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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

김형준 (서울대학교, 서울대학교 대학원)

지도교수
안철희
발행연도
2019
저작권
서울대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수5

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이 논문의 연구 히스토리 (5)

초록· 키워드

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재생 가능한 자원을 기반으로 한 화학 물질 및 고분자 재료에 대한 관심이 높아지면서 바이오 기반 물질들에 대한 많은 연구들이 진행되고 있다. 전 세계 난분해성 바이오 플라스틱 생산량 1,2 위는 폴리에틸렌테레프탈레이트와 폴리아마이드이다. 폴리에틸렌테레프탈레이트는 낮은 물성과 유리전이온도를 가지는 명확한 단점을 보유하고 있다. 이러한 단점을 보완하기 위한 방법 중 하나로 폴리에스터와 폴리아마이드를 결합한 폴리에스터아마이드를 중합하고자 하는 연구들이 진행되고 있다. 현재까지, 지방족 단량체를 이용한 폴리에스터아마이드 중합에 관한 연구 외에 방향족 단량체를 포함시킨 중합에 관한 연구는 거의 진행되고 있지 않다. 폴리에틸렌테레프탈레이트 보다 우수한 물성의 바이오 플라스틱 개발을 위해 본 연구에서는 비식용 바이오 기반 물질인 아미노산과 다이메틸에스터를 기반으로, 폴리에스터아마이드 중합을 위한 단량체를 선정 및 합성하고 이의 합성을 진행하였다. 연구 진행 초기에는, 보다 우수한 물성을 보유하고자 테레프탈아마이드 형태의 단량체를 합성하여 중합을 시도하였다. 테레프탈아마이드 형태의 단량체는 벤젠 고리 사이의 우수한 적층성과 반복되는 아마이드 결합으로 인한 수소 결합으로 인해 높은 융점을 보유하여 용융 공정으로 중합을 진행 시 분해되는 현상이 발생하기 때문에 열 중합을 위한 단량체로 부적합하다고 판단하였다. 이를 개선하고자 아마이드 결합을 지방족 다이올에 도입시켜 융점을 낮추고, 중합 대응물로 융점이 낮은 다이메틸테레프탈레이트를 선정하여 열 중합을 위한 용융 공정 온도를 대폭 낮추었다. 중합에 사용되는 모든 단량체와 용액 중합을 통해 합성한 올리고폴리머의 열적 안정성을 평가하여 녹는점과 분해 온도가 충분한 차이를 나타내는 4 종류의 다이올을 선정하였고, 이를 이용한 열 중합을 진행하였다. 폴리에틸렌테레프탈레이트와 동일한 공정으로, 4 종류의 다이올 모두 열 중합을 성공적으로 진행 완료하였고 대표 중합체를 선정하여 여러 분석을 진행하였다. 적외선 분광법을 통해, 해당 고분자가 에스터 결합과 아마이드 결합 둘 모두를 보유함을 확인하였고, 젤 투과 크로마토그래피 분석을 통해 중량평균분자량이 약 55,000, 다분산지수는 1.28의 값을 가지는 고분자가 중합되었음을 확인하였다. 열 분석을 통해 유리전이온도가 폴리에틸렌테레프탈레이트에 비해 2 배 가까이 높음을 확인하여 훨씬 더 넓은 사용 온도 범위가 요구되는 분야에서의 활용 가능성을 확보하였다.

목차

Abstract i
Contents v
List of Tables and Figures viii
1. Introduction 1
2. Experiments 4
2.1. Materials 4
2.2. Synthesis of Monomers with Terephthalamide Structure 5
2.2.1. Ethanolamine-DMT-Ethanolamine (EDE) Trimer 5
2.2.2. Propanolamine-DMT-Propanolamine (PDP) Trimer 5
2.2.3. DMT-Cadaverine-DMT (DCD) X-mer 6
2.2.4. MCCB-Cadaverine-MCCB (MCM) Trimer 7
2.2.5. Tyramine-TCL-Tyramine (TTT) Trimer 9
2.2.6. Ethanol-Tyramine-TCL-Tyramine-Ethanol Pentamer 9
2.3. Synthesis of Aliphatic Diol Monomers Containing Amide Bonds 12
2.3.1. Dimethyl Malonate Based Diol (EME/PMP) 12
2.3.2. Dimethyl Succinate Based Diol (ESE/PSP) 13
2.3.3. Dimethyl Adipate Based Diol (EAE/PAP) 13
2.3.4. Dimethyl Suberate Based Diol (ESuE/PSuP) 14
2.4. Solution Polymerization of Poly(ester-amide)s 17
2.4.1. Polymerization with Terephthalamide Structure Monomers 17
2.4.1.1. EDE Trimer 17
2.4.1.2. MCM Trimer 17
2.4.1.3. TTT Trimer 19
2.4.2. Polymerization with Aliphatic Diol Monomers 19
2.5. Thermal Bulk Polymerization of Poly(ester-amide)s 20
2.5.1. Polymerization with Terephthalamide Structure Monomers 21
2.5.1.1. EDE/PDP Trimer, EG, and DMT Terpolymer 21
2.5.1.2. DCD X-mer Based Poly(ester-amide)s 24
2.5.1.3. Acetylation of TTT Trimer for Polymerization of Poly(ester-amide)s 26
2.5.2. Polymerization with Aliphatic Diol Monomers 26
2.5.2.1. Large Scale Polymerization for Preparation of Tensile Test Specimens 28
2.6. Characterization 29
2.7. Thermal Properties 30
2.8. Mechanical Properties 31
3. Results and Discussion 32
3.1. Synthesis of Monomers and Polymerization with Terephthalamide 32
3.2. Analyses of Causes of Failure in Thermal Bulk Polymerization and
Establishment of New Experimental Direction 36
3.3. Synthesis of Tailor-made Diols Containing Amide Bonds and Thermal
Properties of Diols 40
3.4. Polymerization of Poly(ester-amide)s with Tailor-made Diols 43
3.5. Establishment of Further Research Direction through Representative Compound Selection and Various Analyses Thereof 46
4. Conclusion 57
5. References 59

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