본 연구에서는 졸-겔 공법을 이용하여 가스 차단 특성을 갖는 SiO2/EVOH(에틸렌 비닐알콜 공중합체) 하이브리드 물질을 제조하였다. 제조된 여러 조성의 하이브리드 졸을 표면 처리한 biaxially oriented polypropylene (BOPP) 기지재에 스핀 코팅 방식을 이용하여 코팅하였다. X선 회절 및 DSC 분석에 의해 하이브리드 내의 EVOH 상과 실리카 상 사이의 결합에 따른 결정화 거동의 변화를 조사하였다. 또한 SiO2/EVOH 하이브리드 겔의 모폴로지 관찰을 통하여, 100nm 이하의 실리카 입자들이 균열하게 분산된 매우 치밀한 상 미세구조를 갖는 하이브리드 물질을 제조하기 위해 필요한 Tetraethylorthosilicate (TEOS) 무기전구체의 최적 함량이 존재함을 알 수 있었다. 첨가된 TEOS 함량이 최적 함량보다 낮거나 높은 경우에는 큰 도메인의 입자 클러스터들이 형성되어 매우 불안정한 모폴로지를 나타내는 상분리 현상이 관찰되었다. 이러한 모폴로지 결과는 하이브리드 코팅 필름의 산소 투과도의 변화 결과와 일치하였는데, TEOS 함량이 0.01 - 0.02mol로 첨가되어 제조된 하이브리드로 코팅된 필름의 경우 매우 우수한 산소 차단 특성을 나타냈으며, 0.04mol 이상으로 첨가되었을 때는 상 분리 및 미세 균열 발생으로 인하여 그 차단 특성이 급격하게 감소하는 것으로 나타났다.

In this study, SiO2/poly(ethylene-co-vinyl alcohol)(EVOH) hybrid coating materials with gas barrier property could be produced using sol-gel method. The biaxially oriented polypropylene (BOPP) substrate with surface pretreatment was coated with the prepared hybrid sols containing various inorganic silicate component by a spin coating method. Crystallization behavior of the hybrids was investigated in terms of analysis of X-ray diffraction and cooling thermogram from DSC experiment. From the morphological observation of the SiO2/EVOH hybrid gel, it was confirmed that there existed an optimum content of inorganic silicate precursor, Tetraethylorthosilicate (TEOS), to produce hybrid materials with dense microstructure, exhibiting uniformly dispersed silica particles with average size below 100 nm. When TEOS was added at below or above the optimum content, particle clusters with large domain were observed, resulting in phase separation. This morphological result was found to be in good agreement with that of oxygen permeability of the hybrid coated films. In the case of film coated with hybrid prepared from addition of 0.01 - 0.02mol of TEOS, a remarkable improvement in barrier property could be obtained, however, with the addition of TEOS more than 0.04 mol, the barrier property was dramatically reduced because of phase separation and micro-crack formation on the film surface.

• 김성우 | Kim, Seong-Woo