The aim of this dissertation was to prepare the organoclays by treatment with chain-extended organifiers and to add the organoclays to polyurethane/clay nanocomposites. The effect of the chemical structures of the organifiers on the properties of the organoclay such as d-spacing, ion-exchanged fraction was investigated to confirm proper organoclay for polyurethane/clay nanocomposites. The polyurethane/clay nanocomposites were synthesized with two types of organoclays. We changed the molecular weight of PTMG which was one of the reactant to make organifiers. We called them as CL-UT2K, CL-UT1K. Therefore, the molecular effect on organoclay such as d-spacing and IEF value would be changed. The procedure to make polyurethane nanocomposites was 2-shot(2 steps) process. Organoclay was dispersed and sonicated in PTMG 1K which was one of the reactant. And then, PTMG/clay suspension reacted with MDI until reaching theoretical isocyanate percent. IPDI was used to compare to MDI as well. 1,4-BD reacted with prepolymer made from $1^{st}$ step and air bubble was removed under vacuum. Then we casted them and keep in the oven at 110℃. The reaction proceeded until we observed the disappearance of intrinsic isocyanate peak by using FT-IR instrument. The effects of the organoclays on the properties of the PU nanocomposites were investigated. Moreover, we changed the ratio of reactant to make polyurethane nanocomposites. The morphology of polyurethane nanocomposites was observed by TEM and SEM. Polyurethane nanocomposites CL-UT2K used to make showed larger d-spacing than polyurethane nanocomposites CL-UT1K used. The molecular weights were detected by GPC. We also observed thermal properties such as glass transition temperature and thermal stability by using DMTA and TGA respectively. The glass transition temperature of polyurethane nanocomposites was increased by adding organoclay. For tensile properties modulus was increased with increasing clay contents. But tensile strength and elongation at break were decreased due to aggregation. The effect of organoclays on hardness was slight.
이 논문의 목적은 클레이의 층상거리를 늘릴 수 있는 유기화제를 합성하여 친수성의 클레이와 함께 처리함으로써 유기클레이를 만들고 이것을 기존의 폴리우레탄에 분산시키는 것이다. 또, 유기화제의 화학구조가 층상거리와 양이온교환 값에 미치는 영향을 조사하여 폴리우레탄/클레이 나노복합체에 적합한 유기화제를 합성하였다. 우리는 반응물 중 하나인 PTMG의 분자량을 달리하여 두가지 종류의 유기화제를 합성하였고 따라서 두가지 종류의 유기클레이를 처리하였다. 이 두 종류의 유기클레이를 각각 CL-UT2K, CL-UT1K라고 명명하였다. 이 두가지 종류의 유기클레이를 폴리우레탄에 분산되어서 폴리우레탄/클레이 나노복합체를 합성하였다. 폴리우레탄/클레이 나노복합체를 만드는 과정은 2단계 반응이다. 유기클레이는 우선 반응물중 하나인 PTMG에 기계적으로 또 초음파를 이용하여 분산시킨다. 이것을 이론적인 이소시아네이트 값에 도달할 때 까지 MDI와 반응시킨다. MDI뿐만이 아니라 IDPI도 이용되었는데 이것은 MDI와 IPDI의 효과를 비교하기 위한 것이다. 이렇게 만들어진 1단계 생성물에 1,4-BD를 반응시키후 공기를 제거한다. 그리고 이것을 110℃ 에서 FT-IR로 더 이상 이소시아네이트 값을 관찰할수 없을 때까지 오븐에서 보관한다. 유기클레이가 폴리우레탄/클레이 나노복합체의 물성에 미치는 영향을 연구하였고 또 반응물의 비를 바꾸어줌에 따른 물성의 변화도 확인하였다. 폴리우레탄/클레이 나노복합체의 몰폴로지는 TEM과 SEM을 통하여 관찰하였다. 나노복합체에서 CL-UT2K의 층간 거리가 CL-UT1K의 층간거리보다 더 넓은 것을 관찰하였다. 폴리우레탄/클레이 나노복합체의 분자량은 GPC를 이용하여 측정하였다. 또 열적특성을 알아보기 위하여 DMTA와 TGA를 이용하였다. 그 결과 유기클레이 첨가에 의하여 폴리우레탄/클레이 나노복합체의 유리전이온도는 폴리우레탄만의 유리전이온도 보다 상승한 것을 알 수 있었다. Young's Modulus는 유기클레이의 도입에 따라 꾸준히 증가하는 경향을 보였으나 tensile strength와 elongation at break는 1wt%에서 최대값을 보인후 감소함을 볼 수 있었따. 이것은 유기클레이의 응집의 결과라고 생각된다. 유기클레이가 경도에 미치는 영향은 무시할 수 있는 수준이었다.
