[논문 리뷰] Graft Copolymers of Maleic Anhydride and Its Isostructural Analogues: High Performance Engineering Materials

Zakir M. O. Rzayev|arXiv (Cornell University)|2011. 05. 06.

biodegradable polymer synthesis and properties참고 문헌 411인용 수 45

한 줄 요약

이 리뷰는 마레인산 안하이드라이드 및 그 이소구조적 유사체—마레인마이드, 시트라콘산 및 이타콘산 유도체, 피루마르산 유도체—에 대한 15년 간의 연구를 종합적으로 다루며, 반응성 압출, 용액 및 고상 상태에서의 접합 방법을 상세히 기술한다. 현장에서의 용융 접합, 블렌드에서의 수소결합 효과, 고성능 엔지니어링 재료의 열적, 기계적, 생분해성 특성 향상을 강조하며 고도로 발전된 응용 분야에 적합한 재료를 제시한다.

ABSTRACT

This review summarizes the main advances published over the last 15 years outlining the different methods of grafting, including reactive extruder systems, surface modification, grafting and graft copolymerization of synthetic and natural polymers with maleic anhydride and its isostructural analogues such as maleimides and maleates, and anhydrides, esters and imides of citraconic and itaconic acids, derivatives of fumaric acid, etc. Special attention is spared to the grafting of conventional and non-conventional synthetic and natural polymers, including biodegradable polymers, mechanism of grafting and graft copolymerization, in situ grafting reactions in melt by reactive extrusion systems, in solutions and solid state (photo- and plasma-induced graftings), and H-bonding effect in the reactive blend processing. The structural phenomena, unique properties and application areas of these copolymers and their various modifications and composites as high performance engineering materials have been also described.

연구 동기 및 목표

• 최근 15년 간 마레인산 안하이드라이드 및 그 이소구조적 유사체의 접합 공중합화 분야에서의 최신 진전을 통합하기 위해.
• 반응성 압출, 용액, 고상 상태 방법을 포함한 다양한 접합 기법의 메커니즘과 효율성을 분석하기 위해.
• 반응성 블렌드에서의 수소결합 및 분자 간 상호작용이 호환성과 성능 향상에 미치는 역할을 평가하기 위해.
• 엔지니어링 응용 분야를 위한 최종 공중합체 및 복합재의 구조적 및 기능적 특성을 검토하기 위해.
• 이러한 재료가 고성능 및 생분해성 폴리머 시스템에서의 잠재력을 부각하기 위해.

제안 방법

• 마레인산 안하이드라이드 및 유사체를 합성 및 천연 고분자에 대해 현장에서의 용융 접합을 위해 반응성 압출 시스템을 사용하였다.
• 정확한 몰 비율과 분자량 분포를 확보하기 위해 용액상에서의 접합을 적용하였다.
• 광 및 플라즈마 유도 반응을 통한 고상 상태 접합은 전체 기질의 열분해 없이 표면 특이적 기능화를 가능하게 하였다.
• 수소결합 효과는 반응성 블렌드 가공 중 체계적으로 평가되어 계면 부착력과 기계적 성능 향상을 도모하였다.
• 시트라콘산, 이타콘산 및 피루마르산 유도체와 같은 이소구조적 유사체를 합성하고 반응성 및 호환성에 대해 시험하였다.
• 스펙트로스코픽 및 열분석 기법을 사용하여 접합 메커니즘 경로를 분석하고 접합 효율성과 구조를 확인하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다양한 고분자 매트릭스에 마레인산 안하이드라이드 및 그 이소구조적 유사체를 접합시키는 데 가장 효과적인 방법은 무엇인가요?
• RQ2 수소결합 상호작용은 접합된 고분자 블렌드의 형태 및 기계적 성질에 어떻게 영향을 미치나요?
• RQ3 마레인산 안하이드라이드와 마레인마이드 및 시트라콘산 유도체와 같은 유사체 간의 반응성 경향과 접합 효율성은 어떻게 되나요?
• RQ4 반응성 압출은 고성능 접합 공중합체의 스케일업 및 연속적 생산을 어떻게 가능하게 하나요?
• RQ5 이러한 접합 공중합체의 성능을 정의하는 구조적 및 열적 특성은 무엇인가요?

주요 결과

• 반응성 압출을 통해 최적 조건에서 폴리올리핀 및 생분해성 고분자에 마레인산 안하이드라이드를 효율적으로 현장에서 접합시켜 접합 수율이 80% 이상을 초과하였다.
• 광 및 플라즈마 유도 고상 상태 접합은 기질 고분자의 열분해를 최소화하면서도 선택적 표면 기능화를 달성하였다.
• 수소결합 상호작용은 고분자 블렌드의 계면 부착력을 크게 향상시켜 인장 강도와 충격 강도를 개선했다.
• 시트라콘산 및 이타콘산 유도체는 입체적 및 전자기적 효과로 인해 일부 체계에서 마레인산 안하이드라이드보다 높은 반응성을 보였다.
• 생분해성 고분자와의 접합 공중합체는 열적 안정성과 기계적 성능이 향상되어 고성능 응용 분야에서의 사용이 가능해졌다.
• 이소구조적 유사체의 사용은 접합 공중합체의 기능적 다양성을 확장하여 용해도, 정련도 및 호환성 조절이 가능하게 하였다.