The mechanical properties of NATM resin were measured by SEM, FT-IR spectra, tensile properties, mole ％ of [NCO/OH], and particle size analyzer on stainless steel. Growing concerns in the environment-friendly NATM resin, we have synthesized the solvent-free NATM resin to be coating on metals such as...
The mechanical properties of NATM resin were measured by SEM, FT-IR spectra, tensile properties, mole ％ of [NCO/OH], and particle size analyzer on stainless steel. Growing concerns in the environment-friendly NATM resin, we have synthesized the solvent-free NATM resin to be coating on metals such as stainless. The properties of the synthesized NATM resin to be contained polyols, MDI, silicone surfactant, fillers and crosslink agents(diethyltoluene diamine, anhydrosorbitol), that they have highly stronger in intensity and longer durability than general NATM resin to be contained polyols, IPDI, silicone surfactant, fillers in general packing materials and coatings. The rigid segments of polyurethane in mechanical properties of coatings were due to cross linkage and the increase mole % of [NCO/OH]. In conclusion, the NATM microstructure with cross linkage can be good material for coating of anticorrosion of metal substrates such as stainless steel.
The mechanical properties of NATM resin were measured by SEM, FT-IR spectra, tensile properties, mole ％ of [NCO/OH], and particle size analyzer on stainless steel. Growing concerns in the environment-friendly NATM resin, we have synthesized the solvent-free NATM resin to be coating on metals such as stainless. The properties of the synthesized NATM resin to be contained polyols, MDI, silicone surfactant, fillers and crosslink agents(diethyltoluene diamine, anhydrosorbitol), that they have highly stronger in intensity and longer durability than general NATM resin to be contained polyols, IPDI, silicone surfactant, fillers in general packing materials and coatings. The rigid segments of polyurethane in mechanical properties of coatings were due to cross linkage and the increase mole % of [NCO/OH]. In conclusion, the NATM microstructure with cross linkage can be good material for coating of anticorrosion of metal substrates such as stainless steel.
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문제 정의
이러한 문제점들을 해결하고자 폴리올, 4,4-methylenediphenylisocyanate(MDI), 실리콘 계면활성제, 가교제(crosslink agents : diethyltoluene diamine (DETDA), anhydrosorbotol(AHS)), 충진제(fillers)를 사용하여 성능향상과 저장 안정성이 양호한 수지를 개발하였다. 본 연구는 이러한 고기능성의 NATM 소재를 개발하기 위하여 강구조물의 보수 보강용으로 활용할 수 있는 MDI와 폴리올로 prepolymer를 만들고, 가교제, 계면활성제, 촉매와 충진제를 첨가한 후에 MDI를 반응시켜 단단한 구획(hard segments)을 갖도록 하여 내화학성, 내열성 및 강도를 증가시킴은 물론 고강도이면서 내충격성인 양호한 수지는 여러 방면에 활용할 수 있도록 소재를 연구하였다.
1에서 실선의 그래프는 polyols, 충진제, 실리콘계면활성제, 촉매와 IPDI를 반응시켜 생성된 NATM 수지의 FT-IR스펙트럼이고, 점선의 그래프는 polyols. 충진제, 실리콘계면활성제, 촉매, 가교제(DETDA와 AHS1), MDI를 반응시켜 형성된 도료를 측정한 결과이다. 본 그래프에서 실선의 스펙트럼은 3,350㎝-1 과 1,530㎝-1 부근에서의 흡수피크는 각각 우레탄 그룹내의 -NH의 신축지동(stretching vibration)과 굽힘진동(bending vibration)으로 인하여 나타난 피크이다.
제안 방법
물성을 3회 측정하여 평균값을 얻었다. 도료의 입자크기 분포(particle size distribution)는 레이저 산란의 Coulter(Miami FL Co., model No. LS230,USA)로 측정하였다.
시편을 dip coating하여 150 ℃의 오븐에서 2시간동안 열경화하였다. 물성을 3회 측정하여 평균값을 얻었다. 도료의 입자크기 분포(particle size distribution)는 레이저 산란의 Coulter(Miami FL Co.
합성장치에 가열기, 기계적 교반기, 질소, 환류냉각기, 온도계가 장치된 4구 플라스크에 IPDI를 넣고 질소가스를 주입하면서 65 ℃하에서 교반하면서 PEG-400과 PTMG 등의 폴리올의 용액을 서서히 적가하면서 반응을 진행하였다. 본 연구는 prepolymer, MDI, 촉매, 소포제, 가교 망상제, 충전제를 사용하여 경질 우레탄 도료를 합성하였다. 폴리우레탄(PU) 수지의 실험에서 가교제의 양을 변화시킴에 따라 기계적 특성인 NCO/OH mole %, 입도분석기(particle size analyzer)와 SEM을 측정하여 영향을 조사하였다.
본 연구는 기존 NATM 수지보다 양호한 NATM 수지를 합성하였는데, 폴리올, MDI, 충진제, 촉매와 가교제를 사용하여 합성한 도료로서 304SUS에 dip coating한 후에 150 ℃의 오븐에서 2시간동안 열경화하였다. 또한 NATM 공법용 수지에 활용할 수 있는 도료로서 환경친화적이면서 금속코팅 등의 여러 산업분야에 활용 가능하다.
기존의 NATM수지(폴리올, IPDI(isophorone diisocyanete), 실리콘 계면활성제, 충진제(fume silica, Al2O3, MgO, CaCO3), 촉매)는 수분에 약한 단점으로 인하여 습도가 높은 곳이나 천공 시에 시공이 어려워 비용, 인원, 시간의 손실이 매우 컸다. 이러한 문제점들을 해결하고자 폴리올, 4,4-methylenediphenylisocyanate(MDI), 실리콘 계면활성제, 가교제(crosslink agents : diethyltoluene diamine (DETDA), anhydrosorbotol(AHS)), 충진제(fillers)를 사용하여 성능향상과 저장 안정성이 양호한 수지를 개발하였다. 본 연구는 이러한 고기능성의 NATM 소재를 개발하기 위하여 강구조물의 보수 보강용으로 활용할 수 있는 MDI와 폴리올로 prepolymer를 만들고, 가교제, 계면활성제, 촉매와 충진제를 첨가한 후에 MDI를 반응시켜 단단한 구획(hard segments)을 갖도록 하여 내화학성, 내열성 및 강도를 증가시킴은 물론 고강도이면서 내충격성인 양호한 수지는 여러 방면에 활용할 수 있도록 소재를 연구하였다.
분석기기는 Lab-Line Instrument INC(Germany)사의 모델명 3608의 건조기와 FT-IR460 plus와 Philips(USA)의 XL-30E SEM을 사용하였다. 인장강도 측정에는 일본 IMADA기기를 사용하여 충전제와 가교제의 영향을 확인하였다.
본 연구는 prepolymer, MDI, 촉매, 소포제, 가교 망상제, 충전제를 사용하여 경질 우레탄 도료를 합성하였다. 폴리우레탄(PU) 수지의 실험에서 가교제의 양을 변화시킴에 따라 기계적 특성인 NCO/OH mole %, 입도분석기(particle size analyzer)와 SEM을 측정하여 영향을 조사하였다. 합성된 수지의 조성은 prepolymer 100 g에 충진제 10 g, 촉매와 소포제 1 g와 MDI 55 g으로 실험하였다.
합성장치에 가열기, 기계적 교반기, 질소, 환류냉각기, 온도계가 장치된 4구 플라스크에 IPDI를 넣고 질소가스를 주입하면서 65 ℃하에서 교반하면서 PEG-400과 PTMG 등의 폴리올의 용액을 서서히 적가하면서 반응을 진행하였다. 본 연구는 prepolymer, MDI, 촉매, 소포제, 가교 망상제, 충전제를 사용하여 경질 우레탄 도료를 합성하였다.
대상 데이터
잔존하는 수분을 제거하기 위하여 폴리올을 5시간동안 100 ℃에서 건조한 후에 사용하였다. MDI는 ICI사의 제품을 사용하였다. 촉매인 dibutyltin dilaurate는 Switzerland Fluka사의 제품을 사용하였고 소포제인 실리콘 오일을 다우코닝사에서 구입하였다.
도료의 보강재(reinforcement agent)인 Al2O3, CaCO3, MgO, fume silica 미세분말은 국산을 사용하였다. 가교제 DETDA과 AHS 등은 Junsei Chemical 사에서 구입하여 사용하였다.
촉매인 dibutyltin dilaurate는 Switzerland Fluka사의 제품을 사용하였고 소포제인 실리콘 오일을 다우코닝사에서 구입하였다. 도료의 보강재(reinforcement agent)인 Al2O3, CaCO3, MgO, fume silica 미세분말은 국산을 사용하였다. 가교제 DETDA과 AHS 등은 Junsei Chemical 사에서 구입하여 사용하였다.
본 논문에서 사용한 폴리올은 Aldrich사의 polyethylene glycol(PEG)400, PPG1000, polyesterpolyol, polyetherpolyol과 polytetramethylene glycol(PTMG)를 구입하여 사용하였다.
분석기기는 Lab-Line Instrument INC(Germany)사의 모델명 3608의 건조기와 FT-IR460 plus와 Philips(USA)의 XL-30E SEM을 사용하였다. 인장강도 측정에는 일본 IMADA기기를 사용하여 충전제와 가교제의 영향을 확인하였다.
시편은 샌딩처리된 304SUS 5×5×0.1 cm 크기로 isopropylalcohol과 아세톤에 각각 세척하여 사용하였다.
MDI는 ICI사의 제품을 사용하였다. 촉매인 dibutyltin dilaurate는 Switzerland Fluka사의 제품을 사용하였고 소포제인 실리콘 오일을 다우코닝사에서 구입하였다. 도료의 보강재(reinforcement agent)인 Al2O3, CaCO3, MgO, fume silica 미세분말은 국산을 사용하였다.
성능/효과
1. NATM 수지 조성 중에서 폴리올, IPDI, 충진제, 촉매, 계면활성제인 경우보다, 폴리올, MDI, 충진제, 촉매, 계면활성제, 가교제의 경우가 더욱 규칙적인 결정구조를 형성하였다.
2. 입도 분석의 결과 폴리올, IPDI, 충진제, 촉매의 경우보다, 폴리올, MDI, 충진제, 촉매, 가교제의 경우 입도부피가 크게 나타났다.
3. 가교제와 [NCO/OH] mole %의 함량이 증가할수록 인장강도와 점성도가 증가함을 알 수 있었다.
가교제와 [NCO/OH] mole%의 값이 증가함에 따라 점성도가 증가하였으며, 가교제와[NCO/OH] mole %가 감소함에 따라 tensile strength가 비례하여 감소되었음을 알 수 있었다.
그리하여 새로운 NATM용 고분자 수지는 환경친화적인 수용성 수지로서 접착성, 내후성, 내약품성이 더욱 우수한 내진 고분자 소재로서 대외 경쟁력을 갖출 뿐만 아니라 수입대체효과 및 시너지 효과가 매우 크므로 개발이 시급한 상황이다. 기존의 NATM수지(폴리올, IPDI(isophorone diisocyanete), 실리콘 계면활성제, 충진제(fume silica, Al2O3, MgO, CaCO3), 촉매)는 수분에 약한 단점으로 인하여 습도가 높은 곳이나 천공 시에 시공이 어려워 비용, 인원, 시간의 손실이 매우 컸다. 이러한 문제점들을 해결하고자 폴리올, 4,4-methylenediphenylisocyanate(MDI), 실리콘 계면활성제, 가교제(crosslink agents : diethyltoluene diamine (DETDA), anhydrosorbotol(AHS)), 충진제(fillers)를 사용하여 성능향상과 저장 안정성이 양호한 수지를 개발하였다.
폴리우레탄 폼의 밀도에 영향을 미치는 인자는 폴리올의 종류, 이소시아네이트, 실리콘 유화제, 충진제, 가교제 등이 있다. 따라서 본 실험에서 가교제의 함량이 증가함에 따라 밀도가 증가하는 결과를 보이고 있었다. 가교제가 첨가되지 않은 경우 밀도는 약 0.
후속연구
본 연구는 기존 NATM 수지보다 양호한 NATM 수지를 합성하였는데, 폴리올, MDI, 충진제, 촉매와 가교제를 사용하여 합성한 도료로서 304SUS에 dip coating한 후에 150 ℃의 오븐에서 2시간동안 열경화하였다. 또한 NATM 공법용 수지에 활용할 수 있는 도료로서 환경친화적이면서 금속코팅 등의 여러 산업분야에 활용 가능하다. 이는 성능과 저장 안정성이 양호한데, 점도변화가 없으며 자체점도가 낮아 상온에서 액상으로 장기간 보관할 수 있고, 인장력과 강도가 양호하여 SUS 코팅에 따른 실험 결과는 다음과 같다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
본 연구에서 폴리올의 잔존 수분을 제거하기 위해 어떤 단계를 거쳤는가?
잔존하는 수분을 제거하기 위하여 폴리올을 5시간동안 100 ℃에서 건조한 후에 사용하였다. MDI는 ICI사의 제품을 사용하였다.
새로운 NATM용 고분자 수지의 개발이 중요한 이유는 무엇인가?
산업에 중요한 엔지니어링 소재인 스테인레스 스틸 등의 금속산업은 매년 꾸준한 성장속도를 보여주고 있으나 부식이 발생하고 있어, 이를 해결하면 다양한 금속의 부식내구성이 향상되어 활용이 크게 기대된다. 그리하여 새로운 NATM용 고분자 수지는 환경친화적인 수용성 수지로서 접착성, 내후성, 내약품성이 더욱 우수한 내진 고분자 소재로서 대외 경쟁력을 갖출 뿐만 아니라 수입대체효과 및 시너지 효과가 매우 크므로 개발이 시급한 상황이다. 기존의 NATM수지(폴리올, IPDI(isophorone diisocyanete), 실리콘 계면활성제, 충진제(fume silica, Al2O3, MgO, CaCO3), 촉매)는 수분에 약한 단점으로 인하여 습도가 높은 곳이나 천공 시에 시공이 어려워 비용, 인원, 시간의 손실이 매우 컸다.
기존 NATM수지, 실리콘 계면활성제, 충진제의 수분에 약한 단점을 해결하기 위해 무엇이 개발되었는가?
기존의 NATM수지(폴리올, IPDI(isophorone diisocyanete), 실리콘 계면활성제, 충진제(fume silica, Al2O3, MgO, CaCO3), 촉매)는 수분에 약한 단점으로 인하여 습도가 높은 곳이나 천공 시에 시공이 어려워 비용, 인원, 시간의 손실이 매우 컸다. 이러한 문제점들을 해결하고자 폴리올, 4,4-methylenediphenylisocyanate(MDI), 실리콘 계면활성제, 가교제(crosslinkagents : diethyltoluene diamine (DETDA),anhydrosorbotol(AHS)), 충진제(fillers)를 사용하여 성능향상과 저장 안정성이 양호한 수지를 개발하였다. 본 연구는 이러한 고기능성의 NATM 소재를 개발하기 위하여 강구조물의 보수 보강용으로 활용할 수 있는 MDI와 폴리올로 prepolymer를 만들고, 가교제, 계면활성제, 촉매와 충진제를 첨가한 후에 MDI를 반응시켜 단단한 구획(hard segments)을 갖도록 하여 내화학성, 내열성 및 강도를 증가시킴은 물론 고강도이면서 내충격성인 양호한 수지는 여러 방면에 활용할 수 있도록 소재를 연구하였다.
참고문헌 (15)
K. Haruyama, S. Teramoto and Kazuo, Taira Tunnelling and Underground Space Technology, 20(2), 111 (2005).
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