본 연구에서는 폴리우레탄-실리카 복합 발포체를 합성하여 복합 발포체의 단열 특성 및 기계적 물성을 분석하였다. 폴리우레탄-실리카 복합 발포체를 합성하기 위해 폴리에스테르-실리카 복합 폴리올을 합성하였다. 폴리에스테르-실리카 복합 폴리올은 실리카 졸과 모노머 상태의 다이카복실산(dicarboxylic acid), 글리콜(glycol)과의 중합 반응을 통해 합성하였다. 합성된 복합 폴리올을 이용하여 폴리우레탄-실리카 복합 발포체를 합성하여 물성을 분석하였다. 폴리우레탄-실리카 복합 발포체의 열전도도는 HPUF0, HPUF1, HPUF3, HPUF5 모두 큰 차이가 없는 것을 확인하였다. 압축강도는 실리카 함량이 증가함에 따라 HPUF0보다 증가하였으며 HPUF0보다 HPUF5가 약 25% 정도 기계적 물성이 향상되는 것을 확인하였다.
본 연구에서는 HDI (hexamethylene diisocyanate)와 IPDI (isophorone diisocyanate), Polyol, 2-HEMA (2-hydroxy ethyl-methacrylate), n-BA (n-butyl acrylate) 그리고 MMA (methylmethacrylate)을 사용하여 폴리우레탄-아크릴 공중합 에멀젼 수지를 합성하였다. 또한 폴리올의 종류가 폴리우레탄-아크릴 에멀젼 수지의 제조 방법과 강도 및 내수성 등의 물성에 미치는 영향을 살펴 보았고 이를 아크릴 에멀젼 수지와 비교해 보았다. 실험 결과 폴리에스테르형 폴리올이 폴리에테르형 폴리올이나 아크릴 에멀젼보다 인장강도와 내수성 면에서 더 우수함을 보였다.
IPDI, PTAd 및 DMPA(음이온 중심)을 사용하여 폴리우레탄 아이오노머를 합성하고 여기에 물을 첨가하여 수분산 폴리우레탄을 제조하였다. 폴리올 분자량(Mn)이 분산상태 및 에멀젼 주사 필름의 열적, 기계적, 점탄성적 성질 및 팽윤에 미치는 영향을 측정하였다. 폴리올 분자량이 증가할수록 에멀젼 입경과 soft segment $T_{g}$는 감소하였으며, 용매팽윤, 에멀젼 점도, hard segment $T_{g}$는 증가하였다. 필름의 인장강도는 Mn = 1000에서 최소치를 나타냈으며, 파단신율은 폴리올 분자량 증가와 더불어 증가하였는데 이러한 결과는 soft-hard segment 상분리와 고분자량 PTAd의 결정화로 적절히 설명할 수 있었다.
본 연구에서는 폴리올의 구조(OH-value, functionality)와 각각의 발포제(CFC-11, HCFC-l4lb, HFC-365mfc)가 우레탄의 반응성, 폼의 물성 그리고 cell 구조에 미치는 영향을 평가하여 HFC-365mfc의 대체 가능성을 고찰하였다. 그 결과 폴리올의 OH-value와 작용기가 증가함에 따라 반응온도, 반응속도, 밀도 그리고 압축강도는 증가하였다. Cell의 크기는 폴리올의 OH-value와 작용기가 커질수록 미세하게 형성되었다. CFC-11 HCFC-l4lb 그리고 HFC-36smfc에 따른 반응온도, 반응속도, 밀도 그리고 압축강도의 변화는 거의 없었으며, cell 분포는 HFC-365mfc를 사용한 경우가 HCFC-l4lb를 사용한 경우에 비해 균일한 cell 분포를 나타내었다.
본 연구에서는 석유계 폴리올을 대체하기 위하여 식물성 천연유인 피마자유를 개질한 천연유 기반 폴리올(Castor Oil based Polyol, COP)을 사용하여 폴리우레탄 폼을 합성하였다. 접촉각과 표면장력실험을 통해 계면활성제에 따른 석유계 폴리올과 COP와의 상용성을 측정하였다. 최적의 COP 함량과 계면활성제(surfactant)를 찾기 위해 COP 함량을 0 wt%에서 80 wt%까지 변화시키고, 계면활성제 L-580K, DC-5950, BF-2470를 사용하여 폴리우레탄 폼을 합성한 결과 COP의 함량이 30wt%이고 계면활성제로 BF-2470을 사용하였을 때 가장 우수한 기계적 물성을 나타내었다.
본 연구는 LNG저장탱크용 단열재와 같이 상온과 초저온에서 모두 우수한 물성을 나타내는 폴리우레탄 단열재를 합성하기위해 폴리올의 구조에 따른 폴리우레탄 폼의 상온과 초저온에서의 물성변화를 고찰하였다. 폴리올의 작용기를 변화시키면서 폴리우레탄 폼을 합성하여 상온($25^{\circ}C$)과 초저온($-190^{\circ}C$)에서 압축강도와 인장강도, 인장모듈러스 및 선팽창계수를 측정하였다. 폴리우레탄 폼의 기계적 물성은 초저온 챔버가 장착된 UTM과 DSC를 사용하여 측정하였다. 폴리올의 작용기가 증가할수록 상온 및 초저온에서의 압축강도는 증가하였고, 인장강도는 작용기4를 기점으로 감소함을 보였다. 압축강도는 작용기수에 관계없이 상온보다 초저온에서 높은 값을 보였으나 인장강도는 작용기가 4보다 커지게 되면 초저온에서보다는 상온에서 높은 값을 나타냄을 알 수 있었다.
물과의 발포반응에 의해 유츌유를 겔화할 수 있는 폴리우레탄 NCO prepolymer를 제조하기 위하여 폴리올(PTMG 및 GP)과 이소시아네이트(TDI)를 사용하여 NCO prepolymer를 합성하였다. 폴리올 각각의 분자량에 따라 합성한 NCO prepolymer를 이용하여 초기 유출유와 에멀젼된 유출유 그리고 유출유의 종류에 따라 유겔화율을 측정하였다. Bunker B 초기 유출유에 대하여 3관능성 폴리오인 GP1000의 경우 440%의 유겔화율은 나타내었으며, 유출유와 해수가 에멀젼(emulsion)된 상태에서는 2배 정도가 증가한 958%의 유겔화율을 나타내었다. 또한 Bunker B에 비해 점도가 높은 Bunker C의 에멀젼된 상태에서는 1098%의 유겔화율을 나타내었다. 사슬연장제가 투입된 2관능성 폴리올인 PTMG1000의 경우에는 에멀젼된 Bunker B에 대하여 910%의 유겔화율을 나타내었으며, 에멀젼된 Bunker C에 대하여 923%의 유겔화율을 나타내었다. 3관능성 폴리올을 사용하여 제조된 NCO prepolymer의 경우, 형성된 폴리우레탄 겔은 부드럽고 강한 특성을 가져 회수에 용이한 상태를 나타내었다.
본 연구에서는 피마자유 유래의 sebacic acid를 isophthalic acid 및 glycol과 병용하여 폴리에스터 폴리올을 중합하고 이어서 폴리우레탄 접착제를 제조하였다. 접착력을 측정한 결과에서 sebacic acid를 병용한 폴리올이 adipic acid를 사용한 폴리올 보다 응집에너지가 커서 접착력이 우수하게 나타났고, glycol은 선형구조 보다 메틸기를 포함하는 가지구조가 더 좋은 접착력을 보였다. 쇄연장제는 1,4-butane diol(BD)를 사용한 것이 가장 접착력이 좋게 나타났다. 또한 TGA 측정결과 내열성은 BD가 가장 높고, 1,2-propylene glycol(PG)가 다음, ethylene glycol(EG)가 가장 낮았다. DMA 측정에서 유리전이온도는 PG, EG, BD의 순서로 높게 나타났다.
두 종류의 4관능 폴리에스터 폴리올에 대해 trimellitic anhydride와 glycidyl metacrylate를 반응하여 두 종류의 8관능 광경화형 폴리에스터 폴리올 변성 하이퍼브랜치 메타아크릴레이트를 합성하고 광경화된 필름의 물성을 조사하였다. Thermogravimetric analyzer (TGA)로 측정한 UV 경화필름의 열안정성은 HBMA-2 (hyperbranched methacrylate-2)가 HBMA-1 (hyperbranched methacrylate-1)보다 우수하였다. 또한 HBMA-2가 HBMA-1보다 경도, 내마모성, 인장강도가 우수하였으며, 내후성 테스트에서도 HBMA-2의 yellow index 값이 높은 결과를 보여주었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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