[논문]아이소소바이드기를 갖는 콜레스테릭 액정고분자의 합성 및 성질

구수진; 윤두수; 방문수

doi:10.14478/ace.2017.1005

아이소소바이드기를 갖는 콜레스테릭 액정고분자의 합성 및 성질
Synthesis and Properties of Cholesteric Liquid Crystalline Polymers with Isosorbide Group 원문보기

공업화학 = Applied chemistry for engineering, v.28 no.2, 2017년, pp.230 - 236

구수진 (공주대학교 신소재공학부) , 윤두수 (조선이공대학교 생명환경화공과) , 방문수 (공주대학교 신소재공학부)

초록
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본 연구에서는 콜레스테릭 액정상 유도를 위하여 아이소소바이드기를 가지고 있으며, 액정상 전이온도의 조절을 위하여 메틸렌기를 포함하고 있는 액정고분자들을 합성하였고, 합성된 액정고분자 내의 아이소소바이드기의 함량과 메틸렌기의 위치가 액정고분자의 물성에 미치는 영향이 조사되었다. 합성된 모든 고분자들 중, 주사슬에 메틸렌 유연격자를 가진 고분자(MnHI-x)가 곁사슬에 메틸렌 유연격자를 가진 고분자(SnBI-x)들보다 더 높은 용융전이온도와 열안정성을 나타내었다. 합성된 모든 고분자들은 양방성 액정상을 나타냈으며, 콜레스테릭 액정상 유도체로써 아이소소바이드 함량이 10몰%인 고분자는 네마틱상을, 20몰% 이상의 고분자들은 콜레스테릭 액정상 또는 카이랄 스멕틱상을 형성하였다. 이로써, 아이소소바이드기가 콜레스테릭 액정상 유도체로써의 역할을 하였음을 알 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

We synthesized liquid crystalline polymers containing isosorbide group as a cholesteric derivative and methylene group for controlling the transition temperature to the liquid crystal phase. Effects of the concentration of the isosorbide group and the position of the methylene group on the properties of the liquid crystalline polymer were investigated. Among all the synthesized polymers, polymers (MnHI-x) with a methylene group in the main chain showed higher melting transition temperature and thermal stability than those (SnBI-x) with a methylene group in the side chain. All the synthesized polymers showed an enantiotropic liquid crystal phase. The polymers having 10 mol% isosorbide as a cholesteric liquid crystal phase derivative showed nematic phase, and those having 20 mol% or more isosorbide showed a cholesteric or chiral smectic phase. Thus, we can conclude that the isosorbide group plays a role as a cholesteric liquid crystal phase derivative.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 고온에서 열변색소재로써의 응용이 가능한 콜레스테릭 액정고분자를 개발하기 위한 연구의 일환으로 콜레스테릭 액정상 유도체로써 카이랄 구조를 갖는 아이소소바이드를 사용하고, 액정상으로의 전이온도를 조절하기 위하여 메틸렌 유연격자를 주쇄 또는 측쇄에 갖는 두 종류의 액정고분자를 합성하여, 아이소소바이드의 함량과 유연격자의 위치와 길이가 액정고분자의 특성에 미치는 영향을 조사하였다.

제안 방법

합성된 고분자들의 특성분석에 이용된 기기로써, 화합물의 구조 분석은 FT-IR spectrometer (Perkin Elmer Spectrum 1000)와 1H-NMR spectrometer (JEOL JNM-AL 300)를, 열분석은 DSC (TA DSC Q20)와 TGA (TA TGA Q50)를 이용하였으며, 액정성 확인은 hot stage (LinkamTP 92)가 장착된 polarizing optical microscope (POM) (Olympus BX41)와 X-ray diffractometer (XRD) (Rigaku AX2500)를 이용하였다.

대상 데이터

본 연구에서 사용된 시약으로는 에틸 4-하이드록시벤조에이트, 1,6-다이브로모헥세인, 1,8-다이브로모옥테인, 1,10-다이브로모데케인, 하이드로퀴논(HQ), 다이에틸 2,5-다이하이드록시 테레프탈레이트, 1-브로모부테인, 1-브로모데케인, 4,4’-바이페놀 (BP)은 Aldrich사 제품을, 테트라-n-부틸암모늄 브로마이드 (TBAB), 아이소소바이드는 TCI사 제품을 사용하였다. 합성 시 중축합 촉매로 사용된 티오닐 클로라이드(SOCl₂)는 트리페닐포스파이트(triphenylphosphite)와 함께, 피리딘은 NaOH와 함께, 각각 2 h 동안 환류시킨 후 증류하여 사용하였다.

이론/모형

본 연구에서 사용된 단위체인 4,4’-다이카르복시-α,ω-다이페녹시알케인과 2,5-다이알콕시 테레프탈산은 문헌[15-17]의 방법으로 합성하였으며, 모든 고분자들은 직접중축합방법[18]으로 합성되었다. Figure 1에 고분자의 합성반응식을 보여 주고 있으며, Table 1에 고분자의 합성을 위한 단위체의 조성을 나타내었다.

성능/효과

이로써 아이소소바이드가 콜레스테릭 액정상 유도체로써의 역할을 하였음을 알 수 있다. 또한, 고분자들의 액정안정성은 메틸렌 유연격자의 위치가 주사슬에 있거나, 아이소소바이드 함량이 적을수록 더 큰 것으로 확인되었다. 고분자에 카이랄 구조의 아이소소바이드기의 함량을 증가시킴으로써 고분자의 액정상을 콜레스테릭으로 유도할 수 있으며, 고분자의 구조를 적절히 설계함으로써 높은 온도에서 열변색성 콜레스테릭 액정상 형성을 유도할 수 있을 것으로 판단된다.
합성된 고분자들은 모두 양방성 액정성을 나타냈으며, 콜레스테릭 액정상 유도체인 아이소소바이드 함량이 산화합물에 대하여 10 mol%인 고분자(MnHI-10)는 네마틱상을, 20 mol% 이상의 고분자들은 콜레스테릭 액정상 또는 카이랄 스멕틱상을 형성하였으며, 열변색 현상도 관찰되었다. 이로써 아이소소바이드가 콜레스테릭 액정상 유도체로써의 역할을 하였음을 알 수 있다.
합성된 모든 고분자들은 열가소성으로써, 주사슬에 메틸렌 유연격자를 가진 고분자(MnHI-x)가 곁사슬에 메틸렌 유연격자를 가진 고분자(SnBI-x)들 보다 더 높은 열전이온도와 결정성을 나타내었으며, 더 높은 열안정성을 나타내었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	카이랄 분자구조를 갖는 콜레스테릭 액정상은 어떠한 구조를 가지고 있는가?	다양한 종류의 액정상 중에서도 카이랄 분자구조를 갖는 콜레스테릭 액정상은 일정한 방향으로 배향되어 있는 액정분자의 층들이 규칙성을 가지고 일정한 각도로 회전되어 있는 나선형으로 쌓여 있는 구조를 하고 있다. 나선의 주기인 피치는 외부 자극에 의해 조절이 가능하고, 그에 따른 빛의 선택적 반사 성질이 있어 변색성을 띄게 된다.
	바이오매스기반의 아이소소바이드의 장점은 무엇인가?	콜레스테릭 액정유도체로써 사용되는 다양한 종류의 화합물들 중, 바이오매스기반의 아이소소바이드는 다른 이성질체들에 비해 추출률이 높아서 상대적으로 가격이 낮고, 반응성이 크기 때문에 축합중합이나 부가중합으로 폴리에스터계, 폴리카보네이트계, 폴리우레탄계등의 고분자 합성에 응용되고 있으며, 콜레스테릭 액정 유도체로써도 많은 연구들이 진행되고 있다[7-12].
	콜레스테릭 액정 폴리에스터의 한계점은 무엇인가?	이 같은 액정 폴리에스터들은 대부분 높은 용융전이온도를 갖기 때문에 고온에서의 콜레스테릭의 특성이 요구되는 분야에 활용될 수 있다. 그러나, 고분자 사슬에 방향족 구조의 함량이 많게 되면 액정형성을 위한 용융이 어렵게 됨으로써 이를 조절하기 위하여 유연격자를 메소젠기들 사이에 삽입하거나, 곁사슬에 유연격자 또는 벌키한 치환기를 갖도록 하는 등의 방법을 이용하는데, 이는 고분자 사슬의 유연성 및 이동성을 증가시키기도 하지만 액정상태에서의 분자배열에도 많은 영향을 주게 된다[14].

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표제어: PCR

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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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