KR102660638B1 - 형상기억 고분자 소재 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 높은 열전도 특성을 갖는 메조겐 코어를 이용하여 고분자 자체의 열전도도를 높여 형상기억 성능의 저하 없이 빠르고 우수한 형상기억 고분자 소재 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상기 형상기억 고분자 소재는 열로써 간단히 중합되는 분자의 특성을 가짐으로써 공정시간을 단축시킬 수 있고, 이에 따라 제조비용의 절약이 가능하며, 우수한 열전도도와 빠른 형상기억 특성을 갖는 고분자 소재는 급변하는 온도를 알려주는 센서나 열에 의해 반응하는 열 감응 액츄에이터로서 다양한 분야에 활용이 가능하다.
Description
본 발명은 높은 열전도 특성을 갖는 메조겐 코어를 이용하여 고분자 자체의 열전도도를 높여 형상기억 성능의 저하 없이 빠르고 우수한 형상기억 고분자 소재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
형상기억물질은 크게 금속으로 만들어지는 형상기억합금과 유기분자들로 구성된 형상기억 고분자로 나뉜다. 형상기억합금은 우수한 특성들을 바탕으로 현재 가장 많이 사용되고 있지만, 강성, 고비용, 전이온도 및 가공조건 등의 문제들이 존재하여 제조비용과 밀도가 낮고 생체 적합성, 생분해성 등의 우수한 장점을 가지고 있는 형상기억 고분자들이 최근 많이 연구되고 있다.
많이 연구되고 알려진 기존 형상기억 고분자들은 주로 에폭시, 우레탄, 스타이렌 등의 고분자로 만들어 지며, 이들은 일반적으로 0.3 W/mK 이하의 낮은 열전도율 값을 갖는다. 형상기억고분자들은 열로써 형상기억 특성을 구현하므로 소재가 가지고 있는 열전도도 값은 프로세스에서 형상기억특성이 구현되는 속도에 큰 영향을 미치며, 유기소재 특성상 가해진 열이 느리게 전달될 경우 국지적으로 고온의 열을 만듦으로써 고분자의 물성에도 영향을 줄 수 있기 때문에 소재의 열전도 특성은 매우 중요하다. 이러한 문제를 해결하기 위해 열전도성 필러를 형상기억 고분자에 넣어 형상기억 복합재로 만드는 일이 많이 진행되고 있지만, 이는 소재의 형상기억 성능 저하를 가져온다.
형상기억 고분자의 일시적인 형상기억 특성은 고분자들이 유리전이온도 이상에서 유연해지고, 이하에서 뻣뻣해지는 성질을 이용하여 나타나는 특성으로 형상이 변형된 고분자는 유리전이온도 이상에서 별도의 처리 없이 원래의 형상으로 회복되는 특성이며, 영구적인 형상기억 특성은 작용기들에 의해 형성된 동적공유결합들이 특정 온도에서 재결합되는 특성을 이용하여 구현된 특성이다. 영구적인 형상기억 특성은 소재의 영구적인 형상변형을 열로써 간단하게 가능하도록 한다. 상기 두 가지 형상기억 특성은 모두 열에 의해서 이루어지며, 종래 형상기억 고분자들은 낮은 열전도도 특성을 갖고 있기 때문에 형상기억 특성이 구현되는 속도가 매우 느리고, 이를 개선하기 위해 많은 연구가 진행되는 중이다.
본 발명은 높은 열전도 특성을 갖는 메조겐 코어를 이용하여 고분자 자체의 열전도도를 높여 형상기억 성능의 저하 없이 빠르고 우수한 형상기억 고분자 소재 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여,
본 발명은 일실시예에서, 하기 구조식 1로 표시되는 형상기억 단량체를 포함하는 단량체들로 중합된 형상기억 고분자 소재를 제공한다:
[구조식 1]
구조식 1에서, MC는 메조겐 코어(Mesogen core)이고,
n은 2 이상의 정수이고,
L은 각각 독립적으로 C1 내지 C30 선형 알킬렌기 또는 이고,
여기서 a는 1 내지 30의 정수인 반복수이고,
F는 작용기이며, 각각 독립적으로 하기 화합물 1 중에서 선택된 어느 하나이다.
[화합물 1]
상기 구조식 1에서, MC는 규칙적인 격자구조를 갖는 메조겐 코어이고, 상기 메조겐 코어는 하기 화합물 2 중에서 선택된 어느 하나이다.
[화합물 2]
상기 화합물 2는 하기 화합물 2-A에서 A로 표시되는 결합 위치를 갖고,
상기 화합물 2는 각각 독립적으로 하기 화합물 2-A에서 A로 표시되는 결합 위치들 중 하나 이상은 이고, 나머지는 수소원자이거나, 또는 모두 이고,
L은 각각 독립적으로 C1 내지 C30 선형 알킬렌기 또는 이고,
여기서 a는 1 내지 30의 정수인 반복수이고,
F는 작용기이며, 각각 독립적으로 하기 화합물 1 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
[화합물 2-A]
[화합물 1]
상기 구조식 1로 표시되는 형상기억 단량체는 하기 화학식 1로 표시되는 형상기억 단량체인 것일 수 있다.
[화학식 1]
상기 형상기억 고분자 소재는 상기 구조식 1의 F의 중합에 의해 형성된 동적공유결합을 갖는 형상기억 고분자로 이루어진 것일 수 있다.
상기 F의 중합에 의해 형성된 동적공유결합은 하기 화합물 3 중에서 선택된 어느 하나인 것일 수 있다.
[화합물 3]
상기 형상기억 고분자 소재는 열전도도가 0.5 내지 2.0 W/mK인 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에서, 하기 구조식 1로 표시되는 형상기억 단량체를 이용하여 형상기억 고분자를 중합하는 단계를 포함하는 형상기억 고분자 소재의 제조방법을 제공한다:
[구조식 1]
구조식 1에서, MC는 메조겐 코어(Mesogen core)이고,
n은 2 이상의 정수이고,
L은 각각 독립적으로 C1 내지 C30 선형 알킬렌기 또는 이고,
여기서 a는 1 내지 30의 정수인 반복수이고,
F는 작용기이며, 각각 독립적으로 하기 화합물 1 중에서 선택된 어느 하나이다.
[화합물 1]
상기 형상기억 고분자 소재는 상기 구조식 1의 F의 중합에 의해 동적공유결합을 형성하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 형상기억 고분자 소재는 메조겐 코어와 동적공유결합 형성이 가능한 작용기를 이용하여 빠르고 우수한 형상기억 특성을 갖는다.
또한, 본 발명에 따른 형상기억 고분자 소재는 열로써 간단히 중합되는 분자의 특성을 가짐으로써 공정시간을 단축시킬 수 있고, 이에 따라 제조비용의 절약이 가능하며, 우수한 열전도도와 빠른 형상기억 특성을 갖는 고분자 소재는 급변하는 온도를 알려주는 센서나 열에 의해 반응하는 열 감응 액츄에이터로서 다양한 분야에 활용이 가능하다. 뿐만 아니라 형상기억 특성을 이용하면 외부충격이 소재에 가해져서 소재가 변형이 되어도 열로써 간단하게 형상을 복원하는 것이 가능하여 소재가 장기적으로 사용이 가능하도록 우수한 내구성을 가질 수 있으며, 필요한 모양으로 열로써 간단하게 영구적인 형상변형이 가능하여 소재의 재활용 측면에서도 우수한 특성을 부여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화합물 1의 프로톤(1H)과 탄소(13C) 핵자기공명 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 형상기억 고분자 소재의 실제 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 형상기억 고분자 소재의 유리전이온도 확인을 위한 DMA(동적 기계분석) 및 TMA(열기계분석) 데이터를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 형상기억 고분자 소재의 열화상카메라 이미지 및 형상기억 특성을 나타내는 실제 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 형상기억 고분자 소재의 DMA를 이용한 일시적인 변형에 대한 회복특성과 영구적인 형상기억 특성의 정량적인 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 형상기억 고분자 소재의 실제 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 형상기억 고분자 소재의 유리전이온도 확인을 위한 DMA(동적 기계분석) 및 TMA(열기계분석) 데이터를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 형상기억 고분자 소재의 열화상카메라 이미지 및 형상기억 특성을 나타내는 실제 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 형상기억 고분자 소재의 DMA를 이용한 일시적인 변형에 대한 회복특성과 영구적인 형상기억 특성의 정량적인 측정 결과를 나타낸 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서, "포함한다" 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.
형상기억 고분자는 열에너지를 이용하여 일시적으로 변형된 모양을 회복하거나 원하는 모양을 기억시킬 수 있는 물질이다. 열에 의해서 형상이 조절되는 만큼 소재가 가지고 있는 열전도도는 형상기억 특성구현에 매우 중요하다. 널리 사용되어지는 에폭시, 우레탄, 스타이렌계 형상기억 고분자 소재들은 일반적으로 0.3 W/mK 이하의 낮은 열전도율 값을 가지고 있다. 따라서 열에너지가 소재에 가해졌을 때, 소재 내부로 빠르게 열이 전도되지 못해서 일시적인 형상변형에 대한 회복이 매우 느리게 일어나거나 영구적인 형상기억을 하는데 시간이 많이 필요하다는 단점을 가지고 있을 뿐만 아니라, 열이 느리게 전도되면 소재에 국지적으로 고온의 열이 축적되어 물성에도 영향을 준다.
이를 해결하기 위해서, 형상기억 고분자 안에 열전도성 필러를 넣어서 복합재로 만드는 연구들이 많이 진행되고 있지만, 필러를 이용한 형상기억 복합재는 필러의 함량에 따라 형상기억 특성의 기능 저하를 가지고 오게 된다. 따라서 필러를 사용하지 않고 고분자 소재 자체의 열전도도를 높이 유도하여 빠르고 우수한 형상기억 특성을 나타내는 고분자 소재개발이 필요하다.
이에, 본 발명에서는, 규칙적인 격자구조의 메조겐 코어(MC)들이 고분자의 열전도 과정에서 주요 요인으로 작용하는 포논 열전도를 극대화 하여 소재에 우수한 열전도 특성을 부여하는 것이 가능하며, 작용기(F)들은 간단히 열로써 중합이 되어 고분자 네트워크와 동적공유결합(D)들을 만들어 일시적인 형상변형에 대한 회복작용이나 영구적인 형상기억을 가능한 형상기억 고분자 소재를 제공한다.
이하, 본 발명에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명은 하기 구조식 1로 표시되는 형상기억 단량체를 포함하는 단량체들로 중합된 형상기억 고분자 소재를 제공한다:
[구조식 1]
구조식 1에서, MC는 메조겐 코어(Mesogen core)이고,
n은 2 이상의 정수이고,
L은 각각 독립적으로 C1 내지 C30 선형 알킬렌기 또는 이고,
여기서 a는 1 내지 30의 정수인 반복수이고,
F는 작용기이며, 각각 독립적으로 하기 화합물 1 중에서 선택된 어느 하나이다.
[화합물 1]
상기 화합물 1에서 물결선은 상기 L로의 결합을 나타낸다.
상기 구조식 1에서, MC는 규칙적인 격자구조를 갖는 메조겐 코어이고, 상기 메조겐 코어는 하기 화합물 2 중에서 선택된 어느 하나이다.
[화합물 2]
상기 메조겐 코어(MC)는 높은 결정 구조 뿐만 아니라 분자간 pi-pi 상호작용을 일으켜 소재에 높은 결정성을 유도하고, 고분자 소재의 열전도 특성의 주요 요인인 포논 전도를 용이하게 하여 상기 형상기억 고분자 소재에 높은 열전도도를 유도하는 분자이다.
상기 L은 상기 메조겐 코어에 연결된 알킬사슬로, 소재 가공이 용이하도록 분자에 유연한 특성을 부여할 수 있다.
상기 화합물 2는 하기 화합물 2-A에서 A로 표시되는 결합 위치를 갖고,
상기 화합물 2는 각각 독립적으로 하기 화합물 2-A에서 A로 표시되는 결합 위치들 중 하나 이상은 이고, 나머지는 수소원자이거나, 또는 모두 이고,
L은 각각 독립적으로 C1 내지 C30 선형 알킬렌기 또는 이고,
여기서 a는 1 내지 30의 정수인 반복수이고,
F는 작용기이며, 각각 독립적으로 하기 화합물 1 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
[화합물 2-A]
[화합물 1]
상기 구조식 1로 표시되는 형상기억 단량체는 하기 화학식 1로 표시되는 형상기억 단량체인 것일 수 있다.
[화학식 1]
상기 형상기억 고분자 소재는 상기 구조식 1의 작용기(F)의 중합에 의해 형성된 동적공유결합을 갖는 형상기억 고분자로 이루어진 것일 수 있다. 상기 동적공유결합은 널리 알려진 반응성 그룹들이 반응하여 고분자를 형성할 때와 비슷한 메카니즘으로 형성되지만, 고분자 형성 시에 상기 화합물 3 형태의 결합이 형성될 경우 동적공유결합을 갖는 고분자라고 할 수 있다. 동적공유결합은 하나 혹은 두개의 작용기들이 만나 이루는 것으로서, 상기 화합물 1의 작용기들이 하나 또는 둘이 반응을 해서 상기 화합물 3의 동적공유결합을 형성한다. 동적공유결합들은 기존 화학공유결합에 비해 결합세기가 약하여 열이나 특수 자극에 의해서 결합의 재편성이 가능하기 때문에 영구적인 형태변형이 가능하게 한다.
상기 작용기(F)는 메조겐 코어(MC)에 동적공유결합 형성이 가능한 한 개 이상의 작용기를 포함할 수 있다. 상기 작용기(F)는 열을 이용한 간단한 중합법에 의해 동적공유결합을 형성하여 형상기억 고분자로 중합된다. 이들 동적공유결합은 고분자 네트워크와 함께 일시적인 형상기억에 대한 회복과 영구적인 형상기억을 가능하게 한다.
예를 들어, 상기 구조식 1로 표시되는 형상기억 단량체들로 중합되는 경우, F-L-MC-L-F-F-L-MC-L-F-F-L-MC 형태의 고분자가 형성될 수 있다.
상기 형상기억 고분자의 일시적인 변형과 회복 특성은 고분자가 유리전이온도 이하에서 뻣뻣해지고 유리전이온도 이상에서 유연하면서 탄성력을 가지고 있는 특성을 이용한 것이다.
상기 동적공유결합은 특정 온도 이상에서 인접한 결합들끼리 재결합되는 특성으로 영구적인 형상을 변형시키는 역할을 한다.
상기 F의 중합에 의해 형성된 동적공유결합은 하기 화합물 3 중에서 선택된 어느 하나인 것일 수 있다.
[화합물 3]
상기 형상기억 고분자 소재는 열전도도가 0.5 내지 2.0 W/mK인 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 형상기억 고분자 소재의 열전도도는 0.5 내지 1.5 W/mK, 0.5 내지 1.3 W/mK, 0.5 내지 1.0 W/mK, 1.0 내지 2.0 W/mK, 1.2 내지 2.0 W/mK, 1.4 내지 2.0 W/mK, 1.6 내지 2.0 W/mK 또는 1.12 W/mK일 수 있다.
본 발명에 따른 형상기억 고분자 소재는 우수한 열전도도를 가지면서도 성능의 저하 없이 빠르고 우수한 형상기억 특성을 가질 수 있으며, 외부충격에 의해 변형된 형상을 별도의 공정 없이 열로써 회복하는 것이 가능하므로 소재의 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에서, 하기 구조식 1로 표시되는 형상기억 단량체를 이용하여 형상기억 고분자를 중합하는 단계를 포함하는 형상기억 고분자 소재의 제조방법을 제공한다:
[구조식 1]
구조식 1에서, MC는 메조겐 코어(Mesogen core)이고,
n은 2 이상의 정수이고,
L은 각각 독립적으로 C1 내지 C30 선형 알킬렌기 또는 이고,
여기서 a는 1 내지 30의 정수인 반복수이고,
F는 작용기이며, 각각 독립적으로 하기 화합물 1 중에서 선택된 어느 하나이다.
[화합물 1]
상기 형상기억 고분자 소재는 상기 구조식 1의 F의 중합에 의해 동적공유결합을 형성하는 것일 수 있다.
이하 본 발명에 따르는 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
[실시예]
제조예 1: 고분자 화합물의 합성
1-1. 250 ml 둥근 플라스크에 가루형태의 Potassium sulfide(15 g, 152 mmol), Carbon disulfide(7.5 mL, 125 mmol), 다이메틸포름아마이드(DMF)를 넣어주고 상온에서 3 시간 동안 교반한 후 2,3-dichloro-1,4-naphthoquinone (14.2 g, 62.5 mmol)을 넣고 30 분 동안 교반시켰다. 반응 종료 후 메틸렌클로라이드(DMC)와 물을 사용하여 추출과정 마치고 Sodium sulfate로 건조시켰다. 메틸렌클로라이드(DMC)로 컬럼크로마토그래피를 진행하여 2-thioxonaphtho[2,3-d][1,3]dithiole-4,9-dione(TTF-1) 물질을 합성하였다.
1-2. 상기 제조한 TTF-1(5 g, 18.9 mmol), 에틸아세테이트(EA), Sodium dithionite 수용액을 붉은색에서 연두색으로 변할 때 까지 흔들어준다. Magnesium sulfate로 건조하여 4,9-dihydroxynaphtho[2,3-d][1,3]dithiole-2-thione(TTF-2)를 합성하였다.
1-3. 100 mL 둥근 플라스크에 상기 제조한 TTF-2(5.2 g, 19.5 mmol), 10-undecenoic acid(19.7 mL, 97.5 mmol), 1-(3-Dimethylaminopropyl)-3-ethylcarbodiimide Hydrochloride(18.7 g, 97.5 mmol), 4-(Dimethylamino)pyridine (2.6 g, 19.5 mmol), 메틸렌클로라이드(DMC)를 넣고 상온에서 3 일 동안 반응시켰다. 반응 종료 후 메틸렌클로라이드(DMC)와 물을 사용하여 추출과정을 마치고 Sodium sulfate로 건조시켰다. 클로로포름(CHCl3)으로 컬럼크로마토그래피 진행 후 에탄올로 재결정하여 2-thioxonaphtho[2,3-d][1,3]dithiole-4,9-diyl bis(undec-10-enoate)(TTF-3)물질을 합성하였다.
1-4. 100 mL 둥근 플라스크에 상기 제조한 TTF-3(2 g, 3.34 mmol), Mercury(Ⅱ) acetate(2.1 g, 6.6 mmol), Glacial acetic acid, 메틸렌클로라이드(DMC)를 넣고 상온에서 1 시간 동안 반응시켰다. 반응 종료 후 필터페이퍼로 Mercury를 제거하고 메틸렌클로라이드(DMC)와 물로 추출과정을 진행하였다. Sodium sulfate로 건조 후 클로로포름(CHCl3)으로 컬럼크로마토그래피를 진행하여 2-oxonaphtho[2,3-d][1,3]dithiole-4,9-diyl bis(undec-10-enoate)(TTF-4)를 합성하였다.
1-5. 250 mL 둥근 플라스크에 상기 제조한 TTF-4(2.1 g, 3.5 mmol), 상기 제조한 TTF-3(2 g, 3.43 mmol), 톨루엔을 넣고 교반하며 Triethyl phosphite를 넣어준다. 110℃에서 22 시간 동안 반응 후 얼음물로 식혀주며 메탄올에 침전시켰다. 메틸렌클로라이드(DMC)로 컬럼그래마토그래피를 진행 후 메틸렌클로라이드(DMC)와 메탄올을 사용하여 침전시켜 [2,2'-binaphtho[2,3-d][1,3]dithiolylidene]-4,4',9,9'-tetrayl tetrakis(undec-10-enoate)(TTF-5)를 합성하였다.
1-6. 100 mL 둥근 플라스크에 상기 제조한 TTF-5(0.5 g, 0.44 mmol), Thioacetic acid(1.24 mL, 17.6 mmol), Azobisisobutyronitrile(0.15 g, 0.88 mmol), 테트라하이드로퓨란(THF)을 넣고 질소치환하며 60℃에서 48 시간 동안 반응시켰다. 반응 후 얼음물로 식혀주고 Sodium bicarbonate와 메틸렌클로라이드(DMC), Sodium hydroxide와 메틸렌클로라이드(DMC) 그리고 Sodium chloride와 메틸렌클로라이드(DMC)로 차례로 추출과정을 수행하였다. 메틸렌클로라이드(DMC)를 제거 후 메틸렌클로라이드(DMC)와 메탄올을 사용하여 침전과정을 거치고 건조하여 [2,2'-binaphtho[2,3-d][1,3]dithiolylidene]-4,4',9,9'-tetrayl tetrakis(10-(acetylthio)decanoate)(TTF-6)을 합성하였다.
1-7. 250 mL 둥근 플라스크에 상기 제조한 TTF-6(1.25 g, 0.83 mmol)와 테트라하이드로퓨란(THF)을 넣고 60℃에서 교반하며 녹여주었다. 다 녹으면 메탄올, Hydrochloric acid를 넣고 질소 치환을 하며 24 시간 동안 반응시켰다. 반응 후 물과 메틸렌클로라이드(DMC), Sodium bicarbonate와 메틸렌클로라이드(DMC) 그리고 Sodium chloride와 메틸렌클로라이드(DMC)로 차례로 추출과정을 수행하였다. Sodium sulfate로 건조 후 메틸렌클로라이드(DMC)를 제거하고, 소량의 메틸렌클로라이드(DMC)에 녹여 메탄올로 침전을 잡는다. 메틸렌클로라이드(DMC)와 메탄올 1 : 1로 컬럼크로마토그래피를 진행하여 [2,2'-binaphtho[2,3-d][1,3]dithiolylidene]-4,4',9,9'-tetrayl tetrakis(10-mercaptodecanoate)(고분자 화합물)를 합성하였다.
제조예 2: 형상기억 고분자의 제조
상기 제조예 1에서 제조한 고분자 화합물을 이용하여 형상기억 고분자를 제작하기 위해서 PDMS 몰드기법을 이용하였다. 원하는 모양을 갖는 PDMS 몰드에 고분자 화합물을 올려주고 85℃ 이상의 열을 가해 12 시간 동안 중합하였다. 중합 후 몰드에서 만들어진 고분자를 떼어내어 형상기억 고분자를 얻었다.
실험예 1: 고분자 화합물의 핵자기공명분광법 분석
상기 제조예 1에서 합성한 고분자 화합물을 핵자기공명분광법으로 분석하여 프로톤(1H)과 탄소(13C) 핵자기공명 스펙트럼을도 1에 나타내었다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 불순물 없이 합성이 성공적으로 되었음을 확인하였다.
실험예 2: 형상기억 고분자의 열전도도 측정
상기 제조예 2에서 제조된 형상기억 고분자는 접힘에도 파괴되지 않는 기계적 물성을 보였으며(도 2 참조), 1.12 W/mK의 우수한 열전도도를 나타내어 0.3 W/mK의 일반적인 형상기억고분자의 열전도도 보다 월등히 높은 열전도 특성을 보인다는 것을 확인하였다.
실험예 3: 형상기억 고분자의 유리전이 온도 분석
형상기억 특성을 위한 고분자의 유리전이온도 확인은 동적기계분석기 (DMA)와 열기계분석기(TMA)로 확인하였으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 형상기억 고분자의 유리전이 온도는 약 55℃를 나타내었다.
실험예 4: 형상기억 특성 측정
우수한 열전도도를 바탕으로 만들어진 형상기억고분자에 열이 빠르게 전도되는 것을 열화상 카메라를 통해 확인하였으며, 실제로 빠르게 형상기억 특성이 나타나는 것도 실제 사진을 통해서 확인하였다(도 4 참조).
또한 형상기억 특성의 정량적인 값을 구하기 위해서 동적기계분석기(DMA)를 이용하여 분석하였고, 형상기억 공정 간에 고분자가 가지고 있는 strain값을 정량적으로 측정하여 일시적인 형상변형과 회복, 그리고 영구적인 형상기억 특성을 측정하여 그 결과를 도 5에 나타내었다. 힘에 의해서 생긴 strain은 열에너지에 의해서 원래의 strain으로 회복이 되는 특성이 그래프로 표현되어 있고, 특정온도 (180℃) 이상에서 힘에 의해 생긴 strain이 동적공유결합들의 재결합으로 인해서 계속해서 고분자에 strain이 저장되는 특성을 그래프로 확인하였다. 형상기억 고분자의 변형에 대한 회복 성능은 측정된 strain을 이용하여 형상기억 특성의 평가를 위해 잘 알려진 하기 식 1 및 2를 통해서 일시적인 고정비(Rf, %)와 회복비(Rr, %)로 계산된 형상회복 특성을 하기 표 1에 나타내었다.
Claims (9)
- 형상기억 단량체로서, 하기 화학식(1)으로 표시되는 형상기억 단량체<[2,2'-binaphtho[2,3-d][1,3]dithiolylidene]-4,4',9,9'-tetrayl tetrakis(10-mercaptodecanoate)>를 포함하는 단량체들로 중합된 형상기억 고분자 소재.
[화학식 1]
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 형상기억 고분자 소재는 열전도도가 0.5 내지 2.0 W/mK인 것을 특징으로 하는 형상기억 고분자 소재. - 하기 화학식(1)으로 표시되는 형상기억 단량체<[2,2'-binaphtho[2,3-d][1,3]dithiolylidene]-4,4',9,9'-tetrayl tetrakis(10-mercaptodecanoate)>를 이용하여 형상기억 고분자를 중합하는 단계를 포함하는 형상기억 고분자 소재의 제조방법.
[화학식 1]
- 삭제
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant |