3.1. H_P IPN 하이드로겔의 일반적 성질
3.1.2. H_P IPN 하이드로겔의 인장강도
IPN 하이드로겔의 물리적강도는 만능시험기(universal testing machine, UTM)를 사 용하여 측정하였다. 인장강도 측정에 사용된 하이드로겔 시편 크기는 두께 3 mm, 폭 10 mm, 길이 40 mm이며, 그리고 표점거리 20 mm로 일정한 직사각형 형태의 시편을 준비하였다. 이때 측정에 사용된 하이드로겔 시편들은 24 시간 동안 상온에 서 증류수로 수화 시킨 후 사용하였다. 또한 UTM 인장 강도 측정 조건은 분당 10 mm의 속도로 잡아당겼으며, 한 종류의 하이드로겔 샘플 당 최소 4 회 이상을 측정 하였다. 그리고 인장강도의 계산은 다음 식으로부터 계산된다.
max
σt : 인장강도 (MPa) Wmax : 최대 인장 하중 (N) A0 : 시험 전 시편의 단면적 (mm2)
Figure 3-2는 풀루란의 함량에 따른 IPN 하이드로겔의 인장강도를 나타낸 그래프 이다. 풀루란이 들어가지 않은 대조군(H_P0)의 인장강도 보다 풀루란이 포함된 모 든 실험군 샘플들의 인장강도가 증가하는 것을 알 수 있다. 크게는 4 배 이상 증가 하였으며, 작게는 2 배 정도 증가되는 것을 확인하였다. 이러한 결과는 상호침투가 교로 인한 2 개의 독립적인 가교 네트워크가 생성되면서 하이드로겔 네트워크의 가교 밀도가 증가함에 따라 하이드로겔의 인장강도가 증가하는 것으로 생각된다. 그러나 풀루란의 함량이 점차 증가함에 따라 인장강도는 서서히 감소 되는 것으로 나타났다. 풀루란 함량의 증가함에 따라 상호침투가교 네트워크가 증가하여 하이드 로겔 네트워크의 가교 밀도가 과도하게 증가하여 하이드로겔의 유연성을 감소시켜 인장강도를 하락시킨 것으로 설명할 수 있다.
Figure 3-2. Tensile strength of H_P IPN hydrogels.
Table 3-2. Tensile strength of H_P IPN hydrogels.
Sample name Tensile strength (MPa)
H_P0 0.0432
H_P1 0.2059
H_P3 0.1332
H_P5 0.0947
H_P10 0.0865
3.1.3. H_P IPN 하이드로겔의 열적 특성
IPN 하이드로겔의 열적 특성을 알아보기 위해 유리전이온도(Tg)와 열분해 온도를 측정하였다. 먼저 IPN 하이드로겔의 Tg는 TA사의 DSC를 사용하여 측정하였다. 측 정 실험은 질소 분위기하에서 진행하였으며, 20 °C에서 200 °C까지 분당 10 °C의 승온 속도로 측정하였다. 한편, IPN 하이드로겔의 열분해 온도는 TA사의 TGA를 사용하여 측정되었으며, 측정 실험은 질소 분위기하에서 진행하였고, 50 °C에서 600 °C까지 분당 10 °C의 승온 속도로 측정하였다. 그리고 측정에 사용된 샘플은 증류수에서 24 시간 동안 수화된 샘플을 2 mm 이하로 분쇄하여 60 °C의 건조 오 븐에서 24 시간 동안 완전히 건조 시킨 후 사용하였다.
Figure 3-3과 Table 3-3은 하이드로겔 및 IPN 하이드로겔의 DSC 측정 결과를 보 여준다. 먼저 풀루란이 포함되지 않은 대조군(H_P0)의 Tg는 107-108 °C로 측정되었 다. 한편 풀루란이 가장 적게 들어간 실험군인 샘플(H_P1)의 경우에는 112-113 °C, 가장 많은 풀루란이 포함된 실험군(H_P10)의 경우에는 119-120 °C이 측정되었다.
즉, 풀루란 함량이 증가함에 따라 하이드로겔의 Tg가 증가하는 것으로 관찰되었다.
Figure 3-4와 Table 3-4은 하이드로겔 및 IPN 하이드로겔의 TGA 측정 결과를 나 타낸 것이다. 먼저 풀루란이 포함되지 않은 대조군(H_P0)의 Tmax 열분해 온도는 255.45 °C로 측정되었다. 한편 풀루란이 가장 적게 들어간 샘플(H_P1)의 경우에는 259 °C, 풀루란이 가장 많이 포함된 샘플(H_P10)의 경우에는 375.18 °C로 측정되었 다. 이 결과는 풀루란의 열분해 온도가 250-280 °C로 HEMA 보다 높은 열안정성을 가지기 때문이라 할 수 있다. 결과적으로 IPN 하이드로겔에 풀루란 함량이 증가함
에 따라 열적 특성이 향상되었으며, 이는 풀루란의 높은 열안정성이 하이드로겔의
열안정성에 영향을 주기 때문이라 할 수 있다.
Figure 3-3. DSC curves of H_P IPN hydrogels.
Table 3-3. DSC Tg temperature of H_P IPN hydrogels.
Sample name Tg (°C)
H_P0 107-108
H_P1 112-113
H_P3 116-118
H_P5 117-119
H_P10 119-120
Figure 3-4. TGA curves of H_P IPN hydrogels.
Table 3-4. Thermal degradation temperature of H_P IPN hydrogels.
Sample name T5% (°C) Tmax (°C) T90% (°C)
H_P0 206.36 255.45 300.46
H_P1 212.26 258.92 308.66
H_P3 214.37 271.00 325.88
H_P5 221.37 326.17 395.80
H_P10 247.98 375.18 421.22