Polyurethane/poly(acrylonitrile-co-styrene) interpenetrating polymer networks (IPN's) were prepared by the simultaneous polymerization process. In order to observe the relative rate effect of the simultaneous polymerization, the polymerization kinetics of Pu and PSAN were studied.
The polymerization reaction of PU was a 2nd order reaction, while the polymerization reaction of PSAN was a 1st order reaction. The gel-times of PU and PSAN were theoretically calculated.
Three types of SIN's, one with faster gel-time in PU than in PSAN, one with similar gel-times in both components, and one with faster gel-time in PSAN than in PU, were prepared for comparison.
The morphology of PU/PSAN SIN's were observed via transmission electron microscopy and scanning transmission electron microscopy. The electron micrographs revealed that the SIN systems with similar gel-times in both component polymer networks showed finer domain structures (high degree of mixing).
The Tg behavior studied by the dynamic mechanical analysis also showed larger shift in Tg in the case of SIN's with similar gel-times in both components.
본 연구의 목적은 폴리우레탄과 폴리스치렌-아크릴로니트릴계 공중합물이 IPN 을 형성할 때 각각의 구성고분자의 중합반응속도가 IPN 의 분자구조 및 물성에 주는 영향을 살펴보기 위함이다.
폴리우레탄의 중합반응 속도는 촉매로 TMBDA, 용제로 셀로솔브아세테이트와 톨루엔, 크실렌의 혼합물을 사용하여 조사하였고, 폴리스치렌-아크릴로니트릴계 공중합물의 중합반응속도는 개시제로 LPO 를 사용하였고, 용제로는 DMF 를 사용하여 조사하였다. 이때 얻어진 중합반응속도식과 겔형성 관계식을 연립하여 각각의 구성 고분자가 3차원의 그물구조를 형성하는 시간을 이론적으로 구하였다.
폴리스치렌-아크릴로니트릴계 공중합물의 겔형성속도를 일정하게 고정시키고, TMBDA 의 농도를 변화시켜서 폴리우레탄의 겔형성 속도를 조절하면서 IPN 을 함량비에 따라서 제조하였다.
제조된 IPN 에 대하여 전자현미경에 의한 morphology, $T_g$, 기계적 성질, 밀도, 경도를 측정, 분석하여 그 결과를 검토하였다.
그 결과 전자현미경을 이용한 분자구조의 관찰에서는 폴리우레탄의 겔형성속도와 폴리스치렌-아크릴로니트릴계 공중합물의 겔형성속도의 차이가 적은 IPN 이 겔형성속도의 차이가 큰 IPN 보다 구성분자의 영역크기(domain size)가 작고, 또 분포도 고르게 되었다. 또한 폴리우레탄의 겔형성속도가 빨라짐에 따라서 폴리스치렌-아크릴로니트릴계가 연속상을 이루고 있는 구조에서 폴리우레탄이 연속상을 이루는 구조로 바뀌는 것이 보였다.
$T_g$ 또한 상대적인 겔형성속도에 크게 영향을 받는 것으로 나타났으며, 이때도 상호간의 겔형성속도간의 차이가 적을 수록 $T_g$가 안쪽으로(PSAN 의 $T_g$ 는 낮은 온도쪽으로, PU 의 $T_g$ 는 높은 온도쪽으로)많이 이동하는 현상이 나타났다. 밀도는 이론적인 값보다 크게 증가하지 않았는데, 이는 폴리우레탄과 폴리스치렌-아크릴로 니트릴의 밀도의 차이가 작기 때문인 것 같다. 경도는 폴리우레탄의 겔형성속도가 폴리스치렌-아크릴로니트릴계 공중합물의 겔형성속도 보다 느려짐에 따라서 좀더 높은 값을 가졌다.
위의 결과들로 부터 동시중합법에 의해서 IPN 을 제조할 때 구성고분자의 상대적인 겔형성속도가 IPN 의 분자구조 및 물성에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났고 구성고분자의 겔형성속도의 차이가 적을 수록, 또한 $\overline{M_c}$ 가 작을 수록 상용성(compatibility)이 향상되어지는 것을 알수 있었다.
