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Polymer(Korea), Vol.21, No.4, 621-632, July, 1997
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상용성 고분자 필름들간의 유리전이온도 사이에서 확산과 계면의 이동에 관한 연구
The Studies on Diffusion and Interface Displacement in Miscible Polymer Films between Their Grass Transition Temperatures
김유진
초록
유리전이온도(Tg)가 상이한 두 고분자들의 Tg사이의 온도에서 확산 및 두 필름들간의 계면이 이동하는 과정을 연구하였다. 높은 Tg(198 ℃)를 갖는 고분자로서 tetrarnethylbisphenol-A polycarbonate (TMPC), 이와 상용성을 가지련서 낮은 Tg(111 ℃)를 갖는 고분자로서 Polystyrene(PS)이 사용되었으며, Forward Recoil Spectrometry를 이용하여 이들 계면의 구조를 측정 하였다. 유리상의 고분자가 용융상의 고분자간 내로 용해되어 들어가는 본 확산과정에서, 계면의 이동이 시간의 제곱근에 비례하는 고전적인 Fickian 방식을 따름을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 다양한 분자량의 고분자들에 대하여, 그리고 여러 온도에서 일관되게 관찰되었다. 회전코팅 과정에서 발생된 비평형적인 상태가 완화되도록 충분히 TMPC 필름을 미리 열처리를 하여 그렇지 않은 경우와 비교한 결과, 열처리를 한 후에 0.60배 계면의 이동이 지체되었음을 볼 수 있었다. TMPC와 PS의 분자량에의 의존성, 그리고 온도에의 의존성은 TMPC의 PS 연속상내로의 추적자확산계수를 사용하여 정량적으로 설명할 수 있었다.
The diffusion and the displacement of the interface between the polymer films having different glass transition temperatures (Tg) were studied at the temperatures between their Tg's. The polymers investigated here were tetramethylbisphenol-A polycarbonate (TMPC,Tg=198 ℃) and polystyrene (PS Tg=111 ℃). Forward Recoil Spectrometry was used to obtain the depth profile of deuterium and hydrogen. During the dissolution of the glassy polymer into the melt polymer, the interface shifted linearly with the square root of time in classical Fickian fashion, and the consistent results were obtained for polymers with different molecular weights and at the various temperatures. TMPC film was preannealed before the diffusion to allow the relaxation of the non-equilibrium state generated during the spin coating process. After the sufficient preannealing, the interfacial displacement was 0.60 times retarded compared to that of the unpreannealed sample. Dependence of the molecular weights of TMPC and PS, as well as that of the temperature could be explained quantitatively in terms of the tracer diffusion coefficients of TMPC into PS matrix.
Keywords:interface;tracer diffusion;mutual diffusion;glass transition;entanglement
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