[논문]불소함유 아크릴계공중합체에서 히드록시에틸메타크릴레이트 함량에 따른 물리적 특성 변화

김기상; 심상연

doi:10.12925/jkocs.2018.35.2.502

불소함유 아크릴계공중합체에서 히드록시에틸메타크릴레이트 함량에 따른 물리적 특성 변화
The Effects of the Content of Hydroxyethyl Methacrylate in Fluorine-containing Acrylate Copolymers on Physical Properties 원문보기

한국유화학회지 = Journal of oil & applied science, v.35 no.2, 2018년, pp.502 - 508

김기상 (강릉원주대학교 공과대학 생명화학공학과) , 심상연 (강릉원주대학교 공과대학 생명화학공학과)

초록
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코팅, 발수 및 접착특성이 우수한 불소함유 아크릴계 공중합체를 설계, 제조하였다. 공중합체용 모노머로 methyl methacrylate(MMA), 2,2,2-trifluoroethyl acrylate(FMA) 그리고 2-hydroxyethyl methacrylate(HEMA)를 사용하여 괴상 중합 및 유화 중합으로 반응하여 > 95 %이상 고수율로 공중합체를 제조하였다. $^1H-NMR$로 화학구조를 확인하였고 DSC와 DMA로 물성분석을 한 결과, FMA의 함량이 5 %에서 10 %로 증가함에 따라 유리전이온도는 $3^{\circ}C$ 감소하였으며 HEMA의 경우에는 감소폭이 $2{\sim}8^{\circ}C$로 나타났다. Instron 및 TGA를 이용한 분석에서는 FMA 혹은 HEMA 함량이 10 % 증가함에 따라 괴상 및 유화 중합체 모두에서 인장강도는 29 MPa에서 22 MPa로 감소하였고 Td는 $200^{\circ}C$에서 $180^{\circ}C$로 감소하는 경향을 나타내었다. 접촉각은 친수성인 HEMA의 함량이 증가함에 따라 상대적으로 감소하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The acrylate copolymer having good coating, water-repellent and adhesion properties was designed and prepared. We prepared copolymers with high yield of > 95% using methyl methacrylate(MMA), 2,2,2-trifluoroethyl acrylate (FMA) and 2-hydroxyethyl methacrylate monomers(HEMA) by either bulk or emulsion polymerization techniques. The $^1H-NMR$ spectrum was used to identify chemical structure and DSC and DMA analysis were conducted. As a result, the glass transition temperature decreased by $3^{\circ}C$ as FMA content increased from 5% to 10%, and decreased by $2{\sim}8^{\circ}C$ when HEMA content increased from 5 % to 10 %. The physical properties were measured using Instron and TGA. As FMA or HEMA content increased by 10%, tensile strength decreased from 29 MPa to 22 MPa and Td decreased from $200^{\circ}C$ to $180^{\circ}C$ in both bulk and emulsion. The contact angle relatively decreased as hydrophilic HEMA content increased.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 공정시간에 제한이 없으면서 발수특성과 접착특성을 동시에 갖는 불소함유 아크릴계코팅 조성물을 설계, 합성한 후 필름형태로 제조하여 제조된 필름의 내열성, 기계적 강도 및 접촉각 등 물리적 특성을 분석하여 코팅재료로써의 활용 가능성을 조사하였다.

제안 방법

공중합체 구성성분으로 MMA는 투명 및 코팅 특성이 우수한 것으로 알려지고 있으며FMA는side-chain에 불소성분을 갖고 있어 표면소수성을 나타낼 것으로 기대되며 접착특성을 위하여 기존에 많이 사용하는 methacrylic acid대신에 radical trapping 효과가 약하면서 큰 dipole강도를 갖고 있어 접착 특성이 우수한 HEMA를 도입하여 접착성 그리고 코팅특성이 우수한 공중합체를 제조하였다. 공중합체 조성은 MMA대비FMA혹은 HEMA의 양을 늘리면서 물성변화를 관찰하였다.
공중합체 제조를 위하여 methyl methacrylate(MMA)와 2,2,2-trifluoroethyl acrylate(FMA) 그리고 2-hydroxyethyl methacrylate(HEMA)를 단량체로 하여 괴상 및 유화중합법으로 합성하였다(Scheme 1). 또한, 중합에 따른 조성비는 Table 1, 2 에 나타내었다.
공중합체 조성은 MMA대비FMA혹은 HEMA의 양을 늘리면서 물성변화를 관찰하였다. 또한,괴상 및 유화 중합법으로 각각 합성하여 괴상중합체의 경우 유기용제에 녹여 코팅실험을 실시하였고 유화중합체의 경우는 라텍스가 제조되어 수용성 코팅이 가능하도록 하였다. Fig.

대상 데이터

Methyl metacrylate (MMA)와 2,2,2-trifluoroethyl acrylate(FMA)는 Aldrich Chemical사 제품으로 정제 혹은 그대로 사용하였으며 2-hydroxyethyl methacylate(HEMA)는Junsei Chemical제를 진공증류하여 사용하였다. 개시제로 사용한 Azobisisobutyronitrile(AIBN)은 에탄올에 재결정하여 사용하였다.

성능/효과

공중합체를 슬라이드글라스에 코팅, 건조 후에 초음파기를 이용하여 코팅한 필름을 박리, 분리하여 인장강도를 측정하였다. 그 결과 공중합체내에FMA 혹은 HEMA의 함량이 증가할수록 인장강도가 29 Mpa에서 24 Mpa 감소하였고 라텍스의 경우에도 28 Mpa에서 22 MPa로 감소하였다. 이것은 FMA의 side-chain의 사슬움직임이 유연하여 soft한 필름이 제조되어 강도가 감소하는 것으로 판단되며 HEMA의 경우에도 양이 증가할수록 강도는 감소하였는데 이전의 DMA 결과와동일하게 HEMA의 radical trapping 효과로 사슬성장이 둔화되어 나타난 것으로 판단된다.
코팅성이 우수하고 발수성과 접착성이 우수한 공중합체를 괴상 및 유화 중합법으로 합성하였다. 제조된 공중합체는 코팅성이 우수하여 슬라이드 글라스에 고강도 필름으로 코팅할 수 있었으며 괴상 중합체의 경우는 chloroform(CHCl₃)에 녹여 코팅하였고 유화 중합체는 라텍스가 제조되어 water-based 코팅이 가능하였다.
중합체 조성물중 FMA 의 함량이 증가할수록FMA 의 유연한 특성으로 유리전이온도(Tg)및 열분해온도가 감소하였고 HEMA 의 함량이 증가할수록 친수성이 높아 접촉각이 감소하였으며 HEMA 의 radical trapping 효과로 저장 탄성율 및 인장강도도 감소하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	아크릴계 코팅의 장점은?	그러나 에폭시는 친수성을 갖는 수산기나 아미노기 등을 갖고 있어 수분에 의한 침투가 상대적으로 용이하여 고온 또는 장기간 사용시 환경호르몬인 페놀계 성분의 용출 가능성이문제점으로 제기되고 있지만 재료 표면과의 접착력이 우수하여 여전히 상용화되고 있다[5-8]. 아크릴계는 내열성은 에폭시에 비하여 낮지만 환경호르몬 성분인 페놀계 성분을 배제할 수 있고 투명성이 우수하고 광경화형 코팅공정 적용이 용이함으로써 환경 친화형 코팅재료라는 장점을 갖고 있다[9-13]. 투명성이 우수한 Poly(methyl methacrylate)(PMMA)는 각종 광학 렌즈 및 투명판에 이용되고 있지만 기재 특성에 따라 표면접착이 강하지 않고 표면 방수 및 내구성에 한계를 갖고 있어 이를 개선하기 위한 다양한 연구들이 진행되어왔다.
	코팅이란?	코팅은 재료표면 보호 및 표면에 발수, 광택 혹은 인쇄 등의 목적으로 금속, 목재, 종이 그리고 플라스틱 같은 기재 표면에 사용하는 가공공정으로 재료의 기본특성은 변화시키지 않고 표면 특성만 변화시킬 수 있어 다양한 용도에서 사용되고 있다[1-4].
	불소함유 아크릴계코팅 조성물의 FMA 함유량에 따른 물성변화는?	중합체 조성물중 FMA 의 함량이 증가할수록FMA 의 유연한 특성으로 유리전이온도(Tg)및 열분해온도가 감소하였고 HEMA 의 함량이 증가할수록 친수성이 높아 접촉각이 감소하였으며HEMA 의 radical trapping 효과로 저장 탄성율및 인장강도도 감소하였다.

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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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