초록 ▼

일명 테프론(TeflonTM, du Pont사의 상품명)이라고도 불리는 폴리테트라플로로에틸렌 (polytetrafluoroethylene, 이하 PTFE)은 다른 고분자에 비하여 특히내열성, 내약품성, 전기적 특성 등이 우수하므로 엔지니어링 플라스틱의 용도로 많이 사용되어 왔다. PTFE는 용융점도가 매우 높으므로 보통의 열가소성고분자에 적용되는 용융가공법에 의한 가공이 불가능하고, 특수한 가공방법이 적용되어 왔다. PTFE는 최대 연신율이300% 전후로서 배향이 잘 되지 않는 물질로도 알려져 있다. 그런데 PTFE 벌

일명 테프론(TeflonTM, du Pont사의 상품명)이라고도 불리는 폴리테트라플로로에틸렌 (polytetrafluoroethylene, 이하 PTFE)은 다른 고분자에 비하여 특히내열성, 내약품성, 전기적 특성 등이 우수하므로 엔지니어링 플라스틱의 용도로 많이 사용되어 왔다. PTFE는 용융점도가 매우 높으므로 보통의 열가소성고분자에 적용되는 용융가공법에 의한 가공이 불가능하고, 특수한 가공방법이 적용되어 왔다. PTFE는 최대 연신율이300% 전후로서 배향이 잘 되지 않는 물질로도 알려져 있다. 그런데 PTFE 벌크시료를 유리판 위에 압력을 가하며 마찰시키면, PTFE가 유리판으로 옮겨지며 배향성이 매우 우수한박막이 생성됨이 밝혀졌다. 이러한 PTFE의 배향박막 위에 결정성고분자, 액정, 유기화합물 등을 성장시키면, 매우 배향이 잘 일어나는 것이 알려져 있다. 따라서 이러한 PTFE박막을 여러 물질을 배향시키는 데 적용하려는 노력이 많이 있었다. 본 연구에서는 크게두가지로 구분할 수가 있다. ① PTFE의 결정구조에 대한 연구, ② PTFE 배향박막 위에성장한 결정성고분자의 배향구조와 형태의 연구이다.유리판 위에 마찰에 의해 생성된 PTFE는 배향성이 매우 우수하다. 따라서 전자선회절을 이용하여 그 구조를 살피는데 매우 적합하다. PTFE는 대기압에서 19℃와 30℃에서각각 상전이가 일어남이 밝혀졌다. 특히 19℃이하의 저온구조는 아직 명확히 밝혀지지 않은 상태이다. 액체질소를 이용하여 시료를 -170℃로 냉각하고, 200kV으로 가속된 전자선을 이용하여 전자선회절도를 얻었다. 얻어진 전자회절도를 분석한 결과 PTFE 분자는13/6 나선구조를 하고 있으며, 삼사결정(tricclinic) 구조를 하고 있음을 알았다. 또한 고온구조의 전자선 회절도를 분석한 결과, 배향한 PTFE 분자의 수직한 방향으로는 매우 질서도가 높으나, 분자축 방향으로는 결함이 있음을 알았다. 이는 결정내에서 분자들이 축방향으로 회전을 하고 있음을 나타내는 결과인데, 이는 PTFE 분자는 나선형으로 원통형구조를 나타내는데 회전에 따른 에너지의 변화가 매우 작다고 할 수 가 있다. 따라서 결함구조는PTFE의 분자구조와 밀접한 관계가 있다고 할 수 있다. 이에 대한 컴퓨터를 이용한 모델계산의 결과가 매우 흥미롭게 기대되고 있다.PPX, Poly(ε-caprolacton), Kevlar, Polyaninine, PVDF, Nylon-6등의 결정성고분자를PTFE 배향박막 위에 성장시켰다. 이들은 모두 PTFE의 분자가 배향한 방향으로 분자축이 평행하게 성장하였다. PTFE 배향박막위에 성장한 결정성고분자의 형태를 투과형 전자현미경과 편광현미경을 이용하여 관찰하였따. 전자선회절도의 분석에 의해 결정 배향관계등을 살펴보았다. 시편의 제조조건에 따른 결정형태의 변화 등도 고찰하였다. 또한 마찰에 의해 PTFE 분자가 유리판으로 옮겨가는 과정에 대하여도 고찰하였다.본 연구를 통하여 PTFE의 결정구조에 대하여 보다 많은 정보를 알아내었다. 또한PTFE의 결정에 결함이 존재함도 알아내었다. 그리고 PTFE 배향박막은 액정뿐만아니라여러 결정성 고분자를 효과적으로 배향시킬 수 있음을 알았다. 본 연구에서의 투과형 전자현미경을 이용한 연구는 국내의 고분자 결정구조에 대한 연구의 활성화에 기여할 것으로기대된다.

Abstract ▼

Polytetrafluoroethylene (PTFE) is frequently called asTeflonTM, which is the trade mark of du Pont. PTFE has been used as anengineering plastic becuase of its superior properties such as heat resistance, chemicalresistance and electrical insulation. PTFE is known not to orient e

Polytetrafluoroethylene (PTFE) is frequently called asTeflonTM, which is the trade mark of du Pont. PTFE has been used as anengineering plastic becuase of its superior properties such as heat resistance, chemicalresistance and electrical insulation. PTFE is known not to orient easily by externalforces. Recently, it was found that well-oriented PTFE thin films can be obtainedwhen PTFE is deposited on galss surfaces by rubbing. Several research groupsincluding us have been tried to find the usage of the PTFE films. Present study isdivided into two main subjects : ① Study on the crystal structure of PTFE. ② Studyon the crystalline polymers grown on the surfaces of PTFE thin films.Since the friction-deposited PTFE films are thin and well oriented, it is adequateto take electron diffraction patterns in order to study the crystal structures. PTFEshows phase transition at 19℃ and 30℃. Crystalline structure, expecially,low-temperature structure is not clearly anlaysed. Electron diffraction patterns wereobtained at -170℃ by cooling PTFE samples with liquid nitrogen. It was found thatPTFE molecules crystallize in a triclinic cyrstal form with 13/6 helix at lowtemperatures. PTFE crystals showed a defect structures along the molecular directionwhile the molecules are packed regularly side by side. This fact may be related to thestructure of PTFE molecules, which might show low conformational energy changewhen the helical molecules rotate around their axes. A model calculation is performedto explain this fact.Crystalline polymers such as PPX, Poly(ε-caprolacton), Kevlar, Polyaninine, PVDF,and Nylon-6 were grown on the surfaces of friction-deposited PTFE layers. Themorphology of the overgrown polymers were tested by transmission electron microscopyand polarizing optical microscopy. Orientation of the polymers were analyzed byelectron diffraction patterns. It was found that the over-grown polymers orientedalong the direction of PTFE molecules. The over-grown polymers showed interestingmorphologies depending upon the crystallization conditions. Deposition mechanism ofPTFE molecules on glass-surfaces by friction was also investigated.By the present study useful informations about PTFE crystals could be obtainedincluding defect structure. It is expected that the present study could contribute to theprogress in research activities using transmission electron microscopy in the field ofpolymer science.

목차 Contents

• 목 차...5
• 1) 서론...6
• 1-1. PTFE의 특성...6
• 1-2. Tribology...6
• 1-3. 배향박막의 이용...6
• 1-4. Epitaxy 결정화...6
• 1-5. PTFE의 결정구조...8
• 2) 연구방법 및 이론...8
• 2-1. PTFE 초배향 박막의 제조...8
• 2-2. PTFE의 저온결정 구조의 연구...9
• 2-3. PPX 배향박막의 제조...9
• 2-4. Kevlar 배향박막의 제조...10
• 3) 결과...12
• 3-1. PE 진공증착을 통한 배향박막의 특성분석...12
• 3-2. PE-PTFE 공중합체의 배향박막...12
• 3-3. PTFE 분자의 배향성...16
• 3-4. PTFE 결정의 결함구조...17
• 3-5. PTFE 저온 결정상태의 구조...19
• 3-6. 결정성고분자의 배향...19
• 3-7. 나일론 배향박막...24
• 3-8. 폴리에틸렌 결정의 성장...25
• 3-9. 폴리아닐린의 배향...27
• 3-10. Kevlar의 배향...28
• 3-11. PPX 배향박막의 제조...30
• 4) 고찰...33
• 4-1. 마찰에 의한 분자의 배향 메카니즘...33
• 5) 결론...34
• 6) 인용문헌...37