[논문]전기방사를 이용한 형상기억 폴리우레탄 나노섬유의 제조 및 고찰

정용채; 김정원; 전병철; 정용찬; 윤영상; 조재환

전기방사를 이용한 형상기억 폴리우레탄 나노섬유의 제조 및 고찰
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정용채 (건국대학교 섬유공학과) , 김정원 (건국대학교 섬유공학) , 전병철 (수원대학교 신소재공학) , 정용찬 (수원대학교 화학) , 윤영상 (기술표준원 고분자섬유) , 조재환 (건국대학교 섬유공학과)

열가소성 폴리우레탄 공중합체는 가역적 변형을 갖는 soft segment와 물리적 가교역할을 하는 hard segment로 이루어져 있으며, 이들 두 segment domain의 상분리에 의하여 우수한 탄성효과를 발휘할 수 있으며 또한 적당한 구조제어에 의하여 형상기억효과를 나타내게 할 수 있다. 본 연구자들은 최근 형상기억 폴리우레탄 제조에 있어 soft segment의 배열을 달리함으로써 보다 우수한 역학적 성질을 갖는 시료를 얻을 수 있음을 보고하였다. (중략)

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문제 정의

본 연구자들은 최근 형상 기억 폴리우레탄 제조에 있어 soft segment의 배열을 달리함으로써 보다 우수한 역학적 성질을 갖는 시료를 얻을 수 있음을 보고하였다. 그리하여 이번 연구에서는 이들 고분자에 대한 전기방사 결과 얻어지는 섬유 특성에 대하여 고찰하고자 한다. 즉, 분자량이 서로 다른 두 종류의 soft segment를 이용하여 분자 배열 분포를 달리한 후 이로부터 얻은 전기방사 섬유의 물성에 대하여 연구한다.
수 있다. 본 연구자들은 최근 형상 기억 폴리우레탄 제조에 있어 soft segment의 배열을 달리함으로써 보다 우수한 역학적 성질을 갖는 시료를 얻을 수 있음을 보고하였다. 그리하여 이번 연구에서는 이들 고분자에 대한 전기방사 결과 얻어지는 섬유 특성에 대하여 고찰하고자 한다.

제안 방법

서로 다른 두 가지를 정해진 비율에 따라 혼합하여 사용하였다. 그 다음, 쇄연장제로서 L4-butanediol(BD)를 사용하여 prepolymer에 첨가하여 반응시킴으로써 최종 PU 블록 공중합체를 얻었다. 얻어진 시료는 충분히 건조하여 사용하였다.
이때 사용한 전압은 15kV, tip으로부터 collector까지의 거리는 15cm로 하였다. 제조한 섬유의 표면 특성은 주사전자현미경(SEM)에 의하여 관찰하였으며, 이의 구조적, 열적 및 역학적 특성은 WAXS, DMA, FT-IR, DSC, Instron 인장시험 등을 이용하였다.
그리하여 이번 연구에서는 이들 고분자에 대한 전기방사 결과 얻어지는 섬유 특성에 대하여 고찰하고자 한다. 즉, 분자량이 서로 다른 두 종류의 soft segment를 이용하여 분자 배열 분포를 달리한 후 이로부터 얻은 전기방사 섬유의 물성에 대하여 연구한다.

대상 데이터

본 연구에 사용한 시료는 세 종류로서, 분자길이가 다른 두 가지 soft segment를 랜덤하게 분포시킨 random PU, 블록 형태로 분포한 block PU, 각 PTMG로 합성한 PU를 블렌드한 blend PU가 그것이다. Figure 1은 이들 시료에 대하여 전기방사한 후 관찰한 섬유의 SEM 사진을 나타낸다.
얻어진 시료는 충분히 건조하여 사용하였다.전기방사는 본 실험실에서 제조한 장치를 이용하였다. 전기방사용 용매로는 N, N- dimethylformamide (DMF) 와 tetrahydrofuran(THF)을 혼합하여 사용하였다.
전기방사는 본 실험실에서 제조한 장치를 이용하였다. 전기방사용 용매로는 N, N- dimethylformamide (DMF) 와 tetrahydrofuran(THF)을 혼합하여 사용하였다.이때 사용한 전압은 15kV, tip으로부터 collector까지의 거리는 15cm로 하였다.

성능/효과

Figure 1은 이들 시료에 대하여 전기방사한 후 관찰한 섬유의 SEM 사진을 나타낸다. 그리하여 서로 다른 분자량의 PTMG로부터 soft segment 배열을 달리하여 얻은 PU에 대해서도 전기방사 결과 비교적 균일한 섬유가 얻어질 수 있음을 알았다. 이때 섬유의 방사성은 폴리우레탄 용액의 농도와 용매의 종류가 크게 영향을 미쳤는데, 본 실험에서는 30wt%용액이 가장 좋은 결과를 가져왔다.
특히, random 및 block PU는 블렌드Pig] 비하여 역학적 성질이 우수하였다. 본 시료의 전기방사를 위한 적정용액농도는 30%였으며, 용액의 농도가 증가할수록 섬유의 굵기는 증가하는 경향을 보였다.
분자량이 서로 다른 PTMG를 이용하여 합성한 random, block, blend PU의 세 가지 시료에 대한전기방사 결과, 비교적 균일하고 형상기억 효과가 우수한 섬유웹을 얻을 수 있었다. 특히, random 및 block PU는 블렌드Pig] 비하여 역학적 성질이 우수하였다.
또한 이들 섬유에 대한 형상 기억 효과를 측정한 결과, Figure 2에서와 같이 비교적 우수한 형상고정률과 형상 회복률을 얻을 수 있었다. 뿐만 아니라 이들에 대한 역학적 성질의 측정으로부터 블록 및 랜덤 PU의 시료가 블렌드 PU에 비하여 훨씬 우수한 성능을 가진다는 것을 알았다.
그리하여 서로 다른 분자량의 PTMG로부터 soft segment 배열을 달리하여 얻은 PU에 대해서도 전기방사 결과 비교적 균일한 섬유가 얻어질 수 있음을 알았다. 이때 섬유의 방사성은 폴리우레탄 용액의 농도와 용매의 종류가 크게 영향을 미쳤는데, 본 실험에서는 30wt%용액이 가장 좋은 결과를 가져왔다. 또한 이들 섬유에 대한 형상 기억 효과를 측정한 결과, Figure 2에서와 같이 비교적 우수한 형상고정률과 형상 회복률을 얻을 수 있었다.

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