A Strategy to Enhance Thermomechanical Properties of Self-healable Polymer by Using Block Copolymer Nanostructures : 블록 공중합체의 자기조립 나노 구조를 이용한 자기치유 고분자의 열적 기계적 특성 향상에 대한 연구원문보기
본 학위논문에서는 하드 도메인을 형성시킬 수 있는 블록공중합체를 이용하여 가역적인 hindered urea bond (HUB)를 이용하는 자기치유(self-healing) 고분자 소재의 기계적 특성을 향상시키는 방법에 대하여 연구를 수행하였다. 이를 위하여 reversible addition-fragmentation chain transfer (...
본 학위논문에서는 하드 도메인을 형성시킬 수 있는 블록공중합체를 이용하여 가역적인 hindered urea bond (HUB)를 이용하는 자기치유(self-healing) 고분자 소재의 기계적 특성을 향상시키는 방법에 대하여 연구를 수행하였다. 이를 위하여 reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) 중합을 통하여 하드 도메인을 형성할 수 있는 블록과 자기치유를 할 수 있는 블록을 가지는 블록 공중합체를 합성하였으며, 이를 자기치유 고분자 매트릭스와 혼합하여 자기조립(self-assembly)을 통한 마이셸 구조를 형성 시켰다. 마이셸 구조의 형성은 주사전자현미경(scanning electron microscopy, SEM) 및 그레이징 입사 소각 x선 산란(grazing incidence small angle X-ray scattering, GISAXS)을 통하여 확인하였다. 형성된 마이셸의 P4VP코어는 높은 열적 안정성 및 높은 기계적 특성을 가지며, 자기치유 매트릭스 내에서 물리적인 가교점 역할을 하며 자기치유 소재의 기계적 특성을 향상시키는 역할을 하며, 이를 동적 기계 분석기 (dynamic mechanical analysis, DMA), Rheometer, 만능 재료 시험기 (universal testing machine, UTM), 나노압입시험(nanoindentation)을 통하여 확인 하였으며, 인성, 경도, 탄성이 각각 21.7%, 25.3%, 24.8% 향상되었음을 확인 하였다. 또한, UTM 및 single scratch 자기치유 시험을 통하여 블록 공중합체와 혼합한 후에도 여전히 자기치유 특성을 가지는 것을 확인 하였다. 또한 동시에 HUB가 해리되어 자기치유 소재의 물성을 잃게 되는 고온에서도 P4VP블록이 여전히 가교점으로 역할을 할 수 있기 때문에 더 높은 온도까지 rubbery plateau를 유지할 수 있음을 확인 하였다. 또한 여러가지 비닐 모노머 들과 CVD그래핀, HOPG, rGO 표면과의 접착 강도를 원자 힘 현미경 (atomic force microscopy, AFM)을 통하여 정량적으로 분석하여 P4VP의 단량체인 4-vinyl pyridine이 그래핀과 가장 강한 상호작용을 하는 것을 확인하였으며, 이를 활용하여 PtB-b-P4VP 블록 공중합체를 rGO 및 MWCNT를 볼밀 공정을 통하여 분산시켜 안정한 rGO 및 MWCNT 분산액을 얻었으며, 이 분산액의 rGO 및 MWCNT의 모폴로지를 마이크로 전자저울, AFM, 및 투과 전자 현미경 (transmission electron microscopy, TEM)을 통하여 분석하였다. 최종적으로 이 분산액을 이용하여 rGO 및 MWCNT가 함유된 자기치유 고분자 복합체를 제조 하였으며, 제조된 rGO 및 MWCNT가 함유된 복합체의 물성을 UTM을 통하여 분석하여 rGO, MWCNT가 함유된 복합체의 인성이 각 8.5% 및 14.4% 향상되었음을 확인하였다. 또한, single-scratch 자가치유 시험 및 절단된 시료의 자기치유 시험을 통하여 준비된 복합체들이 여전히 자기치유 특성을 유지하고 있음을 확인 하였다. 본 연구에서 사용된 방법인 블록공중합체를 이용한 하드도메인의 형성 및 이를 활용한 복합체 제조 기술을 활용하면 자기치유 특성을 여전히 보유하면서 더 강한 기계적 강도, 전도성 등 여러 기능성을 가지는 소재를 개발 할 수 있을 것으로 기대된다.
본 학위논문에서는 하드 도메인을 형성시킬 수 있는 블록공중합체를 이용하여 가역적인 hindered urea bond (HUB)를 이용하는 자기치유(self-healing) 고분자 소재의 기계적 특성을 향상시키는 방법에 대하여 연구를 수행하였다. 이를 위하여 reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) 중합을 통하여 하드 도메인을 형성할 수 있는 블록과 자기치유를 할 수 있는 블록을 가지는 블록 공중합체를 합성하였으며, 이를 자기치유 고분자 매트릭스와 혼합하여 자기조립(self-assembly)을 통한 마이셸 구조를 형성 시켰다. 마이셸 구조의 형성은 주사전자현미경(scanning electron microscopy, SEM) 및 그레이징 입사 소각 x선 산란(grazing incidence small angle X-ray scattering, GISAXS)을 통하여 확인하였다. 형성된 마이셸의 P4VP코어는 높은 열적 안정성 및 높은 기계적 특성을 가지며, 자기치유 매트릭스 내에서 물리적인 가교점 역할을 하며 자기치유 소재의 기계적 특성을 향상시키는 역할을 하며, 이를 동적 기계 분석기 (dynamic mechanical analysis, DMA), Rheometer, 만능 재료 시험기 (universal testing machine, UTM), 나노압입시험(nanoindentation)을 통하여 확인 하였으며, 인성, 경도, 탄성이 각각 21.7%, 25.3%, 24.8% 향상되었음을 확인 하였다. 또한, UTM 및 single scratch 자기치유 시험을 통하여 블록 공중합체와 혼합한 후에도 여전히 자기치유 특성을 가지는 것을 확인 하였다. 또한 동시에 HUB가 해리되어 자기치유 소재의 물성을 잃게 되는 고온에서도 P4VP블록이 여전히 가교점으로 역할을 할 수 있기 때문에 더 높은 온도까지 rubbery plateau를 유지할 수 있음을 확인 하였다. 또한 여러가지 비닐 모노머 들과 CVD그래핀, HOPG, rGO 표면과의 접착 강도를 원자 힘 현미경 (atomic force microscopy, AFM)을 통하여 정량적으로 분석하여 P4VP의 단량체인 4-vinyl pyridine이 그래핀과 가장 강한 상호작용을 하는 것을 확인하였으며, 이를 활용하여 PtB-b-P4VP 블록 공중합체를 rGO 및 MWCNT를 볼밀 공정을 통하여 분산시켜 안정한 rGO 및 MWCNT 분산액을 얻었으며, 이 분산액의 rGO 및 MWCNT의 모폴로지를 마이크로 전자저울, AFM, 및 투과 전자 현미경 (transmission electron microscopy, TEM)을 통하여 분석하였다. 최종적으로 이 분산액을 이용하여 rGO 및 MWCNT가 함유된 자기치유 고분자 복합체를 제조 하였으며, 제조된 rGO 및 MWCNT가 함유된 복합체의 물성을 UTM을 통하여 분석하여 rGO, MWCNT가 함유된 복합체의 인성이 각 8.5% 및 14.4% 향상되었음을 확인하였다. 또한, single-scratch 자가치유 시험 및 절단된 시료의 자기치유 시험을 통하여 준비된 복합체들이 여전히 자기치유 특성을 유지하고 있음을 확인 하였다. 본 연구에서 사용된 방법인 블록공중합체를 이용한 하드도메인의 형성 및 이를 활용한 복합체 제조 기술을 활용하면 자기치유 특성을 여전히 보유하면서 더 강한 기계적 강도, 전도성 등 여러 기능성을 가지는 소재를 개발 할 수 있을 것으로 기대된다.
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