Kim Jun Young;Kang Seong Wook;Kim Seong Hun;Kim Byoung Chul;Shim Kwang Bo;Lee Jung Gyu
Macromolecular Research
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제13권1호
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pp.19-29
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2005
Polymer composites based on a thermotropic liquid-crystalline polymer (TLCP) and poly(butylene terephthalate) (PBT) were prepared using a melt blending process. Polymer composites consisting of bulk cheap polyester with a small quantity of expensive TLCP are of interest from a commercial perspective. The interactions between the PBT chains and the flexible poly(ethylene terephthalate) (PET) units in the TLCP phase resulted in an improvement in the compatibility of PBT/TLCP composites. TLCP droplets deformed and fragmented into smaller droplets in the PBT/TLCP composites, which resulted in TLCP fibrillation through the effective deformation of the TLCP droplets. The nucleation activities of the PBT/TLCP composites increased by adding even a small amount of the TLCP component.
고탄성, 고강도의 특성을 가지고 있는 열방성 액정고분자인 Vectra(LCP)와 무정형 poly(${\varepsilon}-caprolactam$) (PA)의 합금에서 LCP의 함량이 10parts 미만에서는 LCP의 네마틱 상의 유리전이온도가 $4{\sim}5^{\circ}C$ 정도 낮은 족으로 이동되나 그 이상의 함량에서는 유리전이온도의 이동을 볼 수 없는 것으로 보아 부분적인 상용성만 나타나게 됨을 확인하였다. PA/LCP 합금에서 LCP의 함량을 증가시켜 주기위해 N-g1ycinylmaleimide(GMI)를 합성한 다음 이를 methylmetacrylate(MMA)와 공중합시켜 poly(glycinylmaleimide-co-methylmetacrylate)[poly(GMI-co-MMA)]공중합체를 합성하고 이를 상용화제로 사용하였으며 이를 사용하는 경우 LCP 30parts 이상을 혼합하여도 혼화성이 있음을 알 수 있었고 이들 합금의 상용성은 합금의 각종 혼합비율에 따른 열적 특성과 rheological 특성을 측정하여 확인하고 고속충격특성과 굴곡강도 및 탄성율을 측정하였다.
Due to the potential application to ultra-high strength fibers and excellent properties such as high mechanical properties, excellent thermal endurance and chemical stability, thermotropic liquid crystal polymers (TLCPS) are attractive in recent years [1, 2]. Furthermore, the melt blends of TLCPS and conventional thermoplastics have been extensively investigated because of their easy processing and high performance [3-6]. Since high performance polymers generally has high melt viscosity, introduction of the relatively low viscosity components may be one of the more effective techniques to improve processability through the decrement of melt viscosity in melt processing. (omitted)
Ternary blend fibers (TBFs) based on melt blends of PEN, PET, and TLCP were prepared by melt blending and spinning to achieve high performance fibers. The reinforcement effect and the TLCP fibrillar structure resulted in the improvement of mechanical properties for TBFs. Molecular orientation was an important factor in determining the tensile strength and modulus of TBFs. Another part of this research is silica nano-particle filled PEN composites were melt-blended to improve mechanical and physicalproperties, and processability. The tensile modulus and strength were improved adding silica nano-particles to the PEN. The decreased melt viscosity by the fumed silica resulted in the improvement of the processability. The fumed silica may act as a nucleating agent in the PEN matrix.
에스테르 교환반응은 고분자 블랜드의 가공시 자체 상용화제를 만들 수 있어 폴리에스테르의 공업적제조에 이용되어질 수 있다. 따라서 에스테르 교환반응에 대한 연구의 일환으로서 열방성 액정고분자인 TR-4,6(poly(tetramethylene-4,4'-terephthaloyldioxydibenzoate-co-hexametylene-4,4'-terephthaloyldioxydibenzoate)를 합성하게 되었으며 이것을 엔지니어링 플라스틱인 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT)와 블랜딩을 하였다. 이 두 구성고분자 사이의 에스테르 교환반응은 IR, DSC, 및 $^{13}C-NMR$에 의한 통계적 처리방법에 의하여 분석하였으며, 교환반응 진행속도와 모노머의 반복단위 서열분포도 조사 연구하였다.
주사슬에 나프탈렌고리와 테트라메틸렌 및 헥사메틸렌 유연격자를 가지면서 트라이어드메소겐을 갖는 새로운 열방성 방향족 액정 폴리에스테르(TLCP)를 용액중합법에 의하여 합성하였다. TLCP의 함량을 달리하는 TLCP/PEN in situ 복합재료를 용융방사하여 연신비가 각각 다른 단섬유를 제조하고 그들의 열적, 기계적 특성 및 모폴로지를 조사하였다. 합성된 TLCP는 네마틱 액정중합체였으며 고체상에서 액정상으로의 전이 온도는 249 ℃였다. 블렌드내의 TLCP 도메인들은 매트릭스 고분자인 PEN에 잘 분산 되었으며 어떠한 거대 상 분리 현상도 보여 주지 않았다. TLCP 함량의 증가에 따른 블렌드내 PEN의 cold crystallization 온도가 낮아진 것으로 보아서 TLCP가 PEN에 대한 조핵제 역할을 하였음을 알 수 있었다. 블렌드 섬유내의 TLCP의 도메인 크기는 대략 40 ~ 50 nm정도의 미세한 크기였으며 매트릭스와의 사이에 좋은 계면 접착력을 보였다. 또한 cold 및 hot-drawing 과정을 거친 낮은 draw ratio(DR)에서는 거의 fibril이 형성되지 않았지만, 높은 DR에서는 잘 발달된 fibril들을 보여 주었다. TLCP의 강화효과로 인하여 10 wt% TLCP/ PEN 블렌드 섬유의 초기 모듈러스는 270 %, 인장강도는 235 %의 증가를 보여주었다. 반면에 신장률은 DR의 증가와 함께 감소 하였다.
열방성 액정고분자(TLCP)와 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)를 혼합용매 중에서 블렌딩하였으며, 이들 블렌드는 capillary rheometer die를 통하여 $287^{\circ}C$에서 섬유상 압출물로 가공되었다. 블렌드와 제조된 복합재료의 열적 성질, 기계적 성질, 모폴로지는 DSC, 편광현미경, SEM 및 인장시험에 의하여 조사되었다. 블렌드의 결정화 동력학은 등온 DSC 방법에 의하여 측정된 데이타로부터 Avrami식을 이용하여 결정화 속도 및 결정성장 메카니즘에 대한 정보를 얻었다. 블렌드내의 액정상은 가공온도조건하에서 거대상분킥나 열분해현상을 보이지 않았으며, 액체질소 속에서 절단된 섬유 단면의 SEM 관찰에 의하면, 섬유내 TLCP domain은 $0.1{\mu}m$에서 $0.2{\mu}m$정도의 크기로 분산되었고, 두 상 계면에서의 접착은 잘 되어있음을 알 수 있었다. TLCP/PET in-situ 섬유상 복합재료의 인장강도와 모듈러스는 TLCP 함량이 많을수록, draw ratio가 높을수록 증가됨을 알 수 있었다.
방향족 액정 폴리에스테르는 열방성 액정 중합체의 대표저인 예로 지금까지 구조-물성 관계가 많이 연구되었다. 본 연구에서는 유기 용매에 녹일 수 있는 가용성 방향족 액정 폴리에스테르를 합성하고, 아세틸렌 말단기를 갖는 열경화성 수지와 복합화하여 제반 물성을 비교하였다. 가용성 방향족 액정 폴리에스테르는 6-hydroxy-2-naphthoic acid, terephthalic acid, isophthalic acid 및 4-aminophenol을 단량체로 하여 에스테르 및 아미드 교환 반응에 기초로 한 축합 중합법을 이용하여 합성하였다. 아세틸렌 말단기를 갖는 열경화성 수지는 4-ethynylaniline과 terephthaloyl dichloride, isophthaloyl clichloride, 4,4'-biphenyldicarbonyl dichloride 등과 각각 반응시켜 합성하였다. 가용성 방향족 액정 폴리에스테르와 열경화성 수지를 용액 블렌딩하고 열처리하여 복합체를 제조하였으며, 복합체의 열적 안정성, 열팽창계수, 유전특성 등을 조사하였다.
주사슬에 X-모양의 메소젠기를 갖는 액정폴리에스터 시리즈가 단위체인 2,5-디(4-치환된 벤조에이트)하이드로퀴논과 4,4'-디카르복시-1,8-디페녹시옥테인으로부터 용액중합에 의해 합성되었다. 합성된 중합체의 구조와 물성들은 $^1H$-NMR, FT-IR, DSC, TGA, POM, WXRD를 이용하여 조사되었다. 1,1,2,2-테트라클로로에탄 내에서 측정된 중합체의 고유점성도(${\eta}_{inh}$)는 0.35~0.66 dL/g로 측정되었으며, 본 실험에서 용해도 조사에 사용된 대부분의 유기용매에 잘 용해되었다. 모든 중합체들은 비교적 낮은 용융전이온도($T_m$)와 결정성을 나타내었으며, $T_m$ 이상으로 가열했을 때 열방성 네마틱 액정성을 보였다. 중합체의 이러한 특성은 주사슬에 결합되어 있는 벌키한 4-치환된 벤조에이트기에 때문인 것으로 보인다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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