Poly(vinyl acetate)와 Poly(vinyl acetate-co-ethylene) 에멀젼을 이용한 상온 블렌드 에멀젼의 Film 특성 Film Properties of Cold Blending Emulsion Between Poly(vinyl Acetate) and Poly(vinyl acetate-co-ethylene) Emulsion원문보기
본 연구는 보호콜로이드로 PVA를 사용한 PVAc 에멀젼 폴리머와 VAE 에멀젼 폴리머 블렌드에 관한 것으로 보호콜로이드로 사용된 PVA는 블렌드 전의 각각의 에멀젼 폴리머 필름과 블렌드 후의 필름에서도 연속상으로 존재하였다. 이는 블렌드를 구성하는 입자사이에서 뛰어난 접착력을 예상하게 한다. Tg가 서로 다른 에멀젼 폴리머 블렌드는 중요한 관심 대상이며 PVAc/VAE 에멀젼 폴리머 블렌드는 이 중 간단하면서도 또 다른 뛰어난 연구 방향을 제시하였다. 혼합 결과, PVAc 증가에 따라 신율이 저하되었고, PVAc 제조에 사용된 가소제가 혼합물의 Tg에 영향을 미쳐 PVAc 가소제의 VAE 에멀젼 폴리머으로의 이행으로 인하여 VAE 에멀젼 폴리머의 Tg를 저하시켰고, 인장강도 및 내열성, 접착력에서 두 혼합물의 상승효과가 나타났다.
본 연구는 보호콜로이드로 PVA를 사용한 PVAc 에멀젼 폴리머와 VAE 에멀젼 폴리머 블렌드에 관한 것으로 보호콜로이드로 사용된 PVA는 블렌드 전의 각각의 에멀젼 폴리머 필름과 블렌드 후의 필름에서도 연속상으로 존재하였다. 이는 블렌드를 구성하는 입자사이에서 뛰어난 접착력을 예상하게 한다. Tg가 서로 다른 에멀젼 폴리머 블렌드는 중요한 관심 대상이며 PVAc/VAE 에멀젼 폴리머 블렌드는 이 중 간단하면서도 또 다른 뛰어난 연구 방향을 제시하였다. 혼합 결과, PVAc 증가에 따라 신율이 저하되었고, PVAc 제조에 사용된 가소제가 혼합물의 Tg에 영향을 미쳐 PVAc 가소제의 VAE 에멀젼 폴리머으로의 이행으로 인하여 VAE 에멀젼 폴리머의 Tg를 저하시켰고, 인장강도 및 내열성, 접착력에서 두 혼합물의 상승효과가 나타났다.
This study was made on the poly(vinyl acetate) (PVAc) and poly(vinyl acetate- ethylene) (VAE) emulsion polymer blend which used PVA as protective colloid, and the PVA used as protective colloid was existed in each emulsion film before blend and even in the film after the blend consecutively. It make...
This study was made on the poly(vinyl acetate) (PVAc) and poly(vinyl acetate- ethylene) (VAE) emulsion polymer blend which used PVA as protective colloid, and the PVA used as protective colloid was existed in each emulsion film before blend and even in the film after the blend consecutively. It makes us expect excellent adhesive power among particles that form the blend. Emulsion blends with different Tg are important target of concerning, and PVAc/VAE emulsion blend suggested simple and excellent research method. As a result of blend, elongation was lowered by the increase of PVAc, and the plasticizer used in making PVAc affected on the Tg of blend and lowered Tg of VAE emulsion, and the synergy effect of two blends was seen for the tensile strength, thermal resistance, and adhesive strength.
This study was made on the poly(vinyl acetate) (PVAc) and poly(vinyl acetate- ethylene) (VAE) emulsion polymer blend which used PVA as protective colloid, and the PVA used as protective colloid was existed in each emulsion film before blend and even in the film after the blend consecutively. It makes us expect excellent adhesive power among particles that form the blend. Emulsion blends with different Tg are important target of concerning, and PVAc/VAE emulsion blend suggested simple and excellent research method. As a result of blend, elongation was lowered by the increase of PVAc, and the plasticizer used in making PVAc affected on the Tg of blend and lowered Tg of VAE emulsion, and the synergy effect of two blends was seen for the tensile strength, thermal resistance, and adhesive strength.
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제안 방법
1) 유리전이온도(Glass transition temperature, Tg) : TA instrument사의 Differential Scanning Calorimeter (DSC) TA-10 을 이용하여 5℃/min 의 승온속도로 측정하였다. DSC 조건은 6.
에멀젼 폴리머 블렌드는 충분한 혼합성을 위하여 400 rpm 에서 1 h 동안 교반 후 준비하였으며 유리판에 이형 효과를 증대시키기 위하여 polyethylene (PE) 필름 위에서 건조 필름을 제조하였다. 25℃, 50% 상대습도에서 24 h 건조시킨 후 형성된 필름(2~3 mm 두께)을 PE로부터 박리 시켜 실리콘 이형지 위에 올려놓은 후, 25℃, 50% 상대습도에서 24 h 동안 추가로 건조시켰다. 그 다음 수분이 제거되는 데시케이터에서 7일 동안 방치시켰다.
4) 신율(Elongation) 및 인장강도(Tensile strength) : 유리판 위에 2~3 mm 두께로 VAE에멀젼 폴리머를 도포 후, 실온에서 24 h 방치하여 연속상 필름(두께 : 1.32 mm)을 형성시킨 다음, Instron사의 인장기를 이용하여신율과 인장강도를 측정하였다.
5) 내열성 (Heat creep resistance) : Cotton에 VAE 에멀젼 폴 리머를 40 g/m2로 도포 후 24 h 상온에서 건조 후 77℃로 유지되는 건조기에서 500 g 추를 이용하여 3 h 동안 떨어지는 길이를 측정하였다.
28 rad/sec의 주사속도로 변형 주파수 (deformation frequency)를 이용하여 -30℃에서 150℃까지 5℃/min의 속도로 승온하였다. 등온상태 (isothermal condition)를 유지하기 위하여 10 min의 머무름 시간 (soak time) 을 두었다
먼저 블렌드 하지 않은 에멀젼 폴리머의 각각의 필름 특성을 분석하였다. 이 결과를 해석하기 위한 주목적은 에멀젼 폴리머 필름 시편 내에 존재하는 PVA 의 존재를 알아보기 보기 위함이고, 각 에멀젼 폴리머의 Tg를 Figure 2에 나타내었다.
대상 데이터
사용하였다. 가소제의 영향을 알아보기 위하여 (주)대흥특수화학으로부터 PVAc-B 는 가소제가 함유되지 않은 순수 PVAc 에멀젼 폴리머를 협조 받아 사용하였고, 각각의 고분자의 구성 비율을 Table 1에 나타내었다. 에멀젼 폴리머 블렌드는 충분한 혼합성을 위하여 400 rpm 에서 1 h 동안 교반 후 준비하였으며 유리판에 이형 효과를 증대시키기 위하여 polyethylene (PE) 필름 위에서 건조 필름을 제조하였다.
본 연구에서 사용한 VAE 에멀젼 폴리머는 (주)바커케미칼코리아의 VINNAPAS EP706K 를 사용하였고, PVAc-A 에멀젼 폴리머는 일반적으로 산업분야에서 널리 사용하는 (주)오공의 205를 구매하여 사용하였다. 가소제의 영향을 알아보기 위하여 (주)대흥특수화학으로부터 PVAc-B 는 가소제가 함유되지 않은 순수 PVAc 에멀젼 폴리머를 협조 받아 사용하였고, 각각의 고분자의 구성 비율을 Table 1에 나타내었다.
이론/모형
3) 입자크기 측정 : 입자의 크기를 측정하기 위하여 Brookhaven 사의 Disc Centrifuge 방식인 DI-DCP 를 사용하였다.
6) 접착력 : Cotton에 40 g/m2를 도포 후, 24 h 동안 상온에서 건조 후 Instron 사의 인장기를 이용하여 상온과 내수 접착력을 180° Peel strength 방법으로 측정하였다.
성능/효과
PVAc 에멀젼 폴 리머와 VAE 에멀젼 폴리머의 경우 주 단량체와 보호콜로이드가 같아 고분자/충진제 혼합물의 효과에 의해 인장강도가 증가한 것으로 판단된다. PVA를 보호콜로이드로 사용한 PVAc와 VAE 에멀젼 폴리머의 상온 블렌드는 가소제가 함유된 PVAc 에멀젼 폴리머의 경우 가소제가 결정구조가 약한 VAE 에멀젼으로 전이되어 Tg가 변화되었고, 입자 크기가 비슷한 에멀젼 폴리머 블렌드 경우 비례하여 물성이 나타났고, 입자 크기가 다른 제품의 경우에는 인장강도 및 접착력의 상승효과가 관찰되었다.
나타내었다. 가소제가 첨가된 PVAc-A 에멀젼 폴리머의 경우 VAE 에멀젼 폴리머와 블렌드시 VAE 에멀젼 폴리머 첨가량에 따라 점도가 일정하게 저하 되는 것으로 나타났고, 가소제가 첨가 안 된 PVAc-B 에멀젼 폴리머의 경우 70%의 VAE 에멀젼 폴리머 비율에서 가장 높은 점도가 나타났는더], 이는 PVAc-A 에멀젼 폴리머에 사용된 가소제가 고분자 사슬사이에 침투하여 고분자 사슬 간의 상효작용력을 감소시켜 결정구조에 영항을 미치며, 가소제가 사용 안 된 PVAc-B 에멀젼 폴리머의 경우는 고분자 사슬간의 상호작용력으로 인한 단단한 결정구조로 인하여 PVAc-A 와 PVAc-B 는 Figure 3과 같이 입자크기가 서로 다르므로 PVAc-B 에멀젼 폴리머의 경우충진제 효과가 나타났고, PVAc-A 에멀젼 폴리머의 경우는 유사한 입자 크기로 인하여 평형 상태에서 혼합된 것으로 판단된다.
가소제가 첨가된 PVAc-A 에멀젼 폴리머의 입자 크기가 가소제가 첨가 되어 있지 않은 PVAc-B 에멀젼 폴리머에 비해 가소제에 의해 swelling 되어 상대적으로 큰 것으로 나타나고, VAE 에멀젼 폴리머와는 유사한 크기로 관찰되었다.
보호콜로이드로서 PVA 를 사용한 상온에서의 단순 블렌드는 VAE/PVAc 에멀젼 폴리머 film에서 PVA는연속상으로 나타났다. 부드러운 성질의 에멀젼 폴리머 (VAE) 에 딱딱한 성질의 에멀젼 폴리머 (PVAc) 를 첨가할 때 파단신율에서 큰 감소를 보였다.
나타났다. 부드러운 성질의 에멀젼 폴리머 (VAE) 에 딱딱한 성질의 에멀젼 폴리머 (PVAc) 를 첨가할 때 파단신율에서 큰 감소를 보였다. PVAc 에멀젼 폴 리머와 VAE 에멀젼 폴리머의 경우 주 단량체와 보호콜로이드가 같아 고분자/충진제 혼합물의 효과에 의해 인장강도가 증가한 것으로 판단된다.
Eckersley 와 Helmer[13] 또한 서로 다른 Tg 의에멀젼 폴리머 혼합물 필름형성과 기계적물성에 대해 연구하였다. 이 연구에서 높은 Tg의 에멀젼 폴리머가 첨가됨으로써 낮은 Tg 의 에멀젼 폴리머 필름의 점착성으로 인한 블로킹현상이 개선되었고, 서로 다른 Tg의 에멀젼 폴리머에서 입자들의 크기 비율이 성능을 향상시키는 데 중요한 변수임을 밝혔다. 이 외에, 코팅 관련 분야에서 서로 다른 Tg 에멀젼 폴리머 블렌드에 관한 많은 특허도 출원되고 있다.
이 에멀젼 폴리머 혼합물 필름을 100℃까지 가열하면 인접한 PVAc 에멀젼 폴리머 입자들이 서로 통합되어 결합된 연속상 구조와 유사한모폴로지를 갖게 된다고 알려져 있고, 서로 다른 Tg 에멀젼 폴리머 혼합물에서의 입자크기 및 혼합비율에 따른 필름의 물성에 대한 연구결과가 보고되었다. 이 연구에서는 입자크기의 비율이 블로킹현상 방지 효과에 큰 영향을 미치며, 높은 Tg의 에멀젼 폴리머가 작은 입자크기를 가질수록 블로킹현상 방지에 좋은 효과를 보여 주었다[19]. 건조된 필름을 Instron사의 인장 기를 이용하여 인장강도와 신율을 측정한 결과를 Figures 7 과 8에 나타내었다.
건조된 필름을 Instron사의 인장 기를 이용하여 인장강도와 신율을 측정한 결과를 Figures 7 과 8에 나타내었다. 입자 크기가 VAE 에멀젼 폴리머와 유사한 PVAc-A 에멀젼 폴리머의 경우, 두 에멀젼 폴 리머의 블렌드에 따른 인장강도의 상승효과는 미미하였으나 입자 크기와 결정 구조가 다른 PVAc-B 에멀젼 폴리머의 경우 PVAc-B 에멀젼 폴리머가 충진제 역할을 하여 두 에멀젼 폴리머의 혼합으로 인한 인장강도의 상승효과가 뚜렷이 나타났다. 또한 이에 따른 신율 특성에 있어서도 PVAc-B 에멀젼 폴리머가 더욱 큰 변화폭을 보였다.
참고문헌 (27)
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F. Dobler and Y. Holl, TRIP, 4, 145 (1996).
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