유화 중합에 의해 제조된 폴리(비닐 아세테이트)는 수지를 가소화 시키는데 도움이 되는 낮은 유리전이 온도를 가지고 있어 페인트의 바인더, 나무나 종이의 접착제 등에 광범위하게 사용된다. 유화 중합의 유화제는 이온개시제가 고분자 생산품의 특성을 저하시키는 성질 때문에 비닐 아세테이트와 부틸 아크릴레이트를 KPS(potasium persulfate)를 촉매로 하고 고분자 특성을 예방하는 보호 콜로이드로서 폴리(비닐 알코올)를 사용하여 합성되었다. 공중합라텍스 생산품은 내부적으로 가소화 되었고, 콜로이드 안정성 접착성 인장강도와 신율이 강화되었다. 비닐 아세테이트와 부틸 아크릴레이트가 유화 중합 동안 0.7 wt%의 KPS와 15 wt%의 폴리(비닐 알코올) 그리고 비닐 아세테이트와 부틸 아크릴레이트의 중량 비율이 19일 때 응집물이 없고 높은 전환율을 보인다. 골리(비닐 알코올) 농도의 증가 때문에 공중합은 더욱 빨라지고 폴리머 입자는 더 안정해진다. 또 비닐 아세테이트와 부틸 아크릴레이트 공중합체의 기계적 안정성을 강화시킨다. 하지만 고분자 입자의 크기는 폴리(비닐 알코올)가 증가함에 따라 감소한다. 최소 필름 형성온도, 유리 전이 온도, 표면 형태, 분자량. 분자량 분포도, 인장강도, 신율과 같은 비닐 아세테이트와 부틸 아크릴레이트 공중합체의 물성은 시차주사 열량계, 투과 전자 현미경 등의 분석기기를 사용하여 측정되었다.
유화 중합에 의해 제조된 폴리(비닐 아세테이트)는 수지를 가소화 시키는데 도움이 되는 낮은 유리전이 온도를 가지고 있어 페인트의 바인더, 나무나 종이의 접착제 등에 광범위하게 사용된다. 유화 중합의 유화제는 이온개시제가 고분자 생산품의 특성을 저하시키는 성질 때문에 비닐 아세테이트와 부틸 아크릴레이트를 KPS(potasium persulfate)를 촉매로 하고 고분자 특성을 예방하는 보호 콜로이드로서 폴리(비닐 알코올)를 사용하여 합성되었다. 공중합 라텍스 생산품은 내부적으로 가소화 되었고, 콜로이드 안정성 접착성 인장강도와 신율이 강화되었다. 비닐 아세테이트와 부틸 아크릴레이트가 유화 중합 동안 0.7 wt%의 KPS와 15 wt%의 폴리(비닐 알코올) 그리고 비닐 아세테이트와 부틸 아크릴레이트의 중량 비율이 19일 때 응집물이 없고 높은 전환율을 보인다. 골리(비닐 알코올) 농도의 증가 때문에 공중합은 더욱 빨라지고 폴리머 입자는 더 안정해진다. 또 비닐 아세테이트와 부틸 아크릴레이트 공중합체의 기계적 안정성을 강화시킨다. 하지만 고분자 입자의 크기는 폴리(비닐 알코올)가 증가함에 따라 감소한다. 최소 필름 형성온도, 유리 전이 온도, 표면 형태, 분자량. 분자량 분포도, 인장강도, 신율과 같은 비닐 아세테이트와 부틸 아크릴레이트 공중합체의 물성은 시차주사 열량계, 투과 전자 현미경 등의 분석기기를 사용하여 측정되었다.
Poly(vinyl acetate) (PVAc) prepared by emulsion polymerization has broad applications for additives such as paint binder, adhesive for wood and paper due to its low glass transition temperature which help to plasticize substrate resins. Since emulsion polymerization has a disadvantage that surfactan...
Poly(vinyl acetate) (PVAc) prepared by emulsion polymerization has broad applications for additives such as paint binder, adhesive for wood and paper due to its low glass transition temperature which help to plasticize substrate resins. Since emulsion polymerization has a disadvantage that surfactant and ionic initiator degrade properties of the product polymer, poly(vinyl acetate-co-butyl acrylate) (VVc-BA) was synthesized using potassium persulfate as catalyst and poly(vinyl alcohol) (PVA) as protective colloid to prevent the degradation. The copolymer latex product was internally plasticized and has enhanced colloid stability, adhesion, tensile strength and elongation. During VAc-BA emulsion polymerization, no coagulation and complete conversion occur with the reactant mixture of 0.7wt% potassium persulfate, 15wt% poly(vinyl alcohol) (PVA-217), and the balanced monomer that the weight ratio of vinyl acetate to butyl acrylate is 19. As the concentrations of PVA increase, the copolymerization becomes faster and polymer particles are more stable, resulting in enhanced mechanical stability of the VAc-BA copolymer. However, the size of the polymer particles decreases with increasing PVA contents. Properties of the VAc-BA copolymer, such as minimum film formation temperature, glass transition temperature, surface morphology, molecular weight and molecular weight distribution, tensile strength and elongation, were characterized using differential scanning calorimeter, transmission electron microscope and other instruments.
Poly(vinyl acetate) (PVAc) prepared by emulsion polymerization has broad applications for additives such as paint binder, adhesive for wood and paper due to its low glass transition temperature which help to plasticize substrate resins. Since emulsion polymerization has a disadvantage that surfactant and ionic initiator degrade properties of the product polymer, poly(vinyl acetate-co-butyl acrylate) (VVc-BA) was synthesized using potassium persulfate as catalyst and poly(vinyl alcohol) (PVA) as protective colloid to prevent the degradation. The copolymer latex product was internally plasticized and has enhanced colloid stability, adhesion, tensile strength and elongation. During VAc-BA emulsion polymerization, no coagulation and complete conversion occur with the reactant mixture of 0.7wt% potassium persulfate, 15wt% poly(vinyl alcohol) (PVA-217), and the balanced monomer that the weight ratio of vinyl acetate to butyl acrylate is 19. As the concentrations of PVA increase, the copolymerization becomes faster and polymer particles are more stable, resulting in enhanced mechanical stability of the VAc-BA copolymer. However, the size of the polymer particles decreases with increasing PVA contents. Properties of the VAc-BA copolymer, such as minimum film formation temperature, glass transition temperature, surface morphology, molecular weight and molecular weight distribution, tensile strength and elongation, were characterized using differential scanning calorimeter, transmission electron microscope and other instruments.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 연구는 유화제 대신 PVA 존재하에서 비닐 아세테 이트와 부틸 아크릴레이트의 공중합 에멀젼 제조에 있어 실험조건을 다변화시켜 전환율 점도 변화를 측정하고 제조된 에멀젼의 입자 구조 및 형태, 필름 형성, 유리전 이 온도, 중량 및 수평균 분자량을 측정하여 고분자의 분포를 확인하며, 중합체를 부직포에 함침시켜 건조 온도에 따른 인장강도와 신율의 측정, 시차주사 열량 분석, 주사 전자 현미경, 원자 현미경 등에 의하여 이들의 물성을 연구하고 응용 가능성을 알아보기 위함이 목적 이다.
가설 설정
유화 중합에 관한 연구는 Haridns에4 의해 시직된 후 Smith 와 Ewart는5 유화 중합이 단량체에 의해 팽윤된 유화제 마이셀 안에서 일어난다는 이론을 발표하였다. 그 이론은 스티렌과 같이 물에 용해성이 비교적 낮은 단량체의 반응을 기초로 한 것으로 단량체의 대부분은 유화제로 안정화 되어 있는 지름 1~10 pm 정도의 단량체 액적으로 분산되어 있고 일부 단량체들은 물에 녹아있는데 마이셀들의 총 표면적이 단량체 액적 보다 크므로 물에서 개시 제가 분해하여 형성된 라디칼이 monomer-swollen micelle로 흡수되어 반응이 시작됨으로써 고분자 입자가 형성된다고 가정하였다.
제안 방법
실험방법. 1 L의 파이렉스 상하분리형 5구 반응기에서 PVA 15 wt%/단량체를 85 ℃에서 1시간 가량 녹여 용액 상태로 만들고, 여기에 VAc와 BA를 95:5의 비율로 혼합한 단량체 10 g과 2.09 g의 개시제 KPS와 함께 투입하여 seed를 만든 후 VAc와 BA를 혼합한 나머지 단량체를 개시제인 KPS와 동시에 연속적으로 5시간 동안 투입하여 seed를 성장시켜 중합하고 동일 온도에서 60분간 숙성하여 PVAc-PBA 공중합체 에멀젼을 제조하였다. 동일한 방법으로 보호 콜로이드 PXA의 함량 변화, 개시제 KPS 의 함량 및 종류변화, BA의 함량 변화, 중합온도의 변화 등의 여러가지 변화에 따라 PVAc-PBA 공중합체 에멀젼을 제조하였다
Figure 2는 개시제 선정을 위해 개시제 종류에 따라 반응속도에 미치는 영향을 관찰하였다. 15 wt%/단량체 PVA의 용액에 85 ℃ 에서 \Ac와 BA를 95:5의 비율로 혼합한 단량체를 0.7 wt%/ 단량체의 KPS와 APS를 각각 투입하여 공중합한 경우의 전환율을 비교하였다. Figure 2에서 나타난 바와 같이 KPS를 사용한 경우가 APS의 경우보다 전환율이 약간 높음을 알 수 있었다.
09 g의 개시제 KPS와 함께 투입하여 seed를 만든 후 VAc와 BA를 혼합한 나머지 단량체를 개시제인 KPS와 동시에 연속적으로 5시간 동안 투입하여 seed를 성장시켜 중합하고 동일 온도에서 60분간 숙성하여 PVAc-PBA 공중합체 에멀젼을 제조하였다. 동일한 방법으로 보호 콜로이드 PXA의 함량 변화, 개시제 KPS 의 함량 및 종류변화, BA의 함량 변화, 중합온도의 변화 등의 여러가지 변화에 따라 PVAc-PBA 공중합체 에멀젼을 제조하였다
반응온도 조절을 위해 0-100 ℃까지 조절되는 물중탕 항온조를 사용하였고, 온도계는 일반 알코올 온도계를 사용하였다. 반응 도중 증발에 의한 단량체나 물의 손실을 방지하기 위해 환류 냉각기를 설치하고 이음부분은 실리콘 오일을 사용하여 밀폐하였다.
보호 콜로이드 PVA 존재하에서 VAc와 BA를 공중합하여 PVAc-PBA 공중합체 에멀젼을 제조함에 있어 보호 콜로이드를 이용한 유화 중합의 특성을 고찰하고 개시제의 영향, 보호 콜로이드의 영향, 공중합된 BA의 함량게 따른 영향, 반응온도의 영향, 목재용 접착 강도, 입자 형태 및 바인더로서의 사용가능성 등을 확인한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다
대상 데이터
중합에 사용한 장치는 Figure 1과 같으며 반응기는 용량 1 L의 파이렉스 상하분리형 5구 플라스크를, 교반기는 스테인레스 재질의 날개가 상하 4개인 패들 타입을 사용하였다, 모터는 회전 속도가 0-400 rpm 까지 조절되는 것을 사용하였다. 반응온도 조절을 위해 0-100 ℃까지 조절되는 물중탕 항온조를 사용하였고, 온도계는 일반 알코올 온도계를 사용하였다. 반응 도중 증발에 의한 단량체나 물의 손실을 방지하기 위해 환류 냉각기를 설치하고 이음부분은 실리콘 오일을 사용하여 밀폐하였다.
TgAB는 반응물의 Tg이고, WB는 성분 B의 질량비, TgA, TgB 는 성분 A, B의 7;를 나타낸다. 본 실험에 사용된 단량체 인 PVAc, PBA의 厶는 각각 28 ℃, -54 ℃ 이며 이 값을 위의 식에 대입하여 이론값을 얻을 수 있다.
시약. 실험에 사용된 비닐 아세테이트 (vinyl acetate, VAc), 부틸 아크릴레이트 (butyl acrylate, BA) 단량체는 Aldrich Chemical Co., Ltd.의 1 급 시약을 20% 가성소다 (sodium hydroxide) 수용액으로 3회 세척한 후 감압증류하여 중합금지제를 제거하였다.
성능/효과
1) 보호 콜로이드 PVA의 존재하에서 PVAc-PBA 공중합체 에멀젼 제조시 85 ℃에서 보호 콜로이드 PVA-217 15 wM%/단량체가 전환율이 높으면서 작업성이 우수한 점도의 에멀젼을 얻었다.
2) PVAc-PBA 공중합시 전환율 점도, 입자 안정성, 입자 형태, 접착 강도 등의 측정결과 BA의 최적 함량은 5 wt%/단량체임을 알았다.
3) 개시제가 중합에 미치는 영향을 고찰한 결과로 KPS 0.7 wt%/단량체의 개시제 농도로 85 ℃에서 중합한 것이 응집물 생성이 거의 없고 전환율이 가장 높은 PV4C-PBA 공중합체 에멀젼을 얻었다.
4) 상태 접착력, 내수 접착력의 측정에서 PVAc 단독 중합체보다 PVAc-PBA 공중합체 에멀젼이 우수함을 알 았다.
7 wt%/단량체의 개시제 KPS를 사용해 85 ℃ 에서 VAc와 BA를 공중합한 경우 시간에 따른 전환율을 나타내었다. PVA-205는 분자량이 너무 작아 PV4C-PBA 공중합체 입 자표면을 감싸는 보호 콜로이드 기능이 떨어져 입자의 성장이 원활하지 못하여 입자간 응집이 생기고 입자수가 상대적으로 작아서 반응 장소를 충분히 제공하지 못하므로 전환율이 80% 미만으로 나타났으며, PVA-224는 분자량이 너무 커서 보호 콜로이드의 기능은 우수한데 반응종료 지점에서 점도가 높아 단량체의 침투가 느려져 전환율이 91% 정도로 낮았다. 따라서 PVA-217이 전환율 98%로 가장 높았고, 보호 콜로이드로서의 기능 또한 우수하였다.
PVA-205는 분자량이 너무 작아 PV4C-PBA 공중합체 입 자표면을 감싸는 보호 콜로이드 기능이 떨어져 입자의 성장이 원활하지 못하여 입자간 응집이 생기고 입자수가 상대적으로 작아서 반응 장소를 충분히 제공하지 못하므로 전환율이 80% 미만으로 나타났으며, PVA-224는 분자량이 너무 커서 보호 콜로이드의 기능은 우수한데 반응종료 지점에서 점도가 높아 단량체의 침투가 느려져 전환율이 91% 정도로 낮았다. 따라서 PVA-217이 전환율 98%로 가장 높았고, 보호 콜로이드로서의 기능 또한 우수하였다.
그 이유는 개시제량이많은 경우는 열분해에 의한 라디칼이 쉽게 생성되어 동일한 시간에 많은 곳에서 중합반응이 진행되므로 전환율이 높게 나타나는 반면에 그 중합열로 인해 입자의 표면에 보호 콜로이드 층이 파괴되어 입자간 응집이 일어났으며, 개시제 양이 적은 경우는 생성되는 라디칼이 적어 단량 체와의 충돌 가능성이 희박하여 상대적으로 전환율이 낮아진 것으로 보인다. 따라서 응집물이 적고 전환율이 높은 에멀젼 입자를 얻기 위해서 PVAc-PBA 공중합시 적절한 개시제 농도는 KPS 0.7 wt%/단량체인 것으로 보여 진다.
Figure 12는 PVAc-PBA 에멀젼 입자의 이론적인 %와 실험에 의해 제조된 시료의 4를 비교 분석하였다. 보호 콜로이드로 사용된 PVA의 함량을 15 wt%/단량체로 BA 의 함량을 3~15 wt%/단량체로 변화하여 공중합하여 제조된 시료의 Tg 측정 결과로써 Figure 12에서 보는 바와 같이 -54 ℃ 의 Tg 가진 PBA의 함량이 많을수록 PVAc- PBA 에멀젼 입자의 Tg가 낮아짐을 알 수 있다. 또한 이론값과 실제 실험값이 비슷한 경향을 나타내고 있음을 알 수 있다.
또한 이론값과 실제 실험값이 비슷한 경향을 나타내고 있음을 알 수 있다. 즉, 3 wt%/단량체일 때는 이론 厶가 32.4 ℃ 인데 실험값은 41.2 ℃ 이고, 9 wM%/단량체일 때 이론값은 26.6 ℃ 인데 실험값은 37.4 ℃ 이고, 15 wt%/단량체일 때 이론값은 20.9 ℃ 인데 실험값은 31.1 ℃으로 같은 경향을 보이고 있는데 이것은 VAc와 BA가 입자 내에서 각각 별도로 중합되지 않고 공중합이 되어 있음을 알 수 있고, 또한 이론값보다 실험값이 높은 이유는 용액 중합에 비해 유화 중합의 특성인 고분자량을 가지기 때문인 것으로 생각된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.