수성 폴리우레탄의 Semi-Interpenetrating Polymer Network 를 이용한 특성 및 유화효과 연구

Abstract

Polyurethanes are one of the most versatile polymeric materials and are found just about everywhere in modern life, such as coatings and adhesives in electronics and automobile interior. However, a conventional polyurethane is usually synthesized by a solvent-based process and causes a serious environmental problem, the emission of volatile organic solvents. In recent years, an environmental-friendly polyurethane by a waterborne process has received greater attention. In the first chapter, a series of novel structured latex particles with semi-interpenetrating polymer network (Semi-IPN) constituted by glassy SAN cores and rubbery PU shells were synthesized by cross-linking of ionized prepolymer in SAN solution. In particular, an inverted core/shell synthetic process, rubbery part first and then the glassy part, was applied to design and control their morphology. Each synthetic step was identified by FT-IR spectroscopy. The effect of compositions of the core/shell particles on mechanical properties was studied. The glass transition temperature and mechanical properties of the samples were characterized by DMA and UTM, respectively. Since a cross-linking density of PU plays an important role in miscibility of core/shell structure, the miscibility of inverted core/shell particles was evaluated by DMA measurements. It was found that the core/shell latex particles with a high cross-linking density are more miscible than those of low one. Miscible Semi-IPN core/shell polymers showed better mechanical properties, tensile strength and elongation than immiscible ones. Therefore, an inverting synthetic method for preparation of core/shell particles with dual-phase continuity was effective. In the second chapter, to improve physical properties, a series of novel structured latex particles with Semi-IPN of glassy resins, such as PMMA, PVC, polyester, and epoxy and rubbery PU as cores and shells, respectively, were synthesized. The effect of core resins on mechanical properties of the final Semi-INP’s core/shell particles was studied. The synthetic process was monitored by IR spectroscopy. The particle formation and shape of particle size analysis(PSA) were varied by glassy resins. Additionally, their miscibility and mechanical properties, elongation rate and tensile strength were studied in terms of core glassy resins. In the third chapter, waterborne polyurethane adhesives (WPA) for automobile interior require high initial adhesion, heat-resistance, weatherability, and processibility. However, it is difficult to satisfy processibility during a coating process because of the heterogeneous system of waterborne polyurethanes. Therefore, this study focused on the improvement of processibility by control of particle stability of WPA using emulsifier. The results showed that the particle stability of WPA was strongly affected by a nonionomer internal emulsifier.|Polyurethane의 사용은 프라이머, 접착제 및 코팅제와 같은 광범위한 자동차 응용 분야에 대한 다목적성으로 인해 매우 중요하다. 그러나 종래의 Polyurethane의 종류는 용제로 인해 많은 환경 문제와 자동차 내부의 휘발성 유기 용제의 배출을 유발하였다. 따라서 수성 시스템과 같은 환경 친화적인 Polyurethane에 대한 연구가 많은 관심을 받고 있다. 자동차 내장재용 수성 Polyurethane 접착제(WPA)는 높은 초기 접착력, 내열성, 내후성 및 가공성을 가져야 한다. 그러나, 수성 PU의 이종 시스템으로 인해 코팅 공정 동안 가공성 을 만족시키기가 어렵다. 이러한 실험을 진행하였다. 첫 번째로 semi-interpenetrating polymer network (Semi-IPN) 유리 SAN 코어와 고무 PU 셀을 가진 일련의 새로운 구조의 라텍스 입자를 합성하였다. 중 합체의 유리 전이온도 및 기계적 거동은 DMA and UTM에 ​​의해 확인되었다. 최 종 코어/셀 입자의 기계적 성질에 대한 상이한 성분의 효과가 연구되었으며 합 성 과정은 FT-IR spectrometry로 확인하였다. 형태학적인 설계 및 제어를 위한 또 다른 접근을 제공하기 위해 거꾸로 된 코어/셀 합성 (고무질 부분, 유리 부 분)이 이루어졌으며 보다 높은 가교 밀도를 갖는 코어/셀 라텍스 입자는 낮은 가 교 밀도보다 혼화성이 있는 것으로 밝혀졌다. PU의 높은 가교 결합 효율은 지배 성의 상 혼화성에서 중요한 역할을 한다. Inverted로 된 코어/쉘 입자의 혼화성 은 동적 기계적 분광학 측정으로 부터 평가되었다. IPN 코어/셀 폴리머는 보다 많은 상용성으로 인하여 우수한 기계적 특성을 갖는 것으로 밝혀졌다. 높은 연신율을 갖는 보다 높은 수준의 인장 강도는 이중 상 연 속성을 갖는 코어/쉘 입자를 반전시킴으로써 달성되었다. 두 번째로 유리상 합성된 수지의 코어가 고무상 수지인 PU의 쉘로 형성된 일련의 구조화된 라텍스 입자를 합성하였다. 중합체의 유리전이 온도 및 기계적 거동은 DMA 및 UTM에 의해 확인되었다. 최종 코어/쉘 입자의 기계적 특성에 대한 상이한 수지의 효과를 연구하였다. 합성과정은 IR분광법으로 확인하였으며. 유리상 수지별로 유화공정 후 입자형성의 차이는 PSA로 판별하였다. 추가적으로 신장율과 인장강도의 연관성도 유리상 수지별로 확인하였다. 동적 기계적 특성을 통해 수지 간의 혼화성도 연구하였다. 세 번째로 수성 PU 접착제의 입자 안정성을 향상시켜 가공성을 향상 시키기 위하였으며. WPA의 입자 안정성은 원심 분리기로 조사하였다. 여러 시험기는 접착및 특성을 확인하기 위해 사용되었다. 결과는 WPA의 입자 안정성과 비 이성질체 내부 유화제의 사용이 각각 또는 그와 관련되어 있음을 보여주었다.