초록 ▼

폴리우레탄은 수지, 탄성체, 발포 등의 다양한 형태와 우수한 물리기계적 성질, 그리고 생체적합성 재료로서 널리 사용되고 있는 기능성 고분자 중의 하나이다. 폴리우레탄의 조성에 적절한 가소제를 첨가하여 겔 형태의 탄성체를 제조하여 사용시 압력을 분산시킬 수 있는 기능물 가지게 된다. 가소제는 선택에 따라서 대부분의 경우 사용시 가소제의 표면 유출성 문제 때문에 장기간의 사용시 압력 분산 능력가 감소하는 현상을 보인다. 따라서 적절한 가소제의 선택은 겔의 불성과 체압분산 성능에 직접적인 영향을 미친다. 또한 폴리우레탄 겔의 물리적 및

폴리우레탄은 수지, 탄성체, 발포 등의 다양한 형태와 우수한 물리기계적 성질, 그리고 생체적합성 재료로서 널리 사용되고 있는 기능성 고분자 중의 하나이다. 폴리우레탄의 조성에 적절한 가소제를 첨가하여 겔 형태의 탄성체를 제조하여 사용시 압력을 분산시킬 수 있는 기능물 가지게 된다. 가소제는 선택에 따라서 대부분의 경우 사용시 가소제의 표면 유출성 문제 때문에 장기간의 사용시 압력 분산 능력가 감소하는 현상을 보인다. 따라서 적절한 가소제의 선택은 겔의 불성과 체압분산 성능에 직접적인 영향을 미친다. 또한 폴리우레탄 겔의 물리적 및 기계적인 특성은 가소제와 고분자 세크먼트의 물리적 화학적인 결합반응에 의해 크게 좌우된다. 본 연구에서는 체압분산능을 지니는 우레탄 겔을 제조하기 위하여 폴리우레탄의 화학적 조성을 결정하고, 이와 관련하여 표면 유출성이 없는 가소제를 실험에 의해 선택하여 겔의 압력 분산과 표면 유출성 사이의 거동과 장기사용 안정성을 최적화시켰다. 실험에 사용한 가소제 중에서 화학적으로 반대의 특성을 지니는 프탈레이트 계통의 가소제와 에스터 계통의 가소제의 비교 실험을 수행하였고, 그 결과 압력 분산 능력은 프탈레이트 계통의 가소제를 사용시 우수하게 나타났으나. 장기적으로 사용시 가소제가 표면으로 유출되는 현상이 심하여 사용하기가 어려웠으며, 고분자의 사슬형 에스터 가소제는 이와 상반되는 결과를 나타내었다. 물리적 특성을 측량하기 위한 하중-변형 실험에서 폴리우레탄 겔의 압력 생성에 필요한 탄성은 폴리우레탄 겔의 hard segment와 가소제 분자와의 혼화성(compatibility)에 의존하게 되며, 압력 분산에 필요한 점성은 겔 segment의 softness와 hardness. 그리고 폴리우레탄과 가소제 사이의 상분리성(phase separation)에 의존하는 알 수 있었다. 체압분산능력은 체열에 의한 고분자와 가소제의 미세 분자운동이 유발되고, 이러한 분자운동에 의해 체압미 감소하는 방향으로 접촉면에 존재하는 가소제 및 고분자의 사슬형태 재배열함으로써 이루어진다. 우레탄을 체열에 의해 소성 변형하여 체압 분산 기능을 가질 수 있는 분자구조로 설계하기 위하여, 열분석을 통해 열적 거동을 측정하여 가소제와 폴리우레탄 겔 segment, 체압 분포 및 열적 거동의 연관성을 함께 해석하였다. 체압 성능을 측정하기 위하여 방석형태의 겔 패드를 제조하였다. 폴리우레탄 겔의 실링을 위하여 도포하는 우레탄 필름의 최적의 두께를 인장 실험 및 진공성형을 통해 0.15mm로 결정하여 사용하였고, 패드의 형태를 평판 형보다 엡보싱 모양으로 설계하여 신체와의 접촉면을 줄이고 통기성을 좋게 하여 체압분산 성능면에서 더 좋은 효과를 가질 수 있도록 하였다. 제작한 우레탄 겔 패드를 이용하여 여러 가지 기계적 특성 평가를 수행하였으며, 미끄럼 방지 실험과 하중-변위 및 히스테리시스, 열과 수분 전달 특성 측정 등에서 우수한 결과를 얻을 수 있었으며, 20,000 싸이클 하중에도 소재파열, 결함, 찢어짐, 접합 불량 등이 발생하지 않았다. 또한 제품구성을 위하여 폴리우레탄 겔을 방석용으로 사용하는 경우에는 우레탄 메모리 폼을 도입하여 체압 분산 효과를 극대화시켜 공기주머니 방석과의 둔부 압력 비교 실험을 통해 우수한 결과 및 성능을 얻었으며, 비슷한 압력 분산 효과를 가지고 있으면서 제조공정 및 가격면에서 경쟁력이 우수하기 때문에 제품 개발시의 기대효과가 매우 크다.

Abstract ▼

Polyurethanes are used in wide range of applications in the form of resin, ,gel. or foam, etc, since they can be prepared into urethane materials composed of various type of diisocyanate and diol monomers. A polyurethane gel can be used as a good stress distributing material, when it is particularel

Polyurethanes are used in wide range of applications in the form of resin, ,gel. or foam, etc, since they can be prepared into urethane materials composed of various type of diisocyanate and diol monomers. A polyurethane gel can be used as a good stress distributing material, when it is particularely combined with plasticizer. Since the plasticizer molecules tend to migrate to the surface naturally, and the stress distributing function decreases gradually in long term applications. Thus the selection of the plasticizer and the chemistry between polymeric segment and plasticizer can be important factors to determine the properties and performances of polymer gel as stress distributing material.We used selected plasticizers, and investigated the ,gel performance in order to optimize the relationship between migration of plasticizer and stress-strain behavior of gels. The phthalate as a plasticizer for toluene diisocyanate derived polyurethane ,gel is most preferable in aspect of stress distribution function, while it is least favorable for long term property since weight loss is relatively severe due to the migration of the plasticizer to the surface, while the long chain ester shows trend of vice versa. The elasticity of the gels controlling stress build-up is governed by the hard segment of polyurethane gels and its compatibility with the plasticizer molecule. The viscosity governing the stress distribution is related with the soft and flexible segment of gels and the phase separation between polyurethane and plasticizer. We studied method to design chemistry of urethane by considering its thermal behavior reflecting molecular structure of gel. Also, we analyzed compatibility of plasticizer and polyurethane gel segment, as well as stress distribution, behavior and its relation with thermal behavior. Threugh a stress-strain experiment and vacuum forming, we decided thickness most suitable for urethane coating film for polyurethane gel to be 0.15mm. Changing pad form from plate type to embossing shape reduces human body contacting surface and facilitates air circulation around embossing. We could obtain satisfactory result in measuring a sliding prevention experiment, stress-displacement hysteresis, and heat/water delivery characteristics. Under 20,000 cycle stress test, material defect or tear, failed adhesion etc. did not appear Also, we used urethane memory form to support polyurethane ,gel pad by cushion. Through a comparison experiment with air cushion, we knew that it has similar pressure distribution effect. Therefore, the urethane gel of our study is superior, if the manufacture price is take into consideration.

목차 Contents

• 표지...1
• 제출문...2
• 목차...3
• I. 연구개발결과 요약문...4
• 요약문...4
• SUMMARY...5
• II. 총괄연구개발과제 연구결과...6
• 1. 총괄연구개발과제의 최종 연구개발 목표...6
• 2. 총괄연구개발과제의 최종 연구개발 내용 및 결과...9
• 3. 총괄연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론...40
• 4. 참고문헌...41
• 5. 총괄연구개발과제의 연구성과...42
• 6. 연구개발결과의 파급효과...45
• 7. 첨부서류...46