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가교도가 제어된 콜로이드 마이크로겔의 유변학적 물성 분석
Tuning the rheological properties of colloidal microgel controlled with degree of cross-links 원문보기

Journal of the Korean Applied Science and Technology = 한국응용과학기술학회지, v.36 no.2, 2019년, pp.645 - 655  

한사라 (숭실대학교 화학공학과) ,  신성규 (숭실대학교 화학공학과) ,  오승주 (숭실대학교 화학공학과) ,  조성우 (숭실대학교 화학공학과) ,  정나슬 (숭실대학교 화학공학과) ,  강부경 (달린코스메틱) ,  정재현 (숭실대학교 화학공학과)

초록
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본 연구에서는 강도를 조절한 마이크로겔을 사용하여 다양한 점탄성을 갖는 콜로이드 마이크로겔을 제조하였다. 하이드로겔의 화학적 가교제의 함량이 증가할수록 팽윤비는 $2.0{\times}10^4%$에서 $6.0{\times}10^3%$까지 감소하였고, 강도는 22.2 kPa에서 99.7 kPa까지 증가하였다. 이를 $100{\mu}m$ 크기로 분쇄하여 마이크로겔을 제작하였고 이온성 가교결합을 유도하는 분산액과 혼합하여 콜로이드 마이크로겔을 제작하였다. 그 결과, 가교제의 가교도와 분산액에 따라 $10^{-1}rad/s$의 진동수에서 1.679 kPa.s에서 86.485 kPa.s까지 점도를 세밀하게 조절할 수 있었다. 본 연구에서는 콜로이드 마이크로겔의 물성을 제어하기 위해 하이드로겔의 가교도를 조절 또는 분산액의 종류와 함량을 조절하여 다양한 유변학적 거동을 갖는 콜로이드 마이크로겔을 제조하였다. 물성을 제어할 수 있는 콜로이드 마이크로겔을 사용하여 향후 콜로이드 현탁액 및 유화를 제조하는 화장품, 제약, 페인트 및 식품 산업에서 목적에 따라 적합한 물성을 갖는 콜로이드 마이크로겔을 제조할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, colloidal microgel with viscoelasticity were prepared by using dispersion containing physical crosslinking agents and microgels with various strengths depending on the degree of cross-links.As the chemical crosslinking agent PEGDA400 content increased, hydrogels have various physical ...

주제어

#콜로이드 마이크로겔   #탄성률   #팽윤비   #점탄성   #물리적가교  

표/그림 (7)

AI 본문요약
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제안 방법

  • 본 연구에서는 물을 용매로 하여 이온성 가교 결합을 할 수 있는 물리적 가교제를 용매에 분산시켜 물리적 가교 정도를 조절하였으며, 하이드로겔의 화학적 가교 정도를 조절하여 탄성을 부여함과 동시에 점탄성 특징을 조절 가능한 콜로이드 마이크로겔을 제조하였다. 폴리 아크릴산 중합체를 기반으로 가교제로 PEGDA(poly(ethylene glycol) diacrylate)를 사용하여 이의 함량을 조절하여 하이드로겔을 제조하였으며 제조 후, 이를 완전히 건조시켰다. 건조 후에는 micro size로 분쇄하였고 겔의 유연성을 조절하기 위해 물리적 가교 결합을 할 수 있는 전분(starch) 분산액에 하이드로겔을 분산시켰으며, 보다 세밀한 겔의 물성을 제어하기 위해 알지네이트(alginate)를 지정된 함량에 따라 첨가하여 겔의 상호작용을 분석하였다.
  • 폴리 아크릴산 중합체를 기반으로 가교제로 PEGDA(poly(ethylene glycol) diacrylate)를 사용하여 이의 함량을 조절하여 하이드로겔을 제조하였으며 제조 후, 이를 완전히 건조시켰다. 건조 후에는 micro size로 분쇄하였고 겔의 유연성을 조절하기 위해 물리적 가교 결합을 할 수 있는 전분(starch) 분산액에 하이드로겔을 분산시켰으며, 보다 세밀한 겔의 물성을 제어하기 위해 알지네이트(alginate)를 지정된 함량에 따라 첨가하여 겔의 상호작용을 분석하였다. 따라서 본 연구에서 제조한 화학적 및 물리적 가교결합이 동시에 접목된 콜로이드 마이크로겔은 향후 콜로이드 현탁액 및 유화를 제조하는 화장품, 제약, 페인트 및 식품 산업에서 다양한 물성 특징을 부여 해줄 수 있는 제품으로 응용될 것으로 기대된다.

대상 데이터

  • 본 실험에서 사용된 하이드로겔은 Sodium acrylate(AAc, Sigma) 단량체와 Poly(ethylene glycol) diacrylate(PEGDA400, Mw~575, Sigma) 가교제를 개시제인 Ammonium persulfate(APS, Sigma)로 중합하여 제조하였다. 먼저, 정제수를 용매로 AAc의 함량은 30% (w/v)로 고정하고 PEGDA400의 함량을 0.

이론/모형

  • 제조된 하이드로겔의 팽윤 정도를 확인하기 위해 팽윤비(swelling ratio, Qm)를 분석하였다. 팽윤된 하이드로겔의 무게(Ws)와 건조된 하이드로겔의 무게(Wd)를 이용하여 다음의 식을 이용하여 계산할 수 있다[15-16].
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전분 분산액을 사용함에 따라 콜로이드 마이크로겔의 물리적 가교가 발생하여 겔의 탄성이 증가함을 보여주는 내용은? 전분 분산액에 겔을 제조하였을 때, tan δ 값은 정제수에 겔을 제조하였을 때보다 값이 감소함을 보여주는데, 이는 겔의 구조가 점성 유체거동이 감소하고 탄성(elasticity)이 증가하고 있음을 나타낸다. 따라서 전분 분산액을 사용함에 따라 콜로이드 마이크로겔의 물리적 가교가 발생하여 겔의 탄성이 증가함을 알 수 있다.
carbopol의 특징은? 콜로이드 현탁액(colloidal suspensions), 유화(emulsions), 거품(forms), 겔(gels)과 같이 입자로 구성된 물질들은 항복 응력(yield stress)으로 알려진 임계 전단 응력(shear stress)을 초과하면 비가역적으로 흐르는 유동적인 특성을 갖는다[1-3]. 대표적으로 carbopol은 상업용 중합체 제품군으로 농축, 현탁, 분산 및 안정제로 화장품, 제약, 페인트 및 식품 산업에서 자주 사용되고 있다[2]. 이는 친수성 고분자이며 가교결합된(crosslinked) 폴리 아크릴산(poly(acrylic acid)) 중합체로서 물을 흡수 및 팽창(swelling)하여 물리적인 3차원 고분자 네트워크 구조를 갖는 하이드로겔이라 할 수 있다.
기계적 강도는 어떻게 정의되는가? 기계적 강도(Young’s modulus, E)는 응력(σ(ε))과 변형률(ε)의 비로 정의되며, 이는 위의 식으로 계산할 수 있다. 여기서 F는 시험체에 수직으로 가해지는 힘, A는 힘이 수직으로 닿는 면적, ΔL은 시험체 높이의 변화량, L0는 초기 높이를 의미한다.
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