본 연구에서는 층상실리케이트에 Octylamine(OA), Dodecylamine(DA), Dimethyldodecylamine(DDA), Octadecylamine(ODA)와 같은 아민류을 사용하여 Organo-montmorillonite(MMT)를 합성한 후 Natural Rubber(NR)와 혼합하여 NR/MMT 나노복합체를 제조하였다. Organo-MMT 및 NR/MMT 나노복합체의 층간거리는 XRD를 사용하여 측정하였으며 NR/MMT 나노복합체의 모폴로지는 SEM을 통하여 관찰하였다. Organo-MMT의 구조분석은 FT-IR을 사용하였다. NR/MMT 나노복합체의 표면 자유에너지, 가황특성, 인장강도, 모듈러스 및 경도는 Contact angle meter, ODR, UTM 및 경도계로 관찰하였다. FT-IR 구조분석으로 MMT 층간에 알킬암모늄 이온의 도입을 확인하였다. 스코치 시간과 적정 가황 시간은 Organo-MMT를 사용한 경우에 단축되었다. NR/DDA-MMT 나노복합체의 표면 자유에너지와 인장강도가 가장 컸다. NR/ODA-MMT 나노복합체의 경도는 가장 컸다.
본 연구에서는 층상실리케이트에 Octylamine(OA), Dodecylamine(DA), Dimethyldodecylamine(DDA), Octadecylamine(ODA)와 같은 아민류을 사용하여 Organo-montmorillonite(MMT)를 합성한 후 Natural Rubber(NR)와 혼합하여 NR/MMT 나노복합체를 제조하였다. Organo-MMT 및 NR/MMT 나노복합체의 층간거리는 XRD를 사용하여 측정하였으며 NR/MMT 나노복합체의 모폴로지는 SEM을 통하여 관찰하였다. Organo-MMT의 구조분석은 FT-IR을 사용하였다. NR/MMT 나노복합체의 표면 자유에너지, 가황특성, 인장강도, 모듈러스 및 경도는 Contact angle meter, ODR, UTM 및 경도계로 관찰하였다. FT-IR 구조분석으로 MMT 층간에 알킬암모늄 이온의 도입을 확인하였다. 스코치 시간과 적정 가황 시간은 Organo-MMT를 사용한 경우에 단축되었다. NR/DDA-MMT 나노복합체의 표면 자유에너지와 인장강도가 가장 컸다. NR/ODA-MMT 나노복합체의 경도는 가장 컸다.
In this study, Organo-montmorillonite(MMT) was synthesized by intercalation of various amine(Octylamine, Dodecylamine, Dimethyldodecylamine, Octadecylamine) compounds into layered silicate. Natural Rubber(NR)/MMT nanocomposites were prepared by reinforcement of Organo-MMT. X-ray diffraction(XRD) and...
In this study, Organo-montmorillonite(MMT) was synthesized by intercalation of various amine(Octylamine, Dodecylamine, Dimethyldodecylamine, Octadecylamine) compounds into layered silicate. Natural Rubber(NR)/MMT nanocomposites were prepared by reinforcement of Organo-MMT. X-ray diffraction(XRD) and Scanning electron microscope(SEM) were employed to characterize the layer distance of Organo-MMT and the morphology of the NR/MMT nanocomposites. The structures of the synthesized Organo-MMTs were analyzed by the measurement of FT-IR. Cure characteristics, surface free energy and mechanical properties such as tensile strength, modulus and hardness of NR/MMT nanocomposites were carefully studied by contact angle meter, ODR, UTM, and hardness tester. FT-IR analysis showed a insertion of the alkyl and amine chains into the interlayers of the MMT. It was shown that the cure time of the organo-MMT was more decreased than that of $Na^+$-MMT. Surface free energy and tensile strength of the NR/DDA-MMT nanocomposite were the highest. NR/ODA-MMT nanocomposite was the highest in hardness.
In this study, Organo-montmorillonite(MMT) was synthesized by intercalation of various amine(Octylamine, Dodecylamine, Dimethyldodecylamine, Octadecylamine) compounds into layered silicate. Natural Rubber(NR)/MMT nanocomposites were prepared by reinforcement of Organo-MMT. X-ray diffraction(XRD) and Scanning electron microscope(SEM) were employed to characterize the layer distance of Organo-MMT and the morphology of the NR/MMT nanocomposites. The structures of the synthesized Organo-MMTs were analyzed by the measurement of FT-IR. Cure characteristics, surface free energy and mechanical properties such as tensile strength, modulus and hardness of NR/MMT nanocomposites were carefully studied by contact angle meter, ODR, UTM, and hardness tester. FT-IR analysis showed a insertion of the alkyl and amine chains into the interlayers of the MMT. It was shown that the cure time of the organo-MMT was more decreased than that of $Na^+$-MMT. Surface free energy and tensile strength of the NR/DDA-MMT nanocomposite were the highest. NR/ODA-MMT nanocomposite was the highest in hardness.
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제안 방법
4 하지만 MMT는 다른 점토광물에 비해 양이온 교환능력이 매우 높은 특성을 가지기 때문에 MMT는 층간에 존재하는 Na+이 다른 양이온과 교환반응을 하여 다른 점토광물과 달리 유기물과의 복합체 형성이 용이하다. 따라서 고분자 기질과 MMT와의 상용성 및 분산효과를 향상시키기 위해서 MMT의 층 사이에 양이온을 적절한 유기염으로 이온 교환 시켜 MMT의 층 사이에 유기 사슬을 삽입한다. 그러면 친유성으로 개질한 MMT를 만들 수 있다.
그러므로 본 연구에서는 Octylamine(OA), Dimethyldodecylamine(DDA), Dodecylamine(DA), Octadecylamine(ODA) 등의 아민류를 사용하여 Na+-MMT을 유기화한 Organo-MMT를 제조하고 컴파운딩법으로 Organo-MMT을 천연고무(Natural Rubber: NR)에 분산시켜 NR/MMT 나노복합체를 제조하여 XRD(X-ray Diffractometer), FT-IR(Fourier Transform Infrared Spectroscopy), 및 SEM(Scanning Electron Microscope)을 사용하여 층간거리, 구조분석 및 모폴로지를 확인 하였고 Curemeter, 접촉각 측정기, UTM(Universal Testing Machine) 및 경도계를 사용하여 가황특성, 표면자유에너지, 인장강도, 모듈러스 및 경도와 같은 물성에 대하여 고찰하였다. 특히 분산상태를 SEM으로만 확인6,7한 경우와 다르게 표면 자유에너지를 통하여 NR 기질내에서의 Organo-MMT의 분산력, 인장강도, 인장응력 및 신장율과의 관계를 고찰하였다.
-MMT을 유기화한 Organo-MMT를 제조하고 컴파운딩법으로 Organo-MMT을 천연고무(Natural Rubber: NR)에 분산시켜 NR/MMT 나노복합체를 제조하여 XRD(X-ray Diffractometer), FT-IR(Fourier Transform Infrared Spectroscopy), 및 SEM(Scanning Electron Microscope)을 사용하여 층간거리, 구조분석 및 모폴로지를 확인 하였고 Curemeter, 접촉각 측정기, UTM(Universal Testing Machine) 및 경도계를 사용하여 가황특성, 표면자유에너지, 인장강도, 모듈러스 및 경도와 같은 물성에 대하여 고찰하였다. 특히 분산상태를 SEM으로만 확인6,7한 경우와 다르게 표면 자유에너지를 통하여 NR 기질내에서의 Organo-MMT의 분산력, 인장강도, 인장응력 및 신장율과의 관계를 고찰하였다.
Two-roll mill에서 제조된 고무 배합물을 curemeter(MYUNGJI Tech, ODR 2000)에서 진동 각도 1°, 온도 160 ℃에서 미가황 고무 시편의 토크 값을 21분간 측정하여 스코오치 시간(t10)과 적정 가황 시간(t90)을 결정하였으며 최대 토크 및 최소 토크를 확인하였다.
먼저, 10 g의 Na+-MMT을 500 ml의 증류수와 혼합한 후 80 ℃에서 6시간동안 강렬히 교반시켜서 Na+-MMT를 팽윤시켰다. 이 때 250 ml의 증류수에 OA, DDA, DA, ODA 2.5 g을 각각 넣고 HCl 2 g을 혼합하여 80 ℃에서 6시간 교반한 각각의 아민용액을 팽윤된 Na+-MMT 용액에 각각 넣어 80 ℃에서 7시간동안 강렬히 교반하여 Organo-MMT를 제조하였다. 제조된 Organo-MMT는 미 반응한 염소이온을 제거하기 위하여 2차 증류수로 세척하여 60 ℃에서 건조시켰다.
NR/MMT 복합체는 먼저 분산성을 고려해 two-roll mill에 NR/Organo-MMT 컴파운드를 5분간 혼합한 후 카본블랙과 함께 10분간 혼합하여 마스터 배치를 제조하였다.
Two-roll mill에서 10분간 충전제 외에 1차 첨가제인 산화아연(Zno), stearic acid(S/A), 산화방지제(BHT: 2.6-di-t-butyl-4methylphenol)의 순서로 마스터 배치에 첨가하였다. 가교제인 황(S)과 benzothiazole 계 촉진제(TBBS; N-t-butyl benzothiazole-2-sulfenamide)를 첨가하여, 마스터 배치와 함께 혼합하였다.
NR 매트릭스 내 충전제의 분산 정도와 단면의 크랙 성장성을 관찰하기 위해 표면과 파단면을 각각 SEM(JSM-7000F, JEOL)를 이용하여 30 mA, 150 sec의 조건으로 Au-coating 처리한 후 2만배와 9만배로 각각 관찰하였다. 조성물의 파단면을 관찰하기 위하여 절단면의 표면을 금코팅 후, 모폴로지를 관찰하였다.
NR 매트릭스 내 충전제의 분산 정도와 단면의 크랙 성장성을 관찰하기 위해 표면과 파단면을 각각 SEM(JSM-7000F, JEOL)를 이용하여 30 mA, 150 sec의 조건으로 Au-coating 처리한 후 2만배와 9만배로 각각 관찰하였다. 조성물의 파단면을 관찰하기 위하여 절단면의 표면을 금코팅 후, 모폴로지를 관찰하였다.
본 실험에서는 접촉각 측정을 하기 위해서 SEO사의 Seo 300A 접촉각 측정기를 사용하여 sessile drop method9으로 측정하였다. 접촉각 측정을 위하여 사용된 젖음액으로는 극성용매 증류수와 비극성용매 diiodomethane을 사용하였으며, 각 시편에 대해 10번 측정하였다. Table 3 에 본 실험에 사용한 용액에 대한 계면 장력과 각각의 성분들의 특성 값을 나타내었다.
ASTM D412에 따른 덤벨 모양의 시편으로 인장강도, 300% 인장응력 및 신장율을 행하였다. UTM(Toyo Baldwin Co.
ASTM D412에 따른 덤벨 모양의 시편으로 인장강도, 300% 인장응력 및 신장율을 행하였다. UTM(Toyo Baldwin Co. model UTM-Ⅲ-500)을 사용하여 상온에서 Cross head speed를 50mm/min로 하여 측정하였다. 7회 실험을 실시하여 최고치와 최저치를 제외한 평균값을 취하였다.
본 연구에서는 Na+-MMT를 유기화 반응시킨 Organo-MMT의 층간거리 변화와 NR/MMT 나노복합체의 층간거리 변화를 XRD 패턴으로 확인하였다. 실리케이트 층간의 간격변화는 회절실험의 결과인 결정면에 대한 밀러 지수(001) 피이크로부터 Bragg 식(d=n λ/2sin θ)을 이용하여 실리케이트의 층간거리를 계산하였다.
유기화 처리를 하지 않은 Na+-MMT와 유기화 처리한 MMT를 NR에 분산한 복합체를 ODR(Oscillating Disk Rheometer)을 통하여 가황시간 및 가황도의 척도가 되는 토크 값을 측정하였다.
대상 데이터
NR은 EC21사의 SMR CV 60을 사용하였으며 MMT는 양이온 교환능[Cation Exchange Capacity(CEC)]이 187 meq/100 g인8 SOUTHERN CLAY PRODUCTS사의 ClositeⓇ Na+인 Na+-MMT를 사용하였다. 유기화제는 Octylamine(OA)은 DAEJUNG사의 것을 사용하였고 Dodecylamine(DA)은 Junsei사의 것을 각각 사용하였다.
-MMT를 사용하였다. 유기화제는 Octylamine(OA)은 DAEJUNG사의 것을 사용하였고 Dodecylamine(DA)은 Junsei사의 것을 각각 사용하였다. 또한 Dimethyldodecylamine(DDA)과 Octadecylamine(ODA)은 ACROS사의 것을 사용하였다.
유기화제는 Octylamine(OA)은 DAEJUNG사의 것을 사용하였고 Dodecylamine(DA)은 Junsei사의 것을 각각 사용하였다. 또한 Dimethyldodecylamine(DDA)과 Octadecylamine(ODA)은 ACROS사의 것을 사용하였다. Hydrochloric acid은 DAEJUNG사의 것을 사용하였다.
또한 Dimethyldodecylamine(DDA)과 Octadecylamine(ODA)은 ACROS사의 것을 사용하였다. Hydrochloric acid은 DAEJUNG사의 것을 사용하였다. 증류수는 2차 증류수를 사용하였다.
NR/MMT 나노복합체에서 충전제로 작용하는 유기 층상화합물인 MMT와 복합체내의 MMT의 층간 거리 변화를 관찰하기 위해 파장이 1.54056 Å이고 CuK α radiation을 사용하는 Philips사의 XRD(X-ray Diffractometer, X-pert)를 사용하였다.
증류수는 2차 증류수를 사용하였다. 기타 첨가제인 카본블랙, 산화아연, 스테아르산, 산화방지제(BHT; 2,6-di-t-butyl-4methylphenol), 황, 가황촉진제(TBBS; N-tert-butyl-2-benzothiazyl sulfenamide)를 사용하였다.
데이터처리
제조된 시편의 경도는 KS M 6518에 따라 경도시험기(WALLACE INSTRUMENT. model Micro Hardness Tester-H12)을 사용하여 측정하였으며 7번 실험한 결과의 평균값을 취하였다.
이론/모형
실리케이트 층간의 간격변화는 회절실험의 결과인 결정면에 대한 밀러 지수(001) 피이크로부터 Bragg 식(d=n λ/2sin θ)을 이용하여 실리케이트의 층간거리를 계산하였다.
)는 표면 장력을 알고 있는 액체와 고체간의 접촉각을 측정함으로써 구할 수 있다. 본 실험에서는 접촉각 측정을 하기 위해서 SEO사의 Seo 300A 접촉각 측정기를 사용하여 sessile drop method9으로 측정하였다. 접촉각 측정을 위하여 사용된 젖음액으로는 극성용매 증류수와 비극성용매 diiodomethane을 사용하였으며, 각 시편에 대해 10번 측정하였다.
성능/효과
고분자 연속상 내에서 완전히 박리된 형태를 가지면 소량의 MMT와 고분자와의 표면적의 현저한 증가와 입자간의 거리가 감소되어 입자간의 상호작용이 현저하게 증대된다. 이에 따라 MMT의 적은 양의 첨가에서도 열적 안정성, 내용제성, 난연성, 가스차단성, 인장강도 및 인열강도와 같은 각종 물성에 비약적인 향상을 가져오는 결과를 얻을 수 있다.
53 Å)의 2 θ값에서 특성 피크 값을 보여주었다. 이로부터 유기화 부분이 도입된 합성한 유기화 점토는 점토층의 층간(interlayer) 거리를 확장시켜 고분자 사슬의 삽입이 용이한 유기화 점토가 되었음을 확인하였다.10 특히 알킬암모늄 이온의 사슬길이가 가장 긴 ODA로 유기화 시킨 ODA-MMT의 층간거리가 가장 넓었다.
16 Å으로 증가하였다. 또한 DA-MMT는 19.04 Å에서 54.83 Å으로 ODA-MMT는 24.53 Å에서 56.59 Å으로 층간거리가 증가하게 되는데 이 결과를 통하여 고분자 사슬이 실리케이트 층간으로 삽입된 것을 확인할 수 있었다. NR/MMT 나노복합체의 증가된 층간 거리를 보면 이는 MMT의 층간거리가 증가하는 순서와 일치하는 것을 확인할 수 있었다.
59 Å으로 층간거리가 증가하게 되는데 이 결과를 통하여 고분자 사슬이 실리케이트 층간으로 삽입된 것을 확인할 수 있었다. NR/MMT 나노복합체의 증가된 층간 거리를 보면 이는 MMT의 층간거리가 증가하는 순서와 일치하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 MMT의 층간거리가 증가함에 따라 고분자 사슬의 삽입이 용이해져 NR/MMT 나노복합체의 층간거리 또한 증가한 것으로 판단된다.
-MMT에 알킬암모늄 사슬의 도입을 확인하기 위한 FT-IR 결과이다. 먼저 Na+-MMT와 OA-MMT, DDA-MMT, DA-MMT 및 ODA-MMT의 결과를 비교해보면 Na+-MMT에는 나타나지 않은 네 개의 피크를 확인할 수 있다. 2930 cm-1과 2851 cm-1 부근에서 보이는 흡수 피크는 C-H stretching21를 1507 cm-1 부근에서 보이는 흡수 피크는 N-H bending21으로 확인된다.
또한 1470 cm-1에서 보이는 흡수 피크는 -CH2- bending21으로부터 확인된다. 따라서 OA-MMT의 2933 cm-1, 2860 cm-1, 1508 cm-1 및 1467 cm-1의 흡수 피크와 DDA-MMT의 2924 cm-1, 2852 cm-1, 1507 cm-1및 1467 cm-1의 흡수피크, 그리고 DA-MMT의 2924 cm-1, 2852 cm-1, 1506 cm-1 및 1467 cm-1의 흡수 피크와 ODA-MMT의 2920 cm-1, 2848 cm-1, 1506 cm-1 및 1469 cm-1에서의 흡수 피크로 부터 Na+-MMT에 알킬사슬이 성공적으로 도입되어 유기화 처리가 이루어졌음을 확인할 수 있었다.
특히, Organo-MMT를 분산한 NR/OA-MMT, NR/DDA-MMT, NR/DA-MMT 및 NR/ODA-MMT 중에서도 NR/ODA-MMT는 부분적인 뭉침 현상이 보다 많은 것을 확인하였다.
먼저 유기화 처리가 되지 않은 MMT을 충전제로 사용한 NR/Na+-MMT 보다 유기화 처리한 MMT을 사용한 NR/OA-MMT, NR/DDA-MMT, NR/DA-MMT, NR/ODA-MMT의 스코오치 시간은 NR/OA-MMT < NR/ODA-MMT < NR/DDA-MMT < NR/DA-MMT < NR/Na+-MMT 순서로 짧게 나타나는 것을 확인 할 수 있었으며 적정가황 시간은 NR/OA-MMT < NR/DDA-MMT < NR/ODA-MMT < NR/DA-MMT < NR/Na+-MMT 순서로 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
NR/MMT 나노복합체들의 최대 토크 값을 비교해 보면 NR/DDA-MMT > NR/OA-MMT > NR/DA-MMT > NR/ODA-MMT > NR/Na+-MMT의 순으로 NR/Na+-MMT 복합체의 토크 값이 다소 낮게 나타남을 확인할 수 있었다.
NR/MMT 나노복합체의 경도는 NR/Na+-MMT < NR/OA-MMT < NR/DDA-MMT < NR/DA-MMT < NR/ODA-MMT 순서로 증가하였으며 NR/Na+-MMT가 가장 낮은 경도를 보였다.
이러한 결과는 극성 요소보다는 비극성 요소인 NR과 MMT 분자간 상호확산의 분산력에 더 크게 작용하여 표면 자유에너지 값이 향상된 것29,30으로 판단된다. 그러므로 본 연구에서 나타낸 표면 자유에너지 그래프로부터 NR/MMT 나노복합체의 표면 자유에너지는 MMT 분자간 상호확산의 분산력에 의한 것으로 설명할 수 있다.
-MMT > NR/ODA-MMT 순으로 NR/DDA-MMT의 인장강도, 인장응력 및 신장율이 가장 큰 값을 보였다. 또한 유기화 처리 하지 않은 NR/Na+-MMT는 NR/ODA-MMT보다 높은 값을 나타내었는데 이는 ODA-MMT의 전체적인 분산이 Na+-MMT보다 잘되었으나 앞서 나타낸 SEM의 결과와 같이 부분적인 뭉침현상으로 인해서 인장강도, 인장응력 및 신장율이 낮은 것으로 판단된다. 또한 이 값은 앞서 언급한 표면 자유에너지 값의 크기순서와 일치하는 것을 알 수 있는데, 이는 MMT 분자간 상호확산의 분산력에 의한 표면 자유에너지 증가로 인해서 계면에너지의 증가가 물성향상을 가져오게 되는 것으로 판단된다.
이는 Na+-MMT 층의 표면이 양이온이나 히드록시 그룹으로 이루어져 있기 때문에 친수성이 매우 큰 특징을 갖고 있다. 따라서 친유성인 NR 매트릭스와는 아주 열악한 상용성을18 나타내기 때문에 NR과 Na+-MMT사이에 void나 debonding 현상으로31,32 NR/Na+-MMT의 경도가 가장 낮은 것으로 판단된다. 또한 NR/OA-MMT, NR/DDA-MMT, NR/DA-MMT, NR/ODA-MMT의 경도는 앞서 언급한 Organo-MMT의 층간거리가 증가하는 순서에 따라서 경도가 증가하는 것을 알 수 있다.
따라서 친유성인 NR 매트릭스와는 아주 열악한 상용성을18 나타내기 때문에 NR과 Na+-MMT사이에 void나 debonding 현상으로31,32 NR/Na+-MMT의 경도가 가장 낮은 것으로 판단된다. 또한 NR/OA-MMT, NR/DDA-MMT, NR/DA-MMT, NR/ODA-MMT의 경도는 앞서 언급한 Organo-MMT의 층간거리가 증가하는 순서에 따라서 경도가 증가하는 것을 알 수 있다. 이 결과는 Ogarno-MMT의 층간이 넓어짐에 따라 고분자사슬의 삽입이 더욱 용이해져 전표면적의 현저한 증가와 입자간의 거리의 감소로 인해 경도가 증가한 것으로 판단된다.
또한 NR/OA-MMT, NR/DDA-MMT, NR/DA-MMT, NR/ODA-MMT의 경도는 앞서 언급한 Organo-MMT의 층간거리가 증가하는 순서에 따라서 경도가 증가하는 것을 알 수 있다. 이 결과는 Ogarno-MMT의 층간이 넓어짐에 따라 고분자사슬의 삽입이 더욱 용이해져 전표면적의 현저한 증가와 입자간의 거리의 감소로 인해 경도가 증가한 것으로 판단된다.
본 연구에서는 Na+-MMT를 OA, DDA, DA, ODA로 유기화 처리한 Organo-MMT의 층간거리는 아민의 알킬 암모늄 이온의 사슬길이가 커질수록 증가하였다. FT-IR 결과로 부터 Na+-MMT 층간에 알킬사슬의 도입을 확인하였으며 알킬사슬의 도입에 의한 NR 고분자사슬의 층간삽입이 용이해져 층간거리가 56.
-MMT를 OA, DDA, DA, ODA로 유기화 처리한 Organo-MMT의 층간거리는 아민의 알킬 암모늄 이온의 사슬길이가 커질수록 증가하였다. FT-IR 결과로 부터 Na+-MMT 층간에 알킬사슬의 도입을 확인하였으며 알킬사슬의 도입에 의한 NR 고분자사슬의 층간삽입이 용이해져 층간거리가 56.59 Å으로 증가한 NR/ODA-MMT의 층간거리가 가장 컸다. NR/Organo-MMT 나노복합체의 적정가황 시간은 Organo-MMT의 아민 그룹이 황의 개환 속도를 촉진시켜 단축되었다.
NR/Organo-MMT 나노복합체의 적정가황 시간은 Organo-MMT의 아민 그룹이 황의 개환 속도를 촉진시켜 단축되었다. NR/MMT 나노복합체의 표면 자유에너지는 NR/DDA-MMT > NR/OA-MMT > NR/DA-MMT > NR/Na+-MMT > NR/ODA-MMT 순으로 MMT 분자간 상호확산의 분산력에 의해 표면 자유에너지가 증가하였고 SEM 결과에서도 DDA-MMT의 분산상태가 가장 좋았다. 또한 표면 자유에너지 증가에 의해 인장강도 및 모듈러스가 증가하였다.
표면 자유에너지 그래프에서 제시된 것과 같이 NR/DDA-MMT > NR/OA-MMT > NR/DA-MMT > NR/Na+-MMT > NR/ODA-MMT 순으로 NR/DDA-MMT의 표면 자유에너지가 가장 크게 나타내었으며, 표면 자유에너지 값의 증가에 따라 비극성 요소 값도 증가함을 알 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
나노복합체는 고분자와 클레이 간의 친화력과 제조방법, 클레이의 유기화 정도에 따라 어떻게 나눌 수 있을까?
전통적인 복합체에서는 무기입자가 원래의 층상구조를 유지하며 존재하지만 나노복합체는 무기입자가 나노크기로 분산되어 있음을 알 수 있다. 여러 형태의 제조방법을 통하여 제조된 나노복합체는 고분자와 클레이 간의 친화력과 제조방법, 클레이의 유기화 정도에 따라 삽입형 나노복합체(intercalated nanocomposite)와 박리형 나노복합체(exfoliated nanocomposite)구조를 가지게 된다. 전통적인 복합체의 경우는 클레이의 원래의 층상구조(tactoid)가 유지되는 복합체이며 삽입형 나노복합체는 나노입자구조의 규칙성이 그대로 유지된 상태에서 고분자 사슬이 층간에 삽입된 형태인 반면 박리형 나노복합체는 각각의 무기 나노 입자층이 서로 완전히 분리되어 고분자 기질내에 고루 분산되어 있는 형태를 가진다.
OA, DDA, DA, ODA 등의 아민류를 사용해 Na+-MMT을 유기화한 Organo-MMT를 제조하고 컨파운딩법으로 NR에 분산시키고 나노복합체를 제조해 층간거리, 구조분석, 모폴로지, 가황특성, 표면자유에너지, 인장강도, 모듈러스 등 물성을 측정한 결과는?
본 연구에서는 Na+-MMT를 OA, DDA, DA, ODA로 유기화 처리한 Organo-MMT의 층간거리는 아민의 알킬 암모늄 이온의 사슬길이가 커질수록 증가하였다. FT-IR 결과로 부터 Na+-MMT 층간에 알킬사슬의 도입을 확인하였으며 알킬사슬의 도입에 의한 NR 고분자사슬의 층간삽입이 용이해져 층간거리가 56.59 Å으로 증가한 NR/ODA-MMT의 층간거리가 가장 컸다. NR/Organo-MMT 나노복합체의 적정가황 시간은 Organo-MMT의 아민 그룹이 황의 개환 속도를 촉진시켜 단축되었다. NR/MMT 나노복합체의 표면 자유에너지는 NR/DDA-MMT > NR/OA-MMT > NR/DA-MMT > NR/Na+-MMT> NR/ODA-MMT 순으로 MMT 분자간 상호확산의 분산력에 의해 표면 자유에너지가 증가하였고 SEM 결과에서도 DDA-MMT의 분산상태가 가장 좋았다. 또한 표면 자유에너지 증가에 의해 인장강도 및 모듈러스가 증가하였다. 또한 경도는 NR/Na+-MMT < NR/OA-MMT < NR/DDA-MMT < NR/DA-MMT < NR/ODA-MMT 순서로 증가하였으며 이는 MMT의 층간거리 크기순서와 일치하였다.
Montmorillonite가 지닌 단점은?
Montmorillonite(MMT)는 표면은 양이온이나 히드록시 그룹으로 이루어져 있기 때문에 친수성을 나타내어 소수성을 나타내는 고분자 내에 분산시킬 경우 MMT가 뭉쳐진 복합체를 형성하는 단점이 있다.4 하지만 MMT는 다른 점토광물에 비해 양이온 교환능력이 매우 높은 특성을 가지기 때문에 MMT는 층간에 존재하는 Na+이 다른 양이온과 교환반응을 하여 다른 점토광물과 달리 유기물과의 복합체 형성이 용이하다.
참고문헌 (32)
J. J. Park, 'Thermal, Dielectric Properties Characteristics of Epoxy-nanocomposites for Organoclay of Several Types', journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Materail Engineers, 21, 538 (2008)
R. E. Grim, 'Clay Mineralogy', McGraw-Hill, New York, 1968
M. S Wang and T. J. Pinnavaia, 'Clay-Polymer Nanocomposites Formed from Acidic Derivatives of Montmorillonite and an Epoxy Resin', Chem. Mater., 6, 468 (1994)
T. J. Pinnavaia and G. W. Beall, Polymer-clay Nanocomposite, John Wiley & Sons Ltd., New York, 2000
J. M. Garcs, D. J. Moll, J. B. icerano, R. Fibiger, and D. G. Mcleod, 'Polymeric Nanocomposites for Automotive Applications', Adv. Mater., 12, 1835 (2000)
H. J. KIm. Y. S. Kim, J. C. Won, M. Yi, and K. Y. Choi, 'Synthesis and Characterization of Organophilic Montmorillonites Modified with Alkyl Siloxane Amine Oligomers', Polymer., 27, 135 (2003)
A. W. Adamson, 'Physical Chemistry of Surfaces', 5edited by A. W. Adamson, John Wiley, New York, 1990
J. -H. Chang and Y. U. An, J. 'Nanocomposites of polyurethane with various organoclays: Thermomechanical properties, morphology, and gas permeability', Polym. Sci.; Part B: Polym. Phys., 40, 670 (2002)
R. A. Vaia, R. K. Teukolsky, and E. P. Giannelis, 'Interlayer Structure and Molecular Environment of Alkyl Ammonium layered Silicates', Chem. Mater., 6, 1017 (1994)
T. Eo, S. Kim, K. Song, and J. Kim, 'Effects of Organosilicate Structure on Melt Intercalation of Thermoplastic Polymers', Polymer(Korea), 24, 794 (2000)
G. Lagaly, 'Interaction of Alkylamines with different Types of Layered Compounds', Solid State Ionics, 22, 43 (1986)
R. A. Vaia, R. Teukolsky, and E. P. Giannelis, 'Interlayer Structure and Molecular Environment of Alkylammonium Layered Silicates', Chem. Mater., 6, 1017 (1994)
T. Eo, S. Kim, K. Song and J. Kim, 'Effects of organosilicate Structure on Melt Intercalation of Thermoplastic Polymers', Polymer(Korea)., 26, 794 (2000)
Y. Ma, Y. P. Wu, L. Q. Zhang, and Q. F. Li, 'The Role of Rubber Characteristics in Preparing Rubber/Clay Nanocomposites by Melt compounding', Journal of Applied Polymer Science, 109, 1925 (2008)
G. X. Chen and J. S. Yoon, 'Nanocomposites of Poly[(butylene succinate)-co-(butylene adipate)] (PBSA) and Twice-functionalized Organoclay', Polym. Int., 54, 939 (2005)
Pavia DL, Lampman GM, and Kriz GS, 'Introduction to Spectroscopy: A Guide for Students of Organic Chemistry', 200, W.B. Sunders Company, Philadelphia, 1979
M. Ganter, W. Gronski, P. Reichert, and R. Mulhaupt, 'Rubber Nanocomposites: Morphology and Mechanical Properies of BR and SBR Vulcanizates Reinforced by Organophillic Layered Silicates', Rubber Chem. Technol., 74, 221 (2001)
W. Kim, B. S. Kang, S. G. Cho, C. S. Ha, and J. W. Bae, 'Styrene Butadiene Rubber-Clay Nanocomposites using a Latex Method: Morphology and Mechanical Properties', Composite Interfaces., 15, 4009 (2007)
J. N. Israelachvili, 'Intermolecular and Surface Forces', Academic Press, edited by J. N. Israelachvili, San Diego, 1992
F. M. Fowkes, D. C. McCarthy, and M. A. Mostafa, 'Contact Angles and the Equilibrium spreading Pressures of Liquids on Hydrophobic Solids', J. Colloid and Interface Sci., 78, 200 (1980)
S. Wu, 'Polymer Interface and Adhesion', edited by S. Wu, Marcel Dekker, New York, 1982
S. J. Park, M. K. Seo and H. B. Shim, 'Effect of Fiber Shapes on Physical Characteristics of Non-circular Carbon Fibers-reinforced Composites', Materials Sci. and Eng. A, 352, 34 (2003)
E. K. Lee, K. C. Choi, and S. Y. Choi, 'Preparation and Characterization of Emulsified Chlorosulfonated Polyethylene Rubber(CSM)', Elastomer., 40, 12 (2005)
K. C. Choi, E. K. Lee, and S. Y. Choi, 'Electrical Properties and Characterization of 3-Methylthiophene Impregnated Polyurethane films', Elastomer., 39, 234 (2004)
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