KR20200005959A - 용매의 스크리닝 방법 및 이를 이용하는 조성물의 제조방법 - Google Patents

용매의 스크리닝 방법 및 이를 이용하는 조성물의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 용매의 스크리닝 방법 및 이를 이용하는 조성물의 제조방법에 관한 것이다. 보다 자세하게는 상호작용 인자를 이용하여 용매, 및 고분자를 포함하는 조성물에 사용되는 용매를 스크리닝하는 방법 및 이를 이용하여 스크리닝된 용매를 포함하는 조성물의 제조방법에 관한 것이다.

Description

용매의 스크리닝 방법 및 이를 이용하는 조성물의 제조방법{Method for screening a solvent and method for preparing a composition using the same}
본 발명은 용매의 스크리닝 방법 및 이를 이용하는 조성물의 제조방법에 관한 것이다. 보다 자세하게는 상호작용 인자를 이용하여 용매와 고분자를 포함하는 조성물에 사용되는 용매를 스크리닝하는 방법 및 이를 이용하여 스크리닝된 용매를 포함하는 조성물의 제조방법에 관한 것이다.
고분자(polymer)가 용매에 노출되는 경우 고분자의 사슬(chain) 틈 사이로 용매 분자가 침투해 들어가서 고분자의 무게와 부피가 증가되어 고분자가 팽창하는 팽윤(swelling) 현상이 발생하게 된다. 용매에 대한 고분자의 팽윤 현상은 고분자의 구조, 분자량, 분자량 분포, 용매의 특성 등과 같은 다양한 요인에 의해서 크게 변화하기 때문에 고분자의 팽윤 현상을 명확하게 예측할 수 있는 방법은 현재까지 존재하지 않으며, 실험적으로 여러 용매를 테스트하여 해당 고분자에 적합한 용매를 선택하는 방법을 사용한다.
용매에 대한 고분자의 팽윤 현상은 고분자 및 이를 포함하는 조성물의 특성을 평가할 수 있는 중요한 요소이기 때문에 이를 정확하게 예측, 평가할 수 있다면 고분자, 및 이를 포함하는 조성물의 물성을 향상시키는데 매우 유용할 것으로 기대된다.
한편, 대한민국 공개특허 제2015-0026251호에서는 용해시키려는 고분자에 대하여 N개의 용매를 사용하여 팽윤 현상을 실험하여 팽윤 정도를 평가하고, 상기 팽윤 현상 실험에 사용한 N개의 용매에 대한 조정된 한센 용해도 인자를 이용하여 용매-고분자 팽윤 지수(Solvent-Polymer Swelling Parameter: S-PSP) 및 용매-고분자 팽윤 지수 거리(S-Distance)를 계산하여 고분자의 팽윤 현상을 확인하는 단계를 포함하는 고분자의 팽윤 현상 평가 지수를 계산하는 방법을 개시하였다.
그러나, 상기의 한센 용해도 인자를 사용하는 방법은 열역학적 접근 방식으로, 분자의 특정 상호작용을 무시하는 단순한 방법론에 기초한다. 따라서 양자 계산에 근거하는 방법론에 비해 분자 사이의 상호작용이 부정확하다는 보고가 있다. 또한 상기 방법에서는 S-PSP 인자를 도출하기 위한 피팅 상수를 체계적으로 구할 수 있는 방법이 제시되어 있지 않기 때문에 사용자의 자의로 입력해야 하는 문제점이 있다.
따라서 고분자-용매 시스템에 적합한 팽윤 측정 방법 및 용매의 스크리닝 방법이 여전히 요구된다.
대한민국 공개특허 제2015-0026251호
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 용매-고분자 상호작용 인자를 이용하여, 고분자가 적절한 팽윤 정도를 갖게 하는 최적의 용매를 스크리닝하는 방법 및 이를 이용하는 조성물의 제조방법을 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면은,
하기 식 1에 따라 용매-고분자 상호작용 인자(solvent-polymer interaction parameter) αPi를 계산하는 단계;
용매 i에 따른 고분자의 팽윤 정도(Si)를 측정하는 단계;
상기 αPi 및 Si를 하기 식 2에 대입하여 피팅 인자(A, B, C)를 계산하는 단계; 및
피팅 인자가 결정된 하기 식 2를 이용하여 용매를 스크리닝하는 단계를 포함하는,
용매의 스크리닝 방법을 제공한다:
[식 1]
Figure pat00001
상기 식 1에서,
NP은 고분자를 구성하는 고분자 종류의 개수를 의미하고,
aj는 전체 고분자 중량에 대한 각 고분자의 중량 비율을 의미하며,
△μji는 고분자 j에 대한 용매 i의 혼합 에너지(mixing energy)를 의미하며, △μs ji는 상기 △μji의 표준화된(standardization) 값이다.
[식 2]
Figure pat00002
상기 식 2에서,
Si는 용매 i에 따른 고분자의 팽윤 정도로, 고분자에 대해 용매 i를 넣은 후 자유 팽윤된 상태에서의 고분자의 질량(WS)을 용매 i를 넣기 전의 고분자의 질량(WP)으로 나눈 값(WS/ WP)이고,
A, B, C는 피팅 인자이다.
또한 본 발명의 다른 일 측면은,
상기 스크리닝 방법에 따라 용매를 스크리닝하는 단계; 및
상기 스크리닝한 용매, 및 고분자를 포함하는 조성물을 제조하는 단계;
를 포함하는 조성물의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 용매의 스크리닝 방법에 따르면, 용매-고분자 상호작용 인자를 이용하여 특정 고분자의 용매에 대한 팽윤 정도를 정량적으로 예측할 수 있으며, 고분자의 팽윤 현상으로 발생하는 무게 증가량을 예측하는데 유용하게 사용될 수 있고, 해당 고분자에 적합한 용매를 적절히 스크리닝할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면 조성물의 특성에 큰 영향을 미치는 용매에 대한 고분자의 팽윤 현상을 실험 없이도 정확하게 평가하여 적합한 용매를 선정하는데 활용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 계산한 용매-고분자 상호작용 인자와 고분자의 팽윤 정도와의 관계를 도시한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따라 계산한 용매-고분자 상호작용 인자와 고분자의 팽윤 정도와의 관계를 도시한 그래프이다.
본 발명에서, 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되며, 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 하기에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 일 구현예에 따른 용매의 스크리닝 방법 및 이를 이용하는 조성물의 제조방법에 대해 설명한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 용매의 스크리닝 방법은, 하기 식 1에 따라 용매-고분자 상호작용 인자(solvent-polymer interaction parameter) αPi를 계산하는 단계; 용매 i에 따른 고분자의 팽윤 정도(Si)를 측정하는 단계; 상기 αPi 및 Si를 하기 식 2에 대입하여 피팅 인자(A, B, C)를 계산하는 단계; 및 피팅 인자가 결정된 하기 식 2를 이용하여 용매를 스크리닝하는 단계를 포함한다:
[식 1]
Figure pat00003
상기 식 1에서,
NP은 고분자를 구성하는 고분자 종류의 개수를 의미하고,
aj는 전체 고분자 중량에 대한 각 고분자의 중량 비율을 의미하며,
△μji는 고분자 j에 대한 용매 i의 혼합 에너지(mixing energy)를 의미하며, △μs ji는 상기 △μji의 표준화된(standardization) 값이다:
[식 2]
Figure pat00004
상기 식 2에서,
Si는 용매 i에 따른 고분자의 팽윤 정도로, 고분자에 대해 용매 i를 넣은 후 자유 팽윤된 상태에서의 고분자의 질량(WS)을 용매 i를 넣기 전의 고분자의 질량(WP)으로 나눈 값이고,
A, B, C는 피팅 인자이다.
고분자가 용매에 노출되는 경우, 고분자의 체인 사이 사이에 용매가 들어가 고분자가 부풀어 오르는 팽윤(swelling) 현상이 일어나게 된다. 이러한 팽윤 현상에 따라 용매와 고분자를 포함하는 조성물 내에서 고분자의 부피 또는 무게 증가가 일어나게 되며, 이에 따라 조성물의 특성이 큰 영향을 받게 된다. 이러한 고분자 팽윤 현상에 따른 조성물의 특성 변화는, 코팅, 반도체 패키징, 막분리, 리소그래피(lithography), 약물방출조절계 등 다양한 상황에서 발생하여 문제가 될 수 있다.
고분자의 팽윤 현상에 영향을 미치는 요소로는 온도, pH, 고분자의 가교(crosslinking) 정도, 고분자의 구조, 분자량, 분자량 분포, 용매의 종류 등 다양한 인자가 있다.
예를 들어, 광학용 필름에 코팅층을 형성하기 위한 용도로 제공되며 고분자, 및 용매를 포함하는 조성물에 있어서 고분자가 적절히 팽윤되지 않으면, 코팅층 내에서 고분자 입자 사이에 미세한 공간(void)이 생기고, 이에 따라 최종 필름의 헤이즈가 올라가는 문제점이 있다. 따라서 조성물의 특성을 조절하기 위하여 이러한 용매에 대한 고분자의 팽윤 현상을 정확하게 평가하고 예측할 수 있는 방법이 필요하다.
이에 본 발명의 발명자들은, 용매에 대한 용질의 혼합 에너지(mixing energy)를 이용하여 용매-고분자 상호작용 인자(solvent-polymer interaction parameter)를 계산하고, 이 상호작용 인자를 통해 고분자를 원하는 정도로 팽윤시키는 용매를 실험없이 스크리닝할 수 있음에 착안하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 스크리닝 방법을 적용할 수 있는 고분자는 특별히 한정되지 않으며, 코팅용 조성물에 사용가능한 고분자라면 제한없이 사용할 수 있다.
비한정적인 예로, 폴리올레핀계, 아크릴레이트계, 폴리우레탄계, 폴리에테르계, 폴리에스테르계, 폴리아미드계, 포름알데히드계 및 실리콘계 고분자, 또는 이들 고분자의 모노머들 중 2개 이상으로부터 형성된 공중합체를 들 수 있으며, 상기 고분자들 중 2개 이상의 조합도 사용할 수 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌(PE), 폴리비닐플루오라이드(PVF), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리비닐리덴클로라이드(PVDC), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리프로필렌(PP), 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리(1-부텐), 폴리(4-메틸펜텐), 폴리스티렌, 폴리비닐피리딘, 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 폴리클로로프렌, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체(SAN), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 삼원공중합체, 에틸렌-메타크릴산 공중합체, 스티렌-부타디엔 고무, 니트릴 고무, 테트라플루오로에틸렌 공중합체, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 알콜, 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐 에테르, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐카바졸, 폴리우레탄, 폴리아세탈, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 에폭시 수지, 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리디하이드록시메틸사이클로헥실 테레프탈레이트, 셀룰로오스 에스테르, 폴리카보네이트, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리아릴렌계 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
보다 상세하게, 용매-고분자 상호작용 인자(solvent-polymer interaction parameter) αPi는 다음과 같은 식 1에 의해 정의될 수 있다:
[식 1]
Figure pat00005
상기 식 1에서,
NP은 고분자를 구성하는 고분자 종류의 개수를 의미하고,
aj는 전체 고분자 중량에 대한 각 고분자의 중량 비율을 의미하며,
△μji는 고분자 j에 대한 용매 i의 혼합 에너지(mixing energy)를 의미하며, △μs ji는 상기 △μji의 표준화된(standardization) 값으로, 하기 식 1-1로 나타낼 수 있다:
[식 1-1]
Figure pat00006
상기 식 1-1에서,
△μji는 고분자 j에 대한 용매 i의 혼합 에너지(mixing energy)를 의미하고,
Mj은 상기 △μji의 평균을 의미하며,
σj는 상기 △μji의 표준편차를 의미한다.
상기 식 1에서, 고분자에 대한 용매의 혼합 에너지는 COSMO-RS 이론을 이용하여 계산한 값을 의미하며, 보다 자세한 내용은 2011 John Wiley & Sons, Ltd. WIREs ComputMol Sci 2011 1 699-709 DOI: 10.1002/wcms.56를 참조할 수 있다.
다음에, 용매 i에 따른 고분자의 팽윤 정도(Si)를 실험적으로 측정한다.
상기 Si는, 용매 i에 따른 고분자의 팽윤 정도로, 고분자에 대해 용매 i를 넣은 후 자유 팽윤된 상태에서의 고분자의 질량(WS)을 용매 i를 넣기 전의 고분자의 질량(WP)으로 나눈 값(WS/ WP)이다.
보다 구체적으로, 상온(25℃)에서 고분자의 질량(WS)을 측정하고, 이를 충분한 양, 예를 들어 Ws의 10 내지 30배의 용매 i에 혼합한다. 이 혼합 용액에 대하여 30분 동안 초음파 진동을 가하고, 고분자가 용매 i에 대해 충분히 팽윤될 수 있는 시간 동안, 예를 들어 20 내지 24시간 동안 교반한다. 이후 원심분리기를 이용하여 혼합 용액으로부터 고분자를 분리하여 분리된 고분자의 질량(WP)을 측정한다. 상기 WS를 WP으로 나눈 값(WS/ WP)을 Si로 한다.
상기 용매 i에 따른 고분자의 팽윤 정도(Si)를 실험적으로 측정하는 대신 대안적으로, 상기 팽윤 정도에 대해 기측정된 값이 포함된 문헌으로부터 이를 발췌하여 대입할 수 있다.
위와 같은 과정으로 구한 αPi 및 Si를 하기 식 2에 대입하여 피팅 인자(A, B, C)를 계산한다:
[식 2]
Figure pat00007
상기 식 2에서,
Si는 용매 i에 따른 고분자의 팽윤 정도로, 고분자에 대해 용매 i를 넣은 후 자유 팽윤된 상태에서의 고분자의 질량(WS)을 용매 i를 넣기 전의 고분자의 질량(WP)으로 나눈 값(WS/WP)이고,
A, B, C는 피팅 인자이다.
이때 피팅 인자의 신뢰성을 위하여 적어도 3 종의 용매에 대하여 αPi 및 Si를 측정하는 것이 바람직하다.
이와 같이 피팅 인자(A, B, C)가 결정된 상기 식 2를 이용하면, Si를 실험적으로 측정하지 않은 미지의 용매 x에 대해서도 식 2에 αPi를 대입함으로써, 용매 x에 대한 고분자의 팽윤 정도를 예측할 수 있다. 예를 들어, Si값이 p인 용매(p)와 비교하여, 상기 식 2에 αPi를 대입하였을 때의 계산된 Si값이 p보다 큰 값을 갖는 용매(x)는, 용매(p)보다 해당 고분자를 더 많이 팽윤시킬 것으로 예측된다.
따라서, 상기 식 2를 이용하여 고분자로 하여금 원하는 정도의 팽윤 정도를 나타내는 용매를 스크리닝할 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 상기 방법에 따라 용매를 스크리닝하는 단계; 및 상기 스크리닝한 용매, 및 고분자를 포함하는 조성물을 제조하는 단계를 포함하는 조성물의 제조방법을 제공한다.
상기 용매를 스크리닝하는 방법에 대해서는 상술한 바와 같으며, 목적하는 조성물의 용도, 특성 등에 따라 적절한 용매를 선택할 수 있다.
본 발명의 조성물의 제조방법에 있어 사용할 수 있는 고분자는 특별히 한정되지 않으며, 코팅용 조성물에 사용가능한 고분자라면 제한없이 사용할 수 있다.
비한정적인 예로, 폴리올레핀계, 아크릴레이트계, 폴리우레탄계, 폴리에테르계, 폴리에스테르계, 폴리아미드계, 포름알데히드계 및 실리콘계 고분자, 또는 이들 고분자의 모노머들 중 2개 이상으로부터 형성된 공중합체를 들 수 있으며, 상기 고분자들 중 2개 이상의 조합도 사용할 수 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌(PE), 폴리비닐플루오라이드(PVF), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리비닐리덴클로라이드(PVDC), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리프로필렌(PP), 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리(1-부텐), 폴리(4-메틸펜텐), 폴리스티렌, 폴리비닐피리딘, 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 폴리클로로프렌, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체(SAN), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 삼원공중합체, 에틸렌-메타크릴산 공중합체, 스티렌-부타디엔 고무, 니트릴 고무, 테트라플루오로에틸렌 공중합체, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 알콜, 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐 에테르, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐카바졸, 폴리우레탄, 폴리아세탈, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 에폭시 수지, 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리디하이드록시메틸사이클로헥실 테레프탈레이트, 셀룰로오스 에스테르, 폴리카보네이트, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리아릴렌계 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고분자가 폴리스티렌 및 폴리메틸메타크릴레이트(중량비 1:1)일 때, 피팅 인자는 A, B, C는 각각 0.087, 1.87, 1.84로 결정될 수 있다. 이와 같이 피팅 인자가 결정된 상기 식 2를 이용하면 조성물의 용도에 따라 해당 고분자가 원하는 정도의 팽윤 정도를 나타내도록 하는 용매를 스크리닝할 수 있다. 이와 같이 스크리닝된 용매를 이용하여 고분자, 및 용매를 포함하는 조성물을 제조하면, 원하는 물성을 갖는 조성물이 제공될 수 있다.
이하 본 발명을 실시예에 기초하여 더욱 상세하게 설명하지만, 하기에 개시되는 본 발명의 실시 형태는 어디까지 예시로써, 본 발명의 범위는 이들의 실시 형태에 한정되지 않는다.
<실시예>
실시예 1
폴리스티렌(polystyrene, PS) 및 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacylate, PMMA)가 1:1의 중량비로 이루어진 고분자에 대하여, 용매-고분자 상호작용 인자 αPi를 하기 식 1로부터 계산하였다.
[식 1]
Figure pat00008
상기 식 1에서,
NP은 고분자를 구성하는 고분자 종류의 개수를 의미하고,
aj는 전체 고분자 중량에 대한 각 고분자의 중량 비율을 의미하며,
△μji는 고분자 j에 대한 용매 i의 혼합 에너지(mixing energy)를 의미하며, △μs ji는 상기 △μji의 표준화된(standardization) 값으로, 하기 식 1-1로 나타낸 것이다:
[식 1-1]
Figure pat00009
상기 식 1-1에서,
△μji는 고분자 j에 대한 용매 i의 혼합 에너지(mixing energy)를 의미하고,
Mj은 상기 △μji의 평균을 의미하며,
σj는 상기 △μji의 표준편차를 의미한다.
용매 i는 톨루엔(toluene), 에탄올(ethanol), 2-부탄올(2-butanol), n-부탄올(n-butanol), 이소프로필알코올(isopropyl alcohol), 에틸 아세테이트(ethyl acetate), 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(propylene glycol monomethyl ether acetate), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran)의 8종을 각각 적용하였다.
각 용매 i에 대하여, 상기 고분자의 팽윤 정도를 측정하였다.
구체적으로, 상온(25℃)에서 고분자의 질량(WS, 1g)을 측정하고, 각 용매 i 20g에 혼합하였다. 이 혼합 용액에 대하여 30분 동안 초음파 진동을 가하고, 22시간 동안 교반하였다. 이후 원심분리기를 이용하여(2000rpm에서 2분, 및 3000rpm 3분) 혼합 용액으로부터 고분자를 분리하였다. 분리된 고분자의 질량(WP)을 측정하고, 상기 WS를 WP으로 나눈 값(WS/ WP)을 Si로 하였다.
각 용매 i에 대한 αPi와 Si 하기 식 2에 대입하여 피팅 인자(A, B, C)를 계산하였다.
[식 2]
Figure pat00010
상기 식 2에서,
Si는 용매 i에 따른 고분자의 팽윤 정도로, 고분자에 대해 용매 i를 넣은 후 자유 팽윤된 상태에서의 고분자의 질량(WS)을 용매 i를 넣기 전의 고분자의 질량(WP)으로 나눈 값(WS/ WP)이다.
그 결과, A, B, C는 각각 0.087, 1.87, 1.84로 계산되었다.
상기 용매-고분자 상호작용 인자(αPi)와 고분자의 팽윤 정도(Si)와의 관계를 도시한 그래프를 도 1에 나타내었다.
도 1과 식 2를 참고하여, Si가 2.17 이상인 용매를 스크리닝하였다. 이에 해당하는 용매로는 1-iodopentane, isopropylbenzene, 1-bromo-3-methylbutane, isobutylvinylether, 1-chlorobutane, 2-bromopentane, 1-hexanethiol, 3-methylbutylnitrate, 2-chlorobutane, chlorocyclopentane, 1,3-dimethylbenezene, 1,4-dimethylbenzene, ethylbenzene, isobutylbromide, butylvinylether, 1-bromobutane, 1,2-dimethylbenzene, tert-butylisocyanate, 2-bromobutane, trimethylphenoxysilane가 있었으며, 이들 용매는 종래에 폴리스티렌 및 폴리메틸메타크릴레이트를 1:1의 중량비로 포함하는 고분자를 용해시키는데 사용된 용매인 톨루엔(toluene, Si=2.17)보다 해당 고분자를 잘 팽윤시킬 것으로 예상되는 용매로 스크리닝할 수 있다.
실시예 2
고분자로 Polyethylene (MW=9400)에 대하여 팽윤 정도를 실시예 1과 동일한 방법으로 αPi와 Si를 구하였다. 용매 i는 혼합 에너지 계산이 상대적으로 부정확하다고 알려진 염소를 포함하는 용매와 분자량이 큰 용매는 제외하고 pentane, hexane, n-heptane, benzene, toluene, 1,3-dimethylbenzene, cyclohexane, ethanol, propanol, 1-pentanol, 1-octanol, diethylether, acetic acid, benzaldehyde, ethylacetate, n-butylacetate, aniline, m-ethylaniline, nitrobenzene, propanone의 20종을 적용하였다.
이때 각 용매에 대한 Si값은 문헌 Generalization of Polymer/Organic Solvent Interaction Processes by Means of Linear Polyparameter Equation 1.Swelling of Polyethylene, R.Makitra, Y. Pyrih, E. sagladko, A. Turovskiy, G. Zaikov, Journal of Applied Polymer Science, Vol. 81, 3133-3140 (2001)에서 발췌하였다 .
그 결과 피팅 인자 A, B, C는 각각 0.076, 1.15, -0.018 로 계산되었다. 상기 용매-고분자 상호작용 인자(αPi)와 고분자의 팽윤 정도(Si)와의 관계를 도시한 그래프를 도 2에 나타내었다.

Claims (7)

  1. 하기 식 1에 따라 용매-고분자 상호작용 인자(solvent-polymer interaction parameter) αPi를 계산하는 단계;
    용매 i에 따른 고분자의 팽윤 정도(Si)를 측정하는 단계;
    상기 αPi 및 Si를 하기 식 2에 대입하여 피팅 인자(A, B, C)를 계산하는 단계; 및
    피팅 인자가 결정된 하기 식 2를 이용하여 용매를 스크리닝하는 단계를 포함하는,
    용매의 스크리닝 방법:
    [식 1]
    Figure pat00011

    상기 식 1에서,
    NP은 고분자를 구성하는 고분자 종류의 개수를 의미하고,
    aj는 전체 고분자 중량에 대한 각 고분자의 중량 비율을 의미하며,
    △μji는 고분자 j에 대한 용매 i의 혼합 에너지(mixing energy)를 의미하며, △μs ji는 상기 △μji의 표준화된(standardization) 값이다:
    [식 2]
    Figure pat00012

    상기 식 2에서,
    Si는 용매 i에 따른 고분자의 팽윤 정도로, 고분자에 대해 용매 i를 넣은 후 자유 팽윤된 상태에서의 고분자의 질량(WS)을 용매 i를 넣기 전의 고분자의 질량(WP)으로 나눈 값(WS/ WP)이고,
    A, B, C는 피팅 인자이다.
  2. 제1항에 있어서,
    △μs ji는 하기 식 1-1로 나타내는, 용매의 스크리닝 방법:
    [식 1-1]
    Figure pat00013

    상기 식 1-1에서,
    △μji는 고분자 j에 대한 용매 i의 혼합 에너지(mixing energy)를 의미하고,
    Mj은 상기 △μji의 평균을 의미하며,
    σj는 상기 △μji의 표준편차를 의미한다.
  3. 제1항에 있어서,
    고분자에 대한 용매의 혼합 에너지는 COSMO-RS 이론을 이용하여 계산한 값인, 용매의 스크리닝 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    적어도 3종의 용매에 대하여 αPi 및 Si를 측정하는, 용매의 스크리닝 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고분자는 폴리에틸렌(PE), 폴리비닐플루오라이드(PVF), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리비닐리덴클로라이드(PVDC), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리프로필렌(PP), 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리(1-부텐), 폴리(4-메틸펜텐), 폴리스티렌, 폴리비닐피리딘, 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 폴리클로로프렌, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체(SAN), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 삼원공중합체, 에틸렌-메타크릴산 공중합체, 스티렌-부타디엔 고무, 니트릴 고무, 테트라플루오로에틸렌 공중합체, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 알콜, 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐 에테르, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐카바졸, 폴리우레탄, 폴리아세탈, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 에폭시 수지, 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리디하이드록시메틸사이클로헥실 테레프탈레이트, 셀룰로오스 에스테르, 폴리카보네이트, 폴리아미드, 및 폴리이미드, 폴리아릴렌계로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인, 용매의 스크리닝 방법.
  6. 제1항에 따라 용매를 스크리닝하는 단계; 및
    상기 스크리닝한 용매, 및 고분자를 포함하는 조성물을 제조하는 단계;
    를 포함하는 조성물의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 고분자는 폴리에틸렌(PE), 폴리비닐플루오라이드(PVF), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리비닐리덴클로라이드(PVDC), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리프로필렌(PP), 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리(1-부텐), 폴리(4-메틸펜텐), 폴리스티렌, 폴리비닐피리딘, 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 폴리클로로프렌, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체(SAN), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 삼원공중합체, 에틸렌-메타크릴산 공중합체, 스티렌-부타디엔 고무, 니트릴 고무, 테트라플루오로에틸렌 공중합체, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 알콜, 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐 에테르, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐카바졸, 폴리우레탄, 폴리아세탈, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 에폭시 수지, 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리디하이드록시메틸사이클로헥실 테레프탈레이트, 셀룰로오스 에스테르, 폴리카보네이트, 폴리아미드, 및 폴리이미드, 폴리아릴렌계로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인, 조성물의 제조방법.
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