개질된 하이드록시아파타이트/수분산 폴리우레탄 복합체의 모폴로지와 기계적 물성

Abstract

HA/PU 복합체 제조에 있어서 HA의 분산성 향상을 위하여 다양한 방법으로 HA를 개질시키고 개질 HA/WBPU 복합체 필름을 제조하여 열적특성과 기계적 물성을 측정하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. HA의 개질반응은 FT-IR 및 TGA 측정으로부터 유기물이 결합된 HA를 확인하였고 이소시아네이트의 경우, 선형구조를 지닌 HDI가 고리형 구조를 지닌 IPDI나 MDI 보다 높은 반응성을 보였으며 HDI로 개질한 HA의 개질체 함량도 가장 높았다. 2. 각각의 HA/WBPU 복합체에 대한 TGA 분석결과 HA 함량이 증가할수록 열 안정성이 비례적으로 증가하는 것으로 나타났으며 50 % 열중량 감소 온도의 경우, 순수 WBPU 에 비하여 HA(5 wt%)/WBPU 복합체가 27℃ 높은 것으로 나타났다. 또한, 복합체에 첨가된 HA개질체의 유기물 함유량이 많을수록 분산성이 향상되어 열안정성이 높아지는 것으로 나타났다. 3. HA/WBPU 복합체의 인장강도는 HA 함량 2 wt%일 때, 신장률은 4 wt%일 때 가장 높게 나타났으며, 인장강도는 HA 함량 3 wt%부터, 신장률은 5 wt%부터 감소하는 것으로 나타났다. HA-1/WBPU가 평균적으로 가장 낮은 인장강도와 신장률을 나타내었고, HA-5/WBPU가 가장 높은 인장강도와 신장률을 보여주어 HA 개질체의 유기물 함량이 증가할수록 분산성이 향상되어 HA/WBPU 복합체의 기계적 물성도 증가하는 것으로 나타났다. 4. HA/WBPU 복합체의 흡수성은 HA 함량 4 wt% 일 때 가장 낮게 나타났으며 5 wt%부터 증가하는 것으로 나타났다. 또한 HA/WBPU 복합체에 첨가된 HA개질체의 분산성이 좋을수록 방수성이 증가하는 것으로 나타났다. 이상의 결과들을 종합해보면 향후 HA의 개질방법을 최적화하고 다양화함으로써 생체뼈재료용 HA/고분자 복합재료에 다양한 물성변화를 줄 수 있을 것으로 기대된다.

To improve the mechanical properties of hydroxyapatite (HA)/waterborne polyurethane (WBPU) composites, the hydroxyl group of HA was modified by using urethane reactions. The hydroxyl groups of HA was reacted with aliphatic or cyclic diisocyanate, and then the modified chain of HA was extended by adding polyol and/or e-caprolactone. A composite was prepared by the prepolymer process method: the modified HA was directly pured into the urethane reaction of isocyanate and polyol. The physical properties of modified HA/WBPU composites were investigated by thermogravimetric analysis, tensile strength, and water resistance. The results showed that the reactivity of aliphatic diisocyanate to the hydroxy group of HA was faster than that of cyclic one. Comparing to those of pure WBPU film, the thermal stability, water resistance, and mechanical properties of the composite films increased with the reactivity of HA with an isocyanate and a content of modified HAs in the composite.