[논문]피혁가공용 수용성 아크릴-폴리우레탄 Hybrid Resin의 합성 및 기계적 특성에 관한 연구

이주엽; 김기준

doi:10.12925/jkocs.2010.27.2.13

피혁가공용 수용성 아크릴-폴리우레탄 Hybrid Resin의 합성 및 기계적 특성에 관한 연구
Study on Mechanical Properties of Waterborne Polyurethane-Acrylic Hybrid Resin for Leather Coationgs 원문보기

한국유화학회지 = Journal of oil & applied science, v.27 no.2, 2010년, pp.188 - 195

이주엽 (대전대학교 공과대학 화학공학과) , 김기준 (대전대학교 공과대학 화학공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we experimented that how to synthesis waterborne urethane-acrylic hybrid resin for leather coatings. First of all, We had analyzed data by FT-IR, SEM and TGA for the machanical properties. By TGA analysis polymers showed heat distortion temperature. and by FT-IR measurement we confirmed that synthesis of urethane and acrylic. In the experiment, solvent resistance, polyurethane and acrylic grades 4-5 showed both a high. Tensile strength measured in the waterborne polyurethane > Acrylic emulsion showed strength in the order. Films were obtained by coating the water born resin on leveled surfaces and allowing them to dry at room temperature for 72hrs. After demolding, the films were kept in a desiccator to avoid moisture contant at $25^{\circ}C$ for 45hrs before the measurements. In this result, the mechanical propersies of waterborne polyurethane-acrylic hybrid resin showed that how effect to resin in leather coating between polyurethane content and acrylic content. Therefore, acrylic emulsion had most high solvent resistance glade and waterborne polyurethane had good result in abrasion test and tensile strength.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

또한 피혁 표면 가공 시 요구되는 수용성 아크릴 바인더의 호환성 및 내후성과 투명성에서 우레탄은 다소 취약한 점을 보이고 있어, 이러한 문제점들을 해결할 수 있는 우레탄과 아크릴 에멀션의 hybrid 가공이 중요하다. 따라서 본 연구에서는 수용성 우레탄과 수성 아크릴의 hybrid 물성이 가죽표면 코팅 시 에 어떠한 영향을 끼치며, 어떤 물성적 변화가 생기는지에 대해 실험하여, 피혁가공 시 요구하는 적절한 물성을 내용제성실험, 인장강도, 내마모성 실험을 통해 규명하였다[7,9].

제안 방법

PPG(분자량 2000)을 이용한 수용성 폴리우레탄(waterborne polyurethane)과, 수성 아크릴 (waterborne acrylic emulsion)을 각각 합성하고, 이들의 특성을 분석하고 WPU와 WAE를 혼합한 합성물의 특성을 분석하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
또한 수용성 아크릴의 경우 현재 피혁가공 산업에서 많은 부분에 적용 되고 있어 본 연구에서는 ethyl acrylate monomer(EAM)을 사용한 수용성 아크릴 바인더를 합성하였다[2,8].
다음단계로 IPDI와 DBTDL을 천천히 플라스크에 적하한 뒤 85℃에서 4시간 교반시켜준다. 이때 반응물의 NCO함량은 dibuthylamine역적정법으로 측정하여 잔류 NCO함량이 계산치에 도달했는지 확인하였다. 이후 반응조를 35℃ ∼ 40℃까지 냉각시킨다.
먼저 5구플라스크에 증류수와 준비한 SA와 증류수, SLS(100%)와 소량의 음이온계면활성제 A-103을 섞은 유화제를 투입 후 73℃까지 30분 교반하면서 승온한다. 이후 따로 준비해 놓은 증류수에 SLS 30%, NP-30몰, EAM, AN, MA, IA를 섞어 교반해 놓은 단량체를 5% 먼저 투입 후 교반한 다음 APS와 증류수 그리고 SBS를 섞어놓은 촉매제를 20% 투입하였다. 이후 15분간 교반 후 80℃에서 나머지 SBS를 섞어놓은 촉매제 80%와 5% 기 투입한 단량체를 3시간동안 적하한다.
합성 장치는 저속 교반기, 콘덴서, 항온조, 5구 플라스크 수성 아크릴 에멀젼 (waterborne acrylic emulsion, WAE)을 합성하였다. 먼저 5구플라스크에 증류수와 준비한 SA와 증류수, SLS(100%)와 소량의 음이온계면활성제 A-103을 섞은 유화제를 투입 후 73℃까지 30분 교반하면서 승온한다.
합성한 WPU, WAE의 열중량 감소를 측정해 열정 안정성의 변화에 대해 TGA를 이용하여 확인하였다. Fig.

대상 데이터

PPG(Poly Propylene glycol 분자량 2000, 한국폴리올), Isoporon diisocyanate (IPDI, Bayer), Dimethylolpropionic acid(DMPA, GEO), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP, BASF), Dibutyltin dilaurate(DBTDL, Aldrich), Triethyamine(TEA, Fluka), Ethylene diamine (EDA, Fluka), BYK-080(소포제, BYK chemi)를 각각 사용하였다.
Sodium Acetate(SA, Aldrich), Sodium Lauryl Sulphate(SLS, Aldrich), Ammonium Persulfate(APS, Aldrich), Sodium Metabisulfite(SBS, Aldrich), Ethyl Acrylate Monomer(EAM, Aldrich), Acrylonitrile(AN, Aldrich), Itaconic acid(IA, Aldrich), n-Methylolacrylamide(MMA, Aldrich), A-103 (disodium ethoxylated nonylphenol half ester of sulfosuccinic acid, cytec industries) Nonylphenol(NP, 동남합성) 30몰을 사용하였다.
합성한 수용성 폴리우레탄과 수용성 아크릴 및 우레탄-아크릴 hybrid resin의 시료는 a(WPU), b(WAE), c(WPU 95 : WAE 5), d(WPU 90 : WAE 10)준비하였다. 하여 FT-IR 이용하여 분석한 결과는 Fig.

이론/모형

Table 3에서와 같이 내용제성 측정시에는 유기용제인 톨루엔을 가죽 표면에 2-3방울 적하한 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 H-22번으로 1,000싸이클 회전 후 감소된 무게 측정을 하였다. 인장강도 측정은 KS M 6882에 의거하여 시험편을 인장시험기에 의해서 인장속도 100 ± 20 mm/min으로 인장하여 절단 될때의 시험편의 단면적에 대한 최대 하중을 나타내는 측정 식은 다음 식(1)과 같다[10].

성능/효과

1. 내용제성 실험 결과 WAE의 경우가 WPU 보다 내용제성이 우수했음을 알 수 있었으며, 아크릴-폴리우레탄 hybrid resin의 경우 특이 물성이 도출되어 내용제성이 떨어지는 현상은 없었다.
2. 인장강도 실험 결과 폴리우레탄이 인장강도가 2.0 kgf/㎠ 으로 가장 강했으며, 점차 아크릴의 혼합율이 높아짐에 다라 인장강도가 약해짐을 알 수 있었다. 위 실험으로 WPU에 WAE의 혼합 비율이 높아짐에 따라 인장강도와 더불어 코팅된 가죽의 강도 또한 소프트한 방향으로 변형됨을 유추할 수 있었다.
3. 내마모성 실험 결과 WPU가 실험을 통한 표면 loss 부분이 가장적은 45.6 mg 임을 알 수 있었다. WAE가 가장 많은 99.
6 mg 임을 알 수 있었다. WAE가 가장 많은 99.8 mg 의 loss 생겼음을 알 수 있었으며, 측정결과 WPU>WAE-WPU hybrid resin> WAE의 순으로 내마모도가 나타남을 알 수 있었다.
4에서 확인할 수 있듯이 WPU의 경우 평균 열변형 온도가 396℃이며, WAE의 경우 WPU 보다 조금 낮은 383℃임을알 수 있다. WPU와 WAE의 혼합비율이 95 :5)인 경우의 수지의 경우 396℃의 열변형 온도를 알 수 있으며, d(WPU와 WAE 의 혼합비율이 90 : 10)수지의 경우, 394℃의 평균 열변형 온도가 나타남을 알 수 있었다.
0 kgf/㎠ 으로 가장 강했으며, 점차 아크릴의 혼합율이 높아짐에 다라 인장강도가 약해짐을 알 수 있었다. 위 실험으로 WPU에 WAE의 혼합 비율이 높아짐에 따라 인장강도와 더불어 코팅된 가죽의 강도 또한 소프트한 방향으로 변형됨을 유추할 수 있었다.
이러한 각각의 물리적 특성에 기인해 WPU와 WAE 그리고 각각의 혼합물의 인장강도 세기는 a>c>d>b 순으로 나타낼 수 있으며 d의 경우 10% 정도 PUD와 혼합 합성된 상태에서 순수 PUD의 인장강도 대비 85% 정도의 세기를 나타냄을 알 수 있었고, c의 경우 5%의 ACE 혼합 합성 비율에서는 95%의 인장강도 세기를 나타냄을 알 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	수성 수지를 현재의 사용 가공 공정에 적용할 때의 문제점은 무엇인가?	최근 자연보호 및 환경보호가 심각하게 대두됨에 따라, 전세계의 도료(coating agent)업계에서는 무용제 도료의 분체화 및 수성화에 많은 연구가 진행되고 있는 추세이다. 그러나 수성 수지를 현재의 사용 가공 공정에 적용할 때 은폐력, 광택, 내수성, 방청성, 내화학성, 부착성 등의 물성에 있어서 용제 도료에 비해 현저하게 열등할 뿐만 아니라 도장시의 작업성, 스프레이 도장조건, 도료의 저장성 등의 물성이 불량하여 연구가 매우 시급한 상황이다. 따라서 고부가가치의 피혁코팅의 경우 어느 분야보다 먼저 수성코팅제의 개발이 이루어져야 고부가가치의 피혁제품을 생산할 수 있기에 이에 부합되는 연구를 하였다[1-4].
	전세계의 도료 업계에서 최근 연구하는 것은 무엇인가?	최근 자연보호 및 환경보호가 심각하게 대두됨에 따라, 전세계의 도료(coating agent)업계에서는 무용제 도료의 분체화 및 수성화에 많은 연구가 진행되고 있는 추세이다. 그러나 수성 수지를 현재의 사용 가공 공정에 적용할 때 은폐력, 광택, 내수성, 방청성, 내화학성, 부착성 등의 물성에 있어서 용제 도료에 비해 현저하게 열등할 뿐만 아니라 도장시의 작업성, 스프레이 도장조건, 도료의 저장성 등의 물성이 불량하여 연구가 매우 시급한 상황이다.
	수용성 우레탄 수지의 합성 장치에는 무엇이 있는가?	합성 장치로는 저속 교반기, 콘덴서, 항온조, 4구 플라스크가 있다. 각각의 폴리올 분자량과 이소시아네이트를 이용하여 합성한 수지는 WPU(waterborne polyurethane)로 명명하였다.

참고문헌 (11)

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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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