A Scanning Electron Microscopic Study on the Phase Demixing of PVA Gel

주사전자현미경을 이용한 PVA Gel의 상전이에 관한 연구

DMF is not a good solvent for PVA. There is no solvent-PVA interaction such as H-bonding. DMF/PVA makes a UCST system. DMF/PVA makes a gel through crystallization-induced gelation. X-ray, thermal analysis, and other experimental proofs are presented. The gelation rate was faster at low temperature. Small addition of PEG increased the rate of gelation, but urea decreased the rate. SEM showed the phase demixing process very clearly. In the early stage of gelation, only phase demixing was occurring at a low rate. Hence, no holes appear in the early stage photographs. As demixing proceeded further, the holes began to appear and the sizes became bigger. DMF phase remains many holes after vaporization and PVA phase constitute the matrix phase.

DMF는 특별히 PVA에 대해 수소결합 등의 강한 상호작용을 하는 용매가 아니다. 오히려 UCST계로서 온도가 낮아질수록 상분리나 phase demixing을 일으킨다. PVA/DMF의 겔화는 x-ray 회절이나 열분석을 통해 crystallization-induced gelation으로 밝혀졌다. 그리고 겔화 온도가 낮을수록 결정화는 빠르게 진행되었다. 소량의 PEG는 PVA/DMF 겔 형성을 도왔으며 urea는 겔 형성을 방해하였다. 전자현미경은 이 겔화 과정을 잘 보여 주었다. 갓 만들어진 젤은 표면에 깊은 주름이 있으며 아직 상분리가 본격적으로 시작되기 전의 상태로서 아주 미세한 DMF가 차지하는 공간인 구멍들이 사진에 포착되지 않는다. Aging시간이 길어지면서 상분리가 시작되면 표면의 분화구가 나타나기 시작하며, 이 분화구는 원래 용매상이 차지하고 있던 공간으로서 phase demixing에 의해 PVA chain들은 분화구 주변으로 분리된다. 상분리과정에서 PVA chain들은 서로 당겨져서 표면적이 줄어듬과 동시에 분화구 크기도 커진다. Aging에 따른 x-ray결과와 열적 성질은 이 모든 과정을 뒷받침한다.