고분자/은 혼성 나노입자의 제조 및 표면 플라즈몬 공명 현상

어경복(Kyoungbok Eo),김묘음(Myoeum Kim),임현준(Hyunjoon Ihm),정소연(Soyeon Jeong),권용구(Yong Ku Kwon) 한국고분자학회 2018 폴리머 Vol.42 No.1

단분산성 스타이렌-염화비닐벤젠 공중합체(PSBC) 나노입자의 표면을 개질하고 AgNO3과의 반응을 통하여 Ag 나노입자가 고정화된 100-200 nm 평균 입자직경을 가지는 Ag-고분자 혼성 나노입자를 제조한다. 먼저 무유화 에멀젼 중합 방법을 이용하여 단분산성 PSBC 공중합체 나노입자를 합성한 뒤, 이들 나노입자 표면의 chlorine그룹을 thiourea 등을 이용하여 thiol기로 변화, 개질(PSBSH)한다. 이들 PSBSH 고분자 나노입자와 AgNO3와의 반응을 통하여 Ag입자가 표면에 고정화된 고분자-Ag 복합체(PSBAg) 나노입자를 제조하였다. Ag입자의 고정화 과정은 PSBSH 나노입자 표면에서 Ag+ 이온과 표면의 thiol기와의 반응을 통하여 강한 Ag-S- 결합을 형성하고 반데르발스 힘에 의해 Ag 이온들이 고분자 표면에서 환원되면서 Ag 입자가 고정화된 PSBAg 복합나노입자를 제조하였다. 고분자 표면에 은 나노 입자들이 고정된 형태의 나노 복합체의 합성과 표면구조는 SEM, TEM, XRD, FTIR, UV-Vis spectroscopy 등 다양한 분석 방법을 확인하였고, PSBAg 복합나노입자는 표면에 존재하는 Ag 입자로부터 비롯된 표면 플라즈몬 공명(SPR) 현상을 확인할 수 있었고 고분자 입자의 크기와 PSBSH 고분자에 고정된 Ag 나노입자의 함량의 변화에 따른 SPR 현상의 변화를 관찰하였다. Hybrid polymeric nanoparticles containing metal silver nanoparticles were successfully synthesized. Monodisperse poly(styrene-co-vinylbenzyl chloride) (PSBC) nanoparticles with an average diameter of 100-200 nm were synthesized by surfactant-free emulsion polymerization. The chlorine group on the surfaces of the PSBC nanoparticles was converted into thiol group by surface modification with thiourea. The thiol groups of the surface-modified nanoparticles with thiol group (PSBSH) were reacted with Ag+ ions to form Ag-S bonds and then produce the PSBAg hybrid nanoparticles containing Ag nanoparticles, intercalatedon to the surfaces through reduction. The successful immobilization of Ag onto the surface of the polymer nanoparticles was confirmed using various characterization tools. The surface plasmon resonance (SPR) was observed from the Ag nanoparticles of the PSBAg nanoparticles. By varying the size of the polymer nanoparticles and the amount of silver adhered onto them, the surface plasmon resonance of the nanocomposite materials was investigated.

양이온 아크릴고분자에 결합된 로다민 화학센서 개발과 구리(Ⅱ)이온의 선택적 검출

안성진(Sungjin Ahn),신상빈(Sang Bin Shin),조혁이(Hyeok-yi Jo),도정윤(Jung Yun Do) 한국고분자학회 2018 폴리머 Vol.42 No.5

금속의 선택적 검출을 위한 수용성 로다민 발색제와 수용성 고분자결합에 결합된 발색제를 개발하였다. 술폰염을 포함하는 알킬케톤과 로다민의 하이드라자이드의 이민형성 반응으로 수용성 발색물질이 합성되었다. 알킬사슬에 황원자가 도입된 로다민 발색제는 구리(Ⅱ)이온에 강한 선택성을 보였다. 알킬케톤으로 유도된 아크릴 단분자와 양이온 아크릴 단분자 methacrylatoethyl trimethylammonium chloride(AETMA)로부터 공중합 고분자를 합성하였고, 이에 로다민을 도입하여 로다민 결합 수용성 고분자를 제조하였다. 고분자의 점도측정을 통한 평균분자량은 6.5×10<SUP>4</SUP> g/mol이었으며 약 5 mol%의 로다민을 함유하였다. 고분자에 결합된 아마이드 작용기는 금속과 결합하는 성질 때문에 금속 발색제 로다민의 검출능력을 저하시킨다. 로다민결합 고분자의 구리(Ⅱ)이온에 대한 높은 선택성을 흡수분광분석을 통해 관찰하였다. 구리(Ⅱ)이온 검출에서 흡광도는 10일 이상 동안 지속적으로 상승하는 특성을 보였다. 로다민 유도체의 수은에 대한 약한 감응특성은 고분자 결합을 통해서 부분적으로 향상되었다. Water-soluble rhodamine and polymeric chemosensors were developed for copper detection. A new rhodamine derivative was synthesized through imine formation of rhodamine-hydrazide and a ketone carrying sulfonium salt, and a sulfide linkage for selective Cu2+ sensing in water. A copolymer of a ketone-acrylate with methacrylatoethyl trimethylammonium chloride was synthesized, which was treated with rhodamine-hydrazide to generate a polymeric sensor. The viscosity average molecular weight of the polymer was 6.5×10<SUP>4</SUP> g/mol. The polymer has a rhodamine content of ca. 5 mol% through 1H NMR analysis. Amide bonds caused to decrease the metal sensitivity of the rhodamine sensor because they are capable of absorbing metal ions. The Cu<SUP>2+</SUP> sensing of the polymeric rhodamine sensor was examined with light absorption intensity at 560 nm. The slow Cu<SUP>2+</SUP> binding of the polymeric sensor was observed over 10 days. Additionally, Hg<SUP>2+</SUP> sensing activity of the polymer sensor was enhanced compared to the rhodamine sensor.

의료용 고분자의 현황과 미래

강인규(Inn-Kyu Kang),이진호(Jin Ho Lee),박기동(Ki Dong Park),김수현(Soo Hyun Kim),나재운(Jae-Woon Nah),한동근(Dong Keun Han),노인섭(Insup Noh) 한국고분자학회 2016 고분자 과학과 기술 Vol.27 No.5

Reduced Recombination Losses with Enhanced Dielectric Permittivity of Donor Polymers in Polymer Solar Cells

Namchul Cho(조남철),Tae-Dong Kim(김태동),Alex K.-Y. Jen(알렉스 젠) 한국고분자학회 2018 폴리머 Vol.42 No.4

본 연구에서는 나이트릴 그룹을 작용기로 가지는 고분자에 전기장을 가해주어 고분자의 분극도를 높여 고분자의 유전상수를 증가시키는 연구를 진행하였다. 전자주게 고분자의 유전상수를 증가시켜 재결합에 의한 손실을 효과적으로 감소시킬 수 있었고 이로 인해 고분자 태양전지의 개방전압을 증가시킬 수 있음을 보고하였다. 이러한 결과로부터 고분자 태양전지에서 고분자의 유전상수가 가지는 중요성 및 외부 전기장에 의한 고분자의 배열을 이용한 응용분야에 대한 중요성을 밝혔다. In this work, we have demonstrated that the electric field assisted poling of the donor polymer possessing conformationally labile nitrile groups increases dipolar polarization and dielectric permittivity. We find that the enhanced dielectric permittivity of the donor polymer reduces non-geminate recombination losses in bulk-heterojunction (BHJ) solar cells (SCs), resulting in increased open circuit voltage (VOC) compared with unpoled devices. This result reveals the importance of dielectric permittivity of polymers and also signifies the promising applicability of electric field assisted poling for high dielectric polymers in BHJ SCs.

의료용 고분자 소재의 흐름특성이 적용된 멀티루멘 튜브 압출 성형용 Tip과 Die설계 연구

이한창,김규만,최동윤,김우진 한국고분자학회 2021 한국고분자학회 학술대회 연구논문 초록집 Vol.46 No.1

카테터는 통상 의료용 고분자 소재로 이루어진 튜브 형태의 의료기기로서 인체 내에 삽입되어 배액, 투약, 혈액수집, 소작 등 다양한 분야에 적용되고 있는 최소침습기반 진단 및 치료 분야의 대표적인 기기이다. 카테터 튜브는 고체상태의 의료용 고분자 소재를 열에너지와 압축에너지를 이용하는 단일 스크류 압출 성형을 통해 생산되며, 특히, 튜브 내에 여러 형상을 가진 멀티루멘(multi-lumen) 튜브는 다양한 형상을 가진 Tip 과 Die에 의해 형상이 결정된다. 그러나, 액체상태의 고분자 소재가 Tip 과 Die 내를 유동할 때 발생되는 전단율과 압출성형기에서 인가되는 온도변화에 따라 점도가 변화하는 shear thinning 거동을 보이기 때문에 이러한 특성을 Tip 과 Die의 설계에 반영할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 실제 압출산업환경에서 발생할 수 있는 용융된 고분자 소재의 흐름 특성을 예측하고자 온도조건과 전단율에 따른 점도 변화를 측정하였고, 유한요소 해석을 통해 최종 압출물의 형상을 예측하였다. 또한 해석에서 얻어진 데이터를 Tip 과 Die의 설계에 반영하여 멀티 루멘 튜브의 품질을 개선하였다.

Photothermal Bending of Bilayer Containing Hydrogel/Conductive Polymer Composites

최인혁,전석진 한국고분자학회 2021 한국고분자학회 학술대회 연구논문 초록집 Vol.46 No.1

하이드로젤은 친수성 고분자 사슬의 화학적 또는 물리적 가교를 통해 3차원 망상구조의 형태를 가진다. 외부 자극에 따른 고분자 사슬의 친수성 변화로 발생하는 망상구조의 부피 변화는 약물전달, 소프트로봇의 구동에 중요한 원동력으로 작용한다. 공액 고분자는 단일결합과 이중결합의 반복으로 형성된 π-공액 구조를 가져 낮은 밴드갭 에너지로 인해 우수한 광열변환 효율을 가진다. 본 연구에서는 공액 고분자를 하이드로젤에 도입하여 공액 고분자의 광열변환 효과에 의한 하이드로젤의 팽윤거동을 관찰하고자 하였다. 팽윤거동 관찰을 위해 하이드로젤/공액 고분자와 유리상 고분자의 이중층 필름을 제작하였고, 광열효과에 의한 굽힘 현상으로부터 팽윤거동을 확인하였다.

Polyaniline-based Polymer Complexes for Electrochemical Applications

전주원(Ju-Won Jeon) 한국고분자학회 2021 한국고분자학회 학술대회 연구논문 초록집 Vol.46 No.1

본 연구에서는 전도성 고분자의 일종인 폴리아닐린의 전기화학적인 특성에 대해서 소개한다. 첫 번째로 폴리아닐린/고분자 전해질 복합체의 경우 고분자 전해질과 폴리아닐린 간의 정전기적 인력 및 수소 결합으로 인하여 전기화학적 안정성이 증가하였다. layer-by-layer(LbL) technique를 이용한 폴리아닐린과 고분자 전해질의 다층필름의 경우 고분자 전해질 기능기의 pKa값에 폴리아닐린의 전기화학적 안정성의 큰 영향을 미치는 것을 발견하였다. 두번째로는 gold nanocube@폴리아닐린(AuNC@PANI) core/shell 나노구조를 합성하여, 전기전위를 가함으로써 PANI 껍질에 굴절률 변화에 따라 AuNC의 플라즈모닉 특성을 가역적으로 조절할 수 있었다. 폴리아닐린 껍질은 전기 활성 매체임과 동시에 AuNC의 플라즈몬 결합을 억제하는 물리적 장벽으로도 작용하여 AuNC사이의 커플링 현상을 효과적으로 억제할 수 있었다. 이어서 refractive index sensitivity(RIS) 값이 더 큰 gold nanorod를 코어로 사용하여 AuNR@PANI core/shell나노 구조가 합성되었다. 이러한 구조에서는 AuNR의 높은 RIS 때문에 보다 큰 플라즈모닉 파장의 변화를 얻을 수 있었다.

폴리에틸렌글리콜이 그래프트된 폴리실세스퀴옥산 기반 형상기억고분자

박한음(Haneum Park),이지원(Jiwon Lee),채정완(Jeongwan Chae),상정선(Jeong-Seon Sang),오경화(Kyung Wha Oh),박주현(Juhyun Park) 한국고분자학회 2019 폴리머 Vol.43 No.1

온도 또는 pH 변화와 같은 외부자극에 의해 형상이 수축 또는 팽창될 수 있는 형상기억고분자는 약물전달체와 같은 의공학분야와 스마트섬유와 같은 의류산업 분야에서 핵심적인 역할을 하는 중요한 소재이다. 본 연구에서는 실생활에 적용가능한 온도에서 팽창하거나 수축하는 형상기억고분자 섬유에 대한 기초연구로서 섭씨 4도에서 융점을 보유하는 폴리에틸렌글리콜(PEG400)을 분자구조 내에 도입하여 저온에서 형상기억 특성을 보유한 소재를 구현하고자 하였다. 이를 위해 먼저 PEG400이 그래프트된 폴리실세스퀴옥산을 합성하고 이를 양말단이 디이소이아네이트기이고 PEG400 반복구조를 보유한 선형폴리우레탄고분자와 가교반응시켜 네트워크 고분자를 제조하고 특성을 분석하였다. 결과적인 네트워크 구조 고분자의 형상기억특성을 동적-기계적으로 분석한 결과 PEG400의 융점에서 네트워크 고분자의 유리전이가 발생하고 변형된 형상이 원래의 형상으로 회복되는 것을 확인하였다. Shape memory polymers that can be contracted or expanded on external environmental stimulus such as temperature or pH variation have been one of the most important materials for biomedical or smart fiber applications. In this study, we prepared polymers that presented shape memory characteristics at a low temperature by introducing a poly(ethylene glycol) (PEG400) with a melting temperature of 4 ℃ into the structure units of the polymers. We first synthesized polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS) grafted with PEG400, followed by cross-linking reaction with a linear polyurethane that had diisocyanates at both chain ends and structure units of PEG400. The resulting network polymer presented a shape memory effect at its glass transition temperature around the melting point of PEG400 as confirmed by dynamic mechanical analysis.

스퍼터링 방식을 이용한 불소 고분자 대면적 박막 코팅 기술

이상진(Sang-Jin Lee) 한국고분자학회 2021 한국고분자학회 학술대회 연구논문 초록집 Vol.46 No.1

PTFE로 대표되는 불소고분자는 발수성, 내화학성, 윤활특성, 절연특성 등 다양한 특성을 갖고 있어 산업용 소재로 널리 활용되고 있다. 하지만 낮은 접착력, 가시광선에서의 불투명, 정전기 발생 등으로 인해 여러 분야에서의 적용에 어려움이 있다. PTFE powder에 전도성 필러를 섞어 개발한 스퍼터링 타겟은 대면적 연속 공정으로 불소 고분자 박막의 제조를 가능하게 하였다. 스퍼터링 방식으로 플라즈마를 이용하여 제작한 플라즈마화 플로로카본(plasma-polymerized fluorocarbon, PPFC)은 PTFE의 장점은 그대로 가지면서, 기재와의 접착력이 우수하며, 가시광선 영역에서 투과율 및 투명성이 매우 우수하고, 나노컴포지트 기술을 응용하여 정전기를 제거할 수도 있다. 본 발표에서는 스퍼터링 방식으로 제작되는 불소 고분자 박막의 물성과, 반사방지, 열차단 필름, 필름형 히터, 항균 및 항바이러스, 초발수 섬유 등에의 응용기술에 대해 소개한다.

상온 이온성 액체로 활성화시킨 고온 작동 가능한 Nafion 고분자 전해질

이수현(Suhyun Lee),임태은(Taeeun Yim),박영돈(Yeong Don Park),문준영(Junyoung Mun) 한국고분자학회 2018 폴리머 Vol.42 No.4

고분자 연료전지의 핵심 소재 중 하나인 Nafion 고분자 전해질은 전도성을 부여하기 위해 물을 이용하여 활성화하여 사용한다. 그러나 수용액은 상온에서도 휘발성이 있고, 끓는점이 100 oC로 제한되어 고분자 연료 전지의 작동 온도 범위를 제한하는 가장 큰 이유로 지적되고 있다. 이를 극복하기 위하여, 상온에서 휘발성이 없으면서도 전도성을 띠는 상온 이온성 액체를 이용하여 Nafion 고분자 전해질을 활성화하고자 하였다. 상온 이온성 액체의 구조가 전도도에 미치는 영향성을 파악하기 위해, 상온 이온성 액체의 alkyl-methylimidazolium 양이온을 기준으로 alkyl기에 ethyl, butyl, iso-butyl 기를 각각 도입하고, 음이온을 tetrafluoroborate, bis[(trifluoromethyl)sulfonyl]imide)로 제어하여, Nafion 고분자 전해질을 활성화하였다. 또한 Nafion 고분자 전해액 내에 높은 상온 이온성 액체 함침(impregnation)을 통한 높은 전도성 구현을 위하여, Nafion 용액의 casting 시 60-120 wt%의 상온 이온성 액체를 혼합하여, 높은 전도도와 고온 작동성을 갖는 Nafion 고분자 전해질을 연구하였다. Nafion polymer electrolyte, which is essential material of polymer fuel cells, is activated by water and shows conductivity. However, such aqueous electrolyte is volatile at room temperature, and the operating temperature is limited to 100 oC. In order to overcome this problem, we tried to activate Nafion polymer electrolyte by using room temperature ionic liquids. The influence of the molecular structure of room temperature ionic liquid on conductivity is evaluated by controlling ethyl, butyl, and iso-butyl groups into an alkyl group of alkylmethylimidazolium cation. Also their anion structure is controlled with tetrafluoroborate and bis[(trifluoromethyl)sulfonyl]imide. For the high conductivity of Nafion polymer electrolytes, Nafion polymer electrolytes with high conductivity and high temperature operation are studied by mixing 60-120 wt% of room temperature ionic liquids during casting of Nafion solution.