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Journal of the Korean Industrial and Engineering Chemistry, Vol.10, No.5, 718-725, August, 1999
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Inverse Gas Chromatography를 이용한 Poly(dimethylsiloxane)-Solvent계의 열역학적 연구
Thermodynamic Study of Poly(dimethylsiloxane)-Solvents Systems Using Inverse Gas Chromatography
조정모, 강춘형
초록
Inverse gas chromatography(IGC) 방법은 고분자-용매 계의 열역학적 특성을 신속하고 정확하게 결정할 수 있는 신뢰할 만한 방법 중 하나이다. 본 연구에서는 유한 농도에서의 IGC 방법을 사용하여 poly(dimethylsiloxane)(PDMS)과 물, 에탄올, 그리고 이소프로판올과의 상호작용을 정량적으로 결정하였다. 이를 위하여 고정상 내 용매의 체류시간으로부터 Flory-Huggins의 상호작용 계수를 산출하여 PDMS와 용매간의 소수성 상호작용을 의미하는 큰 양의 값(2<χ<5)을 얻었다. 또, 용매에 포함된 탄소수가 증가함에 따라 상호작용 계수는 감소함을 알 수 있었다. 그러나, 온도, 압력, 그리고 이동상 내 용매의 농도에 대해서는 상호작용 계수가 큰 영향을 받지 않았다. 가교된 PDMS를 이용한 실험으로부터 측정한 체류시간을 이용하여 Flory-Rehner 식에 의하여 계산한 가교 밀도는 대략 2.0×10-3 mol/g이었다. 또한 선형고분자에 대한 Kirkwood-Buff-Zimm(KBZ) 적분을 행하여 고분자와 용매의 분자분포 구조를 추정하였다. 이로부터 물분자는 PDMS에 대하여 용매화되지 않고 자체 분자끼리 부분적인 클러스트를 형성하며, 에탄올과 이소프로판올에서는 탄소수가 증가함에 따라 균일한 혼합에 가까운 분자분포의 구조적 성질을 추정할 수 있었다.
In order to investigate the interaction characteristics of poly(dimethylsiloxane) (PDMS) with various solvents such as water, ethanol, and iso-propanol, Inverse Gas Chromatography(IGC) at finite concentration, which is a very fast, accurate, and thus promising technique in thermodynamic study of polymer systems, is employed. By measuring the specific retention volumes of the probes, the interaction parameters are calculated by means of the Flory-Huggins equation. From the results, the interaction parameters of the probes are, as expected due to the hydrophobicity of the polymer, found to be of large positive values (2<χ<5). With the increase of bulkiness of the solvents, the interaction parameter decreases implying the relatively favorable interaction with the PDMS. however, significant dependence of the interaction parameters on temperature, pressure, or solvent concentration in the mobile phase is not observed within the experimental range of this study. The IGC study is repeated for the crosslinked PDMS, which is prepared in our lab. According to the Flory-Rehner equation, the crosslinking density is found to be about 2.0×10-3 mol/g. For the linear PDMS, interpretation of the space distribution of molecules is performed by the Kirkwood-Buff-Zimm(KBZ) integrals, which give intuitive information about physical properties. From the KBZ integrals, water does not show the tendency of preferential solvation with the PDMS but formed self-cluster. The larger solvent molecules show a stronger tendency to distribute more randomly in the mixture.
Keywords:Inverse gas chromatography;PDMS;Flory-Huggins;Flory-Rehner;Kirkwood-Buff-Zimm
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