Synthesis and abrasion resistance of thermoplastic polyurethanes using hydroxyl-terminated polydimethylsiloxane and polyether polyols for 3D printers

Abstract

3D 프린팅 기술은 다품종 소량생산을 가능하게 하고, 최소한의 노동력으로 제품생산이 가능하므로 현재 빠르게 발전하고 있다. 3D 프린팅 방식은 SLA, SLS, FDM 등이 있으며, 그 중 FDM 방식은 재료를 필라멘트로 제조하여 필라멘트를 압출하는 방식으로 제품을 인쇄하는 방식이다. FDM 방식에서 기존에 자주 사용되는 재료는 ABS 수지와 PLA 수지가 대표적이다. 이 물질들은 고경도의 플라스틱으로 탄성이 거의 없어 생산할 수 있는 제품의 범위가 한정적이다. 이를 해결하기 위해 탄성과 기계적 물성이 우수한 열가소성 폴리우레탄을 필라멘트로 제조하여 3D 프린터에 적용하였다. 하지만 높은 탄성을 가지기 위해서는 저경도 타입의 폴리우레탄이어야 한다. 이 경우 내마모특성이 현저히 떨어지는 단점을 보인다. 본 연구에서는 저경도 타입의 열가소성 폴리우레탄의 내마모특성을 향상시키기 위해 양 말단이 수산기로 치환된 폴리디메틸실록산 폴리올을 추가로 사용하였다. 일반 폴리디메틸실록산의 경우 시간이 지남에 따라 제품의 표면으로 migration되어 표면이 미끌거리는 단점이 있지만, 수산기를 가지는 폴리디메틸실록산은 이소시아네이트와 반응해 우레탄기를 형성하여 사슬내부에 결합되어 migration을 방지한다. 폴리디메틸실록산 폴리올을 wt% 별로 첨가해 실험 하였고, 다른 물성들은 유지한 채 내마모성을 최대 향상시킬 수 있는 최적 함량은 5 wt%임을 알 수 있었다.