초록 ▼

점토광물의 일종인 벤토나이트 충전제와 유기 화합물인 에폭시 수지 매트릭스를 이용하여 개발된 Nano 복합재료를 고성능, 고기능성 엔지니어링 플라스틱으로 활용하도록 하고, 에폭시 수지/양이온/유기화제/벤토나이트 각각의 상호관계에 대한 체계적인 연구를 통해 에폭시 복합재료의 경화반응 속도론, 경화조건 및 기계적, 열적 특성 등을 최적화한다. 그리고, 에폭시 수지의 벤토나이트 층간 확산 메커니즘 및 벤토나이트의 박리 과정에 대한 이론을 연구한다.
경북 감포지역에서 산출되는 천연 벤토나이트를 에폭시 나노복합재료에 도입하기 위해서 정제

점토광물의 일종인 벤토나이트 충전제와 유기 화합물인 에폭시 수지 매트릭스를 이용하여 개발된 Nano 복합재료를 고성능, 고기능성 엔지니어링 플라스틱으로 활용하도록 하고, 에폭시 수지/양이온/유기화제/벤토나이트 각각의 상호관계에 대한 체계적인 연구를 통해 에폭시 복합재료의 경화반응 속도론, 경화조건 및 기계적, 열적 특성 등을 최적화한다. 그리고, 에폭시 수지의 벤토나이트 층간 확산 메커니즘 및 벤토나이트의 박리 과정에 대한 이론을 연구한다.
경북 감포지역에서 산출되는 천연 벤토나이트를 에폭시 나노복합재료에 도입하기 위해서 정제 및 개질함으로써 몬모릴로나이트 순도가 99%인 벤토나이트를 분리한 후, 다양한 유기화제로 처리하였다. 에폭시 매트릭스는 diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA, 에폭시 수지), 4,4'-methylene dianiline (MDA, 경화제) 및 malononitrile (MN, 사슬 확장제)로 구성되어 있다. 천연 벤토나이트의 양이온 교환능력, 비표면적, 팽윤도 등의 물성을 분석하였고, 유기화제의 층간 삽입량을 계산하기 위해서 열중량 분석을 하였다. 그리고, 유기화제 및 에폭시 수지의 다중층 실리케이트 층간 확산을 연구하기 위해서 WAXD 및 TEM 분석을 하였다. 제조된 에폭시/유기화 벤토나이트 나노복합재료의 고강도 특성을 측정하기 위해서 유리전이 온도 (Tg), 인장특성, 굴곡특성, 열분해 특성을 연구하였다.
본 연구에서 사용한 천연 벤토나이트 중 몬모릴로나이트 성분은 68% 정도로 순도가 매우 낮지만, Na 계 벤토나이트로 개질하는 과정에서 밀도 차이를 이용한 고순도화 작업을 통해서 99% 순도를 갖는 몬모릴로나이트 원료를 제조하였다.
또한, 0.5M NaCl 용액으로 3회 처리한 MMT-III의 경우에는 팽윤도 및 CEC 등 모든 면에서 일본 Kunimine 사의 Kunifia-F 제품과 비슷한 물성을 나타내었다.
유기화제의 사슬 길이가 증가함에 따라 벤토나이트 층간에서 얽힌사슬 구조를 형성함으로서 그 층간 거리를 확대시켰고, 특히 CTMA-M 및 ODTMA-M의 경우는 다른 것들에 비해 두드러지게 증대되었다. 유기화제 처리된 벤토나이트를 에폭시 수지에 도입할 경우에 알킬기의 사슬 길이가 OA-M보다 긴 경우에 더 우수한 나노복합재료가 형성되었고, 유기화제 알킬기의 사슬 길이가 증가함에 따라 유리전이 온도, 인장특성, 굴곡특성이 향상되었다.

Abstract ▼

In order to develop a commercial epoxy/bentonite nanocomposites for the purpose of high strength and high performance engineering plastics, natural bentonite as a sort of clay mineral was introduced to the epoxy matrix. The cure kinetics of the systems and their mechanical, electrical and thermal pr

In order to develop a commercial epoxy/bentonite nanocomposites for the purpose of high strength and high performance engineering plastics, natural bentonite as a sort of clay mineral was introduced to the epoxy matrix. The cure kinetics of the systems and their mechanical, electrical and thermal properties, the diffusion mechanism of epoxy resin into the interlayer of bentonite, and the exfoliation of bentonite was discussed by the investigation of the interrelationships between bentonite, cation, intercalant and epoxy resin.
In order to introduce a natural bentonite from Kampo area in Korea to epoxy nanocomposites, montmorillonite of 99% purity was separated through purification and modification processes, and it was treated with various intercalants. The epoxy matrix was composed of diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA, epoxy base resin), 4,4'-methylene dianiline (MDA, curing agent) and malononitrile (MN, chain extender). The cation exchange capacity, specific surface area, and swelling power of the intercalant treated bentonites were analyzed, and the amount of organosurfactant in the interlayer was measured by thermogravimetric analysis (TGA). WAXD and TEM analyses were used to study the diffusion of intercalants and epoxy resion into the interlayers of the multilayer silicates. The high performance of the synthesized epoxy/bentonite nanocomposites was estimated by the measurement of glass transition temperature (Tg), tensile properties, flexural properties and thermal decomposition characteristics.
Montmorillonite-rich clay with 99% purity was fractionated through purification and cation exchangement processes of the natural bentonite with 68% purity produced from Kampo area in Korea, and it was found that the physical properties such as cation exchange capacity, specific surface area, swelling power, etc. were similar to those of Kunifia-F (Kunimine Co.,Tokyo, Japan).
As the chain length of the intercalants increased, the interlayer distance was expanded by the formation of entangled chain structure, and especially, CTMA-M and ODTMA-M were most effective. Good epoxy nanocomposites were produced by the addition of the intercalants with larger chain length than OA-M, and Tg, tensile and flexural properties increased with increasing chain length of the intercalants.

목차 Contents

• Ⅰ. 연구계획 요약문...3
• 1. 국문요약문...3
• Ⅱ. 연구결과 요약문...4
• 1. 국문요약문...4
• 2. 영문요약문...5
• Ⅲ. 연구내용...6
• 1. 서론...6
• 2. 연구방법 및 이론...6
• 3. 결과 및 고찰...9
• 4. 결론...19
• 5. 인용문헌...20