Isosorbide를 함유한 Poly (1, 4-cyclohexylenedimethylene terephthalate)의 결정화 거동과 구조 분석

Abstract

Poly (1, 4-cyclohexylenedimethylene terephthalate) (PCT)는Poly (ethylene terephthalate) (PET)와 같이 다양한 분야에 적용되고 있으며 선형의 알칸 반복단위를 환 구조인 1, 4 cyclohexanedimethanol (CHDM)으로 치환하여 합성한 물질이다. 환 구조와 CHDM, 고유의‘ring flip’ 을 통해 PET보다 열적 안정성과 유연성을 높인 이 폴리에스테르는 환의 stacking에 의한 강직성으로 높은 용융온도를 가지게 되고 빠른 결정화 거동으로 인해가공성이 떨어진다는 단점이 있다. 이를 개선하고자 바이오 매스에서 추출 가능한 Isosorbide (ISB)를 공단량체로 사용하였다. ISB는 지구 온난화, 석유의 고갈 및 환경 정책 강화에 대응 할 수 있는 물질로서 글루코스로부터 추출이 가능하고 친환경 소재임과 동시에 간접적인 CO2 감소 효과를 기대 할 수 있다. ISB가 가진 두 개의 furan 환이 120도의 각을 가지며 이어져 있는 구조는 높은 강직성에 기여 할 수 있지만 평면 구조가 아니기 때문에 결정성을 떨어트리는 요인이 될 수 있다. 따라서 ISB를 PCT의 공단량체로 사용할 경우 기존의 유리전이온도를 더 높일 수 있고 결정성을 떨어트려 융점 저하와 결정화 속도를 늦추는 효과를 기대할 수 있다. 이 논문에서는 ISB의 함량을 조절하여 CHDM과 terephthalic acid (TPA)를 용융 공중합을 하였다. 중합된 샘플들의 분자량과 열적 특성을 GPC와 DSC를 통해 알아 내었으며 이들의 구조는1H, 13C-NMR, COSY, HSQC을 사용하여 밝혀냈다. 13C-NMR을 사용하여 sequence distribution을 계산하였고 이를 열적 특성과 비교 분석 하여 ISB로 이루어진 block이 증가 할수록 유리전이 온도는 상승하며 용융온도가 감소 하는 것을 확인하였다. 또한 WAXD를 통한 결정 구조 분석으로 합성된 poly (isosorbide - co - 1, 4 cyclohexylenedimethylene terephthalate) (PICT)의 결정화 거동 중 ISB의 역할을 알 수 있었다. |Structural analysis and crystallization behavior of Poly (1, 4-cyclohexylenedimethylene terephthalate) containing renewable corn derived monomer, Isosorbide (PICT) were studied. PICT was synthesized by melt polycondensation with various content (5mole% ~ 25moles%) of isosorbide (ISB).The structure of PICT was analyzed by using COSY, HSQC, and sequence distribution to investigate the relation between ISB block and thermal properties. Among the samples of PICT, ISB content of 5 mole%, 12 mole% and 17 mol% showed crystallinity, where intriguing crystallization behavior could be observed differing from conventional PCT from WAXD. The content of ISB is believed to be affecting the crystalline structure by acting as an impurity. ISB is believed to be initially included in crystalline region, resulting decrease in crystallinity as the crystallization time increases. However when other crystallization temperature and time is increased the crystallinity increases indicating complete rejection of ISB to amorphous region. Such behavior could also be observed in the polarized microscope imagery.; Structural analysis and crystallization behavior of Poly (1, 4-cyclohexylenedimethylene terephthalate) containing renewable corn derived monomer, Isosorbide (PICT) were studied. PICT was synthesized by melt polycondensation with various content (5mole% ~ 25moles%) of isosorbide (ISB).The structure of PICT was analyzed by using COSY, HSQC, and sequence distribution to investigate the relation between ISB block and thermal properties. Among the samples of PICT, ISB content of 5 mole%, 12 mole% and 17 mol% showed crystallinity, where intriguing crystallization behavior could be observed differing from conventional PCT from WAXD. The content of ISB is believed to be affecting the crystalline structure by acting as an impurity. ISB is believed to be initially included in crystalline region, resulting decrease in crystallinity as the crystallization time increases. However when other crystallization temperature and time is increased the crystallinity increases indicating complete rejection of ISB to amorphous region. Such behavior could also be observed in the polarized microscope imagery.