There have been a number of studies on ion-exchange equilibria of polyelectrolyte, but those studies in surface-grafted polyelectrolyte system have been rarely reported. In this study, we prepared the surface-grafted poly(acrylic acid) by chemical initiation and compared its ion-exchange equilibria between hydrogen ion and alkali-metal ion to those in homopolymer poly(acrylic acid). Surface-grafted system shows more deviation from ordinary small molecules than homopolymer does. In low pH region the surface-grafted system shows larger extent of ion-exchange and in high pH region vice versa. These phenomena are explained by higher local density of carboxylic groups and restraint exerted by hydrophobic matrix in the surface-grafted system.
다가전해질(polyelectrolyte)에서의 이온교환에 대해 많은 연구들이 있어 왔으나 표면에 그래프트된 경우에 대해서는 거의 보고된 바가 없다. 이 연구에서는 폴리에틸렌 표면에 그래프트시킨(surface-grafted) 폴리아크릴릭 산의 경우에 그 수소 이온과 수용액중의 알칼리 금속 이온 사이의 이온교환이 어떤 양상을 보이는지를 보통의 단일중합체 (homopolymer) 폴리아크릴릭 산과 비교하여 연구하였다. 이온교환의 정도는 IR 스펙트럼에서 카르복실기와 카르복실레이트기의 흡광도를 이용하여 구했다. 실험결과에 의하면, 두 경우 모두 보통의 작은 분자들의 이상적인 행동에서 벗어나는데, 폴리아크릴릭 산이 표면에 그래프트되어있으면 단일중합체가 보이는 것보다 더 벗어난 행동을 보여준다. 높은 pH에서는 수소 이온이 알칼리 금속 이온과 교환된 정도가 표면에 그래프트 된 경우가 더 작은데 비해 낮은 pH에서는 그 반대이다. pH가 높을 경우는 카르복실기가 많이 이온화되어 있으므로 정전기적 반발력이 중요하게 되는데, 표면에 그래프트 된 경우는 이온화되는 작용기가 국소적으로 밀도가 높으므로 반발이 더 크게 된다. 그러나 낮은 pH에서 는 거의 이온화되어 있지 않으므로 이 정전기적 반발력은 별로 중요하지 않게 되고, 표면에 그래프트된 경우에 카르복실기의 국소적 밀도가 높고 폴리에틸렌 기질이 카르복실기의 운동을 제한하므로, 수소결합과 같은, 계를 안정화시킬 수 있는 고분자 사슬간의 상호작용이 가능하다고 생각된다.
