KR100519560B1 - PET/clay Nanocomposite and Process Preparing the Same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내충격성, 인성 및 투명성 등의 물성 저하 없이 우수한 기체차단성 및 기계적 물성을 갖는 PET/점토 나노복합재의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 PET/점토 나노복합재에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 Na-MMT(Montmorillonite)를 열안정성이 향상되도록 설계·합성한 유기화제를 이용하여 유기점토로 전환시킨 후 이를 PET 고분자 수지와 용융-혼합하는 컴파운딩법에 의하여 PET/점토 나노복합재로 제조하는 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 PET/점토 나노복합재에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing PET / clay nanocomposites having excellent gas barrier properties and mechanical properties without deteriorating physical properties such as impact resistance, toughness and transparency, and more specifically, to PET / clay nanocomposites prepared by the method. Manufacturing Na-MMT (Montmorillonite) into organic clay using organic agent designed and synthesized to improve thermal stability, and then manufacturing it into PET / clay nanocomposite by compounding method by melt-mixing with PET polymer resin A method and a PET / clay nanocomposite produced by the method.

Description

폴리에스테르/점토 나노복합재 및 그의 제조방법{PET/clay Nanocomposite and Process Preparing the Same} Polyester / clay nanocomposite and manufacturing method thereof {PET / clay Nanocomposite and Process Preparing the Same}

본 발명은 내충격성, 인성 및 투명성 등의 물성 저하 없이 우수한 기체차단성 및 기계적 물성을 갖는 PET/점토 나노복합재의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 PET/점토 나노복합재에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 Na-MMT(Montmorillonite)를 열안정성이 향상되도록 설계·합성한 유기화제를 이용하여 유기점토로 전환시킨 후 이를 PET고분자 수지와 용융-혼합하는 컴파운딩법에 의하여 PET/점토 나노복합재로 제조하는 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 PET/점토 나노복합재에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing PET / clay nanocomposites having excellent gas barrier properties and mechanical properties without deteriorating physical properties such as impact resistance, toughness and transparency, and more specifically, to PET / clay nanocomposites prepared by the method. Manufacturing Na-MMT (Montmorillonite) into organic clay using organic agent designed and synthesized to improve thermal stability, and then manufacturing it into PET / clay nanocomposite by compounding method by melt-mixing with PET polymer resin A method and a PET / clay nanocomposite produced by the method.

대표적인 폴리에스터인 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)(이하 'PET')는 1949년 ICI가 섬유용으로 처음 공업화한 것으로, 나일론 및 아크릴 섬유와 함께 이른바 3대 합성섬유의 하나로 성장하였으며, 비섬유 분야에서도 고강도, 고내열성, 투명성, 기체 차단성, 연신 가공성 등의 우수한 물성, 가공 특성 및 가격경쟁력을 바탕으로 급격히 성장해 왔다. 특히 최근 음료수병 및 자기 테이프용 필름 분야에서 독보적인 위치를 점하면서 시장이 성숙기에 접어들었음에도 품질향상을 위한 노력이 계속되어 생산량은 지속적으로 증가하고 있는 실정이다.Poly (ethylene terephthalate) (PET), a representative polyester, was first industrialized by ICI for textiles in 1949. It grew into one of the three major synthetic fibers with nylon and acrylic fibers. It has grown rapidly on the basis of excellent physical properties such as high heat resistance, transparency, gas barrier property, and stretchability, processing characteristics and price competitiveness. In particular, while the market has entered the maturity stage, with its unique position in the beverage bottle and magnetic tape films, production continues to increase due to efforts for quality improvement.

일반적으로 테레프탈산과 에틸렌글리콜의 축중합에 의해 합성되는 PET의 장점으로 첫째, 금속재료·섬유제품 등에 대한 우수한 접착성 및 도막성, 둘째, 뛰어난 내후성, 열안정성, 절연성 및 우수한 외관, 셋째, 인체에 무해한 점, 넷째, 염색성, 항필링성 등이 뛰어나며 기존의 섬유와 동등한 기계적 성질을 갖고 있다는 점을 들 수 있다. 이러한 다양한 장점들에도 불구하고 앞서 언급한 바와 같이 더욱 우수한 성능을 얻기 위한 노력이 계속되고 있는데 MTT 등의 점토를 수지 내에 박리·분산시켜 내열성·기체차단성 및 기타 기계적 물성이 엔지니어링 플라스틱 수준으로 우수한 PET/점토 나노복합재를 제조하려는 노력이 그 중의 하나이다.In general, PET is synthesized by condensation polymerization of terephthalic acid and ethylene glycol. First, it has excellent adhesion and coating properties to metal materials and textile products, and second, excellent weather resistance, thermal stability, insulation, and excellent appearance. Harmless point, fourth, it is excellent in dyeing, anti-pilling, etc., and has the same mechanical properties as conventional fibers. Despite these various advantages, efforts have been made to achieve better performance as mentioned above. PET, which has excellent heat resistance, gas barrier properties, and other mechanical properties at the level of engineering plastics by peeling and dispersing clay such as MTT in the resin One effort is to make clay nanocomposites.

고분자수지/점토 나노복합재를 제조하는 것은 기존의 마이크론(10-6m) 규모의 보강제를 첨가하여 물성을 향상시키는 방법에서 벗어나 무기 충전제/강화제의 입자크기를 나노미터 규모까지 분산시켜 기존 무기물 충전 복합재의 단점을 현저히 극복하는 것을 기본적인 목표로 하고 있으며, 원가대비 성능면에서 매우 유리한 방법으로 차세대 복합재료 시장의 판도에 큰 변화를 가져올 것으로 예측되는 핵심기술의 하나이다.The manufacture of polymer resin / clay nanocomposites is not a method of improving the physical properties by adding a micron (10 -6 m) reinforcing agent, but by dispersing the particle size of the inorganic filler / reinforcing agent to the nanometer scale. Its basic goal is to overcome the shortcomings of the system, and it is one of the key technologies that is expected to bring a big change in the next generation composite market in a very advantageous way in terms of cost performance.

1987년 일본 토요타 연구진들에 의해 적절한 방법으로 나일론 단량체를 규산염 층 사이에 삽입시키고 이를 층간 중합함으로써 층간 거리가 10 nm 가까이 증가하는 박리현상이 보고된 이래 미국·일본 등에서 연구가 진행되고 있으나 양이온 중합이 가능한 경우에만 이용될 수 있고 기존의 산업설비를 그대로 사용할 수 없다는 문제점이 있었다.In 1987, researchers in Japan and Japan have reported that peeling phenomenon of increasing the distance between layers by 10 nm by inserting nylon monomer between silicate layers by means of appropriate methods and polymerizing them interlayer has been studied in the United States and Japan. There was a problem that can be used only when possible and that existing industrial equipment cannot be used as it is.

1993년 일본의 야노 등은 유기화제로 처리된 MMT를 고분자 용액에 침지시킴으로서 용매가 규산염 층 사이를 침투하여 규산염 층을 분산시키고 이러한 분산을 유지하는 방법으로 폴리이미드/점토 나노복합재를 제조하였으나 제조과정에 다량의 용매가 사용되고 별도의 용매제거 공정이 필요하며, 폴리머가 유기화된 MMT의 층간으로 단순 삽입만 되거나 용매 건조과정 중에 층간거리가 다시 좁아진다는 문제점이 있었다.In 1993, Japan's Yano et al prepared polyimide / clay nanocomposites in such a way that solvents penetrated between the silicate layers to disperse the silicate layer and maintain this dispersion by immersing the MMT treated with the organic agent in the polymer solution. There is a problem that a large amount of solvent is used and a separate solvent removal process is required, and the polymer is simply inserted into the organic MMT layer or the interlayer distance is narrowed again during the solvent drying process.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 열안정성이 우수한 새로운 유기화제를 이용하여 PET 수지 내에 MMT를 이루는 규산염 층을 분산·박리시킨 PET/점토 나노복합재를 제조하는 기술을 제공하는 데 있다. An object of the present invention is to provide a technique for producing a PET / clay nanocomposite dispersed and peeled silicate layer forming the MMT in a PET resin using a novel organic agent with excellent thermal stability in order to solve the above problems. .

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 도 1의 유기화제를 점토중량 대비 0.1 내지 50 중량% 포함하도록 하여 동적 기계적 물성이 우수한 박리형 PET/점토 나노복합재를 제조하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises 0.1 to 50% by weight of the organic agent of Figure 1, characterized in that to produce a release-type PET / clay nanocomposite excellent dynamic mechanical properties.

또한, 도 1의 유기화제를 점토에 첨가하여 유기점토를 제조하고, 상기 유기점토를 컴파운딩법으로 PET수지 내에 분산시킴으로써 제조되는 동적 기계적 물성이 우수한 박리형 PET/점토 나노복합재의 제조방법을 특징으로 한다.In addition, an organic clay is prepared by adding the organic agent of FIG. 1 to clay, and a method of preparing a peelable PET / clay nanocomposite having excellent dynamic mechanical properties prepared by dispersing the organic clay in a PET resin by a compounding method. It is done.

또한, 상기 점토는 Na-MMT를 사용하는 것이 바람직하다.In addition, the clay is preferably used Na-MMT.

또한, 상기 유기점토는 물/THF 혼합용매에서 Na-MMT와 도 1에 나타낸 유기화제를 혼합하여 제조하는 것이 바람직하다.In addition, the organic clay is preferably prepared by mixing Na-MMT and the organic agent shown in Figure 1 in a water / THF mixed solvent.

또한, 상기 PET 수지에 대한 유기점토의 함량은 0.1 내지 50 무게%로 하여 나노복합재를 제조하는 것이 바람직하다.In addition, the content of the organic clay in the PET resin is preferably 0.1 to 50% by weight to prepare a nanocomposite.

이하 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

점토는 지표면을 구성하는 광물의 하나로 그 구조가 기본적으로 규산염 층들의 층상 구조에 기초하고 있기 때문에 층상 화합물로 분류된다. 몬모릴로나이트(이하 'MMT'), 사포나이트, 헥토라이트 등과 같이 다양한 종류가 있지만 본 발명에서는 Na-MMT를 사용하였다.Clay is a mineral that constitutes the earth's surface and is classified as a layered compound because its structure is basically based on the layered structure of silicate layers. There are various types such as montmorillonite (hereinafter 'MMT'), saponite, hectorite, etc., but in the present invention, Na-MMT was used.

고분자/점토 나노복합재 제조에 가장 보편적으로 이용되는 점토 중에서 MMT는 자연계에 흔히 존재하는 층상 화합물로 광물학적으로는 스멕타이트 그룹에 속하는 운모형태의 층상 규산염 광물이다. 규산염 층 사이에 존재하는 Na+, Ca2+과 같은 양이온으로 인하여 팽윤성, 유기화합물과의 다양한 반응성, 이온교환능력 등의 무기화합물로서는 보기 드문 성질을 갖게 된다. MMT의 층간에 존재하는 이온교환 가능한 대부분의 양이온은 Na+이기 때문에 MMT를 일반적으로 Na-MMT로 지칭한다.Among the most commonly used clays for the production of polymer / clay nanocomposites, MMT is a layered compound commonly found in nature and is a mica-like layered silicate mineral belonging to the smectite group. Due to the cations such as Na + and Ca 2+ present between the silicate layers, inorganic compounds such as swelling property, various reactivity with organic compounds, ion exchange ability, etc. are rare. MMT is generally referred to as Na-MMT because most of the ion exchangeable cations present between the layers of MMT are Na + .

유기물의 층간침투를 용이하게 하기 위해서는 유기화제를 사용하여 Na-MMT의 친유성을 증대시켜야 한다. 일반적으로 점토는 규산염 층간의 강력한 반데르발스 인력 및 좁은 층간 거리로 인하여 고분자 수지에 박리·분산되기가 대단히 어려운데, 저분자량의 친유성 유기화제를 이온교환반응을 통해 규산염 층간에 삽입하는 전처리 과정을 통해 고분자 수지내로의 박리·분산을 유도할 수 있다. 이와 같은 전처리 과정을 거친 점토를 유기점토라고 한다.In order to facilitate intercalation of organics, an organic agent should be used to increase the lipophilic properties of Na-MMT. In general, clay is very difficult to exfoliate and disperse in polymer resin due to strong van der Waals attraction between the layers of silicate and narrow interlayer distance.The pretreatment process of inserting low molecular weight lipophilic organic agent into the silicate layer through ion exchange reaction Peeling and dispersion into the polymer resin can be induced through. Clay that has undergone such pretreatment is called organic clay.

본 발명에서는 PET수지와 상용성이 있으면서 열안정성이 우수한 새로운 유기화제를 도 1과 같이 설계·합성하고 이를 Na-MMT와 이온교환반응 시켜 유기점토를 제조하였다. 유기화제가 열안정성이 요구되는 것은 PET/점토 나노복합재 제조시 PET 수지의 높은 녹는점(260℃)으로 인해 PET/점토 나노복합재 제조시 고온의 용융혼합이 불가피하기 때문이다.In the present invention, a new organic agent having compatibility with PET resin and excellent thermal stability was designed and synthesized as shown in FIG. 1, and the organic clay was prepared by ion exchange reaction with Na-MMT. The thermal stability of the organic agent is required because the high melting point of the PET resin (260 ℃) in the production of PET / clay nanocomposites is inevitable high temperature melt mixing in the production of PET / clay nanocomposites.

본 발명의 유기화제에서는 열안정성을 높이기 위해 양이온성의 헤드그룹으로 기존의 암모늄 이온(ammonium ion) 대신 포스포늄 이온(phosphonium ion)을 도입하였고 유기화제와 PET 수지 사이의 상용성을 증가시키기 위해 꼬리 그룹으로 페녹시(phenoxy) 수지의 반복단위를 기본 골격으로 갖도록 설계하였다.In the organic agent of the present invention, phosphonium ions are introduced as a cationic head group to increase thermal stability, instead of conventional ammonium ions, and a tail group is used to increase compatibility between the organic agent and PET resin. As a basic skeleton, the repeating unit of the phenoxy resin was designed.

이와 같이 설계한 유기화제를 다음과 같이 합성하였다.The organic agent designed as described above was synthesized as follows.

2,2-비스(4-글리시딜옥시페닐)프로판을 정제한 아세토니트릴 또는 부티로니트릴과 같은 용매와 함께 용기에 넣고 질소가스를 흘려주면서 교반하여 균일한 용액을 만든다. 이와 동시에 별도의 용기에 마그네슘퍼클로레이트 또는 리튬퍼클로레이트와 같은 촉매와 앞서 사용한 2,2-비스(4-글리시딜옥시페닐)프로판의 몰수 기준으로 0.1배 내지 40배의 2-브로모에탄올을 넣고 질소를 흘려주면서 교반한다. 마그네슘퍼클로레이트와 2-브로모에탄올을 넣은 용기의 온도를 80℃로 서서히 올리고 여기에, 앞서 준비한 2,2-비스(4-글리시딜옥시페닐)프로판/아세토니트릴 용액을 질소가스를 흘려주면서 미량씩 서서히 넣어준다. 반응은 80℃에서 수시간 동안 진행시킨다. 반응 생성물을 디에틸에테르로 추출하고 물로 수차례 세척한 후 디에틸에테르 층을 분리하여 무수황산마그네슘으로 건조한 후 디에틸에테르 및 미반응물을 증발기로 제거하면 진한 황색의 유기화제 중간체를 얻는다.2,2-bis (4-glycidyloxyphenyl) propane is placed in a vessel together with a solvent such as purified acetonitrile or butyronitrile and stirred while flowing nitrogen gas to form a uniform solution. At the same time, 0.1 to 40 times 2-bromoethanol was added to a separate container based on the number of moles of the catalyst such as magnesium perchlorate or lithium perchlorate and 2,2-bis (4-glycidyloxyphenyl) propane. Stir while pouring. Slowly raise the temperature of the vessel containing magnesium perchlorate and 2-bromoethanol to 80 ° C., and prepare a 2,2-bis (4-glycidyloxyphenyl) propane / acetonitrile solution in a small amount while flowing nitrogen gas. Slowly put in. The reaction proceeds at 80 ° C. for several hours. The reaction product is extracted with diethyl ether, washed several times with water, the diethyl ether layer is separated, dried over anhydrous magnesium sulfate, and diethyl ether and unreacted substance are removed by an evaporator to give a dark yellow organic agent intermediate.

이렇게 얻은 진한 황색의 유기화제 중간체에 중간체의 몰수 기준 0.1배 내지 10배의 트리페닐포스파인을 넣고 교반과 함께 질소를 흘려주며 용기의 온도를 100℃까지 서서히 올린 후 100℃에서 수시간동안 별도의 용매없이 반응시킨다. 이렇게 생성된 반응 생성물이 본 발명의 유기화제이며 물과 THF를 혼합한 용매에 녹여 이온교환반응에 사용한다.0.1 to 10 times the amount of triphenylphosphine based on the number of moles of the intermediate was added to the dark yellow organic agent intermediate thus obtained, flowing nitrogen with stirring, and the temperature of the vessel was gradually raised to 100 ° C., followed by a separate time at 100 ° C. for several hours. React without solvent. The reaction product thus produced is the organic agent of the present invention, which is dissolved in a solvent mixed with water and THF and used for the ion exchange reaction.

이상의 합성과정을 전체적으로 나타내면 하기의 그림과 같다.The overall synthesis process is as follows.

Na-MMT를 반응기 내에서 물에 충분히 분산시킨다. 본 발명의 유기화제를 물/THF 혼합용매에 잘 녹인 후 앞서 물에 분산시킨 Na-MMT가 들어있는 반응기에 넣고 교반한다. 이온교환반응이 충분히 일어날 수 있도록 온도를 60℃로 서서히 올리고 수시간 동안 반응을 진행한다. 유기화제는 유기점토의 중량을 기준으로 0.1 내지 50 중량%를 넣는 것이 바람직하다. 유기화제의 중량이 유기점토의 중량을 기준으로 0.1 중량%보다 적으면 유기화된 유기점토로서의 특성, 즉 PET와의 상용성이 미약하고, 50 중량%보다 많으면 물성이 급격히 저하될 뿐 아니라 경제적인 측면에서 불리하다.Na-MMT is sufficiently dispersed in water in the reactor. After dissolving the organic agent of the present invention in a water / THF mixed solvent well, it is stirred in a reactor containing Na-MMT previously dispersed in water. Slowly raise the temperature to 60 ° C. to allow sufficient ion exchange reaction to proceed for several hours. The organizing agent is preferably added to 0.1 to 50% by weight based on the weight of the organic clay. If the weight of the organizing agent is less than 0.1% by weight based on the weight of the organic clay, the characteristics as organicized organic clay, that is, the compatibility with PET is weak, if more than 50% by weight not only decreases the physical properties rapidly but also economically It is disadvantageous.

반응이 종료한 후 여과한 반응생성물을 물/THF 혼합용매로 충분히 씻어 미반응 유기화제를 제거하고 이를 건조시키면 유기점토를 얻는다.After completion of the reaction, the filtered reaction product is sufficiently washed with a water / THF mixed solvent to remove the unreacted organic agent and dried to obtain an organic clay.

고분자/점토 나노복합재를 제조하는 방법으로는 크게 용액법, 중합법, 컴파운딩법 등이 있는데 본 발명에서 사용된 컴파운딩법은 고분자 수지를 유기점토와 용융혼합 방법에 의해 규산염 층간에 삽입시켜 최종적으로는 고분자 수지 내에 규산염 층을 분산시키는 기술이다.The method of preparing the polymer / clay nanocomposite is largely a solution method, a polymerization method, a compounding method, etc. The compounding method used in the present invention is to finally insert the polymer resin into the silicate layer by the organic clay and melt mixing method. As a technique, the silicate layer is dispersed in the polymer resin.

미리 충분히 건조시킨 PET 수지에 유기점토를 0.1 내지 50 무게%로 예비혼합한 후 압출기에 주입하여 용융혼합을 수행한다. 유기점토의 함량이 0.1 무게% 미만인 경우는 나노복합재로서의 기계적 물성이 미미하고, 유기점토의 함량이 50 무게% 초과인 경우는 유기점토가 잘 분산되지 않아 기계적 물성이 급격히 악화되고 경제적인 측면에서도 불리하다. 압출기 혼합구역의 온도는 270℃로 하고 스크루의 회전속도는 5 내지 200 RPM으로 하되 20 내지 50 RPM으로 하는 것이 바람직하다. After pre-mixing the organic clay to 0.1 to 50% by weight to a sufficiently dried PET resin, it is injected into an extruder to perform melt mixing. If the content of organic clay is less than 0.1% by weight, the mechanical properties of the nanocomposite are insignificant. If the content of the organic clay is more than 50% by weight, the organic clay is not dispersed well, so the mechanical properties are rapidly deteriorated and it is disadvantageous in terms of economics. Do. The temperature of the extruder mixing zone is 270 ℃ and the rotation speed of the screw is preferably 5 to 200 RPM but 20 to 50 RPM.

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의거하여 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 한정하지는 않으며, 본 발명의 실시예 및 비교예에서 제조된 유기화제, Na-MMT에 본 발명의 유기화제를 처리하여 얻은 유기점토 및 이렇게 얻은 유기점토를 박리·분산시켜 만든 PET/점토 나노복합재의 각종 물성 평가는 다음과 같은 방법으로 실시하였다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail based on the following Example. However, the following examples are not intended to limit the present invention, but are not intended to be limiting. The organic agent prepared in Examples and Comparative Examples of the present invention, organic clay obtained by treating the organic agent of the present invention with Na-MMT, and thus obtained Evaluation of various physical properties of the PET / clay nanocomposite prepared by peeling and dispersing the organic clay was carried out by the following method.

(1) 유기화제 중간체의 구조 분석(1) Structural Analysis of Organic Agent Intermediates

합성한 유기화제 중간체의 구조를 확인하기 위해 1H NMR을 이용하였으며 용매로는 d-클로로포름을 사용하였다. 1 H NMR was used to confirm the structure of the synthesized organic agent intermediate, and d -chloroform was used as the solvent.

(2) 유기화제의 함량 및 열안정성(2) Content and Thermal Stability of Organic Agent

유기화제의 함량 및 열안정성을 조사하기 위해 TGA 분석을 수행하였다. TGA 분석 전에 모든 시료는 진공 오븐(40℃)에서 충분히 건조시켰으며 모든 TGA 분석은 질소가스를 흘려주면서 30∼800℃의 온도범위에 대해 10℃/min의 승온속도로 수행하였다.TGA analysis was performed to investigate the content and thermal stability of the organic agent. Prior to TGA analysis, all samples were sufficiently dried in a vacuum oven (40 ° C.) and all TGA analyzes were performed at a temperature increase rate of 10 ° C./min over a temperature range of 30 ° C. to 800 ° C. while flowing nitrogen gas.

특히 유기화제의 함량을 측정하기 위해 유기점토와 유기화제처리를 하지 않은 Na-MMT의 무게를 온도를 올려가며 상호 비교하였다.In particular, in order to measure the content of the organic agent, the weights of organic clay and Na-MMT without organic agent treatment were compared with each other at elevated temperatures.

(3) 유기점토 및 PET/점토 나노복합재의 구조 분석(3) Structural analysis of organic clay and PET / clay nanocomposites

유기점토 및 PET/점토 나노복합재의 구조는 엑스선 회절분석계(XRD)를 사용하여 유기점토 및 PET/점토 나노복합재 각각에 대한 d 간격을 측정함으로써 분석하였다. XRD 패턴을 얻기 위해 엑스선 소스로는 니켈-여과구리-칼륨 알파 방사선(파장=0.154 nm, 40kV, 30mA)을 사용하였고 1.5∼10°영역에 대해 3°/min의 속도로 스캐닝하여 수행되었다. 또한, PET/점토 나노복합재의 구조를 투과전자현미경(TEM)을 이용하여 분석하였다. 박편절단기에 의해 준비된 PET/점토 나노복합재 샘플을 200 메쉬 구리망 위에 올리고 200kV의 가속전압 하에서 관찰되었다.The structures of the organoclay and PET / clay nanocomposites were analyzed by measuring the d spacing for each of the organoclay and PET / clay nanocomposites using an X-ray diffractometer (XRD). Nickel-copper-potassium alpha radiation (wavelength = 0.154 nm, 40 kV, 30 mA) was used as an X-ray source to obtain an XRD pattern, and scanning was performed at a rate of 3 ° / min for a 1.5 to 10 ° region. In addition, the structure of the PET / clay nanocomposites were analyzed using a transmission electron microscope (TEM). PET / clay nanocomposite samples prepared by flake cutters were placed on a 200 mesh copper mesh and observed under an accelerating voltage of 200 kV.

(4) PET/점토 나노복합재의 동적 기계적 성질(4) Dynamic Mechanical Properties of PET / Clay Nanocomposites

PET/점토 나노복합재에 대한 동적 기계적 성질을 동적 기계적 열분석기(DMTA)를 이용하여 측정하였다. 굴곡 모드로 준비된 샘플을 이용하여 30∼220℃의 온도범위에서 3℃/분의 승온속도로 1 헤르쯔의 주파수 하에서 수행하였다.Dynamic mechanical properties for PET / clay nanocomposites were measured using a dynamic mechanical thermal analyzer (DMTA). Using a sample prepared in the bending mode was carried out at a frequency of 1 Hertz at a temperature rising rate of 3 ℃ / min in the temperature range of 30 to 220 ℃.

[실시예 1 및 비교예 1]Example 1 and Comparative Example 1

유기화제 중간체의 제조Preparation of Organizing Agent Intermediates

2,2-비스(4-글리시딜옥시페닐)프로판 0.015몰을 정제한 아세토니트릴과 함께 용기에 넣고 질소가스를 흘려주면서 교반하여 균일한 용액을 만든다. 이와 동시에 별도의 용기에 마그네슘퍼클로레이트 0.015몰과 2-브로모에탄올 0.3몰을 넣고 질소를 흘려주면서 교반하였다. 마그네슘퍼클로레이트와 2-브로모에탄올을 넣은 용기의 온도를 80℃로 서서히 올리고 여기에, 앞서 준비한 2,2-비스(4-글리시딜옥시페닐)프로판/아세토니트릴 용액을 질소가스를 흘려주면서 미량씩 서서히 넣어주었다. 반응은 80℃에서 24시간 동안 진행시켰다. 반응 생성물을 디에틸에테르로 추출하고 증류수로 수차례 세척한 후 디에틸에테르 층을 분리하여 무수황산마그네슘으로 건조하고 디에틸에테르 및 미반응물을 증발기로 제거하여 진한 황색의 유기화제 중간체를 얻었다.0.015 mol of 2,2-bis (4-glycidyloxyphenyl) propane is placed in a container with purified acetonitrile and stirred with flowing nitrogen gas to form a uniform solution. At the same time, 0.015 mol of magnesium perchlorate and 0.3 mol of 2-bromoethanol were added to a separate vessel and stirred while flowing nitrogen. Slowly raise the temperature of the vessel containing magnesium perchlorate and 2-bromoethanol to 80 ° C., and prepare a 2,2-bis (4-glycidyloxyphenyl) propane / acetonitrile solution in a small amount while flowing nitrogen gas. Put it slowly. The reaction proceeded at 80 ° C. for 24 hours. The reaction product was extracted with diethyl ether, washed several times with distilled water, the diethyl ether layer was separated, dried over anhydrous magnesium sulfate, and diethyl ether and unreacted product were removed by an evaporator to obtain a dark yellow organic agent intermediate.

유기화제의 제조Preparation of Organizer

이렇게 얻은 진한 노란색의 유기화제 중간체 0.005몰에 트리페닐포스파인 0.006몰을 넣고 교반과 함께 질소를 흘려주며 용기의 온도를 100℃까지 서서히 올린 후 100℃에서 12시간동안 별도의 용매 없이 반응 시켰다. 이렇게 생성된 반응 생성물이 본 발명의 유기화제이며 증류수와 THF를 부피기준 1:1로 혼합한 용매에 녹여 이온교환반응에 사용하였다.0.006 mol of triphenylphosphine was added to 0.005 mol of the dark yellow organic agent intermediate thus obtained, flowing nitrogen with stirring, and the temperature of the vessel was gradually raised to 100 ° C. and reacted without any solvent at 100 ° C. for 12 hours. The reaction product thus produced is the organic agent of the present invention and was used in the ion exchange reaction by dissolving distilled water and THF in a solvent mixed 1: 1 by volume.

유기점토의 제조Preparation of Organic Clay

Na-MMT 2.5g을 증류수 250 ml에 충분히 분산시켰다. 본 발명의 충분한 양의 유기화제를 부피비 1:1의 증류수/THF 혼합용매에 잘 녹인 후 앞서 증류수에 분산시킨 Na-MMT가 들어있는 반응기에 넣고 교반하였다. 이온교환반응이 충분히 일어날 수 있도록 온도를 60℃로 서서히 올리고 24시간 동안 반응을 진행하였다. 반응이 종료한 후 여과한 반응생성물을 부피비 1:1의 증류수/THF 혼합용매로 충분히 씻어 미반응 유기화제를 제거하고 이를 건조시켜 유기점토를 얻었다.2.5 g of Na-MMT was sufficiently dispersed in 250 ml of distilled water. A sufficient amount of the organic agent of the present invention was dissolved in distilled water / THF mixed solvent in a volume ratio of 1: 1, and then stirred in a reactor containing Na-MMT dispersed in distilled water. The temperature was slowly raised to 60 ° C. to allow sufficient ion exchange reaction to proceed for 24 hours. After completion of the reaction, the filtered reaction product was sufficiently washed with distilled water / THF mixed solvent in a volume ratio of 1: 1 to remove the unreacted organic agent and dried to obtain an organic clay.

상기 유기점토를 온도를 높여가며 무게를 측정하여 도 2와 같은 결과를 얻었다. Na-MMT를 승온시켜가며 무게를 측정한 결과 8 중량%의 무게감소를 보였으며 유기점토를 승온시켜가며 무게를 측정한 결과 30 중량%의 무게감소를 보였는데, 이를 통해 유기점토 내에 유기화제가 유기점토의 중량기준 22% 함유되어 있음을 알 수 있었다.The organic clay was measured while increasing the temperature to obtain a result as shown in FIG. As a result of measuring the weight by heating Na-MMT, the weight was decreased by 8% by weight, and the weight was reduced by increasing the temperature of organic clay, and the weight was reduced by 30% by weight. It was found that the organic clay contained 22% by weight.

PET/점토 나노복합재의 제조Preparation of PET / clay nanocomposites

미리 충분히 건조시킨 PET 수지 65g에 유기점토 1g을 예비혼합한 후 압출기에 주입하여 용융혼합을 수행하였다. 압출기는 트윈스크루 형태를 사용하였는데, 혼합구역의 온도는 270℃로 하고 스크루의 회전속도는 30 RPM으로 하였다. 압출되어 나오는 PET/점토 나노복합재의 처음 30g은 버리고, 이후의 30g을 취하였다.1 g of organic clay was premixed with 65 g of PET resin sufficiently dried beforehand, followed by injection into an extruder to perform melt mixing. The extruder used a twin screw type, the mixing zone temperature was 270 ℃ and the rotation speed of the screw was 30 RPM. The first 30 g of the extruded PET / clay nanocomposite was discarded and the next 30 g was taken.

상기와 같이 제조된 PET/점토 나노복합재와 점토가 분산되어있지 않은 PET 수지에 대하여 동일 조건에서 DMTA 실험을 수행한 결과 도 3과 같은 결과를 얻었다.DMTA experiment was performed under the same conditions on the PET / clay nanocomposite prepared as described above and the PET resin in which clay was not dispersed.

도 3(A)와 도 3(B)는 각각 동적 저장 탄성률과 동적 손실 탄성률을 나타내는데 본 연구에서 제조된 PET/점토 나노복합재가 PET 수지에 비해 실험한 전 온도범위에서 월등히 높은 강도를 보였다.3 (A) and 3 (B) show the dynamic storage modulus and the dynamic loss modulus, respectively. The PET / clay nanocomposites prepared in this study showed significantly higher strength over the entire temperature range tested than the PET resin.

상기한 바와 같이, 본 발명은 내충격성, 인성 및 투명성 등의 물성 저하 없이 우수한 기체 차단성 및 기타 기계적 물성을 갖는 PET/점토 나노복합재를 상업적으로 가장 유리한 방법인 컴파운딩법에 의해 제조하는 방법 및 그 방법에 의해 제조된 PET/점토 나노복합재에 관한 기술을 제공한다.As described above, the present invention provides a method for producing a PET / clay nanocomposite having the excellent gas barrier properties and other mechanical properties without deteriorating physical properties such as impact resistance, toughness and transparency by the compounding method, which is the most commercially advantageous method. Provided is a technique relating to a PET / clay nanocomposite produced by the method.

열안정성이 우수한 유기화제를 설계·합성한 후 상기 유기화제를 이용하여 유기점토를 제조하고, 상기 유기점토를 PET 수지 내에 분산시켜 PET/점토 나노복합재를 제조한 결과, 동적 저장 탄성률, 동적 손실 탄성률의 면에서 현저히 우수한 성질을 갖게 되었다.After designing and synthesizing an organic agent having excellent thermal stability, preparing organic clay using the organic agent, and dispersing the organic clay in a PET resin to produce a PET / clay nanocomposite, resulting in a dynamic storage modulus and a dynamic loss modulus In terms of, it has a remarkably superior property.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 기술되었지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다. While the invention has been described in detail only with respect to the described embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the spirit of the invention, and such modifications and variations belong to the appended claims. .

도 1은 본 발명에 따른 PET/점토 나노복합재의 제조에 사용되는 유기화제의 구조식이다.1 is a structural formula of an organic agent used in the production of PET / clay nanocomposites according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 PET/점토 나노복합재의 제조에 사용되는 유기점토에 있어서 유기화제의 함량을 구하기 위하여 실시한 TGA 실험결과에 대한 그래프이다.Figure 2 is a graph of the TGA test results carried out to determine the content of the organic agent in the organic clay used in the production of PET / clay nanocomposites according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 PET/점토 나노복합재와 점토가 분산되어 있지 않은 PET수지에 대한 DMTA 시험 결과로서 (A)와 (B)는 각각 동적 저장 탄성률과 동적 손실 탄성률에 대한 그래프이다.3 is a graph of DMTA test results for PET / clay nanocomposites and PET resins in which clay is not dispersed, and (A) and (B) are graphs of dynamic storage modulus and dynamic loss modulus, respectively.

Claims (5)

하기 구조식(I)의 유기화제를 점토중량 대비 0.1 내지 50 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 기계적 물성이 우수한 박리형 PET/점토 나노복합재.Peelable PET / clay nanocomposite having excellent dynamic mechanical properties, characterized in that it comprises 0.1 to 50% by weight relative to the clay weight of the organic agent of the formula (I). 구조식(I)Structural Formula (I) 컴파운딩법을 이용하여 PET/점토 나노복합재를 제조하는 방법에 있어서, 상기 구조식(I)에 나타낸 열안정성이 향상된 유기화제를 점토에 첨가하여 유기점토를 제조하고, 상기 유기점토를 컴파운딩법으로 PET 수지 내에 분산시킴으로써 동적 기계적 물성이 우수한 박리형 PET/점토 나노복합재를 수득하는 것을 특징으로 하는 제조방법.In the method for producing PET / clay nanocomposites using the compounding method, an organic clay having improved thermal stability shown in the above formula (I) is added to clay to prepare an organic clay, and the organic clay is compounded. Dispersing in PET resin to produce a peelable PET / clay nanocomposite excellent in dynamic mechanical properties. 제 2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 점토는 Na-MMT임을 특징으로 하는 제조방법.The clay is a manufacturing method characterized in that Na-MMT. 제 2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 유기점토는 물/THF 혼합용매에서 Na-MMT와 상기 구조식(I)에 나타낸 유기화제를 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 제조방법.The organic clay is prepared by mixing Na-MMT and the organic agent shown in the formula (I) in a water / THF mixed solvent. 제 2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 PET 수지에 대한 유기점토의 함량은 0.1 내지 50 무게%인 것을 특징으로 하는 제조방법.The content of the organic clay with respect to the PET resin is a manufacturing method, characterized in that 0.1 to 50% by weight.
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