Polyamide66(PA66) is a kind of important engineering plastic. Despite the fact that polyamide6 and polyamidel2/clay nanocomposites have been investigated, there were few studies on PA66/clay nanocomposites. Inspired by epoxide compound as the partially cross-linked agent of polyamide, we intended to prepare the co-intercalation clay which absorbs epoxide compound between the silicate layers.
In this thesis, a new type of organophilic montmorillonites, co-treated by by methyl tallow bis-2-hydroxyethyl quaternary ammonium and epoxy resin (which can form a strong interaction with polyamide66 matrix) were prepared and applied in the preparing PA66/Clay Nanocomposites(PA66CN) via melt compounding method. To study the effect of epoxy resin in PA66CN, three different types of organic clay were used; CL-30B-E00, CL30B-E12, and CL30B-E23. The effects of the organoclays on the properties of the nanocomposites such as the morphology, dynamic mechanical properties, crystal structure and crystallization behavior, glass transition temperature, thermal stability, and tensile properties were investigated and analyzed. In this nanocomposite system, most of the silicate layers were exfoliated to individual layers or some thin stacks containing a few layers. PA66CX-E00 and PA66CXE12 had nearly exfoliated structures in agreement with the SAXS results, while PA66CX-E23 revealed a mixture of intercalated and exfoliated structures. The elastic storage modulus(E) of PA66 nanocomposites was higher than the neat PA66 in the whole range of temperature tested. On the other hand, the magnitude of the loss tangent peak in a or R transition region was decreased gradually with an increase in the clay loading. Multiple melting behavior in PA66 was also observed. Glass transition temperature changed little with clay loading. Thermal stability was more or less decreased with an increasing inorganic content. Young's modulus and Tensile strength were enhanced by introducing organoclay. Among three types of nanocomposites prepared, PA66CX-E12 showed the highest improvement in various properties introduced above, while PA66CX-E23 showed lower properties rather than PA66CX-E00 without epoxy resin. In conclusion, there was the optimum amount of epoxy resin that could form the strong interaction with amide group of PA66.
몬모릴로나이트 속으로 알킬암모늄과 에폭시 단분자의 삽입을 통하여 새로운 유형의 유기화 점토를 제조하였으며, 폴리아마이드66/점토 나노복합재료에 도입하였다. 폴리아마이드66/점토 나노복합재료는 용융삽입법을 이용하여 제조하였으며, 폴리아마이드66 나노복합재료에 대한 에폭시 단분자의 효과를 살펴보기 위하여, 세가지 유형의 유기화 점토가 만들어졌다. 에폭시를 사용하지 않은 CL30B-E00, 12wt%의 에폭시를 사용한 CL30B-E12, 그리고 23wt%의 에폭시를 사용한 CL30B-E23이 그것이다. 대부분의 층상 실리케이트는 폴리아마이드66 매트릭스 내에서 잘 분산되어 있었지만, 23wt%의 에폭시를 사용해서 제조한 나노복합재료의 경우에는 부분적으로 삽입된 구조의 몰폴로지를 보였다. 이것은 Cloisite®30B의 양 말단기인 하이드록실 그룹과 에폭시의 에폭사이드 그룹이 강한 상호작용을 일으켜 폴리아마이드 분자의 삽입을 제한하기 때문이다. 따라서 에폭시 단분자는 폴리아마이드66의 아마이드 그룹과 경화반응을 일으킬 수 있는 활성점이 줄어들었고, 이는 유기화 점토의 분산성에 영향을 주었다. 이런 논리는 나노복합재료의 기계적 물성과 인장 물성의 결과에 의해 확인되었다. 23wt%의 에폭시를 사용하여 제조한 나노복합재료의 경우에 가장 낮은 물성을 보였고, 12wt%의 에폭시를 사용하여 제조한 나노복합재료의 경우에 가장 좋은 물성을 보였다. 즉, 폴리아마이드 매트릭스내에 층상실리케이트의 분산성을 극대화 하기 위한 에폭시의 질량비율이 분명히 존재한다. 유기화 점토는 불균일 핵제로 작용하여 α 결정구조 이외에 낮은 온도에서 γ 결정구조의 형성을 야기했다. 나노복합재료에서 점토 분자들은 낮은 점토비율에서 핵제로 작용하여 폴리아마이드66의 결정화 속도를 증가시켰다. 결과적으로 순수한 폴리아마이드66와 비교해 볼 때, 나노복합재료의 결정화 온도는 증가했다. 하지만, 높은 점토비율에서 결정화 속도는 감소하게 되었고, 이는 결정화도의 감소를 초래했다. 준결정 시스템에서, 이런 결정들은 물리적 가교점으로 작용하기 때문에 결정화도의 감소는 가교점의 수가 감소되었다는 것을 의미한다. 이번 연구에서 4wt%와 5wt%의 $T_g$ 가 2wt%의 $T_g$ 보다 약간 낮았는데, 이는 가교점의 수의 감소가 폴리아마이드 분자들의 움직임에 대한 층상실리케이트의 제한효과를 능가했기 때문이다. 나노복합재료의 열적안정성은 무기물의 함량이 높아짐에 따라 감소했다. 이러한 감소는 무기물의 함량이 높아짐에 따라 유기화제의 함량도 높아졌다는 사실에서 기인한다. 유기화제의 분해 시작 온도는 200℃ 에 불과한데 반해, 컴파운딩의 높은 온도 (265℃) 와 큰 혼합속도(100rpm)는 유기화제의 분해를 유발하게 된다. 이런 유기화제의 분해가 폴리아마이드의 열적안정성을 낮추는 것이다. 마지막으로, 12wt% 에폭시 단분자를 사용하여 제조된 폴리아마이드66 나노복합재료가 가장 향상된 영 탄성율과 인장강도를 보였다. 파괴점 신장율은 2wt%의 무기물 첨가에서도 급격히 감소하는 거동을 보였다. 이는 층상실리케이트의 딱딱한 성질과 큰 종횡비 때문이다.
