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필러 표면상의 실란 커플링제 구조해석에서 최근의 진보

전문가 제언: ○ 실란커플링제는 하나의 분자 중에 유기물과의 반응이나 상호작용을 할 수 있는 유기작용기와 가수분해성기인 알콕시기(OR)를 둘 다 겸비한 유기규소화합물이다. 이 특징적인 구조를 이용하여 유기작용기(에폭시, 메타크릴, 메르캅탄 등)과 OR(메톡기, 에톡시기 등)를 가수분해, 반응시켜 무기물(글라스, 분체, 금속 등)의 표면 등과 화학결합을 형성한다. 또한 화학적 성질이 다른 양자를 강고하게 결합시키므로 써 복합재료의 표면개질, 피막의 내구성, 인장강도 등을 향상시킨다.

○ 이 글에서 실란 커플링제는 알콕시기의 개수가 2와 3이 있고, 실리카 입자를 충진한 폴리이소프렌(PIR)의 역학특성은 개수가 2개인 편이 우수하였다. 유연한 실란사슬은 계면영역에서 엉킴(entanglyment)정도를 더 높이기 위해서다. ToF-SIMS법에 의해서 물/메탄올 혼합비중에 1:9의 경우 Si가 많이 검출되었다. 또한 실란의 에폭시기에 의한 알루미늄판 표면과의 상호작용하여 흡착이 일어나고 있는 흡착 형태를 관찰하였다.

○ 실란처리 층에는 물리 흡착한 실란분자가 존재하면 복합재의 강도가 저하하기 때문에 이 양을 감소시키는 것이 요구된다. 이를 열분해 질량분석에서 물리흡착 실란은 250℃에서 모두 열 분해되나, 화학흡착 실란은 400℃에서 서서히 열 분해되었다. EFTEM을 이용하여 계면의 실란 분자를 직접 관찰하였다. 실란인 TESPT와 실리카 입자를 스티렌부타디엔고무와 혼합한 복합재를 제작하였다. 이는 실리카를 필러로 한 최근 타이어의 조성이고 입자전체를 TESPT가 덮여있음을 관찰하였다.

○ 국내에서는 부산대의 고분자/실리카 하이브리드 재료의 연구개발, 국가핵심연구센터(NCRC)의 다기능 전자 저항막의 소재 개발에 관한 연구를 비롯하여, KIST의 복합소재기술연구소에서는 다양한 복합소재의 업계와 공동개발을 하고 있다. 복합재료의 제 특성을 향상시키기 위한 설계기술, 소재 개발 등도 중요하지만, 복합재료의 특성을 높이기 위해 실란 커플링제가 계면에서 어떻게 기능을 하고 있는지 아는 것이 무엇보다도 중요하다. 이를 위한 처리 무기필러의 표면개질이나 계면의 구조해석 등을 위한 공공기관의 고도 표면측정 설비 등을 업계에 지원 활성화 방안이 필요하다.

저자: Yoshinobu NAKAMURA et al.
자료유형: 학술정보