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 수분산 폴리우레탄의 미흡한 열적 안정성 및 기계적 물성을 보완하기 위해 기존의 silica나 alumina와 같은 무기물 대신에 다양한 종류의 실란커플링제를 사용하였다. 즉, IPDI, PTMG, DMPA를 줄발물질로 사용하여 NCO terminated prepolymer를 제조한 후, 이 prepolymer에 methyltrimethoxysilane(MTMS), 3-glycidoxypropyl trimethoxysilane(GPTMS), 3-methacryloxypropyl trimethoxysilane (MPTMS), aminopropyl triethoxysilane(APS)을 첨가하여 prepolymer 주쇄 말단기의 잔여 NCO기를 capping시켜 silane terminated prepolymer로 유도한 후, 아민기로 중화시키고 수분산 및 사슬 연장 과정을 거쳐 silylated waterborne polyurethane(SWP)을 합성하였다.
- 동안 열경화시켜 코팅 막을 형성하였다. 이때 실란 커플링제의 종류에 따른 코팅 막의 연필 경도, 기재와의 부착성 등의 물성에 미치는 영향을 조사하였다. 본 연구에 사용된 시료의 첨가량 및 조성을 Table 1로 나타내었다.
제안 방법
- 폴리우레탄을 제조하였다. 1차 반응으로 친수성 그룹을 가진 DMPA를 NMP에 용해시켜 PTMG, IPDI, DBTL과 같이 75 oC에서 교반하면서 중합하여 NCO terminated prepolymer를 제조하였다. Prepolymer 합성이 끝난 후, 온도를 50 oC로 낮추고 실란커플링제인 MTMS, GPTMS, MPTMS, APS를 각각 투입하여 2 hr 동안 반응하여 잔여 NCO기를 capping 시켜 silane terminated prepolymer로 유도하였다.
- ASTM D 3359[18]에 근거하여 경화된 코팅 층에 cutter로 바둑판 모양의 홈을 낸 후 그 위에 3M 테이프를 잘 밀착시켜 일정한 힘으로 수회 떼어내어 코팅 층과 기재와의 밀착정도를 관찰하였다. 코팅된 지지체 표면에 1 mm 간격으로 1*111 로 십자형으로 칼집을 내어 100개의 정방형을 만들고, 그 위에 테이프 (3M Tape)를 부착한 후 급격히 잡아당겨 표면을 평가하였다.
- FT-IR(FTIR-8400S, Shimadzu)을 이용하여 제조된 prepolymer의 구조분석을 하였다. 시료는 KBr판에 얇게 도포하여 필름 상태로 제조한 후 주요 관능기를 확인하였고 구조분석을 통하여 prepolymer 내에 존재하는 미반응 NCO기의 반응 진행 여부를 확인하였다.
- Isophorone diisocyanate(IPDI), poly(tetramethylene glycol)(PTMG) 와 dimethylol propionic acid(DMPA)를 줄발물질로 하여 NCO terminated prepolymer를 제조한 후, 잔여 NCO기를 다양한 실란커쓸링제인 methyl trimethoxysilane(MTMS), 3-glycidoxypropyl trime-thoxysilane(GPTMS), 3-methacryloxypropyl trimethoxysilane(MPTMS), aminopropyl triethoxysilane(APS)로 capping시켰다. 그 후 TEA로 중화 및 수분산시킨 후 EDA를 첨가하여 사슬연장시켜 silylated waterborne polyurethane 용액을 합성하였다.
- 1차 반응으로 친수성 그룹을 가진 DMPA를 NMP에 용해시켜 PTMG, IPDI, DBTL과 같이 75 oC에서 교반하면서 중합하여 NCO terminated prepolymer를 제조하였다. Prepolymer 합성이 끝난 후, 온도를 50 oC로 낮추고 실란커플링제인 MTMS, GPTMS, MPTMS, APS를 각각 투입하여 2 hr 동안 반응하여 잔여 NCO기를 capping 시켜 silane terminated prepolymer로 유도하였다. 그 후 중화제인 TEA를 1 hr 동안 투입하여 DMPA의 COOH 그룹을 중화시켰다.
- 하였다. 시료는 KBr판에 얇게 도포하여 필름 상태로 제조한 후 주요 관능기를 확인하였고 구조분석을 통하여 prepolymer 내에 존재하는 미반응 NCO기의 반응 진행 여부를 확인하였다.
- 여러 조건으로 제조된 silylated waterborne polyurethane 용액의 입도를 light scattering을 이용한 입도분석기 (Nicomp, model 380, USA)를 사용하여 측정하였다.
- 여러 조건으로 제조된 silylated waterborne polyurethane의 고형물 함유량을 측정하기 위해서 105 oC에서 적외선 습윤계(Infrared Moisture Determinatiom Balance FD-610, Kett, Japan)를 사용해 고형분 함유량 분석을 실시하였다.
- 연필경도는 연필경도 측정기 (CORE TECH, Korea) 에 연필 경도측정용 연필을 45o 각도로 끼우고, 일정한 하중(1 kg)을 가하면서 이것을 밀면서 측정하였다. 연필은 Mitsubishi 연필을 사용하였는데, H-9H, F, HB, B-6B 등의 강도를 나타내는 연필을 사용하였다.
- 온도계, 냉각기, 온도 조절기, 교반기가 연결된 500 mL 4-neck 둥근 플라스크에 PTMG, IP이와 DMPA를 출발물질로 사용하여 수 분산 폴리우레탄을 제조하였다. 1차 반응으로 친수성 그룹을 가진 DMPA를 NMP에 용해시켜 PTMG, IPDI, DBTL과 같이 75 oC에서 교반하면서 중합하여 NCO terminated prepolymer를 제조하였다.
- 그 후 TEA로 중화 및 수분산시킨 후 EDA를 첨가하여 사슬연장시켜 silylated waterborne polyurethane 용액을 합성하였다. 이 과정에 의해 생성된 silylated waterborne polyurethane 용액의 평균 입자 크기, 화학적 구조, 점도, 코팅 도막의 물성 등에 대해 조사하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 즉, IPDI, PTMG, DMPA를 줄발물질로 사용하여 NCO terminated prepolymer를 제조한 후, 이 prepolymer에 methyltrimethoxysilane(MTMS), 3-glycidoxypropyl trimethoxysilane(GPTMS), 3-methacryloxypropyl trimethoxysilane (MPTMS), aminopropyl triethoxysilane(APS)을 첨가하여 prepolymer 주쇄 말단기의 잔여 NCO기를 capping시켜 silane terminated prepolymer로 유도한 후, 아민기로 중화시키고 수분산 및 사슬 연장 과정을 거쳐 silylated waterborne polyurethane(SWP)을 합성하였다. 이 과정에서 실란커플링제 종류에 따른 SWP 의 입도 변화, 화학적 구조변화와 코팅 도막의 투과율, 열적안정성, 연필경도 및 부착성 등의 물성 변화에 대하여 조사하였다.
- 이 그림으로부터 지금까지의 실란커플링제와는 달리 APS가 첨가되면, NCO stretch 피크의 강도가 약해지는 것으로부터 prepolymer의 측쇄가 APS로 많이 capping되었음을 알 수 있었다. 이상과 같이 다양한 실란커플링제로 capping된 prepolymer를 아민중화제인 TEA와 반응시켜 음이온화된 silane terminated prepolymer를 얻은 후 증류수를 첨가하여 수분산시키고, 사슬연장제인 EDA를 반응시켜 최종의 silylated waterborne polyurethane을 합성하였다.
- 제조된 silylated waterborne polyurethane 용액의 점도는 회전 점도 측정기 (LVDV-11+P, BROOKFIELD, USA)를 사용하여 측정하였다. 이때 spindle온 62를 사용하였으며 6, 12, 30, 60 rpm의 조건에서 점도를 측정하였다.
- 다양한 종류의 실란커플링제를 사용하였다. 즉, IPDI, PTMG, DMPA를 줄발물질로 사용하여 NCO terminated prepolymer를 제조한 후, 이 prepolymer에 methyltrimethoxysilane(MTMS), 3-glycidoxypropyl trimethoxysilane(GPTMS), 3-methacryloxypropyl trimethoxysilane (MPTMS), aminopropyl triethoxysilane(APS)을 첨가하여 prepolymer 주쇄 말단기의 잔여 NCO기를 capping시켜 silane terminated prepolymer로 유도한 후, 아민기로 중화시키고 수분산 및 사슬 연장 과정을 거쳐 silylated waterborne polyurethane(SWP)을 합성하였다. 이 과정에서 실란커플링제 종류에 따른 SWP 의 입도 변화, 화학적 구조변화와 코팅 도막의 투과율, 열적안정성, 연필경도 및 부착성 등의 물성 변화에 대하여 조사하였다.
- 첨가된 실란 커플링제의 종류에 따른 가시광선 영역에서의 코팅막의 투과율 변화를 측정하기 위해 제조된 코팅 용액들을 테프론시트 위에서 상온 건조시켜 투명한 막으로 제조한 뒤, UV-Visible Spectrometer(UV-2450, Shimadzu)를 사용하여 200부터 800 nm의 범위에서 투과율을 측정하였다.
- 코팅된 지지체 표면에 1 mm 간격으로 1*111 로 십자형으로 칼집을 내어 100개의 정방형을 만들고, 그 위에 테이프 (3M Tape)를 부착한 후 급격히 잡아당겨 표면을 평가하였다. 이때 남은 눈 수의 개수가 100개면 5B, 95개 이상은 4B, 85개 이상은 3B, 65개 이상은 2B, 35개 이상은 1B, 그 이하는 0B로 나타내었다.
대상 데이터
- 친수성기를 도입하기 위해 dimethylol propionic acid(DMPA, 98%, Aldrich)를 사용■하였으며, DMPA의 용매로서 1 -methyl-2-pyrolidinone(NMP, 99%, Aldrich)를사용하였다. 촉매로서는 dibutyltin dilaurate(DBTL, 95%, Aldri사!), 중화제로는 triethylamine(TEA, 99.5%, Aldrich), 사슬연장제로서 ethylene diamine(EDA, 99%, Aldrich)을 각각 사용하였匸" 실란커플링제인 methyltrimethoxysilane(MTMS, 98%, Aldrich), 3-glycidoxypropyl trimethoxysilane(GPTMS, 98%, Aldrich), 3-methacryloyloxypropyl trimethoxysilane(MPTMS, 98%, Aldrich), aminopropyl trie-thoxysilane(APS, 98.5%, Aldrich)을 사용하여 prepolymer의 NCO 기를 capping시켰다. 사용되어진 물은 모든 실험 단계에서 초순 수수(2차 증류수)를 사용하였다.
- 본 연구에서는 이소시아네이트로서 isophorone diisocyanate (IPDI, 98%, Aldrich), 폴리올로서 poly(tetramethylene glycol)(PTMG,MW:1000, Korea PTG)를 사용하였다. 친수성기를 도입하기 위해 dimethylol propionic acid(DMPA, 98%, Aldrich)를 사용■하였으며, DMPA의 용매로서 1 -methyl-2-pyrolidinone(NMP, 99%, Aldrich)를사용하였다.
- 5%, Aldrich)을 사용하여 prepolymer의 NCO 기를 capping시켰다. 사용되어진 물은 모든 실험 단계에서 초순 수수(2차 증류수)를 사용하였다. PTMG는 30 오븐에서 보관 후 사용하였으며, 나머지 시약은 정제 및 약품 처리과정 없이 그대로 사용하였다.
- 밀면서 측정하였다. 연필은 Mitsubishi 연필을 사용하였는데, H-9H, F, HB, B-6B 등의 강도를 나타내는 연필을 사용하였다.
- 98%, Aldrich), 폴리올로서 poly(tetramethylene glycol)(PTMG,MW:1000, Korea PTG)를 사용하였다. 친수성기를 도입하기 위해 dimethylol propionic acid(DMPA, 98%, Aldrich)를 사용■하였으며, DMPA의 용매로서 1 -methyl-2-pyrolidinone(NMP, 99%, Aldrich)를사용하였다. 촉매로서는 dibutyltin dilaurate(DBTL, 95%, Aldri사!), 중화제로는 triethylamine(TEA, 99.
성능/효과
- (1) IPDI, PTMG와 DMPA를 출발물질로 하여 반응한 결과, 3 hr 반응될 경우 3, 300 cm-1 에서의 NH bending과 1, 610~1, 560 cm-1에서의 COO stretch를 나타냄으로써 폴리우레탄이 형성되었음을 알 수 있었다.
- (2) IPDI, PTMG와 DMPA를 3 hr 동안 반응시켜 얻어진 NCO terminated prepolymer 에 실란커플링제의 종류를 다르게 하여 각각 2 hr 동안 반응시켜 얻어진 시료들의 FT-IR spectra 결과로부터 MTMS, GPTMS, MPTMS는 사슬연장 전까지는 폴리우레탄 주쇄의 NCO group 에 직접적으로 결합을 할 수 없음을 알 수 있었다. 반면에 APS가 첨가되면 NCO stretch 피크의 강도가 줄어드는 것으로부터, prepolymer의 NCO기가 APS로 capping되었음을 알 수 있었다.
- (3) 실란커플링제 종류에 따라 제조된 silylated waterborne polyurethane의 평균 입자는 2.9~43.3 nm의 크기를 보였으며, 실란커플링제가 첨가되면서 평균 입자 크기가 증가하였다. 이때 APS가 첨가된 경우가 가장 큰 입자 크기를 나타내었다.
- (4) Silylated waterborne polyurethane 용액을 스테인레스 판 위에 코팅하여 얻어진 도막들의 연필경도는 실란커플링제인 GPTMS, MPTMS, APS가 첨가되면서 순수한 수분산 폴리우레탄의 2H에서 3H로 증가하는 경향을 보였다. 이로부터 실란커플링제인 GPTMS, MPTMS, APS는 코팅 도막의 연필경도를 증가시킬 수 있음을 알 수 있었다.
- 2(a)의 IP이의 2, 270 cm-1 에서의 NCO stretch 피크의 강도가 Fig. 2(c)에서의 prepolymer 구조에서 크게 줄어든 것으로부터 우레탄 생성 반응이 진행됨에 따라 NCO 양이 감소되는 것을 확인할 수 있었다.
- W0, WM, WGP, WMP, WA 등 모든 시료의 코팅 도막 상태는 깨끗하였으며 외관상 큰 차이점이 없었다. 그러나 코팅된 도막들은 MTMS 가 첨가된 시료를 제외한 GPTMS, MPTMS, APS가 첨가된 시료에서는 연필경도가 순수한 수분산 폴리우레탄 시료의 2H 에서 3H로 증가하는 경향을 보였다. 이 결과로부터 실란커플링제인 GPTMS, MPTMS, APS 의 첨가는 코팅 막의 연필경도를 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있었다.
- 3 nm로 실란커플링제가 첨가되지 않은 시료보다 평균 입경이 증가함을 알 수 있었다. 또한 APS가 첨가된 silylated waterborne polyurethane이 다른 실란커플링제를 첨가한 시료보다 평균 입경이 더 큰 것을 알 수 있다. 그 이유는 MTMS, GPTMS, MPTMS가 첨가되면 Fig.
- 반면에 APS가 첨가되면 NCO stretch 피크의 강도가 줄어드는 것으로부터, prepolymer의 NCO기가 APS로 capping되었음을 알 수 있었다.
- 측정온도는 19 oC로 고정하였으며 , MTMS, GPTMS, MPTMS 와 같은 실란 커플링제가 첨가된 용액의 점도는 상대적으로 실란커플링제가 첨가되지 않은 용액의 점도와 큰 차이를 보이지 않았으며, spindle의 회전속도 (rpm) 증가에 따라 점도가 약간 감소하는 약한 슈도플라스틱 (pseudoplastic) 거동을 보였다. 반면에 APS가 첨가된 경우에는 실란커플링제가 첨가되지 않은 용액의 점도보다 상대적으로 큰 점도를 보였으며, spindle의 rpm이 증가함에 따라 점도가 크게 감소하는 강한 슈도플라스틱 거동을 보였다. 이 실험에서 MTMS, GPTMS, MPTMS 가 첨가된 시료의 점도는 순수한 수분산 폴리우레탄의 점도와 큰 차이가 없지만, APS가 사용된 시료의 점도는 상대적으로 크게 증가하는 것을 알 수 있었다.
- 1의 합성 절차에서 실란커플링제의 종류를 달리하여 얻어진 silylated waterborne polyurethane 용액의 형성 모습을 나타낸 사진이다. 실란커플링제가 전혀 첨가되지 않았을 경우는 푸른색을 나타내었으나, 실란커플링제인 MTMS, GPTMS, MPTMS가 첨가 되었을 경우에는 연한 푸른색을 나타내다가, APS가 첨가된 경우에는 투명한 노란색을 나타내는 것을 알 수 있었다.
- 6은 prepolymer롤 다양한 종류의 실란커플링제와 반응한 후 아민 중화 및 수분산을 거츠1 후 EDA로 사슬연장시켜 생성된 silylated waterborne polyurethane 용액의 입도분석을 나타낸 그림이다. 실란커플링제가 첨가되지 않은 시료 (Table 1에서의 W0)는 2.9 nm의 평균 입경을 보였으나, 실란커플링제인 MTMS(Table 1에서의 WM), GPTMS(Table 1에서의 WGP), MPTMS(Table 1에서의 WMP), APS (Table 1에서의 WA)가 첨가될 경우 각각 5.5, 6.6, 8.9, 43.3 nm로 실란커플링제가 첨가되지 않은 시료보다 평균 입경이 증가함을 알 수 있었다. 또한 APS가 첨가된 silylated waterborne polyurethane이 다른 실란커플링제를 첨가한 시료보다 평균 입경이 더 큰 것을 알 수 있다.
- 그러나 코팅된 도막들은 MTMS 가 첨가된 시료를 제외한 GPTMS, MPTMS, APS가 첨가된 시료에서는 연필경도가 순수한 수분산 폴리우레탄 시료의 2H 에서 3H로 증가하는 경향을 보였다. 이 결과로부터 실란커플링제인 GPTMS, MPTMS, APS 의 첨가는 코팅 막의 연필경도를 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있었다. 한편 도막들의 부착력은 5B로 모두 우수한 결과를 보였다.
- 반면에 APS가 첨가된 경우에는 실란커플링제가 첨가되지 않은 용액의 점도보다 상대적으로 큰 점도를 보였으며, spindle의 rpm이 증가함에 따라 점도가 크게 감소하는 강한 슈도플라스틱 거동을 보였다. 이 실험에서 MTMS, GPTMS, MPTMS 가 첨가된 시료의 점도는 순수한 수분산 폴리우레탄의 점도와 큰 차이가 없지만, APS가 사용된 시료의 점도는 상대적으로 크게 증가하는 것을 알 수 있었다. 이는 앞의 3-3 절의 입도분석 결과에서 설명된 바와 같이 NCO terminated prepolymer의 측쇄에 APS가 첨가될 경우, 서로 다른 두 폴리우레탄 분자의 실라놀 그룹 사이에 축합반응이 일어나 두 분자가 결합되어 큰 분자량의 폴리우레탄이 형성되므로, 입자 크기가 커져 용액의 점도가 높아지게 된다고 판단된다.
- 증가하는 경향을 보였다. 이로부터 실란커플링제인 GPTMS, MPTMS, APS는 코팅 도막의 연필경도를 증가시킬 수 있음을 알 수 있었다.
- 3, 300 cm-1 에서의 NH bending과 1, 610~1, 560 cm-1 에서의 COO stretch 피크가 나타남으로서 polyurethane prepolymer가 형성되었음을 알 수 있었다. 이상의 결과로부터 polyurethane prepolymer는 3 hr 반응 후 생성될 수 있음을 알 수 있었다. 또한 Fig.
- [6-10]. 즉, 수분산 폴리우레탄 주쇄 내에 이온기를 도입함으로써 물중에서 안정한 분산체를 얻을 수 있으며, 수분산 폴리우레탄으로 형성시킨 코팅 도막은 용제형 폴리우레탄에서와 같이 hard segment(HS)/soft segment(SS)의 상분리 현상을 이용해 다양한 물성을 용이하게 제어할 수 있다. [11-13].
- 4의 실란커플링제의 첨가 종류에 따라 얻어진 silylated waterborne polyurethane 용액의 고형물 함유량을 적외선 습윤계를 이용하여 측정한 결과이다. 측정온도는 105 oC로 고정하였으며, 실란커플링제가 첨가되지 않은 시료는 25.1%의 고형물을 함유한 반면 실란커플링제인 MTMS, GPTMS, MPTMS, APS가 첨가되면 고형물 함유량이 각각 25.5, 26.1, 26.3, 26.7%로 실란커플링제가 첨가되지 않은 시료보다 높은 수치를 보였다. 코팅 용액 내의 고형물 함유량은 코팅 도막의 물성과 상대적으로 관련이 있는데, Table 2에서와 같이 고형물 함유량이 커질수록 코팅 도막의 연필경도가 우수해지는 결과와 잘 일치하고 있다.
- 4의 실란커플링제 종류 변화에 따라 얻어진 silylated waterborne polyurethane 용액의 점도를 Brookfield 점도계를 이용해 측정한 결과이다. 측정온도는 19 oC로 고정하였으며 , MTMS, GPTMS, MPTMS 와 같은 실란 커플링제가 첨가된 용액의 점도는 상대적으로 실란커플링제가 첨가되지 않은 용액의 점도와 큰 차이를 보이지 않았으며, spindle의 회전속도 (rpm) 증가에 따라 점도가 약간 감소하는 약한 슈도플라스틱 (pseudoplastic) 거동을 보였다. 반면에 APS가 첨가된 경우에는 실란커플링제가 첨가되지 않은 용액의 점도보다 상대적으로 큰 점도를 보였으며, spindle의 rpm이 증가함에 따라 점도가 크게 감소하는 강한 슈도플라스틱 거동을 보였다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.