WO2015030397A1 - 고분자의 팽윤 현상 평가 지수를 계산하는 방법 및 이를 이용한 시스템 - Google Patents

고분자의 팽윤 현상 평가 지수를 계산하는 방법 및 이를 이용한 시스템 Download PDF

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    • G16C20/30—Prediction of properties of chemical compounds, compositions or mixtures

Definitions

  • the present invention relates to a method for calculating a swelling evaluation index of a polymer and a system using the same, and more particularly, a solvent-polymer, which is a new method using a characteristic evaluation variable that can quantitatively evaluate the swelling phenomenon of a polymer for different solvents.
  • the present invention relates to a method of developing a swelling index (S-PSP) and a method for calculating a swelling evaluation index of a polymer using the same, and a system using the same.
  • S-PSP swelling index
  • solubility parameters which quantitatively indicate the degree of interaction in a substance, are used the most. That is, each substance has a unique solubility factor value, and substances with similar solubility factor values dissolve or mix well with each other.
  • HSP Hansen Solubility Parameter
  • HSP provides more detailed binding information in a substance than other solubility factors, and thus is widely used to more accurately and systematically evaluate the solubility or mixing of a substance.
  • HSP ( ⁇ D, ⁇ P, ⁇ H ), (J / cm3) 1 ⁇ 2 (1)
  • HSP is a vector having a size and direction in a space composed of three elements, and ⁇ Tot represents the magnitude of the HSP vector.
  • the basic unit representing HSP is (J / cm 3) 1/2 .
  • This HSP value is calculated using a program called Hansen Solubility Parameters in Practice (HSPiP) developed by Dr. Hansen Group who proposed HSP.
  • HSP HSP is a vector, so in order to determine that they are similar, all three HSP components and HSP sizes of each substance must be similar. Every substance has its own HSP and dissolves well if the HSPs of the two substances are similar. HSP, like other solubility factors, is proposed and used based on the concept of 'A like likes a like'.
  • S-PSP solvent-polymer swelling index
  • the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, the solvent-polymer swelling parameter (Solvent-Polymer Swelling Parameter: S-PSP which is a characteristic evaluation parameter that can quantitatively evaluate the swelling phenomenon of the polymer in different solvents) It is an object of the present invention to provide a new method for calculating the swelling evaluation index of the polymer using
  • step c) Evaluating the swelling phenomenon of the polymer comprising the step of determining the swelling phenomenon of the polymer by calculating the solvent-polymer swelling index distance (S-Distance) for the N solvents calculated in step b) Provides a way to calculate the index.
  • the solvent-polymer swelling index of the N solvents is calculated for the solvent-polymer swelling index distance (S-Distance) by calculating the swelling phenomenon of the polymer to check the data of the polymer including a module for receiving data.
  • S-Distance solvent-polymer swelling index distance
  • the method for calculating the swelling evaluation index of the polymer according to the present invention is a solvent-polymer swelling parameter (S-PSP), which is a characteristic evaluation parameter that can quantitatively evaluate the swelling phenomenon of polymers with respect to different solvents.
  • S-PSP solvent-polymer swelling parameter
  • the present invention relates to a new method using the solvent-polymer swelling index may be useful for predicting the volume or weight increase of the polymer caused by the swelling phenomenon. According to the present invention, since the swelling phenomenon of the polymer, which greatly affects the performance and properties of the polymer, can be accurately assessed in comparison with the existing methods, there is an advantage that is very useful for developing polymer materials and improving process performance using polymers. It can be expected to be of great utility for more systematic use and evaluation.
  • S-PSP solvent-polymer swelling parameter
  • step b) calculating a swelling phenomenon of the polymer by calculating a solvent-polymer swelling index distance (S-Distance) with respect to N solvents in which the solvent-polymer swelling index is calculated in step b).
  • the degree of swelling of the polymer of step a) of the present invention includes measuring the volume increase or weight increase of the polymer in which the solvent penetrates into the polymer and swells.
  • the degree of swelling of the polymer is measured by the relative swelling amount of the polymer, and the relative swelling amount of the polymer is a value obtained by dividing the amount of swelling weight increase of the polymer with respect to each solvent by the maximum amount of swelling in N solvents. It is characterized by.
  • the number N of solvents is not particularly limited when it is a natural number larger than 0, but is preferably an integer of 3 to 20.
  • the present invention is characterized in that to calculate the solvent-polymer swelling index (S-PSP) in step b) using the following formula 1 to formula 3.
  • Ai represents an i-th solvent among N solvents used in the polymer swelling experiment
  • a0, a1 and a2 are real numbers
  • b0, b1 and b2 are real numbers
  • c is a real number.
  • ADJ_D ⁇ Ai ⁇ , ADJ_P ⁇ Ai ⁇ , and ADJ_H ⁇ Ai ⁇ represent adjusted Hansen solubility factors, respectively, and D ⁇ Ai ⁇ , P ⁇ Ai ⁇ , and H ⁇ Ai ⁇ for any solvent Ai, respectively. It shows solubility factors caused by nonpolar dispersion bonds, solubility factors caused by polar bonds due to permanent dipoles, and solubility factors caused by hydrogen bonds.
  • F (X) represents a function of adjusting the Hansen solubility factor of the solvent Ai
  • d0, d1, d2, and d3 are real numbers. It is preferable that b0 is a real number of 0 to 3.5, b1 is a real number of 0 to 5.0, and b2 is a real number of 0 to 4.0.
  • the solvent-polymer swelling index was developed based on the adjustment of the Hansen solubility factor of the solvent to evaluate the swelling phenomenon of the polymer.
  • the present invention in the step c) is to determine the swelling phenomenon of the polymer by calculating the solvent-polymer swelling index distance (S-Distance),
  • step ii) If the solvent-polymer swelling index distance calculated in step i) is greater than the threshold (cut-off: real number greater than 0), the solvent-polymer swelling index calculated above will terminate the swelling phenomenon of the polymer. If it is less than or equal to the threshold, change the adjusted Hansen solubility factor of step b) and repeat steps b) to c) to calculate the value of the solvent-polymer swelling index to calculate the solvent-polymer swelling. And identifying the case where the exponential distance is greater than the threshold.
  • Equation 4 S-PSP represents a solvent-polymer swelling parameter, Max-S-PSP represents a maximum value among N S-PSP values, and Min-S-PSP represents N S -Represents the minimum value among PSP values.
  • the cut-off is a reference value, and there is no particular limitation in the case of a real number larger than zero. That is, S-PSP clearly explains the swelling phenomenon of the polymer only when the size of the solvent-polymer swelling index distance (S-Distance) is greater than the predetermined threshold value. More specifically, the cut-off indicates a range in which the swelling phenomenon of the polymer occurs, and a value closer to 0 indicates a smaller range in which the swelling phenomenon occurs.
  • the threshold is preferably a real number having a value of 20% to 40% of the maximum value of the N Solvent-Polymer Swelling Parameters (S-PSP).
  • the present invention also provides a system for calculating the swelling phenomenon evaluation index of the polymer using the method of calculating the swelling evaluation index of the polymer described above.
  • a confirmation module for inputting data by checking a swelling phenomenon of the polymer by calculating a solvent-polymer swelling index distance (S-Distance) with respect to N solvents in which the solvent-polymer swelling index is calculated in the data input module. It is done.
  • the swelling degree of the polymer of the evaluation module may be a module for measuring the volume increase or weight increase of the polymer in which the solvent penetrates into the polymer and swells.
  • the degree of swelling of the polymer is measured by the relative swelling amount of the polymer, and the relative swelling amount of the polymer is a value obtained by dividing the amount of the swelling weight increase of the polymer with respect to each solvent by the maximum amount of swelling in the N solvents. It can be characterized.
  • the number N of the solvent of the evaluation module is not particularly limited in the case of a natural number larger than 0, but is preferably an integer of 3 to 20.
  • the calculation of the solvent-polymer swelling index (S-PSP) of the data input module may be a module, which is calculated using Equation 1 to Equation 3 below.
  • Ai represents an i-th solvent among N solvents used in the polymer swelling experiment
  • a0, a1 and a2 are real numbers
  • b0, b1 and b2 are real numbers
  • c is a real number.
  • ADJ_D ⁇ Ai ⁇ , ADJ_P ⁇ Ai ⁇ , and ADJ_H ⁇ Ai ⁇ represent adjusted Hansen solubility factors, respectively, and D ⁇ Ai ⁇ , P ⁇ Ai ⁇ , and H ⁇ Ai ⁇ for any solvent Ai, respectively. It shows solubility factors caused by nonpolar dispersion bonds, solubility factors caused by polar bonds due to permanent dipoles, and solubility factors caused by hydrogen bonds.
  • F (X) represents a function of adjusting the Hansen solubility factor of the solvent Ai
  • d0, d1, d2, and d3 are real numbers.
  • b0 is a real number of 0 to 3.5
  • b1 is a real number of 0 to 5.0
  • b2 is a real number of 0 to 4.0.
  • the solvent-polymer swelling index distance calculated in step i) is greater than the threshold (cut-off: real number greater than 0), the solvent-polymer swelling index calculated above will terminate the swelling phenomenon of the polymer. If it is less than or equal to the threshold value, the solvent-polymer swelling index is calculated by changing the adjusted Hansen solubility factor of the data input module to repeat the data input module to the verification module to calculate the value of the solvent-polymer swelling index. It may be a module comprising the step of identifying the distance is greater than the threshold.
  • Equation 4 S-PSP represents a solvent-polymer swelling parameter, Max-S-PSP represents a maximum value among N S-PSP values, and Min-S-PSP represents N S -Represents the minimum value among PSP values.
  • the cut-off represents a range in which the swelling phenomenon of the polymer occurs, and a value of 20% to 40% of the maximum value of the N solvent-polymer swelling parameters (S-PSP) is determined. It is desirable to have a mistake.
  • module described herein refers to a unit for processing a specific function or operation, which may be implemented in hardware or software, or a combination of hardware and software.
  • the polymer swelling system used in the examples below is as follows.
  • n-hexane n-Hexane
  • PGMEA propylene glycol monomethyl ether acetate
  • the relative swelling amount of polydimethylsiloxane represents a value obtained by dividing the swelling weight increase of the polymer for each solvent by the weight increase amount of n-hexane (n-Hexane). Therefore, n-hexane (n-Hexane) exhibited a value of 1.000, and propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) exhibited a value of 0.255.
  • the solvent-polymer swelling index was calculated using the following [Formula 1] and [Formula 2] for the three solvents used in the polymer swelling experiment of step 1.
  • Table 2 shows the values of the solvent-polymer swelling index (S-PSP) calculated by the above [Formula 1] and [Formula 2].
  • S-PSP solvent-polymer swelling index
  • R 2 coefficient of determinant, R
  • the solvent-polymer swelling index distance (S-Distance) calculated for the three solvents was calculated using Equation 4 below.
  • the S-PSP value calculated by the above method quantitatively measures the swelling of the polymer because the S-Distance satisfies a condition larger than the cut-off. It was confirmed through the experimental results that can be evaluated.

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Abstract

본 발명은 고분자의 팽윤 현상 평가 지수를 계산하는 방법 및 이를 이용한 시스템에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 서로 다른 용매에 대한 고분자의 팽윤 현상을 정량적으로 평가할 수 있는 특성 평가 변수를 이용하는 새로운 방법인 용매-고분자 팽윤 지수(Solvent-Polymer Swelling Parameter, 이하 S-PSP)를 개발하여 이를 이용하는 고분자의 팽윤 현상 평가 지수를 계산하는 방법 및 이를 이용한 시스템에 관한 것이다.

Description

고분자의 팽윤 현상 평가 지수를 계산하는 방법 및 이를 이용한 시스템
본 발명은 고분자의 팽윤 현상 평가 지수를 계산하는 방법 및 이를 이용한 시스템에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 서로 다른 용매에 대한 고분자의 팽윤 현상을 정량적으로 평가할 수 있는 특성 평가 변수를 이용하는 새로운 방법인 용매-고분자 팽윤 지수(Solvent-Polymer Swelling Parameter, 이하 S-PSP)를 개발하여 이를 이용하는 고분자의 팽윤 현상 평가 지수를 계산하는 방법 및 이를 이용한 시스템에 관한 것이다.
고분자가 용매에 노출되는 경우 고분자의 사슬(Chain) 틈 사이로 용매 분자가 침투해 들어가서 고분자가 팽창하는 팽윤 현상(Swelling)이 발생하게 된다. 고분자의 팽윤 현상은 고분자의 구조(결정 구조 또는 비결정 구조), 분자량, 분자량 분포, 용매의 특성등과 같은 다양한 요인에 의해서 크게 변화하기 때문에 고분자의 팽윤 현상을 명확하게 평가할 수 있는 방법은 현재까지 존재하지 않는다.
물질 사이의 용해성(solubility)이나 혼합성(miscibility)을 판단하기 위해서는 물질의 고유 물성을 사용해 서로 유사성 비교를 해야 한다. 용해성이나 혼합성에 영향을 주는 고유 물성은 여러 가지가 있지만, 그 중에서도 물질 내의 결합(interaction) 정도를 정량적인 값으로 나타내는 용해도 인자(Solubility Parameters)가 가장 많이 사용된다. 즉 각 물질은 고유한 용해도 인자 값을 가지고 용해도 인자 값이 유사한 물질끼리는 서로 잘 용해 되거나 섞인다.
다양한 이론이나 개념에 근거해 용해도 인자가 제안되고 사용되고 있지만 특히, 고분자의 팽윤 현상을 일으키는 용매의 특성을 가장 정확하게 평가한다고 알려진 방법은 1967년에 Dr.C.Hansen이 제안한 한센 용해도 인자(Hansen Solubility Parameter, 이하 HSP)이다. HSP에서는 물질 내 결합 정도를 다음과 같은 3가지 인자로 세분화해서 고려한다.
(1) 무극성 분산 결합으로 인해 발생하는 용해도 인자(δD)
(2) 영구 쌍극자로 인한 극성결합으로 인해 발생하는 용해도 인자(δP)
(3) 수소결합으로 인해 발생하는 용해도 인자(δH)
이와 같이 HSP는 다른 용해도 인자보다 더 자세하게 물질 내의 결합 정보를 제공해 주기 때문에 더 정확하고 체계적으로 물질의 용해성이나 혼합성을 평가할 수 있어 널리 사용된다.
HSP=(δD, δP, δH), (J/㎤)½ (1)
δTot =(δD2+δP2+δH2)½,(J/㎤)½ (2)
HSP는 3가지 요소로 이루어진 공간에서 크기와 방향성을 가지는 벡터(Vector)이고, δTot는 HSP 벡터의 크기(magnitude)를 나타낸다. HSP를 나타내는 기본 단위는 (J/㎤)½이다. 이러한 HSP값은 HSP를 제안한 Dr.Hansen 그룹에서 개발한 HSPiP(Hansen Solubility Parameters in Practice)라는 프로그램을 사용하여 계산한다.
앞서 언급했듯이 두 물질의 HSP값이 유사하면 서로 잘 용해되는데 HSP는 벡터이기 때문에 서로 유사하다고 판단하기 위해서는 각 물질의 3가지 HSP 성분과 HSP의 크기가 모두 유사해야 한다. 모든 물질은 고유의 HSP를 가지고 두 물질의 HSP가 서로 유사하면 잘 용해된다. 이렇듯 HSP는 다른 용해도 인자와 마찬가지로 ‘A like likes a like’ 라는 개념을 바탕으로 제안되어 사용되고 있다.
하지만, 상기 한센 용해도 인자만으로 특성을 평가했을 경우에 다양한 요인에 의해서 결정되는 고분자의 팽윤 현상을 평가하는데 어려움이 있다. 이와 같은 필요성에 의해서 본 발명자는 용매의 한센 용해도 인자를 조정(adjustment)한 값을 이용하여 용매가 고분자에 침투하는 팽윤 현상을 정량적으로 평가하는 변수인 용매-고분자 팽윤 지수(S-PSP)를 개발하였고, 고분자의 팽윤 현상을 명확하게 평가할 수 있는 새로운 방법인 고분자의 팽윤 현상 평가 지수를 계산하는 방법을 개발하였다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 서로 다른 용매에 대한 고분자의 팽윤 현상을 정량적으로 평가할 수 있는 특성 평가 변수인 용매-고분자 팽윤 지수(Solvent-Polymer Swelling Parameter: S-PSP)를 이용하여 고분자의 팽윤 현상 평가 지수를 계산하는 새로운 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
고분자의 팽윤 현상 평가 지수를 계산하는 방법으로,
a) 용해시키려는 고분자에 대하여 N개의 용매를 사용하여 팽윤 현상을 실험하여 팽윤 정도를 평가하는 단계;
b) 상기 a)단계의 팽윤 현상 실험에 사용한 N개의 용매에 대한 조정된 한센 용해도 인자를 이용하여 용매-고분자 팽윤 지수(Solvent-Polymer Swelling Parameter: S-PSP)를 계산하는 단계; 및
c) 상기 b)단계에서 용매-고분자 팽윤 지수를 계산한 N개의 용매에 대하여 용매-고분자 팽윤 지수 거리(S-Distance)를 계산하여 고분자의 팽윤 현상을 확인하는 단계를 포함하는 고분자의 팽윤 현상 평가 지수를 계산하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은,
용해시키려는 고분자에 대하여 N개의 용매를 사용하여 팽윤 현상을 실험하여 팽윤 정도를 평가하여 데이터를 입력받는 평가 모듈;
상기 평가 모듈의 팽윤 현상 실험에 사용한 N개의 용매에 대한 조정된 한센 용해도 인자를 이용하여 용매-고분자 팽윤 지수(Solvent-Polymer Swelling Parameter: S-PSP)를 계산하여 데이터를 입력받는 데이터 입력 모듈; 및
상기 데이터 입력 모듈에서 용매-고분자 팽윤 지수를 계산한 N개의 용매에 대하여 용매-고분자 팽윤 지수 거리(S-Distance)를 계산하여 고분자의 팽윤 현상을 확인하여 데이터를 입력받는 확인 모듈을 포함하는 고분자의 팽윤 현상 평가 지수를 계산하는 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 고분자의 팽윤 현상 평가 지수를 계산하는 방법은 서로 다른 용매에 대한 고분자의 팽윤 현상을 정량적으로 평가할 수 있는 특성 평가 변수인 용매-고분자 팽윤 지수(Solvent-Polymer Swelling Parameter: S-PSP)를 이용한 새로운 방법에 관한 것으로, 상기 용매-고분자 팽윤 지수는 팽윤 현상으로 발생하는 고분자의 부피 또는 무게 증가량을 예측하는데 유용하게 사용될 수 있다. 본 발명에 따르면 고분자의 성능 및 특성에 큰 영향을 미치는 고분자의 팽윤 현상을 기존의 방법과 비교하여 정확하게 평가할 수 있으므로 고분자 물질 개발 및 고분자를 이용하는 공정 성능 향상에 매우 유용한 장점이 있어, 향후 고분자 물질을 보다 체계적으로 이용 및 평가하는데 그 효용성이 클 것으로 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 용매-고분자 팽윤 지수(Solvent-Polymer Swelling Parameter: S-PSP)와 고분자의 상대 팽윤량의 상관 관계를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 고분자의 팽윤 현상 평가 지수를 계산하는 방법은,
a) 용해시키려는 고분자에 대하여 N개의 용매를 사용하여 팽윤 현상을 실험하여 팽윤 정도를 평가하는 단계;
b) 상기 a)단계의 팽윤 현상 실험에 사용한 N개의 용매에 대한 조정된 한센 용해도 인자를 이용하여 용매-고분자 팽윤 지수(Solvent-Polymer Swelling Parameter: S-PSP)를 계산하는 단계; 및
c) 상기 b)단계에서 용매-고분자 팽윤 지수를 계산한 N개의 용매에 대하여 용매-고분자 팽윤 지수 거리(S-Distance)를 계산하여 고분자의 팽윤 현상을 확인하는 단계를 포함한다.
본 발명의 상기 a)단계의 고분자의 팽윤 정도는 용매가 고분자에 침투하여 팽윤되는 고분자의 부피 증가량 또는 무게 증가량을 측정하는 것을 포함한다.
더욱 구체적으로, 상기 고분자의 팽윤 정도는 고분자의 상대 팽윤량으로 측정하고, 상기 고분자의 상대 팽윤량은 각 용매에 대한 고분자의 팽윤 무게 증가량을 N개의 용매 중 팽윤되는 양이 최대인 값으로 나눈 값인 것을 특징으로 한다.
용매의 개수 N은 0보다 큰 자연수인 경우 특별한 제한은 없지만, 3 내지 20의 정수인 것이 바람직하다.
본 발명은, 상기 b)단계에서 용매-고분자 팽윤 지수(S-PSP)를 계산하는 것은, 하기 식 1 내지 식 3을 이용하여 계산하는 것을 특징으로 한다.
[식 1]
Figure PCTKR2014007566-appb-I000001
[식 2]
Figure PCTKR2014007566-appb-I000002
[식 3]
Figure PCTKR2014007566-appb-I000003
상기 식 1에서 Ai는 고분자 팽윤 실험에 사용한 N개의 용매 중 i번째 용매를 나타내고, a0, a1, a2는 실수이고, b0, b1, b2는 실수이고, c는 실수이다. 상기 식 2에서 ADJ_D{Ai}, ADJ_P{Ai}, ADJ_H{Ai}는 각각 조정된 한센 용해도 인자를 나타내고, 임의의 용매 Ai에 대한 D{Ai}, P{Ai}, H{Ai}는 각각 무극성 분산 결합으로 인해 발생하는 용해도 인자, 영구 쌍극자로 인한 극성결합으로 인해 발생하는 용해도 인자, 수소결합으로 인해 발생하는 용해도 인자를 나타낸다. 상기 식 3에서 F(X)는 용매 Ai의 한센 용해도 인자를 조정하는 함수를 나타내는 것으로, d0, d1, d2, d3은 실수이다. 상기에서 b0는 0 내지 3.5의 실수, b1은 0 내지 5.0의 실수, b2는 0 내지 4.0의 실수인 것이 바람직하다.
용매-고분자 팽윤 지수는 고분자의 팽윤 현상을 평가하기 위해서 용매의 한센 용해도 인자를 조정(adjustment)한 값을 바탕으로 개발되었다.
본 발명은, 상기 c)단계에서 용매-고분자 팽윤 지수 거리(S-Distance)를 계산하여 고분자의 팽윤 현상을 확인하는 것은,
i) 하기 식 4를 이용하여 용매-고분자 팽윤 지수 거리(S-Distance)를 계산하는 단계;및
ii) 상기 i)단계에서 계산한 용매-고분자 팽윤 지수 거리가 임계값(cut-off: 0보다 큰 실수)보다 크면, 계산을 종료함으로써 상기에서 계산된 용매-고분자 팽윤 지수가 고분자의 팽윤 현상을 나타내는 것을 확인하고, 임계값 보다 작거나 같으면, 상기 b)단계의 조정된 한센 용해도 인자를 변경하여 상기 b)단계 내지 c)단계를 반복함으로써 용매-고분자 팽윤 지수의 값을 계산하여 용매-고분자 팽윤 지수 거리가 임계값 보다 큰 경우를 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
[식 4]
Figure PCTKR2014007566-appb-I000004
상기 식 4에서 S-PSP는 용매-고분자 팽윤 지수(Solvent-Polymer Swelling Parameter)를 나타내고, Max-S-PSP는 N개의 S-PSP값 중에서 최대값을 나타내고, Min-S-PSP는 N개의 S-PSP값 중에서 최소값을 나타낸다.
구체적으로, 상기 c)단계에서 임계값(cut-off)은 기준이 되는 값으로, 0보다 큰 실수인 경우 특별한 제한은 없다. 즉, 미리 정해 놓은 임계값보다 용매-고분자 팽윤 지수 거리(S-Distance)의 크기가 큰 경우에만 S-PSP가 고분자의 팽윤 현상을 명확하게 설명함을 나타낸다. 보다 구체적으로, 상기 임계값(cut-off)은 고분자의 팽윤 현상이 발생하는 범위를 나타내고, 0에 가까운 값을 가질수록 팽윤 현상이 발생하는 범위가 작은 것을 나타낸다. 상기 임계값은 N개의 용매-고분자 팽윤 지수(Solvent-Polymer Swelling Parameter: S-PSP)의 최대값의 20% 내지 40%의 값을 갖는 실수 인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상기에서 살펴본 고분자의 팽윤 현상 평가 지수를 계산하는 방법을 이용한 고분자의 팽윤 현상 평가 지수를 계산하는 시스템을 제공한다.
구체적으로, 용해시키려는 고분자에 대하여 N개의 용매를 사용하여 팽윤 현상을 실험하여 팽윤 정도를 평가하여 데이터를 입력받는 평가 모듈;
상기 평가 모듈의 팽윤 현상 실험에 사용한 N개의 용매에 대한 조정된 한센 용해도 인자를 이용하여 용매-고분자 팽윤 지수(Solvent-Polymer Swelling Parameter: S-PSP)를 계산하여 데이터를 입력받는 데이터 입력 모듈; 및
상기 데이터 입력 모듈에서 용매-고분자 팽윤 지수를 계산한 N개의 용매에 대하여 용매-고분자 팽윤 지수 거리(S-Distance)를 계산하여 고분자의 팽윤 현상을 확인하여 데이터를 입력받는 확인 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 평가 모듈의 고분자의 팽윤 정도는 용매가 고분자에 침투하여 팽윤되는 고분자의 부피 증가량 또는 무게 증가량을 측정하는 모듈 일 수 있다.
구체적으로, 상기 고분자의 팽윤 정도는 고분자의 상대 팽윤량으로 측정하고, 상기 고분자의 상대 팽윤량은 각 용매에 대한 고분자의 팽윤 무게 증가량을 N개의 용매 중 팽윤되는 양이 최대인 값으로 나눈 값인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 평가 모듈의 용매의 개수 N은 0보다 큰 자연수인 경우 특별한 제한은 없지만, 3 내지 20의 정수인 것이 바람직하다.
상기 데이터 입력 모듈의 용매-고분자 팽윤 지수(S-PSP)를 계산하는 것은, 하기 식 1 내지 식 3을 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 모듈 일 수 있다.
[식 1]
Figure PCTKR2014007566-appb-I000005
[식 2]
Figure PCTKR2014007566-appb-I000006
[식 3]
Figure PCTKR2014007566-appb-I000007
상기 식 1에서 Ai는 고분자 팽윤 실험에 사용한 N개의 용매 중 i번째 용매를 나타내고, a0, a1, a2는 실수이고, b0, b1, b2는 실수이고, c는 실수이다. 상기 식 2에서 ADJ_D{Ai}, ADJ_P{Ai}, ADJ_H{Ai}는 각각 조정된 한센 용해도 인자를 나타내고, 임의의 용매 Ai에 대한 D{Ai}, P{Ai}, H{Ai}는 각각 무극성 분산 결합으로 인해 발생하는 용해도 인자, 영구 쌍극자로 인한 극성결합으로 인해 발생하는 용해도 인자, 수소결합으로 인해 발생하는 용해도 인자를 나타낸다. 상기 식 3에서 F(X)는 용매 Ai의 한센 용해도 인자를 조정하는 함수를 나타내는 것으로, d0, d1, d2, d3은 실수이다. 상기에서 상기 b0는 0 내지 3.5의 실수, b1은 0 내지 5.0의 실수, b2는 0 내지 4.0의 실수인 것이 바람직하다.
상기 확인 모듈의 용매-고분자 팽윤 지수 거리(S-Distance)를 계산하여 고분자의 팽윤 현상을 확인하는 것은,
i) 하기 식 4를 이용하여 용매-고분자 팽윤 지수 거리(S-Distance)를 계산하는 단계;및
ii) 상기 i)단계에서 계산한 용매-고분자 팽윤 지수 거리가 임계값(cut-off: 0보다 큰 실수)보다 크면, 계산을 종료함으로써 상기에서 계산된 용매-고분자 팽윤 지수가 고분자의 팽윤 현상을 나타내는 것을 확인하고, 임계값 보다 작거나 같으면, 상기 데이터 입력 모듈의 조정된 한센 용해도 인자를 변경하여 상기 데이터 입력 모듈 내지 확인 모듈을 반복함으로써 용매-고분자 팽윤 지수의 값을 계산하여 용매-고분자 팽윤 지수 거리가 임계값 보다 큰 경우를 확인하는 단계를 포함하는 모듈 일 수 있다.
[식 4]
상기 식 4에서 S-PSP는 용매-고분자 팽윤 지수(Solvent-Polymer Swelling Parameter)를 나타내고, Max-S-PSP는 N개의 S-PSP값 중에서 최대값을 나타내고, Min-S-PSP는 N개의 S-PSP값 중에서 최소값을 나타낸다.
상기 임계값(cut-off)은 고분자의 팽윤 현상이 발생하는 범위를 나타내고, N개의 용매-고분자 팽윤 지수(Solvent-Polymer Swelling Parameter: S-PSP)의 최대값의 20% 내지 40%의 값을 갖는 실수 인 것이 바람직하다.
또한, 본 명세서에서 기재한 모듈(module)이란 용어는 특정한 기능이나 동작을 처리하는 하나의 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현할 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. 본 발명의 범위는 특허청구범위에 표시되었고, 더욱이 특허 청구범위 기록과 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경을 포함하고 있다.
실시예
하기 실시예에 사용된 고분자 팽윤 시스템은 다음과 같다.
1.고분자: 폴리다이메틸실록세인(PolyDiMethylSiloxane:PDMS)
2.팽윤 실험에 사용한 용매: n-헥산(n-Hexane), 메틸 에틸 케톤(Methyl Ethyl Ketone: MEK), 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(Propylene Glycol Monomethyl Ether Acetate: PGMEA)
1. 대상 고분자에 대한 고분자 팽윤 현상 실험
고분자인 폴리다이메틸실록세인(PDMS)에 대하여 상기의 3가지 용매를 사용해서 고분자 팽윤 현상에 대한 실험을 수행하였다. 수행된 팽윤 실험은 대상 고분자 샘플을 대상 용매에 20 내지 30분 동안 담근 후에 대상 고분자의 무게 증가량을 측정하였다. 측정 결과 n-헥산(n-Hexane)의 경우가 팽윤되는 양이 가장 많았고, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(PGMEA)의 경우가 팽윤되는 양이 가장 적었다. 팽윤 실험 결과는 하기 [표 1]에 나타내었다.
표 1
대상 고분자인 PDMS의 상대 팽윤량
n-Hexane 1.000
MEK 0.524
PGMEA 0.255
상기 [표 1]에서 폴리다이메틸실록세인(PDMS)의 상대 팽윤량은 각 용매에 대한 고분자의 팽윤 무게 증가량을 n-헥산(n-Hexane)의 무게 증가량으로 나눈 값을 나타내었다. 따라서, n-헥산(n-Hexane)의 경우는 1.000의 값을 나타내었고, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(PGMEA)의 경우는 0.255의 값을 나타내었다.
2. 팽윤 실험에 사용한 N개의 용매의 용매-고분자 팽윤 지수 계산 (N=3)
상기 1.단계의 고분자 팽윤 현상 실험에 사용한 3개의 용매에 대해서 하기 [식 1] 및 [식 2]를 이용하여 용매-고분자 팽윤 지수를 계산하였다.
[식 1]
Figure PCTKR2014007566-appb-I000009
[식 2]
Figure PCTKR2014007566-appb-I000010
하기 표 2는 상기 [식 1] 및 [식 2]으로 계산된 용매-고분자 팽윤 지수(S-PSP)의 값을 나타내었다. 용매-고분자 팽윤 지수(S-PSP)값이 증가할수록 고분자의 상대 팽윤량은 감소하는 경향을 나타내었고, 따라서 용매-고분자 팽윤 지수(S-PSP)와 고분자의 상대 팽윤량은 서로 높은 상관관계를 나타내었다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 용매-고분자 팽윤 지수(Solvent-Polymer Swelling Parameter: S-PSP)와 고분자의 상대 팽윤량의 상관 관계를 나타낸 그래프로 결정 계수인 R2(coefficient of determinant, R-square)은 0.9902이었다.
표 2
S-PSP 대상 고분자인 PDMS의 상대 팽윤량
n-Hexane 8.833 1.000
MEK 103.365 0.524
PGMEA 180.144 0.255
3. 용매-고분자 팽윤 지수 거리 측정
상기 3개의 용매에 대해서 계산한 용매-고분자 팽윤 지수 거리(S-Distance)를 하기의 [식 4]를 사용하여 계산하였다.
[식 4]
Figure PCTKR2014007566-appb-I000011
계산된 S-Distance = | 180.144 - 8.833 | = 171.311
임계값(cut-off)을 50.0으로 설정 했을 경우, S-Distance가 임계값(cut-off)보다 큰 조건을 만족하기 때문에 상기의 방법으로 계산된 S-PSP값은 고분자의 팽윤 현상을 정량적으로 평가할 수 있는 것을 실험 결과를 통해 확인하였다.

Claims (16)

  1. 고분자의 팽윤 현상 평가 지수를 계산하는 방법으로,
    a) 용해시키려는 고분자에 대하여 N개의 용매를 사용하여 팽윤 현상을 실험하여 팽윤 정도를 평가하는 단계;
    b) 상기 a)단계의 팽윤 현상 실험에 사용한 N개의 용매에 대한 조정된 한센 용해도 인자를 이용하여 용매-고분자 팽윤 지수(Solvent-Polymer Swelling Parameter: S-PSP)를 계산하는 단계; 및
    c) 상기 b)단계에서 용매-고분자 팽윤 지수를 계산한 N개의 용매에 대하여 용매-고분자 팽윤 지수 거리(S-Distance)를 계산하여 고분자의 팽윤 현상을 확인하는 단계를 포함하는 고분자의 팽윤 현상 평가 지수를 계산하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 a)단계의 고분자의 팽윤 정도는 용매가 고분자에 침투하여 팽윤되는 고분자의 부피 증가량 또는 무게 증가량을 측정하는 것을 특징으로 하는, 고분자의 팽윤 현상 평가 지수를 계산하는 방법.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 고분자의 팽윤 정도는 고분자의 상대 팽윤량으로 측정하고, 상기 고분자의 상대 팽윤량은 각 용매에 대한 고분자의 팽윤 무게 증가량을 N개의 용매 중 팽윤되는 양이 최대인 값으로 나눈 값인 것을 특징으로 하는, 고분자의 팽윤 현상 평가 지수를 계산하는 방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 a)단계의 N은 3 내지 20의 정수인 것을 특징으로 하는, 고분자의 팽윤 현상 평가 지수를 계산하는 방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 b)단계의 용매-고분자 팽윤 지수(S-PSP)를 계산하는 것은, 하기 식 1 내지 식 3을 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는, 고분자의 팽윤 현상 평가 지수를 계산하는 방법.
    [식 1]
    Figure PCTKR2014007566-appb-I000012
    [식 2]
    Figure PCTKR2014007566-appb-I000013
    [식 3]
    Figure PCTKR2014007566-appb-I000014
    상기 식 1에서 Ai는 고분자 팽윤 실험에 사용한 N개의 용매 중 i번째 용매를 나타내고, a0, a1, a2는 실수이고, b0, b1, b2는 실수이고, c는 실수이다. 상기 식 2에서 ADJ_D{Ai}, ADJ_P{Ai}, ADJ_H{Ai}는 각각 조정된 한센 용해도 인자를 나타내고, 임의의 용매 Ai에 대한 D{Ai}, P{Ai}, H{Ai}는 각각 무극성 분산 결합으로 인해 발생하는 용해도 인자, 영구 쌍극자로 인한 극성결합으로 인해 발생하는 용해도 인자, 수소결합으로 인해 발생하는 용해도 인자를 나타낸다. 상기 식 3에서 F(X)는 용매 Ai의 한센 용해도 인자를 조정하는 함수를 나타내는 것으로, d0, d1, d2, d3은 실수이다.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 b0는 0 내지 3.5의 실수, b1은 0 내지 5.0의 실수, b2는 0 내지 4.0의 실수인 것을 특징으로 하는, 고분자의 팽윤 현상 평가 지수를 계산하는 방법.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 c)단계의 용매-고분자 팽윤 지수 거리(S-Distance)를 계산하여 고분자의 팽윤 현상을 확인하는 것은,
    i) 하기 식 4를 이용하여 용매-고분자 팽윤 지수 거리(S-Distance)를 계산하는 단계;및
    ii) 상기 i)단계에서 계산한 용매-고분자 팽윤 지수 거리가 임계값(cut-off: 0보다 큰 실수)보다 크면, 계산을 종료함으로써 상기에서 계산된 용매-고분자 팽윤 지수가 고분자의 팽윤 현상을 나타내는 것을 확인하고, 임계값 보다 작거나 같으면, 상기 b)단계의 조정된 한센 용해도 인자를 변경하여 상기 b)단계 내지 c)단계를 반복함으로써 용매-고분자 팽윤 지수의 값을 계산하여 용매-고분자 팽윤 지수 거리가 임계값 보다 큰 경우를 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 고분자의 팽윤 현상 평가 지수를 계산하는 방법.
    [식 4]
    Figure PCTKR2014007566-appb-I000015
    상기 식 4에서 S-PSP는 용매-고분자 팽윤 지수(Solvent-Polymer Swelling Parameter)를 나타내고, Max-S-PSP는 N개의 S-PSP값 중에서 최대값을 나타내고, Min-S-PSP는 N개의 S-PSP값 중에서 최소값을 나타낸다.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 임계값(cut-off)은 N개의 용매-고분자 팽윤 지수(Solvent-Polymer Swelling Parameter: S-PSP)의 최대값의 20% 내지 40%의 값을 갖는 실수 인 것을 특징으로 하는, 고분자의 팽윤 현상 평가 지수를 계산하는 방법.
  9. 용해시키려는 고분자에 대하여 N개의 용매를 사용하여 팽윤 현상을 실험하여 팽윤 정도를 평가하여 데이터를 입력받는 평가 모듈;
    상기 평가 모듈의 팽윤 현상 실험에 사용한 N개의 용매에 대한 조정된 한센 용해도 인자를 이용하여 용매-고분자 팽윤 지수(Solvent-Polymer Swelling Parameter: S-PSP)를 계산하여 데이터를 입력받는 데이터 입력 모듈; 및
    상기 데이터 입력 모듈에서 용매-고분자 팽윤 지수를 계산한 N개의 용매에 대하여 용매-고분자 팽윤 지수 거리(S-Distance)를 계산하여 고분자의 팽윤 현상을 확인하여 데이터를 입력받는 확인 모듈을 포함하는 고분자의 팽윤 현상 평가 지수를 계산하는 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 평가 모듈의 고분자의 팽윤 정도는 용매가 고분자에 침투하여 팽윤되는 고분자의 부피 증가량 또는 무게 증가량을 측정하는 것을 특징으로 하는, 고분자의 팽윤 현상 평가 지수를 계산하는 시스템.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 고분자의 팽윤 정도는 고분자의 상대 팽윤량으로 측정하고, 상기 고분자의 상대 팽윤량은 각 용매에 대한 고분자의 팽윤 무게 증가량을 N개의 용매 중 팽윤되는 양이 최대인 값으로 나눈 값인 것을 특징으로 하는, 고분자의 팽윤 현상 평가 지수를 계산하는 시스템.
  12. 청구항 9에 있어서, 상기 평가 모듈의 N은 3 내지 20의 정수인 것을 특징으로 하는, 고분자의 팽윤 현상 평가 지수를 계산하는 시스템.
  13. 청구항 9에 있어서, 상기 데이터 입력 모듈의 용매-고분자 팽윤 지수(S-PSP)를 계산하는 것은, 하기 식 1 내지 식 3을 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는, 고분자의 팽윤 현상 평가 지수를 계산하는 시스템.
    [식 1]
    Figure PCTKR2014007566-appb-I000016
    [식 2]
    Figure PCTKR2014007566-appb-I000017
    [식 3]
    Figure PCTKR2014007566-appb-I000018
    상기 식 1에서 Ai는 고분자 팽윤 실험에 사용한 N개의 용매 중 i번째 용매를 나타내고, a0, a1, a2는 실수이고, b0, b1, b2는 실수이고, c는 실수이다. 상기 식 2에서 ADJ_D{Ai}, ADJ_P{Ai}, ADJ_H{Ai}는 각각 조정된 한센 용해도 인자를 나타내고, 임의의 용매 Ai에 대한 D{Ai}, P{Ai}, H{Ai}는 각각 무극성 분산 결합으로 인해 발생하는 용해도 인자, 영구 쌍극자로 인한 극성결합으로 인해 발생하는 용해도 인자, 수소결합으로 인해 발생하는 용해도 인자를 나타낸다. 상기 식 3에서 F(X)는 용매 Ai의 한센 용해도 인자를 조정하는 함수를 나타내는 것으로, d0, d1, d2, d3은 실수이다.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 b0는 0 내지 3.5의 실수, b1은 0 내지 5.0의 실수, b2는 0 내지 4.0의 실수인 것을 특징으로 하는, 고분자의 팽윤 현상 평가 지수를 계산하는 시스템.
  15. 청구항 9에 있어서, 상기 확인 모듈의 용매-고분자 팽윤 지수 거리(S-Distance)를 계산하여 고분자의 팽윤 현상을 확인하는 것은,
    i) 하기 식 4를 이용하여 용매-고분자 팽윤 지수 거리(S-Distance)를 계산하는 단계;및
    ii) 상기 i)단계에서 계산한 용매-고분자 팽윤 지수 거리가 임계값(cut-off: 0보다 큰 실수)보다 크면, 계산을 종료함으로써 상기에서 계산된 용매-고분자 팽윤 지수가 고분자의 팽윤 현상을 나타내는 것을 확인하고, 임계값 보다 작거나 같으면, 상기 데이터 입력 모듈의 조정된 한센 용해도 인자를 변경하여 상기 데이터 입력 모듈 내지 확인 모듈을 반복함으로써 용매-고분자 팽윤 지수의 값을 계산하여 용매-고분자 팽윤 지수 거리가 임계값 보다 큰 경우를 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 고분자의 팽윤 현상 평가 지수를 계산하는 시스템.
    [식 4]
    Figure PCTKR2014007566-appb-I000019
    상기 식 4에서 S-PSP는 용매-고분자 팽윤 지수(Solvent-Polymer Swelling Parameter)를 나타내고, Max-S-PSP는 N개의 S-PSP값 중에서 최대값을 나타내고, Min-S-PSP는 N개의 S-PSP값 중에서 최소값을 나타낸다.
  16. 청구항 15에 있어서, 상기 임계값(cut-off)은 N개의 용매-고분자 팽윤 지수(Solvent-Polymer Swelling Parameter: S-PSP)의 최대값의 20% 내지 40%의 값을 갖는 실수 인 것을 특징으로 하는, 고분자의 팽윤 현상 평가 지수를 계산하는 시스템.
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