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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

서은별 (충남대학교, 忠南大學校 大學院)

지도교수
이경진
발행연도
2020
저작권
충남대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수14

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

초록· 키워드

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열가소성 폴리우레탄은 (TPU)은 높은 가공성 및 기계적 특성으로 인해 다양한 응용분야에서 사용되고 있다. 그러나 폴리우레탄(PU)의 고분자 사슬 내에 특정 물질과 반응할 수 있는 반응 자리가 없기 때문에 다른 특정 작용기의 도입에 대한 제한이 존재한다. 따라서, 본 논문에서는 azide-alkyne click chemistry를 이용해 알킨과 반응할 수 있는 아지도 TPU를 합성하였다. 이는 TPU의 뛰어난 물성을 유지한 채 관능화가 가능한 아자이드기를 함유하는 열가소성 폴리우레탄으로 이를 다양한 물질과 반응하고 가공 방법을 통해 고분자 플랫폼으로 제조하여 응용하였다.
아자이드기를 함유하는 폴리우레탄을 제조하기 위해 에피클로로하이드린과 테트라하이드로퓨란의 양이온개환중합을 통해 긴 사슬의 클로린을 함유하는 다이올을 합성하고, 이의 클로린기는 친핵성 치환반응을 통해 아자이드기를 치환되어 아자이드기를 함유하는 다이올을 합성하였다. 본 다이올을 소프트세그먼트를 구성할 수 있는 긴 사슬 다이올로 이용하고, 짧은 사슬의 다이올과 아이소시아네이트를 하트세그먼트로 이용해 아지도 폴리우레탄을 합성하였다. 합성된 폴리우레탄은 반응기를 포함하지 않은 일반 폴리우레탄과 마찬가지로 좋은 물성과 가공성을 가져 많은 분야에 응용이 가능하다.
합성된 아지도 폴리우레탄의 가장 큰 장점은 클릭 반응을 통해 원하는 물질을 쉽게 도입할 수 있다. 이를 이용하여 기능성 염료인 광변색 염료를 우레탄에 도입하였다. 크로믹 염료는 보통 표면처리 방법 또는 단순 혼합 방법을 통해 고분자에 도입된다. 하지만, 이는 염료의 수명이 짧다는 단점과 고분자 내의 염료의 농도를 정확하게 조절하기 힘들다는 제한점이 존재한다. 본 연구에서는 유연성을 가진 우레탄에 염료를 원하는 농도로 조절하여 도입함으로 원하는 목적에 따라 이용할 수 있는 UV 감응형 센서를 제조하고자 하였다. 아자이드-알킨 클릭 방법을 통해 관능화도를 조절할 수 있으며, 이를 통해 염료의 농도를 조절하여 고분자 내에 도입할 수 있다. 더불어 합성된 염료-고분자는 많은 유기 용매에 녹아 다양한 용액 공정이 가능하다. 전기방사 섬유, 필름, 실, 잉크로 제작하여 다양한 형태의 센서로 응용하였다. 이는 UV 빛에 좋은 반응성을 가지며, 일정 시간 후에는 다시 자신의 색으로 돌아가는 가역적인 성질을 가져 재사용이 가능하다.
또한, 본 고분자에 클릭반응을 통해 특정 관능기를 도입하여 촉매역할을 수행할 수 있는 고분자 플랫폼을 제조하여 이를 화학 독성 물질 분해에 이용하고자 하였다. 아지도 TPU를 방사하여 나노 섬유로 제조한 후 표면 클릭 반응을 통해 히단토인으로 관능화 하였다. 후에, 염소화하여 화학작용제인 sulfur mustard 계 수포 작용제에 효과적인 섬유를 제조하였다. 표면상에서 과량의 히단토인과 반응함으로 인해 섬유의 기계적 강도가 줄어든다는 문제점이 발생하였다. 이를 보완하기 위해 반응 사이트가 존재하지 않은 일반 TPU를 아지도 TPU와 섞어 균일한 용액으로 제조하였다. 후에 이를 방사를 통해 섬유화 하였고, SEM 이미지를 통해 상분리가 없이 균일한 섬유형태를 형성하는 것을 확인하였다. 더불어, 적절한 비율로 섞은 혼합 용액은 좋은 독성 분해 효율을 유지하여 실제 독성 물질 보호 섬유로 응용할 수 있음을 확인하였다.

목차

1. INTRODUCTION 1
2. BACKGROUND 2
2.1. Thermoplastic polyurethane 2
2.1.1. Cationic ring opening polymerization 6
2.1.2. Azidation 10
2.1.3. Azide-alkyne click reaction 10
2.2. Chromic dye 13
2.2.1. Types of chromic dyes 13
2.2.2. Dye-containing polymer 16
2.3. Chemical warfare agent 16
2.4. Various processing using polymer materials 20
2.4.1. Electrospinning 20
2.4.2. Wet jetting 23
2.4.3. Spin coating 25
3. EXPERIMENTAL DETAILS 27
3.1. Materials 27
3.2. Preparation of azido thermoplastic polyurethane 28
3.2.1. Synthesis of poly(ECH-co-THF)diol and poly(GAP-co-THF)diol 28
3.2.2. Synthesis of azido thermoplastic polyurethane 28
3.3. Functionalized with chromic dye on the azido TPU 29
3.3.1. Steligh esterification for alkyne-dye 29
3.3.2. Azide-alkyne click reaction with different dye concentrations 29
3.3.3. Preparation of dye-polymer platform by solution processes 30
3.4. Functionalized with hydantoin group on the azido TPU for detoxification of CWA 31
3.4.1. Synthesis of 5,5-dimethyl-3-propynylhydantoin 31
3.4.2. Preparation of N-chloro hydantoin TPU fiber via surface treatment 31
3.4.3. N-chlorine stability test and detoxification test 32
3.5. Characterization 33
4. RESULTS AND DISCUSSION 34
4.1. Synthesis of azido-TPU 34
4.1.1. Synthesis of poly(ECH-co-THF)diol and poly(GAP-co-THF)diol 34
4.1.2. Synthesis of azido thermoplastic polyurethane 37
4.2. Application of functionalized azido TPU with chromic dye 40
4.2.1. Synthesis of alkyne-spiropyran monomer 40
4.2.2. Azide-alkyne click reaction with controlled dye concentration 42
4.2.3. Various processes of dye-polymer solution 46
4.3. Application of functionalized azido TPU to detoxification of CWA 58
4.3.1. Synthesis of 5,5-dimethyl-3-propynylhydantoin 60
4.3.2. Fabrication of HDT-TPU fiber via surface click reaction 63
4.3.3. N-chlorine stability test and detoxification test 71
4.4. N-chlorine stability test and detoxification test 71
5. CONCLUSIONS 76
REFERENCES 78
국문초록 89

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