4,4'-Diphenylmethane Diisocyanate (MDI)와 폴리에스테르 폴리올로부터 합성된 폴리우레탄의 모폴로지와 열적 성질에 관한 연구

Studies on the Morphology and Thermal Properties of the Polyurethane Synthesized from 4,4'-Diphenylmethane Diisocyanate (MDI) and Polyester Polyol

4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI)와 폴리에스테르 폴리올 그리고 1,4-butane diol로부터 폴리우레탄을 제조하고 모폴로지와 열적 특성에 대하여 연구하였다. Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR)를 이용한 폴리우레탄의 모폴로지 관찰에서 수소 결합된 N-H 피크와 C=O 피크는 폴리우레탄에서 하드 세그먼트(hard segment)의 함량이 증가할수록 낮은 주파수대로 전이되어 수소 결합이 증가함을 알 수 있었다. 시차 주사 열분석기(DSC)를 이용한 열적 특성에 대한 연구에서 폴리우레탄의 유리전이온도($T_g$)는 하드세그먼트의 함량이 증가함에 따라 증가하였다. 또한 소프트 세그먼트(soft segment)의 $T_g$는 관찰할 수 없었으며 이로부터 본 연구에서 제조된 폴리우레탄은 MDI의 높은 작용기로 인하여 화학 결합에 의한 경화 반응으로 균일한 망상구조를 가지고 있음을 알 수 있었다. 또한 DSC로부터 관측된 폴리우레탄의 $T_g$는 Fox 식으로부터 예측된 $T_g$와 큰 차이를 나타냈으며, 이는 경화 반응으로 인하여 폴리우레탄 사슬의 운동성이 제약되기 때문으로 생각된다. 동적 기계적 열분석(DMTA)에서도 소프트 세그먼트의 전이온도는 관찰되지 않았으며 이로부터 본 연구에서 제조된 폴리우레탄에서 하나의 상을 갖는 모폴로지를 확인할 수 있었다.

Morphology and thermal properties of polyurethane synthesized from 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI), polyester polyol, and 1,4-butane diol are investigated using fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), differential scanning calorimeter (DSC), and dynamic mechanical thermal analysis (DMTA). From the FT-IR study, it is found that the stretching peaks of hydrogen bonded N-H and C=O are shifted to the low frequencies with the increase of hard segment content of the polyurethanes. The shift of the stretching peaks of hydrogen bonded N-H and C=O indicates that the degree of hydrogen bonding is increased. From the DSC study, it appears that the glass transition temperature ($T_g$) of the polyurethanes is increased with the increase of the hard segment content. Also, it is found that the polyurethanes investigated in this study have the homogeneous network structure due to the high functionality of the MDI. From the DMTA study, transition of the soft segment was not found. Therefore it is concluded that the polyurethanes investigated in this study have the one-phase morphology which is consistent with the DSC results.