Mechanical and surface properties of Polyketone toughened with ethylene-octene rubber

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 화학생물공학부, 2015. 2. 조재영.폴리케톤 (PK)은 에틸렌, 프로필렌, 일산화탄소를 공중합하여 만들어진 반결정성 고분자로써 강한 인장 강도, 산∙염기에 대한 내화학성, 낮은 수분‧기체 투과성, 빠른 결정화 속도등의 우수한 특성을 갖는 고분자이다. 풍부하고 저렴한 원재료로부터 중합이 가능한 PK는 엔지니어링 플라스틱으로 널리 각광받는 나일론 (PA)을 대체할 수 있는 기대를 주는 차세대 엔지니어링 플라스틱이다. 그러나 PK는 비슷한 물성의 다른 반결정성 (semicrystalline) 고분자들과 같이 노치 (notch)나 이물질에 의해 취성파괴되며, 산업적 이용을 위해 강한 내충격성이 요구된다. 본 연구에서는 PK에 내충격제로써 흔히 쓰이는 maleic anhydride grafted ethylene-octene rubber (mEOR)을 처방하여 용융압출 방법을 통해 블렌드를 제작하였다. PK와 mEOR의 상용성을 높이기 위하여 나일론6 (PA6)를 도입하여 삼성분계 블렌드를 제작하였으며, 함량에 의한 기계적 물성과 이에 대한 형태학의 영향을 확인하였다. PA6가 도입됨에 따라 PK내부에 분산된 mEOR 입자의 크기 및 입자간 거리가 크게 줄어 들었으며, 이에 반비례 하여 충격강도가 크게 증가하는 것을 확인하였다. 파괴거동 관찰을 통해 입자간 거리가 임계값 이하로 줄어들면 취성-연성 전이가 일어나 파괴기구가 크레이징에서 전단항복으로 변화하는 것을 확인함으로써 충격강도 증가의 원인을 규명하였다. 다음으로 PK/mEOR 블렌드에 디아미노데칸 (DA)을 반응상용화제로 처방하였다. 앞서 PK/PA6/mEOR 블렌드 제작시 관찰된 용융점도 증가와 블렌드의 색 변화로부터 PA6의 아민기가 PK 및 mEOR과 반응성이 있다는것을 관찰하였으며, 이를 응용하여 반응상용화제로써 양 말단이 아민기로 이루어진 DA를 도입 하였다. 제작된 고분자 블렌드는 용융점도, 분광법, 형태학관찰을 통해 고분자 사슬간의 반응 여부를 확인하였다. DA 도입에 의해 PK 자체의 가교와 함께 PK-g-mEOR이 만들어져 상용성이 증가하였으며, 이에 따라 기계적 물성이 변하였는데, 특히 충격강도가 큰 상승을 보였다. 충격강도의 향상은 mEOR과 DA가 균형을 이룰 때 극대화 되며, 이때의 임계 입자간 거리는 PK/PA6/mEOR 삼성분계 블렌드에서 측정한 수치와 비슷했다. 마지막으로, PK/mEOR 블렌드의 표면에 분산상 제거를 통해 친수성인 블렌드 표면에 초소수성을 부여하는 새로운 접근법을 제시하였다. 산을 이용하여 표면이 거칠어진 알루미늄 (Al)평판으로부터 블렌드 평판에 미세 요철을 전사하여 거칠기와 접촉각의 큰 증가를 보였다. 전사된 블렌드 표면에 분포된 mEOR을 제거하여 보다 큰 거칠기와 μm수준의 공동이 생기는 것을 확인할수 있었으며, 이를 통해 보다 큰 접촉각을 보여주었다. 접촉각이력 측정결과로부터 단순히 표면의 미세구조 전사만으로는 접촉각이력의 큰 감소를 보이지 못하였지만, 분산상 제거를 통해 초소수성에 가까운 낮은 접촉각이력을 갖는 표면을 만들수 있었다.목차 초록 i 목차 iii List of Figures vi List of Tables viii Abbreviation and nomenclature xvii I. 서론 1 1. 연구의 배경 1 1.1 폴리케톤의 개요 1 1.2 고분자 블렌드의 개요 2 2. 연구의 범위 및 목적 4 II. 폴리케톤/나일론6/에틸렌-옥텐 고무 삼성분계 고분자 블렌드의 강인화에 대한 연구 6 1. 서론 6 1.1 고분자 블렌드의 상용성과 형태학 6 1.2 고분자 블렌드의 상용성과 기계적 물성 11 1.3 폴리케톤 블렌드의 연구 15 1.4 실험의 개요 15 2. 실험 17 2.1 시약 및 재료 17 2.2 고분자 블렌드의 제작 17 2.3 분석 18 3. 결과 및 고찰 24 3.1 열적‧동역학적 성질 24 3.2 기계적 성질 26 3.3 형태학 29 3.4 파괴 기구 33 4. 요약 37 III. 디아미노데칸을 이용한 폴리케톤/에틸렌-옥텐 고무 블렌드의 반응상용화에 대한 연구 62 1. 서론 62 1.1 고분자 블렌드의 반응상용화 62 1.2 실험의 개요 66 2. 실험 68 2.1 시약 및 재료 68 2.2 고분자 블렌드의 제작 68 2.3 분석 69 3. 결과 및 고찰 74 3.1 반응상용화 분석 74 3.2 열적‧동역학적 성질 76 3.3 형태학 78 3.4 기계적 성질 82 4. 요약 86 IV. 폴리케톤/에틸렌-옥텐 고무 블렌드의 상분리를 이용한 초소수성 표면 제작 109 1. 서론 109 1.1 표면에너지와 젖음성 109 1.2 미세구조 표면과 젖음성 111 1.3 초소수성 표면 제작 방법 117 1.4 실험의 개요 118 2. 실험 120 2.1 시약 및 재료 120 2.2 고분자 블렌드의 제작 120 2.3 블렌드 표면 미세 구조 구현 121 2.4 분석 122 3. 결과 및 고찰 123 3.1 표면 분석 123 3.2 접촉각 129 3.3 접촉각 이력 134 4. 요약 137 V. 결론 172 참고문헌 175 Abstract 184Docto