가소제(plasticizer)는 주로 폴리염화비닐(Poly(vinyl chloride), PVC)에 연질성을 부여하고 열적/기계적 물성에 영향을 미치는 물질이다. 상온에서 경직도를 낮추고 연신율을 증가시키며, 외부적 압력에 응답하여 변형할 수 있는 온도를 낮추고 강인화도를 향상 시키는 물질을 가소제라 통칭한다. 프탈레이트계 가소제는 전체 가소제 중 90% 이상을 차지하며 이중 디에틸헥실프탈레이트(bis(2-ethylhexyl)phthalate, DEHP)는 가장 많이 사용되는 프탈레이트계 가소제로써 PVC에 약 50phr 이상의 많은 양이 첨가되어 사용되고 있다. 하지만 DEHP는 물리적/화학적 접촉 시 외부로 유출이 되며 PVC의 연질성 및 물성을 크게 떨어뜨리고 인체에 치명적으로 작용할 수 있어 이는 내분비계 장애물질(환경호르몬)으로 간주되어 규제 되고 있다.
본 연구에서는 DEHP와 상호작용할 수 있는 작용기인 에스터 작용기를 갖고 분자량 조절과 공중합이 용이한 아크릴레이트계 올리고머를 도입하여 DEHP의 이행을 효과적으로 억제하고자 하였다. 뷰틸 아크릴레이트 올리고머는 그 자체로 PVC에 대한 가소화 효과를 가지고 있어 PVC, DEHP와의 가역적 회합을 형성하게 만들면 물성의 저하 없이 가소제 유출 문제를 효과적으로 해결할 것이라 기대하였다.
아크릴레이트계 올리고머는 GTP를 통해 분자량을 조절하여 분자량에 따라 DEHP와 상호작용을 확인하였고, 공중합을 통해 수소 결합력을 향상시키고자 하이드록시에틸 아크릴레이트(HEA), 아크릴 산(AA) 모노머를 이용하여 DEHP와 상호작용을 확인하였다. 반응 후, 적외선 분광법(FT-IR)과 핵자기 공명(1H-NMR)을 통하여 반응의 정성적 평가를 하였다. 그리고 위의 실험결과를 바탕으로 연질 PVC 시편을 성형하였다. 이 후, 아크릴레이트계 올리고머의 도입이 연질 PVC에 미치는 영향을 평가하기 위하여 자외선-가시광선 분광분석(UV-visible)을 이용하여 광학적 성질을 평가하고 쇼어 A 경도계(Shore A hardness)이용해 가소화도를, 동적역학분석기(DMA), 열 중량 분석기(TGA)를 이용하여 열적 성질을 평가하였고 ASTM D1239에 의거하여 가소제 용출 테스트를 시행하였다. 물리적 특성을 평가한 결과 연질 PVC sheets의 투과도와 가소화도 또한 오차범위 안에서 거의 변화가 없었다. 유리전이온도(Tg)는 pBA7_AA3을 제외하면 순수한 연질 PVC 시편과 오차범위 10도 이하의 변화로 거의 동일 하였다. TGA를 통해 측정한 무게 10% 감소 온도(temperature of 10% weight loss, Td10)는 상승하였으며 이는 열적 안정성 또한 우수해지는 것으로 평가되었다. 이행성 테스트 결과 전체적으로 가소제 용출 저감을 보였으나 수소 결합력을 강화시킨 아크릴레이트형 올리고머(pBA_AA, pBA_HEA)는 뷰틸 아크릴레이트 올리고머에 비해 극성이 강해 PVC와의 혼화성이 좋지 못해 이행 저감 효율이 떨어진 것으로 보인다. 하지만 뷰틸 아크릴레이트 올리고머(pBA)의 경우 분자량이 작을수록 PVC와 혼화성이 높아져 저감 효율이 높아지는 경향을 보였고 40∼55%의 가소제 용출 저감 효율을 보였다.
따라서 본 연구에서는 DEHP와 상호 작용력이 고도화된 아크릴레이트형 올리고머를 성공적으로 제조하였고 이를 범용가소제인 DEHP에 도입하여 DEHP와의 수소 결합력과 가소제 이행경로 방해효과 등의 상호 작용력을 통하여 연질 PVC의 물리적 성질의 저하 없이 프탈레이트 가소제의 유출을 효과적으로 억제 할 수 있는 새로운 방안을 제시하였다.