선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 비수계 용매에 아크릴 고분자를 분산중합으로 합성할 경우 여러가지 변수들이 제조된 NAD수지의 물성에 주는 영향에 대해 연구하여 최적 물성을 갖는 NAD수지를 제조하는 것을 목표로 하여 실험을 수행하였다. 또한 본 연구에서는 VOC 문제에 대응하기 위하여 방향족 유기용매의 양을 최대한으로 줄이고, 지방족 용매의 비율을 늘린 혼합용매를 사용하였다.
- 우선 1단계로 분산안정제를 제조하고 다음 단계에서 단량체를 투입하여 아크릴 수지를 합성하도록 하였다. 합성시의 아크릴 수지의 최적 합성조건을 찾고 안정제의 함량, 개시제의 농도, 단계별 모노머 투입량 등의 변수가 합성된 NAD수지의 점도와 입자 크기 등에 주는 영향에 대해서 연구하였다.
- 모노머는 HEMA, MMA, EAM, SM을 15 : 23 : 45 : 17의 비율로 투입하였다. 모노머의 비율은 제조된 NAD 수지의 유리전이온도(Tg)가 NAD 수지의 실제 적용시 일반적으로 상온 부근이 되도록 하므로 이러한 Tg가 나오도록 정하였다. 이때도 안정제 제조 시와 마찬가지로 질소기류 하에서 혼합 용매를 사용하였으며 필요시 단계별로 중간 중간에 모노머와 개시제를 일정시간에 걸쳐 적하 하였다.
가설 설정
- 5) 개시제의 농도 및 반응시간은 생성된 NAD수지의 점도에는 변화를 일으킨다. 개시제 농도를 낮추고 반응시간을 증가시킬수록 NAD수지의 점도는 증가하는 것으로 관찰되었다.
제안 방법
- 본 연구에서는 비수계 용매에 아크릴 고분자를 분산중합으로 합성할 경우 여러가지 변수들이 제조된 NAD수지의 물성에 주는 영향에 대해 연구하여 최적 물성을 갖는 NAD수지를 제조하는 것을 목표로 하여 실험을 수행하였다. 또한 본 연구에서는 VOC 문제에 대응하기 위하여 방향족 유기용매의 양을 최대한으로 줄이고, 지방족 용매의 비율을 늘린 혼합용매를 사용하였다. 우선 1단계로 분산안정제를 제조하고 다음 단계에서 단량체를 투입하여 아크릴 수지를 합성하도록 하였다.
- 또한 본 연구에서는 VOC 문제에 대응하기 위하여 방향족 유기용매의 양을 최대한으로 줄이고, 지방족 용매의 비율을 늘린 혼합용매를 사용하였다. 우선 1단계로 분산안정제를 제조하고 다음 단계에서 단량체를 투입하여 아크릴 수지를 합성하도록 하였다. 합성시의 아크릴 수지의 최적 합성조건을 찾고 안정제의 함량, 개시제의 농도, 단계별 모노머 투입량 등의 변수가 합성된 NAD수지의 점도와 입자 크기 등에 주는 영향에 대해서 연구하였다.
- 실험 장치로는 응축기, 적하용 패널이 장착된 4구 플라스크를 이용하였다. 반응은 4단계로 나누어서 1단계에서는 혼합 단량체를 용매와 함께 투입한 후 100 ℃로 온도를 올리고 2단계부터 4단계까지 3단계에 걸쳐서 단량체 및 개시제를 일정 시간동안 일정한 양을 적하하였다. 산화를 방지하기 위하여 질소기류 하에서 실험하였다.
- 반응은 4단계로 나누어서 1단계에서는 혼합 단량체를 용매와 함께 투입한 후 100 ℃로 온도를 올리고 2단계부터 4단계까지 3단계에 걸쳐서 단량체 및 개시제를 일정 시간동안 일정한 양을 적하하였다. 산화를 방지하기 위하여 질소기류 하에서 실험하였다.
- 합성한 안정제의 구조 분석은 다음과 같은 정제를 거친 후, 1H-NMR 측정을 통하여 수행하였다. 건조한 안정제 2 g을 8 mL의 클로로포름에 용해시킨 후, 실온에서 150 mL의 메탄올에 침전시켰다.
- 건조한 안정제 2 g을 8 mL의 클로로포름에 용해시킨 후, 실온에서 150 mL의 메탄올에 침전시켰다. 침전된 고상분을 여과한 후 진공 건조하여 정제된 안정제 1.2 g을 얻었으며, CDCl3를 용매로 사용하여 1H-NMR 분석을 수행하였다. 또한 제조된 안정제의 분자량을 GPC를 이용하여 측정하였다.
- 2 g을 얻었으며, CDCl3를 용매로 사용하여 1H-NMR 분석을 수행하였다. 또한 제조된 안정제의 분자량을 GPC를 이용하여 측정하였다.
- 안정제를 제조한 후에 이를 이용하여 용매 중에서 모노머와 함께 NAD수지를 합성하였다. 안정제와 모노머 혼합물을 이용하여 중합 반응기에서 개시제와 함께 중합시켜 NAD수지를 제조 하였다.
- 안정제를 제조한 후에 이를 이용하여 용매 중에서 모노머와 함께 NAD수지를 합성하였다. 안정제와 모노머 혼합물을 이용하여 중합 반응기에서 개시제와 함께 중합시켜 NAD수지를 제조 하였다. 모노머는 HEMA, MMA, EAM, SM을 15 : 23 : 45 : 17의 비율로 투입하였다.
- 안정제와 모노머 혼합물을 이용하여 중합 반응기에서 개시제와 함께 중합시켜 NAD수지를 제조 하였다. 모노머는 HEMA, MMA, EAM, SM을 15 : 23 : 45 : 17의 비율로 투입하였다. 모노머의 비율은 제조된 NAD 수지의 유리전이온도(Tg)가 NAD 수지의 실제 적용시 일반적으로 상온 부근이 되도록 하므로 이러한 Tg가 나오도록 정하였다.
- 모노머의 비율은 제조된 NAD 수지의 유리전이온도(Tg)가 NAD 수지의 실제 적용시 일반적으로 상온 부근이 되도록 하므로 이러한 Tg가 나오도록 정하였다. 이때도 안정제 제조 시와 마찬가지로 질소기류 하에서 혼합 용매를 사용하였으며 필요시 단계별로 중간 중간에 모노머와 개시제를 일정시간에 걸쳐 적하 하였다. 용매로는 Mineral spirit과 Kocosol을 80 : 20으로 혼합하여 사용하였고 반응온도는 100 ℃로 하였다.
- 본 연구에서 제조한 수지의 입도분포 측정은 Mastersizer Microplus (Malvern Instrument Ltd.)를 이용하여 샘플 분산기의 교반장치의 교반속도를 250 rpm으로 하고 상온에서 측정하였다. 분산매로는 Mineral spirit과 Kocosol을 혼합한 용매를 사용하였다.
- 앞에서 합성된 안정제 중에서 저점도의 안정제를 이용하여 NAD수지를 제조하였다. 이때 교반 속도에 변화를 주면서 제조된 NAD 수지의 물성 결과를 Table 3에 나타내었다.
- 안정제는 모두 점도가 2300에서 2700 cP 사이인 저점도형을 사용하였다. N-4와 N-5는 s-2를 안정제로 사용하였고 N-1부터 N-3 합성시와 비교하여 반응시간을 4단계에서 기존의 3 h에서 각각 4.5와 6 h으로 늘려서 제조하였다. 그 결과 반응시간이 증가할수록 점도가 증가하는 것을 알 수 있었다.
- 안정제의 종류와 단량체(monomer)의 조성을 변화시켜 NAD수지를 제조하였고, 그 결과를 Table 5에 나타내었다. N-8과 N-9는 앞의 Table 3에서 Table 4까지에서의 단량체 조성과 동일하지만 안정제를 고점도 안정제로 변화시켜 제조하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 단량체로서 styrene (SM : Showa Chemical), iso-butyl methacrylate (Iso-BMA : Wako Chemical), butyl methacrylate (BMA : Junsei Chemical), methyl metharcylate (MMA : Acros Chemical), ethyl-acrylate (EAM : Junsei), 2-hydroxyethyl methacrylate (2-HEMA : Junsei), 2-ethylhexylacrylate (2-EHA : Junsei), acrylic acid (AA : Junsei) 등을 정제 없이 사용하였다. 개시제로는 t-butyl peroxy 2-ethylhexanoate (t-BPEH, Seki Arkema)를 사용하였고 용매로는 지방족 용매로 Mineral Spirit (한국석유), 방향족 용매로는 Kocosol (SK Corporation)을 혼합하여 사용하였다.
- 본 연구에서는 단량체로서 styrene (SM : Showa Chemical), iso-butyl methacrylate (Iso-BMA : Wako Chemical), butyl methacrylate (BMA : Junsei Chemical), methyl metharcylate (MMA : Acros Chemical), ethyl-acrylate (EAM : Junsei), 2-hydroxyethyl methacrylate (2-HEMA : Junsei), 2-ethylhexylacrylate (2-EHA : Junsei), acrylic acid (AA : Junsei) 등을 정제 없이 사용하였다. 개시제로는 t-butyl peroxy 2-ethylhexanoate (t-BPEH, Seki Arkema)를 사용하였고 용매로는 지방족 용매로 Mineral Spirit (한국석유), 방향족 용매로는 Kocosol (SK Corporation)을 혼합하여 사용하였다.
- 따라서 안정제로 이용되는 수지는 한쪽은 아크릴수지와 친화성이 있으면서 다른 쪽은 용매와 친화성이 있도록 만들어져야 한다. 본 연구에서는 BMA, iso-BMA, 2-EHA, SM, AA를 15 : 35 : 20 : 30 : 2의 비율로 혼합한 단량체에 개시제 t-BPEH를 사용하여 100 ℃에서 Mineral spirit와 Kocosol을 80 : 20으로 혼합한 용매를 사용하여 제조하였다. 안정제 제조 시 모노머의 비율은 NAD 수지 제조 시의 모노머의 비율을 고려하여 정하였다.
- 안정제 제조 시 모노머의 비율은 NAD 수지 제조 시의 모노머의 비율을 고려하여 정하였다. 실험 장치로는 응축기, 적하용 패널이 장착된 4구 플라스크를 이용하였다. 반응은 4단계로 나누어서 1단계에서는 혼합 단량체를 용매와 함께 투입한 후 100 ℃로 온도를 올리고 2단계부터 4단계까지 3단계에 걸쳐서 단량체 및 개시제를 일정 시간동안 일정한 양을 적하하였다.
- 이때도 안정제 제조 시와 마찬가지로 질소기류 하에서 혼합 용매를 사용하였으며 필요시 단계별로 중간 중간에 모노머와 개시제를 일정시간에 걸쳐 적하 하였다. 용매로는 Mineral spirit과 Kocosol을 80 : 20으로 혼합하여 사용하였고 반응온도는 100 ℃로 하였다.
- )를 이용하여 샘플 분산기의 교반장치의 교반속도를 250 rpm으로 하고 상온에서 측정하였다. 분산매로는 Mineral spirit과 Kocosol을 혼합한 용매를 사용하였다.
성능/효과
- s-1부터 s-3까지 합성된 안정제는 전체적으로 3000 이하의 저점도로 얻어졌다. 점도 결과를 통해 볼 때 반응기의 rpm변화는 점도에 큰 영향을 주지 않은 것으로 나타났다. 이 결과는 안정제를 균일상에서 용액중합으로 합성을 하였기 때문인 것으로 판단된다.
- s-4는 반응시간을 2, 3, 4단계에서 1, 4, 6 h으로 하여 s-1에서 s-3 안정제의 제조시의 2배로 하여 중합시킨 것이다. 그 결과 안정제의 점도가 15000 cP으로 매우 높게 나왔다. s-5는 반응시간을 0.
- 5, 3, 4 h으로 하여 실험을 실행한 것으로 점도가 s-4보다 낮은 9500 cP로 나타났다. 이상의 결과를 통해 볼 때, 반응시간이 길어질수록 안정제의 분자량이 증가하는 것을 알 수 있었다. 여기까지의 합성 결과들은 Mineral Spirit/ Kocosol 의 비율을 80 : 20으로 하여 중합을 진행한 것인데 s-6은 용매로 Mineral Spirit만을 사용하여 실험한 결과이다.
- s-1에서 s-7까지는 3단계에 걸쳐서 모노머들을 균일한 속도로 일정하게 적하한 것이었는데 s-8은 AA를 3단계의 마지막에 적하한 것이다. 그 결과는 중합된 안정제가 약간의 불투명한 유백색을 띄었고 점도는 2600 cP로 낮게 나왔다. 이것은 주로 그래프트를 통해서 반응성기를 도입하는 AA가 다른 모노머들이 어느 정도 반응을 한 후 마지막으로 투입됨으로 인해 acid기가 충분히 그래프트 되지 못했기 때문인 것으로 분석된다.
- H-NMR 스펙트럼을 Figure 1에 나타내었다. 그림에서 볼 수 있듯이 고분자 형태 물질 특유의 broad한 피이크가 나타나서 고분자가 얻어졌음을 알 수 있었고 또한 중합시 예측된 스펙트럼과 일치하는 것을 확인할 수 있었다. 정량적으로는 겹치는 피이크들이 많아 모든 성분의 구성비를 정확히 구하는 것은 어려웠지만 특이적인 피이크 a와 b를 사용하여 SM과 아크릴계열의 성분(n-BMA, iso-BMA 및 2-EHA)의 구성비는 아래와 같은 식을 이용하여 계산할 수 있었다.
- 에 뚜렷하게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 또한 제조된 안정제를 GPC로 분자량을 측정한 결과 수평균분자량 32000, 중량평균분자량 120000으로 PDI가 약 3.7인 것으로 나타났다.
- 이때 교반 속도에 변화를 주면서 제조된 NAD 수지의 물성 결과를 Table 3에 나타내었다. N-1에서 N-3까지에서 볼 때, 교반속도가 증가함에 따라 합성된 NAD수지의 평균입자크기와 점도가 감소하는 것을 알 수 있었다.
- 교반 속도가 100 rpm 이상으로 어느 정도 되면 입자 크기는 거의 변화가 없어지는 것으로 관찰되었고 이후 NAD수지의 합성은 100 rpm에서 수행하였다. 합성된 NAD 수지는 1개월 이상 상온에서 방치하여도 회합 또는 침강 등이 일어나지 않아서 입자의 안정성이 유지되는 것으로 판단되었다.
- 5와 6 h으로 늘려서 제조하였다. 그 결과 반응시간이 증가할수록 점도가 증가하는 것을 알 수 있었다. N-6과 N-7은 반응시간을 각각 4.
- 5, 6 h으로 늘림과 동시에 개시제를 마지막 단계에 각각 2 g씩 더 첨가하여서 실험한 것이다. 그 결과 반응시간을 늘림과 동시에 개시제를 첨가하면 반응시간만 늘린 경우보다 좀 더 효과적으로 점도를 증가시킬 수 있는 것을 알 수 있었다. 반응시간의 후기에 개시제의 첨가로 점도가 급격히 상승하는 것은 추가로 첨가된 개시제에 의해 그래프트(graft)반응이 촉진되어 분자량이 증가하는 것으로 생각되었다.
- Figure 4는 안정제의 점도에 따른 NAD수지의 점도변화를 나타낸 것인데, 사용된 안정제의 점도와 NAD수지 점도가 비례한다는 것을 확인할 수 있었다. N-10는 N-9와 같은 안정제를 사용하고, 개시제의 양을 반으로 줄여서 제조한 것인데 N-10보다 점도가 2배 이상 상승한 것으로 보아 개시제의 양이 점도에 영향을 미치고 있음을 확인하였다. Table 5에서 알 수 있듯이 N-8과 N-9는 두 가지 크기의 입자를 가지는 입도 분포를 나타내었다.
- 지금까지는 용매의 비율(mineral spirit/kocosol)을 8/2로 하여 NAD 수지를 제조하였으나, Table 6의 N-11은 용매의 비율을 9/1로 변경시켜서 제조한 것이다. 합성된 NAD 수지의 점도는 약간 낮아지는 것으로 나타났는데 이는 용매의 비극성이 증가하면서 수지들이 수축되어 나타나는 것으로 판단되었다. 또한 mineral spirit 100%를 용매로 하여 NAD수지도 제조하여 보았는데 상이 분리되면서 침전이 생기는 현상이 일어났다.
- 용해도 증가는 분산매에 석출되는 임계 길이를 증가시킬 뿐만 아니라 안정제의 흡착능력과 안정화 효율을 감소시킨다. 따라서 분산매에 석출되는 올리고머의 회합이 증가되어 생성되는 입자 핵의 수가 감소됨으로써 최종적으로 얻어지는 평균 입자경은 증가하게 되는 것으로 생각되었다.
- 1) NAD수지의 중합 시 20 wt%의 안정제를 투입함으로써 입자의 안정성이 얻어 질 수 있었다. 그 이하에서는 안정성이 저하되며 20 wt% 이상을 넣어도 안정성에는 큰 변화가 없었다.
- 2) 용매의 극성이 낮아질수록 입자의 크기는 감소하여 입자의 안정성은 증가된다. 그러나 용매의 극성이 너무 낮아지면 안정제가 불안정해지므로 다시 안정성이 저하된다.
- 그러나 용매의 극성이 너무 낮아지면 안정제가 불안정해지므로 다시 안정성이 저하된다. 따라서 적정한 정도의 극성이 필요하였는데, 본 실험에서는 지방족 용매인 Mineral Spirit과 방향족 용매인 Kocosol을 8 : 2로 혼합하여 사용하는 곳이 적절한 것으로 관 찰되었다.
- 3) 모노머를 초기에 모두 투입하면 용매의 극성이 증가하여 입자의 크기가 커진다. 따라서 입자의 안정성이 저하되므로 단계별로 지속적으로 투입하는 것이 필요한 것으로 나타났다.
- 4) NAD 수지 제조시 교반속도가 증가하면 입자의 회합이 적어져서 입자크기가 작아진다. 그러나 이 경우 점도도 동시에 작아지므로 적절한 교반속도를 선택하여야 안정성과 점도를 동시에 맞출 수 있다.
- 그러나 이 경우 점도도 동시에 작아지므로 적절한 교반속도를 선택하여야 안정성과 점도를 동시에 맞출 수 있다. 본 실험에서는 100 rpm이 적절한 것으로 나타났다.
- 5) 개시제의 농도 및 반응시간은 생성된 NAD수지의 점도에는 변화를 일으킨다. 개시제 농도를 낮추고 반응시간을 증가시킬수록 NAD수지의 점도는 증가하는 것으로 관찰되었다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.