The drying of a polymer-colloidal film is important in many areas, such as in printing, spreading and coating, and materials science. An important problem is the structure of dried film, which has a great effect on material properties, is largely dependent on drying conditions. In case of two different size of colloidal mixtures, it is well known that the colloids often stratify, where small colloids are laid upon large colloids at the very strong evaporation condition. Also, the similar stratification tendency of polymer-colloid mixtures, where the size of polymer is much smaller than the size of colloid, has been reported by simulation. However, there have been no experimental studies for the polymer-colloid mixtures yet. Here, we show that the stratification phenomenon can be controlled by modulating the entanglement between colloid-adsorbed polymers in experimental study. From rheological measurement, we find the evidence of entanglement of colloid-adsorbed polymer for non-stratified films, while there are no entanglement characteristics for stratified films.
고분자-콜로이드 혼합물의 건조를 통한 필름 형성은 인쇄, 도포 및 코팅, 재료과학 등 많은 분야에서 중요한 프로세스이다. 중요한 문제는 건조 필름의 특성 및 성능은 건조 필름의 구조에 따라 크게 좌우된다는 점이며, 이러한 구조는 어떠한 조건에서 건조를 하느냐에 따라 크게 바뀐다는 점에 있다. 두 가지 다른 크기의 콜로이드 혼합물의 경우, 매우 강한 증발 조건에서 작은 콜로이드가 큰 콜로이드 위에 층을 이루는 계층화가 일어난다는 것이 잘 알려져 있다. 또한, 이러한 이론을 바탕으로 고분자-콜로이드 혼합물에서도 동일한 조건에서 고분자 층이 콜로이드 층 위에 형성되는 계층화 현상이 관찰됨을 시뮬레이션을 통해 보고된 바가 있다. 그러나 고분자-콜로이드 혼합물에 대한 실험적 연구는 아직 이루어지지 않았으며, 실제 실험적인 연구에서도 동일한 이론이 적용되는지는 미지수이다. 본 논문에서는 고분자-콜로이드 혼합물의 실험적 연구의 경우 단순히 크기 차이로 계층화를 유도할 수 없으며, 콜로이드에 흡착된 고분자 브러쉬의 얽힘을 제어함으로써 계층화 현상을 컨트롤할 수 있음을 확인하였다. 유변 측정을 통하여 이러한 콜로이드에 흡착된 고분자 브러쉬의 얽힘을 확인하였으며, 계층화가 잘 일어나는 고분자-콜로이드 혼합물의 경우 얽힘의 유변학적 특성이 관찰되지 않았으나 계층화가 일어나지 않는 혼합물의 경우 얽힘의 유변학적 특성이 매우 잘 관찰됨을 확인하였다.
