Polymer Nanocomposite의 물성과 효과

이종두

(주)나노코 기술연구소, 경기도 화성시 봉담읍 와우리 첨단기술센터 911호

Properties and effects of polymer nanocomposite

Lee Jongdoo

Institute of R＊D, Nanokor Co. Ltd., Rm 911, Thechnology Incubator Center

The Unv. of Suwon, Kyunggi-do, Korea

근래에 나노(Nano)란 어휘가 갑자기 각광을 받고 있고 학계나 산업전반에 걸쳐 연구와 응용이 확산되고 있다. 여기서 파생되어 나온 단어만도 나노기술(Nanothechnology), 나노복합재료(Nanocomposite), 나노입자(Nanopaste), 그리고 나노구조(Nanostructure)등 영역의 확대에 따라 많아지고 있다. 여기서 먼저 나노(Nano)란 의미를 사전에서 찾아보면 십억분의 일이란 의미이다. 즉, 나노미터(Nanometer)는 십억분의 일미터, 나노 초(Nanosecond)는 십억분의 일초이다. 여기서 물질의 존재 개념에서 크기(Dimension)를 나타내는 나노미터(Nanometer)가 근래 나노기술의 근거가 되는 것이다. 또, 물질의 고유 물성을 잃지 않는 최소 단위는 분자 단위인데 이 분자 단위의 크기가 나노미터이므로 즉, 나노기술은 분자 단위의 물리 화학적 응용기술을 의미한다고 할 수 있다.

Polymer nanocomposite의 기술핵심은 층상 물질인 Clay를 어떻게 변화시켜 목표 Polymer가 용이하게 Intercalation 이 되도록 하느냐에 달려있다. 이 Clay의 대부분은 층상 실리케이트로서(Layered silicate) 기본구조는 silica tetrahedral sheet와 Alumina octahedral sheet의 조합으로 이루어져 있는데 그 층간에는 Na+, Li+ 등의

이온으로 채워져 있고 또 Sheet의 말단에는 OH Group이 존재한다. 즉 매우 Polar한 친수성 구조로서 대부분의 친유성인 Polymer로서는 쉽게 Intercalation이 될 수 없다. 그래서 이 Polar한 실리케이트를 각종 Polymer의 특성에 맞게 변형시키는 것이 유기화된 층상 실리케이트(OLS ; Organically modified layred silicate)이다. 종전에는 이 OLS를 실험실에서 만드는 것이 상당히 고난이도의 기술이었으나 지금은 각종 용도에 따른 OLS가 대부분 상업화되어 있다. 그러나 특수한 Polymer나 용도에 있어서는 실리케이트의 종류나 구조를 선택적으로 변형시켜야 한다.

현재까지 밝혀진 Polymer nanocomposite의 특성은 여러 가지가 있다. 그 대표적인 물성이 ①Strength나 Modulus등의 기계적 강도의 상승과 ②열변형 온도나 난연성을 부여하는 열적 특성, 그리고 ③수분이나 가스의 투과능을 억제하는 Barrier 역할이다. 이 세가지 특성은 현재 각종 polymer가 가지고 있는 취약점이다. 많은 비용과 시간이 드는 새로운 polymer의 개발 없이 저비용의 Nano화에 의해 이들 물성의 가장 큰 개선 Point는 실리케이트가 갖는 High aspect ratio와 1g의 표면적이 800 평방미터에 달하는 점이다. 그리고 일반 복합재료와는 달리 실리케이트가 Nano scale로 분산되어 있기 때문에 범용 Polymer의 가공특성을 그다지 저해하지 않는다는 것이 매력이다. 본 연구에서는 다양한 Polymer와 실리케이트로 이루어진 Nanocomposite에서의 특성들을 고찰하였다.