Phase Behavior of Poly(methylmethacrylate) (PMMA) in Varions Solvents at High Pressure

고압상태의 다양한 용매 내에서 Poly(methylmethacrylate) (PMMA)의 상거동

We measured cloud points of Poly(methylmethacrylate) (PMMA) in various solvents using the high-pressure variable volume view cell apparatus. The solvents used for dissolving PMMA were chlorodifluoromethane (HCFC-22), dimethylether (DME), 1,1,1-trifluoroethane (HFC-143a), 1,1-difluoroethane (HFC-152a) and 1,1,1,2-tetrafluoroethane (HFC-134a), and the effect of $CO_2$ concentration on the phase behavior of $PMMA+HCFC-22+CO_2$ system and $PMMA+DME+CO_2$ system was observed. PMMA was dissolved well in HCFC-22 from about 340 K, 5MPa and in DME from about 300 K, 28MPa. However, PMMA was not dissolved at all up to 423.15 K, 160MPa in the other fluorine compound such as HFC-l43a, HFC-152a and HFC-134a. PMMA+HCFC-22, $PMMA+HCFC-22+CO_2$ and PMMA+DME systems exhibit the lower critical solution temperature (LCST) behavior, however, $PMMA+DME+CO_2$ system exhibits the upper critical solution temperature (UCST) behavior. In the $CO_2$ mixture, the cloud point pressure of PMMA was increased dramatically proportional to the amount of $CO_2$ added, and from this result, it was known that $CO_2$ could be used as an antisolvent for fabricating PMMA nano-particles. And the cloud point of PMMA could be controlled by changing the concentration of $CO_2$.

본 연구에서는 variable volume view cell이 장착된 상평형 장치를 사용하여 고압 상태의 다양한 용매 내에서 고분자인 Poly(methylmethacrylate) (PMMA)의 구름점(cloud point)를 측정하였다. 이때 사용된 용매는 chlorodifluoromethane (HCFC-22), dimethylether (DME), 1,1,1-trifluoroethane (HFC-143a), 1,1-difluoroethane (HFC-152a), 1,1,1,2-tetrafluoroethane (HFC-134a) 이였으며, 이들 용매에 $CO_2$를 첨가한 $HCFC-22+CO_2$와 $DME+CO_2$의 이성분계 혼합용매에서 $CO_2$의 조성 변화가 PMMA의 상거동에 미치는 영향을 살펴보았다. 실험 결과 PMMA는 HCFC-22에서는 340K, 5MPa 정도의 가장 낮은 온도 압력 조건에서부터 잘 용해되었으며 DME에서는 300K, 28MPa 정도의 비교적 낮은 온도 압력 범위에서 잘 용해되었으나, 그 밖의 불소화합물인 HFC-143a, HFC-152a, HFC-134a에서는 423.15K, 160MPa의 높은 온도 및 압력범위에서도 전혀 용해가 일어나지 않았다. 또한, PMMA+HCFC-22 혼합물에 $CO_2$를 첨가한 $PMMA+HCFC-22+CO_2$계의 경우는 LCST (lower critical solution temperature)의 상거동을 보였으나 PMMA+DME 혼합물에 $CO_2$를 첨가한 $PMMA+DME+CO_2$계의 경우는 UCST (upper critical solution temperature)의 상거동을 보였다. $CO_2$ 혼합용매 내에서 cloud point 압력은 동일한 온도에서 첨가되는 $CO_2$의 양에 비례하여 급격히 높아지는 것을 관찰할 수 있었고, 이로부터 PMMA를 SAS (supercritical antisolvent) 법에 의해 미세입자화 할 경우 $CO_2$가 DME와 HCFC-22에 대한 역용매로 사용될 수 있다는 것을 확인할 수 있었다. 또한 $CO_2$의 농도를 변화시킴으로써 PMMA의 cloud point를 자유롭게 조절할 수 있다는 것을 알 수 있었다.