[논문]PMMA 판재의 제조 및 기계적 특성

길기승; 김의식; 김대수

문제 정의

경화 반응 시스템을 두 가지 개시제에 의한 이중 경화 반응 시스템에서 세 가지 개시제에 의한 삼중 경화시스템으로 변경하여 경화 중 순간적인 급격한 발열반응을 억제하여 표면 평활성을 개선하고자 실험하였다. Table 4의 아래 부분에 나타낸 결과를 보면 알 수 있듯이 삼중 경화 반응 시스템에 대한 실험에서 개시제(CPN/BPO/BPEH)간 배합비가 0.
이 방법은 플라스틱 필름 위에 MMA 수지 배합물을 균일한 두께로 코팅한 다음 배합물의 위 부분도 플라스틱 필름, 로 덮어주어 필름을 운반체 및 주형으로 사용하여 연속적으로 PMMA 판재의 성형을 가능하게 하는 성형 방법이다 본 연구에서는 이러한 성형 공정에 적합한 PMMA 판재용 MMA 수지 배합물을 결정하여 우수한 성형 가공성 및 물성을 지닌 PMMA 판재를 제조하기 위한 한 가지 해결책을 마련하고자 한다. 그러므로 MMA 수지 배합물의 경화 온도 및 배합물을 구성하는 성분인 MMA 수지, 충전제, 경화제, 가교제, 소포제 및 연쇄 이동제 등의 조성이 PMMA 판재의 물성에 미치는 영향과 특성을 연구 고찰하였다.
많은 관심을 끌고 있다. 그러므로 PMMA 판재의 새로운 가공 방법의 개발에 대한 하나의 실마리를 제공하기 위하여 본 연구에서는 MMA 배합물의 조성 및 경화 조건이 PMMA 판재의 가공성 및 기계적 강도에 미치는 영향을 조사하여 우수한 성능을 나타낼 수 있는 MMA 배합물의 성분 및 조성을 결정하였을 뿐만 아니라 PMMA 판재의 두께에 따른 후경화 조건에 대한 지표도 마련하였다. MMA 배합물의 여러 가지 성분 중 충전제의 결합제 및 PMMA 수지의 개질제로 작용하는 아크릴산이 PMMA 판재의 기계적 특성의 향상에 중요한 역할을 하는 것으로 나타났다.
기본 MMA 배합물 및 기본 MMA 배합물에 충전제가 첨가된 MMA 배합물의 경우 일차 경화 시 급격한 발열 반응에 의한 온도 상승으로 경화되는 PMMA 판재의 내부 온도가 최고 128 ℃ 에 이르기 때문에 경화 반응이 너무 급격히 진행되어 표면 평활성이 떨어지고 균열 및 백화 현상이 나타나는 문제가 발생하였다. 그러므로 일차 경화 반응을 다소 억제하여 경화 반응 속도를 저하시킬 필요가 있으므로 기본 MMA 배합물에 연쇄이동제를 첨가하여 이러한 문제를 개선하기 위한 실험을 실시하였다. 기본 MMA 배합물에 충전제인 BW-153 180 phr을 첨가하고, 여기에 첨가되는 연쇄이동제의 함량을 0.
그러므로 후경화인 이차 경화 반응 중에 MMA 수지의 중합 반응에 의한 분자량의 상승 및 가교구조의 형성이 본격적으로 진행되므로 후경화 조건이 PMMA 판재의 물성에 더 큰 영향을 미치게 된다. 따라서 본 연구의 기본 MMA 배합물에 대한 최적의 이차 경화 온도 및 경화 시간을 설정하고자 PMMA 판재의 두께, 이차경화 온도, 경화 시간에 대해서 실험하였다. 후경화 온도, 후경화 시간 및 PMMA 판재의 두께에 따른 굴곡강도의 변화를 Table 2에 정리하여 나타내었다.
본 연구에서는 먼저 PMMA 판재의 경화 반응 및 표면 물성을 조절하기 위하여 연쇄이동제 및 개시제의 종류 및 함량을 변화시켜 가면서 이들의 조성을 최적화 하였다. 그렇지만 앞에서 열거한 실험 결과로부터 알 수 있듯이 가교제나 습윤분산제의 함량 변화를 통한 PMMA 판재의 기계적 물성 개선에는 한계가 있었으므로 PMMA 판재의 우수한 기계적 물성을 확보하기 위하여 가교제, 습윤분산제, 커플링제의 종류 및 함량을 변화시켜 가면서 이들의 성분 및 조성을 최적화 하였으며 Table 7에 그 성분 및 조성이 나타나 있다
기본 MMA 배합물의 결정 및 기계적 특성. 본 연구에서는 문헌 조사^1,4,12및 예비 실험을 통해 결정된 기본 MMA 배합물의 조성을 토대로 최적의 가공성 및 물성을 나타낼 수 있는 PMMA 판재용 MMA 배합물의 성분 및 조성에 대해 연구하였다 Table 1에 PMMA 판재용 기본 MMA 배합물의 조성을 나타내었다.
커플링제의 영향. 앞 절의 실험 결과로부터 알 수 있듯이 가교제나 습윤분산제 등의 함량 변화를 통한 PMMA 판재의 기계적 물성 개선에는 한계가 있었으므로 MMA 시럽과 충전제 사이의 계면 결합력을 증진시키기 위하여 첨가되는 기본 실란계 커플링제 외에 아크릴산을 커플링제 및 PMMA 수지 개질제로 MMA 배합물에 첨가하여 아크릴산의 함량 변화에 따라 제조된 PMMA 판재의 물성을 조사해 보기로 하였다. Table 7에 나타난 조성과 같이 MMA 배합물 내부에 첨가되는 아크릴산의 함량에 변화를 주어 PMMA 판재를 제조한 후 기계적 물성을 조사하였다.
이 방법은 플라스틱 필름 위에 MMA 수지 배합물을 균일한 두께로 코팅한 다음 배합물의 위 부분도 플라스틱 필름, 로 덮어주어 필름을 운반체 및 주형으로 사용하여 연속적으로 PMMA 판재의 성형을 가능하게 하는 성형 방법이다 본 연구에서는 이러한 성형 공정에 적합한 PMMA 판재용 MMA 수지 배합물을 결정하여 우수한 성형 가공성 및 물성을 지닌 PMMA 판재를 제조하기 위한 한 가지 해결책을 마련하고자 한다. 그러므로 MMA 수지 배합물의 경화 온도 및 배합물을 구성하는 성분인 MMA 수지, 충전제, 경화제, 가교제, 소포제 및 연쇄 이동제 등의 조성이 PMMA 판재의 물성에 미치는 영향과 특성을 연구 고찰하였다.

제안 방법

충전제의 영향. PMMA 판재의 물리적 특성 및 경제성을 고려하여 MMA 배합물에 충전제를 첨가하는 실험을 실시하였다. PMMA 판재의 중분한 물성을 확보하기 위하여 알루미나 충전제의 함량은 기본 수지인 MMA 시럽의 함량 대비 180 phr (parts per hundreds of MMA syrup)이 첨가되었으며 각각의 충전제의 입자 크기는 9, 15, 25, 55 micron 이었다.
틀 주형을 주형 몸체에서 분리하였다. PMMA 판재의 위 아래 부분에 PVAc 필름이 부착되어 있는 상태로 MMA 수지 배합물의 후경화를 위하여 130~150 ℃로 예열된 강제 순환식 오븐에 넣어 오븐 온도 및 PMMA 판재의 두께에 따라 60~240분 동안 후경화 시켰다. 후경화가 완료된 PMMA 판재를 공기 중에서 자연 냉각한 다음 PVAc 필름을 제거하여 PMMA 판재를 얻었으며 시편을 제작하여 기계적 특성을 조사하였다
PMMA 판재의 물리적 특성 및 경제성을 고려하여 MMA 배합물에 충전제를 첨가하는 실험을 실시하였다. PMMA 판재의 중분한 물성을 확보하기 위하여 알루미나 충전제의 함량은 기본 수지인 MMA 시럽의 함량 대비 180 phr (parts per hundreds of MMA syrup)이 첨가되었으며 각각의 충전제의 입자 크기는 9, 15, 25, 55 micron 이었다. 입자의 크기가 다른 충전제를 함유하고 있다는 점을 제외하면 각각의 MMA 배합물은 성분 및 조성이 기본 MMA 배합물 (Table 1)과 동일하였다.
일합필름)을 사용하였다. PVAc 필름이 일반 MMA 배합물의 경화 시 동반되는 수축에 대한 대응성이 좋을 뿐만 아니라 가스 차단성 또한 우수하여 MMA 수지 배합물의 경화 시 공기와의 접촉을 방지하여 PMMA 판재의 표면 특성을 향상시킬 수 있을 것으로 판단되었기 때문에 본 연구에서는 PVAc 필름을 사용하였다.
앞서 제조한 여러 MMA 배합물을 사용하여 성형한 PMMA 판재의 경우 모두 표면 평활성이 좋지 않다는 문제가 있었으므로 이러한 문제점을 해결하기 위하여 MMA 배합물 내부에 첨가되는 반응개시제의 종류 및 양에 변화를 주어 13 mm 두께의 PMMA 판재를 제조한 후 그 결과를 조사하였다. Table 4에 나타냈듯이 기본 MMA 배합물의 조성 및 성분을 기준으로 충전제인 BW-153을 180 phr, 연쇄이동제인 n-DDM을 0.4 phr, 그리고 개시제인 CPN과 BPO를 각각 0-0.3 phr 함유한 배합물에 대해 실험하였다.
앞 절의 실험 결과로부터 알 수 있듯이 가교제나 습윤분산제 등의 함량 변화를 통한 PMMA 판재의 기계적 물성 개선에는 한계가 있었으므로 MMA 시럽과 충전제 사이의 계면 결합력을 증진시키기 위하여 첨가되는 기본 실란계 커플링제 외에 아크릴산을 커플링제 및 PMMA 수지 개질제로 MMA 배합물에 첨가하여 아크릴산의 함량 변화에 따라 제조된 PMMA 판재의 물성을 조사해 보기로 하였다. Table 7에 나타난 조성과 같이 MMA 배합물 내부에 첨가되는 아크릴산의 함량에 변화를 주어 PMMA 판재를 제조한 후 기계적 물성을 조사하였다. 가교제나 습윤분산제의 경우와는 달리 아크릴산의 함량 변화가 PMMA 판재의 물성에 미치는 영향은 아주 큰 것으로 나타났다.
가교제의 영향. 개시제의 성분 및 함량을 조절함으로써 PMMA 판재의 표면 평활성은 개선되 었지만 물성이 저하되는 결과를 초래하였으므로 개시제의 배합비를 고정한 상태에서 MMA 배합물의 성분 및 조성에 변화를 주어 물성을 향상시키는 것이 필요하게 되었다 PMMA 판재의 물성에 커다란 영향을 주는 요인 중의 하나가 물리적 분자 구조이므로 이를 조절하기 위하여 Table 5에 나타난 조성과 같이 가교제의 함량을 변화시켜 PMMA 판재의 물성에 미치는 영향을 살펴 보았다.
앞의 실험 결과로부터 알 수 있듯이 가교제의 함량 변화를 통한 PMMA 판재의 물성개선에는 한계가 있었으므로 MMA 배합물에 첨가되는 습윤분산제의 함량 변화에 따라 제조된 PMMA 판재의 물성을 조사해 보기로 흐]였다 습윤분산제는 PMMA 수지가 충전제 표면에 잘 퍼질 수 있도록 도와주는 역할을 하는 것으로 첨가에 따른 물성의 향상을 기대할 수 있다. 그러므로 Table 6에 나타낸 조성과 같이 MMA 배합물 내부에 첨가되는 습윤분산제의 양에 변화를 주어 PMMA 판재를 제조한 후 물성을 조사하였다.
기계적 특성 : 건축 내 · 외장재로의 적용을 고려할 경우 제조된 PMMA 판재의 물성 중 가장 중요한 것 중의 한 가지가 기계적 강도이므로 PMMA 판재의 굴곡 특성을 조사하였다. 3점 굴곡 시험을 진행하기 위하여 만능재료시험기(Instron Series IV)를 사용하였으며, ASTM D-790 규격에 준하여 PMMA 판재의 굴곡 강도 및 굴곡 탄성율을 즉정하였다.
기본 MMA 배합물을 사용흐여 제조된 13mm 두께의 PMMA 판재의 경우 기계적 물성은 양호하나 배합물의 일차 경화 시 경화 반응에 의한 급격한 발열로 인해 경화속도가 불균일하여 성형된 PMMA 판재의 표면이 평활하지 못하고 부분적으로 균열이 발생되어 MMA 배합물의 성분 및 조성의 조정이 필요한 것으로 나타났다. 기본 MMA 배합물의 물성은 60℃에서 1시간 동안 일차 경화를 하고 130 ℃에서 3시간 동안 후경화한 PMMA 판재의 시편을 가지고 측정하였다.
온도 조절이 가능하고 중심부에 교반 장치가 장착된 믹서 내에 MMA 단량체를 1000 g 투입하여 단량체의 온도가 약 60℃가 될 때까지 60~80 rpm으로 혼련하였다. 단량체의 온도가 60℃에 도달하면 혼련을 멈추고 믹서 내에 200 g의 PMMA 비드 (bead)를 여러 차례 나누어 투입한 후 믹서 내부의 온도를 60±3 ℃로 유지시키면서 60분간 혼련하여 PMMA 비드가 완전히 용해된 시럽 형태의 MMA 용액을 얻었다.
이용하여 PMMA 판재를 제조하였다. 먼저 편평한 알루미늄 판 위에 PVAc 필름을 주름지지 않게 깔고, 가로 150 mm, 세로 100 mm, 그리고 높이 13 mm (or 6 mm, or 19 mm)인 두께 틀 주형을 올려 놓고 두께 틀주형의 아래 부분으로 수지가 새지 않도록 밀착하여 고정시킨 후, MMA 배합물을 약간 넘칠 정도로 가득 부어 넣고 코팅 나이프로 두께 틀 위 부분을 일정한 속도로 긁어 주어 편평하게 한 다음 공기가 삽입되지 않도록 밀착 롤러를 이용하여 PVAc 필름을 위 부분에 덮어 주고 그 위에 두께 틀의 아래 부분에 있는 것과 동일한 알루미늄 판을 얹어 고정하였다.
밀도 : 제조된 PMMA 판재 조각을 물에 담가 본 결과물에 가라 앉았기 때문에 밀도가 1보다 크다는 것을 알 수 있었으므로 정밀한 메스 실린더와 저울을 이용하여 PMMA 판재 조각의 부피와 질량을 측정할 수 있었으며 이렇게 구한 질량을 부피로 나눔으로써 밀도를 구할 수 있었다.
개시제의 영향. 앞서 제조한 여러 MMA 배합물을 사용하여 성형한 PMMA 판재의 경우 모두 표면 평활성이 좋지 않다는 문제가 있었으므로 이러한 문제점을 해결하기 위하여 MMA 배합물 내부에 첨가되는 반응개시제의 종류 및 양에 변화를 주어 13 mm 두께의 PMMA 판재를 제조한 후 그 결과를 조사하였다. Table 4에 나타냈듯이 기본 MMA 배합물의 조성 및 성분을 기준으로 충전제인 BW-153을 180 phr, 연쇄이동제인 n-DDM을 0.
MMA 시럽 및 배합물을 제조하기 위하여 다음과 같은 방법을 사용하였다. 온도 조절이 가능하고 중심부에 교반 장치가 장착된 믹서 내에 MMA 단량체를 1000 g 투입하여 단량체의 온도가 약 60℃가 될 때까지 60~80 rpm으로 혼련하였다. 단량체의 온도가 60℃에 도달하면 혼련을 멈추고 믹서 내에 200 g의 PMMA 비드 (bead)를 여러 차례 나누어 투입한 후 믹서 내부의 온도를 60±3 ℃로 유지시키면서 60분간 혼련하여 PMMA 비드가 완전히 용해된 시럽 형태의 MMA 용액을 얻었다.
이렇게 제조된 MMA 배합물과 두께 틀 주형 및 PVAc 필름을 이용하여 PMMA 판재를 제조하였다. 먼저 편평한 알루미늄 판 위에 PVAc 필름을 주름지지 않게 깔고, 가로 150 mm, 세로 100 mm, 그리고 높이 13 mm (or 6 mm, or 19 mm)인 두께 틀 주형을 올려 놓고 두께 틀주형의 아래 부분으로 수지가 새지 않도록 밀착하여 고정시킨 후, MMA 배합물을 약간 넘칠 정도로 가득 부어 넣고 코팅 나이프로 두께 틀 위 부분을 일정한 속도로 긁어 주어 편평하게 한 다음 공기가 삽입되지 않도록 밀착 롤러를 이용하여 PVAc 필름을 위 부분에 덮어 주고 그 위에 두께 틀의 아래 부분에 있는 것과 동일한 알루미늄 판을 얹어 고정하였다.
이렇게 준비된 MMA 시럽과 가교제, 커플링제, 습윤분산제, 연쇄이동제, 개시제 등을 다시 믹서에 투입한후 내부의 온도를 60±3 ℃로 유지시키면서 15분 동안 일차 혼련을 한 다음 여기에 충전제를 투입하여 15분 동안 이차 혼련을 한 후 MMA 배합물의 점도를 확인하였다. 이 때 MMA 배합물의 점도를 6000~8000 cp 정도로 조절하는 것이 PMMA 판재의 가공 공정 측면에서 적당하므로 이 범위를 벗어나지 않도록 주의 깊게 조절하였다.
PMMA 판재의 위 아래 부분에 PVAc 필름이 부착되어 있는 상태로 MMA 수지 배합물의 후경화를 위하여 130~150 ℃로 예열된 강제 순환식 오븐에 넣어 오븐 온도 및 PMMA 판재의 두께에 따라 60~240분 동안 후경화 시켰다. 후경화가 완료된 PMMA 판재를 공기 중에서 자연 냉각한 다음 PVAc 필름을 제거하여 PMMA 판재를 얻었으며 시편을 제작하여 기계적 특성을 조사하였다

대상 데이터

)를 가교제로 사용하였다. MMA 수지와 충전제 사이의 결합을 증진시키기 위하여 실란 커플링제인 A-174 (Shinetsu Co.)와 산성 커플링제인 아크릴산을 사용하였다. PMMA 시럽 제조과정에서 교반에 의해 생성되는 기포를 제거하기 위하여 DC-1400(한국 다우코딩)을 소포제로 사용하였다 BYK-W980(불포화 polyamine amide와 acidic polyester의 염 용액, BYK-Chemie GmbH)은 충전제 표면에 수지가 잘 퍼지도록 하기 위한 습윤 분산제(wetting agent)로 사용하였으며, w-dodecylmercaptan(n-DDM, Chevron Philips)은 MMA 수지의 중합반응을 조절하기 위한 연쇄이동제(chain transfer agent)로 사용하였다.
)가 MMA 시럽 제조용 PMMA 고분자로 사용되었다. MMA 수지의 가교중합을 위하여 이관능성의 ethylene glycol dimethacrylate(EGDMA, Sartomer Co.)를 가교제로 사용하였다. MMA 수지와 충전제 사이의 결합을 증진시키기 위하여 실란 커플링제인 A-174 (Shinetsu Co.
PMMA 시럽 제조과정에서 교반에 의해 생성되는 기포를 제거하기 위하여 DC-1400(한국 다우코딩)을 소포제로 사용하였다 BYK-W980(불포화 polyamine amide와 acidic polyester의 염 용액, BYK-Chemie GmbH)은 충전제 표면에 수지가 잘 퍼지도록 하기 위한 습윤 분산제(wetting agent)로 사용하였으며, w-dodecylmercaptan(n-DDM, Chevron Philips)은 MMA 수지의 중합반응을 조절하기 위한 연쇄이동제(chain transfer agent)로 사용하였다. MMA 시럽의 중합반응의 개시를 위한 개시제로는 액상의 중합 반응 개시제인 cumyl peroxy neodecanoate CPN, Luperox 188-M-70)와 t-butyl peroxy 2-ethyl hexanoate(BPEH, Luperox 26), 그리고 고상의 중합반응 개시제인 benzoil peroxide (BPO)를 사용하였다. 알루미나 무기 충전제로 사용된 H-320, BW-153, CW-325IM 그리고 BW-53 (Sumitomo Chem.
PMMA 판재 제조용 MMA 수지 배합물을 만들기 위하여 본 연구에서 사용한 시약 및 재료의 특징과 용도를 간략히 열거하면 다음과 같다. Methyl methacrylate(MMA, LG MMA Co.)가 단량체로 사용되었고, PMMA(IF850, LG MMA Co.)가 MMA 시럽 제조용 PMMA 고분자로 사용되었다. MMA 수지의 가교중합을 위하여 이관능성의 ethylene glycol dimethacrylate(EGDMA, Sartomer Co.
)와 산성 커플링제인 아크릴산을 사용하였다. PMMA 시럽 제조과정에서 교반에 의해 생성되는 기포를 제거하기 위하여 DC-1400(한국 다우코딩)을 소포제로 사용하였다 BYK-W980(불포화 polyamine amide와 acidic polyester의 염 용액, BYK-Chemie GmbH)은 충전제 표면에 수지가 잘 퍼지도록 하기 위한 습윤 분산제(wetting agent)로 사용하였으며, w-dodecylmercaptan(n-DDM, Chevron Philips)은 MMA 수지의 중합반응을 조절하기 위한 연쇄이동제(chain transfer agent)로 사용하였다. MMA 시럽의 중합반응의 개시를 위한 개시제로는 액상의 중합 반응 개시제인 cumyl peroxy neodecanoate CPN, Luperox 188-M-70)와 t-butyl peroxy 2-ethyl hexanoate(BPEH, Luperox 26), 그리고 고상의 중합반응 개시제인 benzoil peroxide (BPO)를 사용하였다.
PMMA 판재 성형 시 주형용 필름으로는 두께 40 micron의 poly(vinyl acetate) (PVAc) 필름 (HI-SELON C-200AX, 일합필름)을 사용하였다. PVAc 필름이 일반 MMA 배합물의 경화 시 동반되는 수축에 대한 대응성이 좋을 뿐만 아니라 가스 차단성 또한 우수하여 MMA 수지 배합물의 경화 시 공기와의 접촉을 방지하여 PMMA 판재의 표면 특성을 향상시킬 수 있을 것으로 판단되었기 때문에 본 연구에서는 PVAc 필름을 사용하였다.
기본 MMA 배합물을 사용하여 제조된 13 mm 두께의 PMMA 판재는 굴곡 강도가 740 kgf/cm²인 것으로 측정되었다. 기본 MMA 배합물을 사용흐여 제조된 13mm 두께의 PMMA 판재의 경우 기계적 물성은 양호하나 배합물의 일차 경화 시 경화 반응에 의한 급격한 발열로 인해 경화속도가 불균일하여 성형된 PMMA 판재의 표면이 평활하지 못하고 부분적으로 균열이 발생되어 MMA 배합물의 성분 및 조성의 조정이 필요한 것으로 나타났다.
3점 굴곡 시험을 진행하기 위하여 만능재료시험기(Instron Series IV)를 사용하였으며, ASTM D-790 규격에 준하여 PMMA 판재의 굴곡 강도 및 굴곡 탄성율을 즉정하였다. 만능재료시험기의 cross head speed는 1 mm/min으로 고정하여 실험하였으며, span-to-depth ratio가 4:1이 되도록 판상의 PMMA 시편 (100 mm ×25 mm×13 mm)을 제작하고 실험 장치를 구성하여 실험하였다.

이론/모형

조사하였다. 3점 굴곡 시험을 진행하기 위하여 만능재료시험기(Instron Series IV)를 사용하였으며, ASTM D-790 규격에 준하여 PMMA 판재의 굴곡 강도 및 굴곡 탄성율을 즉정하였다. 만능재료시험기의 cross head speed는 1 mm/min으로 고정하여 실험하였으며, span-to-depth ratio가 4:1이 되도록 판상의 PMMA 시편 (100 mm ×25 mm×13 mm)을 제작하고 실험 장치를 구성하여 실험하였다.
점도 : 제조된 PMMA 판재용 MMA. 배합물의 점도를 측정하기 하여 일반적으로 널리 사용되는 Brookfield 점도계를 이용하였다. MMA 배합물의 점도가 비교적 크기 때문에 2번 스핀들을 이용하여 측정하였다.

성능/효과

MMA 배합물에 커플링제 및 PMMA 수지 개질제로서 첨가되는 아크릴산에 의해 기계적 물성을 상당히 개선할 수 있었지만 0.4 phr 이상 사용 시 후경화 후 PVAc 필름이 PMMA 판재에 강하게 접착되어 필름의 박리가 어려운 문제가 발생하게 되어 PMMA 판재의표면 특성을 저하시키므로 실험 결과 0.3 phr의 아크릴산을 첨가하는 것이 PMMA 판재의 물성 면이나 가공성 면에서 유리한 것으로 판단되었다.
그러므로 PMMA 판재의 새로운 가공 방법의 개발에 대한 하나의 실마리를 제공하기 위하여 본 연구에서는 MMA 배합물의 조성 및 경화 조건이 PMMA 판재의 가공성 및 기계적 강도에 미치는 영향을 조사하여 우수한 성능을 나타낼 수 있는 MMA 배합물의 성분 및 조성을 결정하였을 뿐만 아니라 PMMA 판재의 두께에 따른 후경화 조건에 대한 지표도 마련하였다. MMA 배합물의 여러 가지 성분 중 충전제의 결합제 및 PMMA 수지의 개질제로 작용하는 아크릴산이 PMMA 판재의 기계적 특성의 향상에 중요한 역할을 하는 것으로 나타났다. PVAc 필름을 주형으로 이용하여 본 연구에서 성분 및 조성이 결정된 MMA 배합물을 성형하여 제조한 PMMA 판재는 표면상태가 양호하고 굴곡 강도가 800 kgf/cm²인 것으로 나타나 상업적인 응용이 가능한 것으로 나타났다
MMA 배합물의 여러 가지 성분 중 충전제의 결합제 및 PMMA 수지의 개질제로 작용하는 아크릴산이 PMMA 판재의 기계적 특성의 향상에 중요한 역할을 하는 것으로 나타났다. PVAc 필름을 주형으로 이용하여 본 연구에서 성분 및 조성이 결정된 MMA 배합물을 성형하여 제조한 PMMA 판재는 표면상태가 양호하고 굴곡 강도가 800 kgf/cm²인 것으로 나타나 상업적인 응용이 가능한 것으로 나타났다
가교제 EGDMA를 3.0 phr 이상 사용 시 PMMA 판재의 물성에는 큰 변화가 없이 거의 일정한 경향을 나타내고 있으므로 3.0 phr 정도의 EGDMA를 첨가하는 것이 바람직한 것으로 판단되었다.
Table 7에 나타난 조성과 같이 MMA 배합물 내부에 첨가되는 아크릴산의 함량에 변화를 주어 PMMA 판재를 제조한 후 기계적 물성을 조사하였다. 가교제나 습윤분산제의 경우와는 달리 아크릴산의 함량 변화가 PMMA 판재의 물성에 미치는 영향은 아주 큰 것으로 나타났다.
가교제의 경우와 마찬가지로 습윤분산제의 경우에도 함량 변화가 PMMA 판재의 물성에 미치는 영향은 그다지 크지는 않았으나 습윤분산제의 함량 0.3 phr에서 제조된 PMMA 판재의 물성이 가장 양호한 것으로 나타났다.
않은 것으로 나타났다. 그러나 충전제의 입자 크기가 25 micron 이하인 경우에 경화 중 나타나는 휨에 대한 안정성은 비교적 양호한 것으로 나타났다. 충전제의 입자 크기가 55 micron인 경우에는 배합물의 점도가 낮을 뿐만 아니라 충전제 자체의 밀도가 너무 크기 때문에 경화 반응이 진행되는 동안에 중력에 의해 중전제가가라 앉게 되어 수지와 충전제 사이의 층이 분리되는 현상이 나타나 휨에 대한 저항성이 다소 떨어지는 것으로 관측되었다
것이 바람직하다. 그러므로 MMA 배합물의 제조에 걸리는 시간 손실을 줄이기 위한 적정한 점도를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 판재의 상하부의 물성 차이도 작은 충전제를 선정하는 것이 바람직하며 실험 결과 15 micron의 입자 크기를 갖는 BW-153의 사용이 적절함을 알 수 있었다.
두께가 6 nnn인 PMMA 판재의 경우와 마찬가지로 후경화 온도가 높을수록 경화 반응이 빨리 진행되므로 빠른 경화 시간에서 더 높은 굴곡 강도를 나타내고 있다. 그렇지만 두께 6 mm 인 PMMA 판재의 경우와는 달리 후경화 온도가 150 ℃ 인 경우에도 후경화 시간이 증가함에 따라 굴곡 강도가 계속 증가하는 경향을 나타내고 있어 경화 반응의 진행에 따른 물성의 증가 효과가 열에 의한 PMMA 수지의 열화에 기인하는 물성의 저하 효과보다 큰 것으로 나타났다. 후경화 온도가 130, 140, 150 ℃인 경우 모두 경화 시간의 증가에 따라 경화 반응이 계속 진행되어 본 연구에서 실험한 경화 시간 범위인 4시간 이내의 범위에서 굴곡 강도가 계속 올라가는 경향을 나타내고 있다.
그러므로 일차 경화 반응을 다소 억제하여 경화 반응 속도를 저하시킬 필요가 있으므로 기본 MMA 배합물에 연쇄이동제를 첨가하여 이러한 문제를 개선하기 위한 실험을 실시하였다. 기본 MMA 배합물에 충전제인 BW-153 180 phr을 첨가하고, 여기에 첨가되는 연쇄이동제의 함량을 0.2, 0.4, 0.6 phr로 변화시켜 제조한 MMA 배합물을 사용하여 제조한 13 mm 두께의 PMMA 판재의 특성을 살펴본 결과 연쇄이동제 (n-DDM)를 0.4 phr 이상 함유한 PMMA 판재의 경우 연쇄 이동반응이 효과적으로 진행되어 경화 반응 속도가 느려짐으로써 모두 균열 및 백화현상이 개선된 것으로 관측되었다. 그러나 PMMA 판재의 표면 평활성은 여전히 양호하지 않은 것으로 관측되었다.
이는 열에 의한 PMMA 수지의 열화에 기인하는 것으로 사료된다. 반면에 후경화 온도가 130 ℃인 경우에는 경화시간의 증가에 따라 경화 반응이 계속 진행되므로 본 연구에서 실험한 6 mm 두께의 PMMA 판재의 경화 시간 범위인 3시간 이내의 범위에서 굴곡 강도가 계속 올라가는 경향을 나타내고 있다.
충전제를 함유한 MMA 배합물을 경화하여 제조한 PMMA 판재는 충전제의 입자 크기에 상관 없이 표면에 균열 및 백화 현상이 생기고 표면 평활성도 양호하지 않은 것으로 나타났다. 그러나 충전제의 입자 크기가 25 micron 이하인 경우에 경화 중 나타나는 휨에 대한 안정성은 비교적 양호한 것으로 나타났다.

후속연구

PMMA 판재는 비교적 투명하고 표면 질감이 우수하며 가공성이 좋을 뿐만 아니라 사용 중 유지 및 보수성이 뛰어나 건축 내 · 외장재로 다양하게 사용되고 있으나 그 제조 방법이 한정되어 있을 뿐만 아니라 MMA 수지 배합물의 조성에 따라 PMMA 판재의 여러 가지 물성이 크게 변하므로 PMMA 판재의 제조 방법 및 MMA 수지 배합물의 개발에 대한 세심한 연구가 필요하다.
습윤분산제의 영향. 앞의 실험 결과로부터 알 수 있듯이 가교제의 함량 변화를 통한 PMMA 판재의 물성개선에는 한계가 있었으므로 MMA 배합물에 첨가되는 습윤분산제의 함량 변화에 따라 제조된 PMMA 판재의 물성을 조사해 보기로 흐]였다 습윤분산제는 PMMA 수지가 충전제 표면에 잘 퍼질 수 있도록 도와주는 역할을 하는 것으로 첨가에 따른 물성의 향상을 기대할 수 있다. 그러므로 Table 6에 나타낸 조성과 같이 MMA 배합물 내부에 첨가되는 습윤분산제의 양에 변화를 주어 PMMA 판재를 제조한 후 물성을 조사하였다.

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