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Polymer(Korea), Vol.30, No.6, 498-504, November, 2006
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소수성 실리카를 안정제로 이용하는 수용액 상에서의 현탁중합법에 의한 폴리스티렌 입자 합성
Preparation of Polystyrene Beads by Suspension Polymerization with Hydrophobic Silica as a Stabilizer in Aqueous Solution
박문수†
  • 수원대학교 신소재 공학과
Moonsoo Park†
  • Department of Polymer Engineering, University of Suwon, San2-2 , Wawuri, Bongdameup, Hwasung-city, Gyeonggido 445-743, Korea
E-mail:
초록
물을 반응매체로 하고 스티렌을 단량체로 하는 현탁중합법을 이용하여 입경이 1∼20 m에 이르는 입자를 합성하고자 시도하였다. 소수성 실리카를 안정제로, azobisisobutyronitrile(AIBN)을 개시제로 선택하였다. 반응은 65에서 95 ℃ 사이의 선택된 온도에서 진행하였다. 안정제의 농도는 물에 대하여 0.17 wt%에서 3.33 wt%까지 변화시켰으며, 개시제는 단량체에 대하여 0.13 wt%에서 6.0 wt%까지 변화시켰다. 소수성 실리카의 수용액 내의 분산은 정확한 pH 조절을 통하여 이루어졌으며, pH 10에서 최적의 분산을 보였다. 안정제의 농도를 증가하는 경우 초기에는 평균입경이 감소하다 안정제의 농도가 1.67 wt%에서 최소 평균입경을 나타낸 후 증가하였다. 이는 과다한 안정제의 농도로 인한 반응매체 내에서의 이차반응과 이로 인한 입자간의 응집에 기인하는 것으로 사료된다. 안정제의 농도 증가에 따른 분자량은 안정제의 농도가 0.13 wt%에서 1.00 wt%의 사이에서는 일정하였으나, 안정제의 농도가 1.67 wt%를 초과하며 증가하였다. 이러한 분자량의 변화는 과다한 안정제로 인한 개시제의 활성 및 효율 저하, 그리고 반응매체 내에서의 이차반응에 그 원인이 있는 것으로 사료된다. 개시제의 농도 증가 및/혹은 반응온도의 증가는 반응속도와 입경을 증가시켰다. 그 결과, 소수성 실리카를 안정제로 하는 현탁중합반응에서 안정제의 농도, 개시제의 농도, pH 그리고 반응온도의 조절을 통하여 평균입경이 1∼20 μm 영역에 포함되는 구형의 폴리스티렌 입자를 합성할 수 있다는 사실을 확인하였다.
A suspension polymerization of styrene in aqueous phase was employed to study if polystyrene particles ranging from 1 to 20 m can be produced. Hydrophobic silica was selected as a stabilizer and azobisisobutyronitrile (AIBN) as an initiator. Polymerization reaction was carried out at a selected temperature in the range of 65∼95 ℃. Stabilizer concentration was varied from 0.17 to 3.33 wt% compared to the water, while the concentration of the initiator was raised from 0.13 to 6.0 wt% compared to the monomer. Dispersion of hydrophobic silica into the water phase was achieved by precise control of pH. Optimum dispersion of silica was obtained at pH 10. Average particle diameter decreased with increasing amounts of stabilizer concentration initially, exhibiting the minimum average diameter at 1.67 wt% of stabilizer concentration, after which it started to increase. It is speculated that an excessive presence of stabilizer encouraged a secondary reaction in the reaction medium, which led to particle agglomeration, and as a result an increase in average particle diameter. Molecular weight was found to be independent of stabilizer concentration between 0.13 and 1.00 wt%; whereas, it increased when stabilizer concentration exceeded 1.67 wt%. Variation of molecular weight was probably caused by the reduced activity and efficiency of initiator due to the high concentration of silica, and the secondary reaction in the reaction medium, as well. An increase in the initiator concentration and/or reaction temperature resulted in an increase in both reaction rate and particle diameter. Consequently, we have confirmed that spherical polystyrene particles with 1∼20 μm in diameter can be prepared by careful selection of the concentration of stabilizer, initiator, pH and reaction temperature.
Keywords:suspension polymerization;hydrophobic silica;stabilizer;pH;secondary reaction
  1. Omi S, Fujiwara K, Nagai M, Ma G, Nakano A, Colloids Surf., 153, 165 (1999) 
  2. Noda I, Kamoto T, Yamada M, Chem. Mater., 12, 1708 (2000)
  3. Ma C, Taniguchi I, Miyamoto M, Kimura Y, Polym. J., 35, 270 (2003)
  4. Ma C, Kimura Y, Polym. J., 34, 709 (2002)
  5. Hearn J, Wilkinson MC, Goodall AR, Chainey M, J. Polym. Sci., 23, 1869 (1985)
  6. Song Z, Poehlein GW, J. Polym. Sci. A: Polym. Chem., 28, 2359 (1990)
  7. Guillaume JL, Pichot C, Guillot J, J. Polym. Sci. A: Polym. Chem., 28, 119 (1990)
  8. Ocallaghan KJ, Paine AJ, Rudin A, J. Appl. Polym. Sci., 58(11), 2047 (1995)
  9. Tanrisever T, Okay O, Sonmezoglu IC, J. Appl. Polym. Sci., 61(3), 485 (1996)
  10. Xu Z, Yi C, Lu G, Zhang J, Cheng S, Polym. Int., 44, 149 (1997)
  11. Corner T, Colloids Surf., 3, 119 (1981) 
  12. Over CK, Lok KP, Macromolecules, 20, 268 (1987)
  13. Paine AJ, J. Polym. Sci. A: Polym. Chem., 28, 2485 (1990)
  14. Shen S, Sudol ED, El-Aasser MS, J. Polym. Sci. A: Polym. Chem., 31, 1393 (1993)
  15. Takahashi K, Miyamori S, Uyama H, Kobayashi S, J. Polym. Sci. A: Polym. Chem., 34(2), 175 (1996)
  16. Olayo R, Garcia E, Garcia-Corichi, Sanchez-vazquez L, Alvarez J, J. Appl. Sci., 67, 71 (1998) 
  17. Odian G, Principles of Polymerization, 3rd ed., Wiley Interscience, New York, p.302 (1991)
  18. Taguchi K, Hosagai K, Tanaka M, J. Nihon Chem. Eng., 25, 758 (1999)
  19. Murakami R, Hachisako H, Yamada K, Motozato Y, Polym. J., 25, 205 (1993)
  20. Liang YC, Svec F, Frechet JM, J. Polym. Sci. A: Polym. Chem., 35(13), 2631 (1997)
  21. Biasutti JD, Davis TP, Lucien FP, Heuts JPA, J. Polym. Sci. A: Polym. Chem., 43(10), 2001 (2005)
  22. Kim SS, Park TS, Shin BC, Kim YB, J. Appl. Polym. Sci., 97(6), 2340 (2005)
  23. Introduction of Aerosil Products, Nippon Aerosil Co., Ltd (2005)
  24. Iler RK, The Chemistry of Silica, John Wiley & Sons New York, p.60 (1978)
  25. Allen G, Comprehensive Polymer Science, vol.4, Pergamon, Oxford, p.236 (1989)
  26. Ray B, Mandal BM, J. Polym. Sci. A: Polym. Chem., 37(4), 493 (1999)
  27. Odian G, Principles of Polymerization, 3rd ed., Wiley Interscience, New York, p.275-278 (1991)