Poly(vinyl alcohol)의 합성과 유변학적 성질

국문 초록 (Abstract)

개시제로서 AIBN(2,2`-Azobisisobutyronitrile)을 이용하여 PVA수지 제조에 있어 가장 일반적으로 사용되는 vinyl acetate를 벌크 중합하여 PVAc로 전환시킨 후 비누화를 위해 첨가되는 NaOH의 농도를 달리하여 PVA를 합성하였다. GPC를 사용하여 분자량을 조사한 결 과 첨가된 NaOH의 농도가 2.5N, 5.0N, 7.5N, 10N로 증가할수록 분자량이 증가하였으며, 다분산도는 대체적으로 유사한 값을 가졌으나 약간씩 감소하는 경향을 나타내었다. 또한 NMR을 통한 입체규칙성 관찰에서도 10N-NaOH로 처리한 PVA에서 교대배열이 비교적 높게 나타났는데 이로부터 입체 규칙성 정도도 높은 것을 예측할 수 있으며 이는 GPC로 측정된 다분산도의 경향과도 일치하였다. FT-IR측정 결과로부터 10N-NaOH로 검화시킨 PVA의 경우가 다른 농도의 NaOH로 검화시킨 경우에 비해 가수분해가 더 많이 일어났다는 사실을 알수 있었다. 이로부터 NaOH농도를 달리하면서 합성시킨 각 PVA의 분자량과 다분산도 및 입체규칙성과 가수분해 현상을 관찰한 결과, 첨가된 NaOH농도에 따라 PVAc의 검화 정도가 다른 PVA가 합성되었음을 확인하였다. PVA의 유변학적 특성을 알아보기 위하여 Ubbelohde점도계를 사용하여 고유 점성도를 관찰하였는데 PVAc의 검화를 위해 위해 첨가한 NaOH의 농도가 증가함에 따라 감소하였다. 또한 Casson plot을 통해 PVA수용액이 전단박화(shear thinning)거동을 나타냄을 확인하였고 10N-NaOH로 검화시킨 PVA의 경우가 항복응력(yield value)이 크게 나타남을 관찰하였다. 그리고 PVA의 열적 특성을 알아보기 위하여 DSC로 측정하였는데 2,5N-NaOH로 처리한 PVA의 경우를 제외하고는 Tp가 214$^{\circ}C$로 거의 일정하였으며 ${\Delta}H$는 첨가한 NaOH의 농도 증가에 따라 증가하였다. 이 특성들로부터 진한 NaOH농도로 처리하여 합성된 PVA가 묽은 농도로 처리한 경우보다 분자간 수소결합이 많이 생겼으며 이러한 수소결합 및 소수성 상호작용 증가가 유변학적 및 열적 성질에 영향을 미친다는 것을 알았다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Vinyl acetate usually used in PVA resin preparation was converted to PVAc by bulk polymerization using AIBN as a initiator and PVA was synthesized by changing the concentration of NaOH added for saponification subsequently. As a result of estimating molecular weight using GPC, molecular weight increased as the NaOH concentration increased to 2.5 N, 5.0 N, 7.5 N and 10.0 N and polydispersity had similar values of 2.1~2.3, however, showed slightly decreasing tendency. In addition, PVA saponificated by 10.0 N-NaOH showed high syndiotacticity in observation of tacticity using NMR spectroscopy. From this fact, the degree of tacticity was predicted to be high and it was in good agreement with the tendency of polydispersity by GPC. Also, from the result of FT-IR spectroscopy, it might be known that hydrolysis was more promoted in the PVA with 10.0 N-NaOH than other NaOH concentration. Intrinsic viscosity measured using Ubbelohde viscometer, which increased as the concentration of NaOH added for saponification increased. The change of shear strength with the change of shear rate was investigated using Brookfield viscometer, in consequence, viscosity of PVA synthesized decreased as shear rate increased. PVA solution confirmed to show the shear thining behavior by Casson plot and PVA with 10.0 N-NaOH had the largest yield value. DSC measurement was performed to know the thermal properties of PVA. Tp had nearly constant value of 214$^{\circ}C$ in all cases except for adding 2.5 N-NaOH and $\Delta$H was increased as the concentration of NaOH increased. From this properties, it was concluded that the degree of hydrogen bonding was proportional to the added concentration of NaOH and the increase of the degree of hydrogen bonding and hydrophobic interaction could affect the rheological and thermal properties of title compound.