본 연구에서는 피마자유 유래의 sebacic acid를 isophthalic acid 및 glycol과 병용하여 폴리에스터폴리올을 중합하고 이어서 폴리우레탄 접착제를 제조하였다. 접착력을 측정한 결과에서 sebacic acid를 병용한 폴리올이 adipic acid를 사용한 폴리올 보다 응집에너지가 커서 접착력이 우수하게 나타났고, glycol은 선형구조 보다 메틸기를 포함하는 가지구조가 더 좋은 접착력을 보였다. 쇄연장제는 1,4-butane diol(BD)를 사용한 것이 가장 접착력이 좋게 나타났다. 또한 TGA 측정결과 내열성은 BD가 가장 높고, 1,2-propylene glycol(PG)가 다음, ethylene glycol(EG)가 가장 낮았다. DMA 측정에서 유리전이온도는 PG, EG, BD의 순서로 높게 나타났다.
본 연구에서는 피마자유 유래의 sebacic acid를 isophthalic acid 및 glycol과 병용하여 폴리에스터 폴리올을 중합하고 이어서 폴리우레탄 접착제를 제조하였다. 접착력을 측정한 결과에서 sebacic acid를 병용한 폴리올이 adipic acid를 사용한 폴리올 보다 응집에너지가 커서 접착력이 우수하게 나타났고, glycol은 선형구조 보다 메틸기를 포함하는 가지구조가 더 좋은 접착력을 보였다. 쇄연장제는 1,4-butane diol(BD)를 사용한 것이 가장 접착력이 좋게 나타났다. 또한 TGA 측정결과 내열성은 BD가 가장 높고, 1,2-propylene glycol(PG)가 다음, ethylene glycol(EG)가 가장 낮았다. DMA 측정에서 유리전이온도는 PG, EG, BD의 순서로 높게 나타났다.
In this study, sebacic acid made from castor oil was used as monomer with isophthalic acid and glycols for polyester polyol synthesis. Polyurethane adhesive was synthesized from the various polyester polyol. From the result of adhesion strength test, polyester polyol made from sebacic acid showed be...
In this study, sebacic acid made from castor oil was used as monomer with isophthalic acid and glycols for polyester polyol synthesis. Polyurethane adhesive was synthesized from the various polyester polyol. From the result of adhesion strength test, polyester polyol made from sebacic acid showed better adhesive force than that of adipic acid due to higher cohesive energy. Branched glycol containing methyl group represented better adhesion than linear glycol. In the chain extender, adhesion strength increased going from PG, EG, BD. From the measurement of TGA, BD showed the best heat stability, and followed by PG, EG. Glass transition temperature increased in the order PG, EG, BD by the result of DMA.
In this study, sebacic acid made from castor oil was used as monomer with isophthalic acid and glycols for polyester polyol synthesis. Polyurethane adhesive was synthesized from the various polyester polyol. From the result of adhesion strength test, polyester polyol made from sebacic acid showed better adhesive force than that of adipic acid due to higher cohesive energy. Branched glycol containing methyl group represented better adhesion than linear glycol. In the chain extender, adhesion strength increased going from PG, EG, BD. From the measurement of TGA, BD showed the best heat stability, and followed by PG, EG. Glass transition temperature increased in the order PG, EG, BD by the result of DMA.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
제안 방법
Sebacic acid를 병용한 폴리에스터 폴리올로 중합된 폴리우레탄 접착제의 구조를 FT-IR로 확인하였다(Figure 1). 측정결과 3600 cm-1 부근에서 폴리올의 -OH 기가 관찰되고 2950 cm-1 에서 sebacic acid의 -CH shoulder가 나타났다.
촉매를 가하고 2 시간 반응을 하여 FT-IR로 NCO 기가 없어진 것을 확인 후 중합물을 얻었다. Table 2에서와 같이 폴리올(ES-2) 1몰에 TDI 0.5몰로 배합하였고 쇄연장제는 EG, BD, PG를 각각 0.1몰씩 배합하였다.
그 위에 다른 PP film을 놓고 고무롤로 롤링 후 55 ℃에서 24 시간 경화시켜 접착된 필름을 만든다. 만들어진 필름을 폭 15 mm로 잘라 시편을 만들고 UTM (INSTRON 4465)을 이용하여 10 mm/min의 인장속도로 측정하였다. 폴리우레탄 접착제의 접착력 측정을 위한 경화제의 배합비는 Table 3에 나타냈다.
열분석을 위해 DMA(DMA 8000, Perkin Elmer)를 이용하여 승온속도 2 ℃/min로 온도범위는 –10 ℃에서 50 ℃ 까지에서 주파수는 1 Hertz로 실험을 진행 하였다.
열분석을 위해 DMA(DMA 8000, Perkin Elmer)를 이용하여 승온속도 2 ℃/min로 온도범위는 –10 ℃에서 50 ℃ 까지에서 주파수는 1 Hertz로 실험을 진행 하였다. 열분해 특성을 확인하기 위해 TGA(TGA 4000, Perkin Elmer)를 이용하여 질소 기류 하에서 10 ℃/min의 속도로 50 ℃부터 600 ℃까지의 범위로 측정하였다.
폴리에스터 폴리올을 중합하여 각 중합물의 성분에 따른 접착력을 측정하여 보았다. 이염기산의 경우 aliphatic di- carboxylic acid와 aromatic dicarboxylic acid의 몰 비율은 1:1정도가 되면 중합하기가 용이하다.
대상 데이터
촉매인 dibutyltin dilaurate(DBTL)과 tetrabutyl titanate(TNBT)는 Aldrich 시약을 사용하였다. Toluene diisocyanate(TDI)는 공업용(동양화학)을 사용하였고 용제로 사용하는 eth- yl acetate(EA)는 삼전화학 시약 1급을 사용하였다. 질소 가스는 공업용 봄베(대성산소)를 사용하였다.
본 연구에서 sebacic acid(SA), adipic acid(AA), isophthalic acid(IPTA)는 삼전화학 1급 시약을 그대로 사용하였고 ethylene glycol(EG), 1,2-propylene glycol(PG), 1,4-butane diol(BD), neopentyl glycol(NPT), 1,6-hexane diol(HD), trimethylol propane(TMP)은 대정 화금 1급 시약을 정제 없이 그대로 사용하였다. 촉매인 dibutyltin dilaurate(DBTL)과 tetrabutyl titanate(TNBT)는 Aldrich 시약을 사용하였다.
Toluene diisocyanate(TDI)는 공업용(동양화학)을 사용하였고 용제로 사용하는 eth- yl acetate(EA)는 삼전화학 시약 1급을 사용하였다. 질소 가스는 공업용 봄베(대성산소)를 사용하였다.
본 연구에서 sebacic acid(SA), adipic acid(AA), isophthalic acid(IPTA)는 삼전화학 1급 시약을 그대로 사용하였고 ethylene glycol(EG), 1,2-propylene glycol(PG), 1,4-butane diol(BD), neopentyl glycol(NPT), 1,6-hexane diol(HD), trimethylol propane(TMP)은 대정 화금 1급 시약을 정제 없이 그대로 사용하였다. 촉매인 dibutyltin dilaurate(DBTL)과 tetrabutyl titanate(TNBT)는 Aldrich 시약을 사용하였다. Toluene diisocyanate(TDI)는 공업용(동양화학)을 사용하였고 용제로 사용하는 eth- yl acetate(EA)는 삼전화학 시약 1급을 사용하였다.
성능/효과
Figure 4에 폴리올의 성분에 따른 접착력 측정결과를 나타내었다. Dicarboxylic acid의 종류로 sebacic acid(ES-2)와 adipic acid(ES-3)의 접착력을 비교한 결과 ES-2의 접착력이 470 gramf/15mm으로 ES-3의 측정결과인 340 gramf/15mm 보다 훨씬 우수한 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 sebacic acid가 -CH2(methylene)의 갯수가 8개로 adipic acid 보다 응집에너지가 높기 때문에 접착력이 우수한 것으로 보여 진다.
9 ES-5, ES-6 와 같이 isophthalic acid의 비율이 높아지면 aromatic ring의 응집에너지는 높지만 접착제가 단단(hard)해지기 때문에 접착력이 낮아지는 것으로 보여 진다. ES-1은 aliphatic구조로 이루어져 응집에너지가 낮아 접착력이 낮은 것으로 보여지고, ES-7은 aromatic 구조이지만 1,6-hexane diol과 같이 비교적 긴 사슬구조의 glycol이 단단한 특성을 줄여 주어 접착력을 유지시켜 주는 것으로 판단된다.
이러한 결과는 sebacic acid가 -CH2(methylene)의 갯수가 8개로 adipic acid 보다 응집에너지가 높기 때문에 접착력이 우수한 것으로 보여 진다. Glycol의 종류로 ethylene glycol (ES-2)과 1,2-propylene glycol (ES-4)를 비교한 결과는 ES-4의 접착력이 500 gramf/15mm으로 ES-2보다 접착력이 우수하다는 것을 알 수 있었다. 1,2-Propylene glycol과 같이 -CH3(methyl)를 포함한 가지달린 구조가 직쇄상 구조보다 접착력이 우수한 것은 methyl기의 응집에너지가 ethylene glycol의 methylene기보다 높기 때문으로 생각 된다.
결과를 나타내었다. PU-2의 초기 분해 온도는 약 270 ℃로 열적 안정성이 가장 우수했고 PU-3, PU-1의 순서로 초기 분해 온도가 감소함을 알 수 있었다. 또한 TGA thermogram에서 2단계에 걸쳐 분해가 일어나는 이유는 우레탄그룹의 분해가 먼저 일어난 후 소프트 세그멘트의 분해가 일어나기 때문이다.
또한 ester의 car bonyl group이 1730 cm-1부근에서 나타나고 isophthalic acid의 벤젠 고리가 1600 cm-1, 740 cm-1에서 관찰되었다. 또한 3300 cm-1부근과 1530 cm-1 에서 우레탄기 중의 -NH 피크가 관찰되고 2270 cm-1 에서 -NCO 피크가 관찰되는 것으로 미루어 폴리우레탄 접착제의 중합이 잘 되었음을 확인할 수 있었다.7
쇄연장제로 1,4-butane diol(PU-2)의 접착력이 961 gramf/15mm로 가장 우수한 이유는 폴리우레탄 접착제의 구조에서 짝수의 글리콜을 사용하면 최저의 에너지로 당겨져 늘어나는 conformation을 가지고 수소결합을 하기 쉬워져 접착력이 높아지는 것으로 보인다. 또한 coupling agent의 함량에 따른 접착력 측정결과 coupling agent의 함량을 0.5% 첨가한 것이 1.5% 첨가한 것 보다 높은 접착력을 나타내는 것을 알 수 있었다. 그 이유는 무기물과 결합하는 메톡시기와 유기물과 결합하는 에폭시기의 총 결합력에서 실리콘 화합물의 특성인 슬립성을 뺀 실제 결합력의 증가율이 coupling agent의 함량이 0.
Sebacic acid를 병용한 폴리에스터 폴리올로 중합된 폴리우레탄 접착제의 구조를 FT-IR로 확인하였다(Figure 1). 측정결과 3600 cm-1 부근에서 폴리올의 -OH 기가 관찰되고 2950 cm-1 에서 sebacic acid의 -CH shoulder가 나타났다. 또한 ester의 car bonyl group이 1730 cm-1부근에서 나타나고 isophthalic acid의 벤젠 고리가 1600 cm-1, 740 cm-1에서 관찰되었다.
쇄연장제는 BD를 사용하면 접착력과 내열성이 우수하다. 피마자유 유래의 sebacic acid를 병용한 폴리에스터 폴리올을 사용하여 폴리우레탄 접착제를 중합하고 접착력을 테스트 한 결과 종래의 석유 유래의 adipic acid를 병용한 것보다 우수한 것으로 나타났다. 제조원가 측면에서는 높을 수 있으나 앞으로 요구되는 친환경 소재의 개발에 다양하게 응용될 것이라고 생각된다.
후속연구
피마자유 유래의 sebacic acid를 병용한 폴리에스터 폴리올을 사용하여 폴리우레탄 접착제를 중합하고 접착력을 테스트 한 결과 종래의 석유 유래의 adipic acid를 병용한 것보다 우수한 것으로 나타났다. 제조원가 측면에서는 높을 수 있으나 앞으로 요구되는 친환경 소재의 개발에 다양하게 응용될 것이라고 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
접착제란?
접착제란 일반적으로 두 표면을 강하고 영구적으로 접합시킬 수 있는 물질을 의미한다. 자동차, 신발, 가구 등 거의 모든 제조업에 광범위하게 사용되고 있으며 나무나 금속, 고분자 등의 피접착물에 따라 다양한 종류가 존재한다.
용제형 폴리우레탄 접착제에 쓰이는 원료는?
2 용제형 폴리우레탄 접착제는 내열성, 내유성, 내용제성, 내한성 및 유연성이 우수하고 다양한 재질에서 접착력이 우수한 특성을 가지기 때문에 광범위하게 사용되고 있다. 일반적으로 용제형의 폴리우레탄 접착제의 원료로 폴리에스터계 폴리올과 디이소아네이트가 사용된다. 폴리에스터 폴리올은 dicarboxylic acid와 glycol로 합성된다.
폴리우레탄이란?
폴리우레탄은 활성 수산기(-OH)를 포함하고 있는 polyol과 isocyanate기(-NCO)를 포함하고 있는 화합물의 반응에 의해 생성되는 고분자 화합물로서 -NH와 C=O 그룹을 가지고 있어 나무나 금속, 고분자 등의 피 접착물과 강한 2차 결합을 형성할 수 있다.2 용제형 폴리우레탄 접착제는 내열성, 내유성, 내용제성, 내한성 및 유연성이 우수하고 다양한 재질에서 접착력이 우수한 특성을 가지기 때문에 광범위하게 사용되고 있다.
참고문헌 (10)
K. L. Mirral, Adhesive technology and applications, Marcel Dekker Inc., New York, 2003.
C. Hepburn, "Polyurethane Elastomers", Elsevier, New York, 1991.
NPCS Board of Consultants & Engineers, "Polymer materials and application", Anshan Ltd., UK, 2008.
고니시, "최신 폴리우레탄의 설계, 개질과 고기능화기술 전집", Technical Information Institute Co., Ltd., 2007.
S. Y. Choi, U. R. Cho, "Study on synthesis and properties of water-born polyurethane", Elast. Compos., 40, 4 (2005).
J. H. Chun, "Synthesis and properties polyuretane dispersion containing monomeric diol", J. Adhesion and interface, 11, 3 (2010)
Donald L. Pavia, "Introduction to spectroscopy", Brooks/Cole pub. co., 2009.
S. O. Hwang, U. R. Cho, "A study on synthesis of polyurethane/functionalized graphene nanocomposites by in-situ intercalation method", Elast. Compos., 47, 3 (2012).
Sina Ebnessajjad, "Adhesives Technology Handbook", William Andrew Pub., 2008.
H. I. Ryu, "A study on the effect of chain extenders on the properties of TDI-based aqueous polyurethane adhesive", J. Korean Ind. Eng. chem, 12, 8 (2001).
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.