분자량이 다른 여러 종류의 폴리카프로락톤 디올(polycaprolactone diol), 폴리카프로락톤 트리올(polycaprolactone triol), acetylbutyl citrate 가소제, isophorone diisocyanate 경화제를 이용하여 폴리우레탄을 합성하였다. 합성된 폴리우레탄의 구조를 FT-IR, NMR스펙트럼 분석을 통하여 확인하였고 TGA와 UTM을 이용하여 열특성 및 인장강도연신율을 측정하였다. Compressive modulus를 사용하여 측정한 결과, 합성한 폴리우레탄의 가교 평균 분자량은 $8000\~24000$이었다. 분자 내 가교밀도 및 하드 세그먼트의 양이 증가할수록 인장강도가 증가하고 연신율이 감소하였으며, 폴리우레탄내의 가교밀도가 증가할수록 열 안정성이 향상되었다. 가교밀도는 NCO/OH의 비가 1.1에서 최대값을 나타내었고, 디올의 함량과 분자량이 클수록 증가하였다.
분자량이 다른 여러 종류의 폴리카프로락톤 디올(polycaprolactone diol), 폴리카프로락톤 트리올(polycaprolactone triol), acetylbutyl citrate 가소제, isophorone diisocyanate 경화제를 이용하여 폴리우레탄을 합성하였다. 합성된 폴리우레탄의 구조를 FT-IR, NMR 스펙트럼 분석을 통하여 확인하였고 TGA와 UTM을 이용하여 열특성 및 인장강도 연신율을 측정하였다. Compressive modulus를 사용하여 측정한 결과, 합성한 폴리우레탄의 가교 평균 분자량은 $8000\~24000$이었다. 분자 내 가교밀도 및 하드 세그먼트의 양이 증가할수록 인장강도가 증가하고 연신율이 감소하였으며, 폴리우레탄내의 가교밀도가 증가할수록 열 안정성이 향상되었다. 가교밀도는 NCO/OH의 비가 1.1에서 최대값을 나타내었고, 디올의 함량과 분자량이 클수록 증가하였다.
Polyurethanes(PUs) were synthesized by reaction of isophorone diisocyanate, acetylbutyl citrate, and 3 types of polycaprolactone diol. Their structures were confirmed by FT-IR and NMR spectrometer. And, their thermal and mechanical properties were measured by TGA ud UTM. The effective network chain ...
Polyurethanes(PUs) were synthesized by reaction of isophorone diisocyanate, acetylbutyl citrate, and 3 types of polycaprolactone diol. Their structures were confirmed by FT-IR and NMR spectrometer. And, their thermal and mechanical properties were measured by TGA ud UTM. The effective network chain lengths ($\bar{M}_c$), measured by compressive modulus apparatus, were about $8000\~24000$ g/mol. As crosslinking density and amount of hard segment increased, tensile strength increased and elongation decreased. As the crosslinking density of PUs increased, thermal property inproved. When the ratio of NCO/OH is 1.1, maximum crosslinking density was achieved.
Polyurethanes(PUs) were synthesized by reaction of isophorone diisocyanate, acetylbutyl citrate, and 3 types of polycaprolactone diol. Their structures were confirmed by FT-IR and NMR spectrometer. And, their thermal and mechanical properties were measured by TGA ud UTM. The effective network chain lengths ($\bar{M}_c$), measured by compressive modulus apparatus, were about $8000\~24000$ g/mol. As crosslinking density and amount of hard segment increased, tensile strength increased and elongation decreased. As the crosslinking density of PUs increased, thermal property inproved. When the ratio of NCO/OH is 1.1, maximum crosslinking density was achieved.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
제안 방법
가교 간 평균 분자량을 알아보기 위해 compression modulus 측정기기를 이용하여 deflection 값과 무게를 plot하여 &를 즉정하였다. 또한 젤부피분율(μ3) 및 팽윤된 젤 중합체의 부피분율(V2), 폴리우레탄의 밀도를 각각 측정하고 식(2)와 식(5)를 이용하여 가교 간의 평균 분자 량(#)및 Flory-Huggins interaction parameterC%])^- 구하였다.
따라서 본 연구에서는 용제를 사용하지 않고 폴리우레탄을 합성하여, 피부에 직접 닿는 섬유나 가죽의 코팅제로서 적합하고 유독가스를 차단하는 보호복 혹은 항공기의 도료로서 적합한 폴리우레탄을 합성하였다. 폴리우레탄의 합성은 디올과 트리올로서 분자량이 다른 네 가지 종류의 폴리카 프로락톤을 사용하여, 사슬 연장제와 가교제 역할을 하게 하였고, 경화제로는 isophorone diisocyanate(IPDI), 가소제로는 acetyl tributyl citratetATBC)를 사용하였다.
폴리우레탄의 합성은 디올과 트리올로서 분자량이 다른 네 가지 종류의 폴리카 프로락톤을 사용하여, 사슬 연장제와 가교제 역할을 하게 하였고, 경화제로는 isophorone diisocyanate(IPDI), 가소제로는 acetyl tributyl citratetATBC)를 사용하였다. 또한 디올과 트리올의 비율 및 폴리올과 IPDI의 비율을 변화시켜 SS와- HS의 함량이 다른 폴리우레탄을 합성하고, 이들의 구조와 열적 특성 및 기계적 물성을 확인 하였다.
열 분석은 Perkin-Elmer 사의 DSC (DSC Sereis 7)를 이용하여 -100~150 ℃에서 10으로 승온하여 분석하였다. 또한 열중량 분석기(TGA, NETZSCH)를 사용하여 시료의 중량 감소를 측정하였는데, N2 기류하에서 20~ 600 ℃에서 10 ℃/ min의 승온 속도로 행하였다. 합성된 폴리우레탄의 기계적 물성은 Instron Co.
또한 원하는 물성의 폴리우레탄을 합성하기 위하여 NCO/OH의 비를 0.7~1.3으로 변화한 것과 NCO/OH를 일정하게 고정하고 폴리올의 비율을 변화시켜 반응하였고, 디올의 분자량을 달리하여 폴리우레탄을 합성하고 물성을 분석하였다 합성한 폴리우레탄의 NCO/OH의 비는 다음의식 (1)을 통하여 얻을 수 있었다.8
Figure 2에서 보는 바와 같이 IPDI와 디올 및 트리올의 가교 결합 구조는 디올 또는 트리올에 isocyanate인 IPDI 의 특성기가 결합하여 새로운 특성 피크가 생성되는 것으로부터 폴리우레탄의 구조를 확인할 수 있다. 또한 이러한 구조를 정성적으로 확인하기 위하여 FT-IR 스펙트럼 분석을 하였다」3
교반 후, 65 ℃로 승온시켜 30분 동안 2차 반응시키고 반응은 도를 40 ℃로 내린 후, IPDI를 첨가하여 반응시키고 폴리우레탄을 합성하였다. 반응의 종말점은 DBA 역적정법을 7 사용하여 확인할 수 있었고, 반응도중 일정 시간 간격으로 반응 물 시료를 FT-IR 스펙트럼으로 분석하였다. 반응 생성물을 60 ℃ 의 진공오븐에서 24시간 동안 건조시켜 폴리우레탄을 합 성하였다.
본 연구는 분자량이 다른 여러 종류의 디올을 이용하여 폴리우레탄을 합성한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
폴리우레탄의 합성 여부를 확인하기 위해 Peridn-Elmer사의 FT- IR(FT-IR Series 2000)과 Bio-Rad사의 *H NMR(Unity Plus 300) 스폑 트럼 분석을 사용하였다. 열 분석은 Perkin-Elmer 사의 DSC (DSC Sereis 7)를 이용하여 -100~150 ℃에서 10으로 승온하여 분석하였다. 또한 열중량 분석기(TGA, NETZSCH)를 사용하여 시료의 중량 감소를 측정하였는데, N2 기류하에서 20~ 600 ℃에서 10 ℃/ min의 승온 속도로 행하였다.
폴리우레탄의 합성 여부를 확인하기 위해 Peridn-Elmer사의 FT- IR(FT-IR Series 2000)과 Bio-Rad사의 *H NMR(Unity Plus 300) 스폑 트럼 분석을 사용하였다. 열 분석은 Perkin-Elmer 사의 DSC (DSC Sereis 7)를 이용하여 -100~150 ℃에서 10으로 승온하여 분석하였다.
대상 데이터
디올은 분자량이 각각 530, 1250, 2000 g/mol 인 폴리카 프로락톤(이하 각각 Tone 0201, Tone 0230, Tone 0240이라칭함)을 사용하였고, 트리올은 분자량 300 g/mo?긴 폴리카 프로락톤(이하 Tone 0301이 라 칭함)을 사용하였다. IPDI와 dibutyltin dilaurale, ATBC는 Aldrich 사의 순도 98, 95, 98%의 특급 시약을 정제 없이 사용하였다.
본 연구에서 사용한 폴리카 프로락톤은 한국다우케미칼(주)에서 제공받아 사용하였다. 디올은 분자량이 각각 530, 1250, 2000 g/mol 인 폴리카 프로락톤(이하 각각 Tone 0201, Tone 0230, Tone 0240이라칭함)을 사용하였고, 트리올은 분자량 300 g/mo?긴 폴리카 프로락톤(이하 Tone 0301이 라 칭함)을 사용하였다. IPDI와 dibutyltin dilaurale, ATBC는 Aldrich 사의 순도 98, 95, 98%의 특급 시약을 정제 없이 사용하였다.
본 연구에서 사용한 폴리카 프로락톤은 한국다우케미칼(주)에서 제공받아 사용하였다. 디올은 분자량이 각각 530, 1250, 2000 g/mol 인 폴리카 프로락톤(이하 각각 Tone 0201, Tone 0230, Tone 0240이라칭함)을 사용하였고, 트리올은 분자량 300 g/mo?긴 폴리카 프로락톤(이하 Tone 0301이 라 칭함)을 사용하였다.
따라서 본 연구에서는 용제를 사용하지 않고 폴리우레탄을 합성하여, 피부에 직접 닿는 섬유나 가죽의 코팅제로서 적합하고 유독가스를 차단하는 보호복 혹은 항공기의 도료로서 적합한 폴리우레탄을 합성하였다. 폴리우레탄의 합성은 디올과 트리올로서 분자량이 다른 네 가지 종류의 폴리카 프로락톤을 사용하여, 사슬 연장제와 가교제 역할을 하게 하였고, 경화제로는 isophorone diisocyanate(IPDI), 가소제로는 acetyl tributyl citratetATBC)를 사용하였다. 또한 디올과 트리올의 비율 및 폴리올과 IPDI의 비율을 변화시켜 SS와- HS의 함량이 다른 폴리우레탄을 합성하고, 이들의 구조와 열적 특성 및 기계적 물성을 확인 하였다.
성능/효과
2) 합성된 폴리우레탄의 NCO/OH 비가 증가할수록 초기 열분해온 도는 증가하였고, 트리올의 함량이 증가할수록 가교 결합 증가로 인하여열 안정성이 향상되었다. 또한 디올의 분자량 증가에 따라 초기 열분해온 도는 감소하였다.
3) NCO/OH 비가 증가할수록 HS의 함량이 증가하고, 이에 따라 분자의 유동성이 감소되어 인장강도는 증가하고 연신율은 감소하였다. 또한 NCO/OH 비가 일정하고, 디올/트리올이 비가 증가하면 SS 는 증가하고 HS는 감소하여 인장 강도는 감소하고 연신율은 증가하는 것으로 나타났다.
3에서 변화시키면서 합성한 폴리우레탄의 인장 강도 및 연신율을 나타낸 것이다. Hgure 9에서 보는 바와 같이 폴리올의 양을 고정하고 IPDI 양을 증가시킴에 따라 인 장강도는 증가하는 경향을 보였으며, 연신율은 NCO/OH 비율이 1까지는 거의 비슷하였으나 그 이후에서는 급격히 감소하는 경향을 보였다. 이렇게 인장 강도와 연신율이 변하는 이유는 반응에 따라 폴리우레탄내의 HS의 함량이 증가하여 이로 인해 인장 강도가 증가하고 연신율이 감소하는 것으로 판단된다.
3에서 변화시키면서 합성한 폴리우레탄의 열 분석 결과를 나타낸 것이다. Rgure 6에서 보는 바와 같이 NCO/OH의 비가 증가함에 따라 폴리우레탄의 초기 열분해온도는 증가하는 경향을 보였으며, 최소 197 ℃에서 최대 287 ℃로 거의 선형적으로 증가하였다. 이렇게 초기 열분해온도가 증가하는 것은 합성된 폴리우레탄의 가교 밀도의 증가로 인하여 열안정성이 증가하는 것으로 사료된다.
3) NCO/OH 비가 증가할수록 HS의 함량이 증가하고, 이에 따라 분자의 유동성이 감소되어 인장강도는 증가하고 연신율은 감소하였다. 또한 NCO/OH 비가 일정하고, 디올/트리올이 비가 증가하면 SS 는 증가하고 HS는 감소하여 인장 강도는 감소하고 연신율은 증가하는 것으로 나타났다.
이때, 자체 반응한 폴리올은 용매로 팽윤시 배출된다. 또한, NCO/OH 비를 고정하여 합성한 폴리우레탄의 가교평균 분자량은 디올의 함량이 커질수록 증가하는 경향을 보였는데, 이는 디올의 함량이 많을수록 상대적으로 트리올의 함량이 감소하여 가교 밀도가 감소하고, 가교 간 평균 분자량이 증가하는 것으로 판단된다.
참고문헌 (17)
Z. Wirpsza, Polyurethanes Chemistry, Technology and Applications, Ellis Horwood, New York, 1993
C. J. Pouchert, The Aldrich Library of Infrared Spectra, Aldrich Chemical Co., Milwaukee, 1975
W. Fresenius J. F. K. Huber, E. Pungor, G. A. Rechnitz, W. Simon, and Th. S. West, Spectral Data for Structure Determination of Organic Compounds, Springer-Verlag, Berlin, 1989
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.