Polystyrene/Na-MMT nanocomposites were prepared via emulsion polymerization. Without organically modified clay, the exfoliated nanocomposites were obtained up to 3 wt % of clay using a reactive surfactant, 2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid (AMPS), which made the polymer end-tethered on pristine Na-MMT. After the first stage polymerization was completed, dodecylbenzenesulfonic acid sodium salt (DBS-Na) was added as a particle stabilizer to obtain high conversion and exfoliate the silicate layers. The feed rate of monomers also had an effect on polymerization, and it was a key to control total monomer concentration and maintain a certain polymerization rate inside the clay. As the amount of AMPS increased, it was easy to enlarge and exfoliate the clay layers. The clay dispersion was confirmed by both X-ray diffraction and transmission electron microscopy. The synthesized nanocomposites showed the higher decomposition temperature and the higher storage modulus (E´) than pure polystyrene.
In order to increase the exfoliated clay content, we synthesized the core-shell structured poly(methyl methacrylate-co-styrene)/silicate nanocomposites in which the exfoliated pristine Na-MMT silicates were well dispersed. The morphology and the mechanical properties of the P(MMA-co-ST)/silicate nanocomposites with PMMA core and PS shell, weight fraction of PMMA/PS=1/1 were studied.
최근 고분자/층상 실리케이트 나노복합체가 순수한 고분자나 통상적인 복합체에 비해 적은 양의 실리케이트를 사용하여 높은 기계적 물성, 열적 특성, 막 특성 등을 보임으로 해서 많은 관심을 끌고 있다. 이는 실리케이트가 고분자 매트릭스에 잘 분산됨으로 해서 나타나는 특성들이고 따라서 많은 연구가 박리형 나노복합체를 얻기 위해 행해져왔다. 하지만 폴리스티렌의 경우 소수성이 강하기 때문에 친수성을 갖는 실리케이트와 친화성이 적어 나노복합체를 만들기가 쉽지 않았다. 그 동안의 연구는 주로 유기 변성시킨 실리케이트를 사용하여 나노복합체를 제조하였으나 독성의 우려, 높은 비용 등의 단점을 보이고 있다.
본 연구에서는 유기 변성시키지 않은 순수한 몬모릴로나이트를 사용하여 유화 중합법으로 폴리스티렌/Na-MMT 나노복합체를 제조하였다. 반응형 유화제인 2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid (AMPS)를 사용하였고, 그 결과 실리케이트의 함량이 3 wt %까지 박리된 형태의 나노복합체를 얻을 수 있었다. 반응 제 일 단계가 끝난 후 dodecylbenzenesulfonic acid sodium salt (DBS-Na)를 첨가하면 입자를 안정화시키고 물층에 존재하는 단량체들이나 올리고머 형태의 라디칼들을 성장하고 있는 입자 안으로 끌어들여서 고분자로의 높은 전환율을 얻을 수 있었고, 그로 인하여 실리케이트의 층간 간격을 넓히고 나아가 박리시킬 수 있었다. DBS-Na의 첨가와 더불어 AMPS의 양과 단량체의 주입 속도 또한 실리케이트의 박리 정도에 영향을 주었다. 실리케이트를 박리시키기 위해서는 단량체의 주입 속도를 조절하여 전체 단량체의 농도를 조절하고, 실리케이트 내부에서 어느 정도 이상의 중합 속도를 유지하는 것이 필요하고, AMPS의 양이 많아짐에 따라 실리케이트의 층간 간격을 넓히고 박리시키기가 더 쉬웠다. 실리케이트의 박리는 X-ray diffraction과 투과 전자현미경 (TEM)을 이용하여 확인하였다. 합성된 나노복합체의 경우 순수한 고분자보다 더 높은 온도에서 분해되었고, Na-MMT의 함량이 증가함에 따라 분해 온도가 더 높은 쪽으로 이동하였다. 또한 나노복합체가 순수한 고분자에 비해 100% 정도 증가된 저장 모듈러스를 보였다.
박리되는 실리케이트의 함량을 높이기 위해 poly(methyl methacrylate-co-styrene)/실리케이트 나노복합체를 합성하였고, 실리케이트의 함량이 5 wt %까지 박리된 형태의 나노복합체를 얻었다. 합성된 나노복합체의 PMMA core-PS shell구조를 갖는 모폴로지와 기계적 물성이 연구되었다.
