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유기점토와 흄드실리카 나노복합체의 용융유변학

전문가 제언: ○ 고분자 가공에는 오래전부터 기계적 물성 강화와 난연성 및 내마모성을 비롯한 특성의 보완을 위하여 카본블랙, 실리카, 점토 등의 충전제가 사용되어 왔다. 백색 카본이란 별명을 갖고 있는 실리카는 특히 강화효과가 크지만 고분자 기질 내 분산이 어려워 항상 문제가 되었다. 따라서 실리카는 카본블랙과 함께 고무산업에서 강력한 혼련기인 Banbury mixer, 가압식 kneader 등의 회분식 믹서나 Buss kneader, 2축 압출기 등의 초일류 연속형 고가 설비의 개발을 촉진시켰다.

○ 최근 층상 규산염의 유기개질에 의한 나노점토는 고분자와의 이상적인 나노복합체를 만들어 이의 기능적 상용화를 위한 유변학은 활기찬 토론을 맞고 있다. 전통적으로 고기능성을 가지나 기계적 물성이 약한 PDMS계 등 실리콘고무의 기계적 특성 강화에 필수적인 나노급 강화재의 대명사인 흄드실리카의 유변학 연구는 그 다지 보이지 않고 있다.

○ 본문에서 저자인 프랑스 Lyon 대학의 P. Cassagnau 교수는 흄드실리카 및 유기점토의 두 종류 충전제를 각각 함유한 고분자 나노복합체의 점탄성 거동을 비교 고찰하고 있다. 특히 이 고찰은 고체와 같은 거동 즉 탄성의 법칙이 적용되는 선형점탄성과, 고무에서 큰 변형 시의 탄성계수가 감소하는 Payne 효과 및 전단 중지 시 탄성계수의 회복과정인 칙소성(thixotropy)과 같은 비선형 점탄성에 중점을 두었다.

○ 흄드실리카와 유기점토 나노복합체의 점탄성 거동은 서로 반대이다. 겔화 개시점(percolation threshold)과 Payne 효과가 시작되는 직선성 변형 한계는 둘 다 유기점토에서 층상 규산염들의 박리(exfoliation) 증가에 따라 감소한다. 흄드실리카에선 고분자 사슬의 실리카 표면 그래프팅에 의한 실리카의 분산증가에 따라 이들은 증가한다.

○ 연성기판 시대를 지향하는 정보통신, 플렉시블 디스플레이, 그리고 고분자 연료전지, 유기 태양전지 등 차세대 기술의 핵심은 충전제 함유 기능성 고분자 나노복합체이다. 만성 부품수입 초과 및 원유 수입에 의한 경제 위기를 피하려면 고기능성 재료의 컴파운딩, 압출 등 가공기술의 기본인 고분자 점탄성 등 유변학에 대한 기본적인 이해가 필요하다.

저자: Ph. Cassagnau
자료유형: 학술정보