폴리우레탄의 표면 개질과 불소계 아크릴레이트 수지의 전기활성에 관한 연구 Surface modification of waterborne polyurethane and electroactive polymer based on fluoroalkylacrylate resin원문보기
폴리우레탄(PU)은 폴리올, 이소시아네이트, 쇄연장제의 간단한 부가반응에 의해 다양한 구조로 제조할 수 있으며, 산업재, 건축재, 스포츠 용품, 의료용 장비, 접착제와 코팅제 등과 같은 다양한 산업제품으로 활용 가능하다. 이러한 PU의 특성은 화학적 구조뿐만 아니라 PU의 거시적 구조에도 영향을 받는다. 종래의 용제형 PU는 재래적인 응용면에서 안정성과 환경적 규제로 인해 많은 나라에서 그 사용이 제한되고 있다. 그러한 환경적 이점과 동시에 용제 가격의 꾸준한 인상으로 말미암아 많은 분야에서 수분산PU가 용제형 PU를 점차적으로 대체하고 있다. 그러나 환경친화적인 소재인 수분산폴리우레탄(PUD)은 제조공정상 물과의 접촉이 필수적이므로 사용원료의 제한이 있으며, ...
폴리우레탄(PU)은 폴리올, 이소시아네이트, 쇄연장제의 간단한 부가반응에 의해 다양한 구조로 제조할 수 있으며, 산업재, 건축재, 스포츠 용품, 의료용 장비, 접착제와 코팅제 등과 같은 다양한 산업제품으로 활용 가능하다. 이러한 PU의 특성은 화학적 구조뿐만 아니라 PU의 거시적 구조에도 영향을 받는다. 종래의 용제형 PU는 재래적인 응용면에서 안정성과 환경적 규제로 인해 많은 나라에서 그 사용이 제한되고 있다. 그러한 환경적 이점과 동시에 용제 가격의 꾸준한 인상으로 말미암아 많은 분야에서 수분산PU가 용제형 PU를 점차적으로 대체하고 있다. 그러나 환경친화적인 소재인 수분산폴리우레탄(PUD)은 제조공정상 물과의 접촉이 필수적이므로 사용원료의 제한이 있으며, 우레탄 구조내에 도입되는 친수기의 존재로 건조속도가 느리고 가수분해에 민감한 단점이 있다. 특히 도포된 필름의 표면 물성은 수분산폴리우레탄(PUD)의 친수성세그먼트의 높은 표면에너지로 인한 물과 기름과 같은 외부적인 조건에 쉽게 필름의 물성의 저하가 발생한다. 이러한 결점을 보완하는 하나의 방법으로 내화학적, 열적, 내수성, 내오염성, 내스크래치성 등의 물성이 우수한 불소계 폴리머의 도입에 대한 연구가 이루어져 왔다. 그 중에서도 도포된 필름 표면 개질을 위하여 폴리머 주쇄상(main chain or side chain)에 도입하여 필름의 극 표면에 불소계 폴리머의 응집에 의한 표면 물성 변화에 대한 연구가 활발히 진행중이다. 그 중에서도 내 스크래치성과 내 오염성등이 요구되는 코팅제와 생체적합성이 요구되는 데에 적용이 되고 있다. 따라서 본 연구 제 1장에서는 이러한 본질적인 문제점을 보완하기 위해 불소계 폴리머의 장점을 최대한 부각시키기 위해 보다 적은 양의 표면 개질제로서 폴리우레탄의 표면 특성을 개질하였다. 이러한 낮은 표면에너지를 갖는 불소계폴리머는 필름형성시 air-interface으로 쉽게 migration되어 필름의 표면 물성을 개질이 가능하다. 일반적으로 불소계 분말(PTFE powder)를 첨가한 피복제 컴파운드는 불소계 수지의 응집을 방지하기 위하여 분산제를 별도로 첨가하여야 하며 피복후에도 상분리에 따른 내구성의 문제가 야기될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 불소계 monol을 이용하여 적절한 분자량의 표면 개질제인 urethane oligomer을 합성하여 폴리우레탄과 블렌딩하였다. 이때 oligomer의 단위 구조를 폴리우레탄의 경질상 구조와 일치시킴으로써 이들간의 수소결합 형성에 의한 상용성 증대를 도모하고자 하였다. 또한 폴리우레탄과 표면 개질제와의 분자량 차를 크게하여 보다 쉽게 불소계 urethane oligomer가 필름표면에 위치 할 수 있도록 분자설계를 하였다. 그 결과 SMA는 낮은 표면에너지를 갖는 불소(fluorine)와 저분자량(oligomer)으로 인한 말단 수의 증가에 따른 엔트로피(entropy)의 증가로 인해 쉽게 필름의 극 표면(free surface)에 위치 함을 나타내었으며, base PU와의 2차 결합인 수소결합(hydrogen bonding)으로 인해 기계적, 열적 특성이 향상됨을 알 수 있었다. 제 2장에서는 불소계 아크릴레이트를 사용하여 전기활성고분자의 한 형태인 이온교환 고분자-금속복합체(Ion-exchange Polymer Metal Composites, IPMC)하였다. 상용화된 Dupont의 Nafion의 경우 물성은 뛰어나나 재료의 가격이 비싸고 두께 조절이 어려움이 있어 이를 대체할 수 있는 재료를 개발하려는 노력이 계속되고 있다. 이러한 관점에서 Nafion을 대체할 수 있는 새로운 고분자 막을 합성하고 이를 바탕으로 이온교환 고분자-금속복합체를 제조하여 전기적 특성을 고찰하였다. 특히 본 실험에서는 구동 특성(Bending Performance)에 중요한 요소로 작용하는 하는 Counter-Cation(NaCl, LiCl) 및 Ionic Group의 Content에 따라 전기장 인가시의 구동특성을 알아보았다. 그 결과 이온함량이 25wt% 이면서 Li 양이온을 함유한 경우 비교적 적은 원자량과 ion-수분 간의 결합에 의한 클러스터(cluster)의 증가로 인해 초기 구동특성이 향상됨을 알 수 있었다.
폴리우레탄(PU)은 폴리올, 이소시아네이트, 쇄연장제의 간단한 부가반응에 의해 다양한 구조로 제조할 수 있으며, 산업재, 건축재, 스포츠 용품, 의료용 장비, 접착제와 코팅제 등과 같은 다양한 산업제품으로 활용 가능하다. 이러한 PU의 특성은 화학적 구조뿐만 아니라 PU의 거시적 구조에도 영향을 받는다. 종래의 용제형 PU는 재래적인 응용면에서 안정성과 환경적 규제로 인해 많은 나라에서 그 사용이 제한되고 있다. 그러한 환경적 이점과 동시에 용제 가격의 꾸준한 인상으로 말미암아 많은 분야에서 수분산PU가 용제형 PU를 점차적으로 대체하고 있다. 그러나 환경친화적인 소재인 수분산폴리우레탄(PUD)은 제조공정상 물과의 접촉이 필수적이므로 사용원료의 제한이 있으며, 우레탄 구조내에 도입되는 친수기의 존재로 건조속도가 느리고 가수분해에 민감한 단점이 있다. 특히 도포된 필름의 표면 물성은 수분산폴리우레탄(PUD)의 친수성 세그먼트의 높은 표면에너지로 인한 물과 기름과 같은 외부적인 조건에 쉽게 필름의 물성의 저하가 발생한다. 이러한 결점을 보완하는 하나의 방법으로 내화학적, 열적, 내수성, 내오염성, 내스크래치성 등의 물성이 우수한 불소계 폴리머의 도입에 대한 연구가 이루어져 왔다. 그 중에서도 도포된 필름 표면 개질을 위하여 폴리머 주쇄상(main chain or side chain)에 도입하여 필름의 극 표면에 불소계 폴리머의 응집에 의한 표면 물성 변화에 대한 연구가 활발히 진행중이다. 그 중에서도 내 스크래치성과 내 오염성등이 요구되는 코팅제와 생체적합성이 요구되는 데에 적용이 되고 있다. 따라서 본 연구 제 1장에서는 이러한 본질적인 문제점을 보완하기 위해 불소계 폴리머의 장점을 최대한 부각시키기 위해 보다 적은 양의 표면 개질제로서 폴리우레탄의 표면 특성을 개질하였다. 이러한 낮은 표면에너지를 갖는 불소계폴리머는 필름형성시 air-interface으로 쉽게 migration되어 필름의 표면 물성을 개질이 가능하다. 일반적으로 불소계 분말(PTFE powder)를 첨가한 피복제 컴파운드는 불소계 수지의 응집을 방지하기 위하여 분산제를 별도로 첨가하여야 하며 피복후에도 상분리에 따른 내구성의 문제가 야기될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 불소계 monol을 이용하여 적절한 분자량의 표면 개질제인 urethane oligomer을 합성하여 폴리우레탄과 블렌딩하였다. 이때 oligomer의 단위 구조를 폴리우레탄의 경질상 구조와 일치시킴으로써 이들간의 수소결합 형성에 의한 상용성 증대를 도모하고자 하였다. 또한 폴리우레탄과 표면 개질제와의 분자량 차를 크게하여 보다 쉽게 불소계 urethane oligomer가 필름표면에 위치 할 수 있도록 분자설계를 하였다. 그 결과 SMA는 낮은 표면에너지를 갖는 불소(fluorine)와 저분자량(oligomer)으로 인한 말단 수의 증가에 따른 엔트로피(entropy)의 증가로 인해 쉽게 필름의 극 표면(free surface)에 위치 함을 나타내었으며, base PU와의 2차 결합인 수소결합(hydrogen bonding)으로 인해 기계적, 열적 특성이 향상됨을 알 수 있었다. 제 2장에서는 불소계 아크릴레이트를 사용하여 전기활성고분자의 한 형태인 이온교환 고분자-금속복합체(Ion-exchange Polymer Metal Composites, IPMC)하였다. 상용화된 Dupont의 Nafion의 경우 물성은 뛰어나나 재료의 가격이 비싸고 두께 조절이 어려움이 있어 이를 대체할 수 있는 재료를 개발하려는 노력이 계속되고 있다. 이러한 관점에서 Nafion을 대체할 수 있는 새로운 고분자 막을 합성하고 이를 바탕으로 이온교환 고분자-금속복합체를 제조하여 전기적 특성을 고찰하였다. 특히 본 실험에서는 구동 특성(Bending Performance)에 중요한 요소로 작용하는 하는 Counter-Cation(NaCl, LiCl) 및 Ionic Group의 Content에 따라 전기장 인가시의 구동특성을 알아보았다. 그 결과 이온함량이 25wt% 이면서 Li 양이온을 함유한 경우 비교적 적은 원자량과 ion-수분 간의 결합에 의한 클러스터(cluster)의 증가로 인해 초기 구동특성이 향상됨을 알 수 있었다.
Fluorinated urethane oligomers (SMAs) having repeat unit identical to the hard segment of base polyurethane (PU) have been synthesized and blended with base PU prior to dispersion. XPS and static contact angle measurements showed that surfaces of dispersion cast film are significantly enriched with ...
Fluorinated urethane oligomers (SMAs) having repeat unit identical to the hard segment of base polyurethane (PU) have been synthesized and blended with base PU prior to dispersion. XPS and static contact angle measurements showed that surfaces of dispersion cast film are significantly enriched with SMA although SMA and base PU were miscible in bulk phase showing a single glass transition temperature. AFM showed that surface roughness of the dispersion cast film increased over 13 times with the addition of SMA(15%) providing possible mechanism of increased water and oil resistance as well as low friction coefficient of the film. A new type of ionomeric polymer-metal composite (IPMC) based on various compositions of perfluoroalkylacrylate-acryl acid copolymer with different types of counter cation has been synthesized by a radical copolymerization of fluoroalkyl acrylate (FA) and acrylic acid (AA). Swelling behavior of the membranes was studied in deionized water as well as in aqueous single salt solutions (LiCl, NaCl). Swell of membrane increased with the increase in ionic content of the copolymer. Swell in deionized water was much higher than in aqueous single solution. To examine its performance as a new electroactive polymer, actuation force and displacement responses to DC and step voltage across the ionic polymer-metal composite(IPMC) were measured. Results indicated that membranes prepared from 75/25(FA/AA)(FA25) gave an adequate flexibility and proper hydrated state allowing easy deflection toward the applied voltage. Surface morphology measurements (AFM, SEM) showed that platinum particles are predominantly located at the surfaces.
Fluorinated urethane oligomers (SMAs) having repeat unit identical to the hard segment of base polyurethane (PU) have been synthesized and blended with base PU prior to dispersion. XPS and static contact angle measurements showed that surfaces of dispersion cast film are significantly enriched with SMA although SMA and base PU were miscible in bulk phase showing a single glass transition temperature. AFM showed that surface roughness of the dispersion cast film increased over 13 times with the addition of SMA(15%) providing possible mechanism of increased water and oil resistance as well as low friction coefficient of the film. A new type of ionomeric polymer-metal composite (IPMC) based on various compositions of perfluoroalkylacrylate-acryl acid copolymer with different types of counter cation has been synthesized by a radical copolymerization of fluoroalkyl acrylate (FA) and acrylic acid (AA). Swelling behavior of the membranes was studied in deionized water as well as in aqueous single salt solutions (LiCl, NaCl). Swell of membrane increased with the increase in ionic content of the copolymer. Swell in deionized water was much higher than in aqueous single solution. To examine its performance as a new electroactive polymer, actuation force and displacement responses to DC and step voltage across the ionic polymer-metal composite(IPMC) were measured. Results indicated that membranes prepared from 75/25(FA/AA)(FA25) gave an adequate flexibility and proper hydrated state allowing easy deflection toward the applied voltage. Surface morphology measurements (AFM, SEM) showed that platinum particles are predominantly located at the surfaces.
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