Polyurethane dispersions were prepared as follows:
The isocyanate-terminated polyurethane prepolymers containing tertiary nitrogen groups were prepared by reacting diisocyanate with mixed diols (polyester glycols, polyether glycols and alkyldiethanolamine). The molten prepolymers were reacted with urea to form bis-biurets, which were quaternized with chloroacetamide to yield the ionomers. Methylol groups were formed by reacting with aqueous formaldehyde and methylolated ionic oligourethane bis-biurets so obtained were dispersed in water. Condensation reaction of the methylol groups was followed by lowering the pH of dispersion and high molecular weight crosslinked polyurethane dispersions were obtained.
The effects of the concentration of ionic group and the degree of methylolation on the particle size of dispersion and mechanical properties of the films were examined. The particle size ranging from 0.1 ㎛ to 0.5 ㎛ was found to decrease with the increase in the ion content or degree of methylolation. The ultimate tensile strength and elongation at break were found to be influenced by the ion concentration and degree of methylolation.
The effect of polyether structural groups in the polyurethane backbone on hydrolytic stability and mechanical properties was also studied.
본 연구에서는 용융분산법에 의하여 폴리우레탄 에멀젼을 합성한 후 조성 변화에 따른 여러가지 물성의 변화를 조사하였다. 2개의 수산화기를 갖는 성분의 혼합물을 과량의 이소시아네이트와 반응시켜 양 말단이 NCO 로 끝나는 폴리우레탄 중합전량체를 합성하였다. 이 중합전량체를 요소와 반응시켜 bisbiuret 을 만든 후 quaternization 을 하여 폴리우레탄 사슬내에 이온기를 도입하였다. 이후 포름알데히드에 의한 메틸올화 반응을 거쳐 물속에서 안정한 에멀젼을 만든후 PH 를 낮춤으로써 다축합반응을 일으켜 높은 분자량의 가교성 폴리우레탄 에멀젼을 얻었다.
위와 같이 합성한 에멀젼으로 부터 NMDA, 포름알데히드, PTMEG 의 조성을 변화시켜 가면서 물성을 측정하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
NMDA의 양을 증가시킴에 따라 에멀젼의 입자크기는 0.32 ㎛ 에서 0.10㎛으로 감소하였으며 인장강도는 4.1% NMDA 에서 235Kg/㎠ 의 최고값을 나타내었고 신장률 역시 이 근처에서 1038 %의 최고값을 나타내었다. NMDA 를 4.1 %로 고정시키고 formaldehyde 의 양을 증가시킴에 따라 에멀젼의 입자 크기는 0.52 ㎛ 에서 0.11 ㎛으로 감소하였고 가교도는 F/U=2.33 에서 최고값을 나타내었다. 신장율은 가교도 반대의 경향을 보였으며 100% 모듈러스는 가교도와 같은 경향을 보였는데 낮은 가교도에서는 폴리에스터 부분의 결정 형성으로 인하여 모듈러스 값이 매우 크게 나타났다. 인장 강도는 F/u 값이 1.05일때 309 kg/㎠ 의 최고 값을 보였다. 기계적 강도외에 에멀젼의 안정성과 필름의 투명도등을 고려할때 최적 조건은 NMDA w.t% = 4.1 %, F/U=2.0 으로 생각된다. 이 조건하에서 에멀젼의 평균 입자크기는 0.28㎛ 인장 강도는 235 kg/㎠ 신장율은 1000%이었다.
PTMEG 의 양을 증가시킴에 따라 인장 강도는 감소 하였으며, 100% 모듈러스와 신장율은 각각 15%의 PTMEG 함량에서 최소, 최대 값을 보였다. 이는 소량의 PTMEG 가 폴리에스터의 규칙성을 깨뜨리는 결과로 추정된다. 또한 PTMEG 의 양이 증가함에 따라 가수 분해에 대한 저항성이 증가함을 관찰하였다.
