Polymer(Korea), Vol. 32, No. 5, pp 47-477, 8 Organic/Organic Core Shell 바인더의중합과처리영향 심민기ㆍ반지은ㆍ김민성ㆍ설수덕 동아대학교공과대학화학공학과 (8년 5월 16일접수, 8년 7월 1일수정, 8년 7월 1일채택 ) Polymerization and Effect of Organic/Organic Core Shell Binder Min Ki Sim, Ji Eun Ban, Min Sung Kim, and Soo Duk Seul Department of Chemical Engineering, Dong-A University, Busan 4-714, Korea (Received May 16, 8; Revised July 1, 8; Accepted July 1, 8) 초록 : 아크릴계단량체인 MMA, St, EA, BA 및관능성단량체인 2-HEMA 단량체를수용성개시제인 APS 와음이온유화제인 SDBS 를사용하여한입자내에서로다른물성을나타내는 core shell 구조의바인더를중합후부직포에처리하여기계적물성을평가하였다. Core shell 바인더중합시단량체조성에관계없이개시제는 1. wt%/ 단량체의농도를가지는 APS 와.4 wt%/ 단량체의유화제를사용했을때가장높은전환율을나타내었고, core shell 바인더의유리전이온도는공중합체의단일전위곡선에비하여 core shell 바인더는 2개이상의전이곡선을얻었다. 부직포에 core shell 바인더를처리후인장강도및신장율측정에서관능성단량체를사용한 PSt/ PMMA/2-HEMA core shell 바인더가 1.75 kg f /2.5 cm 로가장높은값을나타내었고, 신장율측정에는 PEA/ PBA core shell 바인더가.% 로가장높은값을나타내었다. 결론적으로 core shell 바인더를사용하여부직포의기계적물성을조절할수있었다. Abstract: Core shell binder of organic/organic pair that has two different properties within a particle were prepared by a step emulsion polymerization of methacrylate(mma), styrene(st), ethyl acrylate(ea), butyl acrylate(ba), and 2-HEMA by using an water soluble initiator(aps) in the presence of an anionic surfactant(sdbs). Unwoven tensile strength of the core shell binder after processing and measuring the PSt/PMMA/2-HEM core shell with the binder is a value represents the highest was 1.75 kg f /2.5 cm, elongation measurements PEA/PBA core shell binder showed the highest value was.%. In conclusion, using the core shell binders were able to control the mechanical properties such as tensile strength and elongation. Keywords: core shell, particle size, tensile strength, emulsion polymerization. 서 유화중합은수상에서유화제가만드는미셀을보호콜로이드로개 시제에의해생성된라디칼이사용목적에적합하게배합된단량체를중합체로만드는것이다. 1,2 공업화가가속되면서사람들의생활이윤택해짐에따라환경에대한관심이높아져기존에사용되던용제를분산메질로하여중합된각종바인더를대체할목적으로많은연구가진행되고있는데, 이중 core 와 shell 부분이서로다른단량체로중합되어두가지이상의기능을가지는기능성 core shell 바인더가주목을받고있다. 3,4 유화중합에의한복합입자의제조에관한연구는많은연구자들에의해이루어졌는데, Patsiga 등은 5 폴리비닐아세테이트 / 폴리스티렌계의중합반응속도를연구하였으며 Hughes와 Brown은 6 몇가지 론 To whom correspondence should be addressed. E-mail: Sdseol@daunet.dongA.ac.kr 라텍스복합체를합성하여온도에대한비틀림율을실험하고공중합체나기계적블렌딩등의경우와비교하였다. Morgan은 7 연질 -경질, 친수 -소수중합체쌍을이용하여단량체부가순서, 유화제와개시제, 입자종량에따른최저필름형성온도 (MFFT) 와광학밀도를측정함으로써, core 중합체와단량체비율에따라입자의형태가크게영향을받는다는결과를보고하였다. 그후, Matsumoto 등이 8-1 2단계유화중합에의한라텍스복합에관해많은연구를하였는데, 폴리에틸아크릴레이트 / 폴리스티렌라텍스복합입자에서나중에중합된폴리스티렌성분이폴리에틸아크릴레이트입자내부에작은도메인의형태로분산되어있으며복합입자의형태가구형이아닌조각모양임을보고하였다. Organic/organic 또는 inorganic/organic core shell 바인더는 core 와 shell 의단량체조성을사용목적에적합하게끔달리하여부직포 (unwoven), 코팅제, 도료및보강제산업으로널리응용할수있는장점을가지고있다. 47
Organic/Organic Core Shell 바인더의중합과처리영향 471 유화중합을이용해제조한바인더는대체로부직포소재에내열, 강도및신장율등의기계적물성을부여하기위해사용되어지는데일반적인공중합방식의바인더의경우그물성을조절하기가쉽지않기때문에, 최근환경친화적인 organic/organic core shell 바인더를부직포소재에적용하기위한연구가활발히진행중이다. 11 Core shell 바인더에관한선행연구를살펴보면 core 및 shell 물질로 SM, MMA 를사용한연구는이루어지고있으나 EA, MMA 등의다른단량체를사용한연구는이루어지지않고있는실정이다. 본연구에서는 core 및 shell 단량체로 St, MMA, EA 및 BA를, 관능성단량체로서 2-HEMA 를사용하여다중 core shell 복합입자를제조하였다. 바인더중합시평균입자경, 입자분포, 전환율측정및단량체비율을달리하여최적중합조건을산출하였다. 또한 core 및 shell 단량체종류에따른필름형태, 유리전이온도, 및평균분자량을측정하고, 부직포에함침후인장강도와신장율을측정하여기계적물성을평가하였다. 실 시약및재료. Core shell 바인더중합시사용된단량체와개시제는모두 Aldrich 1급시약을사용하였다. 유화제로는일본유지 ( 주 ) 험 의 SDBS 를정제없이사용하였고, 물은 water deionizer(df- 5, Crystalab. Inc., U.S.A) 를이용하여만든탈이온수 (deionized water, DI) 를사용하였다. Core shell 바인더중합후 core 및 shell 단량체종류에따른기계적물성변화확인을위해사용된부직포는 Nylon 소재의사제부직포를사용하였다. 실험에사용한시약의조성을 Table 1에나타내었다. 실험장치. 본연구에서중합에사용된장치는 Figure 1과같은회분식반응기로용량 1 L의파이렉스상하분리형의 5구플라스크를, 회전속도가 rpm 까지조절되는정밀교반기에스테인리스재질의날개가상하 4개인패들형임펠러를사용하여중합하였다. 또한중합온도조절을위해 까지조절되는정밀항온조를사용하였다. 중합도중증발에의한단량체나물의손실을방지하기위해환류냉각기를설치하고교반기의축부분은실리콘재질의슬리브조인트를사용하였다. Core 중합. 안정성을높이기위해 preemulsion 화하는방법을선택하고, 1 L 5구플라스크에이온교환수지를주입하고질소가스를 3 초간 2분간격으로퍼지하여용존산소를제거하였다. 별도의비이커에일정량의 SDBS 를이온교환수에녹이고, 이유화제용액에 core 중합에사용될단량체를소량씩첨가하여 preemulsion 을제조하였 Table 1. Physical Properties of Monomers and Surfactants, Initiators Used in Synthesis of Acrylic Core Shell Binder Properties Materials d 25 M w b.p.( ) T g ( ) Structure Main monomer Methyl methacrylate(mma).936.12 15 CH 2 =CH 3 COOCH 3 Ethyl acrylate(ea).924.12 99-22 CH 2 =CHCOOC 2 H 5 n-butyl acrylate(ba).894 128.17 145-55 CH 2 =CHCOOC 4 H 9 Styrene(St).99 14.15 145 CH 2 =CH(C 5 H 5 ) Functional monomer 2-hydroxy ethyl methacrylate(2-hema) 1.73 13.14 67 55 CH 2 =C(CH 3 )COOC 3 H 6 OH Surfactants Sodium dodecyl benzene, Sulfonate(SDBS) - 348.48 >3 - C 12 H 25 -(C 5 H 5 )-SO 3 Na Initiators Aommonium persulfate (APS) 1.98 228.21 - (NH 4 ) 2 S 2 O 8 Potassium persulfate(kps) 2.477 27.33 < - K 2 S 2 O 8 Figure 1. Polymerization reactor. Polymer(Korea), Vol. 32, No. 5, 8
472 심민기 ᆞ 반지은 ᆞ 김민성 ᆞ 설수덕 다. 제조된 preemulsion 중 1 wt% 를반응기에주입하고 85 에서 1. wt% 의농도를가진 APS 수용액중 3 wt% 를주입하여초기중합을진행하였고, 분에걸쳐나머지 preemulsion 과개 Table 2. Polymerization Recipe of Core Binder(Polymerization Time 4 hr, Polymerization Temperature 85 ) SDBS DW (wt%/monomer) MMA EA BA St APS Conversion (wt%/monomer) (%).1 1..1.2 1. 93..3 1. 96.6.4 1. 99..5 1. 98.5.1 1. 82..2 1. 93.5.3 1. 97..4 1. 99.1.5 1. 99.2.1 1. 77.3.2 1. 88.1.3 1. 92.3.4 1. 98.6.5 1. 98.7.1 1. 79.5.2 1. 88.3.3 1. 94.6.4 1. 98.4.5 1. 99.2 시제를일정하게주입하여중합을진행시키고중합온도에서 1시간동안숙성후중합을종결하였다. 중합액의조성을 Table 2에정리하였다. Shell 중합. Shell 중합시앞서제조한각종 core 바인더와 DW 를반응기에주입뒤 85 로승온시킨후 shell 중합에사용될단량체를 dropping funnel 에넣고, 1. wt% 의농도의 APS 수용액과함께 2 분에걸쳐정량주입한후 분간미반응단량체를제거하기위해숙성후중합을종결하였다. 동일한방법으로 core 종류와 shell 단량체의종류를변화시켜여러가지의 core shell 입자를중합하였다. Table 3에중합액의조성을정리하였으며, Figure 2는 core shell 바인더중합에대한전체적인개략도이다. 전환율. 중합시간에따른전환율 (%) 은무게감량법으로계산하였다. 고형분은일정한시간간격을두고채취한시료를알루미늄접시에담아 15 에서 3분동안건조후구하였으며, 다음식으로전환율을계산하였다. 전환율 (%) W d W t W W T d = (1) t : 채취한시료무게 (g) : 건조후의시료무게 (g) s T s :% 전환시의이론적인고형분값 ( 분율 ) 입자경및입도분포측정. Core-shell 바인더의입자크기및분포는입도분석기 (PSA; Shimazu Ltd., SALD-1, Japan) 와 Table 3. Polymerization Recipe of Shell Polymer(Polymerization Time 4 hr, Polymerization Temperature 85 ) Core monomer Shell monomer APS MMA EA BA St MMA EA BA St 2-HEMA (wt%/monomer) DW Conversion (%) 3 7 1. 425 96.1 3 68 2 1. 425 96.4 3 7 1. 425 95.4 3 68 2 1. 425 95.8 3 7 1. 425 95.2 3 68 2 1. 425 95.3 3 7 1. 425 98.7 3 68 2 1. 425 98.8 3 7 1. 425 97.5 3 68 2 1. 425 97.9 3 7 1. 425 97.5 3 68 2 1. 425 97.8 3 7 1. 425 97.2 3 68 2 1. 425 97.5 3 7 1. 425 96.8 3 68 2 1. 425 96.9 3 7 1. 425 96.9 3 68 2 1. 425 97.2 3 7 1. 425 96.5 3 68 2 1. 425 97. 3 7 1. 425 94.3 3 68 2 1. 425 95. 3 7 1. 425 94.8 3 68 2 1. 425 95.1 폴리머, 제 32 권제 5 호, 8 년
Organic/Organic Core Shell 바인더의중합과처리영향 473 Conversion(%) Figure 2. Schematic representation of experimental procedure for core shell composite binder. Malvern 사의 Masteriser 을사용하여측정하였고, 입자크기를구할때미반응단량체를제거하지않고측정을하였으며, 증류수에희석 (1:) 하여측정하였다. 분자량. Core-shell 바인더의수평균분자량 ( M n) 과중량평균분자량 ( M w) 을측정하기위하여영린사의 ACME 9 GPC 겔투과크로마토그래피를사용하였다. 시료의농도를 THF(tetrahyrofuran) 용액에.1 wt% 희석후온도를 로하고 1. ml/min 의유속에서측정하였으며, 폴리스티렌표준품을사용하여보정하였다. DSC 분석. Core-Shell 구조확인을위해서중합한복합입자의 T g ( ) 를 TA Instruments Inc. 사의 DSC Q1 모델을사용하여 -7 의범위에서측정하였다. 부직포의복합입자처리. 중합된 core shell 바인더에 25 15 mm 의크기로재단된부직포시편을 1 분동안 dipping 하고 core shell 바인더가부직포무게의 wt% 가되도록처리후 온도에서 5분간건조후사용하였다. 인장강도및신율측정. 각조건별시표를한국공업규격 (KS) 에직물의인장강도및신도시험방법 (K521) 에의해이루어졌다. Core shell 바인더에부직포 (2.5 cm 15 cm) 를 3 분간함침시킨후 에서 5분간건조후만능시험기 (KUTM-5, K1-PAE E&T Co.) 를사용 mm/min의속도로 5회측정후평균값을사용하였다. 결과및토론 최적중합조건산출. 개시제영향 : Figure 3은최적중합개시제선정을위해.5 wt%/ 단량체의 SDBS 를사용하고 85 의중합온도에서 1. wt%/ 단량체의농도를가진 KPS 와 APS 를사용하여 PMMA core 중합중시간에따른전환율을측정비교한것이다. Figure 3에서확인할수있듯이큰차이는나지않지만 APS 를사용해중합했을때 KPS 의경우에비해높은전환율을나타낸것을볼수있다. 이와같은결과는 APS 가 KPS 에비해물에대한용해온도가낮기때문에 85 의동일한중합온도에서 APS 를사용하여중합했을때수상에서라디칼분해속도가 KPS 를사용한중합에비해빠르기때문에나타난결과로판단된다. 따라서, 최적개시제는 APS 로결정되었다. 5 15 25 3 Polymerization time(min) Figure 3. Effect of kind of initiator on the conversion of PMMA core polymerization. Conversion(%) 5 15 25 3 Polymerization time(min) Figure 4. Effect of APS concentration on the conversion of PMMA core polymerization. Figure 4는개시제농도가중합에미치는영향을조사하기위해 PMMA core 중합중개시제농도를.5 1.5 wt%/ 단량체로변화시켜중합시시간변화에따른전환율을나타낸것이다. Figure 4의전환율측정결과를살펴보면.5 wt%/ 단량체의개시제농도의경우생성되는라디칼이적어단량체와의충돌이줄어들어 88.2% 의가장낮은전환율을나타내었으며, 1. wt%/ 단량체의개시제농도는 98.2% 의높은전환율을나타내었다. 그리고개시제의농도가 1.5 wt%/ 단량체일경우 1. wt%/ 단량체의개시제농도에비해많은라디칼이생성되어동일한시간에많은입자내에서중합이진행되어 99.8% 로가장높은전환율을나타내지만중합열로인해입자표면에흡착되어있던유화제보호층이파괴되어응집물이생기는불안정한에멀젼상태를나타내었다. 이와같이개시제농도변화에따른전환율과응집물생성정도를보았을때최적의개시제농도는 1. wt%/ 단량체로판단된다. 유화제영향 : Figure 5는 core 중합중유화제양을최소화할목적으로 Table 2와같이유화제함량을.1.5 wt%/ 단량체로변형시켜 PSt core 중합중시간변화에따른전환율을측정한것이다. Figure 5의결과에서볼수있듯이.1 g의유화제를사용했을때 77.3% 로가장낮은전환율을나타내었으나유화제사용량이.4 wt%/ 단량체 98.6%,.5 wt%/ 단량체 98.7% 로유화제사용 Polymer(Korea), Vol. 32, No. 5, 8
474 심민기 ᆞ 반지은 ᆞ 김민성 ᆞ 설수덕 량이증가할수록전환율이증가하는현상을나타내었다. 이와같은현상은유화제양이증가할수록대부분의중합이이루어지는미셀생성량이증가되어동시에여러장소에서중합이이루어져나타난결과로판단되며,.4 wt%/ 단량체와.5 wt%/ 단량체의전환율측정결과가비슷하기때문에최소한의유화제사용량은.4 wt%/ 단량체로결정하였다. 그리고 Table 2의 MMA, EA 및 BA 를사용한 core 중합에서도동일한경향을나타내었다. 단량체조성비에따른영향 : Core shell 중합과정에서 core 및 shell 단량체의조성비가중요하다. Figure 6은 BA 를 core 로 MMA shell 단량체로했을때단량체의조성비를 7(BA):3(MMA), 5(BA): 5(MMA), 3(BA):7(MMA) 으로변화시켜전환율을측정한것이다. 그림에서보는바와같이 BA/MMA 의비율을 7/3 으로했을때 73.3%, 5/5일때 84.6%, 3/7일때 9.7% 를나타내었다. 이같은결과가모든단량체에적용되기는어렵지만단량체의비율을 3/7 으로중합시가장높은전환율을나타내어이후 core shell 중합은 Table 3과같이단량체의조성을 3(core)/7(shell) 으로결정하였고, 관능성단량체인 2-HEMA 를사용했을경우 core 단량체의함량을고정하고 shell 단량체함량을조절하여중합하였다. Core Shell 구조확인. 입자경및입도분포측정 : Figure 7은 PEA core, PEA/PSt core shell 바인더, PEA/PSt/2-HEMA core shell 바인더의입도분포 Conversion(%) Figure 5. Effect of SDBS concentration on the conversion of PSt core polymerization. Conversion(%) 5 15 25 3 Polymerization time(min) 5 15 25 3 Polymerization time(min) Figure 6. Effect of monomer constitution on the conversion of PBA/PMMA core shell polymerization. 를나타낸것이다. Figure 7에서확인할수있듯이 PEA core 의경우최적중합조건에서 4시간동안중합후 169 nm의평균입자경을나타내었으나, PEA/ PSt core shell 바인더는 core 입자외곽에서의 shell 중합으로인해 183 nm로뚜렷한증가를보였고관능성단량체 2- HEMA를사용한 PEA/PSt/2-HEMA 역시 1 nm로평균입자경이증가하였다. 또한 shell 중합이이루어지면서입도분포가넓어짐을확인하였으며, 이같은결과는 Table 4에나타낸여러가지 Ls Int. Distribution 15 1 5 3 5 7 Particle diameter(nm) Figure 7. Particle size and size distributions of core-shell particle. Table 4. Particle Size of Core-Shell Particle(nm) Core monomer Shell monomer Z Average MMA EA BA St MMA EA BA St 2-HEMA (nm) 278 169 131 334 3 7 31 3 68 2 36 3 7 33 3 68 2 3 3 7 33 3 68 2 367 3 7 155 3 68 2 178 3 7 149 3 68 2 159 3 7 183 3 68 2 1 3 7 1 3 68 2 218 3 7 19 3 68 2 2 3 7 9 3 68 2 243 3 7 399 3 68 2 421 3 7 366 3 68 2 396 3 7 385 3 68 2 41 폴리머, 제 32 권제 5 호, 8 년
Organic/Organic Core Shell 바인더의중합과처리영향 475 core shell 바인더에서도동일하게나타났다. 분자량변화 : Table 5 는 PMMA, PSt core 바인더 binder 에 MMA, St, BA 및 BA 단량체와관능성단량체인 2-HEMA를 shell 단량체로 core shell 바인더를중합후중량평균분자량 ( M w) 과수평균분자량 ( M n) 변화를나타낸것이다. Table 5에서확인할수있듯이 PMMA, PSt core 바인더는 3 35 의저분자량을나타내었으나, MMA, St, BA, EA 및 2-HEMA 를 shell 중합했을때 1만의높은분자량수치를나타내었다. 유리전이온도 : 일반적으로유리전이온도를계산하는 Fox equation 은다음과같다. 1 T 1-w w B B = + (2) T T gab ga gb 여기서 T gab 는반응물의유리전이온도이고, w B 는성분 B의질량비, T ga, T gb 는성분 A, B의유리전이온도를나타낸다. Figure 8은같은성분비로일반적인공중합형태로중합한 Figure 8(a) 의 PMMA-co-PEA와 Figure 8(b) 의 PMMA/PEA core shell 바인더의 T g 를측정한 DSC 곡선이다. Figure 8(a) 의 PMMAco-PEA 공중합체의경우 부근에서하나의 T g 만을나타내는반면, Figure 8(b) 의 PMMA/PEA core shell 바인더는 core 입 자외곽에서의 shell 단량체의단계중합으로인해 95 15 부근에서의 PMMA core 의 T g 와 15 3 부근에서는 shell 단량체로사용된 PEA 의 T g 가나타났다. 따라서, 두개의유리전이곡선의존재를확인함으로써 core 와 shell 이서로다른단량체로구성되어있다는것을확인할수있었다. 필름형성 : Figure 9는 core 및 core shell 바인더의필름형성정도와투명성을비교하기위하여투명한유리판에일정량을도포하고상온 (25 ) 에서건조한후필름을제조하여상호비교한것이다. Figure 9(a) 의 PMMA core는 15 로높은 T g 를가지고있기때문에 25 에서입자간충분한융착이이루어지지않아크랙과박편형태의필름형태를나타내었고, MMA 를 core 로사용하고 shell 단량체로 BA를사용해중합한 Figure 9(b) 의 PMMA/PBA core shell 바인더는 core 단량체로사용된 MMA 가 15 의높은 T g 를가지고있더라도 shell 단량체로사용된 BA 의 T g 가 -55 로매우낮아 25 에서입자간충분한융착이이루어져투명한필름을얻을수있었다. 따라서, 앞서언급한입자성장, 분자량, 유리전이온도및필름형성결과를보았을때 core 와 shell 이서로다른단량체로이루어져있다는것을확인할수있었으며, shell 단량체종류에따른필름형성상태를보았을때사용목적에적합한 shell 단량체를 Table 5. Average Molecular Weight of Core Shell Core binder M n M Core shell binder w M n M w PMMA/PEA 35723 6932 PMMA/PEA/2-HEMA 37386 7285 PMMA 394 PMMA/PBA 331 876 13 PMMA/PBA/2-HEMA 34926 87315 PMMA/PSt 3827 6559 PMMA/PSt/2-HEMA 266 64828 PSt/PMMA 44285 71741 PSt/PMMA/2-HEMA 473 71873 PSt 357 PSt/PEA 38238 88712 7714 PSt/PEA/2-HEMA 3924 874 PSt/PBA 36386 12972 PSt/PBA/2-HEMA 38553 17177 (a). -.2 -.4 Heat flow(w/g) -.6 -.8-1. -1.2-1.4-1.6-1.8-2. 5 15 Temperature( ) Figure 8. DSC curves of (a)pmma-co-pea, (b)pmma/pea core shell binder. (b) Figure 9. Photographs of dried film at 25. (a) PMMA core binder and (b) PMMA/PBA core shell binder. Polymer(Korea), Vol. 32, No. 5, 8
476 심민기 ᆞ 반지은 ᆞ 김민성 ᆞ 설수덕 12 1 Table 6. Tensile Strength and Elongation of Core Shell Binder Tensile strength(kgf/2.5 cm) 1 8 6 4 2 PMMA core PSt core PEA core PBA core Figure 1. Tensile strength and elongation of core binder. Tensile strength(kgf/2.5 cm) 12 1 1 8 6 4 2 PMMA PMMA/PEA PMMA/PEA2H Figure 11. Tensile strength and elongation of core shell binder. 선정하여제조한 core shell 바인더가도료산업에서문제가되고있는표면갈라짐현상에도움이될것으로판단된다. Core Shell 바인더의기계적물성평가. 인장강도및신장율측정 : Core 및 shell 단량체종류에따른기계적물성변화를여러산업소재로응용되어사용되는부직포에적용시켜확인하고자중합된 core 및 core shell 바인더를부직포에적용후인장강도및신율을측정하여 Figures 1 과 11 에나타내었다. Figure 1 은 PMMA, PEA, PSt 및 PBA core 바인더를부직포에적용후인장강도와신율을측정한것이다. 측정결과에서도확인할수있듯이각 core 단량체의성질즉, 15 의높은 T g 를가지는 PMMA core 인더가 8.95 kg f /2.5 cm로 PEA(6.85 kg f /2.5 cm), PSt(8.2 kg f /2.5 cm), PBA(6.3 kg f /2.5 cm) core 바인더에비해높은인장강도를나타내었고, 신장율측정에서는가장낮은 T g 를가지는 PBA core 바인더가 123.% 의신장율로 PMMA (7.1%), PEA(18.%), PSt(75.%) 에비해높은신장율을나타내었다. Figure 11은 Figure 1에서살펴보았던 PMMA core 바인더에 shell 단량체로 EA 와 2-HEMA 를 shell 중합후인장강도와신율을측정한것이다. Figure 11 의결과를살펴보면 PMMA core 바인더의경우 8.95 kg f /2.5 cm의인장강도와 7.1% 의신장율을나타내었으나 PMMA/PEA core shell 바인더는 -22 의낮은 T g 를가지는 EA 단량체의 shell 중합으로인에인장강도는 8.36 kg f /2.5 cm로감소되고신장율은 84.% 로증가한것을볼수있 Elongation(%) Elongation(%) Treatment binder 다. 그리고수산기 (OH) 를가진관능성단량체인 2-HEMA 를사용한 PMMA/PEA/2-HEMA core shell 바인더의경우입자간수소결합으로인해 8. kg f /2.5 cm의인장강도와 76.% 의신장율로 PMMA/PEA core shell 바인더에비해인장강도는증가하고신장율은감소하는결과를나타내었다. 이같은결과는 Table 6에나타낸 PEA, PBA 및 PSt core 바인더를사용한 core shell 바인더에서동일하게나타났으며 core 및 shell 단량체를적절하게선정할경우기계적물성을조절할수있음을확인하였다. 결 Drying temperature Tensile strength (kg f /2.5 cm) Core shell 바인더의제조와물리적특성을연구하기위하여 core 와 shell 물질로각각 MMA, BA, EA, St과관능성단량체로 2- HEMA 를사용하여개시제의종류및농도, 유화제의함량을변화시켜중합후부직포에적용하여기계적물성을평가하여다음과같은결론을얻었다. 1) Core shell 바인더중합시단량체의조성에관계없이개시제는 1. wt%/ 단량체의농도를가진 APS, 중합온도 85 에서.4 wt%/ 단량체의유화제를사용하고 core 와 shell 단량체의비율을 3:7 론 Elongation (%) None Treatment 3.67 PMMA 8.95 7.1 PMMA/PEA 8.36 84.8 PMMA/PEA2H 8. 76.2 PMMA/PBA 7.45 15. PMMA/PBA2H 8.15.8 PMMA/PSt 8.63 72.2 PMMA/PSt2H 9.63 64.2 PEA 6.85 18.2 PEA/PMMA 8.95 75. PEA/PMMA2H 9.98 69.7 PEA/PBA 6.44. PEA/PBA2H 7.17 112.6 PEA/PSt 8.1. PEA/PSt2H 8.92 75.8 PBA 6.3 123 PBA/PMMA 7.7.46 PBA/PMMA2H 8.52 95.5 PBA/PEA 7.2 115.26 PBA/PEA2H 7.81 17.4 PBA/PSt 7.3 12.3 PBA/PSt2H 7.91 99.2 PSt 8.2 75. PSt/PMMA 9.25 7. PSt/PMMA2H 1.75 62.5 PSt/PEA 7.61 86.4 PSt/PEA2H 8.62 78.8 PSt/PBA 6.72 11.3 PSt/PBA2H 7.57 12.7 폴리머, 제 32 권제 5 호, 8 년
Organic/Organic Core Shell 바인더의중합과처리영향 477 으로설정했을때 98% 이상의높은전환율을나타내었다. 2) 평균입자경및입도분포측적에서 shell 중합으로인해평균입자경이증가하고입도분포가넓어지는것을확인할수있었다. 3) 수평균분자량측정에서 PMMA core 바인더의경우 393 로가장낮고, shell 단량체와관능성단량체가 shell 중합되어 PSt/ MMA/2-HEMA core shell 바인더가 266로가장높았다. 4) DSC 분석에서 core 및 shell 단량체를달리해중합했을때, 일반공중합체와는달리 2개의유리전이곡선을나타내어 core shell 바인더가중합되었음을확인하였다. 5) 필름형성정도확인에서 PMMA core 의경우 MMA 의높은 T g 로인해필름형성이되지않았으나, BA 를 shell 단량체로중합한 PMMA/PBA core shell 바인더의경우 BA 의낮은 T g (-55 ) 로인해 25 에서건조했을때입자간충분한융착이이루어져투명한필름을얻을수있었다. 6) 인장강도및신장율측정에서 shell 단량체의특성에따라인장강도및신장율이변화된값을나타내었다. 특히관능성단량체인 2-HEMA를사용한 PSt/PMMA/2-HEMA core shell 바인더의경우 1.75 kg f /2.5 cm 로가장높은값을나타내었고, 신장율측정에는 PEA/PBA core shell 바인더가.% 로가장높은값을나타내었다. 참고문헌 1. K. CHO, Polymer, 39, 14 (1998). 2. T. O. Ahn, T. W. Hwang, and J. Y. Jho, Polymer, 21, 29 (1997). 3. K. C. Lee, Polymer, 21, 384 (1997). 4. F. Vazquez, Polym. Int., 41, 1 (1996). 5. R. Patsiga, M. Litt, and V. Stannett, J. Phys. Chem., 64, 1 (19). 6. L. J. Hughes and G. L. Brown, J. Appl. Polym. Sci., 5, 5 (1961). 7. L. W. Morgan, J. Appl. Polym. Sci., 27, 33 (1982). 8. T. Matsumoto, M. Okubo, and T. Imai, Kobunshi Robunshu, 31, 576 (1974). 9. T. Matsumoto, M. Okubo, and T. Imai, Kobunshi Robunshu, 33, 575 (1976). 1. M. Okubo, Y. Katsuta, and T. Matsumoto, Kobunshi Robunshu, 36, 459 (1979). 11. S. R. Lee and S. D. Seul, Korean J. Chem. Eng., 19, 318 (2). 감사의글 : 본연구는동아대학교학술연구비지원에의해서진행되었으므로이에감사드립니다. Polymer(Korea), Vol. 32, No. 5, 8