Transcript 자외선 흡수제(UV Absorber)

우레탄 폼의 물성개선을 위한 연구
2005114001 김현섭(PPT)
2003126060 정도환(자료)
2003126034 김환민(자료)
2004126 신혜연(발표)
목
차
1
실험동기 및 목적
2
실험이론
3
실험설계 및 방법
4
예상결과 및 고찰
5
참고문헌
실험 동기 및 목적
연질특성
이소시아네이트 첨가량에
따른 물성변화 관찰
황변현상
첨가제를 통한 황변현상 억제
불쾌한 냄새
냄새 특성 개선
실험이론 – 폴리우레탄 폼 형성
활성수산기
-OH
이소시아네이트
-N〓C 〓O
폴리우레탄
폼
우레탄 폼 종류 및 특성
 연질 폴리우레탄 폼: TDI와 높은 분자량의 폴리에테르 트리올로 부터 제조
물은 연질폼 제조에 발포제로 사용된다
연질폴리우레탄의 용도: 낮은 밀도: 가구와 침구류, 높은 밀도: 자동차 의자 씌우개,
반연질 폼 (Semiflexible foams)은 자동차 내부 충전물
 경질 폴리우레탄 폼: PMDI와 높은 기능성 폴리 에테르 또는 방향족 폴리에스테르
폴리올로부터 제조
경질 폴리우레탄 폼의 용도: 단열재 (건축, 수송)
 폴리우레탄 탄성체: 플라스틱의 단단함과 고무의 탄성을 지님, 반응 사출
성형으로 내장제로 주로 사용
황 또는 과산화물 개시 가교반응에 의하여 경화
폴리올(Polyol)
개시제 및 제품의
폴리에테르 폴리올
(Polyether Polyol)
필수적 원료
폴리에스테르 폴리올
(Polyester Polyol)
분자량을
변화시켜 사용
이소시아네이트
TDI
(Tolylene diisocyanate)
상업용
이소시아네이트
MDI
(Methylenediphenyl diisocyanate)
PMDI
(Polymeric isocyanate))
이소시아네이트
 이소시아네이트로는 TDI MDI가 주로 쓰임
 폴리올과 이소시아네이트의 배합비율에 따라서 물성에 많은 차이
 폴리올과 이소시아네이트의 반응을 통해 형성되는 폴리우레탄은 발포체를 유연하게 한다.
 물과 이소시아네이트의 반응을 통하여 형성되는 폴리우레아는 발포체의 강도를 부여하는
특징을 가진다.
TDI
 저온에서도 결정이 석출되지 않음
 발포체의 압축강도가 크고 안정성이 좋다
MDI
 증기압이 낮다
 경화시간의 단축이 용이
 난연화 경향
 표재와의 접착력이 증가
 TDI는 이소시아네이트기의 함량이 48% 높고 발열이 많기 때문에 경질 발포체의 제조에
어려움이 많으므로 주로 MDI계통을 쓴다
이소시아네이트
Cyclohexylmethane diisocyanate (H12MDI)
 MDI의 한 종류로서 방향족링이 빠져있다.
 방향족링이 없으므로 냄새에 적은 영향을 미칠 것이다.
 MW% 262.0
isocyanate-IPDI
 MW% 222.3
Isocyanate index(NCO index)
 Isocyanate Index
 Isocyanate equivalent
자외선 안정제(Ultraviolet Stabilizer)
광안정제의 일종으로 작용기구에 따라 흡수제,
Quenchers, HALS로 구분
화학구조에 따라 Phenyl Salicylates(흡수제),
Benzophenone(흡수제),
Benzotriazole(흡수제),
니켈유도체(Quenchers), Radical Scavenger로
구분
자외선 흡수제(UV Absorber)
 자외선을 흡수하여 열에너지로 방출시키는 1차
기능과 자유 라디칼을 종결 시키는 2차
2차 기능은 고유의 자외선 흡수능력을 감소시키므로
HALS나 1차 산화방지제와 같은 라디칼 스케빈저를
첨가하여 기능을 보완
 자외선 흡수제가 효과적이기 위해서는 고분자가
민감한 파장에서 흡수율이 높아야 하고 제품의 단면
두께가 커야 함
자외선 흡수제(UV Absorber)
 Hydroxy benzophenone과 Hydroxyphenyl benzotriazole이
가장 많이 사용되며 Arylester 나 Oxanilides 등도 사용
① 벤조페논(Benzophenone) 가공중 휘발성이 적고 폴리
올레핀과의 상용성이 좋고 Compounding ,가공 또는 옥외
노출 사용시 종종 색상변화 문제가 발생
②벤조트리아졸(Benzotriazole) 280~390nm 영역에서 강한
자외선 흡수능력을 갖고 있고 가시광선 영역 경계까지 큰
흡수도를 나타내 벤조페논보다 자외선 흡수능력이 큼.
PS,HIPS,ABS,PC,열경화성 Polyester 등에 널리 사용되며
초기 색상과 장기 색상안정성이 우수
 기타 Arylester,Oxanilides,Formamidine 등이 있다.
켄처(Quencher)
 자외선 흡수제보다 다소 늦게 작용하며 자외선
흡수에 의해 들뜬 상태(exited state)의
chromophore로부터 발생하는 과도한 에너지를
수용하여 chromophore를 바닥상태(ground state)로
전환시키고 열에너지나 형광 또는 인광 등으로 발산
K + h.ν --▶ K*
K* + Q --▶ K + Q*
Q* --▶ Q + heat
Q* --▶ Q + h.ν’
HALS(Hindered Amine Light
Stabilizer)
 과산화물 분해제와 라디칼 스케빈저 기능을 동시에
만족시키는 자외선 안정제로서 tetra-methyl piperidine 구조를
갖고 있으나 주기능은 자유 라디칼을 제거하고 정지시키는
라디칼 스케빈저의 역할을 수행
 자외선 흡수제와는 달리 표면 보호작용이 뛰어나고 얇은
단면을 갖는 제품에도 적용이 가능하며 켄처와 달리 착색을
부여하지 않음
 단독으로도 사용이 가능하며 자외선 흡수제나 켄처와 같이
사용시 최대의 자외선 안정성을 나타냄
 폴리올레핀, 스티렌계 고분자, 우레탄 등 광범위하게 사용.
냄새의 원인 – 아민(Amine)
폴리우레탄폼에서 수지자체엔 냄새가
없지만 이에 첨가되는 난연제, 촉매,
정포제, 경화제, 안료 등이 냄새를 유발
촉매로 첨가되는 아민이 가장 큰 원인
실험설계 – 1. 연질특성
폼 물성결정
발포제
촉매
Isocyanate
이소시아네이트의 영향
 이미 발포제인 Silicone surfactant의 양에 따른
실험은 수행되어 그 영향이 확인됨.
 Hard segment인 이소시아네이트의 양에 따라
변하는 우레탄 폼의 특성조사에 대한 필요성
 다른 변수가 고정된 상태에서 이소시아네이트의
비율(NCO index)에 따른 물성 조사
실험설계 – 2. 황변현상
황변의 원인
열
가스
UV
Isocyanate
종류
황변방지
 TDI와 MDI 등의 방향족 이소시아네이트는
자외선에 의해 Quinon imide 구조를 취하여
착색
OCN-(CH2)6-NCO
(HDI)
 자외선 흡수제와 산화방지제를 첨가하거나
Benzen 핵과 -NCO사이에 Alkylene Group을
도입하여 양자의 공명을 멈추게 하거나 (XDI),
지환족 Isocyanate를 사용하거나 (H12MDI,
IPDI), 공액이중결합을 함유하지 않은 (HDI)
이소시아네이트를 사용하여 황변현상을
방지
자외선 차단
산화방지제
광 안정제
첨가제 고려사항
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
소량 사용으로 효과가 나타날 수 있는 것
UV흡수제의 흡수파장 영역은 290~400 정도
반응에 및 보관 중 점도에 영향을 주지 않는 것
열 안정성이 좋은 것
분해 반응을 일으키지 않는 것
휘발성이 적은 것
상용성이 좋은 것
용이하게 추출되지 않는 것
무독한 것
실험설계 – 3. 냄새특성
냄새의 원인
정포제
촉매
경화제
냄새특성 개선
아민기가 없는
촉매사용
산성범위내
합성
냄새 저감 효과
금속나노 or
은나노 입자 등을
분산시킴
실험 구상
실험
황
변
현
상
실험 방법
1) Isocyanate의 첨가비율 변화
- NCO index 80, 100, 120, 140변화
2) 발포 후 폴리우레탄의 탄성 측정
3) Isocyanate 와 계면활성제의 변화에 따른
탄성 비교
실험 방법
1) 자외선흡수제(UV Absorber) 첨가
- 무첨가, 0.1%, 0.2%, 0.4%, 0.8% 첨가
2) 시간에 따른 황변 현상 관찰
3) 그 외 향을 내는 가소제 등을 첨가 할 수 있음
예상결과 및 고찰
1) Isocyanate의 영향에 따른 물성 변화
예상결과 및 고찰
NCO Index
증가
압축강도
증가
연질 ->
경질
폴리올, 촉매, 이소시아네이트의 종류에
따라 각 NCO Index에서
압축강도 DATA를 측정한다면
취향에 맞는 물성의 우레탄폼 주문이 가능
예상결과 및 고찰
2) 자외선 흡수제 첨가량에 따른 황변 정도
첨가량
증가
황변 감소
일정 범위 이상에선 차이가 없을 것으로 예상
참고문헌
 http://www.e-urethane.com/raw-03.htm
 촉매와 이소시아네이트 영향/경기대학교 대학원/권순관 /2002
 폴리우레탄의 합성과 polyol 분자량에 따른 물성에 대한 영향 /
부경 대학교 / 심완섭 /2004
 폴리우레탄 폼의 형성인자 및 반응조건에 따른 물성 특성 연구 /
충남대학교 / 송해영 / 2004
 http://user.chollian.net/~bespon1/b11.htm
경청해 주셔서 감사합니다!
Thank you for your attention.
질의 응답