들의 고분자중에서 형상기억 폴리우레탄은 가역상과 비가역상 (고정상)의 2가지 상을 갖는 구조를 이루어져 있는데 가역상은 열과 같은 외부자극에 의해 유리상에서 용융상 혹은 고무상으로 변화하지만, 비가역상은 그 형태를 변화시키지 않는 구조로 이루어져 있다. 이때 외력을 가하면 시료는 쉽게 그 형상이 변화되고, 변형된 상태의 2차 형상은 냉각에 의해 고정이 된다. 다시 열에 의한 자극이 주어지게 되면 고정되었던 가역상은 처음 상태인 용융상 또는 고무상의 형태로 변화하고, 최초 형상의 변형 시 생긴 엔트로피 탄성에 의해 원래의 상으로 되돌아가게 된다.
형상기억 폴리우레탄은 화학적으로 우레탄 결합(-NH-CO-O-)을 일정량 이상 포함함 고분자 화합물의 총칭이며 이 결합은 isocyanate(-N=C=O)와 polyol(-OH)사이의 반응을 통하여 생성되며 urea기 (-NH-CO-NH)는 isocyanate기와 amine(-NH2)의 부가 반응에 의하여 생성된다.
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위 식에서 urethane 결합구조 이외의 부분(R, R`)을 어떤 구조로 조합하느냐에 따라 다양한 특성을 가지는 물질로 만들 수 있는 장점이 있다.
이처럼 형상기억재료는 형상기억효과, 회복변형효과, 형상고정효과, 진동제어효과 등의 특성으로 인하여 중요한 지능재료(smart materials)의 하나로 기대되며 또한 우리주위에 자리 잡고 있다.
그림1은 연질과 반경질 그리고 경질 foam에 따라서 그 응용 분야가 서로 다르게 되는데 연질 foam의 경우가 대체적으로 가장 많은 부분을 차지한다.
Polyurethane
응 용 부 분
도료, 피복제
도장품, 생체적합성 인공피혁 및 장기
Elastomer
Roller, 구두창, 콘베이 벨트, 테니스 코트
연질 & 반경질 foam
Floor mat, 타일, 매트릭스, 가구, 포장재
경질 foam
컨테이너, 배관단열재, Block, DBL, 주입용
밑의 그림(1)은 폴리우레탄을 구성하고 있는 단량체를 이용하여 합성한 폴리우레탄의 구조식이다.
두 번째 그림과 세 번째 그림은 HS의 함량비를 증가함에 따라 나타나는 형상회복률과 형상고정률을 나타낸 것으로서 회복률은 80%이상의 값을 고정률은 90%이상의 높은 값을 나타낸다. 일반적으로 85%이상의 값이 나타날 경우 우수한 형상특성을 가지고 있다고 말할 수 있다.
참고자료
macromolecules,(2001) BS Lee, BC Chul, YC Chung