자가복원용 열경화형 폴리우레탄 수지의 물성 최적화 연구

Abstract

열가소성 TPO 소재에 대한 기존의 three-layer 방식에서 two-layer 방식의 Primerless Base에 대한 수지 설계 및 도장 코팅 표면 손상에 대한 자가복원 능력을 가진 Self-healing Clear 설계를 제안하였다. two-layer 방식의 Primerless Base 수지 설계를 위하여 Chlorine content(%) 및 유리 전이 온도(Tg, ℃)에 따른 CPO 및 A/C 수지를 선정하였으며, 각 비율별 최적화 실험을 진행하였다. Chlorine content (%)의 함량이 커질수록 부착성능은 우수해지나, 25 이상일 경우 모노머와의 결합할 수 있는 기회가 적어짐에 따라 부착성능은 나빠지는 경향을 보였다. 또한, 유리 전이 온도(Tg, ℃)는 약 59℃에서 가장 최적의 부착성능을 보여주는 것을 확인할 수 있었으며, 13℃ 이하에서는 도막의 경도가 너무 낮고 82℃ 이상일 경우 수지의 점성도 폭이 커지며 도막의 가소성이 부족하여 소재의 젖음성이 떨어지게 되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, CPO:A/C의 중량 비율이 4:6 이상일 경우 부착성능은 양호한 결과를 얻을 수 있었으며, 이는 일반적인 열가소성 TPO 재질의 부착성능을 나타나게 할 수 있는 최소한의 CPO의 함량은 40% 이상이라는 것을 확인할 수 있었다. Self-healing Clear 설계를 위하여, hydroxyl value (%) 값과 수평균 분자량에 따른 PES 및 PCD 수지를 선정하였으며, 각 수지의 혼합비율별 폴리우레탄 수지를 각각 합성하였다. 중량 혼합비율로 합성된 폴리우레탄 수지에 대한 구조 분석 및 열적, 기계적, 물리적 특성을 비교 분석하였으며, 도막의 신뢰성 및 시간에 따른 자가복원 능력을 확인하여 최적의 PES:PCD 함량을 도출하였다. 동적 기계적 물성 (DMA) 및 열적 특성 (DSC) 확인 결과 PCD의 함량이 증가할수록 유리 전이 온도 (Tg, ℃)는 미세하게 증가하는 것을 동시에 관찰할 수 있었으며, 이는 평균 hydroxyl value 값이 높아져 hard segment의 함량이 높아진 것에 기인된 것으로 판단된다. 또한, 나노인덴테이션을 통한 기계적 특성을 측정한 결과 PES 함량이 높아질수록 동일한 압입 하중에서의 깊이가 깊어졌으며, 이는 PES 함량이 높아질수록 소프트하면서 탄성이 높은 도막을 형성하고 있다는 것을 확인할 수 있었다. 이 결과는 초기 스크래치 발생 이후 도막 표면의 수직높이에 대한 자가 복원력이 PES 함량이 6:4 이상으로 합성된 우레탄 수지의 경우 24시간 이내 10 ㎛ 이하로 회복되는 결과를 통해 검증될 수 있었다.