FTIR을 이용한 반응성 액정 혼합물의 분자 배열 연구

배진우(Jin Woo Bae),송기국(Kigook Song) 한국고분자학회 2015 폴리머 Vol.39 No.4

반응성 액정을 반응기가 없고 크기가 작은 다른 액정과 섞어 액정 혼합물을 만들었을 때, 액정에서 액체상으로 변화하는 전이온도가 낮아지는 현상은 크기가 작은 액정이 반응성 액정의 규칙적 배열을 방해하여 액정상의 형성을 지연시키는 불순물로 작용하기 때문이다. 반응성 액정을 포함한 두 개의 네마틱 액정 혼합물은 하나의 네마틱상을 보였으며, 액정 혼합물을 경화하면 반응성 액정이 네트워크를 형성하여 액체상으로 변하는 전이온도를 넘어서도 온도에 영향을 받지 않고 액정의 배열 방향을 일정하게 유지하였다. 액정 혼합물에 섞여 있는 반응기가 없는 작은 액정은 네트워크를 형성한 반응성 액정과 π-π interaction을 통하여 반응성 액정이 배열된 방향으로 동일하게 배열되었다. Mixtures of a reactive mesogen with a small size liquid crystal (LC) exhibit a depression of transition temperature from LC to liquid phase. Since small LC molecules impede the formation of regular arrangement of reactive mesogen molecules, they behave like impurities which retard the formation of the LC phase. By curing the LC mixture, which shows a uniform nematic LC phase, a network structure is formed with the reactive mesogen, and the arrangement of LC molecules are maintained over the transition temperature from LC to liquid phase. The small LC molecules in the LC mixture maintain the same molecular arrangement with the reactive mesogen molecule through π-π interactions.

온도에 따른 반응성 액정의 분자 배열 및 경화 반응 연구

이몽룡(Mongryong Lee),배진우(Jin Woo Bae),송기국(Kigook Song) 한국고분자학회 2015 폴리머 Vol.39 No.1

LC242와 같이 분자량이 큰 광반응성 액정 물질은 온도를 낮출 때 액정상에서 결정으로의 변화가 빠르지 못하여 액정분자를 재결정을 할 때는 충분한 시간이 필요하다. 액정 상태에서 분자의 배열 정도가 온도에 따라 영향받는 것을 알 수 있는데, 액정상의 LC242는 온도가 높아짐에 따라 액정 배열을 한 방향으로 계속 유지하고 있어도 온도에 따른 LC242 분자들의 움직임에 의하여 조금씩 배열이 달라져 복굴절의 변화를 가져오는 것을 알 수 있다. 광반응성 액정을 경화할 때 액정 상의 온도에서 광조사를 하면 고체상의 경우보다 반응 속도가 빠르고 경화도가 훨씬 많이 진행되는 것을 Photo-DSC 실험과 FTIR을 이용하여 정량적으로 분석하였다. Since a transition from liquid crystal to crystal state is slow for the large photo-reactive liquid crystal molecules, it needs a long time for recrystallization of LC242 molecules when lowering the temperature of the liquid crystal. Although liquid crystals usually align along one direction, the directions of individual liquid crystal molecules are little different from one another with increasing temperature, resulting in changes of birefringence of the liquid crystal films. When the photo-reactive liquid crystals are photo-cured, faster curing kinetics and much larger curing degrees are observed for the films cured at the liquid crystal phase.

라만 분광법을 이용한 아크릴레이트 하이드로젤 확산 연구

이몽룡(Mongryong Lee),왕혁식(Hyuck Sik Wang),송기국(Kigook Song) 한국고분자학회 2017 폴리머 Vol.41 No.6

아크릴레이트로 광경화한 하이드로젤에서의 확산을 조사하기 위하여 단백질 bovine serum albumin(BSA)의 시간과 거리에 따른 하이드로젤 내 분포를 Raman 분광법을 이용하여 측정하였다. Poly(ethyleneglycol diacrylate) (PEGDA)의 함량과 아크릴레이트 경화도를 조절한 하이드로젤 내 네트워크의 조밀한 정도가 BSA의 확산에 미치는 영향을 조사하였다. PEGDA 하이드로젤 시료 형상에 따라 단백질 분자의 확산 정도가 차이를 보였고, 동일 시료에서도 두께 방향으로 확산 속도가 빠른 것을 하이드로젤의 팽윤도를 측정하여 조사하였다. Raman spectroscopy has been used to investigate effects of time and distance on diffusion properties of bovine serum albumin (BSA) in a hydrogel photo-cured with acrylates. Diffusion of BSA in the poly(ethyleneglycol diacrylate) (PEGDA) hydrogel was studied by changing the density of crosslinking networks which are modified by controlling the amount of PEGDA and degree of curing. The diffusion rate of BSA is affected by the measurement direction in the hydrogel sample as well as the shape of the sample. It was found by determining the swelling rate of the hydrogel sample that the diffusion rate is faster along the thickness direction of the sample.

FTIR을 이용한 광반응 아크릴레이트 혼합물의 열경화 거동 연구

왕혁식(Hyuck Sik Wang),이승혁(Seung Hyuk Lee),부석형(Seok Hyeong Bu),송기국(Kigook Song) 한국고분자학회 2019 폴리머 Vol.43 No.1

열경화 반응을 할 수 있는 아크릴레이트 단량체들과 가교반응을 할 수 있는 diacrylate 올리고머의 혼합물에 대한 경화조건 변화에 따른 열경화 거동을 조사하였다. 열경화에 의한 우레탄 반응과 아크릴레이트의 광경화 반응을 time-resolved FTIR 실험으로 각 반응의 특성 IR 피크를 관찰하여 혼합물의 경화 속도와 경화율 변화를 측정하였다. 혼합물에 대하여 우레탄 열경화만 진행한 거동을 아크릴레이트 광경화 후 우레탄 열경화를 진행한 복합경화 경우와 비교하였다. Diacrylate 올리고머의 분자량과 아크릴레이트 단량체의 구조에 따른 우레탄 열경화 속도 변화를 조사하였다. Thermal curing behaviors of acrylate mixtures, which consist of photo-curable monomers and cross-linkable diacrylate oligomers, were studied under various curing conditions. The curing kinetics and curing degree of the mixtures were investigated using time-resolved FTIR spectroscopy by monitoring IR characteristic peaks of urethane thermal and acrylate photo-curing reactions. The thermal curing process of the mixture was compared with the dual curing process that is composed of urethane thermal-curing after acrylate photo-curing process. The effects of molecular weight of the diacrylate oligomer and of the acrylate monomer structures on the thermal curing kinetics were investigated.

편광 FTIR 이미징 시스템을 이용한 액정 배향 연구

정재현(Jae Hyun Jung),배진우(Jin Woo Bae),송기국(Kigook Song) 한국고분자학회 2016 폴리머 Vol.40 No.5

편광 적외선(infrared, IR)을 사용한 FTIR 이미징 실험으로 시료 전체의 평균 배향 상태가 아닌 각 위치에서 의 분자 배열 정도를 측정할 수 있었다. 시료 내에서 분자들의 배향 방향이 서로 다른 액정 셀(cell)에 대하여 러빙(rubbing) 강도와 온도에 따른 편광 FTIR 이미징 실험을 수행하였다. 5CB 액정들이 불규칙하게 배열된 영역과 한 방향으로 나란히 배열된 두 영역의 경계 부분 IR 이미지는 러빙 강도에 따라 변하였으며, 5CB가 온도에 따라 액정상에서 액체상으로 변화하는 IR 이미지로부터는 배열이 흐트러진 마이크로미터 크기의 영역들이 배향된 액정상 내에서 부분적으로 먼저 나타난 후 전체의 배열이 모두 변하였다. Molecular orientations at each domains of a sample, not an average of whole area, could be measured using the FTIR imaging experiment with polarized IR beam. Polarized FTIR imaging experiments according to the rubbing strength and sample temperature were carried out for 5CB liquid crystal (LC) cell containing different molecular orientations. At the boundary between areas with random molecular arrangement and perfect LC alignment, the IR image of the cell was changed with rubbing strength. When 5CB changed from LC phase to isotropic liquid phase, disordered areas with micrometer-size were first observed within the area of perfect LC alignment, then whole LC molecules changed to the disordered isotropic phase.

라만 분광법을 이용한 그래핀 도핑 연구

김안나(Anna Kim),이몽룡(Mongryong Lee),한승호(Seungho Han),강성준(Seong Jun Kang),송기국(Kigook Song) 한국고분자학회 2015 폴리머 Vol.39 No.6

그래핀을 HNO₃로 도핑할 때 도핑에 따른 라만 피크의 변화와 그래핀의 면저항 특성과의 관계를 조사하였다. 그래핀을 도핑하면 2D 밴드 피크 세기가 줄어드는 것과 더불어 G 밴드와 2D 밴드의 피크 위치도 현저하게 움직이는 것을 볼 수 있다. 그래핀 라만 밴드들의 도핑에 따른 피크 위치 변화는 그래핀 면저항 값의 변화와 동일하게 나타났다. HNO₃로 도핑한 그래핀을 공기 중에 두었을 경우에는 라만 피크 위치가 서서히 도핑 전 상태로 돌아가는데 반하여 진공상태로 보관했을 경우에는 거의 변화가 없었다. Relations between a peak shift of Raman band and sheet resistance of graphene were investigated when graphene was doped with HNO₃. Significant shifts of G band and 2D band as well as an intensity change of 2D band were observed with graphene doping. The shift of Raman graphene bands with doping time exhibit a similar tendency with the change of sheet resistance. The position of 2D band of doped graphene was slowly returned to original undoped state when the doped graphene was stored in atmosphere. However, no peak shift was observed for doped graphene stored in vacuum.

라만 분광실험을 이용한 전기전도성 PEDOT:PSS 박막에 대한 이온성 액체의 영향 연구

왕혁식(Hyuck Sik Wang),김석현(Seok Hyeon Kim),조승연(Seung Yeun Joe),이승혁(Seung Heouk Lee),김인선(Insun Kim),송기국(Kigook Song) 한국고분자학회 2018 폴리머 Vol.42 No.1

Polyethylene glycol을 이용한 doping 또는 이온성 액체의 후처리 과정을 통하여 전도도가 향상된 poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate)(PEDOT:PSS) 박막을 얻을 수 있었다. PEDOT:PSS를 도핑하기 전과 후 라만 스펙트럼에서 PEDOT thiophene ring의 대칭신축운동 밴드를 curve-fitting으로 분석하면 quinoid 구조의 피크세기가 benzoid 구조 피크에 비하여 상대적으로 커지는 것을 볼 수 있었다. 이와 같은 라만 피크 세기 변화를 조사함으로써 도핑에 의한 PEDOT 사슬 구조의 변화와 이에 따른 전기전도도의 증가를 설명할 수 있었다. Poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS) thin films with improved conductivity were obtained through the polyethylene glycol doping process or ionic liquid post treatment. By the curve-fitting analysis of the symmetric stretching vibration of thiophene ring in PEDOT:PSS Raman spectra obtained before and after the doping process, it was found that the peak belonged to the quinoid structure increased its intensity compared to the peak of the benzoid structure. The observed conductivity enhancement due to the structural change of PEDOT chains could be explained using the Raman experimental data.

광반응성 아크릴레이트 단량체의 반응성비가 경화필름의 기계적 물성에 미치는 영향

왕혁식(Hyuck Sik Wang),이승혁(Seung Hyuk Lee),부석형(Seok Hyeong Bu),김홍두(Hong Doo Kim),송기국(Kigook Song) 한국고분자학회 2020 폴리머 Vol.44 No.3

본 연구에서는 두 종류 이상의 아크릴레이트 단량체를 공단량체로 경화시킬 때, 단량체의 상대적 반응성비에 따른 사슬의 가교구조 변화를 예측하고, 경화된 필름의 기계적 물성 변화를 설명하였다. 올리고머/희석제/응집제로 구성된 아크릴 혼합물에서 희석제 butyl acrylate만 butyl methacrylate로 대체하여 경화한 필름의 기계적 물성이 인장강도는 5배 이상, 그리고 modulus는 200배 이상 증가하는 것을 보여주었다. 필름의 기계적 물성에 직접적으로 큰 영향을 주지 못하는 첨가제인 희석제의 구조를 단순히 아크릴레이트에서 메타크릴레이트로 바꾸어 필름의 강도를 크게 향상시킬 수 있는 현상을 아크릴 반응의 경화 kinetics와 이에 영향을 받은 사슬의 가교구조 변화를 바탕으로 설명하였다. When two or more types of acrylate monomers with a comonomer are cured, the change in the cross-linking structure of the chain according to the relative reactivity ratio of the monomers was predicted, and the mechanical properties of the cured film were described. In the oligomer/diluent/coagulant mixture, the mechanical properties of the film cured by replacing only butyl acrylate with butyl methacrylate showed that the ultimate strength increased by more than 5 times and the modulus by 200 times. The phenomenon that the strength of the film was significantly improved by simply changing the structure of the diluent, which is an additive that does not directly affect the mechanical properties of the film, from acrylate to methacrylate, is a result of curing kinetics of the acrylic reaction and the cross-linking structure of the chains affected by it.

FTIR을 이용한 아크릴레이트 단량체의 광-열 복합경화 거동 연구

김석현(Seok Hyeon Kim),왕혁식(Hyuck Sik Wang),이승혁(Seung Hyuk Lee),부석형(Seok Hyung Bu),송기국(Kigook Song) 한국고분자학회 2018 폴리머 Vol.42 No.4

우레탄 열반응이 가능한 아크릴레이트 단량체의 UV 광경화 거동을 in-situ로 시분해 푸리에 변환 적외선 분광법(FTIR) 실험과 광 DSC 실험을 수행하여 조사하였다. 아크릴레이트 단량체 사이의 우레탄 열반응을 먼저 진행한 후 UV를 쪼여 아크릴레이트 광반응을 유도한 열-광 복합경화 공정이 UV 광경화만 진행한 경우보다 아크릴레이트 반응은 더 빠르게 진행되었지만, 아크릴레이트의 최종 경화율은 약간 감소하였다. 이와 같은 아크릴레이트 단량체 시스템에 긴 사슬의 아크릴레이트 올리고머를 첨가한 시스템에서도 복합경화 공정이 UV 광경화만 진행한 경우 보다 반응은 더 빠르게 진행되었고, 아크릴레이트 경화 정도는 큰 차이 없이 끝까지 진행되었다. The photo-curing behaviors of acrylate monomers capable of urethane thermal reaction were investigated using time-resolved Fourier transform infrared spectroscopy and photo-differential scanning calorimetry. Faster photo-reaction and lower conversion of acrylate reactions were observed in the thermal-photo dual curing process compared to the photo-curing only process. In the case of the acrylate system with long chain oligomers, faster photo-reaction was also observed in the dual curing process although no difference was found in the degree of conversion for acrylates between two photo-curing processes.

러빙한 유리 기판을 이용한 반응성 액정 배향

이몽룡(Mongryong Lee),배진우(Jin Woo Bae),김안나(Anna Kim),윤형석(Hyeong Seuk Yun),송기국(Kigook Song) 한국고분자학회 2015 폴리머 Vol.39 No.1

고분자 배향막이 없는 순수 유리 기판을 이용하여 광반응성 액정의 배향을 유도하였다. 유리 기판을 러빙하여 액정 배향을 유도한 경우, 고분자 배향막을 사용하여 유도한 경우와 같이 액정을 러빙 방향과 평행하게 배향할 수 있는 것을 편광 FTIR, 편광현미경, 복굴절 측정 등의 실험을 통해서 알 수 있었다. 순수 유리 기판을 러빙하여 액정 배향을 유도하는 메커니즘은 러빙 과정에서 유리 표면에 묻어나온 고분자들이 러빙 방향으로 늘어서 분자간 상호작용을 통하여 액정 분자들의 배향을 유도하는 것이다. Alignments of photo-reactive mesogen were induced using bare glass substrates without a polymer alignment layer. It was found by using polarized FTIR spectroscopy, polarized microscopy, and birefringence measurement experiments that the reactive mesogen could be aligned along the rubbing direction although the glass substrate without an alignment layer was used. The induction mechanism of the rubbed bare glass is ascribed to that polymers from rubbing clothes are coated on the glass substrate along the rubbing direction and lead the alignment of liquid crystals through intermolecular interactions.