The IPN hybrids of unsaturated polyester(UPE)-polyurethane(PU) were prepared by the simultaneous polymerization process. The PU network was crosslinked with trimethylol propane(TMP) and the UPE network with styrene and divinyl benzene(DVB). The effect of the crosslink density of PU on the mechanical properties was investigated with the variation of amount of TMP. The tensile and impact properties were measured as a function of composition and degree of unsaturation of UPE. Enhanced tensile strength(79.8㎫) and impact strength(27.3J/M) were observed at the content of 20wt.% of PU. As the crosslink density of PU was increased, the tensile and impact strength were increased due to the increase of the degree of interpenetrating and grafting between two networks. When the degree of unsaturation of UPE is low, the crosslink density of PU had more influenced on the tensile properties and the shift of $T_g$. This indicates that the crosslinking of polystyrene with UPE is restricted by the presence of PU because the grafting of UPE occurs at early stage of the reaction. It was suggested that the improved thermal stability was not directly related to the increase of physical entanglement but related to the unzipped monomers acting as radical scavengers for the radicals produced from the polyurethane degradation.
대표적 열경화성 수지인 불포화 폴리에스터(UPE)수지의 낮은 충격강도를 보완하기 위해 폴리우레탄(PU)수지를 첨가하였다. UPE는 maleic anhydride(MA), phthalic anhydride(PA), propylene glycol(PG)을 이용하여 합성하였는데 PU과의 graft를 증가시키기 위해 산가가 5이하가 되도록 하였으며 UPE의 불포화도에 따른 영향을 살펴보기 위해 MA의 양을 달리하여 분자당 평균 3.3, 4.6개의 이중결합을 갖도록하였다. PU은 Poly(tetra-methylene ether) glycol과 MDI을 이용하였으며 가교제로는 trimethylolpropane(TMP)을 사용하였다.
폴리우레탄이 10-20wt.% 첨가된 Hybrid resin은 순수한 UPE수지(PES) 보다 더 큰 인장강도를 나타내었고 PU의 가교밀도가 증가함에 따라 인장강도와 충격강도가 함께 증가되었다. 이러한 결과로 부터 두계간의 상호침투와 graft의 증가가 인장강도와 충격강도를 증가시킴을 알수있었다. PU가 첨가되지 않았을때, 큰 불포화도를 갖는 UPE가 첨가된 수지가 불포화도가 낮은 경우 보다 높은 인장강도를 나타내다가 PU가 첨가되면서 반대의 현상이 나타났다. 또한 PU의 가교밀도가 낮을때, 큰 불포화도를 갖는 UPE가 첨가된 수지가 높은 인장강도를 보이다가 PU의 가교밀도가 증가하면서 반대의 현상이 발견되었다. 이러한 현상은 UPE의 불포화도가 커지면 PU와의 compatibility가 증가되어 UPE가 반응초기에 MDI와 반응하여 styrene과의 radical반응의 가능성이 감소되면서 전체적인 PES의 가교밀도가 낮아져 낮은 인장강도를 보여주는 것으로 생각되어진다. 이것은 DMA의 분석에서 불포화도가 낮은 UPE에 대한 유리전이 온도의 변화가 크게 나타나는 것과 잘 일치하고 있다. TGA에의한 열안정성 실험에서 10wt.%의 PU가 첨가된 Hybrid resin이 순수한 폴리에스터보다 높은 열안정성을 보여주었는데 이것은 unzipping된 styrene과 UPE 의 이중결합이 폴리우레탄의 분해에 radical scavenger로 작용하기 때문으로 생각되어진다.
이상의 결과에서 UPE에 PU을 10-20wt.% 첨가하고 폴리우레탄의 가교밀도를 크게하여 인장강도와 충격강도가 순수한 PES보다 향상된 우수한 기계적 성질을 갖는 재료를 만들었다.