KR100824133B1 - 유기화제가 제거된 박리형 클레이 나노 미립자-고분자복합재료의 제조방법 - Google Patents

유기화제가 제거된 박리형 클레이 나노 미립자-고분자복합재료의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유기화제가 제거된 박리형 클레이 나노 미립자-고분자 복합재료의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 유기화제가 제거된 박리형 클레이 나노 미립자-고분자 복합재료의 제조방법은, (S1) 유기화제가 이온결합되어 유기화된 층상 클레이 나노 미립자들을 산성 용매에 분산시키고 고분자를 용해시키는 제1 단계; (S2) 상기 제1 단계의 결과물을, 상기 고분자가 용해되지는 않으나 상기 유기화된 층상 클레이 나노 미립자들로부터 분리된 유기화제는 용해되는 고분자 비용매에 첨가하는 제2 단계; 및 (S3) 상기 제2 단계의 결과물로부터 유기화제가 제거된 박리형 클레이 나노 미립자-고분자 복합재료를 분리하는 제3 단계를 포함한다. 본 발명의 제조방법에 따르면, 복합재료의 여러가지 성질을 저하시킬 수 있는 유기화제를 복합재료에 분산된 박리형 클레이 나노 미립자들로부터 제거함으로서, 박리형 클레이 나노 미립자 첨가에 따른 복합재료의 성질 향상의 효과를 최대화할 수 있다.

Description

유기화제가 제거된 박리형 클레이 나노 미립자-고분자 복합재료의 제조방법{A MANUFACTURING METHOD OF ORGANIC MODIFIER-FREE EXFOLIATED NANO CLAY-POLYMER COMPOSITE}
도 1은 본 발명의 실시예 및 비교예의 제조방법에 따라 얻은 복합재료의 x-선 회절 그래프이고,
도 2는 본 발명의 실시예 1의 제조방법에 따라 얻은 복합재료의 투과전자현미경 사진이다.
본 발명은 박리형 클레이 나노 미립자가 균일하게 분산된 고분자 복합재료의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유기화제가 제거된 박리형 클레이 나노 미립자-고분자 복합재료의 제조방법에 관한 것이다.
고분자 나노복합재료는 통상적인 복합재료와는 달리, 나노미터의 간격을 가지며 판상형으로 겹쳐져 있는 층상 클레이 나노 미립자, 이른바 층상 실리케이트 무기물을 고분자에 도입하여 고분자 물성을 향상시키는 기술이다. 또한, 기존의 복합재료는 물성 향상을 위해 수십 퍼센트 중량비의 무기 첨가제를 함유하고 있으나, 나노복합재료 제조 기술을 이용하면 그 양을 5%이하로 감소시킬 수 있으며 물성 또한 기존 복합재료의 동등 수준 이상으로 향상시킬 수 있는 장점을 갖고 있다.
통상적으로 고분자 나노복합재료에 사용되는 클레이 나노 미립자는 넓은 표면적(약750㎡/g)과 50 이상의 큰 종횡비(aspect ratio)를 가지는 층상 실리케이트로서 한 층의 두께가 약 1㎚ 내외인 특성을 가지고 있다. 이러한 층상 실리케이트의 한 층 한 층이 분리되어 클레이 나노 미립자 층간에 작용하는 상호 인력이 없어지고, 고분자 매트릭스(matrix) 내에 균일하게 분산되어 있을 때를 완전 박리(exfoliation) 되었다고 하는데, 이로 인해 고분자 나노복합재료는 전반적인 물성, 즉 기계적 물성, 내열성, 기체 차단 특성 등이 향상되는 장점을 얻으면서 기존 복합재료에 비해 경량화 효과를 얻을 수 있다. 이와 같은 장점으로 인하여, 클레이 나노 미립자가 고분자에 분산된 '클레이 나노 미립자-고분자 복합재료'는 기체 및 액체의 투과 억제능, 방염성, 내마모성, 고온 안정성 등을 높인 기능성 수지, 각종 코팅제 등의 다양한 용도로 개발되고 있다.
예를 들어, 일본의 토요타 중앙 연구 개발(Toyota CRDL) 그룹은 이러한 장점을 이용하여 나일론 나노복합재료를 개발하였고, 이를 바탕으로 많은 연구 그룹들이 개발을 진행하여 나일론-6 나노복합재료를 이용한 타이밍 벨트 커버(Timing-belt cover) 제품과 자동차 연료 라인(fuel line)에 적용되는 차단층 등에 적용하고 있다. 또한, TPO 나노복합재료를 소재로 하여, 미국 제네랄 모터스(GM), 바젤(Basell), 써던클레이프로덕트(Southern Clay Products)사의 자동차 스텝 어시스트(Step assist), 사이드 몰딩(Side molding)에 적용하고 있으며, 산소 차단성을 높인 다층 PET병(Multilayer PET bottle)의 중간층의 차단물질로 미국 하니웰(Honeywell)사의 나일론 나노복합재료가 적용되는 등 고분자 나노복합재료의 상업화 제품이 지속적으로 개발되고 있다.
클레이 나노 미립자를 첨가하여 고분자 나노복합재료를 제조할 때의 문제점은 매트릭스인 고분자에 클레이 나노 미립자가 잘 분산이 되지 않는다는 점이다. 즉, 고분자 나노복합재료의 충진재로 사용되는 클레이 나노 미립자(층상 실리케이트)는 근본적으로 친수성이므로, 일반적으로 소수성인 고분자와 잘 혼련되지 않아 분산성이 떨어지며, 이에 따라 얻고자 하는 개선된 물성치에 도달하기 어렵다. 그러므로, 층상 실리케이트에 소수성을 부여하기 위하여 양이온성의 머리와 소수성의 꼬리로 이루어진 유기화제를 층상 실리케이트 층간에 치환하여 이온결합시키는 방법이 필수적으로 채택되었다. 예를 들어, 유기 암모늄기를 가진 유기화제가 클레이 나노 미립자의 층간에 도입되면, 구조의 특성상 한 쪽 끝은 클레이 층간의 Na+ 이온 같은 양이온과 상호 교환되어 클레이 층에 결합하게 되고, 다른 한 쪽 끝은 고분자와 반응이 가능하거나 상용성이 있는 소수성 특성을 띠게 된다. 또한, 유기화제의 구조에 따라 클레이 층간이 확대되는 효과를 얻게 됨으로서, 중합이나 컴파운딩 과정에서 고분자 사슬의 삽입(intercalation) 능력을 더욱 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있게 된다.
유기화된 클레이 나노 미립자의 제조방법을 보다 상세히 예시하면, 우선 클레이 나노 미립자를 과량의 탈이온수에 분산시키고, 클레이 층간에 도입할 유기화제는 클레이의 양이온 교환능(Cationic Exchange Capacity, CEC)을 고려하여 HCl 등으로 처리하여 염(salt)의 형태로 유기화제 수용액을 제조한다. 클레이 나노 미립자 분산액을 교반하면서 유기화제 수용액을 서서히 첨가하면, 클레이 내부의 Na+ 이온 등의 양이온과 유기화제의 교환반응이 발생하여 클레이 층간에 유기화제가 삽입되어 들어가 유기화된 클레이 나노 미립자로 변화된다.
이와 같이 제조한 유기화된 클레이 나노 미립자는 다양한 고분자, 예를 들어 폴리에스테르에 분산시켜 나노복합재료(미국특허 제6,071,988호, 제6,084,019호 등 참조)를 제조한다. 나노복합재료의 제조방법에 따라, 유기화된 클레이 나노 미립자는 고분자가 클레이 나노 미립자의 층간에 삽입된 삽입형 나노복합재료의 형태로 이용되거나, 층상의 클레이 나노 미립자의 층간이 완전히 박리된 박리형 나노복합재료의 형태로 이용된다. 통상적으로, 박리형 나노복합재료가 삽입형보다 우수한 성질을 갖게 됨은 물론이다.
그런데, 전술한 목적으로 클레이 나노 미립자에 이온결합된 유기화제는 나노복합재료의 성질에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있다. 특히, 나노복합재료를 최종 사용용도에 따라 고온으로 용융가공하는 경우, 유기화제의 열분해에 따라 제품의 색상이 변화되며, 나노복합재료의 물리적, 기계적, 광학적 특성 등을 저하시키기도 한다. 이에 따라, 클레이 나노 미립자 첨가에 따른 나노복합재료의 성질이 기대에 미치지 못하게 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전술한 문제점을 해결하여, 박리형 클레이 나노 미립자 첨가에 따른 복합재료의 성질 향상의 효과를 최대화할 수 있도 록 유기화제가 제거된 박리형 클레이 나노 미립자-고분자 복합재료의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 유기화제가 제거된 박리형 클레이 나노 미립자-고분자 복합재료의 제조방법은, (S1) 유기화제가 이온결합되어 유기화된 층상 클레이 나노 미립자들을 산성 용매에 분산시키고 고분자를 용해시키는 제1 단계; (S2) 상기 제1 단계의 결과물을, 상기 고분자가 용해되지는 않으나 상기 유기화된 층상 클레이 나노 미립자들로부터 분리된 유기화제는 용해되는 고분자 비용매에 첨가하는 제2 단계; 및 (S3) 상기 제2 단계의 결과물로부터 유기화제가 제거된 박리형 클레이 나노 미립자-고분자 복합재료를 분리하는 제3 단계를 포함한다. 본 발명의 제조방법에 따르면, 복합재료의 여러가지 성질을 저하시킬 수 있는 유기화제를 복합재료에 분산된 박리형 클레이 나노 미립자들로부터 제거함으로서, 박리형 클레이 나노 미립자 첨가에 따른 복합재료의 성질 향상의 효과를 최대화할 수 있다.
본 발명의 유기화제가 제거된 박리형 클레이 나노 미립자-고분자 복합재료의 제조방법에 있어서, 상기 제1 단계는, 상기 유기화제가 이온결합되어 유기화된 층상 클레이 나노 미립자들을 클로로포름, 에틸 에테르, 아세톤, 메틸 이소부틸케톤, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 테트라하이드로퓨란, 메틸에틸케톤, 노말헥산, 노말펜탄, 노말옥탄 및 프로판올로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 용매에 분산시켜 유기화된 층상 클레이 나노 미립자 분산액을 제조한 다음, 상기 유기화된 층상 클레이 나노 미립자 분산액에 산성 용매와 고분자를 투입하여 고분자를 용해시키는 단계로 이루어진 것이 바람직하다.
본 발명의 유기화제가 제거된 박리형 클레이 나노 미립자-고분자 복합재료의 제조방법에 있어서, 산성 용매는 유기화제가 이온결합되어 유기화된 층상 클레이 나노 미립자들로부터 유기화제를 분리시킬 수 있면서도 고분자를 용해시킬 수 있는 용매인데, 예를 들어 아세틱산, 포스포릭산, 황산, 트리플로로아세틱산 등을 각각 단독으로 또는 이들을 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 유기화제가 제거된 박리형 클레이 나노 미립자-고분자 복합재료의 제조방법에 있어서, 상기 고분자 비용매는, 메탄올, 에탄올, 물 등을 각각 단독으로 또는 이들을 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 유기화제가 제거된 박리형 클레이 나노 미립자-고분자 복합재료의 제조방법은 다음과 같다.
먼저, 유기화제가 이온결합되어 유기화된 층상 클레이 나노 미립자들을 산성 용매에 분산시키고 고분자를 용해시킨다(제1 단계). 산성 용매는 유기화제가 이온결합되어 유기화된 층상 클레이 나노 미립자들로부터 유기화제를 분리시킬 수 있면 서도 고분자를 용해시킬 수 있는 용매인데, 예를 들어 아세틱산, 포스포릭산, 황산, 트리플로로아세틱산 등을 각각 단독으로 또는 이들을 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 산성 용매에 의해 용해된 고분자는 층상 클레이 나노 미립자 내로 삽입된다. 또한, 산성용매에 의해 제공된 수소이온은 층상 클레이 나노 미립자에 이온결합된 유기화제와 이온교환하므로서, 유기화제를 층상 클레이 나노 미립자로부터 분리시킨다. 즉, 제1 단계가 완결됨에 따라, 층상 클레이 나노 미립자들에 이온결합되었던 유기화제는 용매 내로 분산되고, 층상 클레이 나노 미립자의 층간은 박리되어 고분자 체인 사이에 분산되게 된다.
전술한 제1 단계는 다음과 같이 두 단계로 나누어 진행하는 것이 바람직하다. 즉, 유기화제가 이온결합되어 유기화된 층상 클레이 나노 미립자들을 분산이 잘 되는 용매, 예를 들어 클로로포름, 에틸 에테르, 아세톤, 메틸 이소부틸케톤, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 테트라하이드로퓨란, 메틸에틸케톤, 노말헥산, 노말펜탄, 노말옥탄, 프로판올 등과 같은 용매에 분산시켜 유기화된 층상 클레이 나노 미립자가 분산된 분산액을 제조한다. 이어서, 유기화된 층상 클레이 나노 미립자 분산액에 산성 용매와 고분자를 투입하여 고분자를 용해시키므로서, 전술한 유기화제의 분리 및 층상 클레이 나노 미립자의 박리를 진행시킨다.
본 발명의 유기화제가 제거된 박리형 클레이 나노 미립자-고분자 복합재료의 제조방법에 있어서, 유기화제로는 층상 클레이 나노 미립자의 고분자에 대한 분산성을 향상시키기 위해 사용되는 통상적인 유기화제는 모두 사용이 가능한데, 예를 들어 폴리옥시프로필렌 메틸 다이에틸암모늄과 같은 유기 암모늄기를 가진 유기화 제를 들 수 있다. 또한, 고분자로는 특별히 한정되는 것은 아니나, 용융가공과 같은 고온 가공이 필요하여 유기화제의 열분해에 의해 복합재료의 성질이 변화될 수 있는 고분자, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트와 같은 고융점 열가소성 수지를 들 수 있다. 또한, 유기화된 클레이 나노 미립자로는 통상적으로 박리형 클레이 나노 미립자-고분자 복합재료에 사용되는 유기화된 클레이 나노 미립자라면 모두 사용이 가능한데, 예를 들어, 나트륨 몬모릴로나이트, 칼슘 몬모릴로나이트, 헥토라이트와 같은 클레이의 유기화된 스멕타이트 층상 클레이 나노 미립자, 마이카와 같은 클레이의 유기화된 마이카 층상 클레이 나노 미립자를 각각 단독으로 또는 이들을 혼합하여 사용할 수 있다.
이어서, 제1 단계에서 얻은 결과물을, 상기 고분자가 용해되지는 않으나 상기 유기화된 층상 클레이 나노 미립자들로부터 분리된 유기화제는 용해되는 고분자 비용매에 첨가한다(제2 단계).
제1 단계의 결과물을 전술한 특성을 갖는 고분자 비용매에 첨가하면, 유기화제가 제거된 박리형 클레이 나노 미립자-고분자 복합재료가 침전물로 석출되며 유기화된 층상 클레이 나노 미립자들로부터 분리된 유기화제는 고분자 비용매에 용해된 상태로 남게 된다. 이러한 고분자 비용매로는 비제한적으로 메탄올, 에탄올, 물 등을 들 수 있으며, 이들을 각각 단독으로 또는 이들을 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
마지막으로, 제2 단계의 결과물로부터 유기화제가 제거된 박리형 클레이 나노 미립자-고분자 복합재료를 분리한다(제3 단계). 즉, 유기화제가 제거된 박리형 클레이 나노 미립자-고분자 복합재료가 침전물을 수세 등의 방법으로 분리된 유기화제가 용해된 고분자 비용매로부터 분리한 후 건조하면, 본 발명이 목적하는 유기화제가 제거된 박리형 클레이 나노 미립자-고분자 복합재료를 얻을 수 있다.
전술한 방법으로 얻은 유기화제가 제거된 박리형 클레이 나노 미립자-고분자 복합재료는 그대로, 또는 베이스 고분자를 더 첨가한 후 용융가공하는 방법을 통해, 유기화제가 제거된 박리형 클레이 나노 미립자-고분자 복합재료로 된 다양한 제품을 제조할 수 있다. 이러한 제품은 각종 섬유제품, 필름, 각종 패널이나 필름의 코팅막, 타이어 코드 등, 박리형 클레이 나노 미립자-고분자 복합재료가 사용될 수 있는 공지의 모든 분야에 유용하게 이용될 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예 들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 의해 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
<비교예 1>
통상적으로 사용되는 폴리옥시프로필렌 메틸 다이에틸암모늄으로 유기화된 스멕타이트 클레이 나노 미립자를 준비하였다.
<비교예 2>
폴리옥시프로필렌 메틸 다이에틸암모늄으로 유기화된 스멕타이트 클레이 나 노 미립자를 폴리에틸렌테레프탈레이트에 대해 8.0중량%의 함량으로 아세톤 140g에 분산시킨 후, 폴리에틸렌테레프탈레이트 10g과 아세틱산 60g을 넣고 1시간 정도 교반시켰다. 이렇게 제조한 결과물을 상온에서 24시간 건조하여 나노복합재료를 제조하였다.
<비교예 3>
폴리옥시프로필렌 메틸 다이에틸암모늄으로 유기화된 마이카 클레이 나노 미립자를 폴리에틸렌테레프탈레이트에 대해 8.0중량%의 함량으로 아세톤 140g에 용해 시킨 후, 폴리에틸렌테레프탈레이트 10g과 아세틱산 60g을 넣고 1시간 정도 교반시켰다. 이렇게 제조한 결과물을 상온에서 24시간 이상 건조하여 나노복합재료를 제조하였다.
<실시예 1>
폴리옥시프로필렌 메틸 다이에틸암모늄으로 유기화된 스멕타이트 클레이 나노 미립자를 폴리에틸렌테레프탈레이트에 대해 8.0중량%의 함량으로 아세톤 140g에 분산시킨 후, 폴리에틸렌테레프탈레이트 10g과 아세틱산 60g을 넣고 1시간 정도 교반시켰다. 이어서, 이 결과물을 에탄올 2000ml에 적하시키고 12시간 이상 교반 시킨 후 침전물을 걸러 수세한 다음, 상온에서 24시간 이상 진공건조하여 나노복합재료를 제조하였다.
<실시예 2>
폴리옥시프로필렌 메틸 다이에틸암모늄으로 유기화된 마이카 클레이 나노 미립자를 폴리에틸렌테레프탈레이트에 대해 8.0중량%의 함량으로 아세톤 140g에 용해 시킨 후, 폴리에틸렌테레프탈레이트 10g과 아세틱산 60g을 넣고 1시간 정도 교반시켰다. 이어서, 이 결과물을 에탄올 2000ml에 적하시키고 12시간 이상 교반 시킨 후 침전물을 걸러 수세한 다음, 상온에서 24시간 이상 진공건조하여 나노복합재료를 제조하였다.
<대조예 1>
폴리에틸렌테레프탈레이트에 대해 비교예 1의 유기화된 스멕타이트 클레이 나노 미립자가 2.5중량%가 되도록 첨가하고, 이축 압출기를 이용 270℃, 80rpm에서 용융 혼합하여 고분자 나노복합재료를 제조하였다. 상기의 방법으로 제조된 나노복합재료를 이용하여 필름을 제조하였다.
<대조예 2>
비교예 1의 유기화된 스멕타이트 클레이 나노 미립자 대신 비교예 2에서 제조한 나노복합재료를 사용하고, 폴리에틸렌테레프탈레이트를 첨가하여 클레이 나노 미립자의 폴리에틸렌테레프탈레이트에 대한 함량을 동일하게 조절한 것을 제외하고는 대조예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
<대조예 3>
비교예 1의 유기화된 스멕타이트 클레이 나노 미립자 대신 비교예 3에서 제조한 나노복합재료를 사용하고, 폴리에틸렌테레프탈레이트를 첨가하여 클레이 나노 미립자의 폴리에틸렌테레프탈레이트에 대한 함량을 동일하게 조절한 것을 제외하고는 대조예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
<제조예 1>
비교예 1의 유기화된 스멕타이트 클레이 나노 미립자 대신 실시예 1에서 제조한 나노복합재료를 사용하고, 폴리에틸렌테레프탈레이트를 첨가하여 클레이 나노 미립자의 폴리에틸렌테레프탈레이트에 대한 함량을 동일하게 조절한 것을 제외하고는 대조예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
<제조예 2>
비교예 1의 유기화된 스멕타이트 클레이 나노 미립자 대신 실시예 2에서 제조한 나노복합재료를 사용하고, 폴리에틸렌테레프탈레이트를 첨가하여 클레이 나노 미립자의 폴리에틸렌테레프탈레이트에 대한 함량을 동일하게 조절한 것을 제외하고는 대조예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
도 1의 a는 비교예 1의 유기화된 스멕타이트 클레이 나노 미립자에 대한 x-선 회절 그래프이고, 도 1의 b는 비교예 2의 나노복합재료에 대한 x-선 회절 그래프이고, 도 1의 c는 실시예 1의 나노복합재료에 대한 x-선 회절 그래프이고, 도 1의 d는 대조예 2의 시료에 대한 x-선 회절 그래프이고, 도 1의 e는 제조예 1의 시료에 대한 x-선 회절 그래프이다. 고분자 체인이 클레이의 층상 사이로 삽입되어 클레이의 층간이 박리되면 X-선 회절 피크가 사라지게 되는데, 유기화된 스멕타이트 클레이 나노 미립자에 대한 x-선 회절 그래프(a)와는 달리 b~e의 나노복합재료에 대해서는 회절 피크의 사라짐을 관찰할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 제1단계를 거쳐 제조한 나노복합재료들의 클레이 나노 미립자들은 층간이 박리 되었음을 알 수 있다. 한편, 도 2는 실시예 1의 나노복합재료에 대한 투과전자현미경 사진으 로서, 흰 부분이 고분자이고 검은 부분이 박리된 클레이 나노 미립자를 나타낸다. 이로부터 각각 박리된 클레이 나노 미립자들이 폴리에틸렌테레프탈레이트 고분자 매트릭스에 잘 분산되었음을 알 수 있다.
상기 제조예 및 대조예에서 제조한 폴리에틸렌테레프탈레이트 나노복합재료에 대한 인장시험을 위하여, 미국 품질검사 관계규격(ASTM) D638에 의거하여 20mm/min의 속도로 측정하여 하기 표 1에 나타내었다. 표 1을 참조하면, 본 발명의 제조방법에 따라 얻은 나노복합재료를 이용한 제조예 1의 시료가 종래의 제조방법에 따라 얻은 나노복합재료를 이용한 대조예 1 또는 분리된 유기화제를 제거하지 않은 대조예 2 보다 우수한 기계적 성질을 가짐을 확인할 수 있다.
영(Young)의 모듈러스 (MPa) 파단 변형율 (%) 항복 응력 (MPa)
순수 PET 1020 280 34
대조예 2 1227 40 38
제조예 1 1830 200 47
대조예 1 1153 20 37
10 %의 중량손실이 있을 때의 온도 (oC)
순수 PET 423.2
대조예 2 429.3
제조예 1 431.5
대조예 1 426.3
한편, 표 2에서는 열중량 분석기를 이용하여 10%의 중량손실이 있을 때의 중량 감소 온도를 알아보았는데, 본 발명의 제조방법에 따라 얻은 나노복합재료를 이용한 제조예 1의 시료가 종래의 제조방법에 따라 얻은 나노복합재료를 이용한 대조예 1 또는 분리된 유기화제를 제거하지 않은 대조예 2 보다 우수한 열안정성을 보였다.
또한 상기의 실시예를 통해 제조한 폴리에틸렌 테레프탈레이트 나노복합재료의 변색정도를 알아보기 위해, 미국 품질검사 관계규격(ASTM) D1925와 E313에 의거하여 변색도를 측정하여 표 3에 나타내었다. 본 발명의 제조방법에 따라 얻은 나노복합재료를 이용한 제조예 1의 시료가 종래의 제조방법에 따라 얻은 나노복합재료를 이용한 대조예 1 또는 분리된 유기화제를 제거하지 않은 대조예 2 변색 없이 보다 우수한 투명성을 보임을 확인하였다.
미국 품질검사 관계규격(ASTM) 순수 PET 대조예 2 제조예 1
D1925을 이용하여 측정된 변색도 2.292 11.353 2.386
E313을 이용하여 측정된 변색도 1.214 8.572 1.352
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 제조방법에 따르면, 복합재료의 여러가지 성질을 저하시킬 수 있는 유기화제를 복합재료에 분산된 박리형 클레이 나노 미립자들로부터 제거할 수 있다. 이에 따라, 나노복합재료를 이용한 제품의 기계적 물성과 열 안정성 등이 향상되고, 변색이 잘 되지 않는 등 제품의 성능이 개선되는 효과를 나타낸다.

Claims (6)

  1. (S1) 유기화제가 이온결합되어 유기화된 층상 클레이 나노 미립자들을 산성 용매에 분산시키고 고분자를 용해시키는 제1 단계;
    (S2) 상기 제1 단계의 결과물을, 상기 고분자는 용해시키지 않으나 상기 유기화된 층상 클레이 나노 미립자들로부터 분리된 유기화제는 용해시키는 고분자 비용매에 첨가하는 제2 단계; 및
    (S3) 상기 제2 단계의 결과물로부터 유기화제가 제거된 박리형 클레이 나노 미립자-고분자 복합재료를 분리하는 제3 단계를 포함하는 유기화제가 제거된 박리형 클레이 나노 미립자-고분자 복합재료의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단계는, 상기 유기화제가 이온결합되어 유기화된 층상 클레이 나노 미립자들을 클로로포름, 에틸 에테르, 아세톤, 메틸 이소부틸케톤, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 테트라하이드로퓨란, 메틸에틸케톤, 노말헥산, 노말펜탄, 노말옥탄 및 프로판올로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 용매에 분산시켜 유기화된 층상 클레이 나노 미립자 분산액을 제조한 다음, 상기 유기화된 층상 클레이 나노 미립자 분산액에 산성 용매와 고분자를 투입하여 고분자를 용해시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기화제가 제거된 박리형 클레이 나노 미립자-고분자 복합재료의 제조방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 산성 용매는, 아세틱산, 포스포릭산, 황산 및 트리플로로아세틱산으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 용매인 것을 특징으로 하는 유기화제가 제거된 박리형 클레이 나노 미립자-고분자 복합재료의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 비용매는, 메탄올, 에탄올 및 물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 용매인 것을 특징으로 하는 유기화제가 제거된 박리형 클레이 나노 미립자-고분자 복합재료의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고분자는 폴리에틸렌테레프탈레이트인 것을 특징으로 하는 유기화제가 제거된 박리형 클레이 나노 미립자-고분자 복합재료의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유기화된 층상 클레이 나노 미립자들은 유기화된 스멕타이트 층상 클레이 나노 미립자, 유기화된 마이카 층상 클레이 나노 미립자 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기화제가 제거된 박리형 클레이 나노 미립자-고분자 복합재료의 제조방법.
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