In this dissertation, we prepared two types of polymer/layered silicate nanocomposites via in-situ emulsion polymerization using reactive amphiphiles. The polymers selected for this study were ABS (acrylonitrile-butadiene-styrene) copolymer and PS (polystyrene). The effect of the hydrophobic chain length within reactive amphiphiles on the dispersion state of silicates through polymer matrix was mainly investigated. According to that, the morphology and thermal stability of the nanocomposites were also researched.
In chapter 2, Acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS)/layered silicate nanocomposites were synthesized by in-situ emulsion polymerization to investigate the role of reactive amphiphiles on the silicate dispersibility. Three reactive amphiphiles with different hydrophobic chain lengths were synthesized. When short hydrophobic chain reactive amphiphiles were used, the nanocomposites showed intercalated states of silicates. But for the long chain amphiphiles, the silicates were exfoliated in ABS copolymer matrix. And we verified that silicate layers were attached on the rubber particles by using SEM and TEM tools. The nanocomposite exfoliated by using a longer amphiphile produced a slightly larger amount of residue than those by short amphiphiles and its decomposition temperature was also higher. Therefore it could be concluded that reactive amphiphiles played an important role in the dispersibility of silicate and the thermal property of ABS/layered silicate nanocomposite.
In chapter 3, ABS/layered silicate nanocomposites were prepared through in-situ emulsion polymerization using three types of reactive amphiphiles. ABS/layered silicate nanocomposites obtained by using AMPS and DC14 as reactive amphiphiles showed exfoliated states of silicates. In the case of ABS/layered silicate nanocomposites made with MPTA and DC3, on the other hand, we confirmed that the silicates were intercalated in ABS matrix. And SDS made the emulsion more stable than DBS-Na as a surfactant.
In chapter 4, we prepared PS/layered silicate nanocomposites via in-situ emulsion polymerization with reactive amphiphiles having different hydrophilic chain lengths, and studied their morphologies thermal properties. Without organically modified clay, intercalated and exfoliated nanocomposites were obtained by using reactive amphiphiles which made the polymer developed on the silicate surface. When reactive amphiphiles with short hydrophobic chain were used, PS/layered silicate nanocomposites showed intercalated states of silicates. But in the case of nanocomposites with longer ones, the silicates were exfoliated in PS matrix. From SEM, during the synthesis of PS/layered silicate nanocomposites, we checked that free PS was formed and at once some styrene monomers are polymerized on the silicate surface to form PS/layered silicate nanocomposite. And the delaminated nanocomposites showed larger particle diameters in emulsion state and higher decomposition temperature than pure polystyrene and intercalated nanocomposites.
본 연구에서는 반응성 양쪽친화성체를 이용하여 in-situ 유화중합법을 통해 두 종류의 고분자/층상 실리케이트 나노복합체를 제조하였다. 이때 선택되어진 고분자는 아크릴로나이트릴-부타디엔-스타이렌(ABS) 공중합체와 폴리 스타이렌이었다. 반응성 양쪽친화성체 내의 소수성을 갖는 사슬의 길이가 고분자 내에서 실리케이트의 분산성에 미치는 영향을 주로 연구하였다. 또한 이에 따른 나노복합체의 모폴로지와 열적 안정성에 대한 연구도 진행되었다.
제 2장에서는 반응성 양쪽친화성체가 실리케이트의 분산성에 미치는 영향을 연구하기 위하여 in-situ 유화중합법을 이용하여 ABS/층상 실리케이트 나노복합체를 제조하였다. 이를 위해 소수성의 사슬 길이가 다른 세 종류의 반응성 양쪽친화성체를 합성하였다. 사슬 길이가 짧은 반응성 양쪽친화성체를 사용하였을 경우에는 삽입형의 나노복합체가 얻어졌지만, 긴 사슬의 양쪽 친화성체를 사용하였을 때는 박리형의 나노복합체가 형성되었다. 그리고 SEM과 TEM 실험을 통하여 실리케이트가 고무 입자의 표면에 부착되어 있는 것을 확인하였다. 긴 사슬의 양쪽친화성체를 이용하여 얻는 박리형의 나노복합체는 짧은 양쪽친화성체를 이용하여 제조된 나노복합체에 비해 다소 많은 양의 잔류물이 형성되고 분해온도가 높아 지는 것을 TGA 실험을 통하여 확인하였다. 이를 토대로 반응성 양쪽친화성체가 ABS/층상 실리케이트 나노복합체의 열적 특성과 실리케이트의 분산성에 중요한 역할을 하고 있음을 알 수 있었다.
제 3장에서는 세 종류의 반응성 양쪽친화성체를 이용하여 ABS/층상 실리케이트 나노복합체를 제조하였고, AMPS와 DC14의 반응성 양쪽친화성체를 사용할 경우는 박리형의 나노복합체가 형성되었다. 반면에 MPTA와 DC3의 반응성 양쪽친화성체를 사용하였을 때는 삽입형의 나노복합체가 만들어졌다. 또한 유화제로는 SDS가 DBS-Na보다 에멀젼의 분산 안정성에 좋은 효과를 보였다.
제 4장에서는 소수성의 사슬길이가 다른 반응형 양쪽친화성체를 사용하여 폴리스타이렌/층상 실리케이트 나노복합체를 in-situ 유화중합을 통해 제조하였으며, 제조된 나노복합체의 모폴로지와 열적 특성을 연구하였다. 실리케이트를 유기화시키지 않고도, 반응형 양쪽친화성체를 사용하여 실리케이트 표면에서 고분자 사슬이 형성되는 삽입형과 박리형의 나노복합체를 얻을 수 있었다. 긴 사슬의 양쪽친화성체를 사용하였을 경우에는 폴리스타이렌 매트릭스 상에 실리케이트가 박리되어 있는 것을 확인하였고, 짧은 사슬의 양쪽친화성체를 사용하였을 경우에는 삽입형의 나노복합체가 형성되었다. 폴리스타이렌/층상 실리케이트 나노복합체의 중합 시에, 순수한 폴리스타이렌이 합성되는 것과 동시에 실리케이트 표면에서도 폴리스타이렌이 합성되어 나노복합체가 형성되는 것을 SEM을 통하여 확인하였다. 또한 박리형의 나노복합체는 순수한 폴리스타이렌과 삽입형의 나노복합체에 비해 에멀젼 입자가 크고 높은 분해 온도를 보였다.
