UV 경화형 카르보디이미드계 올리고머의 합성 및 이를 포함한 UV코팅액의 경화 과정에 대한 유변학 연구

Abstract

본 연구에서는 광경화형 카르보디이미드계 아크릴레이트 올리고머를 합성하여 굴절률 특성을 고찰하고 이를 포함하는 UV 코팅액 및 UV 코팅액 경화시의 유변학 거동을 고찰하였다. 카르보디이미드계 아크릴레이트 올리고머는 2단계 반응으로 합성되었다. 1단계 반응에서 TDI(toluene Diisocyanate)와 -OH기를 포함한 아크릴레이트계인 HPA(hydroxy propyl acrylate)를 1:1몰비로 우레탄 반응시켜 acrylic adduct를 합성하였다. 2단계에서는 1단계에서 합성한 acrylic adduct와 diisocyanate 를 1:0~1:2 몰비 범위로 변화시켜 카르보디이미드 구조를 반복 단위로 갖는 이관능성 아크릴레이트 올리고머를 합성하였다. 반응진행에 따른 반응물의 점도 조절을 위해 용매로 반응성 희석제인 PEA(phenyl ethyl acrylate)를 사용하였으며, diisocyanate는 TDI와 MDI를 이용하였다. 적외선 분광분석기(FT-IR, Fourier transform infrared spectroscopy), 핵자기 공명 분광분석기(NMR, nuclear magnetic resonance)를 이용하여 합성된 올리고머의 구조를 확인하였다. FT-IR spectrum 에서 카르보디이미드의 특성 피크가 2100cm-1에서 생성되고 반응물의 이소시아네이트 특성 피크가 2273cm-1에서 사라지는 것으로부터 카보디이미드 생성을 확인하였다. 1H-NMR의 5.8ppm, 6.27ppm, 6.05ppm 피크를 통해 아크릴레이트의 구조를 확인하였고, 13C-NMR의 162ppm 피크를 통해 카르보디이미드의 구조를 확인 할 수 있었다. TDI와 MDI로부터 합성된 카보디이미드계 아크릴레이트 올리고머의 굴절률은 1.59~1.65 범위였으며, 카르보디이미드 반복단위 구조의 수가 증가할수록 굴절률과 점도가 증가하였다. 합성된 카르보디이미드계 아크릴레이트 올리고머와 solubility parameter는 16~21MPa1/2 범위에 있으나 H-bond factor(δh)값이 다른 다양한 반응성 모노머를 이용하여 UV 코팅액을 만들고 레오메터를 이용하여 전단점도 (shear viscosity) 와 탄성률 (modulus) 을 측정하였다. H-bond factor (δh) 값이 가장 높은 하이드록시기를 가진 반응성 모노머를 제외한 다른 모노머들에서는 좋은 혼화성을 가진 뉴턴 유체의 유변학적 거동을 나타내었다. In-situ UV 경화 레오메터를 통해 UV 경화과정의 유변학적 거동과 경화시간을 측정하였다. 카르보디이미드계 아크릴레이트 올리고머의 분자량이 증가할수록 경화시간이 느려지며, UV 코팅액의 점도가 낮을수록, 뉴턴 유체의 거동을 가진 코팅액이 경화시간은 빠르게 진행되었다.