다양한 화학구조를 가지는 폴리에스터계 폴리우레탄을 합성하였고, 그 생분해성을 연구하였다. 합성된 폴리우레탄의 중량평균 분자량은 겔투과 크로마토그래피에 의해 79106 부터 161,715까지 분포되었다. 가수분해성과 효소분해성은 ...
다양한 화학구조를 가지는 폴리에스터계 폴리우레탄을 합성하였고, 그 생분해성을 연구하였다. 합성된 폴리우레탄의 중량평균 분자량은 겔투과 크로마토그래피에 의해 79106 부터 161,715까지 분포되었다. 가수분해성과 효소분해성은 폴리올의 탄소수를 증가시킴에 따라 감소하였으며, 지방족 디이소시아내이트대신 방향족 디이소시아내이트를 사용할 경우 증가하였다. 소수성과 하드세그먼트 형성이 가수분해와 효소분해를 방해하는 것으로 보인다. 합성된 폴리우레탄은 화학구조에 따라서 퇴비화 조건에서 생분해되었다. 하드세그먼트 함량이 증가함에 따라 생분해 속도는 감소하였다. 또한 사용된 디이소시아내이트에 따라서 다음과 같은 순서로 생분해 속도가 증가하였다 : MDI < H12MDI < HDI. 지방족 디이소시아내이트로 구성된 폴리우레탄이 방향족 디이소시아내이트로 구성된 폴리우레탄 보다 높은 분해속도를 나타내었다. 이와 같은 사실은 하드세그먼트의 존재와 함량이 퇴비화 조건에서의 생분해성에 영향을 미치는 것을 의미한다. 폴리올의 탄소수가 증가함에 따라 퇴비화 조건에서의 생분해속도가 증가하여 폴리올이 폴리헥사메틸렌아디페이트디올 또는 폴리카프로락톤디올일 때 가장 큰 값을 보였다. 고분자 표면의 박테리아의 부착과 관계있는 표면소수성이 퇴비화 조건에서의 생분해속도에 영향을 미치는 것으로 사료된다. 침적응고법은 비대칭막을 제조하는 일반적인 방법으로써, 이 방법은 폴리우레탄 제품의 제조 시에도 응용된다. 균일한 고분자 용액을 얇게 도포한 후 비용매와 접촉시키면 계면 사이로 용매와 비용매간의 교환이 일어나 고분자가 많은 상과 고분자가 적은 상으로 상분리가 일어나게 된다. 상분리 과정이 막의 몰폴로지를 결정하게 되는데, 이러한 상분리 과정을 연구하기 위해서는 열역학과 동력학이 모두 필요하다. 본 연구에서는 interaction parameter를 측정하고, 고분자 용액의 열역학에 기초해서 바이노달 곡선과 스피노달 곡선을 계산하였다. 고분자 용액의 열역학은 Flory-Huggins 의 lattice treatment을 이용하여 이를 삼성분계로 확장하여 이용되었다. 또한 화학포텐셜과 삼성분간의 마찰계수를 관련시켜 삼성분계 확산방정식을 공식화하고 이를 수치해석적 방법으로 계산하여 상도상에서 고분자 용액의 조성 경로를 구하였다. 여기서 계면에서의 평형 경계조건 대신에 물질전달 계수를 포함하는 새로운 경계조건을 사용하였다. 이로써, 순간 침전의 경우 조성 경로 계산에 의해서 스피노달 상분리가 일어날 수 있음을 보일 수 있었다. 열역학과 동력학의 정보를 기초로 하여 폴리우레탄 막의 몰폴로지를 연구하고, 침적 응고과정에 의한 몰폴로지 형성에 관련된 상분리 미케니즘을 제안하였다. 침적응고과정에 의해 제조된 폴리우레탄 막은 거대기공(finger structure)과 셀 구조(cellular structure)를 보인다. 거대기공은 스피노달 상분리, 그리고 셀 구조는 스피노달 상분리 후의 이차 상분리에 기인하는 것으로 생각된다.
다양한 화학구조를 가지는 폴리에스터계 폴리우레탄을 합성하였고, 그 생분해성을 연구하였다. 합성된 폴리우레탄의 중량평균 분자량은 겔투과 크로마토그래피에 의해 79106 부터 161,715까지 분포되었다. 가수분해성과 효소분해성은 폴리올의 탄소수를 증가시킴에 따라 감소하였으며, 지방족 디이소시아내이트대신 방향족 디이소시아내이트를 사용할 경우 증가하였다. 소수성과 하드세그먼트 형성이 가수분해와 효소분해를 방해하는 것으로 보인다. 합성된 폴리우레탄은 화학구조에 따라서 퇴비화 조건에서 생분해되었다. 하드세그먼트 함량이 증가함에 따라 생분해 속도는 감소하였다. 또한 사용된 디이소시아내이트에 따라서 다음과 같은 순서로 생분해 속도가 증가하였다 : MDI < H12MDI < HDI. 지방족 디이소시아내이트로 구성된 폴리우레탄이 방향족 디이소시아내이트로 구성된 폴리우레탄 보다 높은 분해속도를 나타내었다. 이와 같은 사실은 하드세그먼트의 존재와 함량이 퇴비화 조건에서의 생분해성에 영향을 미치는 것을 의미한다. 폴리올의 탄소수가 증가함에 따라 퇴비화 조건에서의 생분해속도가 증가하여 폴리올이 폴리헥사메틸렌아디페이트디올 또는 폴리카프로락톤디올일 때 가장 큰 값을 보였다. 고분자 표면의 박테리아의 부착과 관계있는 표면소수성이 퇴비화 조건에서의 생분해속도에 영향을 미치는 것으로 사료된다. 침적응고법은 비대칭막을 제조하는 일반적인 방법으로써, 이 방법은 폴리우레탄 제품의 제조 시에도 응용된다. 균일한 고분자 용액을 얇게 도포한 후 비용매와 접촉시키면 계면 사이로 용매와 비용매간의 교환이 일어나 고분자가 많은 상과 고분자가 적은 상으로 상분리가 일어나게 된다. 상분리 과정이 막의 몰폴로지를 결정하게 되는데, 이러한 상분리 과정을 연구하기 위해서는 열역학과 동력학이 모두 필요하다. 본 연구에서는 interaction parameter를 측정하고, 고분자 용액의 열역학에 기초해서 바이노달 곡선과 스피노달 곡선을 계산하였다. 고분자 용액의 열역학은 Flory-Huggins 의 lattice treatment을 이용하여 이를 삼성분계로 확장하여 이용되었다. 또한 화학포텐셜과 삼성분간의 마찰계수를 관련시켜 삼성분계 확산방정식을 공식화하고 이를 수치해석적 방법으로 계산하여 상도상에서 고분자 용액의 조성 경로를 구하였다. 여기서 계면에서의 평형 경계조건 대신에 물질전달 계수를 포함하는 새로운 경계조건을 사용하였다. 이로써, 순간 침전의 경우 조성 경로 계산에 의해서 스피노달 상분리가 일어날 수 있음을 보일 수 있었다. 열역학과 동력학의 정보를 기초로 하여 폴리우레탄 막의 몰폴로지를 연구하고, 침적 응고과정에 의한 몰폴로지 형성에 관련된 상분리 미케니즘을 제안하였다. 침적응고과정에 의해 제조된 폴리우레탄 막은 거대기공(finger structure)과 셀 구조(cellular structure)를 보인다. 거대기공은 스피노달 상분리, 그리고 셀 구조는 스피노달 상분리 후의 이차 상분리에 기인하는 것으로 생각된다.
Polyester-polyurethanes having different chemical structure were synthesized and their biodegradabilities were investigated. Average molecular weight of the synthesized polyurethanes ranged from 79,106 to 161,715(Mw) by gel permeation chromatography. Hydrolytic and enzymatic degradation decreased wi...
Polyester-polyurethanes having different chemical structure were synthesized and their biodegradabilities were investigated. Average molecular weight of the synthesized polyurethanes ranged from 79,106 to 161,715(Mw) by gel permeation chromatography. Hydrolytic and enzymatic degradation decreased with the increase of the diol carbon chains in polyol, and increased by substituting aromatic diisocyanate with aliphatic diisocyanate. It is considered that hydrophobicity and hard segment formation seem to resist the hydrolytic and enzymatic degradation of polyurethanes. Synthesized polyurethanes were biodegradable under composting condition to certain extent depending on their chemical structures. As the hard segment content was increased, biodegradation rate decreased. Biodegradation rate of polyurethanes increased with the following order of diisocyanate used : MDI < H12MDI < HDI. Polyurethane composed of aliphatic diisocyanate showed higher biodegradation rate than polyurethane composed of aromatic diisocyanate. These facts indicates that presence and content of hard segment in polyurethane affect the biodegradability under composting condition. As the diol carbon chains of polyol increased, biodegradation rate under composting condition increased. When the polyol used is poly(hexamethylene adipate)diol or poly(caprolactone)diol, polyurethane showed maximum biodegradation rate under composting condition. Surface hydrophobicity, which is related to good adhesion of bacteria on the polymer surface, is considered to be a factor on biodegradation rate under composting condition. Immersion precipitation method is a general technique in preparation of polyurethane membrane and coated fabric. A thin film of a homogeneous polymer solution is contacted with a nonsolvent. Exchange of solvent and nonsolvent across the interface introduces phase separation of polymer film into polymer-rich phase and polymer-lean phase. The former results in a rigid, structural form of the membranes, while the latter gives a porous substructure. Thus, phase separation process determines the membrane morphology. To investigate the phase separation process, we need to know both thermodynamics and kinetics of phase separation. Firstly, knowledge of thermodynamics such as phase diagrams(binodals, spinodals, and critical compositions) enables one to change the conditions for the preparation of membranes such as compositions of the casting solution and of the coagulation bath to obtain optimal membrane structure. Kinetics of phase separation can be taken into account by solving ternary diffusion equations for the system of polymer/solvent/water. In this work, we measured the interaction parameters and calculated binodal and spinodal curves based on the thermodynamics of polymer solutions. The Flory-Huggins lattice treatment which was extended with a concentration-dependent interaction parameter, was used to describe the thermodynamics of the ternary system. We also formulated ternary diffusion equations relating chemical potential gradients in the polymer film with frictional coefficients between components, and obtained the composition paths in the phase diagrams through calculations of diffusion equations. In the present calculation, instead of equilibrium interfacial boundary conditions, we used a new boundary conditions including mass transfer coefficients. By doing this, we could demonstrate the possible spinodal decomposition mechanism in case of instantaneous demixing. Based on the basic information about both thermodynamics and kinetics discussed, we investigated the morphology of polyurethane membrane, and proposed the phase separation mechanism involved in morphology formation by immersion precipitation. We observed the macrovoid (finger-like structure) and the cellular structure (sponge-like structure) in polyurethane membranes prepared via phase inversion method. We suggest that macrovoid is resulted from the spinodal decomposition mechanism, and cellular structure is resulted from the secondary phase separation followed by spinodal decomposition.
Polyester-polyurethanes having different chemical structure were synthesized and their biodegradabilities were investigated. Average molecular weight of the synthesized polyurethanes ranged from 79,106 to 161,715(Mw) by gel permeation chromatography. Hydrolytic and enzymatic degradation decreased with the increase of the diol carbon chains in polyol, and increased by substituting aromatic diisocyanate with aliphatic diisocyanate. It is considered that hydrophobicity and hard segment formation seem to resist the hydrolytic and enzymatic degradation of polyurethanes. Synthesized polyurethanes were biodegradable under composting condition to certain extent depending on their chemical structures. As the hard segment content was increased, biodegradation rate decreased. Biodegradation rate of polyurethanes increased with the following order of diisocyanate used : MDI < H12MDI < HDI. Polyurethane composed of aliphatic diisocyanate showed higher biodegradation rate than polyurethane composed of aromatic diisocyanate. These facts indicates that presence and content of hard segment in polyurethane affect the biodegradability under composting condition. As the diol carbon chains of polyol increased, biodegradation rate under composting condition increased. When the polyol used is poly(hexamethylene adipate)diol or poly(caprolactone)diol, polyurethane showed maximum biodegradation rate under composting condition. Surface hydrophobicity, which is related to good adhesion of bacteria on the polymer surface, is considered to be a factor on biodegradation rate under composting condition. Immersion precipitation method is a general technique in preparation of polyurethane membrane and coated fabric. A thin film of a homogeneous polymer solution is contacted with a nonsolvent. Exchange of solvent and nonsolvent across the interface introduces phase separation of polymer film into polymer-rich phase and polymer-lean phase. The former results in a rigid, structural form of the membranes, while the latter gives a porous substructure. Thus, phase separation process determines the membrane morphology. To investigate the phase separation process, we need to know both thermodynamics and kinetics of phase separation. Firstly, knowledge of thermodynamics such as phase diagrams(binodals, spinodals, and critical compositions) enables one to change the conditions for the preparation of membranes such as compositions of the casting solution and of the coagulation bath to obtain optimal membrane structure. Kinetics of phase separation can be taken into account by solving ternary diffusion equations for the system of polymer/solvent/water. In this work, we measured the interaction parameters and calculated binodal and spinodal curves based on the thermodynamics of polymer solutions. The Flory-Huggins lattice treatment which was extended with a concentration-dependent interaction parameter, was used to describe the thermodynamics of the ternary system. We also formulated ternary diffusion equations relating chemical potential gradients in the polymer film with frictional coefficients between components, and obtained the composition paths in the phase diagrams through calculations of diffusion equations. In the present calculation, instead of equilibrium interfacial boundary conditions, we used a new boundary conditions including mass transfer coefficients. By doing this, we could demonstrate the possible spinodal decomposition mechanism in case of instantaneous demixing. Based on the basic information about both thermodynamics and kinetics discussed, we investigated the morphology of polyurethane membrane, and proposed the phase separation mechanism involved in morphology formation by immersion precipitation. We observed the macrovoid (finger-like structure) and the cellular structure (sponge-like structure) in polyurethane membranes prepared via phase inversion method. We suggest that macrovoid is resulted from the spinodal decomposition mechanism, and cellular structure is resulted from the secondary phase separation followed by spinodal decomposition.
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