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유기점토 순도와 열화의 나노복합체 성능에 대한 영향: 계면활성제 열화

전문가 제언: ○ 고분자의 우수한 가공성과 무기물의 장점인 내열성 및 기계적 강도 등이 결합된 고분자 복합체의 응용이 놀라운 속도로 증대되고 있다. 그러나 마이크로미터 수준의 무기질 크기는 기계적 강도를 비롯하여 특성 고급화에 한계를 나타냈다. 나노미터 수준의 무기질 입자 크기는 상호간의 응집을 막아 고분자 기질 내 분산을 잘 이루면 유무기 일체의 고투명도의 혁신적인 고성능을 갖는 완전히 다른 재료를 만들어 낸다.

○ 고분자 나노 복합체 충전제 중 이용이 앞선 층상점토, 즉 알루미노규산염의 나노 크기 박막층(platelet)은 높은 종횡비와 큰 단면적을 가진다. 이를 함유한 고분자 나노복합체는 적은 양의 충전에 의해 놀라운 특성의 발현을 보인다. 밀도 증가가 별로 없이 인장강도/탄성계수 및 내열성 향상, 가스 차단성, 난연성과 같은 탁월한 성능을 과시한다. 이는 몬모릴로나이트계 점토를 알킬염화암모늄계 계면활성제로 처리하면 박막층 사이 간격이 커져 이들 사이로 고분자가 삽입되고, 나노 크기 박막층이 응집 없이 고분자 기질 내에 완전 박리 분산될 수 있기 때문이다.

○ 유기점토 고분자 나노복합체의 실용적 제법에는 친환경적인 라텍스법도 있으나, 강력 회분 혼련기 또는 압출기와 같은 연속 혼련기를 이용한 용융가공법이 많이 사용되고 있다. 최근 중국의 여러 대학에서 기계적 강도가 약한 고무의 고성능화를 위해 경쟁적으로 유기점토 나노복합체 제조연구를 하고 있다. 이들은 유기점토의 한층 높은 분산향상을 위하여 마스터배치(MB)를 만들거나, 회분식 혼련과 연속압출식 믹싱을 둘 다 이용하는 기술을 택하여 실리카 사용과 필적하는 업적을 보고하였다. 인장강도/탄성계수, 가스투과 차단성 등의 결과가 주목할 만하다.

○ 본문은 용융가공 시 열화의 원인으로 여러 시판 유기점토가 잉여 계면활성제를 함유한 것을 NMR 분광법 및 TGA(열중량분석법)로 밝히고 있다. 일회의 메탄올 이용 계면활성제 세척이 계면활성제뿐만 아니라 해당 유기점토의 열안정성을 크게 향상시킴도 보고하였다. 열화메커니즘에는 두 가지가 있으나 계면활성제가 충분히 세척되지 않는 한 계면활성제 내 염소이온에 의한 친핵성 공격이 주 메커니즘임도 밝혀냈다.

저자: Lili Cui, Dimitri M. Khramov, Christopher W. Bielawski, D.L. Hunter, P.J. Yoon, D.R. Paul
자료유형: 학술정보