[논문]바이오 폴리올을 이용한 인공피혁 코팅용 폴리우레탄의 합성 및 특성

서석훈; 최필준; 고재왕; 이재년

doi:10.5764/tcf.2018.30.4.321

바이오 폴리올을 이용한 인공피혁 코팅용 폴리우레탄의 합성 및 특성
Synthesis and Characterization of Polyurethane for Artificial Leather Using Bio Polyol 원문보기

韓國染色加工學會誌 = Textile coloration and finishing, v.30 no.4, 2018년, pp.321 - 328

서석훈 (한국신발피혁연구원) , 최필준 (한국신발피혁연구원) , 고재왕 (한국신발피혁연구원) , 이재년 (한국신발피혁연구원)

Abstract ▼ AI-Helper

Wet polyurethane resin was synthesized by using polytrimethylene ether glycol prepared from 1,3-propanediol produced by fermentation from corn sugar as bio polyol and polyether-polyol(PTMG). Physical properties and cell characteristics by wet coagulation were investigated using the synthesized wet polyurethane resin. The tensile strength of wet polyurethane resin decreased with increasing content of bio polyol as copolymer polyol, but it tended to increase elongation at break and tear strength. As a result of thermal characteristic analysis, it was found that the glass transition temperature was slightly increased as the content of bio polyol increased. As a result of comparing the cell characteristics by the wet coagulation method, it was found that the shape of the cell was good when the ether polyol and the bio polyol were used alone.

주제어

표/그림 (11)

표 Table 1. Macroglycols used in this study
그림 Scheme 1. Preparation process of DMF based polyurethanes.
그림 Figure 1. Viscosity of polyurethanes.
표 Table 2. Sample designation and composition of Wet-PU containing bio polyol
그림 Figure 2. FT-IR spectra of polyurethanes.
그림 Figure 3. DSC thermograms of polyurethane films.
표 Table 3. Thermal and mechanical properties of polyurethane films
그림 Figure 4. Tan delta of polyurethane films.
그림 Figure 5. TGA curve of polyurethane films.
그림 Figure 6. Stress-strain curves of polyurethane films.
그림 Figure 7. SEM micrographs of wet-type artificial leather based on nonwoven fabrics coated with DMF based polyurethanes.

AI 본문요약
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문제 정의

연구에서는 인공피혁 및 장갑 등의 코팅제로 사용되는 폴리우레탄 수지의 합성을 위하여 바이오 폴리올으로서 옥수수당으로부터 발효에 의해 생산되는 1,3-propanediol을 이용하여 합성된 polytrimethylene ether glycol과 polyether-polyol(PTMG)을 사용하여 공중합하고 물리적 특성을 비교하였다. 그리고 합성된 폴리우레탄 수지를 이용하여 부직포에 코팅 후 습식방법으로 응고(coagulation)시켜 필름을 형성시킨 후 cell 특성을 확인하였다.

제안 방법

연구에서는 인공피혁 및 장갑 등의 코팅제로 사용되는 폴리우레탄 수지의 합성을 위하여 바이오 폴리올으로서 옥수수당으로부터 발효에 의해 생산되는 1,3-propanediol을 이용하여 합성된 polytrimethylene ether glycol과 polyether-polyol(PTMG)을 사용하여 공중합하고 물리적 특성을 비교하였다. 그리고 합성된 폴리우레탄 수지를 이용하여 부직포에 코팅 후 습식방법으로 응고(coagulation)시켜 필름을 형성시킨 후 cell 특성을 확인하였다.
본 연구에서는 바이오 폴리올로서 옥수수당으로부터 발효에 의해 생산되는 1,3-propanediol을 이용하여 제조된 polytrimethylene ether glycol과 polyether-polyol(PTMG)을 사용하여 폴리우레탄 수지를 합성하였다. 합성된 폴리우레탄 수지를 이용하여 물리적 특성 및 습식 응고에 의한 cell 특성을 연구하였다.

대상 데이터

폴리우레탄 수지의 합성을 위하여 바이오 폴리올로서 polytrimethylene ether glycol(M.W 2,000, PO3G, SK Chemicals, Korea)과 polyether polyol계 폴리올로 poly(tetramethylene ether) glycol(M.W 2,000, Terathane, Sigma-Aldrich, USA)을 65mmHg, 100℃에서 3시간 동안 탈수하여 사용하였고, 실험에 사용한 폴리올의 특성은 Table 1에 요약정리하였다. Methylene diphenyl diisocyanate(MDI, Lupranate MS, BASF, Germany), 1,4-butanediol(1,4-BD,Sigma-Aldrich,USA),dibutyltin dilaurate(DBTDL,Sigma-Aldrich,USA),N,N-Dimethylformamide(DMF, Junsei Chemical, Japan), antioxidant(Irganox1010,BASF, Germany)를 정제하지 않고 그대로 사용하였다.

이론/모형

합성된 폴리우레탄의 기계적 물성 분석을 위해서 건식 coating법으로 필름을 제조하였다. Release paper(RP film)에 합성한 수지를 각각 도포하여 coating한 후, 용매를 모두 휘발시키기 위하여 dry oven에서 80℃, 12h 건조시켜 기계적 물성 분석을 위한 필름을 Textile Coloration and Finishing, Vol.

성능/효과

합성된 폴리우레탄 수지를 이용하여 물리적 특성 및 습식 응고에 의한 cell 특성을 연구하였다. 공중합계 폴리올로서 바이올 폴리올의 함량이 증가할수록 습식 폴리우레탄 수지의 인장강도는 감소하고 신장률 및 인열강도는 증가하는 경향을 나타내었다. 열적특성 분석 결과 바이오 폴리올의 함량이 증가할수록 유리전이온도가 조금씩 높아짐을 DSC와 DMA의 Tan δ로부터 확인할 수 있었다.
공중합계 폴리올로서 바이올 폴리올의 함량이 증가할수록 습식 폴리우레탄 수지의 인장강도는 감소하고 신장률 및 인열강도는 증가하는 경향을 나타내었다. 열적특성 분석 결과 바이오 폴리올의 함량이 증가할수록 유리전이온도가 조금씩 높아짐을 DSC와 DMA의 Tan δ로부터 확인할 수 있었다.
인공피혁 제조에 사용되는 습식 응고 방법에 의한 cell 특성을 비교한 결과 폴리올로서 에테르 기반 폴리올과 바이오 폴리올을 단독으로 사용하여 합성한 경우, 공중합계 습식 폴리우레탄 수지에 비해 코팅 층이 두껍고, 단위 체적당 cell의 크기가 작으며 개수가 많음을 알 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	폴리우레탄은 무엇인가?	폴리우레탄은 1930년말 Otto Bayer에 의해 합성된 이후 원료 물질의 반응성이 풍부하고 다양한 구조의 물질들이 개발되어 넓은 분야에 응용되고 있다. 폴리우레탄은 화학적으로 우레탄 결합을 일정량 함유하고 있는 고분자 화합물로서 활성 수산기(-OH)를 갖고 있는polyol과 isocyanate group(-N=C=O)을 갖고 있는 isocyanates가 반응하여 합성된다1). 폴리우레탄은 일반적으로 섬유, 피혁, 플라스틱, 목재, 콘크리트, 유리, 금속재료 등의 코팅제나 접착제, 충전제 등과 같은 다양한 형태와 폴리우레탄이 지니고 있는 여러 물성 즉, 내마모성, 유연성, 내구성, 강인성 때문에 공업적으로나 상업적으로 그 관심이 점점 높아지고 있다2,3).
	일반적인 인공피혁의 습식 코팅 층 구조는?	이 때 폴리우레탄 수지의 적정 점도는 약 5,000~40,000cps(25℃)가 적당하다16). 일반적인 인공피혁의 습식 코팅 층의 경우 단위부피 당 cell의 개수가 많고, 크기가 작으며 균일한 분포를 갖는 것이 바람직하다. 이는 인공피혁을 부드럽게 하고 천연가죽과 같은 촉감을 부여할 수 있기 때문이다.
	폴리우레탄 산업에서 바이오 폴리올의 문제점은?	그러나 바이오 폴리올의 경우 기존 석유계 폴리올 대비 낮은 기계적 물성을 보유하고 있기에 성능 면에서 부족한 부분을 보이고 있는 실정이며, 성능개선의 필요성이 요구된다. 아직까지는 가격, 물성, 생산성 등의 문제로 석유계 원료 대체제로 사용하기에는 제한적이지만 지속적인 개발에 많은 노력이 필요하다.

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