[논문]Polyurethane Elastomer의 합성 및 특성

정부영; 천정미; 천제환; 목동엽; 이학명

Polyurethane Elastomer의 합성 및 특성
Synthesis and Characterization of Polyurethane Elastomer 원문보기

접착 및 계면 = Journal of adhesion and interface, v.10 no.4, 2009년, pp.169 - 173

정부영 (한국 신발 피혁 연구소) , 천정미 (한국 신발 피혁 연구소) , 천제환 (한국 신발 피혁 연구소) , 목동엽 ((주)자이로) , 이학명 ((주)자이로)

초록
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본 연구에서는 폴리우레탄 엘라스토머 합성 시 사용되는 폴리올, 사슬 연장제, 이소시아네이트에 따른 물성 변화를 알아보았다. 폴리우레탄 엘라스토머 합성시 poly(tetramethylene) glycol을 사용하였을 경우가 인라인 스케이트 휠의 요구물성을 만족하였다. 사슬 연장제의 함량이 증가함에 따라 인장강도와 경도는 증가하였으나, 신율은 감소하는 경향을 나타내었다. 또한 방향족 이소시아네이트의 종류에 따른 평가 결과 bulky한 구조보다는 상대적으로 유연한 구조를 가지고 있는 이소시아네이트가 우수한 물성을 나타내었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, We were studied on the properties of polyurethane elastomer containing the polyol, chain extender and isocyanate in polyurethane elastomer. Polyurethane elastomer had the best properties with poly(tetramethylene) glycol for in-line skate wheel. With more incorporation of chain extender content in polyurethane elastomer, tensile strength and hardness increased and elongation decreased. And then properties of polyurethane elastomer with the bulky type isocyanate had better than the flexible type isocyanate.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

대부분 diamine계가 di이계 사슬 연장제보다 좋은 물성을 나타내며, 이는 이소시아네이트와 반응하여 생성된 결합구조의 차이에서 비롯된다. 그러나 본 연구에서는 di이계 사슬 연장제의 종류에 따른 폴리우레탄 엘라스토머의 물성 특성의 알아보고자 하였다.
따라서 본 연구에서는 폴리우레탄 엘라스토머의 제조 시 사용되는 폴리올 및 사슬연장제의 변화에 따른 폴리우레탄 엘라스토머의 물성변화를 알아보았으며, 구조분석, 경도, 인장강도 및 신율 등을 평가하여 고속 주행 시에 안정적인 주행 및 코너 contr이이 가능하도록 하는 고성능 경기용 스피드 인라인스케이트 휠의 개발에 적용해 보고자 하였다.
본 연구에서는 폴리우레탄 엘라스토머를 합성하기 위하여 주제와 경화제를 제조하였으며, 최종적으로는 주제와 경화제를 혼합하여 폴리우레탄 엘라스토머를 제조하였다.

제안 방법

2240 방법에 준하여 측정하였다. 시편의 두께는 10 mm, 측정포인트간의 거리는 6 mm 이상으로 하였으며, 5회 측정하여 평균값으로 하였다. 한편 폴리우레탄 엘라스토머의 인장강도, 신율 등의 기계적 물성을 측정하기 위하여 만능 인장시험기 (PME Korea, DTU-900HMA)로 측정하였다.
온도조절과 속도조절이 가능한 반응기에 폴리올, 사슬 연장제, 촉매를 투입한 후 온도를 80~85°C 로 승온하면서 약 30 min간 천천히 교반하여 경화제를 제조하였다.
온도조절과 속도조절이 가능한 반응기에 폴리올을 넣고 80°C에서 90 rpm으로 교반하면서 이소시아네이트를적가하여 4~5 h 동안 반응시킨 후 free NCO content가 이론치에 도달하였을 때 반응을 종결하여 주제를 제조하였다.
한편 폴리우레탄 엘라스토머의 인장강도, 신율 등의 기계적 물성을 측정하기 위하여 만능 인장시험기 (PME Korea, DTU-900HMA)로 측정하였다. 이때 시편은 ASTM D 638 시험규격에 따라 제조한 후, 시험속도를 500 mm/min, 시료의 두께와 너비는 각각 0.5 ±0.05와 10 ±0.05 mm로 하여 5회 측정 값을 평균값으로 하였다.
폴리우레탄 엘라스토머를 제조하기 위하여 주제와 경화제를 다음 식에 따라 측량하여 투입하고 200 rpm에서 강하게 교반한 후 teflon mold에 넣고 90°C 오븐에서 12 h, 상온에서 24 h 동안 숙성시켜 폴리우레탄 엘라스토머를 제조하였다.
시편의 두께는 10 mm, 측정포인트간의 거리는 6 mm 이상으로 하였으며, 5회 측정하여 평균값으로 하였다. 한편 폴리우레탄 엘라스토머의 인장강도, 신율 등의 기계적 물성을 측정하기 위하여 만능 인장시험기 (PME Korea, DTU-900HMA)로 측정하였다. 이때 시편은 ASTM D 638 시험규격에 따라 제조한 후, 시험속도를 500 mm/min, 시료의 두께와 너비는 각각 0.

대상 데이터

사용하였다. 또한 사슬연장제로는 ethyleneglycol (EG), 1, 4 butane di ol (1, 4 BD), 1, 5 pentane diol (1, 5 PD), 1, 6 hexane di- ol(1, 6 HD)를 aldrich에서 구입하여 사용하였다.
나눌 수 있다. 본 연구에서는 물성이 상대적으로 우수한 방향족 이소시아네이트로 실험을 진행하였으며, 폴리우레탄 엘라스토머 내의 이소시아네이트종류에 따른 결과를 Table 6에 나타내었다. Table 6에서 보는 바와 같.
폴리우레탄 엘라스토머를 제조하기 위한 폴리올에는 대원포리머의 DT-1040 (Mn= 1000), DT-2040 (Mn = 2000)을 90°C, 2 mmHg에서 8 h 동안 전처리하여 사용하였으며, aldrich사의 poly(ethylene adipate) (Mn = 1000, 2000, 2500, 3500), poly(tetramethylene) glycol (PTMG) (Mn = 1000), poly(propylene) glycol (Mn = 1000)을 정제 없이 사용하였고, 이소시아네이트는 aldrich사의 toluene diisocyanate (TDI), 4, 4-diphenylmethane diisocyanate (MDI), 1, 5-naphthalene diisocyanate (NDI)를 정제없이 사용하였다. 또한 사슬연장제로는 ethyleneglycol (EG), 1, 4 butane di ol (1, 4 BD), 1, 5 pentane diol (1, 5 PD), 1, 6 hexane di- ol(1, 6 HD)를 aldrich에서 구입하여 사용하였다.

이론/모형

제조된 폴리우레탄 엘라스토머의 경도를 확인하기 위하여 일본 Asker사의 A type 경도계를 사용하여 ASTM D 2240 방법에 준하여 측정하였다. 시편의 두께는 10 mm, 측정포인트간의 거리는 6 mm 이상으로 하였으며, 5회 측정하여 평균값으로 하였다.

성능/효과

1) 폴리우레탄 엘라스토머에 대한 폴리올의 영향을 알아본 결과, 폴리올의 분자량이 증가함에 따라 인장강도와 신율이 증가하였으나, 분자량 2500 이후부터는 감소함을 알 수 있었으며, poly(tetramethylene) glyc이이가장 우수한 물성을 나타내었다.
2) 폴리우레탄 엘라스토머에 대한 사슬 연장제의 영향을 알아본 결과, 1, 4 butane di이이 가장 우수한 물성을 나타내었으며, 사슬 연장제의 함량이 증가함에 따라 인장강도, 경도 및 300% modulus는 증가하였으나 신율은 급격히 감소하는 경향을 나타내었다.
3) 폴리우레탄 엘라스토머에 대한 이소시아네이트의영향을 알아본 결과, bulky한 구조보다는 상대적으로 유연한 구조를 가지고 있는 이소시아네이트의 물성이 우수하게 나타났다.
4) 폴리우레탄 엘라스토머를 인라인 스케이트용 휠로 적용하기 위해서는 경도 84 A 이상, 인장강도 350~ 400 kgfcm², 신율 650~750%의 물성을 만족해야 한다. 따라서 poly(tetramethylene) glyc이을 폴리올로 사용하고, 4, 4-diphenylmethane diisocyanate과, 1, 4 butane diol을 사용한 폴리우레탄 엘라스토머가 인라인 스케이트 휠로의 적용 가능성이 있다고 판단된다.
따라서 poly(tetramethylene) glyc이을 폴리올로 사용하고, 4, 4-diphenylmethane diisocyanate과, 1, 4 butane diol을 사용한 폴리우레탄 엘라스토머가 인라인 스케이트 휠로의 적용 가능성이 있다고 판단된다.
이 bulky 한 구조를 가지고 있는 1, 5-naph- thalene diisocyanate를 사용하였을 때, 상대적으로 유연한 구조를 가지고 있는 2, 4-toluene diisocyanate 및 4, 4-diphe- nylmethane diisocyanate를 사용하였을 때보다 높은 300% modulus 및 경도를 나타내었다. 또한 비대칭의 구조를 가지고 있는 2, 4-toluene diisocyanate를 사용하였을 때에는 낮은 300% modulus 및 경도를 나타냄을 알 수 있었다. 또한 벤젠링의 1, 4번 탄소에 치환되어 있는 4, 4-diphe- nylmethane diisocyanate를 사용하였을 때 높은 인장강도를 나타내었다 [11, 12].
Table 2에서 보는 바와 같이 폴리올의 분자량이 증가함에 따라 인장강도와 신율이 증가하였으나, 분자량 2500 이후부터는 폴리우레탄 엘라스토머 고분자가 cold-harden 현상에 의해 brittle 해져 감소하는 경향을 나타내었다 [4]. 또한 폴리올 분자량이 증가함에 따라 300% modulus 및 경도는 감소되는 경향을 보였다. 이는 폴리우레탄 엘라스토머 내에 인장력이 작용할 경우 폴리우레탄 사슬이 연신 방향으로 배향이 되고, 분자량이 큰 폴리올을 사용한 폴리우레탄 엘라스토머일수록 연신방향으로 배향함으로서 연신 결정화가 진행되는데, 이 결정화들이 인장강도를 상승하게 하는 요인으로 생각되몌4], 폴리우레탄 엘라스토머 구조 내에서 soft segment 를 형성하고 있는 폴리올의 분자사슬이 길어지면서 유동성이 증가하게 되어 경도가 낮아진다고 판단된다[8, 9].

참고문헌 (12)

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상세보기
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S. K. Kim, K. S. Kim, T. K. Kim, and G. J. Oh, Elastomer, 35, 281 (2000).
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상세보기
Y. K. Yang, N. S. Kwak, and T. S. Hwang, Polymer (Korea), 29, 81 (2005).
D. W. Kang, Y, M. Kim, and D. K. Kweon, Polymer (Korea), 22, 4 (1998).

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