KR102354180B1 - 고인성 및 고효율 자가치유 특성을 갖는 초분자형 고분자 다상구조 혼성체 - Google Patents

고인성 및 고효율 자가치유 특성을 갖는 초분자형 고분자 다상구조 혼성체 Download PDF

Info

Publication number
KR102354180B1
KR102354180B1 KR1020200119063A KR20200119063A KR102354180B1 KR 102354180 B1 KR102354180 B1 KR 102354180B1 KR 1020200119063 A KR1020200119063 A KR 1020200119063A KR 20200119063 A KR20200119063 A KR 20200119063A KR 102354180 B1 KR102354180 B1 KR 102354180B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
supramolecular
supramolecular polymer
polymer
soft
formula
Prior art date
Application number
KR1020200119063A
Other languages
English (en)
Inventor
정재우
채영훈
박혜민
유영준
김희정
Original Assignee
숭실대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 숭실대학교 산학협력단 filed Critical 숭실대학교 산학협력단
Priority to KR1020200119063A priority Critical patent/KR102354180B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102354180B1 publication Critical patent/KR102354180B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G83/00—Macromolecular compounds not provided for in groups C08G2/00 - C08G81/00
    • C08G83/008—Supramolecular polymers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G63/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain of the macromolecule
    • C08G63/02—Polyesters derived from hydroxycarboxylic acids or from polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds
    • C08G63/06—Polyesters derived from hydroxycarboxylic acids or from polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds derived from hydroxycarboxylic acids
    • C08G63/08—Lactones or lactides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G64/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbonic ester link in the main chain of the macromolecule
    • C08G64/02—Aliphatic polycarbonates

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예는 고인성 및 고효율 자가치유 특성을 갖는 초분자형 고분자 다상구조 혼성체를 제공한다. 상기 고인성 및 고효율 자가치유 특성을 갖는 초분자형 고분자 다상구조 혼성체는, 강성 초분자형 고분자 간 혼합으로 형성되는 제1상 및 제1 연성 초분자형 고분자 및 제2 연성 초분자형 고분자 간 혼합으로 형성되는 제2상을 포함하고, 상기 제1상 및 제2상의 계면에서 상기 초분자형 고분자들이 수소결합을 통해 초분자 네트워크를 형성하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 사슬의 운동성과 초분자 결합의 기계적 강도를 상호보완적으로 완충하여 높은 치유 효율을 가지면서도 기계적 물성이 확보되도록 최적으로 디자인된 고인성 및 고효율 자가치유 특성을 갖는 초분자형 고분자 다상구조 혼성체를 제공할 수 있다.

Description

고인성 및 고효율 자가치유 특성을 갖는 초분자형 고분자 다상구조 혼성체{Supermolecular polymer multiphase structure hybrid with high toughness and high efficiency self-healing properties}
본 발명은 초분자형 고분자 다상구조 혼성체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고인성 및 고효율 자가치유 특성을 갖는 초분자형 고분자 다상구조 혼성체에 관한 것이다.
자가치유(self-healing) 고분자는 '외부 환경에 의해 손상을 입은 고분자가 스스로 결함을 감지하여 자신의 구조를 복구함은 물론 원래의 기능을 회복할 수 있는 지능형 재료'로 정의 가능하다. 재료의 손상은 재료 자체의 물성과 기능의 손실을 야기하고 전체 제품의 내구성과 성능 지속성에 막대한 영향을 미치므로 손상을 억제함은 물론 재료가 지닌 구조와 기능에 대해 근원적 복구가 가능한 자가치유 재료가 만들어진다면 기존 소재 개발 및 응용에 패러다임을 획기적으로 바꿀 수 있어 이에 대한 관심이 급증하고 있다.
종래의 자가치유 재료 기술로는 단량체를 함유한 마이크로캡슐을 이용하여 열경화성 재료의 손상을 치유하는 자가치유 시스템이 선보인 바 있다. 그러나 사용되는 촉매 가격이 비싸고 치유 부위에서의 계면 간 이질성으로 물성 회복력이 75% 정도 밖에 이르지 못하며, 무엇보다도 한 번 치유된 부분은 재치유가 불가능하다는 근원적 한계가 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 소재로는 초분자형 고분자가 있다. 초분자(supramolecule)는 분자 또는 이온들이 비공유 결합을 기반으로 분자 인식과 자기 조립을 통해 모이고 조직화된 거대 분자체(moiety)를 말한다. 이러한 초분자 중에서 모노머(monomer) 또는 올리고머(oligomer)와 같은 단량체들이 비공유 결합으로 연결되어 형성된 분자체를 초분자형 고분자(supramolecular polymers)로 구분하여 정의하고 있다. 비공유 결합은 공유 결합에 비해 결합력이 약하기 때문에 외부 자극에 대한 동적인 특성을 가진다. 이러한 동적 특성 중의 하나인 열 가역성에 기인하여 초분자형 고분자는 반복적이면서 빠른 자가 치유(self-healing) 기능이 발현된다는 것이 밝혀져 차세대 자가 치유 재료로 많은 관심을 받고 있다.
상기와 같은 반복적 치유가 가능한 자가치유형 초분자 네트워크에서 치유 효율을 결정짓는 두 가지 중요 요소는 ① 사슬의 운동성과 ② 초분자 결합의 강도로 알려져 있다. 하지만, 상기 두 가지 요소는 서로 대립적인 관계에 있기 때문에, 치유 효율이 좋은 초분자 재료는 기계적 물성이 낮아지므로 그 활용성이 떨어지게 되고, 이를 보완하기 위해 기계적 물성을 높이면 치유 속도가 현저히 느려진다는 문제점이 있었다.
대한민국 공개특허 제10-2008-0035511호
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 사슬의 운동성과 초분자 결합의 기계적 강도를 적절히 조절하여 높은 치유 효율을 가지면서도 기계적 물성이 확보된, 고인성 및 고효율 자가치유 특성을 갖는 초분자형 고분자 다상구조 혼성체를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 초분자형 고분자 다상구조 혼성체를 제공한다.
상기 초분자형 고분자 다상구조 혼성체는, 강성의 선형 올리고머 및 상기 강성의 선형 올리고머 양 말단에 위치하는 다중 수소결합이 가능한 단분자 말단기 및 상기 강성의 선형 올리고머와 상기 단분자 말단기 사이에 결합되는 선형 스페이서를 포함하는 강성 초분자형 고분자; 제1 연성의 선형 올리고머, 상기 제1 연성의 선형 올리고머 양 말단에 위치하는 다중 수소결합이 가능한 단분자 말단기 및 상기 제1 연성의 선형 올리고머와 상기 단분자 말단기 사이에 결합되는 선형 스페이서를 포함하는 제1 연성 초분자형 고분자; 및 제2 연성의 선형 올리고머, 상기 제2 연성의 선형 올리고머 양 말단에 위치하는 다중 수소결합이 가능한 단분자 말단기 및 상기 제2 연성의 선형 올리고머와 상기 단분자 말단기 사이에 결합되는 벌키형 스페이서를 포함하는 제2 연성 초분자형 고분자;를 포함할 수 있다.
상기 강성의 선형 올리고머, 제1 연성의 선형 올리고머 및 제2 연성의 선형 올리고머는, 각각 독립적으로 분자량 2,000 내지 30,000인 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
상기 강성의 선형 올리고머는, PTMC(poly(trimethylene carbonate)), SAPC (star shape aliphatic polycarbonate), PLLA (poly(L-lactic acid)) 및 PCL (poly(ε-caprolactone)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
상기 제1 연성의 선형 올리고머 및 제2 연성의 선형 올리고머는, 각각 독립적으로 APC(aliphatic polycarbonate), HPEB(Hydrogenated poly(ethylene-co-butylene)) 및 PTMG(Polytetramethlene glycol)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
상기 다중 수소결합이 가능한 단분자 말단기는,
상기 초분자형 고분자 간의 다중 수소결합을 가능하게 함으로써 상기 초분자형 고분자 간 초분자 네트워크(Supramolecular Network)를 가능하게 하는 것일 수 있다.
상기 다중 수소결합이 가능한 단분자 말단기는, 하기 화학식 1으로 표시되는 UPy(ureidopyrimidine)인 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112020098320389-pat00001
상기 선형 스페이서는,
하기 화학식 2로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112020098320389-pat00002
상기 화학식 2에서,
n은 4 이상 18 이하의 정수이다.
상기 벌키형 스페이서는,
상기 초분자형 고분자 간의 스태킹(stacking)을 억제하는 것을 특징으로 하고,
하기 화학식 3 내지 으로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112020098320389-pat00003
상기 제1 연성 초분자형 고분자 및 상기 강성 초분자형 고분자는, 3:7 내지 7:3의 중량비로 혼합되는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
상기 제2 연성 초분자형 고분자는, 전체 초분자형 고분자 다상구조 혼성체의 중량 대비 5 내지 20wt%인 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
상기 초분자형 고분자 다상구조 혼성체는, 상기 강성 초분자형 고분자 간 혼합으로 형성되는 제1상 및 상기 제1 연성 초분자형 고분자 및 제2 연성 초분자형 고분자 간 혼합으로 형성되는 제2상을 포함하는 다상 구조인 것을 특징으로 하고,
상기 제1상 및 제2상의 계면에서 상기 초분자형 고분자들이 수소결합을 통해 초분자 네트워크를 형성하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 사슬의 운동성과 초분자 결합의 기계적 강도를 상호보완적으로 완충하여 높은 치유 효율을 가지면서도 기계적 물성이 확보되도록 최적으로 디자인된 고인성 및 고효율 자가치유 특성을 갖는 초분자형 고분자 다상구조 혼성체를 제공할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초분자형 고분자 다상구조 혼성체를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 강성 초분자형 고분자를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 제1 연성 초분자형 고분자를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명의 제1 연성 초분자형 고분자가 서로 스태킹(stacking)된 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 발명의 제2 연성 초분자형 고분자를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 6은 본 발명의 제2 연성 초분자형 고분자가 서로 벌키(bulky)된 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 7은 본 발명의 제1 연성 초분자형 고분자 및 강성 초분자형 고분자 2 물질의 혼합 구성 및 혼합 비율에 따른 물성을 비교하여 나타낸 변형도-응력(strain-stress) 그래프이다.
도 8은 본 발명의 제1 연성 초분자형 고분자 및 강성 초분자형 고분자 2 물질의 혼합 구성 및 혼합 비율에 따른 영률(Young's modulus) 및 인성(Toughness) 값을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 강성 초분자형 고분자 및 제2 연성 초분자형 고분자 2 물질의 혼합 구성 및 혼합 비율에 따른 물성을 비교하여 나타낸 변형도-응력(strain-stress) 그래프이다.
도 10은 본 발명의 강성 초분자형 고분자 및 제2 연성 초분자형 고분자 2 물질의 혼합 구성 및 혼합 비율에 따른 영률(Young's modulus) 및 인성(Toughness) 값을 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 강성 초분자형 고분자, 제1 연성 초분자형 고분자 및 제2 연성 초분자형 고분자 3가지의 혼합 구성 및 혼합 비율에 따른 물성을 비교하여 나타낸 변형도-응력(strain-stress) 그래프이다.
도 12는 본 발명의 강성 초분자형 고분자, 제1 연성 초분자형 고분자 및 제2 연성 초분자형 고분자 3가지의 혼합 구성 및 혼합 비율에 따른 영률(Young's modulus) 및 인성(Toughness) 값을 나타낸 그래프이다.
도 13은 본 발명의 초분자형 고분자 다상구조 혼성체의 유리전이온도를 나타낸 그래프이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초분자형 고분자 다상구조 혼성체를 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초분자형 고분자 다상구조 혼성체는, 강성 초분자형 고분자, 제1 연성 초분자형 고분자 및 제2 연성 초분자형 고분자를 포함할 수 있다.
초분자형 고분자를 소재로 하는 자가치유 가능한 물질에서 치유 효율을 결정짓는 중요 요소는 ① 사슬의 운동성과 ② 초분자 결합의 기계적 강도이며, 상기 두 가지 요소는 서로 대립적인 관계에 있어 두 요소 간의 상호보완적 완충이 중요하다는 것은 전술한 바와 같다.
이에, 본 발명의 발명자들은, 초분자형 고분자 소재의 기계적 강도를 유지하면서도 치유 효율을 높이기 위하여, 강성 초분자형 고분자로 이루어진 제1상 및 연성 초분자형 고분자로 이루어진 제2상을 포함하는 다상 구조를 갖는 혼성체를 발명하고, 이에 더하여 자가 치유 효율을 높이기 위한 사슬의 운동성 확보를 위해 상기 연성 초분자형 고분자에 고분자 간의 스태킹(stacking)을 방지하기 위한 벌키(bulky)형 스페이서를 도입함으로써 두 요소 간의 완충을 통한 고인성 및 고효율 자가치유 최적 특성을 갖는 초분자형 고분자 다상구조 혼성체를 발명하기에 이르렀다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초분자형 고분자 다상구조 혼성체를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초분자형 고분자 다상구조 혼성체는, 강성 초분자형 고분자(100), 제1 연성 초분자형 고분자(200) 및 제2 연성 초분자형 고분자(300)를 포함할 수 있다.
도 2는 상기 강성 초분자형 고분자(100)를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 2를 참조하면, 상기 강성 초분자형 고분자(100)는, 강성의 선형 올리고머(110), 상기 강성의 선형 올리고머 양 말단에 위치하는 다중 수소결합이 가능한 단분자 말단기(120) 및 상기 강성의 선형 올리고머(110)와 상기 단분자 말단기(120) 사이에 결합되는 선형 스페이서(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 강성의 선형 올리고머(110)는, 분자량 2,000 내지 30,000인, 반복단위가 짧은 알킬 사슬로 되어있어 rigid한 특성을 갖는 올리고머 일 수 있으며, 더욱 자세하게는, PTMC(poly(trimethylene carbonate)), SAPC(star shape aliphatic polycarbonate), PLLA(poly(L-lactic acid)) 및 PCL(poly(ε-caprolactone)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것 일 수 있다.
상기 다중 수소결합이 가능한 단분자 말단기(120)는, 상기 초분자형 고분자 간의 다중 수소결합을 가능하게 함으로써 상기 초분자형 고분자 간 초분자 네트워크(Supramolecular Network)를 가능하게 하는 역할을 하는 물질로, DeAp(deazapterin), UG(uredoguanosion), adenine, cytosine, thymine, guanine 및 UPy(ureidopyrimidinone)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 단분자로부터 형성된 말단기일 수 있으며, 가장 바람직하게는, 하기 화학식 1로 표시되는 UPy(ureidopyrimidine)일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112020098320389-pat00004
상기의 다중 수소결합이 가능한 단분자 말단기로 인하여, 본 발명의 초분자형 고분자들은 초분자 복합체(Supramolecular complex)를 형성할 수 있다. 초분자란 분자 내 분자 간 비공유결합을 기반으로 둘 혹은 그 이상의 분자들이 분자인식과 자기조립을 통해 모이고 조직화된 거대 분자를 말한다. 초분자 내에 존재하는 비공유결합에는 수소결합, π-π 상호작용, van der Waals힘, 정전기적 인력, 금속 배위결합이 있으며, 비공유 결합을 근간으로 초분자 형태의 네트워크 구조를 형성시키게 되면 외부 충격에 의한 초기 파단 시 분자인식 및 재배치를 통해 분자 간 상호작용력이 재형성되어 치유가 가능하다.
본 발명의 초분자형 고분자들은 상기의 다중 수소결합이 가능한 단분자 말단기로 인하여, 서로 수소결합에 기반한 비공유 결합을 통해 연결될 수 있다.
수소결합은 N, O, F 등 전기음성도가 큰 원자와 이웃한 분자의 수소 원자 사이에서 생기는 분자 간 인력으로 공유 결합보다는 결합력이 약하지만 열에 의해 결합 구조가 결합-해리될 수 있으며, 하나의 수소 결합력은 수십 kJ/mole 이하지만, 상호보완적인 집합체를 형성하면 π-π 상호작용, 정전기력보다 강력한 결합력이 발생하게 된다. 이렇게 부여된 수소결합은 고분자 재료의 형상기억특성과 함께 고분자 사슬간의 초분자적 인력을 유도하여, 외부자극에 의해 끊어진 결합 혹은 인력을 복구할 수 있도록 하여 본 발명의 초분자형 고분자들이 외부 자극에 대한 자가 치유가 가능하도록 한다.
상기 강성의 선형 올리고머(110)와 상기 단분자 말단기(120) 사이에는 선형 스페이서(미도시)가 결합될 수 있다.
상기 선형 스페이서(미도시)는, 가지가 없는 선형의 알킬 사슬로 이루어진 것일 수 있으며, 더욱 자세하게는, 하기 화학식 2로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112020098320389-pat00005
상기 화학식 2에서,
n은 4 이상 18 이하의 정수이다.
상기와 같은 구조로 인하여, 상기 선형 스페이서(미도시)는, 상기 강성 초분자형 고분자(100)간 스태킹(stacking)을 유발함으로써 본 발명의 초분자형 고분자 다상구조 혼성체의 기계적 강도를 확보할 수 있도록 하는 역할을 할 수 있다.
따라서, 본 발명의 강성 초분자형 고분자(100)는, 반복단위가 짧은 알킬 사슬로 되어있어 rigid한 특성을 갖는 강성의 선형 올리고머(110)와 이에 결합되는 가지가 없는 선형의 알킬 사슬로 이루어진 선형 스페이서(미도시)를 포함하므로, 상기 강성 초분자형 고분자(100) 간 스태킹(stacking)이 잘 발생하도록 하는 구성을 통하여 초분자형 고분자 다상구조 혼성체의 기계적 강도의 확보를 담당할 수 있다.
도 3은 상기 제1 연성 초분자형 고분자(200)를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 3을 참조하면, 상기 제1 연성 초분자형 고분자(200)는, 제1 연성의 선형 올리고머(210), 상기 제1 연성의 선형 올리고머 양 말단에 위치하는 다중 수소결합이 가능한 단분자 말단기(230) 및 상기 제1 연성의 선형 올리고머와 상기 단분자 말단기 사이에 결합되는 선형 스페이서(220)를 포함할 수 있다.
상기 제1 연성의 선형 올리고머(210)는, 분자량 2,000 내지 30,000인, 반복단위가 상대적으로 길고 불규칙한 알킬 사슬로 되어있어 flexible한 특성을 갖는 올리고머 일 수 있으며, 더욱 자세하게는, APC(aliphatic polycarbonate), HPEB(Hydrogenated poly(ethylene-co-butylene)) 및 PTMG(Polytetramethlene glycol)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것 일 수 있다.
상기 다중 수소결합이 가능한 단분자 말단기(230)는, 전술한 상기 강성의 선형 올리고머(110)의 양 말단에는 다중 수소결합이 가능한 단분자 말단기(120)와 그 내용이 동일하므로 상세한 설명을 생략한다.
상기 제1 연성의 선형 올리고머(210)와 상기 단분자 말단기(230) 사이에는 선형 스페이서(220)가 결합될 수 있다.
상기 선형 스페이서(220)는, 가지가 없는 선형의 알킬 사슬로 이루어진 것일 수 있으며, 더욱 자세하게는, 하기 화학식 2로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112020098320389-pat00006
상기 화학식 2에서,
n은 4 이상 18 이하의 정수이다.
도 4는 본 발명의 상기 제1 연성 초분자형 고분자(200)가 서로 스태킹(stacking)된 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 4를 참조하면, 상기와 같은 구조로 인하여, 상기 선형 스페이서(220)는 초분자형 고분자간에 적절한 스태킹(stacking)을 유발하므로, 본 발명의 초분자형 고분자 다상구조 혼성체의 기계적 물성이 너무 저하되지 않을 수 있도록 적절한 강도를 확보하는 역할을 할 수 있다.
도 5는 상기 제2 연성 초분자형 고분자(300)를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 5를 참조하면, 상기 제2 연성 초분자형 고분자(300)는, 제2 연성의 선형 올리고머(310), 상기 제2 연성의 선형 올리고머 양 말단에 위치하는 다중 수소결합이 가능한 단분자 말단기(330) 및 상기 제2 연성의 선형 올리고머와 상기 단분자 말단기 사이에 결합되는 벌키형 스페이서(320)를 포함할 수 있다.
상기 제2연성의 선형 올리고머(310) 또한, 분자량 2,000 내지 30,000인, 반복단위가 상대적으로 길고 불규칙한 알킬 사슬로 되어있어 flexible한 특성을 갖는 올리고머 일 수 있으며, 더욱 자세하게는, APC(aliphatic polycarbonate), HPEB(Hydrogenated poly(ethylene-co-butylene)) 및 PTMG(Polytetramethlene glycol)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것 일 수 있다.
상기 다중 수소결합이 가능한 단분자 말단기(330) 또한, 전술한 상기 강성의 선형 올리고머(110)의 양 말단에는 다중 수소결합이 가능한 단분자 말단기(120)와 그 내용이 동일하므로 상세한 설명을 생략한다.
상기 제2 연성의 선형 올리고머(310)와 상기 단분자 말단기(330) 사이에는 벌키형 스페이서(320)가 결합될 수 있다.
상기 벌키형 스페이서(320)는, 치환 또는 비치환 된 시클로알케인을 포함하는 구조를 갖는 것일 수 있으며, 더욱 자세하게는, 하기 화학식 3으로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112020098320389-pat00007
도 6은 본 발명의 상기 제2 연성 초분자형 고분자(300)가 서로 벌키(bulky)된 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 6을 참조하면, 상기와 같은 구조로 인하여, 상기 벌키성 스페이서(320)는 초분자형 고분자들이 서로 스태킹(stacking)되는 것을 방지하고 벌키성을 부여함으로써 사슬간의 유동성을 확보하고 뛰어난 자가치유 효율을 갖도록 하는 역할을 할 수 있다.
상기 제1 연성 초분자형 고분자 및 상기 강성 초분자형 고분자는, 3:7 내지 7:3의 중량비를 가질 수 있다.
상기 제1 연성 초분자형 고분자 및 상기 강성 초분자형 고분자의 중량비가 3:7 미만이면, 강성 초분자형 고분자의 비율이 너무 높아 초분자형 고분자 간의 사슬 유동성이 줄어들게 되므로 충분한 인성(toughness) 값을 확보할 수 없으며 적절한 자가치유 효율을 확보하기 어려워 적절하지 않다.
상기 제1 연성 초분자형 고분자 및 상기 강성 초분자형 고분자의 중량비가 7:3 초과이면, 강성 초분자형 고분자의 비율이 너무 낮아 적절한 기계적 강도를 확보할 수 없어 적절하지 않다.
따라서, 상기 제1 연성 초분자형 고분자 및 상기 강성 초분자형 고분자는, 3:7 내지 7:3의 중량비를 갖는 것이 바람직하다.
상기 제2 연성 초분자형 고분자는, 전체 초분자형 고분자 다상구조 혼성체의 중량 대비 5 내지 20wt%인 것일 수 있다.
상기 제2 연성 초분자형 고분자가 5wt% 미만이면, 제2 연성 초분자형 고분자가 사슬 간 유동성을 부여하는 효과가 미미하므로 충분한 인성(toughness) 값을 확보할 수 없으며 적절한 자가치유 효율을 확보하기 어려워 적절하지 않다.
상기 제2 연성 초분자형 고분자가 20wt% 초과이면, 사슬 간 유동성이 너무 커지게 되어 혼성체의 적절한 기계적 강도를 확보하기 어려우며 오히려 인성 값이 감소하게 되므로 적절하지 않다.
따라서, 상기 제2 연성 초분자형 고분자는, 전체 초분자형 고분자 다상구조 혼성체의 중량 대비 5 내지 20wt%인 것이 바람직하다.
상기 초분자형 고분자 다상구조 혼성체는, 상기와 같이 소재의 기계적 물성 확보를 담당하는 강성 초분자형 고분자(100)간 혼합으로 형성되는 제1상과, 사슬간의 유동성을 부여하여 효율적 자가 치유를 가능하게 하는 상기 제1 연성 초분자형 고분자(200) 및 상기 제2 연성 초분자형 고분자(300) 간 혼합으로 형성되는 제2상으로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 제1상 및 상기 제2상의 계면에서 상기 초분자형 고분자들이 각 말단의 다중 수소결합이 가능한 말단기 간의 수소결합을 통해 초분자 네트워크(supramolecular network)를 형성함으로써, 상기 초분자형 고분자 다상구조 혼성체의 자가 치유가 가능한 구조를 형성할 수 있다.
상기와 같은 구성의 특징으로 인하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 사슬의 운동성과 초분자 결합의 기계적 강도를 상호보완적으로 완충하여 높은 치유 효율을 가지면서도 기계적 물성이 확보되도록 최적으로 디자인된 고인성 및 고효율 자가치유 특성을 갖는 초분자형 고분자 다상구조 혼성체를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 고인성 및 고효율 자가치유 특성을 갖는 초분자형 고분자 다상구조 혼성체의 제조방법을 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고인성 및 고효율 자가치유 특성을 갖는 초분자형 고분자 다상구조 혼성체의 제조방법은, 다중 수소결합이 가능한 단분자 말단기에 선형 스페이서를 결합시킨 후, 이를 강성의 선형 올리고머 양 말단에 결합시켜 강성 초분자형 고분자를 제조하는 단계; 다중 수소결합이 가능한 단분자 말단기에 선형 스페이서를 결합시킨 후, 제1 연성의 선형 올리고머 양 말단에 결합시켜 제1 연성 초분자형 고분자를 제조하는 단계; 다중 수소결합이 가능한 단분자 말단기에 벌키형 스페이서를 결합시킨 후, 제2 연성의 선형 올리고머 양 말단에 결합시켜 제2 연성 초분자형 고분자를 제조하는 단계; 및 상기로부터 제조된 강성 초분자형 고분자, 제1연성 초분자형 고분자 및 제2연성 초분자형 고분자를 혼합하여 초분자형 고분자 다상구조 혼성체를 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 강성의 선형 올리고머, 제1 연성의 선형 올리고머 및 제2 연성의 선형 올리고머는, 각각 독립적으로 분자량 2,000 내지 30,000인 올리고머인 것일 수 있다.
상기 강성의 선형 올리고머는, PTMC(poly(trimethylene carbonate)), SAPC (star shape aliphatic polycarbonate), PLLA (poly(L-lactic acid)) 및 PCL (poly(ε-caprolactone)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 인 것일 수 있다.
상기 제1 연성의 선형 올리고머 및 제2 연성의 선형 올리고머는, 각각 독립적으로 APC(aliphatic polycarbonate), HPEB(Hydrogenated poly(ethylene-co-butylene)) 및 PTMG(Polytetramethlene glycol)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 인 것일 수 있다.
상기 다중 수소결합이 가능한 단분자 말단기는, 하기 화학식 1으로 표시되는 UPy(ureidopyrimidine)인 것을 특징으로 하고,
상기 초분자형 고분자 간의 다중 수소결합을 가능하게 함으로써 상기 초분자형 고분자 간 초분자 네트워크(Supramolecular Network)를 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112020098320389-pat00008
상기 선형 스페이서는, 하기 화학식 4로 표시되는 화합물인 것일 수 있다.
[화학식 4]
Figure 112020098320389-pat00009
상기 벌키형 스페이서는, 하기 화학식 5 내지 12로 표시되는 화합물 중 적어도 하나의 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 5]
Figure 112020098320389-pat00010
[화학식 6]
Figure 112020098320389-pat00011
[화학식 7]
Figure 112020098320389-pat00012
[화학식 8]
Figure 112020098320389-pat00013
[화학식 9]
Figure 112020098320389-pat00014
[화학식 10]
Figure 112020098320389-pat00015
[화학식 11]
Figure 112020098320389-pat00016
[화학식 12]
Figure 112020098320389-pat00017
상기와 같은 구성적 특징으로 인하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 높은 치유 효율을 가지면서도 기계적 물성이 확보되도록 최적으로 디자인된 고인성 및 고효율 자가치유 특성을 갖는 초분자형 고분자 다상구조 혼성체의 제조방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.
이하에서는 제조예, 비교예 및 실험예를 통해 본 발명에 대해 더욱 상세하게 설명한다. 하지만 본 발명이 하기 제조예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.
<제조예 1> 강성 초분자형 고분자(U2)의 제조
본 발명의 일 실시예에 따른 초분자형 고분자 다상구조 혼성체를 제조하기 위하여, 강성 초분자형 고분자를 제조하였다.
이를 위하여, 강성의 선형 올리고머로는 하기 화학식 13으로 표시되는 poly(trimethylene carbonate)(PTMC)를 이용하였고, 상기 PTMC의 양 말단에 부착될 다중 수소결합이 가능한 단분자 말단기로는, 하기 화학식 1로 표시되는 UPy(ureidopyrimidine)를 이용하였으며, 상기 PTMC 및 상기 UPy 사이에 결합될 선형 스페이서로는 하기 화학식 4로 표시되는 스페이서를 이용하였다.
[화학식 13]
Figure 112020098320389-pat00018
[화학식 1]
Figure 112020098320389-pat00019
[화학식 4]
Figure 112020098320389-pat00020
먼저, 상기 UPy에 상기 선형 스페이서를 결합하여 하기 화학식 14로 표시되는 UPy-NCO를 제조하였다.
[화학식 14]
Figure 112020098320389-pat00021
상기 UPy-NCO를 하기 반응식 1과 같이 상기 PTMC 양 말단에 결합시켜, 하기 화학식 15로 표시되는, 강성 초분자형 고분자인 UPy-NCO fuctionalized poly(trimethylene carbonate) (UPTMC)를 제조하여, 이를 U2로 명명하였다.
[반응식 1]
Figure 112020098320389-pat00022
[화학식 15]
Figure 112020098320389-pat00023
<제조예 2> 제1 연성 초분자형 고분자(U1)의 제조
본 발명의 일 실시예에 따른 초분자형 고분자 다상구조 혼성체를 제조하기 위하여, 제1 연성 초분자형 고분자를 제조하였다.
이를 위하여, 제1 연성의 선형 올리고머로는 하기 화학식 16으로 표시되는 Aliphatic polycarbonate(APC)를 이용하여 하기 반응식 2를 통해 제조한 것을 제외하고는 상기 제조예 1과 동일하게 하기 화학식 17으로 표시되는 제1 연성 초분자형 고분자인 UPy-NCO functionalized Aliphatic polycarbonate (UAPC)를 제조하여, 이를 U1이라 명명하였다.
[화학식 16]
Figure 112020098320389-pat00024
상기 화학식 16에서,
R은 각각 독립적으로 C5 또는 C6의 알킬렌기이다.
[반응식 2]
Figure 112020098320389-pat00025
상기 반응식 2에서,
R은 각각 독립적으로 C5 또는 C6의 알킬렌기이다.
[화학식 17]
Figure 112020098320389-pat00026
상기 화학식 17에서,
R은 각각 독립적으로 C5 또는 C6의 알킬렌기이다.
<제조예 3> 제2 연성 초분자형 고분자(UI)의 제조
본 발명의 일 실시예에 따른 초분자형 고분자 다상구조 혼성체를 제조하기 위하여, 제2 연성 초분자형 고분자를 제조하였다.
이를 위하여, 상기 제조예 2의 선형 스페이서 대신에 하기 화학식 4로 표시되는 벌키형 스페이서를 이용하여 하기 반응식 3을 통해 제조한 것을 제외하고는 상기 제조예 2와 동일하게 하기 화학식 18로 표시되는 제2 연성 초분자형 고분자인 UI-NCO functionalized Aliphatic polycarbonate (UIAPC)를 제조하여, 이를 UI이라 명명하였다.
[화학식 5]
Figure 112020098320389-pat00027
[반응식 3]
Figure 112020098320389-pat00028
[화학식 18]
Figure 112020098320389-pat00029
<실험예>
상기 제조예 1 내지 3에 따라 제조된 강성 초분자형 고분자(U2), 제1 연성 초분자형 고분자(U1) 및 제2 연성 초분자형 고분자(UI)를 아래 표 1와 같이 각각의 비율로 혼합하여 초분자형 고분자 다상구조 혼성체를 제조한 후, 이를 이용하여 실험예에 사용하였다.
[표 1]
Figure 112020098320389-pat00030
<실험예 1>
강성 초분자형 고분자 및 제1 연성 초분자형 고분자의 혼합 구성 및 혼합 비율에 따른 초분자형 고분자 다상구조 혼성체의 물성을 알아보기 위한 실험을 진행하였다.
이를 위하여, 먼저 상기 제조예를 통해 제조한 3가지 물질 중 U1 및 U2 2가지만을 선택하여 혼합한 후 각 혼합 비율에 따른 초분자형 고분자 다상구조 혼성체의 물성을 알아보았다.
도 7은 U1, U2 각 단독 또는 U1: U2의 혼합 비율에 따른 초분자형 고분자 다상구조 혼성체 간의 물성을 비교하여 나타낸 변형도-응력(strain-stress) 그래프이다.
도 7을 참조하면, 강성의 초분자형 고분자를 단일 성분으로 포함할 때는 높은 응력(stress) 값을 가지나, 변형도(strain)가 낮아 자가 치유 효율이 떨어지게 될 것이고, 제1 연성의 초분자형 고분자를 단일 성분으로 포함할 때는 변형도(strain)가 높지만 응력(stress) 값이 줄어들어 소재의 충분한 기계적 강도의 확보가 어려울 것임을 확인할 수 있다. 따라서, 상기 강성 및 제1 연성 초분자형 고분자가 적절한 중량비로 혼합될 때, 두 요소의 적절한 상호보완으로 고인성 및 고효율 자가치유 특성을 갖는 초분자형 고분자 다상구조 혼성체의 제조가 가능할 것임을 확인할 수 있다.
도 8은 U1, U2 단독 또는 U1: U2의 혼합 비율에 따른 초분자형 고분자 다상구조 혼성체의 영률(Young's modulus) 및 인성(Toughness) 값을 나타낸 그래프이다.
도 8을 참조하면, U1: U2의 중량비가 7:3이 되도록 혼합한 혼성체가 일정 수준의 영률(Young's modulus)은 확보하면서도 가장 높은 인성(Toughness) 값을 가지는 것을 확인할 수 있다.
<실험예 2>
강성 초분자형 고분자 및 제2 연성 초분자형 고분자의 혼합 구성 및 혼합 비율에 따른 초분자형 고분자 다상구조 혼성체의 물성을 알아보기 위한 실험을 진행하였다.
이를 위하여, 상기 3가지 물질 중 U2 및 UI 2가지만을 선택하여 혼합한 후 각 혼합 비율에 따른 초분자형 고분자 다상구조 혼성체의 물성을 알아보았다.
도 9는 U2, UI 각 단독 또는 UI의 혼합 비율에 따른 초분자형 고분자 다상구조 혼성체 간의 물성을 비교하여 나타낸 변형도-응력(strain-stress) 그래프이다.
도 9를 참조하면, 강성의 초분자형 고분자를 단일 성분으로 포함할 때는 높은 응력(stress) 값을 가지나, 변형도(strain)가 낮아 높은 자가 치유 효율을 갖기 어려울 것임은 전술한 것과 동일하고, 제2 연성의 초분자형 고분자를 단일 성분으로 포함할 때는 변형도(strain)가 높지만 너무 낮은 응력(stress) 값을 가지므로 실 소재로의 활용성은 떨어질 것임을 확인할 수 있다. 따라서, 제2연성 초분자형 고분자가 적절한 중량비로 혼합될 때, 두 요소의 적절한 상호보완으로 고인성 및 고효율 자가치유 특성을 갖는 초분자형 고분자 다상구조 혼성체의 제조가 가능할 것임을 확인할 수 있다.
도 10은 U2, UI 단독 또는 UI의 혼합 비율에 따른 초분자형 고분자 다상구조 혼성체의 영률(Young's modulus) 및 인성(Toughness) 값을 나타낸 그래프이다.
도 10을 참조하면, UI가 20 wt%을 갖도록 혼합한 혼성체가 다른 것과 비교하였을 때 일정 수준의 영률은 확보하면서도 가장 높은 인성 값을 가지는 것을 확인할 수 있다.
<실험예 3>
강성 초분자형 고분자 및 제1 및 제2 연성 초분자형 고분자 3가지 물질을 모두 혼합한 후 각 혼합 비율에 따른 초분자형 고분자 다상구조 혼성체의 물성을 알아보기 위한 실험을 진행하였다.
도 11은 UI, U1 및 U2 단독 또는 각각의 혼합 비율에 따른 초분자형 고분자 다상구조 혼성체 간의 물성을 비교하여 나타낸 변형도-응력(strain-stress) 그래프이다.
도 11을 참조하면, 제2 연성 초분자형 고분자 단독 또는 강성 초분자형 고분자 및 제1 연성 초분자형 고분자 2가지만을 혼합한 것과 비교하여, 강성, 제1 연성 및 제2 연성 초분자형 고분자 3가지를 모두 혼합한 초분자형 고분자 다상구조 혼성체가 변형도 및 응력 두 요소가 적절히 상호 보완되는 값을 갖는 것을 확인할 수 있다.
도 12는 UI, U1 및 U2 단독 또는 각각의 혼합 비율에 따른 초분자형 고분자 다상구조 혼성체의 영률(Young's modulus) 및 인성(Toughness) 값을 나타낸 그래프이다.
도 12를 참조하면, U1, U2 및 UI 세 물질의 혼합으로 제조된 초분자형 고분자 다상구조 혼성체가 UI 단독 또는 U1 및 U2만의 혼합으로 제조된 것과 비교하여 모두 더 높은 인성 값을 가지며, 특히 중량비 7:3의 U1 및 U2에 UI를 전체 중량 대비 15wt%가 되도록 혼합하였을 때, 일정 수준의 영률은 확보하면서도 가장 높은 인성 값을 갖는 것을 확인할 수 있다.
<실험예 4>
본 발명의 초분자형 고분자 다상구조 혼성체의 다상구조를 확인해보기 위한 실험을 진행하였다.
이를 위하여, UI, U1 및 U2 단독 또는 각각의 혼합 비율에 따른 초분자형 고분자 다상구조 혼성체의 유리전이온도(Glass transition temperature)를 측정해보는 실험을 진행하였다.
도 13은 본 발명의 초분자형 고분자 다상구조 혼성체의 유리전이온도를 나타낸 그래프이다.
도 13을 참조하면, U1, U2 및 UI 세 물질의 혼합으로 제조된 본 발명의 초분자형 고분자 다상구조 혼성체는, 2개의 유리전이온도를 갖는 것을 확인할 수 있다. 따라서 본 발명의 강성 초분자형 고분자로 이루어진, 혼성체의 기계적 강도 확보를 담당하는 제1상 및 제1 및 제2 연성 초분자형 고분자로 이루어진, 혼성체의 치유 효율 증진을 담당하는 제2상은 서로 섞이지 않고 다상 구조로 존재하면서도, 상기 각 초분자형 고분자 말단에 존재하는 다중 수소결합이 가능한 말단기를 통해 그 계면에서 서로 수소 결합하여 초분자 네트워크를 형성하므로, 적절한 기계적 강도를 유지하면서도 높은 자가치유 효율을 갖는 것이 가능한 구성으로 이루어져 있음을 확인할 수 있다.
상기와 같은 구성적 특징으로 인하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 사슬의 운동성과 초분자 결합의 기계적 강도를 상호보완적으로 완충하여 높은 치유 효율을 가지면서도 기계적 물성이 확보되도록 최적으로 디자인된 고인성 및 고효율 자가치유 특성을 갖는 초분자형 고분자 다상구조 혼성체를 제공할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 강성 초분자형 고분자
110: 강성의 선형 올리고머
120(121, 122): 다중 수소결합이 가능한 단분자 말단기
200: 제1 연성 초분자형 고분자
210: 제1 연성의 선형 올리고머
220(221, 222): 선형 스페이서
230(231, 232): 다중 수소결합이 가능한 단분자 말단기
300: 제2 연성 초분자형 고분자
310: 제2 연성의 선형 올리고머
320(321, 322): 벌키형 스페이서
330(331, 332): 다중 수소결합이 가능한 단분자 말단기

Claims (13)

  1. 강성의 선형 올리고머, 상기 강성의 선형 올리고머 양 말단에 위치하는 다중 수소결합이 가능한 단분자 말단기 및 상기 강성의 선형 올리고머와 상기 단분자 말단기 사이에 결합되는 선형 스페이서를 포함하는 강성 초분자형 고분자;
    제1 연성의 선형 올리고머, 상기 제1 연성의 선형 올리고머 양 말단에 위치하는 다중 수소결합이 가능한 단분자 말단기 및 상기 제1 연성의 선형 올리고머와 상기 단분자 말단기 사이에 결합되는 선형 스페이서를 포함하는 제1 연성 초분자형 고분자; 및
    제2 연성의 선형 올리고머, 상기 제2 연성의 선형 올리고머 양 말단에 위치하는 다중 수소결합이 가능한 단분자 말단기 및 상기 제2 연성의 선형 올리고머와 상기 단분자 말단기 사이에 결합되는 벌키형 스페이서를 포함하는 제2 연성 초분자형 고분자;를 포함하는 고인성 및 고효율 자가치유 특성을 갖는 초분자형 고분자 다상구조 혼성체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 강성의 선형 올리고머, 제1 연성의 선형 올리고머 및 제2 연성의 선형 올리고머는, 각각 독립적으로 분자량 2,000 내지 30,000인 올리고머인 것을 특징으로 하는 고인성 및 고효율 자가치유 특성을 갖는 초분자형 고분자 다상구조 혼성체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 강성의 선형 올리고머는, PTMC(poly(trimethylene carbonate)), SAPC(star shape aliphatic polycarbonate), PLLA(poly(L-lactic acid)) 및 PCL(poly(ε-caprolactone))로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고인성 및 고효율 자가치유 특성을 갖는 초분자형 고분자 다상구조 혼성체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 연성의 선형 올리고머 및 제2 연성의 선형 올리고머는, 각각 독립적으로 APC(aliphatic polycarbonate), HPEB(Hydrogenated poly(ethylene-co-butylene)) 및 PTMG(Polytetramethlene glycol)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고인성 및 고효율 자가치유 특성을 갖는 초분자형 고분자 다상구조 혼성체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 다중 수소결합이 가능한 단분자 말단기는, 하기 화학식 1으로 표시되는 UPy(ureidopyrimidine)인 것을 특징으로 하고,
    상기 초분자형 고분자 간의 다중 수소결합을 가능하게 함으로써 상기 초분자형 고분자 간 초분자 네트워크(Supramolecular Network)를 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 고인성 및 고효율 자가치유 특성을 갖는 초분자형 고분자 다상구조 혼성체.
    [화학식 1]
    Figure 112020098320389-pat00031

  6. 제1항에 있어서,
    상기 선형 스페이서는,
    하기 화학식 2로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 고인성 및 고효율 자가치유 특성을 갖는 초분자형 고분자 다상구조 혼성체.
    [화학식 2]
    Figure 112020098320389-pat00032

    상기 화학식 2에서,
    n은 4 이상 18 이하의 정수이다.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 벌키형 스페이서는,
    상기 초분자형 고분자 간의 스태킹(stacking)을 억제하는 것을 특징으로 하고,
    하기 화학식 3으로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 고인성 및 고효율 자가치유 특성을 갖는 초분자형 고분자 다상구조 혼성체.
    [화학식 3]
    Figure 112020098320389-pat00033

  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 연성 초분자형 고분자 및 상기 강성 초분자형 고분자는, 3:7 내지 7:3의 중량비로 혼합되는 것을 특징으로 하는 고인성 및 고효율 자가치유 특성을 갖는 초분자형 고분자 다상구조 혼성체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 연성 초분자형 고분자는, 전체 초분자형 고분자 다상구조 혼성체의 중량 대비 5 내지 20wt%로 혼합되는 것을 특징으로 하는 고인성 및 고효율 자가치유 특성을 갖는 초분자형 고분자 다상구조 혼성체.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 강성 초분자형 고분자 간 혼합으로 형성되는 제1상 및 상기 제1 연성 초분자형 고분자 및 제2 연성 초분자형 고분자 간 혼합으로 형성되는 제2상을 포함하는 다상 구조인 것을 특징으로 하고,
    상기 제1상 및 제2상의 계면에서 상기 초분자형 고분자들이 수소결합을 통해 초분자 네트워크를 형성하는 것을 특징으로 하는 고인성 및 고효율 자가치유 특성을 갖는 초분자형 고분자 다상구조 혼성체.
  11. 다중 수소결합이 가능한 단분자 말단기에 선형 스페이서를 결합시킨 후, 이를 강성의 선형 올리고머 양 말단에 결합시켜 강성 초분자형 고분자를 제조하는 단계;
    다중 수소결합이 가능한 단분자 말단기에 선형 스페이서를 결합시킨 후, 이를 제1 연성의 선형 올리고머 양 말단에 결합시켜 제1 연성 초분자형 고분자를 제조하는 단계;
    다중 수소결합이 가능한 단분자 말단기에 벌키형 스페이서를 결합시킨 후, 이를 제2 연성의 선형 올리고머 양 말단에 결합시켜 제2 연성 초분자형 고분자를 제조하는 단계; 및
    상기로부터 제조된 강성 초분자형 고분자, 제1연성 초분자형 고분자 및 제2연성 초분자형 고분자를 혼합하여 초분자형 고분자 다상구조 혼성체를 제조하는 단계;를 포함하는 고인성 및 고효율 자가치유 특성을 갖는 초분자형 고분자 다상구조 혼성체의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 선형 스페이서는, 하기 화학식 4로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 고인성 및 고효율 자가치유 특성을 갖는 초분자형 고분자 다상구조 혼성체의 제조방법.
    [화학식 4]
    Figure 112020098320389-pat00034

  13. 제11항에 있어서,
    상기 벌키형 스페이서는, 하기 화학식 5 내지 12로 표시되는 화합물 중 적어도 하나의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 고인성 및 고효율 자가치유 특성을 갖는 초분자형 고분자 다상구조 혼성체의 제조방법.
    [화학식 5]
    Figure 112020098320389-pat00035

    [화학식 6]
    Figure 112020098320389-pat00036

    [화학식 7]
    Figure 112020098320389-pat00037

    [화학식 8]
    Figure 112020098320389-pat00038

    [화학식 9]
    Figure 112020098320389-pat00039

    [화학식 10]
    Figure 112020098320389-pat00040

    [화학식 11]
    Figure 112020098320389-pat00041

    [화학식 12]
    Figure 112020098320389-pat00042

KR1020200119063A 2020-09-16 2020-09-16 고인성 및 고효율 자가치유 특성을 갖는 초분자형 고분자 다상구조 혼성체 KR102354180B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200119063A KR102354180B1 (ko) 2020-09-16 2020-09-16 고인성 및 고효율 자가치유 특성을 갖는 초분자형 고분자 다상구조 혼성체

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200119063A KR102354180B1 (ko) 2020-09-16 2020-09-16 고인성 및 고효율 자가치유 특성을 갖는 초분자형 고분자 다상구조 혼성체

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102354180B1 true KR102354180B1 (ko) 2022-01-21

Family

ID=80050410

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200119063A KR102354180B1 (ko) 2020-09-16 2020-09-16 고인성 및 고효율 자가치유 특성을 갖는 초분자형 고분자 다상구조 혼성체

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102354180B1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080035511A (ko) 2005-05-06 2008-04-23 더 보드 오브 트러스티즈 오브 더 유니버시티 오브 일리노이 자기 치유 폴리머
KR101808961B1 (ko) * 2016-10-28 2017-12-13 숭실대학교산학협력단 초분자형 공중합체 형성법을 이용한 고인성 바이오폴리머 및 이의 제조 방법
KR20180081340A (ko) * 2017-01-06 2018-07-16 숭실대학교산학협력단 스크래치 자가치유형 섬유/직물/피혁 코팅제
KR20190083551A (ko) * 2018-01-04 2019-07-12 한국과학기술연구원 자가치유 탄성체, 자가치유 복합체 및 자가치유 필름

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080035511A (ko) 2005-05-06 2008-04-23 더 보드 오브 트러스티즈 오브 더 유니버시티 오브 일리노이 자기 치유 폴리머
KR101808961B1 (ko) * 2016-10-28 2017-12-13 숭실대학교산학협력단 초분자형 공중합체 형성법을 이용한 고인성 바이오폴리머 및 이의 제조 방법
KR20180081340A (ko) * 2017-01-06 2018-07-16 숭실대학교산학협력단 스크래치 자가치유형 섬유/직물/피혁 코팅제
KR20190083551A (ko) * 2018-01-04 2019-07-12 한국과학기술연구원 자가치유 탄성체, 자가치유 복합체 및 자가치유 필름

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
eXPRESS Polymer Letters, vol.11, pp.690-703 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Dominguez et al. Properties of phthalonitrile monomer blends and thermosetting phthalonitrile copolymers
US7268193B2 (en) Branched polyphenylene polymers
Watuthanthrige et al. Designing dynamic materials from dynamic bonds to macromolecular architecture
Zhang et al. Application of alkoxyamine in self-healing of epoxy
Tournilhac et al. Self‐Healing Supramolecular Networks
CN101611065A (zh) 聚异丁烯和其制备方法
WO2007058994A3 (en) Process for preparing a bituminous binder composition
KR920702391A (ko) 폴리올레핀 수지 조성물
RU2011129335A (ru) Способ применения циклических карбодиимидов
CN105358621A (zh) 柔性电力电缆绝缘体
An et al. Multiblock Copolymer‐Based Dual Dynamic Disulfide and Supramolecular Crosslinked Self‐Healing Networks
KR102354180B1 (ko) 고인성 및 고효율 자가치유 특성을 갖는 초분자형 고분자 다상구조 혼성체
CA2578024A1 (en) Multilayered pellet comprising ethylene-vinyl alcohol copolymer resin composition
Jangizehi et al. Dynamics of entangled supramolecular polymer networks in presence of high‐order associations of strong hydrogen bonding groups
CN102066491A (zh) 用于电绝缘的清漆组合物及其使用方法
CN111849139A (zh) 一种高强度和高韧性的全生物降解材料及其制备方法
EP2075298A3 (de) Klebemasse für unpolare Substrate
Wang et al. Self-healing and shape memory capabilities of copper-coordination polymer network
Song et al. Dynamics of dual-junction-functionality associative polymer networks with ion and nanoparticle metal-coordinate cross-link junctions
Shinohara et al. Solvent-free conjugated polymer fluids with optical functions
CN109181209A (zh) 一种聚甲醛材料组合物
Zhu et al. Thermoreversible supramolecular polyurethanes with self‐complementary quadruple hydrogen‐bonded end groups
CA2431936A1 (en) Laundry composition
Chen et al. Structure and rheological behavior of thermoreversible supramolecular polymers with weak multiple hydrogen bonds
Zhang et al. Self‐Healable and Tough Thermoplastic Materials from Metal–Thioether Block Polymers

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant