Grafted Acrylonitrile-Butadiene-Styrene copolymer/layered silicate nanocomposites were prepared via in-situ emulsion polymerization. Acrylonitrile and styrene monomer and polybutadiene latex copolymerize with double bonds started by radical initiator. Reactive amphiphile with vinyl group and cation exchangeable group was used to examine its role on the silicate dispersion.
Vinylbenzyldimethyldodecylammonium chloride (VDAC) was synthesized by direct reaction of vinylbenzylchloride with dimethyldodecylamine. The surfactant, DBS-Na, was used in this system. Prepared nanocomposites with 3 and 5 PHM of silicate loading were characterized by XRD, TGA and TEM. The exfoliated morphology of layered silicate was confirmed from the data. However, when we used DBS-Na as a surfactant, the emulsion showed very poor stability during polymerization. To obtain fine latex condition, another kind of surfactant, SDS, was employed and its suitable addition condition was investigated to make a stable emulsion.
The synthesized ABS/layered silicate nanocomposite using VDAC as an amphiphile and SDS as a surfactant were characterized by XRD, TGA, DMTA and TEM. From XRD patterns, the silicates are exfoliated in ABS matrix, because VDAC widens silicate layers and accelerates the insertion of monomers. In a point of storage modulus, the nanocomposite using VDAC with 7 PHM of clay shows up to 15.08% increment to neat copolymer with VDAC. Also, there is 32.17% increment of sample with VDAC compare to nanocomposite with the same content of clay without VDAC in storage modulus respectively. From TEM image of stained sample of ABS nanocomposites, some silicate layers are attached on the rubber latex surface due to the reactivity of reactive amphiphile. The synthesis of ABS/layered silicate nanocomposite using 3-(dimethylamino) propyl acrylate (DMPA) as an amphiphile was also performed and it had an intercalated morphology investigated. This result could be explained that smaller size of DMPA molecular did not help silicate layers widen enough in the polymer matrix.
본 연구에서는 in-situ 유화 중합법을 통하여 아크릴로나이트릴-부타디엔-스타이렌 공중합체/층상 실리케이트 나노복합체를 제조하였다. 비닐 기능기를 갖는 반응성 양쪽 친화성체를 이용하여 유기화 처리되지 않은 실리케이트로 박리된 나노복합체를 제조하는 목적 하에서 연구가 수행되었다. 아크릴로 나이트릴과 스타이렌 단량체와 고무입자의 이중 결합은 라디칼 개시제에 의하여 중합이 개시되고 공중합한다. 반응성 양쪽친화성체는 공중합에 참여하고 비닐기능기와 실리케이트와 양이온 교환 반응이 가능한 부분을 함께 가지고 있으므로 고분나 나노복합체 제조시 실리케이트의 분산성에 영향을 미친다.
반응성 양쪽친화성체인 VDAC라는 물질을 합성하여 사용하였고, DBS-Na와 SDS 두 종류의 유화제가 유화중합에 이용되었다. 첫번째로, 유화제 DBS-Na를 가지고 실리케이트의 함량이 3PHM(단량체 100에 대한 중량비)와 5PHM인 고분자 복합체를 합성하였고, XRD와 TGA 그리고 TEM 분석으로 박리된 모폴로지의 층상 실리케이트를 확인하였다. 그러나 유화제로서의 DBS-Na는 반응 중과 반응 후의 라텍스 입자의 안정성을 유지하는데 도움을 주지 못하였다. 따라서 이러한 문제점을 해결하고 입자의 분산 안정성을 유지하도록 유화제의 종류를 바꾸고 양을 달리하여 적정한 조건을 찾았다.
반응성 양쪽친화성체인 VDAC와 새롭게 적용된 유화제인 SDS를 사용한 ABS/점토 나노복합체는 적당한 크기의 고분자 입자를 형성하여 분산 안정성이 크게 향상되었다. 또한 이렇게 합성된 나노복합체의 특성분석을 XRD, TGA, DMTA, TEM 등을 통하여 수행하였다. VDAC가 실리케이트의 층간 거리를 넓혀주고 단량체의 투입을 가속시켜 XRD 패턴에서 실리케이트의 특성 피크가 사라진 것을 확인하였다. 실리케이트 5PHM와 VDAC를 사용하여 제조된 나노복합체의 저장 모듈러스는 실리케이트가 함유되지 않은 순수한 공중합체보다 32.17%가 증가한 값을 보였다. 염색된 ABS 나노복합체의 TEM 분석결과, 고무 입자 주변에 층상구조의 실리케이트가 부착되어있음을 확인하였고 이는 실리케이트에 치환된 양쪽친화성체의 비닐 기능기의 영향일 것이라고 짐작된다. 반면, 또 다른 종류의 반응성 양쪽친화성체인 DMPA는 VDAC에 비하여 소수성이 작은 구조를 가지고 있다. 이 물질로서 같은 실험을 진행한 결과 삽입형 나노복합체가 형성되었다. DMPA의 낮은 친수성과 작은 분자 크기가 초반 실리케이트의 층간 거리 확보에 도움일 주지 못하여 이러한 결과가 도출된 것으로 보인다.
