숭실대 신소재공학실험1) 10주차 점탄성 고분자 결과보고서

문서 내 토픽

• 1. 점탄성 고분자

  고분자는 이상 고체와 액체의 중간적인 성질을 띠는 물질로, 점성과 탄성을 모두 가지는 점탄성 물질이다. PVAc는 거의 무정형을 띠는 고분자이고 결정 영역에서는 탄성을 가지고, 무정형 영역에서는 점성을 가진다. 반면 PLA는 결정성을 띠는 고분자이고 무정형 영역에서는 점성, 가교결합 영역에서는 탄성을 가진다. DMA는 자극을 가해서 온도에 따른 고분자의 물리적 거동을 확인하는 기계 분석 방법으로, 자극에 대한 반응을 확인할 수 있다. 손실각delta 가 0에 가까울수록 탄성체적 성질, 90도에 가까울수록 점성체적 성질을 띠게 된다.

• 2. PVAc와 PLA의 특성

  PVAc는 거의 무정형을 띠는 고분자이고 결정 영역에서는 탄성을 가지고, 무정형 영역에서는 점성을 가진다. 반면 PLA는 결정성을 띠는 고분자이고 무정형 영역에서는 점성, 가교결합 영역에서는 탄성을 가진다. PLA와 PVAc의 함량이 변화함에 따라 저장탄성률과 Tg가 변화한다. PVAc의 함량이 많아질수록 무정형을 띠는 점성 성질이 증가해 Tg값이 감소하는 경향을 띠고, PLA는 결정성을 띠기 때문에 탄성 성질이 증가하여 Tg가 증가한다.

• 3. DMA 분석 결과 해석

  DMA 분석 그래프를 통해 PLA 함량이 많을수록 Tg가 높고, PVAc의 함량이 점차적으로 많아질수록 Tg값이 감소하는 것을 확인할 수 있다. PVAc만 있는 경우 tan delta 값이 더 높게 나와 점성체적 거동을 하고, PLA만 있는 경우 tan delta 값이 가장 작아 탄성체적 거동을 한다. 유리 전이 온도가 낮은 PVAc는 분자들의 운동성이 커서 저장탄성률이 급격히 떨어지지만, 결정성 고분자인 PLA는 분자들의 운동성이 작아 저장탄성률이 완만하게 떨어진다.

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• 1. 점탄성 고분자

  점탄성 고분자는 고체와 액체의 중간적인 성질을 가지고 있는 재료로, 응력에 대한 변형 거동이 시간에 따라 변화하는 특성을 보입니다. 이러한 점탄성 거동은 고분자 사슬의 운동성과 관련이 있으며, 온도, 응력, 변형률 등의 외부 요인에 따라 달라집니다. 점탄성 고분자는 다양한 산업 분야에서 활용되고 있는데, 예를 들어 고무, 접착제, 코팅제 등에 사용됩니다. 이들 재료의 점탄성 특성을 이해하고 제어하는 것은 제품의 성능과 내구성을 향상시키는 데 매우 중요합니다. 따라서 점탄성 고분자의 구조-물성 관계에 대한 심도 있는 연구가 필요하며, 이를 통해 다양한 응용 분야에서의 활용도를 높일 수 있을 것으로 기대됩니다.

• 2. PVAc와 PLA의 특성

  PVAc(폴리비닐아세테이트)와 PLA(폴리락틱산)는 각각 합성 고분자와 생분해성 고분자로, 서로 다른 특성을 가지고 있습니다. PVAc는 내화학성, 내열성, 접착성 등이 우수하여 접착제, 코팅제, 페인트 등에 널리 사용됩니다. 반면 PLA는 생분해성, 생체적합성, 열가소성 등의 특성으로 인해 친환경 포장재, 의료용 소재, 3D 프린팅 소재 등으로 주목받고 있습니다. 두 고분자의 물리적, 화학적 특성 차이는 분자 구조와 합성 방법의 차이에서 기인합니다. 이러한 특성 차이를 이해하고 활용하는 것은 각 고분자의 최적 응용 분야를 찾는 데 중요합니다. 또한 두 고분자의 복합화를 통해 새로운 기능성 소재를 개발할 수 있을 것으로 기대됩니다.

• 3. DMA 분석 결과 해석

  동적 기계 분석(DMA)은 고분자 재료의 점탄성 특성을 평가하는 대표적인 분석 기법입니다. DMA 분석을 통해 얻을 수 있는 주요 정보는 저장 탄성률(E'), 손실 탄성률(E''), 손실 계수(tan δ) 등입니다. 이러한 데이터를 해석하면 고분자의 유리 전이 온도, 결정화 거동, 분자 운동성 등을 파악할 수 있습니다. 예를 들어 tan δ 곡선의 피크는 유리 전이 온도를 나타내며, E' 곡선