고분자 용액의 액-액 평형의 계산을 위한 열역학 이론의 전개

Abstract

본 연구에서는 여러 가지 종류의 다양한 고분자 및 고분자 혼합물들의 열역학적인 특성을 계산하는 데 있어 용액 내에서 일어나는 분자와 분자 사이의 상호인력을 설명해 줄 수 있는 새로운 분자열역학적인 모델을 제시하는데 중점을 두고 있다. 특히 화공열역학모델의 기초관문이라 할 수 있는 액/액 평형을 중점적으로 연구하여, 총 2장에 걸쳐 제시하고 있다.

제 1장 이미 정립되어있는 이중격자모델에서 혼합 내부에너지 부분의 수학적인 한계를 극복하고자 exponential term을 사용하여 새로운 열역학모델을 개발하여, 다양한 종류의 액/액 평형 형태를 계산하는 방법을 제시하였다. 기존의 변형이중격자모델은 액/액 평형의 종류 중, UCST와 LCST만을 계산 가능하였지만, 이번 연구를 통해 Closed-loop 타입과 UCST, LCST 공존 타입까지 계산이 가능하게 되었다. 최소한의 맞춤인자를 이용하였으며 맞춤인자의 값도 합리적으로 제시하여 변형이중격자모델이 열역학적으로 우수함을 제시하였다. 실험값과 이론값의 오차 또한 상당히 작았다.

제 2장 전통적인 고분자용액 이론인 Flory-Huggins Theory는 일반적으로 고분자와 용매의 이성분계를 예측하는데 사용된다. 그러나 이는 실제 고분자 용액의 상평형을 예측하는데 있어 오차가 크고 한계가 있다. 이번 연구에서는, Flory-Huggins Theory를 보완하여 고분자와 용매의 이성분계뿐만 아니라 고분자와 고분자간의 이성분계 예측을 명확하게 제시할 수 있는 열역학 모델을 개발하였다. 새로 개발된 열역학 모델은 다른 모델 들에 비해서 simple 하면서도 다양한 고분자 용액과 고분자와 고분자간의 이성분계 예측이 탁월함을 제시하였고 적은 맞춤인자를 이용하여, 실험값과 매우 근접한 이론값을 얻을 수 있었다.; ABSTRACT

Liquid-liquid Equilibria of Polymer Solutions: Thermodynamics modeling for the calculation

Jung, Jae Gyeong Dept. of Chemical Engineering The Graduate School Hanyang University

CHAPTER I We developed a simple and improved expression for the Helmholtz energy of mixing which uses a Taylor series of an exponential function based on extending the Redlich-Kister expansion. This model incorporates the chain length dependence of polymers and specific interactions such as hydrogen bonds. The proposed model can accurately predict most phase diagrams of various binary polymer solutions including upper critical solution temperature (UCST), lower critical solution temperature (LSCT), both UCST and LCST, and closed miscibility loops. Our model fits experimental data of the complex phase behavior of polymer solutions well.

CHAPTER II We have developed a new Flory-Huggins model by adding a specific interaction parameter derived from a modified double-lattice model for the Helmholtz energy of mixing for binary liquid mixtures. This model is very simple and could be easily integrated into engineering applications. Using this revised model, we can successfully describe the phase behavior of polymer solutions with an upper critical solution temperature (UCST), a lower critical solution temperature (LCST), both UCST and LCST, and a closed miscibility loop.