카베올 기반 친환경 열경화성 고분자 합성 연구 = A study on the synthesis of eco-friendly thermosets based on carveol

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 바이오 원료인 carveol의 에스테르화 및 에폭시화를 통해 다양한 친환경 모노머를 합성하였다. 합성한 모노머의 화학적 구조는 FT-IR과 1H-NMR을 이용하여 분석하였다. Thiol-ene-methacrylate 광경화와 thiol-epoxy 열경화를 이용하여 carveol 모노머 기반 열경화성 고분자를 제조하였으며, tri-thiol (TMPMP)과 tetra-thiol (PETMP)을 경화제로 사용하였다. 제조한 열경화성 고분자의 열적기계적 특성은 DMA 분석과 인장 시험을 통해 평가하였다. 열경화된 thiol-epoxy 네트워크는 30 ℃에서 약 3278 MPa의 저장계수와 74.2 ℃의 유리전이온도를 가져 thiol-ene-methacrylate 네트워크보다 우수한 물성을 가졌다. 또한, 기존의 석유 기반 bisphenol A의 thiol-epoxy 네트워크보다 더 뛰어난 물성을 나타냈다. 따라서, 본 연구에서 carveol로부터 합성한 모노머는 석유 기반 열경화성 고분자를 대체하기 위한 유망한 물질임을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, various bio-based monomers were successfully synthesized by esterification and epoxidation of carveol. The structures of these carveol-derived monomers were analyzed by FT-IR and 1H-NMR. The photoinduced thiol-ene-methacrylate reaction and a thermally activated thiol-epoxy reaction were applied to polymerize methacrylated and epoxidized carveol, respectively using a commercially available tri-thiol (TMPMP) and tetra-thiol (PETMP). The thermomechanical properties of the as-prepared thermosets were evaluated through DMA analysis and tensile tests. The thermoset produced through the thiol-epoxy reaction demonstrated superior mechanical performance, featuring a storage modulus of 3278 MPa at 30 ℃ and glass transition temperature(Tg) of 74.2 ℃, in comparison to thermosets cured via thiol-ene-methacrylate photocuring reaction. The thiol-epoxy thermosets derived from carveol demonstrated superior properties in comparison to conventional bisphenol A-based epoxy thermosets cured with thiol. This highlights carveol derivatives as a promising environmental-friendly alternative to petroleum-based thermosets.

목차 (Table of Contents)

• 표차례
• 그림차례
• 국문 요약
• 1. 서론 1
• 2. 이론 6
• 2.1. 메타크릴레이트 합성 6
• 2.2. 에폭시 합성 8
• 2.3. Thiol-ene 반응 9
• 2.4. Thiol-methacrylate 반응 11
• 2.5. Thiol-ene-methacrylate 반응 13
• 2.6. Thiol-epoxy 반응 13
• 3. 실험 15
• 3.1. 재료 15
• 3.2. Carveol 기반 모노머 합성 15
• 3.2.1. Carveol methacrylate(CMA)의 합성 15
• 3.2.2. Ethoxy carveol methacrylate(ECMA)의 합성 16
• 3.2.2.1. Ethoxy carveol(EC)의 합성 16
• 3.2.2.2. Ethoxy carveol methacrylate(ECMA)의 합성 16
• 3.2.3. Carveol dioxide(CDO)의 합성 17
• 3.3. Thiol-ene-methacrylate 광경화와 thiol-epoxy 열경화를 이용한 네트워크 제조 17
• 3.4. 분석방법 18
• 3.4.1. Fourier transform infrared(FT-IR) 18
• 3.4.2. Nuclear magnetic resonance(NMR) 18
• 3.4.3. Dynamic mechanical analysis(DMA) 18
• 3.4.4. Tensile test 18
• 3.4.5. Gel content(GC) 19
• 3.4.6. Shape memory 특성 평가 20
• 4. 결과 및 고찰 21
• 4.1. Carveol 기반 모노머 합성 21
• 4.1.1. Carveol methacrylate(CMA)의 합성 21
• 4.1.2. Ethoxy carveol methacrylate(ECMA)의 합성 24
• 4.1.2.1. Ethoxy carveol(EC)의 합성 24
• 4.1.2.2. Ethoxy carveol methacrylate(ECMA)의 합성 26
• 4.1.3. Carveol dioxide(CDO)의 합성 29
• 4.2. Thiol-ene-methacrylate 광경화와 thiol-epoxy 열경화를 이용한 네트워크의 제조 31
• 4.2.1. 광경화를 통한 thiol-ene-(meth)acrylate 네트워크 32
• 4.2.1.1. Thiol-ene-methacrylate 네트워크의 제조 32
• 4.2.1.2. Thiol-ene-methacrylate 네트워크의 물성 36
• 4.2.2. 열경화를 통한 thiol-epoxy 네트워크 40
• 4.2.2.1. Thiol-epoxy 네트워크의 제조 40
• 4.2.2.2. Thiol-epoxy 네트워크의 물성 43
• 4.2.2.3. Thiol-epoxy 네트워크의 shape memory 특성 46
• 5. 결론 49
• 참고문헌 50
• ABSTRACT 60