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폴리비닐알콜 기판 상 퍼하이드로폴리실라잔 유래 유기-실리카 나노복합체의 수증기 차단 특성

전문가 제언: ○ 대기 중의 산소나 습기로부터 식품 또는 의약품 등을 보호하기 위한 가스 차단 특성은 고분자 필름에서 매우 중요한 특성이 되고 있다. 최근 신재생에너지 기술로 급히 부상하고 있는 유기고분자 태양전지의 수명에 미치는 대기 중의 산소 및 습기의 영향이 밝혀져 뜨거운 연구의 대상이 되고 있다. 이 모두에 대한 대책으로 가스 차단 특성이 우수하고 경제적이며 유연성 있는 고분자 필름 또는 막이 주목을 끌고 있다. 또한 온실가스의 주범인 탄산가스를 발생원인 공장 연도가스로부터 직접 제거하기 위한 가스분리막 연구도 활기를 띠고 있다.

○ 본문에서는 수소, 산소, 질소 그리고 수증기 차단에 쓰이고 있던 PVA(폴리비닐알콜)의 수증기 차단 특성 향상을 위한 그 위의 코팅 막 연구를 소개하고 있다. 최근 유기고분자의 가스투과 차단에는 층상 점토인 몬모릴로나이트계 규산염 소판의 높은 종횡비 이용이 주목을 받고 있다. 본문에서는 기계적 강도와 완전분산을 위해 실리카의 전구체인 퍼하이드로폴리실라잔(PHPS)을 이용한 졸-겔법에 의해 제자리 생성된 고분산 실리카 막을 PVA 기판에 코팅하는 기술이 기본으로 이용되었다.

○ PHPS로부터 생성된 실리카의 가스 차단 특성은 PVA 기판의 코팅 막용으로 부족하여 유기고분자와 이 실리카 사이의 나노복합체 가스 차단 코팅 막의 연구 내용이 소개되고 있다. 유기고분자로는 polystyrene- block-poly(4-vinylphenol)[SP], poly(tert-butylacrylate-co-2-hydroxyethyl methacrylate)[BA] 그리고 poly(butylmethacrylate-co-2-hydroxyethyl methacrylate)[BMA]의 공중합체가 사용되었다. 이들 코팅 막의 수증기 차단 특성이 상대습도 96%에서 컵 방법(중량법)에 의해 측정되었다.

○ 모든 코팅용 고분자에서 PHPS를 유기고분자에 그래프팅 시킨 실리카 하이브리드는 수증기 투과계수를 감소시켰다. 이중 SP-실리카 및 BA-실리카의 나노복합체 코팅 막의 수증기 차단 특성이 실리카 코팅 막은 물론 BMA-실리카 나노복합체 코팅 막보다 우수하였다. 수증기 차단을 위한 유기-실리카 나노복합체의 최적 마이크로 상 분리는 유기고분자의 구조에 의존한다. 코팅 막의 균열이 없어 수증기 통로가 없어져 수증기 차단 특성이 가장 우수하게 된 실리카 함량과 유기고분자가 밝혀졌다.

저자: Reiko Saito, Takayoshi Hosoya
자료유형: 학술정보