단국대 고분자 실험 및 설계1 ps-pmma blend 실험 레포트 [A+]

문서 내 토픽

1. 고분자 블렌드

고분자 블렌딩은 단일 고분자에 없는 특성을 추가하거나 물성을 개선하는데 매우 유용한 방법이다. 그러나 대개의 경우 고분자 블렌드는 비혼화성으로 혼합 과정에서 상이 분리되곤 한다. 따라서 블렌드의 안정성을 높이려면 적절한 혼합 방법 선택, 조건 제어와 같은 기술이 필요하다. 분산은 분배가 아닌 입자의 크기, 상의 크기를 줄이는 관점이고, 분배는 균일하게 섞이는 것(homoginization)을 의미한다. 상용성은 고분자 블렌드가 외관상 잘 섞여 있는 상태를 말하며, 혼화성은 열역학적 관점에서 두 고분자가 분자 수준에서 완전히 섞여 하나의 단일상을 형성하는 것을 말한다.
2. Flory-Huggins 이론

고분자 용액의 상태는 혼합 엔탈피와 혼합 엔트로피로 구성된 혼합 깁스 자유에너지에 의해 정의되며, 이는 음의 값을 가져야 열역학적으로 안정하다. 고분자 용액의 형성을 예측하기 위해서 고분자와 용매의 부피 분율과 mol수에 의한 ∆Gm을 구하는 관계를 Flory와 Huggins에 의해 이론적으로 유도했다. 혼합 엔탈피(∆Hm)가 주로 카이 파라미터에 의해 결정되므로, 카이 값이 큰 경우 혼합 엔탈피도 커져 깁스 자유 에너지가 양의 값을 가질 가능성이 높아진다.
3. 상분리

상분리는 안정한 영역, 준평형 영역, 불안정한 영역으로 구분된다. 온도가 올라가면 카이 파라미터가 감소하여 시스템이 혼합되는 방향으로 진행하고, 온도가 내려가면 카이 파라미터가 증가하여 시스템이 분리되는 방향으로 진행한다. 중간 온도에서는 조성에 따라 상분리가 일어나기도 하고 혼합되기도 한다. PS-PMMA 블렌드는 일반적인 F-H 이론이 적용되는 UCST 거동에 해당한다.
4. 도메인 크기 및 모양

캐플러리 넘버는 유체 흐름 내에서 점도력과 표면장력 사이의 상대적인 힘을 나타낸다. 낮은 캐플러리 넘버는 표면장력이 지배적임을 의미하며, 이 때 유체 내의 도메인이나 입자는 표면 장력에 의해 둥글게 유지되려는 경향이 있다. 각각의 고분자의 점도비가 1로 수렴할 경우에 이와 같은 경향성이 가장 두드러진다.
5. 유리전이 온도 (Tg)

고분자 블렌드의 유리전이 온도를 예측하는 수학적 모델로는 Fox equation, Gordon-Taylor equation 등이 있다. 이 중 Fox equation이 가장 간단하게 사용하기 좋은데, 단순히 질량비를 이용한 공식이므로 분자량이나 인력 등이 반영되지 않는다. 따라서 고분자 간의 상호작용 힘이 큰 경우 직선 거동이 아닌 곡선으로 뜨는 경우가 생길 수 있다.

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1. 고분자 블렌드

고분자 블렌드는 두 개 이상의 고분자 물질을 혼합하여 새로운 특성을 가진 재료를 만드는 기술입니다. 이를 통해 단일 고분자 물질로는 구현하기 어려운 물성을 구현할 수 있습니다. 고분자 블렌드는 다양한 산업 분야에서 활용되고 있으며, 특히 플라스틱, 고무, 접착제 등의 제조에 널리 사용됩니다. 고분자 블렌드 기술은 지속적으로 발전하고 있으며, 새로운 응용 분야와 제품 개발을 위해 계속해서 연구가 진행되고 있습니다.
2. Flory-Huggins 이론

Flory-Huggins 이론은 고분자 용액의 상평형을 설명하는 대표적인 이론입니다. 이 이론은 고분자와 용매 간의 상호작용을 고려하여 고분자 용액의 자유에너지를 계산할 수 있게 해줍니다. Flory-Huggins 이론은 고분자 용액의 상분리, 상전이, 삼투압 등 다양한 현상을 설명할 수 있으며, 고분자 물질의 설계와 응용 분야에서 널리 활용되고 있습니다. 이 이론은 고분자 과학 분야에서 매우 중요한 역할을 하고 있으며, 지속적인 연구와 발전을 통해 고분자 물질의 이해와 응용에 기여할 것으로 기대됩니다.
3. 상분리

상분리는 고분자 블렌드나 고분자 용액에서 서로 다른 성분들이 분리되어 서로 다른 상(phase)을 형성하는 현상을 말합니다. 상분리는 고분자 물질의 물성과 성능에 큰 영향을 미치므로 이해하고 제어하는 것이 매우 중요합니다. 상분리 현상은 고분자 물질의 상용성, 상호작용, 열역학적 안정성 등 다양한 요인에 의해 결정됩니다. 상분리 현상을 이해하고 제어하는 기술은 고분자 재료 개발에 필수적이며, 이를 통해 다양한 고분자 기반 제품의 성능 향상을 도모할 수 있습니다.
4. 도메인 크기 및 모양

고분자 블렌드나 고분자 복합재료에서 도메인의 크기와 모양은 재료의 물성과 성능에 큰 영향을 미칩니다. 도메인의 크기와 모양은 상분리 과정, 상호작용, 계면 특성 등에 의해 결정되며, 이를 제어하는 것이 중요합니다. 예를 들어 나노 크기의 도메인을 가진 고분자 블렌드는 우수한 기계적 물성과 투명성을 보일 수 있습니다. 또한 도메인의 모양이 구형, 섬유형, 층상형 등으로 달라지면 재료의 특성도 크게 달라집니다. 따라서 도메인 크기와 모양을 정밀하게 제어할 수 있는 기술 개발이 필요하며, 이를 통해 고분자 재료의 성능을 최적화할 수 있습니다.
5. 유리전이 온도 (Tg)

유리전이 온도(Tg)는 고분자 물질이 유리 상태에서 고무 상태로 전이되는 온도를 의미합니다. Tg는 고분자 물질의 물성과 성능에 매우 중요한 영향을 미치는 요인입니다. Tg 이하에서는 고분자 사슬의 운동성이 제한되어 단단하고 취성이 있는 유리 상태를 나타내지만, Tg 이상에서는 사슬 운동성이 증가하여 연성이 있는 고무 상태를 나타냅니다. 따라서 Tg를 적절히 조절하는 것은 고분자 재료 개발에 매우 중요합니다. Tg는 고분자의 화학 구조, 분자량, 가교 밀도 등 다양한 요인에 의해 결정되며, 이를 이해하고 제어하는 기술은 고분자 과학 분야의 핵심 과제 중 하나입니다.