Applied Chemistry,

Vol. 13, No. 1, April 2뼈， 33-36

The Effect of y-Irradiation of EEA -clay nanocomposites

1. 서론

낌가엽， 활엎단. 이경용

한국원자력연유원 kykim2@kaeri.re.kr

유기고분자재료는 끔속 및 무기재료에 비해 비중이 낮고， 가공이 용이한 장점이 있어 전

력계통 빛 전력기기의 대용량화에 따라 전력케이볼 뿔만 아니라 기기의 절연재료에도 다량

의 고분자 소재가 사용되고 있다. 하지만 유기고분자 소재는 열적 성질 및 내연소성 퉁의

취약한 단점을 가지고 있올 뿐만 아니라 방사선에 대해서도 취약하여 이로 인한 각종 기기

의 오동작이나 절연성능의 저하는 실로 심각한 문제라고 할 수 있다. 특히， 방사선 장내에

서 사용되어지는 소재들은 내방사선성을 펼수적을 가져야 한다[1 ].

나노복합재료는 고분자 재료에 나노 사이즈의 입자를 박리， 분산시킴으로써， 내충격성 ，

인성 및 투명성 퉁의 손상이 없이 강도， 내마모성， 고온안정성， 난연특성 퉁이 향상된 새로

운 개념의 소재로 무기층상 물질로 hectorite와 montmorillonite(MMT)와 같은 클레이를

나노복합체의 충진제로 빌리 사용되고 있다[2][3][4][5]. 본 연구에서는 콜레이를 나노충진제

로 사용한 나노복합체의 방사선 조사에 따른 물성변화를 알아보기 위하여 TGA, CL롤 측정

하였다.

2. 실험 방법 2.1. 제를 및 시윈 쩌확

본 실험에서 사용된 재료는 :\1 i ts lI i DlIpon t사 EEA 수지롤 기본 재료로 사용하였다. 유기

화 콜레이는 충상 무기물인 :\1ontmorillonite (MMT)로써 유기화제로 2:\'12HT(climethyl,

dehydrogenatecl tallow. Quctternctry ctmmonium)를 사용한 Cloisite 1 G^ (SouthernClctv .

USA)를 사용하였다.

용융혼합을 이용한 나노복합체 제조는 800mL xylene에 EEA를 GO()C , GOOrpm 조건하에

서 6h동안 교반하여 EEA 용액올 얻었고， 250 C, 500rpm 조건하에서 lOh 통안 clay를

200mL xylene에 분산시켰다. 이 두 용액올 50()C , 400rpm 조건하에서 12h 동안 교반시켜

충분히 혼합한 후， 상옹에서 700rpm 이상으로 강하게 교반시키면서 에탄올 1000mL를 서

서히 떨어뜨려 EEA-clay 침전물올 얻었고， 여과를 통해 용매를 충분히 제거한 후， 800 C 진

공오븐에서 50h 건조하였다. 건조된 EEA-clay 나노복합체를 압축 성형법을 통해 1600 C, 4

톤의 힘으로 1분간 압축 성형올 실시하여 두께 0.8mm의 시트형태로 제조하였다.

2.2. 양사선호사

제조된 시트형태의 시편은 한국원자력연구소 방사선 조사시성의 Col;Oy-ray선원올 사용하

여 실옹， 대기 중에서 8kGy/hr의 선량율로 각각 0, 500, 1000, 1500kGy로 조사시켰다.

2.3. TGA 흑형

방사선 열화에 대한 물성 변화를 분석하기 위하여， TGA (TA instrllments, Hi-Res

33

34 김기엽 · 황인라 .6] 경용

Modulöted T GA 2950 Thermogrövimetric önölyzer)를 이용하여 수행하였다. 시료를 백금

가열판 위에 올려놓고 칠소 분위기에서 100"C까지 등온올 유지한 후 lO "C /min의 숭온속도

로 열중량분석올 측정하였다.

2.4. CL 혹형

방사선 조사에 따른 시편의 산화 정도와의 상관관계를 규명하기 위하여 엘챙 온도에서 시

간에 따른 열발광향올 측정하였다. 열발광량 분석은 Chemiluminescence 8mllyzer (Tohoku

Electronic Industrinl CO .. :\1LA-GOLDS)를 사용하여 공기 분위기에서 25 "c의 온도로 열적

형형올 유치 한 후 20분간 분자 내 캐리어의 탈튼랩으로 언한 발광량올 매초 검지하여 발

광 횟수로 표시하였다.

3. 결과 및 토의

3.1. TGA 톨혁

방사선올 조사한 후 열안정성올 살펴보기 위해 열중량분석올 실시하였다. 방사선 조사전

의 EEA와 EEA-clöy의 TGA의 그래프롤 비교해 보았을 때 EEA-clöy가 낮은 초기 분해를

가졌음올 얄 수 있다. 이는 EEA와 비교하였올 때 콜레이 유기화제로 쓰이는 dimethyl ,

dehydrogenél ted t81low , Q lIéltern8ry 8mmonillm가 훨씬 낮은 분해온도를 가지고 있어 주변

에 있는 EEA의 분해롤 가속화 시켜 초기의 분해온도는 EEA-clöy시편이 EEA보다 낮았다

[6]. 하지만 4 30UC이상의 온도에서는 clay가 들어간 EEA-clay시편이 높은 열안정성올 가졌

다. 그리 하여 EEA에 콜레이가 존재하였올 시 가장 분해가 급격하게 발생하는 Ã] 점인 DTA

peök가 약 200 C 중가하였다. 나노 크기로 분산 혼합된 무기 충진제인 나노 클레이는 높은

aspect ratio롤 갖는 층상 실리 케이트 구조로 각각의 충으로 박리되면 한 충의 두께가

lnm, 길이가 lOO- lOOOnm로써 매우 큰 비표면적과 배향(orientation)올 가져 가스차단성

을 향상시킨다. 이는 고분자에서 열과 산소가 빠르게 전이되는 것을 방해하여 결과척으로

나노복합체의 분해되는 온도를 상숭시키는 원인이 되었다[6][7][8].

방사선 조사후의 열안정성은 조사선량에 따라 그다지 큰 영향올 미치지 못하였다. 하지만

y-röy로 500kGy , 1000kGy, 1500kGy로 조사한 후에도 콜레이를 들어간 나노복합체가 전

체적으로 더 높은 분해온도를 가졌다. TGA의 결과로부터 콜레이가 들어칸 EEA-clélY가 순

수한 EEA보다 높은 열안정성올 가졌다.

3.2. CL 톨핵

본 연구에서 측정한 방사선 조사선량 대한 EEA, EEA- c! élY의 CL Intensity의 변화를 방

사선 조사선량에 따라 Fig.2에 나타내었다. 미조사 시편에 비해 방사선이 조사된 시편에서

는 전체적으로 CL Intensity가 증가하는 경향올 나타내고 있다. 또한 방사선 조사선량이 증

가할수록 CL lntensity가 증가하는 것올 알 수 있는데 ， 이는 방사선 조사에 의한 EEA의 분

자사슬 절단으로 인해 도전성 이온， 가스 퉁의 캐리어의 생성이 많아져 열발광량의 중가를

초래한 것으로 보인다[9]. 또한 가교 후 생성된 유극성 가교부산물로 인해 전하 캐리어의 트

랩 및 탈트램이 더욱 용이하게 발생하여 CL Intensit y가 증가한 것으로 해석되고 있다[ 10].

웅용화학， 제 13 권 제 l 호， 2αB

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고분자의 방사선 조사에 의한 화학적 변화에 관한 기존의 연구에 의하면 조사선량의 중가에

따라 카르보닐， 히드록시， 이중결합 퉁이 중가하므로 이들 극성기의 생성이 열발광에 직접

적인 영향올 미친다고 할 수 있으며 이러한 극성기의 영향은 가교 폴리에틸렌에서 가교부산

물이 열발광에 미치는 영향과 같은 경우라고 할 수 있다.

EEA파 EEA-clay의 CL Intensity를 비교해 보았올 때 대체적으로 EEA가 EEA-clay보다

큰 열발광올 나타나는 것올 알 수 있다 이는 방사선량이 높올수

원인으로는

방사선올 조사함으로써 더

확연한 차이를 str l1 ct l1 re가

탁월 한 béllTi e r 특성 이 방사선 조사 시 산소와

lilv e rl'd

barrier 역할올 하였기 때문이다[6J. 클레이의

방사선의 열화툴 감소시킨 것으로 생각되어 진다.

sili l"élt e 콜레이의 결과의 이

자유략디칼의 침투툴 지연시켜

보였다. 효L ....,

-e

. _. __ ._----- . ..... _---- {•- . •

~ -1텐헬김

100

뻐 ” m

(*--SE---80

/κ-------------. ‘55 800

O~듣웰 1500 500 1000

Do‘ (kGyl

300 '00 500

T_p.ratur. (.Cl

(b) (a)

Fig. 1. TG curves 이‘ non-irradiated EEA, EEA-c\ay (a) DTA peak temperature as a function of radiation

dose (b)

-등 8.10’ -동 N

‘ .. 틀 7.10’ 。

u ) -.. 흩 6.10’ • .. I -닙 5.10‘

1500 500 10∞

00 .. (kGy) o

Fig. 2 CL Intensity as a function of radiation dose

Applied Chemist:ry, Vo1. 13, No.1, :rog

36 김기엽·황인라·이경용

4. 결론

방사선조사에 따른 룰성의 변화를 TGA, CL를 통해 검토하였다. TGA를 측정하였올 경

우는 EEA-c lay시편은 EEA보다 높은 열분해온도를 보였다. CL intensity 또한 클레이를

첨가한 EEA-c lay카 낮은 값이 나왔다-

갑사의를

본 연구는 교육과학부의 원자력연구개발사업지원올 받았기에 이에 감사드립니다.

창고문헌

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