초록 ▼

연구목적
본 연구과제에서는 반사형 편광필름으로 적용할 수 있는 일축배향 나노웹을 개발하기 위한 것으로, 자기장 환경 하에서의 전기방사를 통해 나노섬유를 일축방향으로 배향하고, 가해지는 전기장의 영향으로 방사 dope에 첨가된 이방성 액정을 섬유 축 방향으로 배향함으로써 기존 요드계 편광필름에서 편광성을 부여하는 slit 효과를 대체할 수 있도록 하고자 하였다.
연구방법 및 결과
본 연구에서 고안한 장치는 고성능 자석 2개를 병렬로 연결하여 사용하였는데, 10cm의 간격에서 최대 185mT의 자기장을 제공하는 것이 가

연구목적
본 연구과제에서는 반사형 편광필름으로 적용할 수 있는 일축배향 나노웹을 개발하기 위한 것으로, 자기장 환경 하에서의 전기방사를 통해 나노섬유를 일축방향으로 배향하고, 가해지는 전기장의 영향으로 방사 dope에 첨가된 이방성 액정을 섬유 축 방향으로 배향함으로써 기존 요드계 편광필름에서 편광성을 부여하는 slit 효과를 대체할 수 있도록 하고자 하였다.
연구방법 및 결과
본 연구에서 고안한 장치는 고성능 자석 2개를 병렬로 연결하여 사용하였는데, 10cm의 간격에서 최대 185mT의 자기장을 제공하는 것이 가능하였다. 다만, target에 밀착하여 사용하는 경우, 현재의 장치로는 target으로의 부착을 방지하는 것이 곤란하였으며, 안정적으로는 8cm의 간격에서 최대 90 mT의 자기장을 제공하는 것이 가능하였다.
선행 연구에서 PVA 수용액에 대해 자기장을 부여한 경우, 일축배향 나노웹을 형성하는 것이 가능하였으나, 이방성액정을 적용하기 위해서는 이방성액정의 분산이 용이한 용매의 선택이 필요하였다. 본 연구에서는 DMSO를 용매로 하여 다양한 농도의 PVA 및 이방성액정을 적용하여 전기방사를 시행하였으나, 이방성액정의 함유 여부와 관계없이 안정적인 나노웹의 형성이 불가능하였으며, 이에 PMMA에 대한 전기방사를 진행하였다. DMF 대한 PMMA의 농도가 20% 미만인 경우, 안정적인 나노웹의 형성이 불가능하였으며, 농도가 증가함에 따라 도넛상에서 입자상의 PMMA 입자가 얻어졌다.
24%의 농도에서 전기방사된 PMMA의 경우 일부 입자상 부분이 존재하지만 전체적으로 안정한 나노웹이 형성되었다. 이방성액정이 적용된 blend 전기방사의 경우에도 20% 미만의 농도에서는 안정적인 나노웹의 형성이 이루어지지 않았으며, 도넛형의 중공입자가 생성되었다. 24%의 조건으로 전기방사한 경우, 나노웹의 형성이 어느 정도는 이루어지나, PMMA 단독의 경우에 비해 droplet의 형성이 두드러졌다. 또한 농도를 26%로 조절한 경우, 나노웹의 형성은 안정적이나, 일축배향을 이루지는 못하는 것으로 판단되었다. 이는 자기장 발생장치와 target과의 간격을 더 좁히지 않고는 해결이 불가능할 것으로 판단되었으며, target과의 간격을 5cm 이하로 조절하기 위하여 자극 간의 거리를 더 띄움으로 자기장의 세기를 100mT로 낮추어 전기방사를 시행하였다. 전기장에 의해 taylor cone을 형성한 jet들이 자기장에 의해 가속됨으로써 target에 일축방향으로 집적되는 것이 본 연구의 핵심 개념인데 반해, 자기장 발생장치와 target 과의 유격에 의해 자기장에 의한 가속력이 약화되고 전기장에 의한 난분산이 커짐에 따라 whipping 현상이 발생하기 때문으로 생각되며, 이는 유격의 조절에 의해 wave 형상의 나노웹을 얻은 선행 연구의 결과와 일치한다고 생각된다.
상기의 결과로부터, (1) DMF에 대한 PMMA의 농도를 26% 이상으로 하며, (2) 자기장 발생장치와 target간의 유격을 최소화(5cm)하기 위해 자기장의 세기를 100mT로 고정하고, (3) 전자기장의 유도 효과를 높이기 위해 이방성액정의 함량을 증가시키며, (4) Take-up rate를 증가하여 물리적인 나노웹의 배향을 증대시킴으로써 기존의 전기방사에 비하여 높은 배향도를 가진 나노웹이 얻어 졌다. 또한 감소하기는 하였지만 아직까지 발견되는 droplet의 형성을 억제하기 위하여 DMF에 대한 PMMA농도 증가가 필요하며, 이방성 액정의 첨가 농도 조절 또한 필요하다고 생각되었다.
전기장에 의해 taylor cone을 형성한 jet들이 자기장에 의해 가속됨과 동시에 target의 높은 take-up에 의해 복합적인 요인으로 target에 일축방향으로 집적된다고 생각된다. 이에 제공되는 자기장의 방향을 컨트롤 하여 조금 더 높은 jet가속 효과를 제공하고자 하였으나 자기장의 방향은 배향성이나 나노웹의 직경에 별다른 영향을 미치지 않았다. 이는 자기장에 의한 jet의 가속이 target의 take-up 효과에 의한 가속보다 훨씬 높은 효과를 보인다고 생각된다. take-up 유무에 의한 변화를 알아본 결과 배향성이 차이가 확연히 나타났다. 이는 take-up에 의한 jet의 가속이 나노 웹의 배향성에 큰 영향을 준 것임을 알 수 있으며, 자기장의 부여와 함께 take-up 속도를 높인 경우, 나노웹의 배향이 가장 우수한 형태로 얻어졌으며, droplet 형성이 거의 없는 최적의 배향된 PMMA 나노웹 제조 조건을 확보할 수 있었다.
최적의 배향성을 갖는 이방성 액정 함유 PMMA 나노웹에 대해 zone 연신을 적용하여 나노섬유 및 내부에 함유된 이방성 액정의 배향을 극대화시키고자 하였다. 전기방사를 통해 얻어진 나노웹을 zone 연신이 가능할 정도의 dimension으로 얻기 위하여 각 조건에 대해 24시간 전기방사를 시행하였다. 그러나 얻어진 나노웹은 zone 연신시 가장 낮은 하중에 대해서도 파단이 일어나는 등, 물리적 특성이 부족하였으며, 열처리 이후에도 충분한 연신이 이루어지지 않았다. 액정의 함유 여부를 판단하기 위하여 PMMA 단독 나노웹과 이방성 액정 및 개발된 시료에 대한 FT-IR 분석을 시행하였으며, 2400cm-1에서 나타나는 이방성 액정의 특성 peak로부터 일축배향 PMMA 나노웹이 이방성 액정을 함유하고 있음을 확인하였다. 그러나 편광성 확인을 위한 UV-Vis Spectrophotometer 측정 결과, 광투과율이 10% 미만으로 나타나서 편광성 검증이 무의미하였다. 이는 나노섬유의 적층된 구조로 인해 광산란이 나타나기 때문으로 생각되는데, 본 모험 연구의 설계 단계에서 의도하였던 투명성 고분자를 가시광선의 파장 level 이하의 굵기로 제조하여 해소할 수 있을 것으로 기대되던 것과는 사뭇 다른 결과이다.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목차 ... 3
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 4
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 5
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 7
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 7
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 7
• Ⅲ. 연구성과 ... 9
• 끝페이지 ... 10