일반기술

분무건조법으로 제조된 나노클레이와 그것을 이용한 고분자/클레이 나노복합재료

본 기술은 입자상태에서 입자의 두께가 나노 크기를 갖는 클레이를 제조하기위한 방법으로 분무건조 방법을 이용하였다. 분무건조방법(제2도)을 이용한 나노 두께를 갖는 클레이를 제조하기위해서는 마이크로 크기를 가지고 있는 스멕타이트계 클레이의 수중에서의 수화성을 이용하여 클레이와 물을 혼합하여 클레이의 층과 층이 수중에서 나노 크기로 박리 된 상태의 슬러리(slurry)를 제조하고 이러한 슬러리를 분무건조기의 분무 노즐을 통하여 이미 온도가 높은 상태로 예열 된 분무관 속으로 고압으로 분무하게 되면 물과 함께 여러 개의 층이 박리 된 상태로 수중에 존재하던 나노 두께를 갖는 클레이 입자가 분무되는 물 입자 속에 나노 크기로 존재하게 된다. 이러한 분무 된 물 입자는 안개와 같은 상태로 분무되기 때문에 분무건조기의 분무관 내부의 온도에 접촉하게 되면 순간적으로 건조되어 나노 두께를 갖는 입자가 제조된다. 이와 같은 분무건조방식에 의하여 제조된 클레이는 그 공정이 매우 간단하고 환경적으로는 어떠한 유해물질도 사용하지 않기 때문에 매우 친환경적인 방법이라고 할 수 있다. 제3도는 분무건조전 클레이를 나타내었다. 제4도는 기존의 유기화방식에 의한 유기화클레이 제조방법과 분무건조법에 의한 나노클레이입자의 제조공정을 비교하여 나타내었다. 그림에서와 같이 분무건조에 의한 나노클레이 입자의 제조방식이 기존 공정과 비교하여 제조공정이 매우 단순하고 제조된 최종입자의 크기가 나노크기(100nm이하)를 갖게 된다는 것을 알 수있다. 제5도는 분무건조방식으로 제조된 나노클레이("a"나노클레이의 면방향 형태, "b"나노클레이의 두께방향 형태)를 나타내었다.기존의 고분자/클레이 나노복합재료용 나노클레이 제조기술은 필수적으로 유기화 공정을 통하여 일차적으로 유기화클레이를 제조하고 그것을 사용하는 방식을 이용하였다. 그러나, 이러한 유기화클레이는 입자상태에서 입자의 크기나 두께가 마이크로 크기를 가지고 있고 입자의 형상 또한 벌크형태를 가지고 있기 때문에 그것을 이용하여 고분자/클레이 나노복합재료를 제조하기위해서는 클레이와 고분자의 상호작용 즉 기계적인 혼합에 의한 전단력을 가하여 준다든지 또는 용제를 사용하여 유기화클레이의 층간에 존재하는 유기화제를 용해 시켜 클레이를 박리 시키는 등의 공정을 거쳐서 나노화된 복합재료를 얻는 것이 일반적인 방식이었다.본 기술이 상기의 기술과 비교하여 우위에 있는 것은 유기화제를 클레이의 층간에 처리하는 유기화 방식을 사용하지 않고 입자상태에서 입자의 두께가 나노크기를 갖는 입자를 제조 할 수 있다는데에 있다.본 기술은 유기화방식을 사용하지 않음에 따라서 장시간에 걸친 반응시간이 필요없으며, 환경에 유해한 유기화제를 사용치 않음에 따라서 유기화공정에서 부수적으로 발생되는 폐수가 발생되지 않는등 친환경적인 나노클레이 제조 방법이라고 할 수 있다. 또한, 클레이의 크기나 형태가 입자상태에서 이미 나노크기와 판상형태를 가지고 있기 때문에 고분자와의 혼합만으로 고분자/클레이 나노복합재료를 제조 할 수 있는등의 장점을 가지고 있다.