전기 전도성 폴리스티렌/은 나노와이어 나노복합재료의 제조 및 물성

나효열(Hyo Yeol Na),Manthiriyappan Sureshkumar,이성재(Seong Jae Lee) 한국고분자학회 2015 폴리머 Vol.39 No.4

은 나노와이어(AgNW)는 높은 형상비와 순도를 지닌 전기 전도성이 매우 우수한 나노필러이다. 본 연구에서는 폴리스티렌(PS)과 AgNW로 구성된 나노복합재료를 응고침전법으로 제조한 후 나노복합재료의 유변물성 및 전기적 물성에 대해 고찰하였다. PS/AgNW 나노복합재료의 제조에 사용한 AgNW는 폴리올 방법으로 합성하였는데 합성한 AgNW의 평균 크기는 직경 110 nm와 길이 35 μm이었다. PS/AgNW 나노복합재료의 유변물성은 복소 점도 및 저장 탄성률로 해석하였다. 미세구조의 뚜렷한 변화를 보여주기 시작하는 유변학적 임계농도는 AgNW 0.50 vol%로 나타났다. 이러한 미세구조의 변화는 AgNW와 PS 사슬, AgNW간의 네트워크 형성에 따른 결과로 추론된다. 전기 전도도로 평가한 전기적 물성은 AgNW 첨가에 따라 AgNW간의 네트워크 구조가 형성되면서 급격히 증가하였다. 전기적 임계농도는 AgNW 0.54 vol%에서 나타났으며, 2 vol%에서의 전기 전도도는 약 10<SUP>3</SUP> S/m이었다. Silver nanowire (AgNW) is an excellent electrically conductive nanofiller having high purity and high aspect ratio. In this study, we prepared the nanocomposites composed of polystyrene (PS) and AgNWs by coagulated precipitation and investigated their rheological and electrical properties. AgNWs used in the nanocomposites were synthesized by polyol method, where the average size of the AgNWs was 110 nm in diameter and 35 μm in length. Rheological properties of the PS/AgNW nanocomposites were analyzed with complex viscosity and storage modulus. The rheological percolation threshold showing distinct change in microstructure was AgNW 0.50 vol%. This microstructural change can be attributed to the network formation between AgNW-PS chain and between AgNW-AgNW. The electrical conductivity was abruptly increased by forming network structure between AgNW-AgNW with increasing AgNWs. Electrical percolation threshold was 0.54 vol%, and the conductivity was as high as 10<SUP>3</SUP> S/m at 2 vol%.

시아네이트 에스터 수지의 화학유변학적 거동 및 탄소섬유강화 고분자 복합재료의 물성

나효열 ( Hyo Yeol Na ),윤병철 ( Byung Chul Yoon ),김승환 ( Seung Hwan Kim ),이성재 ( Seong Jae Lee ) 한국고무학회 2013 엘라스토머 및 콤포지트 Vol.48 No.2

탄소섬유강화 고분자(CFRP) 복합재료는 고분자 매트릭스 내에 탄소섬유를 강화제로 사용한 복합재료이다. 최근 고온 및 고진공 조건이 요구되는 항공우주 및 전자산업용 고성능 재료로 사용하기 위해 높은 열안정성과 낮은 기체방출 특성을 갖는 CFRP 복합재료가 활용되고 있다. 이러한 용도에 시아네이트 에스터 수지는 가장 적합한 매트릭스 수지로 꼽히고 있다. 본 연구에서는 시아네이트 에스터 수지와 촉매의 조합, 경화 거동 및 경화 사이클을 최적화하기 위해 화학유변학적 거동을 분석하였다. 최적 조건은 촉매 100 ppm을 첨가한 수지 조성물을 150℃ 에서 경화한 경우로 나타났다. 열안정성과 기체방출 특성을 분석한 결과 경화된 수지 조성물은 열분해 온도 385℃ 및 전체질량손실 0.29%를 나타내었다. 설정한 수지 조성 및 경화 조건을 사용하여 CFRP 프리프레그 및 이를 적층한 복합재료를 제조하였다. 복합재료의 인장 탄성률을 이론적 모델과 비교한 결과 매우 일관성이 있었다. Carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composites consist of carbon fibers in a polymer matrix. Recently, CFRP composites having high thermal stability and low outgassing are finding their use in high performance materials for aerospace and electronics applications under high temperature and high vacuum conditions. Cyanate ester resin is one of the most suitable matrix resins for this purpose. In this study, proper combination of cyanate ester and catalyst, curing behavior, and cure cycle were determined by chemorheology. Optimum condition was found to be catalyst content of 100 ppm and curing temperature of 150℃. Thermal stability and outgassing of cured resin composition were analyzed and the results showed thermal decomposition temperature of 385℃ and total mass loss of 0.29%. The CFRP prepregs and subsequent composites were fabricated by predetermined resin composition and the cure condition. Tensile moduli of the composites were compared with theoretical models and the results were very consistent.

라텍스 기법에 의한 폴리스티렌/그래핀 나노필러 나노복합재료의 제조 및 물성

염효열(Hyo Yeol Yeom),나효열(Hyo Yeol Na),정대원(Dae-won Chung),이성재(Seong Jae Lee) 한국고분자학회 2015 폴리머 Vol.39 No.3

고분자 재료에 전기 전도성을 부여하기 위해 그래핀 기반의 나노필러를 도입하여 전도성 나노복합재료를 제조하였다. 그래핀 나노필러는 폴리스티렌(PS) 입자와 수계 분산이 용이하도록 산화 그래핀(GO) 및 poly(styrene sulfonate)가 도포된 환원된 산화 그래핀(PSS-RGO)을 사용하였다. GO는 흑연으로부터 modified Hummers 방법으로 합성하였으며, PSS-RGO는 GO가 분산된 PSS 용액을 hydrazine monohydrate로 환원시켜 제조하였다. 라텍스 기법으로 제조한 PS/GO 및 PS/PSS-RGO 나노복합재료의 모폴로지, 유변물성 및 전기적 물성을 고찰하였다. GO 및 PSS-RGO 나노필러는 PS 매트릭스 내에 잘 분산된 모폴로지를 보여 주었다. 그래핀 나노필러 함량에 따른 유변학적, 전기적 임계점은 GO가 0.28, 0.51 wt%로 나타났고 PSS-RGO는 0.50, 1.01 wt%로 나타났다. PS/GO 나노복합재료가 우수한 전기 전도도를 보여주는 이유는 성형시의 열처리에 의해 GO가 환원되어 전기적 물성을 부분적으로 회복했기 때문으로 판단된다. Electrically conductive polymer nanocomposites were prepared by the inclusion of graphene-based nanofillers. Graphene oxide (GO) and reduced graphene oxide wrapped by poly(styrene sulfonate) (PSS-RGO) were used as nanofillers to make good dispersion with the aqueous dispersion of polystyrene (PS) particles. GO sheets were synthesized by the modified Hummers" method from graphite, and PSS-RGO sheets were prepared by the reduction of GO-dispersed PSS solution with hydrazine monohydrate. Morphology and properties of PS/GO and PS/PSS-RGO nanocomposites via latex technology were investigated. Both nanofillers showed well dispersed morphology in PS matrix. Rheological and electrical percolation thresholds were 0.28 and 0.51 wt% for GO, and 0.50 and 1.01 wt% for PSS-RGO respectively. It is speculated that PS/GO nanocomposites showed better conductivity than PS/PSS-RGO counterparts due to the partial recovery of GO by thermal reduction during molding.

산화 그래핀과 나노 흑연이 폴리스티렌 나노 복합재료의 유변물성 및 전기적 물성에 미치는 영향

염효열(Hyo Yeol Yeom),나효열(Hyo Yeol Na),이성재(Seong Jae Lee) 한국고분자학회 2014 폴리머 Vol.38 No.4

탄소기반 판상형 나노재료인 산화 그래핀(GO)과 나노 혹연(GNP)은 고분자재료에 전기 전도성을 부여하기 위한 복합재료용 나노필러로 사용되고 있다. 본 연구에서는 폴리스트렌(PS)에 나노필러를 첨가한 PS/GO완 PS/GNP 나노복합재료를 라텍스 기법으로 제조한 다음 유변학적, 전기적 물성을 비교 고찰하였다. PS 입자는 무유화제 유화 중합으로 중합하였으면, GO는 흑연으로부터 modified Hummers 방법으로 합성하였다. 친수성인 GO는 첨가제 없이 PS 수성 현탁액에 분산하였으면, GNP에 비해 높게 나타났는데, GO는 단일층으로 분산이 가능한 반면, GNP는 다수의 층이 겹쳐진 형태이므로 나노 규모의 균질한 분산을 이루지 못하기 때문이다. 전도성 통로가 형성되는 지점인 전기적 임계점은 PS/GO, PS/GNP 나노복합재료에 대하여 각각 0.50, 5.82 WT%로 나타났다. PS/GO 나노복합재료가 우수한 전기 전도도를 보여주는 이유는 성형 시 열처리에 의해 GO가 환원되기 때문이다. Carbon-based nanoplatelets such as graphene oxide (GO) sheets and graphite nanoplatelets (GNPs) are fre-quently used as conductive nanofillers for polymer nanocomposites. In this study, polystyrene (PS)/GO and PS/GNP nanocomposites were prepared through a latex technology and investigated to compare the effect of nanofillers on rheo-logical and electrical properties of the PS nanocomposites. PS particles were prepared by emulsifier0free emulsion poly-merization adn GO was synthesized by using the modified Hummers` method from graphite. Hydrophilic GO was dispersed in aqueous PS suspension, but hydrophobic GNPs were dispersed with the help of a surfactant. In cpmparison with PS/GO nanocompostites, the rheological properties of PS/GNP counterparts were not too high because GNP existed in aggregates of graphene layers. Conducting pathways of PS/GO and PS/GNP nanocomposites were achieved at the electrical percolation threshold of 0.50 and 5.82 wt%, respectively. The reason for enhanced electrical conductivity in PS/GO nanocomposites is that GO was thermally reduced during molding.

가교 입자 첨가가 폴리스티렌/탄소나노튜브 나노복합재료의 유변물성 및전기적 물성에 미치는 영향

염효열(Hyo Yeol Yeom),나효열(Hyo Yeol Na),이성재(Seong Jae Lee) 한국고분자학회 2014 폴리머 Vol.38 No.6

응고 침전법으로 제조한 폴리스티렌(PS)/탄소나노튜브(CNT) 나노복합재료의 유변물성 및 전기적 물성을 고찰하였다. CNT의 분산성 향상을 위해 도입하는 일반적인 방법인 화학적 개질이나 계면활성제 도포 방법은 CNT의고유 물성을 저하시킬 수 있다. 이를 방지하기 위해 본 연구에서는 PS와 CNT를 dimethylformamide에 분산시킨 후증류수에 응고 침전시키는 방법으로 나노복합재료를 제조하였다. 응고 침전법에 의한 CNT의 분산은 매우 효과적이어서 제조한 나노복합재료는 우수한 전기 전도도를 나타내었다. 또한 PS 매트릭스에 poly(styrene-co-divinylbenzene)가교 입자를 첨가하여 가교 입자 첨가가 유변물성과 전기적 물성에 미치는 영향을 고찰하였다. 가교 입자를 첨가한나노복합재료의 경우 CNT의 전기적 임계점이 0.25 wt%로 감소되었고 전기 전도도는 더욱 증가하였다. 이는 가교입자가 차지하는 부피 내의 CNT가 전기적 통로를 형성하는데 추가적으로 기여했기 때문으로 판단된다. Rheological and electrical propertie of polystyrene (P )/carbon nanotube (C 1``) nanocompo ite via coagulated precipitation were inve tigated. Chemical modification and surfactant wrapping of l`` to improve the dispersion of C Ts may reduce the intrinsic properties of pristine C T. To avoid thi problem, P and Ts were dissolved and dispersed in dim thylformamide and then P / l`` nanocompo ite were prepared by the coagulated precipitation of T-dispersed P solution in water. The coagulated precipitation method was highly effective enhancing the electrical conductivity of nanocomposite . Furthermore, the effect of adding poly(styrene-co-divinylbenzcne) cro slinked particle to P matrix on the rheological and electrical propertie was in e tigated. With the addition of the cro slinked particles, the electrical percolation thre hold of l`` reduced to 0.2 wt% and electrical conductivity increased further. It is speculated that C Ts in the volume occupied by crosslinked particles helped electrical pathway formation.

고내상 에멀젼 중합에 의한 폴리스티렌/폴리도파민-탄소나노튜브 미세기공 발포체의 제조, 모폴로지 및 전기 전도도

김하승(Haseung Kim),나효열(Hyo Yeol Na),이종헌(Jong Heon Lee),이성재(Seong Jae Lee) 한국고분자학회 2015 폴리머 Vol.39 No.2

전기 전도성을 갖는 발포체를 개발하기 위해 고내상 에멀젼(HIPE) 중합법으로 폴리스티렌(PS)/폴리도파민-탄소나노튜브(PDA-CNT) 미세기공 발포체를 제조하여 발포체의 모폴로지 및 전기 전도도를 고찰하였다. 전도성을 부여하기 위한 나노충전제로 CNT를 사용하였는데 수분산성과 HIPE의 안정성을 향상시키기 위하여 CNT 표면을 친수성인 PDA로 개질한 PDA-CNT를 사용하였다. PDA-CNT는 분산성이 우수하여 첨가량을 높여 HIPE를 구성할 수 있었고 전도성이 향상된 발포체를 제조할 수 있었다. 제조한 미세기공 발포체는 기공이 상호 연결된 구조의 모폴로지를 보여 주었다. PDA-CNT의 함량 증가에 따라 HIPE의 항복응력 및 저장 탄성률은 증가하였고 제조된 발포체의 기공 크기는 작아졌다. 전기적 임계점을 보여주는 PDA-CNT 함량은 대략 0.58 wt%였고 PDA-CNT 함량을 5 wt% 첨가했을 때의 전기 전도도는 10<SUP>-3 </SUP>S/m를 나타내었다. Conductive microcellular foams consisted of polystrene (PS) and polydopamine-coated carbon nanotube (PDA-CNT) were prepared via high internal phase emulsion (HIPE) polymerization and their morphology and electrical conductivity were investigated. CNT as a conductive nanofiller was modified to PDA-CNT by coating with hydrophilic PDA on the surface of CNT to increase aqueous phase dispersion and emulsion stability. It was possible to prepare the HIPEs having higher PDA-CNT content and the resultant foams having improved conductivity due to its good dispersion. The foams showed the morphology of interconnected cell structure. As PDA-CNT content increased, yield stress and storage modulus increased and cell size reduced. The PDA-CNT content showing electrical percolation threshold was ca. 0.58 wt% and the conductivity at PDA-CNT content of 5 wt% was increased to 10<SUP>-3</SUP> S/m.

폴리스티렌/다중벽 탄소나노튜브, 나노복합재료의 물리적 분산 방법에 따른 물성

강명환(Myung Hwan Kang),염효열(Hyo Yeol Yeom),나효열(Hyo Yeol Na),이성재(Seong Jae Lee) 한국고분자학회 2013 폴리머 Vol.37 No.4

라텍스 기법으로 제조한 폴리스티렌(PS)/탄소나노튜브(CNT) 나노복합재료의 CNT 분산 방법에 따른 유변물성과 전기 전도도를 비교하였다. PS/ CNT 나노복합재룐느 PS 입자와 CNT를 분산시킨 후 동결건조하여 제조하였다. 본 연구에서는 화학적 개질시 나타나는 CNT의 고유 물성 저하를 방지하기 위하여 sodium dodecylsulfate(SDS)를 첨가하는 방법과 polyvinyl pyrrolidone(PVP)으로 CNT를 감싸는 방법의 물리적 분산법을 적용하였다. 라텍스 기범에 적용한 물리적 분산 방법은 CNT의 분산에 매우 효과적이었다. SDS를 첨가한 경우는 PVP로 감산 CNT를 사용하여 제조한 경우에 비해 나노복합재료의 유변물성의 증가폭이 낮은데 이는 저분자량인 SDS를 첨가로 인해 매트릭스의 물성이 감소하기 때문이다. CNT를 SDS로 분산시킨 나노복함재료와 PVP로 감싼 CNT를 사용한 나노복합재료의 전기적 임계점은 각각 0.23과 0.90wt%로 나타났다. PVP로 CNT를 감싼 경우가 전기 전도도 향상 효과가 낮은데 이는 감싸고 있는 절연성의 PVP가 CNT간의 전기적 연결을 억제하기 때문이다. The effect of CNT dispersion method on rheological and electrical properties of polystyrene/carbon nanotube(PS/CNT) nanocomposites via latex technology was compared. The nanocomposites were prepared through freeze-drying the dispersed suspension comprised of CNTs and PS particles. In this study, physical dispersion method, either sodium dodecylsulfate (SDS) addition or polyvinyl pyrrolidone (PVP) wrapping, was employed to prevent the deterioration of intrinsic properties of CNT caused by chemical modification. The physical method applied to latex technology was very effective in CNT dispersion. With SDS addition, the enhancement of rheological properties was low compared to PVP wrapping because the properties of matrix were deteriorated due to the incorporation of low molecular weight SDS. The electrical percolation threshold of PS/SDS-stabilized CNT and PS/PVP-wrapped CNT nanocomposites was 0.23 and 0.90 wt%, respectively. The enhancement of electrical conductivity was low in the case of PVP wrapping because the non-conducting PVPs wrapped around CNT restricted the electrical connection between CNTs.

저온 경화형 에폭시 매트릭스 수지의 경화거동 및 화학유변학에 대한 연구

윤병철(Byung Chul Yoon),이성재(Seong Jae Lee),나효열(Hyo Yeol Na),염호열(Hyo Yeol Yeom) 한국고분자학회 2014 폴리머 Vol.38 No.2

우수한 성능을 지닌 대형 구조의 섬유강화 고분자(FRP) 복합재료 제품을 제조하기 위해 저온 경화형 프리프레그 개발이 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 저온 경화형 프리프레그 제조에 적합한 매트릭스 수지를 확보하기 위하여 에폭시 수지, 경화제, 경화 촉진제로 구성된 저온 경화형 에폭시 수지 조성물의 경화거동 및 화학유변학을 고찰하였다. 경화반응 특성은 시차주사열량분석법과 유변물성측정법을 활용하여 승온 및 등온 조건에서 분석하였다. 연구 결과 매트릭스 수지로 제안된 저온 경화형 에폭시 수지 조성물은 80 oC에서 3시간에 경화시킬 수 있었고, 80과 90 oC에서의 젤화 시간은 각각 120분과 20분인 것으로 나타났다. 저온 경화형 수지를 경화시킨 수지 경화물의 열적, 기계적 물성은 고온 경화형 수지 경화물의 물성과 거의 동등하였다. Low temperature cure prepregs are being developed for use in the preparation of large-structured fiber-reinforced polymer (FRP) composites with good performance. Cure behavior and chemorheology of low temperature cure epoxy resin system, based on epoxy resin, curing agent, and accelerators, were investigated to provide a matrix resin suit-able for the prepreg preparation. Characteristics of cure reaction were studied in both dynamic and isothermal conditions by means of differential scanning calorimetry and rheometry. The low temperature cure epoxy resin system suggested in this study as a matrix resin was curable at 80℃ for 3 h, and showed the gel times of 120 and 20 min at 80 and 90℃, respectively. Thermal and mechanical properties of the cured sample were almost the same as high temperature cure counterparts.