This thesis deals with synthesis and characterization of hyperbranched polymer particles. We attempted the synthesis of various hyperbranched polymer particles via SNAr reaction, Michael addition reaction and in-verse suspension polymerization. Characterization and applications derived from the respective compositions and architectures were also investigated. Architectural variation of polymers was attempted to produce uni-molecular micelles and hydrogels.
Firstly, unimolecular dendritic reverse micelle with carboxylic acid groups in the core and long chain alkyl groups as outer shell was prepared by polycondesation of 3,5-dihydroxy-benzoic acid (A2X monomer) and 1,3,5-tris(4-fluorobenzoyl)benzene (B3 monomer) followed by modification of dodecyl phenol. This amphiphilic hyperbranched poly(arylene ether) behaved not only as a unimolecular micelle but also as a nanocarrier for cationic guest molecules.
Secondly, we synthesized hyperbranched polyamidoamines with functional nitrogen and amide groups by Michael addition reaction of various diamine monomers and acrylamide monomers. And also polymeriza-tion kinetic and thermal properties of the polymers were investigated. Finally, we investigated their absorption behaviors of heavy metal ions in aqueous solution.
Finally, we synthesized the hyperbranched polyamidoamine (HPAMAM) particles from commercially available A2 and B4 type monomers by polycondensation without initiators or cross-linker agents via inverse suspension polymerization. Unlike other polymer particles which are synthesized via conventional suspension polymerization, the particles are synthesized via inverse suspension polymerization without initiators or cross-linker agents, so, the HPAMAM particles can be manufactured easily without additional cross-linkers. To the best of our knowledge, this is the first example of the production of the HPAMAM particles without additional agents. And also, the effects of reaction parameters on the water absorption were investigated. It was found that among the various reaction conditions (feed compositions of monomers, concentration of stabilizer, agitation speeds, and concentration of the aqueous phase), only feed compositions of monomers affected the swelling behavior of the HPAMAM particles. And it was also found that the size of the particles decreased with increas-ing the concentration of Span® 60 and agitation speeds.
다양한 중합법을 이용하여 산업적 응용 가능성이 높은 하이퍼브랜치드 고분자 입자를 합성하고, 그 특성을 연구하였다.
양친성 단분자 덴드리틱 역미셀: 작용기를 가지는 3,5-다이하이드록시 벤조산과 1,3,5-트리스(4-플루오로벤조일)벤젠을 사용하여 A2X + B3 방법으로 친핵성 방향족 치환 반응을 이용하여 내부에는 카르복실산 그룹을 갖고, 말단에는 치환이 가능한 플루오르 말단 그룹을 갖는 하이퍼브랜치드 고분자를 합성하였다. 후에, 말단그룹을 소수성을 띠는 도데실 페놀로 치환하여 최종적으로 내부는 친수성이고, 외부는 소수성인 코어-쉘 구조의 양친성 단분자 미셀을 제조하였다. 제조된 양친성 단분자 미셀은 내부의 카르복실산 그룹 작용기로 인하여 음전하 환경이 조성이 되기 때문에, 음전하 염료는 담지하지 않고, 양전하 염료만 선택적으로 담지하는 것을 확인하였다.
하이퍼브랜치드 폴리아미도아민 및 하이퍼브랜치드 폴리아미도아민 입자의 합성과 특성: 다양한 다이아민 단량체와 아크릴 아미드 단량체를 사용하여 마이클 부가 반응을 이용하여 기능성 아민과 아미드 그룹을 가지는 하이퍼브랜치드 폴리아미도아민을 합성하였다. 합성 시, 단량체들의 물에 대한 용해도 차이를 이용하여, 한꺼번에 투입하여 합성을 진행하여도, 물에 잘 녹는 다이아민 단량체를 포함한 수용액 상에 물에 잘 녹지 않는 N,N’-메틸렌 비스 아크릴 아미드 단량체가 서서히 투입한 것과 같은 효과를 내기 때문에 젤화를 피해 하이퍼브랜치드 폴리아미도아민을 합성하였다. 합성한 폴리아미도아민은 다이알리스 팩이나 한외 여과 공정을 거쳐 뛰어난 구리 이온 담지 능력을 가지는 것을 확인하였다. 하지만, 한외 여과 공정을 통해 수용액 중의 중금속 이온을 제거하는 것은 비용이 많이 들고, 복잡하다. 이러한 단점을 극복하기 위해, 역상 현탁 중합 방법을 이용하여 폴리아미도아민 입자를 합성하였다. 본 연구에서는 하이퍼브랜치드 고분자를 사용하여 입자를 제조하기 때문에, 별도의 가교제 및 개시제를 첨가하지 않고도, 적절히 가교가 이루어진 하이드로젤 형태의 하이퍼브랜치드 폴리아미도아민 입자의 제조가 가능하였다. 입자의 크기는 수 마이크로미터부터 수백 마이크로미터에 이르기 때문에, 단순 여과 공정만으로도 수용액 중의 중금속 이온들을 매우 효율적으로 제거할 수 있었다. 중합 조건(단량체 사이의 몰 비율, 안정제의 농도, 중합 시 회전 속도, 분산층의 농도)을 다양하게 변화시켜 입자의 특성을 알아보았다. 단량체 사이의 몰 비율이 증가할수록 입자의 가교도가 증가하기 때문에, 입자의 함수율 및 구리 이온 담지 능력이 감소하는 것을 확인하였고, 입자의 크기는 변화가 없었다. 또한, 안정제의 농도와 중합 시 회전 속도가 증가할수록 입자의 크기가 줄어드는 것을 확인하였고, 입자의 함수율 및 구리 이온 담지 능력이 변화가 없었다. 이는 입자의 함수율 및 구리 이온 담지 능력은 입자의 크기가 아니라, 가교도에 관계가 있다는 것을 확인하였다. 분산층의 농도를 변화시켰을 때는 입자의 특성에 변화가 없는 것을 확인하였다. 입자의 함수 및 구리 이온 담지가 빠른 시간 안에 진행되고, 큰 스케일에서 또한, 입자의 제조가 가능한 것을 확인하였다. 또한, 구리 이온 담지 실험의 경우, batch 형식에서 벗어나, 컬럼 형식에서도 가능한 것을 보아, 산업적 응용 가능성이 높은 하이퍼브랜치드 폴리아미도아민 입자을 제조하였다는 것을 확인하였다.
