나일론4 공중합체의 합성 및 물성 조사

Abstract

Nylon4는 기계적 물성이 우수하여 섬유 및 엔지니어링 플라스틱으로 사용할 수 있는 소재로 알려져 왔으나 용융온도보다 열분해온도가 낮아서 상품화되지 못하였다. 본 연구에서는 이러한 Nylon4의 다양한 용도개발을 위하여 Nylon4 공중합체를 제조하고 물성을 조사하였다. Nylon4의 함량이 낮은 Nylon4 공중합체는 2-pyrrolidone(PD)과 γ-aminobutyric acid(GABA), ɛ-caprolactam(CL) 및 12-aminododecanoic acid(ADA)로부터 각각 Nylon4/6 공중합체와 Nylon4/12 공중합체를 6-aminocaproic aicd(ACA) 촉매 하에 용융중합으로 합성하였다. Nylon4의 함량이 높은 Nylon4 공중합체는 PD와 CL을 단량체로, potassium tert-butoxide (t-BuOK)를 개시제로, N-acetyl caprolactam (ACL)을 촉진제로 하여 Nylon4/6 공중합체를 음이온중합으로 합성하였다. 용융중합으로 합성한 Nylon4 공중합체의 열적 물성을 살펴보면, Nylon 4/6 공중합체의 경우에는 PD의 함량이 높아질수록 Tm이 감소하는 경향을 나타내었고, Nylon6 보다는 낮은 값을 가져졌다. Nylon4/12의 경우도 마찬가지로 GABA의 함량이 높아질수록 Tm이 감소하였고, Nylon12 보다 낮은 값을 나타내었다 Nylon4/6 공중합체의 5% 중량감소온도는 208~285 ℃으로 Nylon6 보다는 낮았고, Nylon4/12 공중합체도 316~407 ℃으로 역시 Nylon12 보다 낮은 값을 가졌다. 기계적 성질을 측정한 결과, Nylon4/6 공중합체의 경우에는 PD의 함량이 증가할수록 파단율과 신율 모두 감소하는 경향을 나타내었고, Nylon6 보다 기계적 물성이 낮아짐을 확인하였다. Nylon4/12 공중합체의 경우 파단율은 전반적으로 Nylon12 보다는 높은 값을 나타내었고, 신율은 GABA의 함량이 증가할수록 증가하였다. 음이온중합으로 합성한 중합체의 열적 물성을 조사한 결과, Nylon4의 함량이 감소할수록, 또는 중합온도가 증가할수록 Tm과 결정화도가 감소하는 경향을 보였다. Nylon4/6(9:1) 공중합체의 5% 중량감소온도는 263~269 ℃, Nylon4/6(8:2) 공중합체는 263~277 ℃ 로 중합온도가 높아질수록 증가하는 경향을 보였다. Nylon4의 함량이 90, 80, 60, 50 mol%로 감소할수록 5% 중량감소온도는 251~301 ℃로 전반적으로 Nylon4 보다는 높고 Nylon6 보다는 낮은 값을 지녔다.