[논문 리뷰] Preparation of a clay based superabsorbent polymer composite of copolymer poly(acrylate-co-acrylamide) with bentonite via microwave radiation

Hussam-Aldeen Kalaleh, Mohammad Tally외 1명|arXiv (Cornell University)|2013. 11. 25.

Hydrogels: synthesis, properties, applications참고 문헌 1인용 수 9

한 줄 요약

이 연구는 벤토나이트-폴리(아크릴레이트-코-아크릴아미드) 수용성 복합체를 빠르게 마이크로파로 합성하는 방법을 제시하며, 물 흡수 능력이 1002 g/g에 도달한다. 이 방법은 점착성 있고 구조가 불량한 순수 공중합체에 비해 기계적 성질과 흡수 성질을 향상시키기 위해 점토와 고분자 간의 상호보완적 상호작용을 통해 젤 강도와 열적 안정성을 향상시킨다.

ABSTRACT

In this paper we present a fast, new and easy method for the preparation of bentonite-g-poly(acrylate-co-acrylamide) composite material using microwave radiation. The composite has water absorptivity of 1002 g/g while the corresponding copolymer is tacky and has poor gel texture. The relative thermal stability of the composite in comparison with the copolymer was proved via thermogravimetric analysis These results indicate the synergistic effect of the bentonite with the copolymer by increasing water absorptivity and enhancing thermal and mechanical properties of the final gel. The composite was characterized by X-ray and FTIR. The influence of the environmental parameters on water absorptivity such as the pH and the ionic force was investigated

연구 동기 및 목표

• 마이크로파 복사 에너지를 이용한 초고속·고효율의 수용성 복합체 합성 방법 개발.
• 벤토나이트 점토를 도입하여 폴리(아크릴레이트-코-아크릴아미드)의 기계적 및 열적 안정성 향상.
• 순수 공중합체에 비해 물 흡수 능력과 젤 강도 향상.
• pH 및 이온 강도가 복합체의 팽창 거동에 미치는 영향 조사.

제안 방법

• 아크릴레이트와 아크릴아미드를 벤토나이트 점토에 이(tf) 중합을 위해 마이크로파 복사를 에너지원으로 사용.
• 균일한 교차결합 및 접합 효율을 확보하기 위해 통제된 조건에서 반응 수행.
• 복합체의 구조 및 기능기 분석을 위해 X선 회절(XRD) 및 푸리에 변환 적외선 분광법(FTIR)을 활용.
• 복합체의 열적 안정성 평가를 위해 열중량 분석(TGA)을 사용.
• 환경 반응성 평가를 위해 다양한 pH 및 이온 강도 조건에서 팽창 용량 측정.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 마이크로파 복사는 점토 기반 수용성 복합체의 합성 속도와 효율을 향상시킬 수 있는가?
• RQ2 벤토나이트 점토의 도입은 폴리(아크릴레이트-코-아크릴아미드)의 물 흡수 능력과 젤 강도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 복합체의 열적 안정성은 순수 공중합체에 비해 어떻게 되는가?
• RQ4 pH 및 이온 강도는 복합체의 팽창 용량에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 XRD 및 FTIR로 확인된 접합 과정 중 발생하는 구조적 및 화학적 변화는 무엇인가?

주요 결과

• 복합체는 물 흡수 능력이 1002 g/g에 도달하여, 점착성 있고 구조가 불량한 순수 공중합체에 비해 뚜렷이 뛰어난 성능을 보였다.
• 열중량 분석 결과, 순수 공중합체에 비해 복합체의 열적 안정성이 향상되었음을 확인했다.
• XRD 및 FTIR 분석을 통해 벤토나이트 점토 구조에 공중합체의 성공적인 접합이 이루어졌음을 확인했다.
• 벤토나이트와 고분자 네트워크 간의 상호보완적 상호작용으로 인해 복합체의 기계적 성질이 향상되었다.
• 팽창 용량은 pH 및 이온 강도에 민감하게 반응함을 확인하여 환경 반응성 특성을 보였다.