Studies of Annealing Effect on the Properties of the Rigid Polyurethane

열처리에 따른 경질 폴리우레탄의 물성 변화 연구

Polyurethane (PU) synthesized from 4,4'-diphenylmethane diisocyanate having high functionality (f=2.9) and polyester polyol have been investigated by differential scanning calorimeter (DSC), dynamic mechanical thermal analyzer (DMTA), and Fourier transform infrared spectroscope (FT-IR). From the DSC measurement of polyurethane, a single transition temperature ($T_g$) was observed. This result indicates that polyurethanes synthesized in this work have homogeneous network structure due to high functionality of diisocyanate. It was also found that the $T_g$ of polyurethane was increased as hard segment content was increased. The results from DMTA measurement are consistent with DSC results. In order to investigate the effect of thermal annealing on the $T_g$ of polyurethane, the samples were annealed at various annealing conditions. $T_gs$ of polyurethanes were found to increased with annealing temperature. From swelling experiment and FT-IR studies, it was found that the $T_g$ was increased as crosslinking density of polyurethane was increased.

작용기가 2.9인 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI)와 polyester polyol 그리고 사슬 연장제로서 1,4-butane diol로부터 제조한 polyurethane을 시차 주사 열분석기(DSC) 동적 기계적 열분석기(DMTA), 그리고 퓨리에 변환 적외선 분광기(FT-IR)를 이용하여 물성을 연구하였다. 본 연구에서 제조한 polyurethane은 MDI의 높은 작용기로 인한 가교 때문에 균일한 망상구조를 가지고 있음을 알 수 있었다. 또한 하드 세그먼트 함량이 증가할수록 $T_g$는 증가함을 관찰할 수 있었다. 이러한 DSC 결과는 DMTA에서도 재확인할 수 있었다. 한편 polyurethane의 열처리 효과(annealing effect)를 관찰하기 위해 다양한 열처리 조건에 따라 polyurethane의 열분석을 하였다. 그 결과 열처리 온도가 증가될수록 폴리우레탄의 $T_g$가 증가됨을 관찰할 수 있었다. 반면에 열처리 시간에는 크게 의존하지 않음을 관찰할 수 있었다. 이러한 $T_g$의 증가는 팽윤(swelling) 실험으로부터 열처리에 따라 가교 밀도가 증가하며 이러한 가교 밀도의 증가가 polyurethane의 $T_g$를 상승시키는 원인임을 확인 할 수 있었다. 반면에 FT-IR 연구로부터 열처리에 의한 polyurethane의 수소결합 정도의 변화는 관찰할 수 없었다.