[논문]Nano Clay와 Polydimethylsiloxane을 포함하는 Poly(N-isopropylacrylamide) 공중합체의 합성과 팽윤거동

노휘철; 이찬우; 박상윤; 윤구식

doi:10.7317/pk.2010.34.2.166

Nano Clay와 Polydimethylsiloxane을 포함하는 Poly(N-isopropylacrylamide) 공중합체의 합성과 팽윤거동
Synthesis and Swelling Characteristics of Poly(N-isopropylacrylamide) Containing Polydimethylsiloxane and Nano Clay 원문보기

폴리머 = Polymer (Korea), v.34 no.2, 2010년, pp.166 - 171

노휘철 (무룡고등학교) , 이찬우 (울산대학교 화학과) , 박상윤 (울산대학교 화학과) , 윤구식 (울산대학교 화학과)

초록
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Polydimethylsiloxane(PDMS) macroinitiator를 이용하여 N-isopropylacrylamide(NIPAAm)와 [3- (methacryloylamino)propyl]trimethyl ammonium montmorillonite(MAPTAC-MMT)를 중합하여 주사슬에 PDMS 블록을 가지며 nano clay(montmorillonite)를 가진 PNIPAAm 중합체를 합성하여 FT-IR과 XRD를 이용하여 확인하고 DSC를 이용하여 열적 성질을 조사하였으며 중합체의 온도에 따른 수팽윤도를 구하였다. DSC 측정 결과 poly(NIPAAm-b-PDMS) 속의 PNIPAAm과 PDMS는 분리된 상으로 존재했으며, 소수성인 PDMS의 함량이 증가함에 따라 수팽윤도는 감소하였으나 LCST 값은 큰 변화가 없었다. 또한, PNIPAAm의 유리전이온도 ($T_g$)는 분리된 상으로 인해 큰 변화가 없었다. 또한, 나노입자의 첨가는 전반적으로 수팽윤도에는 영향을 주지 않았으나 중합체의 $T_g$의 값은 감소하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Poly(N-isopropylacrylamide)(PNIPAAm) containing polydimethylsiloxane(PDMS) block and nano clay was obtained by the polymerization of NIPAAm and [3-(methacryloylamino)propyl]trimethyl ammonium montmorillonite(MAPTAC-MMT) with PDMS-macroinitiator. The polymer was characterized with FT-IR, XRD and DSC. The addition of PDMS in the polymers did not affect the value of the lower critical solution temperature(LCST) and the glass transition temperature($T_g$) of the PNIPAAm. However, the swelling ratio decreased with increasing PDMS contents. In the case of PNIPAAm containing nano clay, the content of MAPTAC-MMT did not affect swellability, but the $T_g$ of the PNIPAAm decreased with increasing nano clay contents.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

MAPTAC와 Na+-montmorillonite를 반응시켜 MAPTAC-MMT 을 합성한 후 이것을 NIPAAm과 일정 비율로 혼합한 후 polydimethylsiloxane (PDMS) macroinitiator로 개시하여 중합체를 얻었다. 이 중합체를 FT-IR로 합성을 확인하였으며, 수팽윤도를 구하였다.
PDMS를 친수성 중합체 속에 도입하는 방법은 여러 가지가 있지만 이번 연구에서는 NIPAAM을 PDMS를 함유한 macro initiator로 개시하여 block 공중합체를 얻었다. Figure 6에 PDMS 함유 PNIPAAm의 FT-IR 스펙트럼을 나타내었다.
공중합체의 유리전이온도(7&)의 변호k 공중합체의 Tg는 DSC를 이용하여 측정하였다. PDMS 및 clay가 함유된 PNIPAAm의 T르 Table 2에 니타내었다 Table 2를 보면 PDMS 의 경우 PNIPAAm 의 7;에 큰 영향을 주지 않는 것을 보여주고 있는데 이것은 친수성인 PNIPAAm과소수성인 PDMS가서로 다른상으로분리되어 있기 때문이라고 생각된다.
그러나, 아직까지 PNIPAAm 속에 실리콘과 nano clay를 함께 함유한 연구에 대한 보고는 없어 이번 연구에서는 NIPAAm 을 poly dimetliylsiloxane (PDMS) macroinitiator를 이용하여 중힙하여 PDMS 를 함유한 PNIPAAm을 합성하여 PDMS가 PNIPAAM의 열적 성질 및 팽윤현상에 미치는 영향을 조사하고 또한 이들 중합체에 nano clay를 첨가흐}여 nano clay가 중합체의 열적 성질 및 팽윤현상에 미치는 영향을 조사하였다’
59 g을 첨가하고 상온에서 24시간 동안 교반시킨 후 원심 분리하여 MAPTAC가 삽입된 MMT를 얻었다. 미반응물을 세척하기 위해 증류수를 가한 후 원심분리를 하는 과정을 3번 반복하였으며, 얻은 MAPTAC-MMT를 상온에서 24시간 동안 진공 건조시켜 이를 막자사발로 분쇄하여 사용하였다. 반응식은 Figure 1에 나타내었으며 FTTR과 XRD 측정 결과를 Figure 4와 5에 각각 나타내었다.
0 M NaCl 수舍액 250mL 를 가하고 75 ℃에서 24시간 동안 교반한 후 원심분리하였다. 분리액에 0.10 M AgNOs 용액을 기하여 염소이온이 검출되지 않을 때까지 증류수로 세척과 원심분리를 반복하였으며 얻은 Na+-MMT를 진공 오븐에서 건조하였다 건조된 Na*-MMT 3.0 g을 증류수 100 mL 에 분산시킨 후 MAPTAC 1.59 g을 첨가하고 상온에서 24시간 동안 교반시킨 후 원심 분리하여 MAPTAC가 삽입된 MMT를 얻었다. 미반응물을 세척하기 위해 증류수를 가한 후 원심분리를 하는 과정을 3번 반복하였으며, 얻은 MAPTAC-MMT를 상온에서 24시간 동안 진공 건조시켜 이를 막자사발로 분쇄하여 사용하였다.
이 중합체를 FT-IR로 합성을 확인하였으며, 수팽윤도를 구하였다. 또한 DSC를 이용하여 열적 성질을 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
팽윤도 측정. 중합체의 팽윤도 측정을 위해 각각의 팽윤 된 시료를 사방 약 :[ cm 정도의 크기로 자르고 120 ℃ 건조기에서 3일 동안 중분히 건조시킨 다음 질량을 즉정한 후 다시 증류수에 담그고 온도가 일정한 항온조에서 팽윤시켜 평형에 도달했을 때 시료들을 꺼내어 깨끗한 흡수지로 표면의 증류수를 제거한 후 신속히 무게를 측정하였다. 측정 온도 범위는 20~40 ℃이고 측정 간격은 1~2 ℃ 로 하였으며, 측정은 40 ℃부터 시작하였다.

대상 데이터

S.A)사의 DSC2910을 사용하였다
, Japan)는 정제하지 않고 사용하였다. Nano clay로 사용한 Na+-montmorillonite (Na-MMT, Rockwood Inc., U.SA)는 Na 당랑이 92.6 meq/100 g이며 [3-(methacryloylamino) propyl] trimethyl ammonium chloride (MAPTAC, Aldrich Chemical Company, Inc., USA) 와 반응시켜 Na를 치환하여 사용하였다.
, USA) 은 메탄올에 서재 결정하여 사용하였다. 가교제인 ethylene glycol dimethacrylate (EDGMA, Fluka Chemical Company, Inc., Switzerland) 와 poly- dimethylsiloxane macroinitiator (평균분자량이 40000정도이며 PDMS segment의 평균분자량이 5000, azo기 함량이 0.2 mmol/g, Wako Chemical Company, Inc., Japan)는 정제하지 않고 사용하였다. Nano clay로 사용한 Na+-montmorillonite (Na-MMT, Rockwood Inc.
시약 및 기기. 실험에 사용한 7VTsopropylacrylarnide(NIPAAm, Aldrich Chemical Company, Inc., USA)는 1 급 시약을 N-헥산에 서재 결정하여 사용하였으며, 개시제인 MV-azobisisobutyronitrile (AIBN, Aldrich Chemical Company, Inc., USA) 은 메탄올에 서재 결정하여 사용하였다. 가교제인 ethylene glycol dimethacrylate (EDGMA, Fluka Chemical Company, Inc.
소수성으로 바꾸어 주는 방법은 Na*-MMT의 Na+ 대신 알킬암모늄염으로 치환시키는 빙법이다. 이번 연구에서는 알킬 암모늄염으로서 MAPTAC# 사용하였다. MAPTAC는 MMT에 소수성을 부여할 뿐 아니라 이중결합을 갖고 있어 MMT를 중합체와 화학결합에 의해 중합체 사슬에 결합시킬 수 있다(Figwe 3).

성능/효과

1) Poly(NIPAAm) 에 기초한 공중합체들은 모두 열에 민감하였는데 LCST 이하의 낮은 온도에서는 공중합 수화겔이 팽윤 상태로 평형을 유지하였으며, 온도가 높아짐에 따라 물을 방출하여 겔은 수축하여 팽윤도는 감소하였다.
나타낸다.1,2 팽윤과 수축 현상은 온도에 따라 수화겔의 물 분자에 대한 친화성의 변화로 일어나며, 수화겔을 구성하는 단량체의 종류에 따라 팽윤도, LCST가 변화하게 된다. NIPAAm을 친수성 단량체와 공중 합했을 때는 LCST 값은 증가하지만 소수성 단량체인 경우는 그 반대가 되며, 용액의 이온강도 등에 따라 팽윤도 및 LCST는 달라진다.
2) Poly (NIPAAm-ZePDMS) 중 PDMS 함량이 증가함에 따라 팽윤도는 감소하였으나 그것의 LCST 값은 크게 변화가 없었다. 또한 nano 시ay는 중합체의 팽윤도에 큰 영향을 주지 않았다.
3) Poly (NFAAm-Zz-PDMS) 중의 PNIPAAm의 유리 전이온도는 PDMS의 함량에 영향받지 않았으나, nano clay인 MAPTAC-MMT의 첨가량이 증가함에 따라 유리전이온도가 조금씩 내려갔다.
다른 상으로 분리된 PNIPAAme PDMS의 영향을 거의 빋지 않기 때문에 PNIPAAm 단일중합체와 같은 경향을 보여 준다고 생각된다. 또한 clay가 함유된 PNIPAAm 의 Tg 값을 보면 day 의 함랑이 증가할수록 Te 값이 감소하고 있는 것을 알 수 있다. 이러한 것은 PNIPAAme 곁사슬의 -N-H 와 C=O 간에 수소결합을 이루고 있는데 이 수소결합은 분자간의 인력을 높여 사슬의 유연성을김소시켜 7J 값을 높이게 된다.
Figure 8에는 PDMS를 함유한 중합체의 팽윤 거동을 나타낸 것이다. 소수성인 PDMS의 함량이 증가할수록 팽윤도는 감소하였다. 그렇지만, LCST에는 영향을 주지 않는 것을 보여주고 있다.
0으로 감소하는 것을 보아 MAPTAC-MMT의 층간 간격이 늘어났음을 알 수 있다. 이것으로 MAPTAC-MMT가 생성되었음을 확인할 수 있었다.
이것으로 보아 PNTIAAm 속에 PDMS가 함유되어 있는 것을 확인할 수 있으며 또한 PDMS의 함량이 증가할수록 1100 cmT'에서 나타나는 S-O-Si의 흡수띠와 1258 cmT와 800 cm-i 부근에서 나타나는 Si-CHs의 흡수띠의 크기가 증가하는 것을 알 수 있다. 이것으로 macroinitiators] 함량이 클수록 PDMS의 함량이 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
1650 cmT에는 PNIPAAm에 있는 amide의 C=O의 특성띠가 나타나 있으며, 1100 cm-1 부근에는 Si-0-Si의 흡수띠가, 1258 cmL와 800CM-1 부근에는 Si-CH₃의 흡수띠가 나타나 있다. 이것으로 보아 PNTIAAm 속에 PDMS가 함유되어 있는 것을 확인할 수 있으며 또한 PDMS의 함량이 증가할수록 1100 cmT'에서 나타나는 S-O-Si의 흡수띠와 1258 cmT와 800 cm-i 부근에서 나타나는 Si-CHs의 흡수띠의 크기가 증가하는 것을 알 수 있다. 이것으로 macroinitiators] 함량이 클수록 PDMS의 함량이 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
1055 cmT 부근에 mmt의 특성띠가 나타나 있는 것을 확인할 수 있으며 Figure 5의 XRD 분석 결과에서도 Na*-MMT와 MAPTAC-MMT에서 나타나는 띠가 니타나지 않는 것은 실리케이트의 층간 거리가 100 A 이상으로 박리되었기 때문이라고 생각된다. 즉, PNIPAAm 매트릭스에 실리케이트 단일 증으로 잘 분산되어 있는 나노복합재료가 제조되었음을 알 수 있다. 또한, Figure 7에 PNIPAAm-PDMS 공중합체에 nano day가 함유된 중합체의 FT-IR 스펙트럼을 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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