폴리(메틸메타크릴레이트)(PMMA) 매트릭스를 갖는 인조대리석의 기계적 강도를 향상시키기 위해 그래핀 산화물 플레이크(GOF)를 충전제로 사용하여 나노컴포지트를 제조하였다. 충전제로 사용한 GOF는 흑연을 Hummers법으로 산화한 후 열처리에 의해 박리시켜 제조하였다. PMMA 매트릭스와의 계면혼화성을 향상시키기 위하여 다양한 산소:불소 조성의 함산소불소화 처리로 GOF 계면을 개질시켰다. 산소함량 50% 이상에서 함산소불소화 처리한 GOF를 충전제로 사용한 나노컴포지트는 기존 인조대리석에 비해 굴곡강도, 굴곡탄성률, Rockwell경도, Barcol경도, Izod충격강도 모두 현저히 증가하였다. 적절히 함산소불소화 처리된 GOF는 PMMA 매트릭스와의 계면접착력이 우수함을 파단면의 모폴로지로부터 확인하였다. 하지만 GOF 충전제의 함량이 0.07 phr 이상으로 증가하면 충전제의 분산이 균일하지 못하여 인조대리석의 기계적 강도는 오히려 감소하는 경향을 나타내었다.
본 연구는 철근 콘크리트 구조물의 장수명화를 위해 고성능 다기능 폴리머 시멘트 복합체의 개발을 목적으로, 우수한 성능을 갖는 VA/E/MMA (Vinyl Acetate/Ethylene/Methyl Methacrylate) 터폴리머 분말수지와 아질산형 하이드로칼루마이트를 병용한 폴리머 시멘트 모르타르의 염화물이온 침투 저항성, 중성화 저항성, 건조수축 및 철근부식 촉진시험을 통하여 그 내구성과 방청성을 검토하는 것이다. 그 결과, 폴리머 결합재비에 관계없이 칼루마이트의 치환에 의해 폴리머 시멘트 모르타르의 내구성이 일부 저하하는 경향을 보였으나, 이는 폴리머 결합재비의 증가에 따라 크게 개선되었다. 방청성의 경우 VA/E/MMA 분말수지 사용으로 시멘트 매트릭스 내 생성된 폴리머 필름에 의한 이온 및 가스투과 저항성 증대와 칼루마이트의 이온교환반응에 따른 염화물 이온 흡착 및 아질산 이온을 방출하는 자기방청기능에 의하여 우수한 방청효과를 보였다. 따라서, 철근콘크리트 구조물의 장수명화를 위해 VA/E/MMA 터폴리머 분말수지와 아질산형 하이드로칼루마이트의 병용에 의해 우수한 방청성과 내구성을 갖는 폴리머 시멘트 복합체의 개발이 가능할 것으로 판단된다.
PMMA 입자의 표면에 양전하를 갖는 전해질 폴리머 PDDA와 음전하를 갖는TALH를 사용하여 $TiO_2$ 박막을 LBL 법에 의해 성공적으로 제조하였다. 수정진동자의 측정을 통해 TALH의 용액의 pH가 감소됨에 따라 TALH의 적층량이 늘어나고 PMMA의 입자 표면에 코팅된 (PDDA/TALH) 박막의 두께가 증가됨을 확인하였다. (PDDA/TALH)n의 순서에 의해 코팅된 PMMA 입자들은 bilayer 수의 변화에 따라 다양한 색 변화를 보여주었다. (PDDA/TALH) 박막의 bilayer 수(n)가 10과 20 일 경우에 $a^*$와 $b^*$의 값은 막이 코팅되지 않은 PMMA의 값보다 감소하였고 색 변화는 $a^*$, $b^*$ 색도도에서 각각 green과 blue 방향으로 이동하였다. 이후 n의 수가 30, 40으로 증가됨에 따라 $a^*$와 $b^*$의 값은 증가하였고 색의 변화는 red와 yellow 방향으로 각각 이동하였다. 최종적으로 $(PDDA/TALH)_{50}$ 박막이 코팅된 PMMA 입자들은 박막이 코팅되지 않은 PMMA 입자들과 거의 비슷한 $a^*$와 $b^*$의 값을 보여주었다.
치과 임상에서는 여러 목적으로 Polymethyl methacrylate를 주성분으로 한 아크릴릭 레진이 사용되고 있으며, 특히 가철성 교정장치는 대부분 이것을 사용한다. 그러나 아크릴릭 레진은 중합이 완벽하게 이루어지지 않을 경우 인체에 악영향을 줄 수 있는 미반응 모노머가 레진에 잔존할 수 있다. 본 연구에서는 다양한 방법(온도, 압력, 수중 혹은 공기 중)으로 중합 조건과 시간을 달리 하여 교정용 아크릴릭 레진에서 발생하는 미반응 모노머의 용리량을 고성능 액체 크로마토그래피를 이용하여 정성 및 정량분석 하고자 하였다. 연구 결과, 모든 군에서 MMA를 제외한 다른 모노머는 용리되지 않았으며, 중합 방법에 따른 모든 실험군에서 미반응 모노머의 용리는 유의하게 감소하였고(P<0.05) 중합 방법을 한 가지만 사용하였을 때보다 2가지 이상 복합적으로 변화시켰을 때 모노머의 용리량이 더 감소함을 알 수 있었다. 또한 시간경과에 따라 모노머의 용리량이 유의하게 감소하여, 특히 1일 후 부터 급격한 감소를 보였다. 이상의 결과를 보아 중합 방법을 달리하였을 때 모노머의 용리량을 더 많이 감소시키고, 다른 중합 조건들도 복합적으로 사용하는 것이 용리량을 더 효과적으로 줄일 수 있을 것으로 생각된다. 그리고 중합 과정에서 온도, 수분, 압력의 조건을 강화하여 3일 이상 중합 시간을 가지는 것이 미반응 모노머의 용리량을 최소화할 수 있을 것으로 생각되었다.
폴리비닐페놀 (PVPh)을 LiOH로 중화시켜 중화도가 다른 여러 종류의 PVPh 이오노머 (PVPh-Li)를 제조하였다. 중화도에 따른 PVPh-Li의 $T_{g}$ 변화를 DSC로 측정한 결과 Li mol% 당 3.$8^{\circ}C$의 $T_{g}$ 증가가 관찰되었으며 유사한 구조를 지닌 poly(styrene-co-hydroxy styrene)의 3.$2^{\circ}C$ 증가에 비해 높은 수치이다. 이는 중화되지 않은 -OH가 -OLi와 강한 상호작용을 하기 때문인 것으로 생각되며, 이러한 상호작용으로 인해 -OLi 끼리의 클러스터 형성이 어려워져 소각X선산란 실험에서도 뚜렷한 피크가 관찰되지 않았다. 제조된 PVPh-Li를 PVPh와 블렌드시 50/50 조성의 경우 중화도가 10 mo1%인 PVPh-Li와 혼합되어도 상분리를 관찰할 수 없었으나, 폴리메틸메타크릴레이트 (PMMA)와 블렌드시 중화도가 5 mol%인 PVPh-Li가 혼합되면 거대 상분리를 관찰할 수 있었다. 이로부터 수소결합으로 인해 혼화성이 있는 블렌드라 하더라도 한 성분을 이오노머를 변환할 경우 새로운 강한 분자간 이온-다이폴 상호작용이 생성되지 않는 한, 아주 낮은 정도만 이오노머로 변환되어도 혼화성이 급격히 감소해 상분리가 관찰됨을 알 수 있었다.
분자 구조 중 $\pi$ 결합을 갖고 있는 카복시산과 폴리에틸렌글리콜 메틸에테르 메타크릴레이트(PMEM)를 자유 라디칼 반응에 의해 그라프트 공중합된 폴리카복실레이트(PC)계 고유동화제를 합성했고, FT-IR, $^{13}C-NMR$, 그리고 GPC를 활용하여 합성된 PC의 화학 구조 및 분자량을 조사했다. 4종의 카복시산(메타크릴산, 아크릴산, 무수말레인산, 그리고 이타콘산)과 [카복시산]/[PMEM]의 몰비를 변수로 시멘트페이스트에 적용한 결과, [카복시산]/[PMEM]의 몰비가 높을수록 시멘트 입자 상에 흡착량과 시멘트페이스트 유동성은 증가했다. 흡착량은 메타크릴산을 적용한 PC가 가장 높았고, 유동성은 아크릴산을 구조에 적용했을 때 가장 우수했다. 그러나 무수말레인산과 이타콘산을 주쇄로 사용한 경우 흡착 및 유동 특성이 좋지 않았다.
생물활성을 가질 것으로 예상되는 1-(methacryloyloxymethyl)-5-fluorouracil(MAOMFU)을 2, 4-bis(trimethylsilyloxy)-5-fluoropyrimidine으로 부터 합성하고, MAOMF와 메틸메타크릴레이트(MMA)를 cyclohexanone 용매로 사용하여 $60^{\circ}C$에서 라디칼 공중합을 하였다. 공중합체 내의 단량체조성은 공중합체의 UV스펙트럼으로 부터 정량분석하여 구하였다. $Kelen-T\ddot{u}d\ddot{o}s$법에 의해 구한 각각의 단량체 반응성비의 값은 $r_1(MAOMFU)=0.72$, $r_2(MMA)=1.24$ 이었다. 얻어진 단량체 반응성비의 값들로부터 MAOMFU와 MMA의 공중합에서 MAOMFU의 입체장애 효과가 영향을 미치는 것을 알 수 있다. MAOMFU와 poly(MAOMFU)의 가용매분해속도상수는 각각 $6.42{\times}10^{-5}sec^{-1}$와 $7.40{\times}10^{-6}sec^{-1}$ 이었다. 얻어진 가용매분해속도상수로부터 poly(MAOMFU)에서 5-fluorouracil의 가용매분해속도는 MAOMFU 보다 약 5배 느리다는 것을 알 수 있었다.
본 연구에서는 MMA 계열의 폴리머 콘크리트를 콘크리트 교량 상판의 박층 교면포장용으로 적용 가능성에 대한 검토를 수행하였다. 아크릴수지와 경화재, 충진재(탄산칼슘 및 규사)로 구성되어진 아크릴 콘크리트의 성분 종류 및 배합비율 등이 아크릴 콘크리트의 물리적 특성에 미치는 영향을 파악하기 위하여 점도시험, 압축강도시험, 휨시험 등을 수행하였으며, 시험을 통해 최적 배합비율을 결정하였다. 최적 배합비율로 생산된 아크릴 콘크리트에 대해 투수저항성, 염소이온 침투 저항성, 경화수축량, 열팽창계수, 부착강도 시험 등의 물리적 특성 시험을 실시하였다. 시험결과 폴리머 콘크리트가 기존의 일반 시멘트 콘크리트에 비해 방수성능이 우수하고 염소이온 침투 저항성도 우수한 것으로 나타났다. 또한 기존 바닥 콘크리트와의 부착성도 우수하고 균열 저항성도 우수한 것으로 나타났다. 기존의 아크릴 수지는 경화시 수축량이 크고, 열팽창계수 또한 일반 시멘트 콘크리트에 비해 큰 단점이 있으나 본 연구에서 새롭게 개발한 아크릴 수지를 적용한 결과 대폭 증가된 연성으로 인해 균열발생 가능성을 낮출 수 있을 것으로 확인되었다.
본 연구에서는 폴리메틸메타아크릴에이트(polymethylmethacrylate : PMMA) 표면을 친수성으로 개질하기 위하여 불소와 산소의 혼합비율을 변수로 하여 함산소불소화를 실시하였다. 함산소불소화 처리 된 PMMA 표면 및 광투과 특성을 접촉각, 표면자유에너지. X-ray 광전자 분광기(XPS), UV-Vis 분광기를 통하여 분석하였다. 함산소불소화 처리된 PMMA의 표면은 친수화 되어 물 접촉각이 $69^{\circ}$에서 $44^{\circ}$로 감소하였다. 또한 PMMA의 표면자유에너지가 $46\;mN\;m^{-1}$ 에서 $58\;mN\;m^{-1}$로 증가하였다. 이는 함산소불소화를 통한 PMMA표면에 친수성 관능기의 형성으로 기인하였다. 또한, XPS 분석 결과로부터 함산소불소화 처리 시 PMMA 표면에 O/C비율이 증가하였고, 불소 부분압이 증가할수록 친수성을 나타내는 C-OH 결합의 �t량이 6.7%에서 24.8%로 증가하는 것을 알 수 있었다. 본 함산소불소화 조건(상온, 총압 1 bar, 불소 및 산소 혼합비 5 : 5)에서는 함산소불소화가 PMMA의 광투과 특성에 영향을 주지 않으면서도 그 표면특성이 개선됨을 관찰할 수 있었다. 이 결과로부터 함산소불소화는 PMMA 표면을 친수성으로 개질하는데 효과적인 방법으로 기대된다.
본 연구는 표면에 세포를 부착하는데 있어서, 다양한 기판 표면에 보편적인 플랫폼으로써 적용될 수 있는 세포 부착을 위한 기능성 표면의 제작 기술 및 이를 이용한 세포의 선택적인 고정과 편리한 세포 패터닝의 방법을 보여주었다. 세포 부착에 적합한 기능성 표면의 제작은 산소 플라즈마 처리를 이용한 다양한 기판의(유리, PMMA, PS, PDMS) 표면 활성화 및 상반되는 고분자 전해질의(PAH, PDAC, PSS, PAA) 정전기적 인력을 통한 증착으로 이루어진 다층의 고분자 전해질 층을 통해 제작될 수 있었다. 또한, 고분자 전해질로 증착된 표면 위로 마이크로 몰딩 인 케필러리 방법을 사용하여 PEG 마이크로 구조물을 제작함으로써 세포의 선택적인 고정이 이루어질 수 있었다. 다층의 고분자 전해질로 증착된 표면은 세포와의 강한 정전기적 인력으로 세포 부착에 유리한 표면을 제공하였다. 반면에, 제작된 PEG 마이크로 구조물은 물리적, 생물학적인 장애물의 역할로써 세포의 비 특이적인 흡착을 방지하였다. 세포 부착을 위한 기능성 표면을 제작하는 동안 표면의 특성은 접촉각 측정을 통해 이루어 졌다. 다양한 기판 상에서 개질된 표면은 세포 부착을 위한 적합한 환경의 제공과 함께 세포의 마이크로 패터닝 기술에서 높은 수율의 세포 패터닝을 제공한다. 상기의 제안된 세포 부착을 위한 기능성 표면 제작 기술 방법은 제작 과정이 매우 간단하고, 편리하여 손쉽게 구현이 가능하며, 제작 공정에서 어떠한 해로운 용매도 사용하지 않기 때문에 친환경적이다. 또한, 이를 이용하여 세포를 이용하는 바이오 칩 및 바이오 센서, 세포를 기반으로 하는 시스템 등에서 기본이 되는 기술로 사용될 수 있는 넓은 응용 범위를 갖는다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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