열방성 액정고분자 나노복합재료의 탄소나노튜브 강화효과 연구

Abstract

나노 강화제의 적용에 의한 고분자의 물성강화연구는 기계적 물성, 전기적, 구조적, 내열성 향상 등의 장점이 있다. 그 중 탄소나노튜브 (carbon nanotube, CNT)는 열적, 전기적, 기계적 물성의 향상이 가능하여 고분자 나노복합재료 분야에서 강화제로 흥미롭게 연구되고 있는 물질이다. 고분자/CNT 나노복합재료가 우수한 물성을 발현하기 위해서는 모재고분자 내에 CNT가 균일하게 분산되고, 두 물질의 계면 접착력이 중요한 인자로 고찰되고 있다. 본 연구에서는 모재고분자 내에 CNT의 분산성과 계면 접착력을 향상시키기 위하여 산처리를 실행하여 CNT 표면에 carboxyl group을 도입하였으며 (c-CNT), FT-IR과 TGA를 이용하여 CNT 표면에 carboxyl group이 효과적으로 도입된 것을 확인하였다. 소량의 순수한 CNT (p-CNT)와 c-CNT 각각을 혼입하여 열방성 액정고분자 (thermotropic liquid crystal polymer, TLCP)와 이축 압출기로 용융혼합하였고, 이렇게 제조된 TLCP 나노복합재료의 유변학적, 열적, 형태학적 기계적 특성에 관하여 비교 분석하였다. 유변학적 거동의 분석 결과 점도는 전단담화 (shear thinning)현상을 보였고, TLCP/c-CNT 나노복합재료에서 보다 높은 용융 점도를 보였다. SEM을 통한 형태학적 특성을 분석한 결과 소량의 c-CNT가 혼입된 TLCP내에 균일하게 분산된 형태를 보였으며, 열적 거동에서도 p-CNT 보다 c-CNT혼입되었을 때 우수한 열적안정성을 나타내었다. 또한 TLCP 나노복합재료의 기계적 물성 역시 p-CNT와 비교하여 c-CNT를 적용하였을 때 크게 증진되었다.; Thermotropic liquid crystal polymer (TLCP) nanocomposites reinforced with a pristine multi-walled carbon nanotube (p-CNT) and a carboxylated CNT (c-CNT) were prepared by melt compounding using twin-screw extruder. The TLCP/c-CNT nanocomposites exhibited more distinct shear thinning behavior as compared to TLCP/p-CNT over the whole frequency range. This could be attributed that the nanotubenanotube or nanotube-polymer interactions were more dominant, and some interconnected or network-like structures formed in the TLCP/c43 CNT nanocomposites. Morphological observations revealed that the c-CNT was uniformly dispersed in the TLCP matrix and increased interfacial adhesion between the c-CNT and the TLCP, as compared to the untreated p-CNT. The enhancement of thermal stability of TLCP nanocomposites obtained from the physical barrier effect of the dispersed CNT in the polymer nanocomposites. The tensile strength and modulus of the TLCP/p-CNT and TLCP/c-CNT nanocomposites were improved with increasing p-CNT and c-CNT content due to the reinforcement effect of CNTs with high aspect ratios as well as good dispersion of CNTs in the TLCP matrix.