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비닐트리에톡시실란으로 개질된 폴리비닐알코올 / 폴리아크릴산 필름의 내수성 및 차단성 연구
Study of Hydrophobic and Barrier Properties of Vinyltriethoxysilane Modified Poly (Vinyl Alcohol) / Poly (Acrylic Acid) Films 원문보기

청정기술 = Clean technology, v.18 no.1 = no.56, 2012년, pp.57 - 62  

김은지 (한국신발피혁연구소) ,  박재형 (한국신발피혁연구소) ,  백인규 (한국신발피혁연구소)

초록
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폴리비닐알코올(PVA)을 증류수를 사용하여 용액으로 만든 후, 소수성을 가지는 비닐트리에톡시실란(VTEOS)을 이용하여 개질하였다. 실란으로 개질된 PVA 용액에 폴리아크릴산(PAA)을 함량별로 넣어 제조하였다. 다양한 PAA 함량에 따라 제조된 필름으로 열적-기계적 성질, 접촉각, 수분 투과율, 산소 투과율을 측정하였다. 필름의 유리 전이 온도는 비닐트리에톡시실란으로 개질한 경우 약간 높아졌으나, PAA의 함량에 따른 변화는 크게 나타나지 않았다. 비닐트리에톡시실란으로 개질된 PVA/ PAA 필름의 인장 강도는 9.48~10.72 $kg/mm^2$으로 PVA와 큰 차이가 나지 않았다. 비닐트리에톡시실란으로 개질된 PVA와 PAA의 비율이 90/10인 필름의 경우 팽윤도 198%, 용해도 10%로 측정되어 PVA에 비하여 내수성이 개선되었음을 확인할 수 있었다. 또한, 비닐트리에톡시실란으로 개질된 PVA와 PAA의 비율이 90/10인 필름(두께 2.5 ${\mu}m$)을 PET 필름(두께 50 ${\mu}m$) 위에 코팅하여 제조된 필름의 수분 투과율과 산소 투과율은 각각 11.04 $g/m^2/day$와 3.1 $cc/m^2/day$로 측정되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Aqueous poly (vinyl alcohol) (PVA) solution was modified by using hydrophobic vinyltriethoxysilane (VTEOS) and then adding different amounts of poly (acrylic acid) (PAA) to the resulting solution. Thermal and mechanical properties, contact angle, water vapor transmission rate (MVTR) and oxygen gas t...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 우수한 소수성을 가지는 실란 화합물 중 vinyltriethoxysilane을 이용하여 PVA를 개질시킴으로써 표면에 대한 내수성 및 수분 차단성을 향상시키고 동시에 PAA를 이용한 가교화된 필름을 제조하여 물에 대한 용해도, 팽윤도, 인장강도 등의 물리적 성질을 보완하고자 한다. 또한 후처리나 무기물 충진제의 사용 없이 내수성 및 차단성을 향상시켜 그 공정을 간소화하고자 하였다.
  • 본 연구는 내수성이 부족한 PVA에 실란화합물과 PAA를 이용하여 개질 및 가교 반응시킴으로써 내수성의 향상과 동시에 수분 차단성까지 향상시키고자 하였다.
  • 본 연구에서는 우수한 소수성을 가지는 실란 화합물 중 vinyltriethoxysilane을 이용하여 PVA를 개질시킴으로써 표면에 대한 내수성 및 수분 차단성을 향상시키고 동시에 PAA를 이용한 가교화된 필름을 제조하여 물에 대한 용해도, 팽윤도, 인장강도 등의 물리적 성질을 보완하고자 한다.
  • 실란 화합물은 소수성뿐만 아니라 열적 성질이 우수한 장점이 있다[9,10]. 이러한 성질을 가진 실란화합물을 PVA 표면에 개질 반응시킴으로써 내수성을 향상시키고자 한다.
  • 또한, PAA는 PVA의 수산화기(-OH)와 가교 반응할 수 있는 카르복실기(-COOH)를 가짐과 동시에 물에도 잘 녹는 물질이다[11]. 이런 장점이 있는 PAA를 이용하여 일정 온도에서 실란으로 개질된 PVA와 가교 반응시켜 그 성질을 더 극대화하고자 하였다.

가설 설정

  • Figure 1. The FT-IR spectrum of (a) poly (vinyl alcohol) and (b) VTEOS-modified PVA/10 wt% PAA blend films.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
실란 화합물의 장점은? 우수한 소수성을 가지는 물질로는 실란 화합물이 있다. 실란 화합물은 소수성뿐만 아니라 열적 성질이 우수한 장점이 있다[9,10]. 이러한 성질을 가진 실란화합물을 PVA 표면에 개질 반응시킴으로써 내수성을 향상시키고자 한다.
PAA는 어떤 물질인가? 또한, PAA는 PVA의 수산화기(-OH)와 가교 반응할 수 있는 카르복실기(-COOH)를 가짐과 동시에 물에도 잘 녹는 물질이다[11]. 이런 장점이 있는 PAA를 이용하여 일정 온도에서 실란으로 개질된 PVA와 가교 반응시켜 그 성질을 더 극대화하고자 하였다.
PVA가 널리 사용되지 못하는 이유는? PVA는 PE (Polyethylene), PVdC [Poly(Vinylidene Chloride)], OPP (Oriented Polypropylene) 등의 다른 필름보다 고가이긴 하지만 우수한 항장력, 인장 강도, 신장도, 내마모성 등을 가지고 있으며, 특히 산소 차단성, 투명성, 강인성, 비대전성, 광택성이 우수하다. 하지만 이런 장점들에 비해 널리 사용되지 못하는 이유는 가장 큰 취약점인 내수성이 부족하기 때문이다. PVA는 물에 대해 팽윤 또는 용해되는 성질과 높은 수증기 투과성을 가지고 있어 외부의 습도에 영향을 받게 되면 기계적 성질과 전기적 성질 등이 크게 달라진다[4,5].
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참고문헌 (13)

  1. Peresin, M. S., Habibi, Y., Zoppe, J. O., Pawlak, J. J., and Rojas, O. J., "Nanofiber Composite of Polyvinyl Alcohol and Cellulose Nanocrystals," Biomacromol, 11, 674-681 (2010). 

  2. Scheibel, J. J., Gray, L. M., "Polyvinyl Alcohol Co-polymer and Water-soluble Films and Pouches Formed Therefrom," U. S. Patent No. 7,714,086 B2, 2010. 

  3. Nho, S. K., Choi, K. H., Kwak, J. W., and Lyoo, W. S., "Preparation and Application of Poly (Vinyl Alcohol) Having Various Molecular Parameters," Polym. Sci. Technol., 15(1), 4-11 (2004). 

  4. Chuang, W. Y., Yong, T. H., Chiu, W. Y., and Lin, C. Y., "The Effect of Polymeric Additives on the Structure and Permeability of Poly (Vinyl Alcohol) Asymmetric Membranes," Polym., 41, 5633-5641 (2000). 

  5. Sakurada, I., "Poly (Vinyl Alcohol) Fibers," Marcel Dekker, New York, 1985. 

  6. Jung, M. H., Kim, J .C., and Chang, J. H., "Ultra High Molecular Weight Polyethylene Nanocomposite Film," Polym. Korea, 31(5), 428-435 (2007). 

  7. Hwang, S. W., Chung, C., Chun, B. C., and Lee, S. J., "Gas Permeability of Polyethylene Films Containing Zolite Powder," Polym. Korea, 28(5), 374-381 (2004) 

  8. Ham, S. K., Jung, M. H., and Chang, J. H., "Blend Films of Poly (Acrylic Acid-co-maleic Acid) with Poly (Vinyl Alcohol)," Polym. Korea, 30(4), 298-304 (2006). 

  9. Yoronkvov, M. G., Mileshkevich. V. P., and Yuzhelevskii. Y. A., "The Siloxane Bond," Consultants Bureau, New York, 1978. 

  10. Noll, W., "Chemistry and Technology of Silicons," Academic Press, New York, 1968. 

  11. Shweta, P., "Poly (Vinyl Alcohol)/Cellulose Nanocomposite Barrier Films," Oregon State, US, 2006. 

  12. Kim, K. S., and Cho, D. L., "Improvement of Barrier Property of LDPE Food Packaging Film by Plasma Polymerization," Polym. Korea, 32(1), 38-42 (2008). 

  13. Taki, T., Nakajima, M., Imanishi, K., Murata, M., "Silane Compound and Process for the Preparation Therof," U.S. Patent No. 5,856,549, 1999. 

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