Effects of Nano-Sized Inorganic Fillers on Polymerization and Thermal Degradation of Polyurethane Composites

Effects of inorganic nano-powders on the polymerization and thermal degradation kinetics as well as the mechanical properties of polyurethane nano-composites were studied by both the measurement of polymerization temperature as a function of time and non-isothermal thermogravimetric analysis (TGA) as well as the Instron test. As the results from polymerization studies, the reaction rates of MMT-filled PU composites were faster than those of Ce500-filled ones, and moreover, the activation energies using Kissinger method for the thermal degradation of composites were calculated as 139.34 kJ/mol for the Ce500-filled PU composites and 91.12 kJ/mol for MMT-filled one, respectivel, exhibiting that MMT nano-powder seemed to be acting as the catalyst for both polymerization and degradation of PU composites. UTM result, however, showed that tensile strength at break of MMT-filled composites was much higher than that of Ce500-filled ones above the concentrations range of 5 phr in the composites.

나노사이즈 무기분말이 폴리우레탄복합체의 중합 및 열분해반응에 미치는 영향

상온경화 주형용으로 사용되는 상업적 폴리우레탄 수지에 평균 입자크기가 ${\mu}m$ 및 nm 크기의 서로 다른 무기물 파우더를 충전하여 만든 폴리우레탄 복합수지의 중합반응 및 분해반응 특성을 살펴보고 기계적물성의 변화를 연구하였다. 중합반응의 경우, 평균입자크기가 약 $0.5{\mu}m$로서 상대적으로 입경이 큰 Ce500 무기분말을 사용한 충전하는 경우에는 충전량이 많아질수록 최고 반응 속도점의 반응온도는 상대적으로 낮아지는 것으로 나타나는 반면, 나노두께크기의 MMT 충전제를 사용하는 경우에는 충전 함량에는 큰 차이가 없이 최고반응온도가 높아지면서 반응속도도 빨라지는 거동을 보였다. 또한 TGA 열중량 시험결과에 대하여 Kissinger method를 이용하여 분석한 결과로서 Ce500-복합체의 경우에는 분해반응의 활성화 에너지가 139.34 kJ/mol이었고 MMT-복합체의 경우에는 91.12 kJ/mol로 나타났으며 이로부터 MMT 분말의 분해촉매 효과를 확인할 수 있었다. 한편, 인장강도는 5phr 정도의 소량 충전함량에서는 별 변화를 보이지 않으나 그 이상의 함량에서는 MMT가 충전된 샘플의 강도 증가 현상이 뚜렷이 나타났다.