열발광량을

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Applied Chemistry,

Vol.12. No.1. May 2008. 17-20

열발광량을 이용한 천연고무나노복합체의 방사선 열화 특성

활잎란

•

_김기엽

•

_이경용 한국원자력연구원

1. _서론

전력계풍 및 전력기 71 의 대용량화에 따라 전력케이블 뿐만 아니라 기가의 젤연재료에도 다 량의 유기고분자 소재가 사용되고 있으나， 유기고분자 소재는 방사선에 대해 취약한 단점윷 가져 이로 인한 각종 기기의 오동잔 01 나 젤띤성능의 저하는 설로 심각한 문제라고 한 수 있 다. 득히， 벙-사신 장내에서 사용되어지는 소재듬은 내방사산성음 필수적을 가져야 하나， 아 직 절떤재갚-의 방사선 열화에 관한 연구는 미흡한 실정이다[lJ. 또한 전 ?£1 케이블에 있어.

전력손실 뿐만 아니라 젤연파괴룹 일으켠 수 있는 유전율， 유전손실 및 기계적 뜩성에 관한 방사선 조사의 영향은 방사선 장내에서 피폭 뿐만 아니라 근접한 케이블 사이에서도 전자선 의 집적에 의해 성능이 지하할 가능성이 높-기 때문에 방사선 열화 평가는 충요-한 요소이다

[2.3J.

본 면구에서는 고분자 재료에 나노 사이즈의 입자콜 빅리， 분산시킴으로씨， 내충격성， 인성 및 푸명성 풍의 손상이 없이 강도， 내마오성， 고온안정성， 난연특성 똥이 향상된 새모운 개 념의 소재인 나노복합체룹 제조하여 [4] 방사선 열화룹 열발광 뜩성으로 검토하였다.

2. 실험

2.

^1. 제료 및 시편 제작

본 실험에서 사용된 고무매트릭스는 천연고무로서 (주)금호석유화학 (SVR CV50) 으로부터 제공받아 사용하였다. 유기화 클레이 (OC) 는 층상 무기물인 Montmorillonite _(MMT)로써 유기화제로 2M2HT(dimethyl, dehydrogenated tallow, Quaternary ammonium)를 사용한 Cloisite20A(CEC:95meq/100g,SouthernClay, USA)를 사용하였다.

용융혼합을 이용한 고무복합체 제조는 내부혼합기 (Haake Mess-Tcchnik GMBH, German)를 이용하여 5wt%의 중량올 가진 유기화 클레이 (OC)를 천연고무에 첨가하였다.

120'C,

60rpm의 조건에서 천연고무를 넣고 30초동안 소련시킨 뒤 충진제를 넣고 혼합한

다음 [5] 3분뒤에 활성화제로 산화아연 (zinc oxide) 5phr, 스테아르산 2phr를 넣고 혼합하였다.

총 10분동안 내부혼합기에서 혼합한 다음 이축밀 (DS-1500R， 위드랩)을 이용하여 가교재인 황 2phr, _촉진제로 TBBS(N-tert-butyl-2-benzothiazolesulfenamide) _0.8phr를 _{혼합한 후} 0.21\1Pa의 압력으로 150'C에서 두께 1mm의 시트형태로 제조하였다. 이후 제작된 시편은

한국원자력연구원 방사선 조사 시설의 Co

⁶

0y-ray선원올 사용하여 실온 대기 중에서 0.51\lrad의

선량울-코 조사하였다.

2.2 열발광량 측정

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

간에 따른 열발광량을 측정하였다. 열발광량 분석은 Chemiluminescence analyzer (Tohoku Electronic Industrial Co.,

MLA-GOLDS)를 사용하여 공기 분위 기 에 서

25'C, 5 O°C, 75'C, 100'C 의 온도로 열적 평형을 유지 한 후 20분간 분자 내 캐리어의 탈트랩으로 인한 발광량을 매초 검지하여 발광 횟수로 표시하였다.

17

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18 황인라·김기엽·이경용

3.1 열발광량 측정

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인가한 에너지에 의한 재료의 발광량 측정은 결함 및 열화를 진단하는 유용한 수단이 되 어 왔으며， 열발광은 전압을 인가하지 않은 상태에서 실온 이상의 온도에서만 관측이 가능 하며 열이 인가된 모든 부분에서 온도에 의해 발광하는 빛의 세기가 의존하게 된다. M.

Ieda, T. Mizutani. Y. Suzuoki 등의 연구에 의하면， 실온 이상에서 폴리에틸렌의 열발광은 트랩된 전하 캐리어익 탈트랩과 발광중심부(luminescent center)와의 적절한 재결합에 기 인한다고 하였다 [6].

본 연구에서 측정한 방사선 조사선량 대한 천연고무나노복합체의 열발광량의 변화를 온도 에 따라 그림 1 에 표시하였으며， 방사선 조사선량에 따른 열발광량의 크기를 그림 2에 나타 내었다. 그림 1 은 모든 시펀들이 온도가 상승함에 따라 열발광량이 증가하는 것올 나타내고 있다. 이것은 시편들의 측쇄가 용도상승에 따라 산화하여 발생한 라디칼의 반웅이 활발함을 의미한다. 미조사 시편에 비해 방사선이 조사된 시편에서는 전체적으로 열방광량이 중가하 는 경향을 나타내고 있다. 또한 방사선 조사선량에 비례하는 열발광량이 나타났음을 알 수 있는데， 이는 방사선 조사에 의한 천연고무의 분자사슬 절단으로 인해 도전성 이온， 가스 둥의 캐리어의 생성이 많아져 열발광량의 증가를 초래한 것으로 보인다 [7]. 또한 가교 후 생성된 유극성 가교부산물로 인해 전하 캐리어의 트랩 및 탈트랩이 더욱 용이하게 발생하여 열발광량을 증가시기기 때문인 것으로 해석되고 있다 [8]. 고분자의 방사선 조사에 의한 화 학적 변화에 관한 기존의 연구에 의하면 조사선량의 증가에 따라 카르보닐， 히드록시， 이중 결합 등이 증가하므로 이들 극성기의 생성이 열발광에 직접적인 영향올 미친다고 할 수 있 으며 이러한 극성기의 영향은 S. S. Bamji 등의 가교 폴리에틸렌에서 가교부산물의 열발광 에 미치는 영향과 같은 경우라고 할 수 있다 [9].

그림 3 는 천연고무와 천연고무나노복합체의 경우 나타나는 총열발광량을 비교한 그래프 이다. 대체적으로 천연고무나노복합체가 천연고무보다 방사선을 조사함으로써 더 큰 열발광 올 나타나는 것을 알 수 있다. 이는 클레이를 유기화 처리 시킬 때 쓰이는 유기화제인 2M2HT가 천연고무보다 쉽게 분해되어 카르보닐， 히드록시， 이중결합 등이 증가하고 천연 고무 또한 분자사슬 절단이 일어나 서로 복합작용을 일으켰기 때문으로 생각되어진다 [10.11].

3. 결과 및 고찰

그림 1. 온도에 따른 열발광량 Time(s)

- NR/OC- 2S"C - NR/OC- SO'C NR/OC- 7S’C - NRlOC-'OO'C

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용용화학， 제 12 권 제 1호， 2뼈

(3)

열발광량을 이용한 천연고무나노복합체의 방사선 열화 특성 19

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(a) 75"C 에서 측정한 천연고무 (b) 75"C 에서 측정한 천연고무나노복합체 그림 2. 방사선 조사선량에 따른 열발광량

8x10’ ....-tl- Pu애 NR ^2S"C^-11-Pu애 NR ^5O"C I

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Irradiation dose (Mrad)

3. 천연고무와 천연고무나노복합체의 총열 발광량

4.

결론

본 논문에서는 천연고무나노복합체의 방사선 조사시 일어나는 산화의 정도를 알아보기 위 하여 열발광량을 측정해보았다. 실험에서 모든 시편들은 용도가 상승함에 따라 열발광량이 중가하였고 감마선 조사된 시편의 열발광량은 조사되지 않은 시편보다 매우

많은 열발광량

을 나타내었다. 이것은 감마선이 시편들의 주쇄와 측쇄에 산화를 일으켰기 때문이었다. 또 한 천연고무나노복합체가 천연고무보다방사선올 조사함으로써 더 큰 열발광을 나타나는 것 을 알 수 있다. 이는 클레이를 유기화 처리 시킬 때 쓰이는 유기화제인 2M2HT가 천연고무 보다 쉽게 분해되어 카르보닐， 히드록시， 이중결합 등이 증가하고 천연고무 또한 분자사슬 절단이 일어나 서로 복합작용을 일으켰기 때문으로 사료된다.

감사의 글

본 연구는 과학기술부의 원자력연구개발사업지원을받았기에 이에 감사드립니다

Ap찌ied Chemistry,Vol. 12,No.1,_~

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황인라·깅기엽·이경용

참고문현

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웅용화학， 제 12 권 제 1호， 2α%

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