This study investigates the effect of pigment compatibility on hydrolytic degradation and associated property changes in ester-based thermoplastic polyurethane (TPU) materials. For pigment-free TPU specimens, correlations between hardness, hard/soft segment ratio, and crosslink density were examined. Specimens containing either a TPU-compatible or polypropylene (PP)-based incompatible pigment were subjected to hydrolysis under steam autoclave aging conditions at 120 ℃ for up to 48 hours. Structural and mechanical changes were evaluated using time domain nuclear magnetic resonance (TD-NMR), proton nuclear magnetic resonance (¹H NMR), differential scanning calorimetry (DSC), gel permeation chromatography (GPC), and tensile testing. Specimens with compatible pigments exhibited gradual structural degradation and moderate loss of mechanical performance. In contrast, those with incompatible pigments showed a rapid breakdown of the crosslinked network and a significant decline in mechanical properties. These differences are attributed to the disparity in pigment-polymer compatibility, which significantly influences the internal structural stability of TPU. The findings offer practical guidelines for selecting appropriate pigments to improve the hydrolytic stability and long-term durability of TPU-based components.

본 연구는 에스터 기반 열가소성 폴리우레탄(TPU) 소재에 첨가되는 안료의 상용성의 차이가 가수분해 열화 거동 및 물성 변화에 미치는 영향을 분석하였다. 안료 미첨가 시편은 경도에 따른 하드/소프트 세그먼트 비율 및 가교밀도 간 상관성을 분석하였다. TPU 기반 적합 안료와 polypropylene(PP) 기반 비적합 안료를 각각 첨가한 시편은 Steam Autoclave Aging 120 ℃ 조건 하에서 0~48시간 가수분해 처리 후 구조 및 물성의 변화를 비교하였다. 시간영역 핵자기공명(TD-NMR), 양성자 핵자기공명(¹H NMR), 시차 주사 열량계(DSC), 젤 투과 크로마토그래피(GPC), 기계적 물성 시험 등 다양한 분석 기법을 적용하였다. 그 결과, 적합 안료 시편은 완만한 구조 열화와 점진적 물성 저하를 나타낸 반면, 비적합 안료 시편은 급격히 가교 구조가 붕괴되고 물성이 현저히 저하되었다. 이러한 차이는 안료와 TPU 간 상용성의 차이에서 비롯되며, 고분자 내부 구조 안정성에 중대한 영향을 미친다. 본 연구는 TPU 기반 부품의 내가수분해성 및 내구성 확보를 위한 적절한 안료 선택 기준을 제시하는 데 기여할 수 있다.

Keywords: thermoplastic polyurethane, hydrolysis, nuclear magnetic resonance, crosslink density.