Optimum Chain Extension and Change of the Average Particle Size of Aqueous Polyurethane Dispersion

수분산 폴리우레탄 제조시 최적 사슬연장 조건과 입도 변화에 관한 연구

In the synthesis of water-based polyurethane using self-emulsification process, after being neutralized, polyurethane pre-polymers containing ionic pendant groups are dispersed by simple convective mixing. Preparation of dispersion is followed by chain extension reaction, which is considered as important step for growth of the molecular weight of polyurethane. In this work, pH variations in the aqueous phase were monitored during the chain extension process in the presence of water-soluble diamines. The optimum degree of chain extension and the average particle size in the polyurethane dispersions were examined with varying ionic pendent group contents, type of chain extenders, and feed rate of chain extenders, The initial pH value in the aqueous phase linearly increased and the optimum chain extension point could be obtained from the intersection of two linear lines having different slopes, All average particle sizes before chain extension reaction were almost same, however, the final average particle size increased as feed rates of chain extenders increased, In addition, as the ionic pendant group contents increased, the particle size decreased since the hydrophilicity and hydrodynamic volume increased. As carbon numbers of the chain extenders increased, the final particle size increased significantly. From the results, it was concluded that the chain extension reaction took place among the particles not only in a particle.

자가유화방식의 수분산 폴리우레탄의 경우, 이온성 그룹이 포함된 프리폴리머를 중화시켜 수분산시킨 후 분자량을 증가시키기 위해 사슬연장을 하게 된다. 본 연구에서는 아민계 사슬연장제를 사용하여 사슬연장 시 연속상의 pH의 변화를 관찰하였으며, 이온성 그룹의 함량, 사슬연장제의 사슬 길이와 투입 속도 등과 같은 공정 변수에 따른 최적의 사슬연장 정도와 사슬연장 시 평균 입도 변화를 분석하였다. 투입되는 사슬연장제의 농도가 증가함에 따라서 연속상의 pH가 증가하게 되고, 사슬연장 정도에 따른 pH 변화곡선의 변곡점으로부터 최적의 사슬연장제 함량을 결정하였다. 사슬연장제 투입 속도에 따른 평균 입도 크기 변화의 경우, 초기 사슬연장전의 평균 입자 크기는 거의 비슷하다가 최종 사슬연장이 끝난 후에 사슬연장제 투입 속도가 빠른 쪽의 평균 입도 크기가 증가한다는 사실이 관찰되었다. 이온성 그룹의 함량이 증가할수록 친수성기의 농도가 증가하므로 평균 입도 크기는 감소한다. 사슬연장제의 사슬 길이의 영향이 최적의 사슬연장 정도를 결정하는데 큰 영향은 미치지 않고, 사슬의 길이가 긴 아민류를 사용하였을 시 입자와 입자 사이에서 사슬연장 반응을 통해 입자의 크기가 크게 증가하는 경향이 관찰되었다.