Jun-Gyu Park;Byeong-Hoon Cho;In-Bog Lee;Hyuck-Choon Kwon;Chung-Moon Um
Restorative Dentistry and Endodontics
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제26권1호
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pp.86-94
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2001
기존의 광중합기는 높은 광강도를 제공함으로써 광중합 복합레진을 최대한 단축된 시간내의 중합을 목표로 하였다. 이러한 높은 광강도는 복합레진의 중합깊이, 중합률면에서는 우수하나 중합 반응속도가 빠름으로 인해 중합시 응력 발생이 높아진다는 일련의 보고가 있다. 최근에는 광중합 속도를 늦춤으로써 변연적합도 및 중합시 응력 발생을 낮추는 새로운 중합방법들이 제시되고 있다. 이에 본 실험에서는 광조사 강도의 변화가 광중합 복합레진의 중합반응 과정에 미치는 영향 및 중합된 복합레진의 중합률에 대한 영향을 분석하고자 하였다. 5개의 혼합형 광중합 복합레진 (Z-100, Spectrum, Z-250, Clearfil AP-X, P-60)을 사용하였으며 중합시 적용된 광조사 강도에 따라 6개의 실험군으로 정의하였다. 실험군과 이에 따른 광조사 방법은 다음과 같다. 1군은 110mW/$\textrm{cm}^2$로 40초 중합, 2군 210mW/$\textrm{cm}^2$로 40초 중합, 3군 410mW/$\textrm{cm}^2$로 40초 중합, 4군 620mW/$\textrm{cm}^2$로 40초 중합, 5군 110mW/$\textrm{cm}^2$로 10초 중합 후 1분 뒤 620mW/$\textrm{cm}^2$로 30초 중합, 6군 210mW/$\textrm{cm}^2$로 10초 중합 후 1분 뒤 410mW/$\textrm{cm}^2$로 30초 중합하였다. 광중합시 중합 반응 양상에 관한 분석은 시차주사 열계량기를 이용하여 37$^{\circ}C$ 항온상태에서 10분간의 열흐름곡선을 기록하였다. 기록된 열흐름곡선에서 중합 반응시 나타나는 중합열 및 최대 중합열에 이르는 시간을 기록하여 중합반응 속도를 측정하였다. 중합된 복합레진의 중합률은 Fourier Transform Infrared Spectrometer(FTIR)를 이용하였으며 2mm 두께의 복합레진 하방에서의 중합률을 측정하였다. 측정된 결과는 ANOVA 및 Student-Newman-Keuls 방법을 이용하여 유의성을 검증하였다. 실험결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 광중합 복합레진 중합시 광조사 강도가 증가할수록 중합열은 증가하였으나 통계적 유의성은 보이지 않았다 (p>0.05). 2. 최대 중합열에 이르는 시간은 광조사 강도가 증가할수록 단축되었다. 이단계 중합방법을 사용한 경우 중합반응 속도를 감소시킬 수 있음을 보였다. 3. 광조사 강도가 증가할수록 중합률은 증가하였다. 이단계 중합방법을 사용한 경우 연속적인 고광강도를 사용한 경우와 유사한 높은 중합률을 보였다. 4. 중합률면에서 광중합복합레진의 중합시 400mW/$\textrm{cm}^2$ 이상의 광강도가 필요한 것으로 나타났다.
반응성 올리고머 및 메타아크릴레이트/SBS블렌드의 확산에 의해 제어되는 광중합 반응 특성을 ATR-FTR을 이용하여 고찰하였다. 광중합 속도는 반응 초기 단계에서는 자가 가속 현상을 보이며 반응 속도가 급격하게 증가하여 반응이 진행함에 따라 확산에 의한 반응 지연 현상이 관찰된다. 확산 제어항이 도입된 반응 기구 속도식으로 반응 속도를 해석한 결과 전체 반응 구간에서 실험 결과와 잘 일치하였다. SBS의 도입을 위해 사용된 반응성 용매인 N-비닐피롤리돈 (NVP)의 첨가에 의해서 최종 전환율에 이르는 시간은 거의 일정하였으나 전환율은 NVP의 높은 반응성으로 인하여 증가하는 경향을 보였다. 중합 반응 속도도 NVP 첨가에 의하여 증가하는 경향을 보였다. SBS의 첨가시 NVP-SBS의 함량이 10 phr까지는 동일한 전환율 거동을 보이나 NVP-SBS의 함량이 20 phr에서는 현저히 떨어지게 되는데 이는 NVP-SBS의 함량이 20 phr에서는 블렌드의 점도가 증가하여 반응에 영향을 주는 것으로 보인다. NVP-SBS의 함량이 증가함에 따라 중합 반응 속도는 점진적으로 감소함을 알 수 있었다. 메타아크릴레이트./SBS의 블렌드는 상온과 여러 높은 온도 범위에서 상분리가 관찰되지 않았으며 광중합 반응 후에도 투명한 준-IPN을 형성하여 성공적으로 필름 및 코팅에 적용할 수 있었다.
트리옥산을 니트로벤젠 용매중에서 Ti$Cl_4$로서 중합시킬때 개시 반응기구를 연구하였다. 중합반응속도를 측정한결과 미량의 물이나 메탄올을 첨가하면 반응속도가 급격히 감소하였으며 중합을 개시하는 데는 조촉매로서 다른 물질이 필요 없음이 알려졌다. 유전상수 측정결과에 의하면 중합과정중 양성이온이 생기지 않으며 중합제나 개시제 용액의 전기전도도를 측정한 결과 개시 반응은 니트로벤젠 용매중에서 개시제가 동종간 주고 받기반응에 의하여 생긴 Ti$Cl_3^+$ 양이온에 의하여 일어난다는 것이 판명되었다.
Solid인 Hexogen 존재하에서 hydroxyl-terminated polybutadiene과 isophorone diisocyanate의 혼성중합반응속도에 관하여 연구하였다. 중합반응속도는 Hexogen의 첨가량이 증가할 수록 빠르게 나타났지만, Hexogen의 촉매적 역할은 없었으며, 오직 entropy control에 의한 반응임을 밝혔다. 이 반응은 2차 반응속도법칙에 잘 일치하며, activation energy는 8.4 Kcal/mole로 거의 일정하다.
Propylene sulfide를 o-sulfobenzoic anhydride로 중합시키면 양성이온 메카니즘에 의하여 중합이 진행되며, 이 반응의 속도를 연구하였다. 반응계중의 단위체와 개시제의 농도는 IR과 NMR를 이용하여 측정하였다. 성장반응속도가 개시반응속도보다 $10^3$정도 빠르며 이러한 결과는 양성이온 메카니즘에 의하여 생긴것으로 사료된다.
반응온도의 안정화, 용매 hexafluoropropylene(HFP) 투입량, 그리고 단량체 hexafluoropropylene oxide(HFPO)의 투입속도와 같은 반응조건이 HFPO 음이온 중합의 사슬확장과 사슬이동에 미치는 영향에 대해 연구하였다. Cesium fluoride(CsF)와 tetraethyleneglycol dimethylether(TG)를 사용하여 합성된 음이온 개시제를 이용한 HFPO의 음이온 중합반응에서, 안정적인 반응온도 $-35{\sim}-36^{\circ}C$, 개시제 투입량에 대한 HFP 투입 몰비 31.5, 그리고 HFPO 투입속도 11.57 g/hr의 반응조건으로부터 평균분자량 14800의 고분자량 poly(HFPO)를 얻을 수 있었다. 반면, 불안정한 반응온도, 최적화되지 않은 용매의 투입량과 HFPO 투입속도는 중합물의 사슬이동을 증가시켜 중합체가 원활하게 성장하지 못하였다. 결론적으로, HFPO 음이온 중합반응에서의 사슬확장과 사슬이동은 반응온도의 안정화, 용매의 투입량과 단량체의 투입속도에 매우 민감하게 영향을 받고 있음을 알 수 있었다.
Co$Cl_2$-THF-MMA계에 대한 중합반응을 조사한 결과 다음과 같은 사실을 알았다. 즉 중합시간에 따른 중합변화율이 6${\sim}$7% 미만의 초기에는 직선적인 관계가 있으나 차차 중합속도가 감소했다가 그 후에는 라디칼중합의 경우와 같이 자동가속화현상을 볼 수 있었다. 개시물인 염화 코발트(II)의 농도가 증가하면 중합속도가 증가했다가 약 $3.4{\times}10^{-4}$mole/l 이상이 되면 반대로 중합속도는 감소하였다. 그리고 단위체인 MMA의 농도에 따라 중합속도는 1.38의 반응차수를 가지고 증가하였다. 라디칼중합에 대한 억제물인 DPPH를 첨가하면 억제기간이 생기고 이 억제기간은 DPPH의 농도에 따라 증가하였다. 이 중합계에 대한 겉보기 총 활성화 에너지는 13.2kcal/moe임을 알았다. MMA($M_1$)과 styrene($M_2$)의 공중합체에 대한 단위체 반응성비는 $r_1$=2.35, $r_2$=0.78이었다. 그리고 이러한 실험결과에서 이 계에 의한 중합개시 메카니즘을 논의하여 디라디칼에 의한 중합이 우세하게 일어난다고 생각되었다.
광경화 접착제로 많이 사용되는 우레탄-아크릴레이트 올리고머의 광경화 거동을 자체촉매화 반응모델식을 통해 중합온도 및 올리고머의 관능성에 따른 영향을 확인하여 보았다. 중합온도가 증가함에 따라 최대중합속도는 감소하여 중합온도가 경화 거동에 대한 영향인자임을 확인할 수 있었으며, 반응속도상수 k는 온도증가에 따라 거의 일정한 값을 보이나 반응차수 m과 n은 증가하는 경향을 보였는데 이는 가교구조에 의한 반응성 기의 확산제한 및 유동성의 제한으로 인한 것으로 판단되어진다. 온도증가에 따른 중합속도의 감소는 주로 반응차수 n의 증가에 의해 진행되었다.
양이온 중합은 electron이 풍부한 단량체들을 중합하는데 널리 이용되나 많은 부 반응과 빠른 중합속도 때문에 반응을 제어하기가 어렵다. 최근에 이러한 반응 제어에 많은 연구가 되고 있는데 특히 living 중합에 의하여 중합반응을 제어하는 방법에 대한 연구가 활발하다. 본고에서는 종합활성점의 해리상태를 조절하여 중합반응을 제어하고 living 중합을 도모하는 방법에 대하여 기술하였다. 그리고 현재까지 알려진 여러 방법들을 이러한 기본원리하에서 설명하였다.
폴리부틸렌테레프탈레이트 (poly(butylene terephthalate), PBT)와 파라아세톡시벤조산 (p-acetoxybenzoic acid, ABA)을 용융 에스테르 교환반응시킴으로써 주쇄 고분자에 강직한 벤젠고리가 도입된 poly(butylene terephthalate-co-oxybenzoate) (PBOT)를 합성하였다. PBT와 ABA를 다양한 조성비에서 중합하는 과정의 속도론적 고찰을 통해 ABA의 단독중합 속도상수와 PBT에의 공중합 속도상수 및 그 비를 구하였으며 각각의 활성화에너지를 구하였다. PBT와 ABA의 조성비를 4/6, 5/5, 6/4로 하고 온도를 각각 250, 260, 27$0^{\circ}C$로 하여 실험한 결과 공중합반응은 ABA함량이 낮고 또 그 전환율이 크지 않을 경우 의사 2차반응으로 볼 수 있었다. 이때의 공중합 속도에 대한 단독중합 속도의 비는 1.08에서 3.17사이의 값을 가졌으며, ABA함량과 온도가 높을수록 큰 값을 가졌다. 이로써 PBT/ABA계의 공중합은 반응온도가 높고 ABA의 조성비가 클수록 ABA의 블록성이 강해지는 경향을 나타내었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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