[논문]의상 피혁 가공용 수용성 폴리우레탄-에폭시 하이브리드 수지의 합성 및 물성에 관한 연구

이주엽; 김기준

doi:10.12925/jkocs.2010.27.3.13

의상 피혁 가공용 수용성 폴리우레탄-에폭시 하이브리드 수지의 합성 및 물성에 관한 연구
Study on Properties of Waterborne Polyurethane-Epoxy Hybrid Resin for Leather Garment Coationgs 원문보기

한국유화학회지 = Journal of oil & applied science, v.27 no.3, 2010년, pp.325 - 336

이주엽 (대진대학교 공과대학 화학공학과) , 김기준 (대진대학교 공과대학 화학공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we experimented that how to synthesis waterborne urethane-epoxy hybrid resin for leather garment coatings. First of all, We had analyzed datas by FT-IR, SEM and TGA for the machanical properties. By instruments analysis measurement we confirmed that synthesis of urethane and epoxy. In this experiment we knew that polyurethane and urethane-epoxy hybrid resin have 4~5 grades of solvent resistance. Tensile strength measured in the urethane-epoxy resin(epoxy 12%, 2.033$kg_f/mm^2$) had the most strong strength than polyurethane(1.833 $kg_f/mm^2$) emulsion samples. Also urethane-epoxy hybrid resin had better result than polyurethane in acid resistance and abrasion test. As hight proportion of epoxy in hybid resin, we obtained low elongation and low flexibility. In this result, the mechanical properties of waterborne polyurethane-epoxy hybrid resin showed that how effect in leather coating by ratio of epoxy emulsion.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

이후 20분 더 교반시켜 분산을 완료 후 EDA를 증류수와 같이 천천히 2시간 동안 적하시켜 주었다. EDA 투입완료 후 3시간동안 교반시킨 뒤 소포제(BYK-080)을 0.2 % 넣고 1시간 동안 교반하여 각각 카르복실기를 이용한 수용성 우레탄수지(고형분 30%)를 합성하였다. 합성에 사용된 화합물은 Table 1과 같으며 합성 공정은 Fig.
PPG(분자량 2000)을 이용한 수용성 폴리우레탄(waterborne polyurethane, WPU)과, 수성에폭시 에멀젼(waterborne epoxy emulsion, WEP)을 각각 합성하였으며, 이들의 특성을 분석하고 WPU와 WEP 혼합한 합성물의 특성을 분석하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
1 ㎜ 너비 30 ㎜ 로 준비한 다음 인장시험기에 의해서 인장속도 100 ± 20 mm/min으로 인장하였으며, 절단 될 때의 시험편의 단면적에 대한 최대 하중을 나타내는 측정 식은 다음 식(1)과 같고, 연신율 계산식은 식(2)와 같다[10]. Table 4에서와 같이 내산성 실험은 준비된 필름 시험편을 각각 염산(99 %, (주)대정)에 침하시킨 뒤 3일간 변화정도를 6시간 단위로 측정하였다.
Table 3에서와 같이 내용제성 측정시에는 유기용제인 톨루엔을 가죽 표면에 2-3방울 적하 한 다음 24시간 후 변색정도를 Sun lamp로 Glay scale을 확인하였다. 내마모도 측정은 KS K 0815, ASTM 1175 시험방법에 의거하여 시험편의 무게를 측정한 후 내마모도 측정장비에 의해서 Wheel number CS-10번으로 1,000싸이클 회전 후 감소된 무게 측정을 하였으며, 굴곡성 시험은 DIN 53328 시험방법에 의거하여 가죽에 코팅된 시험편을 24시간 동안 25 ℃ 증류수에 침하한 다음 굴곡실험을 하였다. 인장강도 및 연실율 측정은 필름 시험편을 두께 0.
본 연구는 피혁 가공시 가죽표면의 물리 화학적 물성 및 고급화 가공에 필수로 수용성 우레탄이 사용되고 있으나, 피혁표면 가공 시 요구되는 내화학성, 투명성 및 부착성에서 우레탄은 에폭시 수지 보다 다소 취약한 점을 보이고 있어, 이러한 문제점들을 해결할 수 있는 우레탄과 에폭시 에멀션의 hybrid 가공이매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 수용성 우레탄과 수성 에폭시 hybrid 물성이 가죽표면 코팅 시에 어떠한 영향을 끼치며, 또한 필름상태에서 어떠한 물성적 변화가 생기는지에 대해 실험하여, 피혁가공 시 요구하는 적절한 물성을 내용 제성실험, 인장강도, 내마모성, 내굴곡성, 내산성, 연신율 실험을 통해 규명하였다[7-10].
다음단계로 IPDI와 DBTDL을 천천히 플라스크에 적하한 뒤 85 ℃에서 4시간동안 교반시켰다. 이때 반응물의 NCO함량은 dibuthylamine역적정법으로 측정하여 잔류 NCO함량이 계산치에 도달했는지 확인하였다. 이후 반응조를 35 ℃∼ 40 ℃까지 냉각시킨다.
먼저 5구플라스크에 증류수와 YD-014와 BC를 투입하고 80 ℃까지 승온시켜 에폭시 수지 용액을 합성하였다. 이어서 Styrene, MMA, AA, EHA, BPO(0.6g)을 혼합하여 아크릴 모너머 혼합물을 형성한후, 이를 상기 에폭시 수지에 1시간동안 적하하였으며, 이후 BPO(0.1g)르 넣고 3시간동안 교반하였다. 다음 공정으로 온도를 60 ℃까지 냉각한뒤 TEA를 적하하여 중화한다음 증류수를 넣어 수용성 에폭시 수지(고형분 30%)를 완성하였다(Fig.
합성한 WPU, WEP의 열중량 감소를 측정해 열정 안정성의 변화에 대해 TGA를 이용하여 확인하였다. Fig.
합성한 수용성 폴리우레탄과 우레탄-에폭시 hybrid resin의 시료는 a(WPU), b(WPU 97 : WEP 3), c(WPU 94 : WEP 6), d(WPU 91 : WEP 9), e(WPU 88 : WEP 12)로서 FT-IR이용하여 분석하였다. Fig.

대상 데이터

Poly propylene glycol(PPG, 분자량 2000, 한국폴리올), Isoporon diisocyanate (IPDI, Bayer), Dimethylolpropionic acid(DMPA, GEO), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP, BASF), Dibutyltin dilaurate(DBTDL, Aldrich), Triethylamine(TEA, Fluka), Ethylene diamine (EDA, Fluka), BYK-080(소포제, BYK chemi)를 각각 사용하였다.
2액형 아민 경화형 에폭시 수지는 부착에 있어서 매우 양호한 특성을 가지나 교반으로 인한 작업 시간의 지연, 가사 시간내 작업을 감안하여 부착을 완료하였다. 환경오염 및 작업환경의 악화를 초래하지 않고 혼합 사용시에 안정성에 문제점이 없는 본 연구에서 합성한 수용성 우레탄과 혼합 사용시에 안정성에 문제점이 없는 1액형수용성 에폭시 수지를 사용하였다.

성능/효과

또한 종래 도료에서 가장 일반적으로 사용되는 에폭시 수지는 대부분 2액형 아민 경화형 에폭시가 사용되고 있다. 2액형 아민 경화형 에폭시 수지는 부착에 있어서 매우 양호한 특성을 가지나 교반으로 인한 작업 시간의 지연, 가사 시간내 작업을 감안하여 부착을 완료하였다. 환경오염 및 작업환경의 악화를 초래하지 않고 혼합 사용시에 안정성에 문제점이 없는 본 연구에서 합성한 수용성 우레탄과 혼합 사용시에 안정성에 문제점이 없는 1액형수용성 에폭시 수지를 사용하였다.
이러한 각각의 물리적 특성에 기인해 WPU와 WEP의 혼합물의 인장강도 세기는 a<b<c<d<e 순으로 나타낼 수 있었으며 WEP의 강한 인장력이 WPU의 미량 혼합되더라도 필름의 인장력에 영향을 끼치는 것으로 확인되었다. WPU 단독 대비 WEP가 3 % 함유된 하이브리드 수지에서 인장력이 1.019 %, WEP가 6 % 함유된 수지에서 인장력이 3.8 %, WEP가 9% 함유된 수지에서 인장력이 7.9 %이며, WEP가 12 % 함유된 수지에서는 인장력이 10.9 % 향상됨을 알 수 있었다. 위 그래프에서 에폭시 수지가 폴리우레탄 수지보다 인장력이 강함을 알 수 있었다.
내마모성 실험 결과 WPU가 실험을 통한 표면 loss 부분이 가장많은 105.0 mg 임을 알 수 있었고, WAE가 12% 혼합된 우레탄-에폭시 hybrid resin의 경우 가장 적은 50.9 mg 의 loss 생겼음을 알 수 있었으며, 측정결과 WEP의 함유가 높아질수록 내마모성이 높게 나옴을 알 수 있었다. 내산성 실험결과 역시 WEP의 함유가 높아짐에 따라 내산성이 높아짐을 알 수 있었으며, 반대로 연신율의 경우 WEP가 가장 많이 함유된 (e)의 경우 430 %로 WPU 단독의 경우인 (a) 의 결과인 750 % 보다 낮음을 알 수 있었다.
10에서는 내굴곡성 실험 후의 가죽표면의 코팅된 상태를 측정한 결과로, 모든 시험편에서 표면 코팅의 파괴가 없음을 알 수 있었으나, WPU 단독의 경우가 표면의 변형이 가장 적음을 알 수 있었다. 내마모성 측정에 관한 가죽 표면의 파괴정도는 Fig. 12에서와 같이 WEP 의 함유가 높을 수록 내마모성이 향상되어 표면의 파괴정도가 낮아짐을 알 수 있었다.
9 mg 의 loss 생겼음을 알 수 있었으며, 측정결과 WEP의 함유가 높아질수록 내마모성이 높게 나옴을 알 수 있었다. 내산성 실험결과 역시 WEP의 함유가 높아짐에 따라 내산성이 높아짐을 알 수 있었으며, 반대로 연신율의 경우 WEP가 가장 많이 함유된 (e)의 경우 430 %로 WPU 단독의 경우인 (a) 의 결과인 750 % 보다 낮음을 알 수 있었다. 위의 실험을 통해 WEP 의 함유가 높아짐에 따라 열분해성, 내마모성, 내용제성, 내산성, 인장강도의 물성이 높아지며, 반대로 연신율 및 내굴곡성은 낮아짐을 알 수 있었다.
내용제성 실험 결과 WEP의 경우가 WPU보다 내용제성이 우수했음을 알 수 있었으며, 폴리우레탄-에폭시 hybrid resin의 경우 상대적으로 내용제성이 약한 폴리우레탄의 물성을 에폭시가 상승시켜줌을 알 수 있었다.
9 % 향상됨을 알 수 있었다. 위 그래프에서 에폭시 수지가 폴리우레탄 수지보다 인장력이 강함을 알 수 있었다. 반대로 연신율의 경 우 Fig.
033 kg_f/㎟으로 인장강도가 강해짐을 알 수 있었다. 위 실험으로 WPU에 WEP의 혼합 비율이 높아짐에 따라 인장강도와 더불어 코팅된 가죽의 강도 또한 소프트한 방향으로 변형됨을 유추할 수 있었다.
내산성 실험결과 역시 WEP의 함유가 높아짐에 따라 내산성이 높아짐을 알 수 있었으며, 반대로 연신율의 경우 WEP가 가장 많이 함유된 (e)의 경우 430 %로 WPU 단독의 경우인 (a) 의 결과인 750 % 보다 낮음을 알 수 있었다. 위의 실험을 통해 WEP 의 함유가 높아짐에 따라 열분해성, 내마모성, 내용제성, 내산성, 인장강도의 물성이 높아지며, 반대로 연신율 및 내굴곡성은 낮아짐을 알 수 있었다.
이러한 각각의 물리적 특성에 기인해 WPU와 WEP의 혼합물의 인장강도 세기는 a<b<c<d<e 순으로 나타낼 수 있었으며 WEP의 강한 인장력이 WPU의 미량 혼합되더라도 필름의 인장력에 영향을 끼치는 것으로 확인되었다.
인장강도 실험 결과 폴리우레탄이 인장강도가 1.833 kg_f/㎟으로 가장 취약했으며, 에폭시의 혼합 비율이 높아짐에 따라 인장강도가 점차 상승해 에폭시 비율이 12% 의 경우에는 2.033 kg_f/㎟으로 인장강도가 강해짐을 알 수 있었다. 위 실험으로 WPU에 WEP의 혼합 비율이 높아짐에 따라 인장강도와 더불어 코팅된 가죽의 강도 또한 소프트한 방향으로 변형됨을 유추할 수 있었다.
따라서 수용성 에폭시 수지가 수용성 폴리우레탄 수지보다 결정도와 경도가 클 것으로 예상된다. 혼합된 수지에서 별다른 내용제성의 저하현상은 없음을 확인할 수 있었다. Fig.

후속연구

본 연구는 피혁 가공시 가죽표면의 물리 화학적 물성 및 고급화 가공에 필수로 수용성 우레탄이 사용되고 있으나, 피혁표면 가공 시 요구되는 내화학성, 투명성 및 부착성에서 우레탄은 에폭시 수지 보다 다소 취약한 점을 보이고 있어, 이러한 문제점들을 해결할 수 있는 우레탄과 에폭시 에멀션의 hybrid 가공이매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 수용성 우레탄과 수성 에폭시 hybrid 물성이 가죽표면 코팅 시에 어떠한 영향을 끼치며, 또한 필름상태에서 어떠한 물성적 변화가 생기는지에 대해 실험하여, 피혁가공 시 요구하는 적절한 물성을 내용 제성실험, 인장강도, 내마모성, 내굴곡성, 내산성, 연신율 실험을 통해 규명하였다[7-10].

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	에폭시 수지와 비교했을 때 우레탄의 취약점은?	본 연구는 피혁 가공시 가죽표면의 물리 화학적 물성 및 고급화 가공에 필수로 수용성 우레탄이 사용되고 있으나, 피혁표면 가공 시 요구되는 내화학성, 투명성 및 부착성에서 우레탄은 에폭시 수지 보다 다소 취약한 점을 보이고 있어, 이러한 문제점들을 해결할 수 있는 우레탄과 에폭시 에멀션의 hybrid 가공이매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 수용성 우레탄과 수성 에폭시 hybrid 물성이 가죽표면 코팅 시에 어떠한 영향을 끼치며, 또한 필름상태에서 어떠한 물성적 변화가 생기는지에 대해 실험하여, 피혁가공 시 요구하는 적절한 물성을 내용 제성실험, 인장강도, 내마모성, 내굴곡성, 내산성, 연신율 실험을 통해 규명하였다[7-10].
	유기용제 대신 무용제 도료를 사용할 경우 어떤 문제점이 있는가?	유기용제 사용량의 감소를 위해 전 세계의 도료(coating agent)업계에서는 무용제 도료의 분체화 및 수성화에 많은 연구가 진행되고 있는 추세이다[1-2]. 그러나 의상용 피혁을 위한 수성 수지를 현재의 사용 가공 공정에 적용할 때 은폐력, 광택, 내수성, 방청성, 내화학성, 부착성 등의 물성에 있어서 용제 도료에 비해 현저하게 열등함이 큰 문제점으로 대두 되고 있다. 또한 도장시의 작업성, 스프레이 도장의 건조 조건, 도료의 저장성 등의 물성등이 유기용제를 사용한 코팅제와 비교하면 물성이 불량하여 연구가 매우 시급한 상황이다. 따라서 고부가가치의 피혁코팅의 경우 어느 분야보다 먼저 우수한 물성의 수성코팅제의 개발이 이루어져야 고부가가치의 피혁제품을 생산할 수 있기에 이에 부합되는 연구를 하였다[3-6].
	우레탄 수지의 합성 재료는?	일반적으로 가죽 가공에 사용되는 우레탄 수지의 합성은 폴리올과 이소시아네이트로 이루어지는데, 적절한 폴리올의 폴리에틸렌옥사이드 기의 도입은 고분자수지의 수용화를 증진시키고, 전해상태에서도 안정하며 저온에서 겔화되지 않도록 선택하였다. 고분자수지에서 음이온성 우레탄 작용기를 형성케하는 디메틸올 프로피오닉산의 카르복실기는 아민 중화에 의해 염이 형성되었다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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