탄소나노튜브 강화 열방성 액정고분자 나노복합재료

Abstract

최근 나노기술 (nanotechnology, NT)을 이용하여 고분자 나노복합재료를 제조하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있는 가운데, 탄소나노튜브 (carbon nanotube, CNT)는 완벽한 구조와 물성으로 인해 고성능 고분자 나노복합재료의 보강재로써 각광 받고 있다. 고분자/CNT 나노복합재료가 우수한 기계적 물성을 발현 하기 위해서는 고분자 matrix내에 CNT의 분산성과 고분자 matrix와의 친화력이 매우 중요한 인자로 알려져 있다. 본 연구에서는 고분자 matrix내에 다중벽 탄소나노튜브 (multiwall carbon nanotube, MWCNT)를 균일하게 분산시키고 고분자 matrix와의 친화력을 향상시키기 위해 산 처리를 통해 MWCNT 표면에 carboxylic acid group을 도입하였으며 (c-MWCNT), 이를 열방성 액정고분자와 용융혼합 하여 TLCP/c-MWCNT 나노복합재료를 제조하였고 열적, 유변학적, 기계적 특성에 관해 고찰하였다. Raman과 FT-IR을 이용해 MWCNT 표면에 carboxylic acid group이 효과적으로 도입 된 것을 확인하였고, SEM을 이용하여 c-MWCNT가 TLCP matrix내에 비교적 균일하게 분산 되어 있는 것을 확인하였다. 매우 소량의 c-MWCNT의 혼입이 TLCP/c-MWCNT 나노복합재료의 열적 및 결정화 거동에는 거의 영향을 미치지 않았으나, 열분해 반응을 지연시켜 TLCP/c-MWCNT 나노복합재료의 열 안정성은 증가하는 것을 확인하였다. 유변학적 분석 결과 c-MWCNT의 혼입으로 TLCP/c-MWCNT 나노복합재료의 용융점도는 증가하는 경향을 보이나 그 증가 폭은 미세하여 열방성 액정고분자의 가장 큰 장점인 우수한 성형가공성은 유지되는 것을 확인하였으며, c-MWCNT의 혼입 량이 증가함에 따라 c-MWCNT의 interconnected 또는 network-like 구조에 기인하여 storage modulus의 terminal zone 기울기가 감소하는 것을 확인하였다. 또한, 매우 소량의 c-MWCNT 혼입으로 TLCP/c-MWCNT 나노복합재료의 인장강도 및 굴곡강도 등의 기계적 특성은 크게 증진 되었으며 열변형 온도 또한 증진 되었다.; Thermotropic liquid crystalline polymer (TLCP) nanocomposites reinforced with carboxylated multiwall carbon nanotube (c-MWCNT) were prepared through melt compounding in a twin screw extruder. The thermal stability of TLCP/c-MWCNT nanocomposites increased with even a small amount of c-MWCNT. The rheological properties of the TLCP/c-MWCNT nanocomposites were dependent on the c-MWCNT content. The complex viscosity of TLCP/c-MWCNT nanocomposites was slightly influenced with c-MWCNT content due to the high shear thinning of TLCP. The storage modulus of TLCP/c-MWCNT nanocomposites was increased with increasing c-MWCNT content. This result could be attributed that the nanotube-nanotube interactions were more dominant, and some interconnected or networklike structures formed in the TLCP/c-MWCNT nanocomposites. Incorporation of very small amount of c-MWCNT improved the mechanical properties of TLCP/c-MWCNT nanocomposites, and this was attributed to the reinforcement effect of c-MWCNT with high aspect ratio and their uniform dispersion through acid treatment in the TLCP matrix.