초 데이터를 바탕으로 UHMWPE와 PP를 블렌드 하여 수지의 점도를 감소시키고 아울러 압축을 통하여 얻은 필름을 통하여 여러가지 물성실험을 하였다. 이때 decalin 용매내에서 수지의 농도는 6%로 고정을 하였고 PP의 조성은 0에서부터 85%까지 다양하여 블렌드를 제조 하였다. 전단점도를 측정한 결과 미량의 PP를 첨가하여도 점도가 감소하는 것을 알 수 있는데 이를 통하여 PP가 에너지 최소화 법칙을 따르며 UHMWPE를 잘 감싸게 됨을 알 수 있었다. Blend의 기계적 물성은 PP함량이 증가함에 따라서 인장강도, 초기탄성률, 파단신율 모두 감소하였다.
2장에서는 본 위탁 연구에서는 판상의 GO(Graphene Oxide)를 UHMWPE/PP 용액 블렌드에 첨가함으로써UHMWPE/PP 2성분계 블렌드의 물성 향상을 도모하였다. 이 때 PO의 분산성을 향상시키기 위하여 먼저 GO를 PE-g-MAH (이하 g-PE 라 함), 또는 PP-g-MAH (이하 g-PP 라 함)와 반응시켜 유기물로 개질하였으며 (Organically modified GO, 이를 MGO 라 함), 이를 UHMWPE 또는 PP에 첨가한 후 UHMWPE/PP/MGO 삼원합금을 제조하였다. 이때 UHMWPE/PP의 조성은 중량비로 7/3으로 고정시켰으며, GO의 조성은 고형분의 1~3wt%로 변화시켰으며, g-PE, g-PP의 함량은 고형분의 10wt%로 하였다. Decalin을 용매로 하여 제조한 삼원합금의 유변학적 성질, 열적 성질, 기계적 성질 등을 측정하여 GO의 함량, mixing sequence 등이 물성향상에 기여하는 영향을 평가하였다. 판상의 GO를 g-PE, g-PP를 이용하여 유기화함으로써 (MGO), GO의 판상구조가 완전히 박리 됨을 XRD를 통해 확인하였다. g-PE 유기화 MGO를 PP상에 첨가하면, MGO가 우선적으로 PP상에 존재하여 PP의 결정화가 방해되고 UHMWPE의 결정화는 증가하였으며, UHMWPE 상에 첨가하면 UHMWPE상의 결정 화가 방해되고 PP상의 결정화는 증가하는 경향을 보였다. GO의 첨가로 초기탄성율은 2배 이상 (200 > 424 MPa)(3%첨가) 증가하였으나 파단신율은 급격히 감소하였으며, 복합재료의 신율이 GO에 의해 제어되었다. 열분해 온도는 GO의 함량과 더불어 증가하였으며 50% 무게감소 온도는 27℃ (3% GO) 증가 하였다.
Chapter 1. The effects of the temperature and gel concentration on the rheological properties of ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE) were determined along with its cloud point and thermal behavior. The cloud point almost linearly increased with increasing gel contents within the ex...
Chapter 1. The effects of the temperature and gel concentration on the rheological properties of ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE) were determined along with its cloud point and thermal behavior. The cloud point almost linearly increased with increasing gel contents within the experimental range. The viscosity function followed power-law behavior and the gel viscosity increased significantly with increasing concentration, except high gel content. The temperature dependence of the viscosity followed the Arrhenius equation, where the effect of temperature was most pronounced at high gel content. We also have been determined the effect of temperature and the contents of PP on the rheological properties of UHMWPE. The result showed that the viscosity and mechanical properties of blends decreased with increasing PP contents. The viscosity function also followed the power-law behavior. Contact angle of the blend films increased with the increasing contents of PP.
Chapter 2. The ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE) / poly propylene (PP) / maleic-anhydride modified grapheme oxide (MGO) composites were prepared by solution mixing. FT-IR and XRD results show that the graphene oxide is well modified by PE-g-MAH or PP-g-MAH. We have measured the rheological properties of the UHMWPE/PP/MGO composites with various MGO contents (0, 1 and 2 phr), PE-g-MAH or PP-g-MAH contents (2, 6 and 10 wt%) and mixing sequences at several temperatures (110, 130 and 150°C) in a broad range of frequency (10-1-102) at a gel concentration of 6wt%. The results show that the viscosity of the UHMWPE solution has increased with the increasing MGO contents and decreasing PE-g-MAH or PP-g-MAH contents. Viscosity also has some difference as mixing sequences. We could predict which phase has more MGO by heat of fusion of DSC thermogram. Thermal stability of UHMWPE increases with increasing MGO contents. (TGA) Tensile properties of composites were also determined, results showed tensile strength and young’s modulus of composites increased with increasing MGO contents. However elongation at break of composites decreases with increasing MGO contents. Electric conductivity slightly increases when GO presence in composites.
Chapter 1. The effects of the temperature and gel concentration on the rheological properties of ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE) were determined along with its cloud point and thermal behavior. The cloud point almost linearly increased with increasing gel contents within the experimental range. The viscosity function followed power-law behavior and the gel viscosity increased significantly with increasing concentration, except high gel content. The temperature dependence of the viscosity followed the Arrhenius equation, where the effect of temperature was most pronounced at high gel content. We also have been determined the effect of temperature and the contents of PP on the rheological properties of UHMWPE. The result showed that the viscosity and mechanical properties of blends decreased with increasing PP contents. The viscosity function also followed the power-law behavior. Contact angle of the blend films increased with the increasing contents of PP.
Chapter 2. The ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE) / poly propylene (PP) / maleic-anhydride modified grapheme oxide (MGO) composites were prepared by solution mixing. FT-IR and XRD results show that the graphene oxide is well modified by PE-g-MAH or PP-g-MAH. We have measured the rheological properties of the UHMWPE/PP/MGO composites with various MGO contents (0, 1 and 2 phr), PE-g-MAH or PP-g-MAH contents (2, 6 and 10 wt%) and mixing sequences at several temperatures (110, 130 and 150°C) in a broad range of frequency (10-1-102) at a gel concentration of 6wt%. The results show that the viscosity of the UHMWPE solution has increased with the increasing MGO contents and decreasing PE-g-MAH or PP-g-MAH contents. Viscosity also has some difference as mixing sequences. We could predict which phase has more MGO by heat of fusion of DSC thermogram. Thermal stability of UHMWPE increases with increasing MGO contents. (TGA) Tensile properties of composites were also determined, results showed tensile strength and young’s modulus of composites increased with increasing MGO contents. However elongation at break of composites decreases with increasing MGO contents. Electric conductivity slightly increases when GO presence in composites.
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