수분산 폴리에테르우레탄의 물성에 미치는 바이오디올의 효과
Effect of Biodiol on the Properties of Waterborne Polyetherurethane Dispersions
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초록
본 연구에서는 폴리에테르계 폴리올로 poly(tetramethylene ether) glycol (PTMG)을 사용하였고방향족 및 지방족 이소시아네이트로서 toluene diisocyanate (TDI)와 isophorone diisocyanate (IPDI), 폴리올과 함께 사용된 디올로 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올, propoxylated isosorbide (PI5)를 사용하여 5가지 유형의 디올을 포함하는 다양한 수분산 폴리우레탄 ( PUD)을 합성하고그 특성을 분석하였다. 본 연구는 바이오 기반 아이소소바이드 디올과 석유계 기반 디올이 PUD의 특성에 미치는 영향에 초점을 맞추었다. FT-IR 분석을 통해 PUD 수지의 화학구조와 기능기를 분석하여 합성이 성공적으로 이루어졌음을 확인하였다. TGA, DSC, DMA 분석을 통하여 수지의 열적 거동을 확인하였고, 기존 석유계기반 대비 바이오 기반 아이소소바이드 PUD의 Tg가 약간 감소함을 확인하였다. 또한, 응력-변형 곡선을 통해바이오 기반 아이소소바이드 PUD의 초기 모듈러스는 증가하는 반면, 인장강도와 신장률은 감소함을 확인하였고 기존 석유계 기반 대비 바이오 기반 아이소소바이드 PUD 필름의 투과율은 차이가 거의 없음을 확인하였다. 방향족 이소시아네이트인 TDI를 가지는 TPUD는 UV에 의한 황변 특성을 확인하기 위해 UV 테스트를 진행하였으며, 그 결과를 그레이스케일로 나타내었다. 입자 크기 및 분포는 디올의 분자량이 비교적 큰 아이소소바이드를 사용한 PUD에서 평균 입자의 크기와 분포가 증가하는 경향을 나타내었다. 또한 모든 PUD 필름의 내가수분해성 테스트 결과 인장강도와 신장률이 크게 감소함을 확인하였다.
Abstract
In this study, poly(tetramethylene ether) glycol (PTMG) was used as a polyether-based polyol, while toluene diisocyanate (TDI) and isophorone diisocyanate (IPDI) served as the aromatic and aliphatic isocyanates, respectively. Additionally, various diols, including ethylene glycol, diethylene glycol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol, and propoxylated isosorbide (PI5), were used to synthesize a range of waterborne polyurethanes (PUDs). The study primarily focused on analyzing the impact of bio-based isosorbide diol compared to petroleum-based diols on the properties of PUD. The PUDs were synthesized using the prepolymer method under catalytic conditions, and FT-IR analysis confirmed successful synthesis by identifying the chemical structure and functional groups of the PUD resin. TGA, DSC, and DMA analyses were conducted to observe the thermal behavior, and results indicated that the glass transition temperature (Tg) of bio-based isosorbide PUD was slightly lower than that of petroleum-based PUD. The stress-strain curves showed that while the initial modulus of bio-based isosorbide PUD increased, the tensile strength and elongation decreased compared to petroleum-based PUD. Additionally, there was minimal difference in the film’s transmittance between bio-based isosorbide and petroleum-based PUDs. For TDI-based PUDs (TPUD), a UV test was performed to evaluate yellowing characteristics under UV exposure, and the results were represented using a grayscale. Particle size analysis revealed a tendency for increased particle size and distribution in PUDs containing isosorbide, a diol with relatively high molecular weight. Furthermore, hydrolysis resistance tests on all PUD films showed significant reductions in tensile strength and elongation.