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상용성의 좋고 나쁨과 블렌딩과는 차이점이 있습니다. 상용성(compatibility)은 2물질의 고분자를 혼합하였을 때 응집이나 gel현상이 일어나지 않고 서로 융해(용해)되어 고분자가 자체의 유동성을 가지고 있을 때를 주로 말하며, 블렌딩은 물리적인 방법이나 화학적인 방법으로 2가지 polymer의 분자의 분포가 균일하게 이루어진 상태임을 말하고 있습니다. 유기 용제계 polymer와 수용계 polymer같은 경우는 상용성이 나쁘다고 하겠지요,그러나 유화제등을 사용하여 2가지를 블렌딩할 수는 있습니다. polycaprolactone은 석유화학 계열 제품으로 약간의 잔류 용제(toluene; 100ppm정도)가 있는 것으로 나와있습니다.lignin은 목질섬유로 볼 수 있는데,양자의 상용성은 그렇게 좋지 않을 것으로 생각합니다. 그러나 균일하게 blending은 할 수 있는데 일반적으로 3 roll mill 또는 glass bead ball(Alumina ball)mill로써 물리적으로 혼합(분산)하여 줄 수 있습니다. 이때 적절한 분산제를 반드시 같이 넣어주는 것이 둘사이에 coupling역활을 하여 재응집을 막을 수 있습니다. 상용성은 잘 썩이는지에 대한 것으로 육안으로도 얼마든지 가능하지만, blending은 고전적인 방법을 사용하는 것이 좋습니다. blending한후 액체를 소량 채취하여 200x200 유리판에 applicator를 사용하여 균일하게 도포하고 난뒤, 반의 면적을 손가락으로 rub-out(문지러 줌)하여 첫째 손가락의 감촉에 이물질이 느껴지는지에 대한 감각을 먼저 check하여 보시기 바랍니다. 다음 24시간 정도 실온에서 방치하여 두었다가 재응집현상 여부에 대하여 check하여 보시기 바랍니다(햇빛에 비추어 보시기를). 유리판은 2장을 하는데, 한장은 수직으로 문지르고, 1장은 수평으로 문질러 주시기 바랍니다. 여기에서 PCL은 m.p가 60C로 비교적 낮은데 먼저 PCL을 m.p이상으로 녹여서 lignin을 혼합하여 주는 것도 blending의 한가지 방법으로 가능하겠습니다.이때도 분산제를 소량넣어서 blending함이 재응집을 방지할 수 있습니다.

>PCL(polycaprolactone)과 천연고분자 물질(lignin)을 블렌딩했을 때 상용성을 평가할 수 있는 방법으로는 어떤 것들이 있나요? > >제가 사용해 본 방법은 > >SEM와 DSC 였는데 판단하기가 좀 애매모호할 때가 많습니다. >이 분석 방법 외에도 상용성을 평가할 수 있는 방법이 있나요? > > >그리고 lignin에 PCL이 단지 분산이 잘 되어 있는 것도 상용성이 좋다고 할 수 있는지요? > > >제가 허접하게 그린 파일을 보시면, >2. 번의 경우가 상용성이 좋은 경우라면 1. 번의 경우도 상용성이 좋다고 할 수 있을까요? >그리고 상용성이 나쁜 경우는 3. 번과 같은 경우가 맞겠지요? > >마지막으로 궁금한 것은 2. 번의 경우는 두 물질간의 화학 결합이 일어나거나 해야 이루어질 수 있는 상태인가요? > > >고수님들의 귀한 답변 기다리겠습니다. ^^ 복합재료 (composite) 라 함은 성질이 다른 두가지 이상의 물질을 섞어 각각의 물질이 가지고있는 장점을 부각시킨 제 3의 물질을 말한다. 이때 물질을 섞는 방법을 일반적으로 블렌딩 (Blending) 이라한다. 블렌딩은 고분자의 성질을 다양화 할 수 있는 뛰어난 방법이다. 소위 "폴리블렌드"라 일컬어지는 것들의 대부분은 잘 섞이지 않지만, 매트릭스 고분자에 충전제(filler)들의 분산방법, 분산되는 충전제의 크기, 모양 뿐 아니라, 각 고분자 성분의 특성과 각상 사이의 인력등을 변화시키면 섞임성을 어느정도 조절할 수 있다. 결국 복합재료는 섞이는 두가지 이상의 물질이 상호간에 얼마나 잘 분산되어 상용성이 좋아져서 섞임성이 좋으냐에 따라 복합재료의 성질이 결정지어 진다고 해도 과언이 아니다. 일찌기 고분자의 기계적 성질을 증가시키기 위해 elastomer나 광물질 또는 유리섬유 같은 다양한 강화 섬유들이 충전제로 사용되었다. 그러나 이러한 충전제들의 사용은 용융상태에서 점성도를 높이고 에너지의 소모를 증가시켜 가공을 어렵게 하였고, 강화섬유들의 균일한 분산을 불가능하게 하여 실제 목적이었던 최종산물의 기계적 성질의 증가를 불가능하게 하였을뿐 아니라, 용융시 가공온도가 높아져서 열분해 반응등의 예상치 못한 화학반응등을 수반하였다. 이런 여러가지 이유때문에 이미 오래전부터 용융 가공을 혁신 시킬 수 있는 새로운 형태의 충전제를 찾게 되었다. 열방성 액정 고분자 (thermotropic liquid crystalline polymer, TLCP)는 강직한 막대모양을 가지고 있기 때문에 용융상태에서 elongational flow나 약간의 전단흐름(shearflow)을 가한다면, 쉽게 일정한 방향으로 배향이 가능하여 높은 비등방성을 가진다. 이런 성질은 금속이나 강화섬유 고분자들에서 볼수있는 놀라운 기계적 성질을 보여준다. 가소성(thermoplastic) 고분자와 TLCP를 블렌딩하면: ① 점성도를 감소시켜 가공성을 높여준다, 즉 점성도의 감소는 가공온도를 낮추어 용융가공이 어려운 블렌드매트릭스를 가공이 가능케 해준다. ② In situ 섬유상 복합재료의 구조를 형성할 수 있으므로 높은 기계적 성질을 가질 수있다. 이런 이유로 "자체강화(self-reinforcing)" 효과를 가진다. 이밖에도 가공상 문제가 있는 내열성이나 다 기능성 고분자에 "processing aid" 역할을하며, 압출시 swell을 감소시키는 특징도 가진다. 또한 경우에 따라서는 가공후 특별한 열처리 과정을 거칠 필요가 없다 TLCP를 이용하여 블렌딩하는 매트릭스 고분자들은 유연격자를 포함하는 Polycarbonate(PC), Polyamide(Nylon 계통), Poly(ethylene terephthalate)(PET)와 Poly(butyleneterephthalate)(PBT), 그리고 Poly styrene (PS) 등이 있으며 Polysulfone(PSF),Poly(ethersulfone)(PES) 와 Poly(etheretherketone)과 같은 엔지니어링플라스틱도 있다. 용융상태에서 섞은 대부분의 블렌드들은 TLCP가 매트릭스 고분자와 잘 섞이지 않음에도 불구하고 대개 섬유상 구조를 가지며 기계적으로 강화 효과를 보였으며 용융점성도 역시 감소함을 확인하였다. 그러나 보다 나은 강화효과를 위해서는 LCP domain 들이 원하는 배향을 가지도록 적당한 가공조건이 필요하며 LCP와 매트릭스 고분자 사이에 좋은 interfacial adhesion이 있어야 할것이다. 그밖에 복합재료를 완전히 이해하고 응용하기 위해서는; 1) 블렌드의 섞임성을 알아야하고, ① LCP 농도효과, ② 온도효과 ③ 전단속도 효과 등에 따른 2) 레올러지,그리고 섬유나 필름으로 가공된 상태에서의 3) 기계적 성질을 알아야한다. 또한 모세관 레오메타 속에서 방사되는 동안, TLCP는 모세관 입구에서 생기는 extensional force에 의해 elongational flow를 하여, 방사되는 방향으로 효과적인 배향을 하게 되는데,이런 성질 을 알기 위해 전자현미경을 통한 4) 몰폴로지를 공부해야하며, 매트릭스와 TLCP 사이의 adhesion이 증가하면 기계적 성질에 큰 변화를 주게 되는 5) 계면에서의 접착성을 이해하여야한다. 대개의 TLCP는 매트릭스 고분자와 잘 섞이지 않았지만, 매트릭스 고분자의 선택, TLCP의 농도등을 고려하거나 interfacial adhesion을 증가시키면 섞임성을 크게 할 수 있다. 또 열처리조건을 조절하면 같은 효과를 얻을 수 있는데, 이를 위해 trans-esterification등의 화학반응을 이용할 수도 있다. TLCP는 용융상태에서 높은 비등방성을 가질수 있기 때문에 블렌드들의 용융점성도를 낮추어 processing aid로 작용할뿐 아니라 높은 온도에서 가능한 분해반응을 최소화 시켜 준다. 물론 이런 현상은 TLCP의 농도나 압출온도, 압출시 전단속도 변화 및 흐름형태의 변화에 따라 크게 달라질 수 있다. 온도의 경우, TLCP domain들의 배향이 용이한 안정된 비등방성 상태로 유지 할 수 있는 용융상태에서는 점성도가 크게 감소하게 되며, 높은 전단 속도에서도 LCP의 농도 증가에 따른 점성도의 감소를 관찰할 수 있다. 이런 현상은 블렌드의 기계적 성질과 연관지어 설명할 수 있다. 대개 섞임성이 좋은 폴리블렌드들은 rule of mixture 식에서 예측한 값보다 더 높은 인장강도와 모듈러스 값을 보인다. 이런 결과는 draw ratio와 LCP농도의 증가에 따른 결과와 대체로 잘 일치한다. LCP가 좋은 배향이나 분산도를 가져 높은 강화 효과를 나타내기 위해서는 대략 LCP의 농도가 10내지 20% 이상임을 알 수 있으나 예외의 경우도 확인할 수 있다. Skin-core 형태는 TLCP를 이용한 폴리블렌드에서 흔히 관찰되는데, 거의 모든 조성의 블렌드에서 LCP섬유상은 core보다는 skin 부분에서 보다 많이 볼 수 있는데 이는 압출이나 방사시 모세관 속에서 받는 전단속도 차이 및 열전달이 쉽기 때문으로 풀이된다.