선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 물성향상과 가격 경쟁력을 높이기 위해생산성 향상 및 도장공정을 단축하기 위한 방법으로적용되고 있는 선도장 후성형의 pre-coated metal (PCM) 도료에 자외선 경화형 도료를 적용하기 위하여 물성 개량 방법을 연구하였다. 이를 위하여 polycarbonate diol, isophorone diisocyanate와 2-hydroxyethylmethacrylate를 사용하여 자외선 경화형 polyurethane methacrylate를 합성하였다.
제안 방법
- 2 pm polytetrafluoroethylene (PTFE) syringe filter 로 거른 후 PL-GPC 210 system (Polymer laboratories)으로 측정하였다. 35℃ 의 온도에서 유속 1.0 mL/min 으로 THF 를 PL-gel 10 pm column (two mixed-B) 에 흘려 수평균 분자량(number-average, Mn), 중량평균 분자량(weight-average, Mw), polydispersity index 를 측정하였다.
- 4구 500 mL 반응조에 교반기, 온도계, 나사관 냉각기, 질소주입기를 연결하여 합성 준비를 하였다. IPM를 투입하고 70℃ 까지 가열해 준 후 PCDL 을 2 h 정도 dropping 하여 IP이의 NCO기와 PCDL의 OH기가 균일하게 반응하도록 하였다.
- DMA (dynamic mechanical analysis, Q800, TA instruments) 를 사용하여 경화도막의 점탄성적인 특성을 측정하였다. 시편의 크기는 길이 10 mm, 너비 6.
- 이때 족매로 dibutyltin dilaurate (DBTDL) 약 600 ppm을 투입하였다. FT-IR의 NCO peak을 관찰하면서 NCO peak의 흡수율이 0.1 이하가 되면 에탄올을 최소량 넣어 NCO peak이 사라질 때까지 반응시켜 최종 합성을 완료하였다.
- 4구 500 mL 반응조에 교반기, 온도계, 나사관 냉각기, 질소주입기를 연결하여 합성 준비를 하였다. IPM를 투입하고 70℃ 까지 가열해 준 후 PCDL 을 2 h 정도 dropping 하여 IP이의 NCO기와 PCDL의 OH기가 균일하게 반응하도록 하였다. Dropping 후 2 h 동안 FT-IR을 통해 2, 250 cm-1 (NCO peak) 이 줄어드는 것을 보면서 이 피크가 더 이상 줄어들지 않을 때까지 반응시켰다.
- PCDL 의 분자량 및 광개시제의 함량에 따른 광경화거동을 살펴보기 위해 DSC (Q200, TA instruments)에 photocalorimetric accessory (Omnicure S2000, Lumen dynamics) 를 장착하여 광경화 시 열량 변화를 측정하였다. 사용된 램프는 100 W의 중압 수은 램프이며, 주요 파장은 250~650 nm이다.
- PCDL 의 양쪽에 위치한 하이드록실기에 IP이의 이소시아네이트기를 붙여 우레탄 결합을 시켰으며, 광경화를위한 이중결합을 도입하기 위해 2-HEMA 을 사슬 말단에 결합시켰다. 2-HEMA 를 사용한 것은 유연성을 확보하기 위하여 관능기를 최소화하여 경화거동 및 물성을제어하기 위한 것이다.
- 위한 배합표를 나타낸 것이다. PCDL의 분자 량에 따른 물성을 보기 위해 분자량이 각 500, 1, 000, 2, 000 g/m 이인 것을 사용하여 합성하였다. 본 연구에서사용된 polycarbonate di이의 Figure 2와 같이 C5/C6 copolymer 이기 때문에 점도가 낮아서 합성이 용이한 특징을 가지고 있다.
- 경화시 사용된 램프는중압수은램프로써 100 W/cm, 주요 파장대는 365 nm 이다. UV 조사량을 250, 500, 1,000, 1,500, 2,000, 3, 000 mJ/cm2 로 다르게 하여 조사량에 따른 표면경도의 변화를살펴보았다. 인장강도와 점탄성 측정 시편은 알루미늄 dish에 cast 방법으로 제작되었으며, 이때 조사된 광량은 3, 000 mJ/cm2이다.
- 결과이다. 광경화 거동 측정 시에는 PCDL 의 분자량에 따른 영향을 명확하게 확인하기 위하여 반응성모노머는 배제하고 배합하였으며, 광개시제의 함량을 1, 3, 5, 10 pm를 첨가하여 광개시제 함량이 경화거동에미치는 영향을 확인하였다. Figure 4의 결과에서 나타난것과 같이 광개시제 함량이 증가함에 따라서 광경화시발열되는 발열량은 증가하는 것을 알 수 있으며, 최대경화 피크의 시간도 단축되는 것을 확인할 수 있다.
- [15]. 따라서 광경화 속도 및 미반응라디칼을 고려하여 광개시제 함량을 5 phr로 고정하고이후 실험을 진행하였다.
- 이를 위하여 polycarbonate diol, isophorone diisocyanate와 2-hydroxyethylmethacrylate를 사용하여 자외선 경화형 polyurethane methacrylate를 합성하였다. 또한, 폴리올의 분자량, 광개시제의 함량, 모노머의 함량이 경화거동, 유연성, 도막물성에 미치는 영향을 평가하였다.
- 평가하였다. 시편의 크기는 길이 20 mm, 너비 6.0 mm, 두께 0.5 mm로 제작하였으며, 온도 25 ±1℃, 습도 50 ±2% R.H. 조건하에서 평가속도는 20 mm/min 로 인장시키면서 인장강도 및 신장률을 비교평가하였다.
- 2-HEMA 를 사용한 것은 유연성을 확보하기 위하여 관능기를 최소화하여 경화거동 및 물성을제어하기 위한 것이다. 우레탄 결합의 진행 여부를 살펴보기 위해 합성 중간마다 FT-IR 을 측정하여 Figure 3과같이 isocyanate의 2, 250 cm피크가 감소하는 정도를보면서 합성을 조절하였다. PCDL을 IP이와 합성 후에 HEMA 를 우레탄 결합을 시킬 때에는 이중결합이 열에의해 분해될 수 있으므로 온도 조절이 중요한 요인이된다.
- 5 h 동안 dropping하면서 end capping 시켰다. 이때 족매로 dibutyltin dilaurate (DBTDL) 약 600 ppm을 투입하였다. FT-IR의 NCO peak을 관찰하면서 NCO peak의 흡수율이 0.
- 방법을 연구하였다. 이를 위하여 polycarbonate diol, isophorone diisocyanate와 2-hydroxyethylmethacrylate를 사용하여 자외선 경화형 polyurethane methacrylate를 합성하였다. 또한, 폴리올의 분자량, 광개시제의 함량, 모노머의 함량이 경화거동, 유연성, 도막물성에 미치는 영향을 평가하였다.
- 자외선 경화형 도료의 장점이자 단점인 매우 brittle 한 특성을 완화하고 유연성을 향상시키기 위하여 polycarbonate-based polyurethane methacrylate를 합성하였다. 폴리올로 사용된 PCDL 의 분자량 및 광개시제 함량, 모노머의 함량 등이 경화거동 및 도막 물성에 미치는 영향을 살펴보았다.
- ) 를 이용하여 측정하였다. 측정 시 외부 환경은 온도 25 ±1℃, 습도 50 ±2% R.H. 조건하에서 진자경도를 측정하였다.
- 합성하였다. 폴리올로 사용된 PCDL 의 분자량 및 광개시제 함량, 모노머의 함량 등이 경화거동 및 도막 물성에 미치는 영향을 살펴보았다. 합성에 사용된 PCDL의 분자량이 감소하고, 광개시제 및 모노머의 함량이 증가할수록 이중결합의 밀도가 증가하여 광경화 속도는 증가하였으며, heat of enthalpy 또한 증가하는 경향을 나타내었다.
- 합성된 polyurethane-based urethane methacrylate 를 상온에서 tetrahydrofuran (THF)에 녹여 0.2 pm polytetrafluoroethylene (PTFE) syringe filter 로 거른 후 PL-GPC 210 system (Polymer laboratories)으로 측정하였다. 35℃ 의 온도에서 유속 1.
- 현재의 연구 방향은 자외선 경화의 장점을 살릴 수 있도록 아크릴레이트를 사슬말단에 두면서 중간 부분에 유연성을 부여할 수 있는 구조를 도입하는 방법이다. 아크릴레이트를 갖고 있는 올리고머로는 폴리에스터아크릴레 이트, 폴리 우레탄 아크릴레 이트, 폴리 에테르 아크릴 레이트 등이 있다.
대상 데이터
- Isophorone diisocyanate (IPDI, Bayer Material Science) 는 4 A의 molecular sieve를 넣어 잔존수분을 제거하였으며, 2-hydroxyethylmethacrylate (2-HEMA, Samchen Chemical)는 전처리 없이 사용하였다. 반응성 희석제인 hexanediol diacrylate (HDDA)와 trimethylolpropane triacrylate (TMPTA), 광개시제인 Micure HP-8 은 미원스페셜티케미칼로부터 제공받아 전처리 없이 사용하였다.
- Polycarbonate diol (PCDL) 은 Asahi Kasei Chemical 에서 평균 분자량이 500, 1,000, 2,000 g/m이의 세 종류를 제공받아 사용하였으며, 100℃로 12 h 동안 수분을 제거하였다. Isophorone diisocyanate (IPDI, Bayer Material Science) 는 4 A의 molecular sieve를 넣어 잔존수분을 제거하였으며, 2-hydroxyethylmethacrylate (2-HEMA, Samchen Chemical)는 전처리 없이 사용하였다.
- 본 연구에서사용된 polycarbonate di이의 Figure 2와 같이 C5/C6 copolymer 이기 때문에 점도가 낮아서 합성이 용이한 특징을 가지고 있다. 또한 isocyanate로 IP이를 사용하였다
- Isophorone diisocyanate (IPDI, Bayer Material Science) 는 4 A의 molecular sieve를 넣어 잔존수분을 제거하였으며, 2-hydroxyethylmethacrylate (2-HEMA, Samchen Chemical)는 전처리 없이 사용하였다. 반응성 희석제인 hexanediol diacrylate (HDDA)와 trimethylolpropane triacrylate (TMPTA), 광개시제인 Micure HP-8 은 미원스페셜티케미칼로부터 제공받아 전처리 없이 사용하였다.
- 측정하였다. 사용된 램프는 100 W의 중압 수은 램프이며, 주요 파장은 250~650 nm이다. 질소는 50 ml/min으로 흘려주었으며, 온도는 25℃ 의 등온조건을 유지하며 측정하였다.
- 것이다. 유리판을 기재로 사용하였으며, applicator를 사용하여 40 μm의 wet 두께로 도장 후 컨베이어 벨트형 자외선경화장치를 이용하여 경화시켰다. 경화시 사용된 램프는중압수은램프로써 100 W/cm, 주요 파장대는 365 nm 이다.
이론/모형
- 경화도막의 인장강도 특성은 universal testing machine (UTM Z010, Zwick, Germany) 을 사용하여 경화도막의인장거동을 평가하였다. 시편의 크기는 길이 20 mm, 너비 6.
- 경화도막의 진자경도는 Konig method (ASTM D4366) 에 따라 진자경도계(Ref. 707PK, Sheen Instruments Ltd.) 를 이용하여 측정하였다. 측정 시 외부 환경은 온도 25 ±1℃, 습도 50 ±2% R.
- UV 조사량을 250, 500, 1,000, 1,500, 2,000, 3, 000 mJ/cm2 로 다르게 하여 조사량에 따른 표면경도의 변화를살펴보았다. 인장강도와 점탄성 측정 시편은 알루미늄 dish에 cast 방법으로 제작되었으며, 이때 조사된 광량은 3, 000 mJ/cm2이다.
성능/효과
- 다시 말해서, 모노머의 함량이 증가하면 반응성이 증가하고 경화속도가 촉진되어, 가교밀도가 높은 도막을 형성하게 된다. 이에 따라 Figure 7(b)의 tan 3의 최 대값으로 구한 Tg는 PCU-L500-PI05-(7:3) 인 경우 55.7℃이었다가 PCU-L500-PI05-(6:4), PCU-L500-PI05-(5:5)일 때 각각 57.5℃와 58.9℃로 증가하는 것을확인할 수 있다. 따라서 유연성을 부여하기 위하여 반응성이 낮게 설계된 자외선 경화형 올리고머의 경우반응성 모노머의 함량을 조절하여 반응성 및 경화도막의 물성을 보완할 수 있음을 확인하였다.
- Table 3 은 합성 후 분자량을 측정한 결과이다. PCDL의 분자량이 증가함에 따라 합성된 polyurethane methacrylate의 분자량이 증가하였으며, 다분산지수 (poly dispersity index) 가 1.444 ~ 1.6기로 비교적 균일한 분자량 분포를 나타내었다.
- 나타낸 것이다. 광개시제의 함량이 5phr 로 동일하고 PCDL 의 분자량이 증가함에 따라 광경화시 발열되는 발열량은 감소하고 최대 경화 peak time도 늦게나타나는 것을 확인할 수 있다. PCU-L500-1MA 의 경우 peak time이 7.
- 이는광개시제 첨가량이 증가함에 따라 광개시에 의해 생성되는 라디칼의 밀도가 증가하여 이중결합이 분해하여가교반응을 촉진하여 광경화 속도가 증가함을 나타낸다. 그러나 광개시제의 함량이 증가함에 따라 무조건적으로 비례하여 증가하는 것이 아니라, 일정 함량 이상에서는 그 변화폭이 감소하는 것으로 보아, 광개시제의 함량이 과량일 경우 미반응 라디칼이 잔존할 수있음을 알 수 있다. [15].
- 9℃로 증가하는 것을확인할 수 있다. 따라서 유연성을 부여하기 위하여 반응성이 낮게 설계된 자외선 경화형 올리고머의 경우반응성 모노머의 함량을 조절하여 반응성 및 경화도막의 물성을 보완할 수 있음을 확인하였다.
- 최대인장강도와 신장률로 평가한 유연성의 경우, 작은 분자량의 PCDL 을 사용하거나 반응성 모노머의 함량이 증가할수록 신장률은 감소하지만, 인장강도는 커지는 결과를 나타내었다. 또한, 10%대의 일반 자외선 경화형 도료의 신장률을 최대 45%까지 유연성을 증가시킬 수 있음을 확인하였다. 따라서 본 연구에서 합성한 자외선 경화형 polycarbonatebased polyurethane methacrylate는 polycarbonate di 이의 우수한 물성을 바탕으로 적합한 관능기의 반응성과 모노머의 배합비가 조합된다면, 선도장 강판 등과 같이 우수한 신장률을 필요로 하는 분야에도 적용될 수 있음을 확인하였다.
- 점탄성 거동의 경우, PCDL의 분자량이 작을수록 rubbery plateau modulus와 비례하는 가교밀도가 증가하였으며, 이에 따라 Tg가 증가하는 경향을 나타내었다. 또한, 모노머의 함량의 증가에 의해서도 가교밀도와 Tg 가 증가하는 것을 확인하였다. 최대인장강도와 신장률로 평가한 유연성의 경우, 작은 분자량의 PCDL 을 사용하거나 반응성 모노머의 함량이 증가할수록 신장률은 감소하지만, 인장강도는 커지는 결과를 나타내었다.
- 영향을 나타낸 것이다. 모노머의 함량이 증가함에 따라서 최대인장강도 값이 증가하고 신장률은 감소하는 결과를 보였다. 일반적인 자외선 경화형 도료의경화도막은 매우 brittle 하고 단단한 도막을 형성하기때문에 신장률이 10% 내외로 측정되지만, 본 연구의결과에서는 모든 경화도막이 15% 이상의 신장률이 높게나타났다.
- 유연성을 부여하기 위하여 관능기 수와 반응성을 낮게 조절하였기 때문에 반응성 모노머의 비율이 증가할수록 경화속도 및 경화 정도가 촉진되어 경도가 증가하는 결과를 나타내었다. 반응성 모노머의 양이 40 wt% 이상이 되면 표면 경도의 증가 정도는 줄어들게 되며, 50 wt% 인 경우에는 오히려 도막의 표면경도가 다소 감소하는 경향을 보였다. 이러한 이유는 HDDA, TMPTA의 분자량이 각각 223, 296 g/m이로 500, 1,000, 2,000 g/m이인 PCDL보다작기 때문에, 반응성 모노머가 과량 배합되면 경화 속도는 촉진되지만 이에 따라 HDDA 와 TMPTA 의 짧고 약한 모노머로 이루어진 가교구조의 밀도가 증가하여 경화도 막의 기계적 물성이 선형적으로 증가하지 않기 때문이다.
- 분자량이 증가하면서 shoulder 가 보이는데 이는 30 wt%에 해당하는 반응성 모노머와의 micsibility 가 좋지 않아서 나타난 것으로 생각된다[18]. 분자량 증가에 따른 Tg 의 감소의 결과로 보아, 사용되는 폴리올의 분자량을 조절함으로써 경화도막의 가교밀도와 Tg 를 조절하여 이에 따른 도막의 유연성을 조절할 수있음을 확인하였다.
- 반응성 모노머의 비율이 20 wt% (PCU-L500-PI05-(8:2)) 인 것을 제외하고는 1,000 mJ/cm2 의 광량 이상에서 100 s 이상의 표면경도를 나타내었다. 유연성을 부여하기 위하여 관능기 수와 반응성을 낮게 조절하였기 때문에 반응성 모노머의 비율이 증가할수록 경화속도 및 경화 정도가 촉진되어 경도가 증가하는 결과를 나타내었다. 반응성 모노머의 양이 40 wt% 이상이 되면 표면 경도의 증가 정도는 줄어들게 되며, 50 wt% 인 경우에는 오히려 도막의 표면경도가 다소 감소하는 경향을 보였다.
- 모노머의 함량이 증가함에 따라서 최대인장강도 값이 증가하고 신장률은 감소하는 결과를 보였다. 일반적인 자외선 경화형 도료의경화도막은 매우 brittle 하고 단단한 도막을 형성하기때문에 신장률이 10% 내외로 측정되지만, 본 연구의결과에서는 모든 경화도막이 15% 이상의 신장률이 높게나타났다. 이와 같은 이유는 폴리올로 사용한 PCDL의 특성과 관능기를 수와 반응성을 낮게 설계하였기에 경화도막의 유연성이 증가하기 때문이다 [19].
- 또한, 모노머의 함량의 증가에 의해서도 가교밀도와 Tg 가 증가하는 것을 확인하였다. 최대인장강도와 신장률로 평가한 유연성의 경우, 작은 분자량의 PCDL 을 사용하거나 반응성 모노머의 함량이 증가할수록 신장률은 감소하지만, 인장강도는 커지는 결과를 나타내었다. 또한, 10%대의 일반 자외선 경화형 도료의 신장률을 최대 45%까지 유연성을 증가시킬 수 있음을 확인하였다.
- 미치는 영향을 나타낸 것이다. 폴리올의 분자량이 증가함에 따라서 경화속도 및 경화정도가 감소하여 최대인장강도가 급격히 감소하고, 이에 반해 신장률은 증가하는 결과를 나타내었다. PCU-L2000-PI05-(7:3)의 경우 신장률이 40% 이상으로 높게 측정되어 유연성 측면에서는 우수하지만 최대 인장강도와 Tg 가 매우 낮기 때문에 실제 도막으로 사용하기 어려움이 따른다 [20, 21].
- 합성에 사용된 PCDL의 분자량이 감소하고, 광개시제 및 모노머의 함량이 증가할수록 이중결합의 밀도가 증가하여 광경화 속도는 증가하였으며, heat of enthalpy 또한 증가하는 경향을 나타내었다. 표면경도의 경우 자외선 조사량이 증가함에 따라도 막의 경화가 진행되었으며, 모노머의 함량이 증가할수록 높은 표면 경도를 나타내었다. 모노머 함량이 30 wt% 이상일 경우 충분한 도막경도를 확보할 수 있었다.
- 폴리올로 사용된 PCDL 의 분자량 및 광개시제 함량, 모노머의 함량 등이 경화거동 및 도막 물성에 미치는 영향을 살펴보았다. 합성에 사용된 PCDL의 분자량이 감소하고, 광개시제 및 모노머의 함량이 증가할수록 이중결합의 밀도가 증가하여 광경화 속도는 증가하였으며, heat of enthalpy 또한 증가하는 경향을 나타내었다. 표면경도의 경우 자외선 조사량이 증가함에 따라도 막의 경화가 진행되었으며, 모노머의 함량이 증가할수록 높은 표면 경도를 나타내었다.
후속연구
- 또한, 10%대의 일반 자외선 경화형 도료의 신장률을 최대 45%까지 유연성을 증가시킬 수 있음을 확인하였다. 따라서 본 연구에서 합성한 자외선 경화형 polycarbonatebased polyurethane methacrylate는 polycarbonate di 이의 우수한 물성을 바탕으로 적합한 관능기의 반응성과 모노머의 배합비가 조합된다면, 선도장 강판 등과 같이 우수한 신장률을 필요로 하는 분야에도 적용될 수 있음을 확인하였다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.