폴리알킬메타크릴레이트계 이오노머의 구조 및 막 투과 특성에 관한 연구

Abstract

알킬기의 길이가 서로 다른 여러 알킬메타크릴레이트(alkylmetha crylate)계 단량체와 2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid(AMPS)를 공중합한 고분자들를 보면 몰비는 약 10mol%로 일정했지만 알킬메타크릴레이트의 측쇄 길이가 길어짐에 따라 알킬메타크릴레이트의 분자량이 증가돼서 무게비는 측쇄 길이가 길어짐에 따라 감소하는 경향을 보여 단위 부피가 존재하는 이온의 양은 감소하게 된다. P(AMPS-co-AMA) acid와 P(AMPS-co-AMA) 이오노머 모두 측쇄의 길이가 증가함에 따라 유리전이온도는 감소하는 경향을 보였다. 이는 측쇄의 길이가 길어질수록 acid와 이오노머의 운동도는 더 좋아진다는 것을 의미한다. 이것은 AMA의 측쇄가 형성시키는 free volume이 측쇄의 길이가 증가함에 따라 증가하여 고분자내의 유연성 역시 증가하기 때문이다. 그리고, Na+이온으로 치환된 이오노머는 acid 보다 높은 유리전이온도를 나타내는데 이는 이온간의 상호작용에 의한 이온 결집체의 형성으로 이온결집체가 가교효과를 내기 때문이다. 알킬메타크릴레이트의 측쇄길이가 증가함에 따라 ionic interaction이나 이온의 응집력은 n=3부터 n=7까지 증가하다가 다시 n=12까지는 감소하는 경향을 보이고 있다. n=3인 경우는 이온의 절대양은 시료 중 가장 높지만 효과적으로 multiplet을 이루기에는 너무 사슬의 운동도가 낮으며, n=12인 경우에는 비록 사슬의 운동도는 매우 낮지만 이온의 절대적인 양이 적고, 긴 측쇄에 의한 steric effect가 크게 작용하여 역시 낮은 이온의 응집을 나타내게 된다. Swelling ratio는 측쇄의 길이가 증가할수록 감소하는 데 그 이유는 고분자내의 ion의 wt%가 감소하기 때문이다. 물이 수화되는 부분은 주로 이온기 주위이며 hydrocabon chain은 물과의 친화성이 매우 낮으므로 이온기의 농도가 swelling ratio를 지배하게 된다. 막의 투과 실험을 하면 측쇄의 길이가 길어질수록 flux와 rejection는 감소하는 경향을 보였다. 일반적으로 flux는 solubility와 diffusivity에 비례하게 되므로 swelling ratio에서 알아본 바와 같이 측쇄의 길이가 길어짐에 따라 solubility는 감소하게 되므로 flux는 측쇄의 길이가 증가함에 따라서 감소하는 경향을 보이게 되는 것이다. Rejection 역시 flux와 마찬가지로 측쇄의 길이가 길어짐에 따라 감소하는 경향을 보였는데, hydration shell을 둘러싸고 있는 사슬의 변형이 측쇄의 길이가 길어짐에 따라 보다 용이해지기 때문이다. 측쇄의 길이가 가장 짧은 n=3인 이오노머막과 측쇄의 길이가 가장 n=12인 막의 압력에 따른 rejection을 비교해보면 측쇄의 길이가 긴 n=12인 막이 압력에 따른 변화가 훨씬 크므로 측쇄의 길이에 따른 rejection은 hydration shell의 둘러싸고 있는 알킬메타크릴레이트의 운동도가 클수록 감소하는 경향을 보이게 된다.