[논문]Milk casein과 수용성 폴리우레탄 resin을 이용한 산업 안전 방재용 하이브리드 film의 합성 및 기계적 물성에 관한 연구

이주엽; 김기준

doi:10.12925/jkocs.2012.29.2.23

[국내논문] Milk casein과 수용성 폴리우레탄 resin을 이용한 산업 안전 방재용 하이브리드 film의 합성 및 기계적 물성에 관한 연구
Study on Mechanical Properties of Hybrid Resins by Milk Casein and Waterborne Polyurethane for Safety Management of Industrial Disaster 원문보기

한국유화학회지 = Journal of oil & applied science, v.29 no.2, 2012년, pp.356 - 363

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

초록
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본 연구에서는 밀크 카제인과 WPU를 이용한 하이브리드 수지를 합성하였다. 합성한 하이브리드 수지를 피혁(Full-Grain) 표면에 코팅을 하여 카제인이 하이브리드수지에 어떤 영향을 주는지에 대해 분석 하였다. 내용제성 테스트 데이터에 의하면 WPU 와 하이브리드 수지 양쪽 모두 높은 물성치를 나타내었다. 인장 강도 측정치에서는 WPU 단독 결과(2.130 $kg_f/mm^2$)가 가장 낮은 수치를 나타내었으며, WPC-3(WPU 91: casein resin 9)의 경우가 가장 높은 인장력(2.191 $kg_f/mm^2$)을 나타내었다. 또한 내마모도 측정에서는 WPC-3(50.090 mg.loss)가 좋은 물성값을 나타내었다. 연실률의 경우 WPU(637 %) 단독 코팅물의 분석값이 가장 높은 637%로 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study we synthesis Hybrid resin(WPC) by milk casein and waterborne polyurethane(WPU). Then we experiment how casein effect to Hybrid resins in Full-Grain leather coatings. According to measured data for solvent resistance, WPU resin and Hybrid resins had good property. As test of tensile strength, WPU had most low strength(2.130 $kg_f/mm^2$) and WPC-3(WPU 91: casein resin 9) had most high strength(2.191 $kg_f/mm^2$). Also we knew that most good property of abrasion is WPC-3(50.090 mg.loss). In elongation case, WPU had most good result(637 %) in this experiment.

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제안 방법

본 연구에서는 현 산업 안전 분야 film 분야에서 많이 사용되고 있고 또한 도료 분야에서도 친환경 수지로 점차 각광받고 있는 WPU 수지의 합성을 완성하고, 수성 casein을 합성하여 이를 이용한 하이브리드 수지를 분석 데이터를 얻는데 용이한 피혁 표면에 코팅 처리하여 각각의 물성 변화를 분석하였다.
이후 milk casein을 적하 한 다음 30분간 100 rpm 으로 충분히 분산 시켜준 다음 준비된 암모니아수(35%)를 투입해 준 다음 1시간 동안 교반하여 수성 casein 수지를 합성 완성후 40℃로 냉각 후 준비해 둔다. 이후 수용성 폴리울레탄 합성을 위한 프리폴리머를 합성하기 위해서 4구 플라스크에 PPG와 NMP, DMPA를 넣은 다음 질소치환한 뒤 60℃에서 2시간 동안 교반시켰다. 다음단계로 IPDI와 DBTDL을 천천히 플라스크에 적하한 뒤 85℃에서 4시간 동안 교반시켰다.
다음단계로 IPDI와 DBTDL을 천천히 플라스크에 적하한 뒤 85℃에서 4시간 동안 교반시켰다. 이때 반응물의 NCO함량은 dibuthylamine역적정법으로 측정하여 잔류 NCO함량이 계산치에도달했는지 확인하였다. 이후 반응조를 35℃ ∼ 40℃까지 냉각시킨다.
중화 완료 후 증류수를 추가 투입하여 수분산시켜 주었다. 이후 사슬연장을 위해 EDA를 천천히 2시간 동안 적하시켜 주었다. EDA 투입완료후 3시간동안 교반시킨 뒤 소포제(BYK-080)을 0.
이후 사슬연장을 위해 EDA를 천천히 2시간 동안 적하시켜 주었다. EDA 투입완료후 3시간동안 교반시킨 뒤 소포제(BYK-080)을 0.2% 넣고 1시간 동안 교반한 다음 준비된 수성 casein 수지를 천천히 적하하여 하여 수용성 Hybrid resin(waterborne polyurethane-milk casein resin, WPC)을 합성하였다. 합성에 사용된 casein 화합물은 Table 1과 같으며 폴리우레탄 화합물은 Table 2와 같다.
Table 4에서와 같이 내용제성 측정시에는 유기용제인 톨루엔을 가죽 표면에 2-3방울 적하 한 다음 24시간 후 변색정도를 Sun lamp로 Glay scale을 확인하였다. Table 4에서와 같이 수용성 폴리우레탄 수지와 Hybriresin 의 내용제성은 KS M 6882 에 의거 5등급의 높은 등급을 시료 모두 나타냈으며, 내마모도 측정은 KS K 0815, ASTM 1175 시험방법에 의거하여 시험편의 무게를 측정한 후 내마모도 측정 장비에 의해서 Wheel number CS-10번으로 1,000 싸이클 회전 후 감소된 무게 측정을 하였다. 인장강도 및 연실율 측정은 필름 시험편을 두께 0.
본 연구를 위해 먼저 수성 casein 을 합성하였으며 이후 폴리우레탄 수지합성 한 후 각각의 수지를 혼합하여 아래와 같은 분석 결과를 얻었다.

대상 데이터

먼저 WPU 합성시 이용한 시약은 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), 사용 하였으며, 수성 milk casein 수지의 합성을 위해 Milk casein(Fonterra), 암모니아수(35%. Samchen chem)를 이용하였다.
합성에 사용된 casein 화합물은 Table 1과 같으며 폴리우레탄 화합물은 Table 2와 같다. 분석에 사용된 샘플은 Table 3에 나타내었으며 합성 공정은 Fig. 1에 나타내었다.

성능/효과

2에서 우레탄 작용기인 NH 와 C=O피크가 3200 cm^-1 부근에서 N-H 특성피크가 나타났으며, 1730 cm^-1부근에서 C=O 특성 피크가 확인되었다. 또한 2200 cm^-1 부근에서 N=C=O 특성 피크가 나타나지 않는 것으로 보아 이소시아네이트가 잔량이 남지 않고 합성되어 폴리우레탄 수지가 형성됨을 알 수 있었다.
Fig. 3의 그래프에서 WPU의 내마모성이 가장 낮게 나타났으며, 내마모도는 52.510 mg 으로 측정되었으며 casein 수지가 가장 많이 혼합된 WPC-3의 경우 내마모도가 50.090 mg 로 casein 수지의 비율이 높아짐에 따라 코팅된 가죽 표면의 강도가 높아짐을 알 수 있었다. 인장강도의 경우 Fig.
090 mg 로 casein 수지의 비율이 높아짐에 따라 코팅된 가죽 표면의 강도가 높아짐을 알 수 있었다. 인장강도의 경우 Fig. 4에서와 같이 casein 수지의 혼합비율이 증가함에 따라 필름의 인장강도 측정 수치가 높아짐을 알 수 있었으며, WPU의 경우 2.130 kgf/㎟ 으로 가장 낮은 수치를 나타내었으며, WPC-3의 인장강도 측정 수치는 2.191 kgf/㎟ 으로 가장 높은 수치가 나타났다. 반대로 연신율의 경우 Fig.
191 kgf/㎟ 으로 가장 높은 수치가 나타났다. 반대로 연신율의 경우 Fig. 5에서 확인 할 수 있듯이 WPU 시료가 연신율이 가장 좋은 637% 이었으며, WPC-3 의 경우 가장 낮은 610% 로 casein의 혼합 비율이 높아짐에 따라 측정 수치가 낮아짐을 알 수 있었다.
내용제성 실험 결과 casein 수지의 함유에 따라 Toluene 의 가죽 표면 파괴도의 변화가 낮음을 알 수 있었다.
인장강도 실험 결과 WPU 인장강도가 2.130 kgf/㎟으로 가장 약했으며, casein 수지의 함유가 늘어남에 따라 인장강도가 점차 상승해 WPC-3의 경우에는 2.191 kgf/㎟ 으로 인장강도가 강해짐을 알 수 있었다. 내마모성 실험 결과 역시 인장강도와 같이 casein 함유량에 따라 WPU(52.
191 kgf/㎟ 으로 인장강도가 강해짐을 알 수 있었다. 내마모성 실험 결과 역시 인장강도와 같이 casein 함유량에 따라 WPU(52.510 ㎎)의 경우가 내마모성이 가장 약했으며, WPC-3(50.090 ㎎)의 경우가 내마모성이 가장 높음 을 알 수 있었다.
반대로 연신율의 경우 WPU의 경우가 연신율이 가장 높은 637 %로 알 수 있었으며 casein 수지의 함유가 가장 높은 WPC-3의 경우 가장 낮은 610 % 임을 알 수 있었다.
위의 결과에 따라 수용성 폴리우레탄 수지에 수성 casein 수지의 혼합 비율이 높아짐에 따라 피혁 표면 코팅시의 물성에 변화가 있음을 알 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	식품가공에서 카제인의 주된 용도는 무엇인가?	카제인에는 유화작용, 증점작용, 보습작용이 있어, 이러한 기능을 이용하여 식품가공에 사용한다. 주된 용도는 imitation 치즈, 커피 whitener나 분말크림, 육아용 분유, 빵류, 수산가공식품, 육류가공식품, 스파게티, 마요네즈 등이며 최근에는 친환경 안전 film 수지로 활용이 되어 친환경 도료의 핵심 수지로도 이용이 되고 있다.
	수분산 폴리우레탄은 어떻게 생성되는가?	일반적으로 사용되는 수분산 폴리우레탄은 hydroxyl 혹은 amino 기를 갖는 diol 혹은 polyol 과 diisocyanate 혹은 polyisocyanates 의 축합반응에 의하여 생성된다.
	폴리우레탄은 무엇인가?	산업 전반에 널리 사용되고 있는 폴리우레탄은 작용기 수가 2 이상인 이소시아네이트와 폴리올 등 활성수소 화합물과의 반응으로 형성되는 분절 블록 공중합체(segmented block copolymer)이다. 폴리우레탄은 원료물질들의 수많은 연질과 경질로 구분된다.

참고문헌 (11)

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상세보기
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S. K. Kim, P. W. Shin, and D. C, Lee, Synthesis of Water Soluble Acrylic Modified Epoxyester Resin and Physical Properties of Coatings, J . Kor. Oil Chemist's Soc., 28, 35 (2011).

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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