유변물성을 이용한 고분자 물질의 분석

유변물성을 이용한 고분자 물질의 분석 

유변학은 물질의 변형(deformation)과 응력(stress)을 다루는 학문이다.

 물질이 유동과 변형을 거칠 때 나타

내는 독특한 성질이 바로 그 물질의 유변물성이다. 

유변학에서 주로 대상으로 하고 있는 물질들은 플라스틱, 합

성섬유, 고무, 접착제, 도료, 잉크, 화장품 등이 있으며, 최근에는 새로운 산업적 기술에 대한 요구에 맞춰서 더욱

더 복잡한 “복합유체(complex fluids)”들이 생겨나고 있다. 예를 들어 최근에 관심이 고조되고 있는 에너지 소

재인 2차 전지는 유기물과 무기물이 혼합되어 있는 매우 복잡한 구조를 가지는 입자계 유체(현탁액, suspension)

를 이용하여 만들어진다. 현탁액은 특히나 비선형 유동하에서 특이한 유변물성을 보이는 것으로 알려져 최근에

많은 연구가 이루어지고 있다. 하지만 유변학에서 가장 많은 연구가 이루어진 분야는 고분자 유변학이다. 플라

스틱, 엘라스토머, 필름, 섬유 등은 고분자 용융체나 용액으로부터 복잡한 형태의 유동과 변형을 거쳐 제품으로

성형 가공되므로 유변물성은 가공공정에서 꼭 필요한 물성이라고 할 수 있다. 

하지만, 최근에는 유변물성이 가

공공정을 해석하는 용도 이외에도 고분자 물질 자체를 분석하는 데에도 아주 유용하게 사용되고 있다. 일반적

으로 유변물성 측정방법은 변형(또는 응력)을 가하여 나타나는 응력(또는 변형)을 측정하여 물질함수(또는 유

변물성)를 얻는 것을 말한다. 따라서 유변물성 측정방법은 유동의 종류에 따라 다양한 방법이 존재한다. 유동에

는 전단유동(shear flow)과 신장유동(elongational flow)이 존재하고, 전단유동에도 정상상태의 유동과 비정상

상태의 유동이 있다. 이러한 유동종류에 따라서 다양한 실험방법이 존재하고 거기에 따른 여러 가지 물질함수

도 존재한다. 다양한 종류의 유동을 구현하여 유변물성을 측정하는 장비를 레오미터(rheometer)라고 하는데

본 총설에서는 여러 종류의 레오미터중 회전형 레오미터(rotational rheometer) 그리고 가

장 많이 사용하는 유동과 유변물성을 소개하고 이를 고분자 물질을 분석하고 응용한다