[논문]나노 자철광의 표면전하에 따른 Poly(acrylic acid) 수화젤의 물성

서동필; 강휘원; 정창남

나노 자철광의 표면전하에 따른 Poly(acrylic acid) 수화젤의 물성
Properties of Poly(acrylic acid) Hydrogel by the Surface Charge of Magnetite Nanoparticles 원문보기

폴리머 = Polymer (Korea), v.30 no.5, 2006년, pp.412 - 416

서동필 (순천대학교 고분자공학과) , 강휘원 (에이스인더스트리(주)) , 정창남 (순천대학교 고분자공학과)

초록
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$FeCl_3$와 $Na_2SO_3,\;NH_4OH$에 의해 제조된 나노 자철광은 강자성체로 화학 흡착에 의해 형성된 표면의 수산기에 의해 표면전하가 변하는 특성이 있다. 본 연구는 이런 나노 자철광을 함유한 poly(acrylic acid) (PAAc) 수화젤의 물성에 대하여 연구하였다. 나노 자철광의 특성은 XRD, AFM, FTIR로 측정하였다. 나노 자철광 표면의 제타전위는 pH 변화에 의해 큰 영향을 받았으며, pH 4 이하에서는 높은(+)전위를 나타내었으며, 등전점은 pH 7에서 확인되었다. pH 4 이하에서 나노 자철광 콜로이드를 PAAc 수화젤에 함유시키면, 강력한 수소결합이 형성되어 젤의 인장강도는 증가하고, 신율 및 팽윤비는 감소하여 기계적인 물성이 증가하였다. 나노 자철광의 함량에 비례하여 나노 자철광을 함유한 PAAc 수화젤의 자기이력은 증가하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The superparamagnetic nanoparticles were prepared by coprecipitation of $FeCl_3$ and $Na_2SO_3$ with $NH_4OH$ and the surface charge on hydroxyl group by chemisorption was changed depending on pH. We studied correlation between surface charge of magnetite and pH. Using this correlation the properties of poly (acrylic acid) (PAAc) hydrogel embedded with magnetite was studied. The magnetite was characterized by XRD, AFM. and FTIR. The zeta-potential of magnetite was influenced by pH: great positive charge was shown high under the pH 4 and isoelectric point was found at pH 7. The hydrogen bond formed by combining oi PAAc hydrogel and magnetic colloid under pH 4 caused tensile strength to increase, while swelling and elongation at break to decrease. The result confirmed that the magnetic moment was increased proportionally to the content of magnetite.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 제조된 나노 자철광의 pH 변화에 의한 표면 전하의 특성에 대하여 연구하였다. 또한 나노 자철광의 함량에 따른 poly (acrylic acid) (PAAc) 수화젤의 물성변화와 나노 자철광의 역할을 규명함으로써 센서나구동체의 활용가능성에 대하여 연구하였다.
팽윤 측정에서는 용매의 pH가 변하면서 나노 자철광의 표면 전하 값이 변하게 되어 pH가 증가할수록 수소결합이 감소하여 팽윤비가 증가되는 것으로 사료된다. 또한 나노 자철광이 함유된 수화젤의 자기이력을 측정함으로써 센서나 구동체로의 활용가능성을 확인하였다.
본 연구는 제조된 나노 자철광의 pH 변화에 의한 표면 전하의 특성에 대하여 연구하였다. 또한 나노 자철광의 함량에 따른 poly (acrylic acid) (PAAc) 수화젤의 물성변화와 나노 자철광의 역할을 규명함으로써 센서나구동체의 활용가능성에 대하여 연구하였다.
본 연구에서는 나노 자철광을 제조하고, pH 변화에 따른 나노 자 철광의 표면 전하의 변화를 연구하였으며, 음이온성 수화젤인 PAAc 수화젤에 나노 자철광을 첨가했을 때의 인장강도 신율 및 팽윤비 를 평가하였다. 또한 나노 자철광이 함유된 수화젤의 자기이력을 측정하였다.

제안 방법

나노 자철광의 특성 분석. 결정성의 분석을 위하여 X-ray diffractometer (XRD, Rigaku D/MAX 1200, 40 kV, 20mA, 20= 0~50°)를 이용하였으며, joint committee on power diffraction standards(JCPDS) Card NO. 19-625와 비교하였다. 입자 크기는 atomic force microscopy (AFM, PARK'S Science, Auto- probe CP) 로 측정하였다.
나노 자철광의 특성 분석. 결정성의 분석을 위하여 X-ray diffractometer (XRD, Rigaku D/MAX 1200, 40 kV, 20mA, 20= 0~50°)를 이용하였으며, joint committee on power diffraction standards(JCPDS) Card NO.
수화젤은 라디칼중 합에 의해 제조되었고, 개시제로는 APS를 사용하였으며, 가교제는 MBAAm을 사용하였다. 나노 자철광의 함량은 전체 단량체의 0, 1, 3, 5 wt%의 함량으로 첨가하였고, 증류수에 재분산된 나노 자철광 콜로이드의 pH 4 이하와 pH 4~7로 하여 첨가하였다. 제 조의 모든 과정은 질소 분위기에서 실험하였다.
또한 630과 580 cm-1 부근에서 Fe-0의 강한 신축진동에 의한 피크를 확인하였다.
본 연구에서는 나노 자철광을 제조하고, pH 변화에 따른 나노 자 철광의 표면 전하의 변화를 연구하였으며, 음이온성 수화젤인 PAAc 수화젤에 나노 자철광을 첨가했을 때의 인장강도 신율 및 팽윤비 를 평가하였다. 또한 나노 자철광이 함유된 수화젤의 자기이력을 측정하였다. pH 변화에 따른 나노 자철광의 표면전하는 화학흡착에 의해 형성된 수산기의 프로톤의 이동에 의해 변화되었고, pH 4를 기준으로 변화였다.
19-625와 비교하였다. 입자 크기는 atomic force microscopy (AFM, PARK'S Science, Auto- probe CP) 로 측정하였다. 나노 자철광의 수산기는 FTIR로 측정하였다.
나노 자철광 콜로이드의 제타전위 측정. 자철광 콜로이드 나노입 자의 pH에 따른 표면전위는 제타전위에 의해 가능하였으며, 제타 전위 측정기 (ELS-8000)를 이용하였다. pH 조절은 0.
팽윤비 측정은 식 (4)에 의해 계산하였다. 제조된 수화젤을 증류수와 표준 완충용액에 48시간 이상 충분히 침지시 키고, 젤 표면의 수분을 닦아낸 후 무게를 측정하였다. 이때의 무게 가 팽윤된 수화젤의 무게이다.

대상 데이터

, USA)를 사용하였다. 기핵제로는 ammonium hydroxide solution(NH₄OH (28%), Sigma Chemcal Co., USA)를 사용하였다.
, Japan)를 정제하여 사용하였다, 가교제로는 methylene-bis- acrylamide (MBAAm, Acros Organics, USA) 을 정제 없이 사용하였다. 나노 자철광을 제조하기 위하여 ferric chloride(FeCU, Sigma Chemcal Co., USA) 와 sodium sulfide (NazSC)3, Sigma Chemcal Co., USA)를 사용하였다. 기핵제로는 ammonium hydroxide solution(NH₄OH (28%), Sigma Chemcal Co.
자기이력 측정. 나노 자철광의 자기이력 곡선은 superconducting quantum interference device (SQUID, MPMS5, Quantum Design Co., USA)를 이용하였으며, 건조된 상태에서 6x6x1 mm의 크기로 자기장 범위는 -2000 mT에서 2000 mT, 온도는 300 K 에서 측정하였다.
나노 자철광이 함유된 수화젤의 제조 나노 자철광이 함유된 PAAc 수화젤은 AAc와 나노 자철광으로 제조되었다. 수화젤은 라디칼중 합에 의해 제조되었고, 개시제로는 APS를 사용하였으며, 가교제는 MBAAm을 사용하였다.
나노 자철광이 함유된 수화젤의 제조 나노 자철광이 함유된 PAAc 수화젤은 AAc와 나노 자철광으로 제조되었다. 수화젤은 라디칼중 합에 의해 제조되었고, 개시제로는 APS를 사용하였으며, 가교제는 MBAAm을 사용하였다. 나노 자철광의 함량은 전체 단량체의 0, 1, 3, 5 wt%의 함량으로 첨가하였고, 증류수에 재분산된 나노 자철광 콜로이드의 pH 4 이하와 pH 4~7로 하여 첨가하였다.
재료 및 시약. 수화젤의 제조를 위해 acrylic acid(AAc, Junsei Chem. Co., Japan) 는 40 ℃에서 감압 증류하여 사용하였고, 개 시제로는 ammoniumperoxodisulfate (APS, Kanto Chem. Co., Japan)를 정제하여 사용하였다, 가교제로는 methylene-bis- acrylamide (MBAAm, Acros Organics, USA) 을 정제 없이 사용하였다. 나노 자철광을 제조하기 위하여 ferric chloride(FeCU, Sigma Chemcal Co.

이론/모형

Figure 3은 나노 자철광의 대기 중이나 물 속에서 나노 자철광 표면의 수산기 그룹이 형성되는 메커니즘을 모식화한 것이다. 나 노 자철광의 표면의 수산기는 FTIR에 의하여 분석하였다.
입자 크기는 atomic force microscopy (AFM, PARK'S Science, Auto- probe CP) 로 측정하였다. 나노 자철광의 수산기는 FTIR로 측정하였다. 동결건조와 150 ℃에서 진공건조시켜 KBr법을 적용하였으며, resolutione 4로 고정하였다.
나노 자철광의 수산기는 FTIR로 측정하였다. 동결건조와 150 ℃에서 진공건조시켜 KBr법을 적용하였으며, resolutione 4로 고정하였다.

성능/효과

pH 4 이하에서는 서로 엉킴이 없고 우수한 분산력을 확인할 수 있었으며, 이는 나노 자철광의 표면의 (+) 전하에 의하여 입자들 사이에서 반발력에 의하여 우수한 분산력을 나타냄을 알 수 있었다. 그러나 pH 4 이상에서는 자철광 입자의 부분적인 표면전하가 변하면서 입자들의 이온결합에 의하여 분산력이 줄어들고 엉킴 정도 가 늘어남을 알 수 있었다.
나노 자철광의 표면에 화학흡착에 의한 수산기는 pH 변화에 의한 나노 자철광의 제타전위의 변화를 일으켰다 pH의 변화에 의해 프로톤(H+)결합 또는 해리가 진행되면서 나노 자철광의 표면 전하가 변하는 것을 알 수 있었다.
나노 자철광을 함유한 젤의 자기이려 고분자 센서나 구동체로서의 가능성을 평가하기 위하여 superconducting quantum interference device (SQUID) 측정결과 Figure 9의 결과를 보면 자기장에서 자기이력을 보이는 것을 알 수 있었다. 나노 자철광의 함량이 1, 3, 5 wt%로 증가할 때 자기이력도 나노 자철광의 함량에 비례하여 증가함을 확인할 수 있었다.
Figure 6은 나노 자철광의 함량에 따른 인장강도와 신율을 측정한 것이다. 나노 자철광의 함량이 증가할수록 인장강도는 증가하고 신율은 감소함을 알 수 있었다. 이는 나노 자철광 콜로이드의 pH 4 이하로 하였을 때 표면 전하는 강한 (+)전위를 나타내므로 표면의 (+)전하와 PAAc 수화젤의 카복실기가 서로 이온결합을 형성하여, 결과적으로 나노 자 철광이 가교 역할을 한다는 것을 의미한다.
pH 변화에 따른 나노 자철광의 등전점은 pH 7이였다. 나노 자철광이 함유된 수화젤의 물성은 자철광의 함량이 증가될수록 인장강도가 증가했으며, 신율과 팽윤비는 감소하였다. 이는 나노 자철광이 PAAc 수화젤의 카복실기와 이온결합을 형성하여 가교제 역할을 하는 것으로 사료된다.
Figure 7은 pH와 나노 자철광의 함량에 따른 수화젤의 팽윤 결 과이다. 팽윤 측정 결과에서도 알 수 있듯이 나노 자철광의 함량이 증가함에 따라 팽윤 정도가 감소하는 것을 알 수 있고, 제타전위의 표면 전하 값이 pH 4 이하에서는 큰 차이가 없는 것과 수화젤의 팽윤 정도가 pH 4 이하에서는 큰 차이가 없는 것이 일치함을 알 수 있다. 또 표면 전하 값이 pH 4 이상에서는 급격히 감소하고 수 화젤의 카복실 그룹이 이온화되어 자철광과의 정전기적 반발력에 의해 팽윤비는 큰 상승폭을 나타내었다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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