[논문]스피커 댐퍼용 아미노실란 처리 수분산 폴리우레탄/에폭시 하이브리드 수지의 합성

최현석; 최동호; 박주용; 허만우

doi:10.5764/tcf.2017.29.1.25

[국내논문] 스피커 댐퍼용 아미노실란 처리 수분산 폴리우레탄/에폭시 하이브리드 수지의 합성
Synthesis of Aminosilane treated Waterborne Poly Urethane/Epoxy Hybrid Resin used for Loudspeaker Damper 원문보기

韓國染色加工學會誌 = Textile coloration and finishing, v.29 no.1, 2017년, pp.25 - 36

최현석 (DYETEC연구원) , 최동호 ((주)흥일) , 박주용 (한일화섬(주)) , 허만우 (경일대학교 간호학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This study worked on the synthesis of waterborne polyurethane/epoxy hybrid resins containing aminosilane compound to replace conventional phenol resins used for a coating material for loudspeaker dampers, which are not harmful to human being. Waterborne polyurethane resins were synthesized from two diisocyanate of 4,4'-diphenylethane diisocyanate and toluene diisocyanate, two polyols of polyester polyols(PEP), polycarbonatediol(PCD), including and anionic center of dimethylol butanoic acid, a chain extenders of ethylenediamine(EDA), and a neutral agent of triethylamine. Synthesized polyurethane resins and commercially available bisphenol A type waterborne epoxy resin were blended in weight ratios of 80:20 to prepare polyurethane/epoxy hybrid resins. The synthesized waterborne polyurethane/epoxy hybrid resins were reacted with aminosilane compound to improve mechanical properties. Aminosilane-treated polyurethane /epoxy hybrid resins showed better mechanical properties.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

그래서 열경화성 수지인 에폭시 수지와 우수한 충격 강도 및 내노화성과 산소에 대한 안정성이 뛰어난 폴리 우레탄을 블랜딩하여 친환경적이고 인체 친화적일 뿐만 아니라 탄성회복이 우수한 수분산 폴리우레탄/에폭시 하이브리드 수지를 합성하고 아미노 실란계 화합물을 적당량 반응시킨 스피커용 댐퍼에 사용하고자 한다.
따라서 친환경적이고 인체에 해가 없는 수분산 폴리 우레탄과 수분산 에폭시 수지를 블랜드하여 스피커용 댐퍼의 코팅 재질로 사용하고자 하였다.

제안 방법

2. 합성한 수분산 폴리우레탄 수지와 시판 수분산 bisphenol A type의 에폭시 수지의 중량비를 80:20 블랜드하여 수분산 폴리우레탄/에폭시 하이브리드 수지를 제조하였다.
FT-IR(Mattson Instrument Co. Ltd, Genesis 2, USA) 기기를 사용하여 합성한 수지의 화학적 성분을 확인하였다.
WPU/Epoxy hybrid 수지와 aminosilane 화합물 과의 반응은 WPU/Epoxy hybrid 수지와 aminosilane 화합물(WPU/Epoxy hybrid 수지량의 0.5% W/W)의 소정량을 반응기에 투입하고 교반하면서 반응온도는 100℃로 고정하고 천천히 교반하여 1시간 반응시켰다. 또 생성된 액 중 300g에 경화제 3%와 촉진제 0.
반응공정은 SchemeⅠ에 나타내었다. 그리고 수분산 폴리우레탄/에폭시 하이브리드 수지의 경화는 다가 아민류 경화제를 사용하여 블렌드한 에폭시 수지의 당량에 따라 소정량 씩 첨가하였으며, 경화조건은 130℃ 에서 5분간 경화시켰다. 하이브리드 수지 제조에 사용된 bisphenol A type의 수분산 에폭시 수지의 단위 당량당 분자량(EEW) 등의 물성을 Table 2에 나타내었다.
스피커용 댐퍼 코팅제로 사용할 우레탄수지는 몇 가지의 diisocyanate와 polyol 및 chain extender를 사용하여 합성한 수분산 폴리우레탄 (waterborne polyurethane, WPU)과 함량을 달리한 수분산 bisphenol A type의 에폭시 수지를 블랜드하여 수분산 폴리우레탄/에폭시 하이브리드 수지를 합성하였다. 그리고 합성된 하이브리드 수지의 물성을 보완하기 위하여 아미노 실란계 화합물과 반응시켜 스피커용 댐퍼 코팅제를 제조하고, 코팅제의 여러 가지 물성들을 조사하였다.
따라서 보다 친환경적이고 인체에 해가 없는 WPU 를 합성하고 합성한 WPU와 수분산 에폭시수지를 blend하여 WPU/Epoxy 하이브리드 수지를 합성하였고 합성한 수지의 화학적 조성을 확인하기 위하여, 먼저 합성한 WPU 고분자를 FT-IR spectrophotometer로 분석한 IR-spectrum을 Figure 1에 나타내었다.
반응기에 4,4'-diphenylethane diisocyanate와 Dimethylol butanoic acid 및 Polyester polyol A를 각각 소정량으로 투입하여 질소 기류하에서 60℃로 유지하여 4시간 동안 교반하였다.
수분산 폴리우레탄/에폭시 하이브리드 수지 제조는 먼저 합성한 수분산 폴리우레탄 수지(WPU)를 각각 소정량을 반응기에 투입하고 수분산 폴리우레탄과 수분산 에폭시 수지의 중량 비율을 각각 80:20이 되도록 에폭시 수지를 일정량 투입하고 반응온도 60℃에서 천천히 교반하여 1시간 반응시켰다.
스피커용 댐퍼 코팅제로 사용할 우레탄수지는 몇 가지의 diisocyanate와 polyol 및 chain extender를 사용하여 합성한 수분산 폴리우레탄 (waterborne polyurethane, WPU)과 함량을 달리한 수분산 bisphenol A type의 에폭시 수지를 블랜드하여 수분산 폴리우레탄/에폭시 하이브리드 수지를 합성하였다. 그리고 합성된 하이브리드 수지의 물성을 보완하기 위하여 아미노 실란계 화합물과 반응시켜 스피커용 댐퍼 코팅제를 제조하고, 코팅제의 여러 가지 물성들을 조사하였다.
스피커용 댐퍼에 코팅할 재료로서 친환경적이고 인체에 해가 없을 뿐만 아니라 탄성 회복이 우수한 수지로 대체하기 위하여 수분산 폴리우레탄/에폭시 하이브리드 수지(WPU/Epoxy hybrid resin)를 합성하였고, 물성을 보완하기 위하여 아미노실란 화합물과 반응시켜 아미노실란 처리된 수분산 폴리우레탄/에폭시 하이브리드 수지 (Aminosilane treated WPU/Epoxy hybrid resin)를 제조하고 그 물성들을 조사하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
반응기에 4,4'-diphenylethane diisocyanate와 Dimethylol butanoic acid 및 Polyester polyol A를 각각 소정량으로 투입하여 질소 기류하에서 60℃로 유지하여 4시간 동안 교반하였다. 이때 반응물의 NCO 함량은 dibuthylamine 역적정법으로 측정하여 미반응 NCO함량이 계산치에 도달했는지를 확인하였다. NCO함량이 계산치 이하로 되면 40℃까지 냉각시켰다.
인장강도 및 연신율은 UTM(Hounsfield Co. Ltd, UK)를 사용하여 측정하였다. 이때 시료의 두께는 0.
합성한 WPU 수지와 Scheme Ⅱ의 방법으로 합성한 에폭시 수지를 blend하여 WPU/Epoxy hybrid 수지를 합성하고 합성한 수지의 화학적 조성을 알아보기 위하여 Epoxy 수지와 WPU/Epoxy hybrid 수지의 FTIR spectrophotometer로 분석한 IR-spectrum을 Figure 2와 Figure 3에 나타내었다.

대상 데이터

1. 수분산 폴리우레탄의 합성은 4,4'-diphenylethane diisocyanate와 toluenediisocyanate등과 comonomer 를 사용하였고 폴리올은 polyester polyol(PCD, MW:2000)과 polycarbonate diol의 2종류와 chain extender로서는 ethylenediamine을 사용하였다.
4,4'-diphenylmethane diisocyanate(MDI, Dow chemical), toluene diisocyanate(TDI), poly carbonatediol(PCD, MW:2000), dimethylol butanoic acid(DMBA), polyesterpolyol(PEP), ethylenediamine (EDA), poly tetramethylene ether glycol(PTMEG, MW:2000), dimethylformamide(DMF), MB-20(catalyst), methyl ethyl ketone(MEK), I-245(첨가제), ZIKA BS(첨가제), bisphenol A type waterborne epoxy resin(KEM-128-70), hexahydrophthalic anhydride(epoxy resin hardener), SN-399(defoamer) 등은 국제화공사제 시약을 구입하여 그대로 사용하였고, aminosilane compound(MW: 35,000)은 삼성화학에서 구입하여 정제없이 그대로 사용하였다.

성능/효과

3. 합성한 수분산 폴리우레탄/에폭시 하이브리드 수지를 아미노실란계 화합물과 다양한 방법으로 처리하여 수분산 폴리우레탄/에폭시 하이브리드 수지의 기계적 물성을 개선하였다.
그리고 1220cm^-1 부근에 우레탄의 특성기인 N-C-O stretching peak가 나타나 있다. 또한 폴리우레탄 prepolymer에 나타나는 2280〜 2260cm^-1 부근에 나타나는 -N=C=O stretching band가 2280〜2260cm^-1 부근에 없는 것을 확인할 수있다. 따라서 폴리우레탄은 Scheme Ⅰ과 같은 공정으로 잘 합성된 것을 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	수분산 폴리우레탄의 단점은 무엇인가?	수분산 폴리우레탄(waterborne polyurethane, WPU)은 기존의 유기용제 대신 물을 사용하는 친환경적인 시스템으로서 도료와 점착제 등 매우 다양한 분야에 사용되고 있다1-9) . 그러나 용제형 PU에 비해 상대적으로 약한 물성과 내수성은 해결해야 될 문제로 제시되고 있다10-12 . 이러한 문제를 극복하기 위한 대안으로 최근 상호침투 고분자 그물 구조(interpenetrating polymer network; IPN) 또는 Semi-IPN 구조에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다13-15).
	차량용 스피커 댐퍼의 코팅제로 사용하는 페놀수지의 단점은 무엇인가?	아직까지 차량용 스피커 댐퍼의 코팅제로 범용으로 페놀수지가 여전히 사용되고 있다. 그러나 일정 시간 이상 스피커를 사용하게 되면 수지에 균열이 일어나서 탈락 현상이 발생하게 되어 음질에 영향을 끼치게 된다2). 또한 페놀은 피부접촉이나 호흡 및 소화기 등을 통해 인체에 흡수하게 되면 건강상 심각한 문제를 일으킬 수있는 독성 물질이므로 탄성이 뛰어나고 환경 친화적이며, 인체에 해가 없는 새로운 스피커 댐퍼용 수지의 사용이 요구되어 왔다16).
	수분산성 에폭시 수지의 특징은 무엇인가?	또한 현재 수분산성 에폭시 수지가 개발되어 상품화 되었으며 그에 맞는 수성 경화제를 사용한다면 단순히 혼합만으로 두 물질의 IPN 구조를 형성할 수 있지만 상품화 되어 있는 수분산성 에폭시 수지의 물성이 미흡하여 실용성에 문제가 많다.

참고문헌 (16)

S. G. Choi andK. S. Yoo, A Study on the Synthesis and Properties of Polyurethane Resin Based on PPG as a Glycol, Elastomer, 35(3), 205(2000).
S. G. Kim, M. J. Li, M. T. Ramesan, and D. S. Lee, Effects of Polyol Types and Hard Segment Contents on the Crystallization of Thermoplastic Polyurethanes, Polymer(Korea), 29(2), 140(2005).
S. Y. Yang, H. A. Kim, and S. J. Kim, The Synthesis of One-step Type Hydrophilic Non-porous Polyurethane Resin and the Physical Property of its Coated Fabric for the Garment, Textile Coloration and Finishing, 23(2), 131(2011).

원문보기 상세보기
J. Zhou, B. G. Min, M. K. Lim, K. S. Lee, Y. C. Yu, and J. S. Han, Preparation and Properties of Poly(ethylene terephthalate)(PET)/Polyamide-6(PA6) Alloy Fibers using Epoxy as a Reactive Compatibilizer I, Effect of Epoxy on the Phase Separation of PET/PA6 Alloys, Textile Coloration and Finishing, 24(2), 145(2012).

원문보기 상세보기
D. K. Seo, N. H. Ha, J. H. Lee, H. G. Park, and J. S. Bae, Property Evaluation of Epoxy Resin based Aramid and Carbon Fiber Composite Materials, Textile Coloration and Finishing, 27(1), 11(2015).

원문보기 상세보기
H. C. Kim, Study on the Compatibility of Brominated Epoxy Resin with Nylon 6 and the Characterization of the Blends, Textile Coloration and Finishing, 22(2), 155(2010).

원문보기 상세보기
J. Y. Kim, J. Y. Woo, M. H. Min, S. H. Yoon, and J. H. Yeum, Study on Dye Encapsulated Microcapsule Polymerization Using Polyurethane Prepolymer Synthesis and Textile Finishing, Textile Coloration and Finishing, 27(3), 184(2015).

원문보기 상세보기
J. W. Yi, E. J. Chae, and J. S. Bae, Property Evaluation of Breathable Blend Fabric of MPCE Copolymer and Wet Coagulated Polyurethane, Textile Coloration and Finishing, 26(4), 322(2014).

원문보기 상세보기
M. J. M. Abdrhman, L. Zhang, B. Zhou, andH. Li, Thermal Behavior of Nylon 6 and Bisphenol-A Polycarbonate Blends Compatibilized with an Epoxy Resin, Polymer(Korea), 32(6), 523(2008).
S. J. Park, J. S. Jin, J. R. Lee, and P. K. Pak, Effect of Surface Free Energies on Mechanical Properties of Epoxy/Polyurethane Blend System, Polymer(Korea), 24(2), 245(2000).
J. S. Kimand S. P. Hong, TheToughness of Polyurethane and Epoxy Resins IPNs, J. of Korean Ind. and Eng. Chemistry, 9(3), 445(1998).
Y. H. Hwang, K. E. Min, G. Y. Choi, W. S. Kim, D. H. Lee, L. S. Park, K. H. Seo, I. K. Kang, and I. R. Jun, The Toughness of Polyurethane Modified Unsaturated Polyester Resin, Polymer(Korea), 25(1), 71(2001).
D. K. Kim, H. K. Cho, and S. T. Noh, Preparation and Swelling Behavior of (Polyurethane/N-Isopropylacrylamide) Semi-IPN Hydrogel, Applied Chemistry for Engineering, 1(2), 321(1997).
S. C. Kim, Morphology Formation and Application of Interpenetrating Polymer Network(IPN) Materials, Polymer(Korea), 29(1), 1(2005).
M. H. Kim, K. H. Kim, I. H. Son, D. J. Lee, K. U. Chang, and J. H. Kim, A Study on the Dielectric Breakdown Properties of Two and Three Interpenetrating Polymer Network Epoxy Composites, The J. of Korean Institute of Electronic Material Engineers, 9(4), 364(1996).
H. S. Choi, D. H. Choi, and M. W. Huh, Synthesis of Polyurethane/Epoxy Hybrid Resin used for Damper of Loudspeaker, Textile Coloration and Finishing, 28(1), 40(2016).

원문보기 상세보기

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증