디에틸렌 글리콜이 PVA용액과 PVA필름의 특성에 미치는 영향에 대한 유변학적 고찰

Abstract

가소제인 Diethylene glycol(DEG) 이 Polyvinyl alcohol(PVA)/ Dimethyl sulfoxide(DMSO) 용액의 유변학적 특성 및 PVA 필름의 특성에 미치는 영향을 수소 결합의 관점에서 고찰하였다. DEG가 PVA 분자 사슬 간 또는 사슬 내 수소 결합을 파괴하는 것으로 나타났으며 이 현상은 6 wt% PVA/DMSO 용액계의 경우 DEG가 PVA의 20~30 wt% 범위에서 PVA 필름의 경우 10~20 wt% 범위에서 두드러지게 나타났다. 그러나 12 wt% PVA/DMSO 용액계의 경우에는 DEG의 효과가 미미하였다. 이에 6 wt% 용액계 에서는 첨가된 DEG로 인하여 점도와 저장탄성률 등이 크게 낮아졌으나 12 wt% 용액계에서는 점도와 저장탄성률 등에서 큰 변화를 보이지 않았다. 한편, 시간을 변수로 하여 점도의 변화를 알아본 결과 일정한 전단응력 하에서 시간이 지남에 따라 점도가 증가하는 경향을 보였는데 특히 6 wt%에서 점도의 상승이 두드러지게 나타났다. 필름을 제조하여 열적 성질을 확인한 결과 DEG의 첨가로 인하여 결정화를 방해 하고 이것으로 인하여 유리전이온도와 결정화온도 등이 달라지는 것을 확인할 수 있었다. 기계적인 물성의 변화로는 DEG를 첨가함으로 인하여 초기탄성률과 항복응력이 낮아지는 것을 확인하였고 반면 연신율은 증가하는 것을 알 수 있었는데 DEG의 함량이 PVA 대비 20 wt% 이상의 함유량을 가질 때 그 차이가 두드러졌다.; The rheolgical properties of polyvinyl alcohol (PVA) /diethylene glycol (DEG) solutions in dimethyl sulfoxide (DMSO) and thermal and mechanical properties of solution-cast PVA/DEG films were investigated. It was presented that DEG played a role of intra- and inter- hydrogen bonding breaker between PVA molecules. These effects were exhibited at DEG content more than 20 wt% in 6 wt% PVA/DMSO solution. In the case of PVA/DEG films, DEG content of more than 10 wt% had an effect on hydrogen bondings of PVA. In the case of 6 wt% solution systems, incorporating DEG abruptly reduced viscosity and storage modulus (G’) whereas a linear and less notable reduction of them was observed 12 wt% solution systems. That is, the incorporated DEG molecules weaken the physical structure in the solutions because DEG penetrates between PVA polymer chains and disturbs hydrogen bonds. In addition, DEG has a large flexibility due to ether group, which imparts a plasticizing effect to PVA polymers. Further, 6 wt% solution showed a more notable increase of viscosity with time at a given shear rate. On the contrary, DEG has a little effect on PVA in time dependence. Moreover, the η' of solutions is slightly increased due to increasing physical crosslikable sites of PVA solutions. In thermal analysis, The crystallization temperature and the maximum value of melting temperature are shifted to lower temperature with increasing DEG content, indicating DEG has a negative effect on crystallization. Dynamic mechanical thermal analysis revealed that introducing DEG broadened the peak of tanδ curve and lowered the glass transition temperature of PVA. DEG noticeably deteriorated the mechanical properties such as initial modulus and yield stress of PVA films but increased the elongation at break at the plasticizer content higher than 20 wt%. This indicates that introducing DEG molecules disturb crystallization and regular hydrogen bonding between PVA molecules, resulting in easier sliding of PVA molecules each other. DEG causes decrease of mechanical properties, it can gives flexibility to PVA films and improves productivity. Consequently, DEG content of 10-15 wt% in PVA may give optimal physical and mechanical properties.