[논문]표면 보호용 수용성 Acrylic-casein Hybrid Resin의 합성 및 기계적 물성에 관한 연구

이주엽; 김기준

doi:10.12925/jkocs.2012.29.4.618

[국내논문] 표면 보호용 수용성 Acrylic-casein Hybrid Resin의 합성 및 기계적 물성에 관한 연구
A study on Mechanical Properties of Acrylic-casein Hybrid Resins for Surface Protection 원문보기

한국유화학회지 = Journal of oil & applied science, v.29 no.4, 2012년, pp.618 - 625

이주엽 (중원대학교 융합과학부 방재안전과학과) , 김기준 (대진대학교 공과대학 화학공학과)

초록
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본 연구에서는 수용성 아크릴을 합성한 다음 수성 카제인 수지를 합성하여 기합성 완성된 아크릴 수지에 카제인 수지의 적하량을 점차 증가시켜 변화하는 물성을 피혁(Lamb leather)에 표면 코팅하여 물성을 측정 분석하였다. 내용제성 측정 결과 높은 내용제성 물성을 지닌 아크릴 수지와 카제인 수지의 함량이 물성 변화에 끼치지 않았으며 모두 높은 물성치를 나타내었다. 인장 강도 측정치에서는 아크릴 단독 코팅의 측정치가 $1.399kg_f/mm^2$로 가장 낮은 수치를 나타내었으며, 카제인 수지의 합량이 제일 높은 WAC-3가 가장 높은 인장력 $1.426kg_f/mm^2$을 나타내었다. 또한 내마모도 측정에서는 WAC-3가 제일 높은 69.774 mg.loss로 우수한 물성변화를 나타내었고, 연실률의 경우 아크릴 단독 코팅인 WAR이 820 %로 가장 높은 수치를 나타내었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, prepared synthesis waterborne acrylic resin and water soluble milk casein resin. And than extent of casein contents in acrylic resin. We measured property of these samples by Lamb leather which is coated by acrylic-casein resins. According to measure data for solvent resistance, WAR resin and Hybrid resins had good property. Among this result knew that increase of casein constant did not influence to big change of hybrid resin property. As test of tensile strength, WAR had lowest strength($1.399kg_f/mm^2$) and WAC-3 had highest strength($1.426kg_f/mm^2$). Also we knew that best property of abrasion was WAC-3(69.774 mg.loss). In elongation case, WAR had best property(820%) in this experiment.

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문제 정의

본 연구에서는 현 산업 안전 분야 필름 분야에서 높은 경제성으로 많이 사용되고 있고 또한 도료 분야에서도 친환경 수지로 점차 각광받고 있는 수용성 아크릴수지의 합성을 완성하고, 수성 카제인을 합성하여 이를 이용한 하이브리드 수지를 완성한뒤 분석 데이터를 얻는데 용이한 피혁 표면에 코팅 처리하여 카제인 수지가 아크릴 수지의 물성에 어떠한 영향을 주는지 각각의 물성 변화를 분석 하였다.

제안 방법

본 연구에서는 유기용매가 소량 함유되어 있는 형태의 아크릴인 수용성 아크릴(waterborne acrylic resin, WAR)을 합성하였다.
[9] 또한 수용성 아크릴의 경우 현재 표면코팅 산업 분야에서 많은 부분에 적용되고 있어 본 연구에서는 ethyl acrylate monomer(EAM)을 사용한 수용성 아크릴 바인더를 합성하였다[10-11].
합성한 하이브리드 수지의 분석을 위해 UTM(Universal testing machine, Instron Co., U.S.A.), Scanning electron microscope(SEM, CX-100S, 코셈), Taber abrasion tester(TO 880T, (주)테스트원), 등의 분석기기들을 활용하였다.
이후 합성 장치는 저속 교반기, 콘덴서, 항온조, 5구 플라스크를 활용하여 수용성 아크릴 수지 (waterborne acrylic resin, WAR)를 합성하였다.
이후 따로 준비해 놓은 증류수에 SLS 30%, NP-30몰, EAM, AN, MA, IA를 섞어 교반해놓은 단량체를 5% 먼저 투입후 교반한 다음 APS와 증류수 그리고 SBS를 섞어놓은 촉매제를 20% 투입하였다.
Table 4에서와 같이 톨루엔을 가죽 표면에 2-3방울 적하 한 다음 24시간 후 변색정도를 Sun lamp로 Glay scale을 확인하여 유기용제 저항성을 측정하였다.
Table 4에서와 같이 수용성 아크릴 수지와 하이브리드수지의 내용제성은 KS M 6882 에 의거 4등급의 높은 등급을 시료 모두 나타냈으며, KS K 0815, ASTM 1175 시험방법에 의거하여 내마모도를 측정하였다. 시험편의 무게를 측정한 후 내마모도 측정 장비에 의해서 Wheel number CS-10번으로 1,000 싸이클 회전 후 감소된 손실 무게를 측정을 하였다. 인장강도 및 연실율 측정은 필름 시험편을 두께 0.
본 연구를 위해 먼저 수성 카제인을 합성하였으며 이후 수용성 아크릴 수지합성 한 후 각각의 수지를 혼합하여 각각의 물성측정을 분석하였다.

대상 데이터

먼저 수용성 아크릴 수지 합성시 이용한 시약은 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 사용하였으며, 수성 밀크 카제인 수지의 합성을 위해 밀크 카제인(Fonterra), 암모니아수(35%. Samchen Chem)를 이용하였다.

이론/모형

Table 4에서와 같이 수용성 아크릴 수지와 하이브리드수지의 내용제성은 KS M 6882 에 의거 4등급의 높은 등급을 시료 모두 나타냈으며, KS K 0815, ASTM 1175 시험방법에 의거하여 내마모도를 측정하였다.

성능/효과

3에서와 같이 카제인 수지의 혼합비율이 증가함에 따라 필름의 인장강도 측정 수치가 높아짐을 알 수 있었으며, WAR의 경우 1.399 kgf/㎟ 으로 가장 낮은 수치를 나타내었으며, WPC-3의 인장강도 측정 수치는 1.426 kgf/㎟으로 가장 높은 수치가 나타났다.
반대로 연신율의 경우 Fig. 4에서 확인 할 수 있듯이 WAR시료가 연신율이 가장 좋은 820% 이었으며, WAC-3 의 경우 가장 낮은 808% 로 카제인의 혼합 비율이 높아짐에 따라 측정 수치가 낮아짐을 알 수 있었다.
하이브리드수지의 인장강도 실험 결과 WAR 단독 수지의 인장강도가 1.399 kg_f/㎟으로 가장 약한 물성을 나타냈으며, 카제인 수지의 함유가 늘어남에 따라 인장강도가 점차 상승해 WAC-3의 경우에는 1.426 kg_f/㎟ 으로 물성이 변화함을 알 수 있었다.
내용제성 실험 결과 카제인 수지의 함유에 따른 톨루엔의 가죽 표면 파괴도의 변화가 낮음을 알 수 있었다.
내마모성 실험 결과 역시 인장강도와 같이 카제인 함유량에 따라 WAR의 경우 70.555 ㎎로 표면 필름 손실 부분이 가장 많았으며, WAC-3의 경우 69.774 ㎎로 표면 손실부분이 가장 적었다.
이와는 달리 연신율의 경우 아크릴수지 단독의 경우가 연신율이 가장 높은 820%로 카제인 수지의 함유가 가장 높은 WAC-3의 경우 가장 낮은 808%의 결과를 얻을 수 있었는데 이는 카제인 에 함유 되어 있는 아미노기가 수지 필름의 연실율을 저하시키는 것을 알 수 있었다.
위의 결과에 따라 수용성 아크릴 수지에 수성 카제인 수지의 혼합 비율이 높아짐에 따라 카제인에 함유되어있는 아미노기(-NCHO-)가 피혁 표면 코팅시의 물성변화에 영향을 끼침을 알 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	아크릴은 제조방법에 따라 어떻게 구분되는가?	최근 산업전반에 걸쳐 유기용제 타입의 코팅제는 많은 환경적 문제점을 내포하고 있어 친환경적 또는 인체에 유해한 영향을 줄이기 위해 많은 연구결과가 발표되고 있다. 일반적으로 아크릴은 제조방법에 따라 용제형(solvent base), 유화형(water base), 무용제형(nonsolvent)형으로 구분할 수 있다. 용제형은 합성시 유기 용매를 사용하여 제조하며, 유화형은 물을 매체로 사용하여 제조한다.
	무용제형은 대부분 무엇이 차지하고 있는가?	그러나 물을 매체로 이용하기 때문에 유기용매를 사용할 때보다 내수성이 저하되는 단점이 있으나 환경친화적인 장점이 있어 많은 연구가 이루어지고 있다. 무용제형은 주로 핫멜트형 접착제가 대부분을 차지하고 있다. 본 연구에서는 유기용매가 소량 함유되어 있는 형태의 아크릴인 수용성 아크릴(waterborne acrylic resin, WAR)을 합성하였다.
	아크릴의 제조방법 중 하나인 용제형의 장점 및 단점은?	용제형은 합성시 유기 용매를 사용하여 제조하며, 유화형은 물을 매체로 사용하여 제조한다. 그러나 물을 매체로 이용하기 때문에 유기용매를 사용할 때보다 내수성이 저하되는 단점이 있으나 환경친화적인 장점이 있어 많은 연구가 이루어지고 있다. 무용제형은 주로 핫멜트형 접착제가 대부분을 차지하고 있다.

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H. Khalili and P. Huhtanen, Effect of Casein Infusion in the Rumen, Duodenum or Both Sites on Factors Affecting Forage Intake and Performance of Dairy Cows Fed Red Clover-Grass Silage, Journal of Dairy Science, 85, 909 (2002).

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