Flow aligning 열방성 액정고분자의 전이 유변학적 거동과 미세구조 모사에 대한 연구

Abstract

TLCP 폴리에스테르 이미드 (polyester imide)가 N-(6-carboxyhexyl) trimellitic imide와 methyl hydroquinone diacetate으로부터 합성되었다. 이 물질은 쌍방성 액정 거동을 보였으며 일반적인 냉각속도 하에서는 결정화를 보이지 않았으며 등온 열처리시의 결정화 속도도 매우 느렸다. 이것은 side 메틸 그룹에 의해 결정화가 방해되기 때문이다. Temperature sweep 측정을 통하여 네마틱 영역에서 결정화의 영향에 의한 히스테리시스를 보이지 않았다. 이러한 장점들을 갖고 있는 이 물질은 morphology가 유변학적 성질에 미치는 영향을 연구하는데 매우 적합하였다. Transient simple shear 측정을 통해 갑작스런 전단흐름 하에서 전단 스트레스와 제1법선 응력차 를 관찰하였다. 실험결과 다중구조가 깨여짐에 의한 커다란 overshoot 피크가 나타났으며 전단속도가 클수록 피크가 더 일찍이 나타났다. Small amplitude oscillation 실험을 통해 액정의 네마틱, biphasic, 등방성 영역을 잡았다. 또 dynamic frequency 측정과 step rate 측정을 통해 각종 영역에서 Cox-Merz 법칙의 성립 여부를 관찰하였다. 관찰을 통해 네마틱, biphasic 영역에서는 성립되지 않았으며 등방성 영역에서는 성립되었다. 이러한 관찰들을 통해 morphology 가 유변학적 성질에 큰 영향을 미치며 Cox-Merz 법칙의 성립 여부를 결정함을 알 수 있었다. 미세구조 모사에 의한 모델 예측은 방향자들이 전단방향으로 배향할 때 polydomain 구조가 파괴되기 때문에 TLCP 의 완화 modulus가 감소함을 보여준다. 실험으로부터 얻은 동력학적 modulu가 방정식 (33)있는 파라메터들의 값을 구하기 위해 사용되였다. 그리하여 갑작스러운 전단흐름하에서 전단 응력과 제1법선 응력차를 예측하였다. 모사 결과들은 정성적으로 본 연구에서 실험한 것을 포함한 TLCP에 대한 실험결과들과 잘 일치하였다. 흐름에 의한 polydomain 구조의 파괴 그리고 방향자의 평균 배향에 의존하는 전단 modulu의 결과적인 감소는 거대한 stress overshoot을 야기한다. 격자모델을 사용하여 액정고분자의 흐름거동을 예측하였으며 유변학적 방정식이 유방성 액정고분자이론으로부터 확장되였다. Nearest-neighbor 분자 상호작용을 고려함으로써 에너지 minimization에 의해 polydomain 구조를 재현할수 있었다. 미세구조 모사를 통해 전단 흐름속에서의 polydomain 구조 변화를 관찰하였다. 또 전단속도가 클수록 방향자가 빠르게 배향되는 것을 볼수 있었으며 정상상태 배향 level도 높음을 알 수 있었다. Defect가 polydomain 구조로의 회복에 있어서 원동력 작용을 하는 것을 알 수 있었으며 defect가 많을수록 polydomain 구조로의 회복속도가 더 빠름을 알 수 있었다. 미세구조 모사로부터 갑작스런 전다흐름하에서 polydomain의 깨여짐으로 인한 스트레스상에서 large first overshoot이 나타남을 관찰할 수 있었다. 이런 결과는 실험과 정성적으로 일치함을 보였다. 또한 low shear rate에 있어서 액정의 전형적인 특징인 Onogi-Asada의 점도 곡선과 일치함을 예측할 수 있었다.