Synthesis and Characteristics of Cardanol-based Acrylates as Reactive Diluents in UV-Curing Coatings

Abstract

본 연구에서는 식물유인 카다놀 에폭시 아크릴레이트(CAR1)과 카다놀 에폭시 메타크릴레이트(CAR2)를 합성하고, 이들의 반응성 희석제로서의 특성(희석효과, 경화성능, 경화필름의 열적특성 및 물성)을 상용화된 희석제인 2-Phenoxyethyl acrylate(PHEA)와 비교하였다. CAR 시리즈의 합성은 FT-IR, 1H NMR, GPC 및 물성을 비교하였을 때, 성공적으로 합성되었음을 확인하였다. 희석효과는 희석제함량에 따른 점도 감소를 측정하였으며, CAR 시리즈의 상대적으로 높은 점도로 인해 PHEA에 비해 낮은 희석효과를 나타내었다. 경화특성은 UV조사량에 따른 겔함량 및 FT-IR 피크의 변화로 확인하였는데, 10%에서는 CAR 시리즈와 PHEA의 반응성이 유사하였으나, 함량이 증가할수록 PHEA>CAR1>CAR2의 반응성 순서를 나타내었다. CAR 시리즈의 낮은 반응성은 높은 점도로 인한 개시반응 저해효과와 불순물로 인한 것으로 추정되며, 라디칼 안정성차이로 인해 methacrylate기를 가지는 CAR2가 상대적으로 더 낮은 반응성을 가지는 것으로 확인된다. 경화필름의 열적 특성은 TGA와 DSC로 분석하였으며, CAR 시리즈 자체의 열안정성이 높아 희석필름의 Td(5% 무게감소)가 PHEA보다 높은 값을 나타내므로 CAR 시리즈의 첨가가 필름의 열안정성을 높일 수 있음이 확인되었다. CAR시리즈 희석필름의 Tg는 PHEA 희석필름보다 낮은 값을 나타내는데, 이는 CAR의 긴 알킬 체인으로 인한 가교밀도 감소 및 체인 모빌리티 증가로 인한 것으로 보인다. 연필강도는 모든 희석제 첨가에 따라 낮은 값을 나타내었고, 희석제 첨가에 따른 접착력의 차이는 보이지 않았다. 물에 대한 팽윤성은 CAR시리즈의 소수성 알킬 체인으로 인해 CAR 희석필름이 PHEA희석필름보다 낮았다. CAR 시리즈의 내용제성은 10 wt% 희석필름에서는 PHEA와 유사한 수치를 보였으나, 함량이 증가할수록 CAR 시리즈의 팽윤성이 증가하는 경향을 보였다. 이는 PHEA필름에 비해 CAR 시리즈 희석필름의 낮은 가교밀도의 영향으로 보인다. 결과적으로 합성된 CAR1과 CAR2은 PHEA보다는 상대적으로 높은 분자량, 높은 점도 및 불순물로 인해 반응성은 약간 떨어지지만, 구조적 특성으로 열안정성이 높고 낮은 Tg 특성을 가지며, 이러한 특성이 요구되는 UV 경화 코팅에 바이오 기반 반응성 희석제로 적용가능성이 있다고 판단된다.