In this study, (3,4-epoxycyclohexane)methyl 3,4-epoxycyclohexylcarboxylate acrylate was synthesized by reacting (3,4-epoxycyclohexane)methyl 3,4-epoxycyclohexylcarboxylate with acrylic acid to minimize hardening shrinkage and to improve heat resistance, which are known as disadvantages of photopolym...
In this study, (3,4-epoxycyclohexane)methyl 3,4-epoxycyclohexylcarboxylate acrylate was synthesized by reacting (3,4-epoxycyclohexane)methyl 3,4-epoxycyclohexylcarboxylate with acrylic acid to minimize hardening shrinkage and to improve heat resistance, which are known as disadvantages of photopolymers for 3D printing application. Urethane acrylate was synthesized by reacting 1,3,5-triazine-2,4,6-triamino alcohol, 2-hexylethyl acrylate, and isophorone diisocyanate in order to improve the mechanical properties without deteriorating the heat resistance. The physical properties before and after the synthesis of the acrylate and the mechanical properties when the urethane acrylate was applied were investigated. The reaction progress of the composite was examined by FTIR and $^{13}C$ NMR. The heat deflection temperature, flexural strength, and surface hardness of the molding were measured. The curing behavior by Photo-DSC ultraviolet irradiation was also examined.
In this study, (3,4-epoxycyclohexane)methyl 3,4-epoxycyclohexylcarboxylate acrylate was synthesized by reacting (3,4-epoxycyclohexane)methyl 3,4-epoxycyclohexylcarboxylate with acrylic acid to minimize hardening shrinkage and to improve heat resistance, which are known as disadvantages of photopolymers for 3D printing application. Urethane acrylate was synthesized by reacting 1,3,5-triazine-2,4,6-triamino alcohol, 2-hexylethyl acrylate, and isophorone diisocyanate in order to improve the mechanical properties without deteriorating the heat resistance. The physical properties before and after the synthesis of the acrylate and the mechanical properties when the urethane acrylate was applied were investigated. The reaction progress of the composite was examined by FTIR and $^{13}C$ NMR. The heat deflection temperature, flexural strength, and surface hardness of the molding were measured. The curing behavior by Photo-DSC ultraviolet irradiation was also examined.
본 연구에서는 자외선이라는 경화 에너지원은 같지만 서로 다른 관능기를 가지고 있어 가교가 충분히 이루어 지지 않는 두 가지 다른 물질들의 가교를 향상시킴으로써 라디칼재료의 장점인 빠른 경화속도, 우수한 기계적 물성과 양이온재료의 장점인 저수축성, 우수한 내열성을 동시에 만족시키는 새로운 재료를 합성하고자 하였다. 분자의 구조는 자외선 조사에 의해 충분히 가교될 수 있도록 사이클로 알리페틱 디에폭사이드(Cyclo-aliphetic diepoxide, CE)의 일부 에폭시기를 개환하여 아크릴레이트로 기능기를 치환함으로써 단일 물질의 분자구조내에 에폭시와 아크릴레이트의 두 관능기를 포함하도록 설계하였다.
제안 방법
본 연구에서는 라디칼 경화메커니즘을 갖는 재료들이 3D프린팅에서 단점으로 지적되고 있는 경화 수축률을 최소화하고 내열특성을 향상시키기 위해 양이온 경화 메커니즘과 라디칼 메커니즘을 동시에 갖는 소재를 개발하기 위해 (3,4-epoxycyclohexane)methyl 3,4-epoxycyclohexylcarboxylate과 Acrylic acid를 반응시켜 사이클로 알리페틱 에폭시 아크릴레이트를 합성하였다. 합성한 화합물내에 사이클로 알리페틱 에폭시와 아크릴레이트를 동시에 갖는 화합물이 합성된 것을 확인하였고, 내열특성을 저하시키지 않으면서 기계적 물성을 높이기 위해 1,3,5-triazine-2,4,6-triamino alcohol, 2-헥실에틸 아크릴레이트 및 이소포론 디이소시아네이트를 반응시켜 합성한 우레탄 아크릴레이트는 가교밀도가 높아짐에 따라 표면 경도가 상승하였다.
본 연구에서는 자외선이라는 경화 에너지원은 같지만 서로 다른 관능기를 가지고 있어 가교가 충분히 이루어 지지 않는 두 가지 다른 물질들의 가교를 향상시킴으로써 라디칼재료의 장점인 빠른 경화속도, 우수한 기계적 물성과 양이온재료의 장점인 저수축성, 우수한 내열성을 동시에 만족시키는 새로운 재료를 합성하고자 하였다. 분자의 구조는 자외선 조사에 의해 충분히 가교될 수 있도록 사이클로 알리페틱 디에폭사이드(Cyclo-aliphetic diepoxide, CE)의 일부 에폭시기를 개환하여 아크릴레이트로 기능기를 치환함으로써 단일 물질의 분자구조내에 에폭시와 아크릴레이트의 두 관능기를 포함하도록 설계하였다. 반응 전과 반응 후의 FT-IR과 13C NMR분석을 통해 아크릴레이트 관능기의 존재유무를 확인하였고, 열변형 온도(Heat deflection temperature), 굴곡강도, Durometer 측정을 통한 기계적 물성 측정과 Photo-DSC분석을 통한 광경화 거동관찰을 수행하였다.
대상 데이터
자외선 경화형 사이클로 알리페틱 에폭시 아크릴레이트(CEA) 합성을 위해 사용한 에폭시는 (3,4-epoxycyclohexane)methyl 3,4-epoxycyclohexylcarboxylate (CE)와 Acrylic acid를 사용하였고 촉매는 Triphenylphosphine,중합금지제로 HQMME (Hydroquinone monomethylether) 를 사용하였다.
데이터처리
(3,4-epoxycyclohexane)methyl 3,4-epoxycyclohexylcarboxylate와 Acrylic acid의 반응에 의한 에폭시 아크릴레이트의 형성을 확인하기 위해 반응물과 생성물의 FT-IR 측정 비교하였다. 생성물에서 Epoxide group피크의 감소와 Acrylate group 및 Carbonyl피크의 생성을 확인하여 합성 반응을 평가하였고, 생성물의 구조는 13C NMR을 사용하여 분석하였다. FT-IR은 Nicolet iS 5모델이며, Resolution 4 cm−1 , Scan number는 16으로 고정하고 4,000 에서 400 cm−1 범위에서 측정하였다.
분자의 구조는 자외선 조사에 의해 충분히 가교될 수 있도록 사이클로 알리페틱 디에폭사이드(Cyclo-aliphetic diepoxide, CE)의 일부 에폭시기를 개환하여 아크릴레이트로 기능기를 치환함으로써 단일 물질의 분자구조내에 에폭시와 아크릴레이트의 두 관능기를 포함하도록 설계하였다. 반응 전과 반응 후의 FT-IR과 13C NMR분석을 통해 아크릴레이트 관능기의 존재유무를 확인하였고, 열변형 온도(Heat deflection temperature), 굴곡강도, Durometer 측정을 통한 기계적 물성 측정과 Photo-DSC분석을 통한 광경화 거동관찰을 수행하였다.
성능/효과
광경화 거동에서는 관능기의 밀도에 따라 반응열과 반응속도가 CE > CEA-TU310 > CEA순으로 나타났고, 전환률도 반응열과 반응속도에 비례하는 것을 확인하였다. 산소 분위기에서도 반응성의 저해없이 충분히 높은 전환률을 보임으로써 합성한 사이클로 에폭시 아크릴레이트(CEA)가 양이온과 라디칼 혼합물에서 충분히 가교됨을 알 수 있었다.
본 연구에서는 라디칼 경화메커니즘을 갖는 재료들이 3D프린팅에서 단점으로 지적되고 있는 경화 수축률을 최소화하고 내열특성을 향상시키기 위해 양이온 경화 메커니즘과 라디칼 메커니즘을 동시에 갖는 소재를 개발하기 위해 (3,4-epoxycyclohexane)methyl 3,4-epoxycyclohexylcarboxylate과 Acrylic acid를 반응시켜 사이클로 알리페틱 에폭시 아크릴레이트를 합성하였다. 합성한 화합물내에 사이클로 알리페틱 에폭시와 아크릴레이트를 동시에 갖는 화합물이 합성된 것을 확인하였고, 내열특성을 저하시키지 않으면서 기계적 물성을 높이기 위해 1,3,5-triazine-2,4,6-triamino alcohol, 2-헥실에틸 아크릴레이트 및 이소포론 디이소시아네이트를 반응시켜 합성한 우레탄 아크릴레이트는 가교밀도가 높아짐에 따라 표면 경도가 상승하였다. 열변형온도는 사이클릭 에폭시를 양이온 경화 메커니즘으로 경화시켰을 때 가장 높았는데, 이는 열변형 특성이 우수한 사이클릭 구조를 개환하여 아크릴레이트를 합성함으로써 상대적으로 에폭시의 밀도가 낮아졌기 때문으로 추정된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
UV lithography를 이용한 3D프린팅은 무엇인가?
UV lithography를 이용한 3D프린팅은 1984년 Charles Hull이 디지털 데이터로부터 3D형상을 인쇄할 수 있는 과정인 Stereo-lithography를 개발하면서 시작되었는데,1-2) UV광원과 자외선 경화형 수지인 포토폴리머(Photopolymer)를 이용하여 형상을 인쇄하는 방식이다. SLA (Stereo-lithography apparatus), DLP (Digital light processing), Polyjet (Photopolymer jetting)의 프린팅 방법 등이 개발되었는데, 이에 사용되는 자외선 경화형 수지는 자외선 반응기를 가진 올리고머와 단량체에 자외선을 조사시키면 고밀도 망상조직을 갖는 중합체로 변하면서 내열성, 화학적 안정성을 가지면서도 우수한 광학적, 기계적 특성을 보여주는 불용해성의 물질이 된다.
포토폴리머가 가진 장점은?
SLA (Stereo-lithography apparatus), DLP (Digital light processing), Polyjet (Photopolymer jetting)의 프린팅 방법 등이 개발되었는데, 이에 사용되는 자외선 경화형 수지는 자외선 반응기를 가진 올리고머와 단량체에 자외선을 조사시키면 고밀도 망상조직을 갖는 중합체로 변하면서 내열성, 화학적 안정성을 가지면서도 우수한 광학적, 기계적 특성을 보여주는 불용해성의 물질이 된다.3-5) 자외선 경화형 수지인 포토폴리머는 자외선의 조사세기에 따라 수 초 이내에 경화가 이루어지므로 높은 생산성을 얻을 수 있고, 가교 반응에 참여하는 물질들만으로도 도장 및 성형이 가능하도록 점도를 조절할 수 있기 때문에 휘발성 액체를 사용하지 않아 친환경적이라는 장점이 있다. 이러한 자외선 경화형 수지에는 폴리에스터 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트, 글리시딜이서(Glycidyl ether), 말레이미드(Maleimide) 수지 등 광범위한 형태의 재료들이 다양한 물성의 구현을 위해 사용되고 있다.
라디칼재료와 양이온 재료를 혼합하여 사용할 때의 문제점은?
다관능기(Multifunctional)의 아크릴레이트 재료들에서 발생할 수 있는 이상의 문제점을 해결하기 위하여 수치안정성과 내열성이 우수한 양이온재료들을 사용하여 성형하기도 하지만 양이온 재료들의 경우 표면경화는 빠르나 전체적인 반응성이 상대적으로 낮아 경화 후 발생되는 수축에 의해 성형물 표면에 미세한 균열이 발생할 수도 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 라디칼과 양이온의 재료들을 혼합하여 사용하는 경우도 있으나, 각각 다른 관능기를 가지고 있어 서로 충분하게 가교반응이 이루어지지 않기 때문에 라디칼을 이용한 경화반응에 비하여 기계적 물성이 저하된다. 8-9)
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