따혼 화

Appli때 Chemistry

,

Vol. 13, No. 1, April 2때， 41-44

빵샤씬 죠샤에 따혼 EEAlclay의 옐 죄 옐 화 연 유

1. 서론

표강란，겁기영.이경용 한육헨자혁연유원 e-mail : inra2002@hanmail.net

원전 시설에는 일반 산업시설과 마찬가지로 많은 부분에 유기 고분자 재료가 사용되고 있 다. 핵반웅 시설의 실링재와 전력 케이블의 절연체， 피복재는 유기 고분자 재료들의 중요한 용도들 중의 하나이다[ 1]. 원전에서 사용되는 고분자 재료들은 저선량의 방사선에 오랜 시간 에 걸쳐 노출되거나 볼의의 사고로 높은 선량의 방사선에 노출되는 경우가 발생활 수 있으 므로 사용되는 고분자 재료의 방사선에 대한 안정성이 우선적으로 파악되어야 한다 [2]. 특히 원전 케이블은 고온， 고압 뿐만 아니라 방사선 동의 특수한 환경에서도 특성올 유지해야 하 기 때문에， 청가제의 종류가 다양하다.

여러 가지 첨가제 중 내방사선 향상을 위한 산화방지제로는 열 안정제로 유용한 것으로 알려진 양자공여형 산화방지제인 퀴놀련계과 헤놀계 퉁이 있으나 고분자의 방사선 륙성의 보강을 위해 챔가제를 단순히 혼합하는 것은 고분자 수지 자체의 기계적 물성올 저하시키는 결과롤 초래하므로 단순 컴파운딩에서 벗어나 기계적 물성과 방사선 특성을 동시에 향상시 키기 위한 나노복합재료 기술의 도입이 필요하다. 나노복합재료는 고분자 재료에 나노 사이 즈의 입자를 박리， 분산시킴으로써 내충격성， 인성 및 투명성 퉁의 손상이 없이 강도， 내마 모성， 고온안정성， 난연특성 퉁이 향상된 새로운 개념의 소재로 무기충상 물질로 hectorite

와 montmorillonite(MMT) 와 같은 점토를 나노복합체의 충진제로 널리 사용되고 있다[3][4].

정토를 이용한 나노복합체는 기폰의 무기 충진제를 비교적 다량 함유하는 고분자 복합체에 비해 난연성의 중가， 기계적 물성 중가， 가스차단 특성 중가， 치수 안정성 중가， 투명성 중가，

열변형 온도 중가， 밀도 감소 둥 다양한 물성이 향상된다는 사실이 보고되고 있다[5].

본 연구에서는 최근 고압 전력케이블용 반도전충 고분자 매트릭스로 주목 받고 있는

Ethylene-ethyl acrylate(EEA)에 클레이를 혼합하여 방사선 조사에 따른 열적 변화를 DSC

로 관찰하였다.

2.

실험방법

2.1. 재료 및 시편 제작

본 실험에서 사용된 반도전충 재료는 Mitsui Dupont사 EEA 수지를 기본 재료로 사용하 였다. 유기화 콜레이는 충상 무기물인 Montmorillonite (MMT) 로써 유기화제로 2M2HT(dimethyl. dehydrogenated tallow. Quaternary ammonium) 를 At용한 Cloisite 15A (SouthernClay. LJSA) 롤 사용하였다.

용융혼합을 이용한 나노복합체 제조는 800mL xylene 에 EEA를 50^UC. 500rpm 조건하에 서 6h동안 교반하여 EEA 용액올 얻었고. 25^uC. 500rpm 조건하에서 lOh 통안 clay를

41

4 2

황인라·김기엽·이겸용

200mL xylene에 분산시켰다. 이 두 용액을 50⁰C, 400rpm 조건하에서 12h 동안 교반시켜 충분히 혼합한 후， 상온에서 700rpm 이상으로 강하게 교반시 키 면서 에 탄올 1000mL롤 서 서히 떨어뜨려 EEA-cl^<lY 침전물올 얻었고， 여파를 통해 용매를 충분히 제거한 후， 80⁰C 진 공오븐에서 50h 건조하였다. 건조된 EEA-clay 나노복합체를 압축 성형법올 통해 160⁰C, 4

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

2.2. 방사선조사

제조된 시 트형태의 시편은 한국원자력연구소 방사선 조사시설의 CoGOy-ra y선원올 사용하

여 실올， 대기 중에서 8kGy/hr의 선량융로 각각 O. 500. 1000. 1500kGy의 선량이 조사되 도복 조사시간을 죠절하였다.

2.3.DSC 측정

시차주사열량분석은 TA Instruments사의 Differential Scanning Calorimeter(Model QI000)을 사용하였으며， 통일한 질소분위기와 lO^oC/min 의 숭온속도로 -50-200⁰C 의 옹도 범위에서 측정하였다.

EEA

-CH: rCH-CH: r

0 ....•...•.. 1

C=o

D ....••.•..• + OCfis rγ4

b\r

^o.

y

-CH :r대-CH:r

•

crossl/nk/ng -CH: rCH-CH: r

/ ^、

C=O H

k ^’”

-CHrÇH-CH : r

crossl/nk/ng

CO + - CH: rCH-CH :r

•

crossιák/ng

Fig. 1. Schematic representation ofthe mechanism ofy- ray radiation-induced reactions taking place in EEA

3.

결과 및 토의

Fig. 2에 EEA, EENOC 의 DSC 곡선을 나타내었다. 그립에 나타난 것이 같이 EEA,

EENOC가 비숫한 DSC 곡선을 나타내고 있는 것을 볼 수 있었다. EEA의 유리전이온도 (Tg⁾ 는 -24⁰C로 나타났으며 EEA-clay 또한 거의 비숫한 Tμ를 나타내고 있다. 방사선 조사 후 에도 Tg는 큰 변화는 일어나지 않았다.

용융온도(T m) 를 살펴 보았을 때 방사선 조사 전에는 EEA 91.25"C, EEA-clay 9 1.49⁰C로 비숫한 Tm^{올 나타내고 있다.} 방사선 조사에 따른 T

m

^{의 변화롤} Table 1 에 나타내었다.

용용화학， 제 13 권 제 1 호， 2α19

방사선 조사에 따른 EENclay의 열석열화 연구 43

’

1 ³⁰

’

’ '20 110

70 80 go 100

Tempera1u매 ("C)

Non-iπadiated

’

00 r

%

‘

, ⁰

200

50 100 150

Temperature ("C)

o

듣펙

.50 10

o

.5

(>>

E)

§-t애잉工

(a) (b)

Fig. 2. DSC thermograms of non-irradiated EEA

,

EEA-

c1

ay (a) Melting temperatures as a function of y- radiation dose for EEA , EEA-clay (b)

500kGy 방사선 조사 후 미조사시와 비교하였올 때 2"C 안팎의 T_m 감소를 보았다. 이 후

lOOOkGy, 1500kGy 방사선올 조사하였을 때는 서서히 중가하는 경향을 보았다. 이러한 현 상은 방사선 조사에 의한 구조적 변화에 기인한 것으로 사료되며， 500kGy 방사선 조사시 Tm^{이 낮아진 이유는 낮은 분자량을 가지고 있는}

EEA

chain 의 형성 때문이라고 생각되어진 다[6][7]. lOOOkGy, 1500kGy 방사선올 조사하였을 때는 다시 Tm^{이 상숭하는 이유는 방사선}

조사로 절단반웅이 발생， 분자의 이동도를 중가시켜， 조사 중 아몰패스 영역에서 분자들의 결정화를 유도하여 Tm이 중가한 것으로 생각된다.

미조사시 EEA와 EENOC 는 비슷한 Tm을 가졌으나 방사선 조사하면서 클레이가 들어간 시편이 높은 Tm롤 나타내고 있었다. 이는 콜레이가 방사선을 차단하는

shielding

effect를 보였기 때문으로 사료된다.

EEA-

c1

ay

4.

철론

클레이가 챔가된 EEA 나노복합체 CEEA-clay) 를 용액혼합 및 침천법으로 제조하고，

를 측정하여 방사선 열적 열화를 살펴 보았다. 그 결과 Tg^{는 두 시편 모두 비슷한 값을 가} 지고 있었다. Tm^{과 같은 경우에는 미조사시에는 비슷한 값을 나타내다가 방사선의 열화가} 일어나면 EEA-clay가 높은 Tm^{값을 나타내었다.}

DSC

Table

1.

Melting temperatures as a

ωnction

ofy-radiation dose for EEA, EEA-clay

Applied Chemistry

, Vo1.

1

3,

N

o.

1

,

2003

1500kGy 90.69 91.50 1000KGy 89.62 91.54 500KGy

89.19 89.32 T_m (OCl

…”

-%

애

<

--!

n니〕

-”

‘‘

”‘

J

Saπlple

EEA EEA-Clay

44 황인라·김기엽·이경용

감사의를

본 연구는 교육과학부의 원자력연구개발사업지원올 받았기에 이에 감사드립니다.

참고문헌 R양'rences

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[7] Medhat M. Hassan, Nabil A. EI-Kelesh, Ahmed M. Dessouki “ Intluence 이‘ Gamma Irradiation on Waste Poly(propylene) Composites Containing Talc and High Crystallinity poly(propylene)" polymer composites (2008)

웅용화학， 제 13 권 제 1 호， 2αe