[논문]이성분계 혼합 폴리우레탄 수분산체의 제조 및 접착 특성 연구

김은지; 백인규; 박재형

doi:10.17702/jai.2018.19.1.5

이성분계 혼합 폴리우레탄 수분산체의 제조 및 접착 특성 연구
Preparation and Adhesion Characteristics of Binary Blended Waterborne Polyurethane 원문보기

접착 및 계면 = Journal of adhesion and interface, v.19 no.1, 2018년, pp.5 - 12

김은지 (한국신발피혁연구원) , 백인규 (한국신발피혁연구원) , 박재형 (한국신발피혁연구원)

초록
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본 연구는 선처리제 공정을 생략하고 우수한 접착 특성을 가지는 합성피혁용 스킨(skin) 수지제조에 관한 것으로 이성분계 혼합 폴리우레탄 수분산체를 제조하여 이에 대한 선처리제(primer)를 생략한 접착 시편의 접착특성을 평가하는 것이다. 이성분계 혼합 폴리우레탄 수분산체의 제조는 에스터(ester)계 폴리우레탄 수지(PU-T)와 카보네이트(carbonate)계 폴리우레탄 수지(PU-C)를 각각 합성하고 이를 배합함으로써 최종 수지를 얻었다. 선처리제를 생략한 접착시편의 접착강도 측정결과, 우수한 상태접착강도 (Ethylene vinyl acetate(중창): $4.2kg_f/cm$, 고무(겉창) : $4.4kg_f/cm$)를 가짐을 확인할 수 있었다. 이는 신발 제조 공정에서 필수불가결하게 사용되었던 선처리제(primer) 공정을 생략가능하게 함으로써 공정의 단축과 선처리제(primer)에서 발생되는 휘발성유기화합물 (VOCs)의 감소를 가져와 친환경적인 장점을 지닌다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study is to evaluate the adhesive properties of polyurethane mixed aqueous dispersions by omitting the primer, dealing with the preparation of skins for synthetic leather with excellent adhesion by omitting the pre-treatment process. The two-component mixed polyurethane water dispersion was prepared by synthesizing an ester-based polyurethane resin (PU-T) and a carbonate-based polyurethane resin (PU-C) to obtain the final resin. As a result of measuring the peel strength of the adhesive specimens omitting the pre-treatment agent, it was confirmed that the state adhesive strength (ethylene vinyl acetate (middle): $4.2kg_f/cm$ and rubber (outsole): $4.4kg_f/cm$) there was. This makes it possible to omit the pre-treatment process which has been indispensably used in the shoe manufacturing process, thereby reducing the process time and reducing the amount of volatile organic compounds (VOCs) generated in the pre-treatment product, resulting in environmentally advantageous.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 무기 첨가제를 적용한 것이 아닌 다른 성분의 폴리우레탄 수분산체를 각각 합성하여 이를 혼합함으로써 이성분계 혼합 폴리우레탄 수지를 제조하고 이에 대한 primerless 접착 특성을 비교 검토하고자 한다.
접착강도의 측정은 초기접착강도와 상태접착강도로 구분하여 평가하였으며 초기접착강도는 막대그래프, 상태접착강도는 향상된 정도를 선으로 표시하여 나타내었다(Figure 5). 또한, 기존의 수성 폴리우레탄 수지가 스킨 수지로 적용된 원단을 reference 로 하여 primerless 접착 강도를 평가함으로써 기존 대비 향상된 접착강도를 확인하고자 하였다. 그 결과 Figure 5.
본 연구에서는 선처리제(primer) 공정을 생략하고 우수한 접착력을 가지는 합성피혁용 스킨(skin)수지를 제조하기 위하여 에스터(ester)계 폴리우레탄 수지(PU-T)와 카보네이트(carbonate)계 폴리우레탄 수지(PU-C)를 합성하여 혼합함으로써 이성분계의 혼합 폴리우레탄 수분산체를 제조하였고 이에 대한 접착강도, 물리적 특성(인장강도, 신장률, 경도), 열적 특성을 고찰하였다. 그 결과, PU-T 와 PU-C 를 75/25 로 배합한 수지(BPU-2)를 스킨(skin) 수지로 적용한 코팅원단(합성피혁)과 primerless 접착 시, EVA 시편과는 4.
스킨층에 사용되는 폴리우레탄 수지는 폴리올의 강한 소수성으로 인해 주로 유기 용제를 이용하여 제조되고 있으나 최근 환경문제에 대한 인식이 세계적으로 강화됨에 따라 무독성, 친환경 물질인 수성 수지로의 전환이 요구되고 있어 본 연구에서는 수성 폴리우레탄 수지를 제조하여 이를 스킨(skin) 수지에 적용하고자한다[6-12].
이성분계 혼합 폴리우레탄 수분산체의 접착 특성을 확인하기 위해 제조된 수지(BPU-1∼5)를 스킨(skin)수지로 사용하여 합성피혁 원단을 제조하고 이에 대한 EVA(중창) 시편과 고무(겉창) 시편의 접착강도를 접착면의 박리강도를 측정함으로써 평가하였다. 접착강도 평가를 위한 시편의 제조 시 합성피혁에 사용되는 선처리제(primer) 공정을 생략하고 제조함으로써 primerless 접착이 가능한지 확인하고자 하였다. 접착강도의 측정은 초기접착강도와 상태접착강도로 구분하여 평가하였으며 초기접착강도는 막대그래프, 상태접착강도는 향상된 정도를 선으로 표시하여 나타내었다(Figure 5).

제안 방법

그 다음 제조된 코팅원단(합성피혁)을 고무(Out-sole) 시편과 EVA(Mid-sole) 시편에 각각 접착하여 평가하였으며 접착 시편은 2.5×10 cm 로 동일하게 제작하였고 선처리제(primer) 공정의 생략을 위해 코팅원단(합성피혁)의 코팅면에는 선처리제(primer)를 사용하지 않고 접착하였다.
접착강도는 초기접착강도(접착 후 30 분경과 후 측정)와 상태접착강도(접착 후 24 시간경과 후 측정)를 각각 측정하여 비교하였다. 먼저 제조된 이성분계 혼합 수지를 스킨(skin)층에 적용한 합성피혁의 제조를 위해 베이커어플리케이터(Baker applicator, YBA-3, Yoshimitsu 사, Japan)를 이용하여 섬유 원단에 1.5 mm 의 두께(합성피혁 표피층의 통상치)로 바 코팅(bar coating)한 뒤 80 ℃에서 한 시간 건조하였다. 그 다음 제조된 코팅원단(합성피혁)을 고무(Out-sole) 시편과 EVA(Mid-sole) 시편에 각각 접착하여 평가하였으며 접착 시편은 2.
물리적 특성의 평가를 위해 혼합 수지를 위와 동일한 방법으로 필름을 제조 한 뒤 인장강도, 신장률, 경도를 각각 측정하였다. 인장강도와 신장률의 측정은 만능 재료시험기(Universal testing machine(UT).
이 연구들은 공통적으로 수성 폴리우레탄 수지에 무기 첨가제를 적용함으로써 수지의 열적, 기계적 특성을 향상시켰다.
과 같다. 이성분계 혼합 수지는 반응기에 각각의 수지를 넣고 상온에서 1 시간 교반하여 제조하였으며 이성분계 혼합 폴리우레탄 수분산체의 주요 관능기는 FT-IR 을 통해 확인하였다.
이성분계 혼합 폴리우레탄 수분산체를 제조하기 위해 상기의 방법으로 제조된 에스터(ester)계 폴리우레탄 수분산체(PU-T)와 카보네이트(carbonate)계 폴리우레탄 수분산체(PU-C)를 함량별로 배합하여 제조하였고 이는 Table 1.과 같다. 이성분계 혼합 수지는 반응기에 각각의 수지를 넣고 상온에서 1 시간 교반하여 제조하였으며 이성분계 혼합 폴리우레탄 수분산체의 주요 관능기는 FT-IR 을 통해 확인하였다.
이성분계 혼합 폴리우레탄 수분산체의 열안정성은 제조된 혼합 수지를 PE 소재의 패트리디쉬에 부어 두께 0.1±0.02 mm 인 필름으로 제조한 뒤 10 ℃/min, N2↑ 조건에서 열중량분석기(Thermogra-vimetric analysis(TGA), Q500, TA 사, USA)를 통해 측정하였다.
이성분계 혼합 폴리우레탄 수분산체의 접착 특성을 확인하기 위해 제조된 수지(BPU-1∼5)를 스킨(skin)수지로 사용하여 합성피혁 원단을 제조하고 이에 대한 EVA(중창) 시편과 고무(겉창) 시편의 접착강도를 접착면의 박리강도를 측정함으로써 평가하였다.
3 접착 강도 발현성)에 준하여 180 °박리강도(peel strength)를 측정하였다. 접착강도는 초기접착강도(접착 후 30 분경과 후 측정)와 상태접착강도(접착 후 24 시간경과 후 측정)를 각각 측정하여 비교하였다. 먼저 제조된 이성분계 혼합 수지를 스킨(skin)층에 적용한 합성피혁의 제조를 위해 베이커어플리케이터(Baker applicator, YBA-3, Yoshimitsu 사, Japan)를 이용하여 섬유 원단에 1.
접착강도 평가를 위한 시편의 제조 시 합성피혁에 사용되는 선처리제(primer) 공정을 생략하고 제조함으로써 primerless 접착이 가능한지 확인하고자 하였다. 접착강도의 측정은 초기접착강도와 상태접착강도로 구분하여 평가하였으며 초기접착강도는 막대그래프, 상태접착강도는 향상된 정도를 선으로 표시하여 나타내었다(Figure 5). 또한, 기존의 수성 폴리우레탄 수지가 스킨 수지로 적용된 원단을 reference 로 하여 primerless 접착 강도를 평가함으로써 기존 대비 향상된 접착강도를 확인하고자 하였다.
폴리우레탄 수분산체(PU-T, PU-C)의 미반응 –NCO 기 확인 및 이성분계 혼합 폴리우레탄 수지의 주요 관능기 확인을 위해 제조된 수지를 TlBr-TlI cell(Thallium Bromide-iodide, KRS-5)에 얇게 도포한 후 건조하여 적외선 분광분석기(Fourier transform infrared spectroscopy(FT-IR), MB-104, Bomem 사, Canada)를 사용하여 측정하였다.

대상 데이터

에스터(ester)계 폴리올로는 Poly(1,4-butylene adipate)diol(PBA, Mw=2,000, Heung-il), Polycaprolactone diol(PCL, Mw=2,000&1,000, Perstorp), 1,6-Hexanediol(1,6-HD, Mw=118.17, Aldrich)를 카보네이트(carbonate)계 폴리올로는 Polyalkylene carbonate dio(PCD, Mw=2,000, Asahi Kasei Chem.)를 85 ℃에서 수분 제거 후 사용하였다.

이론/모형

제조된 이성분계 혼합 폴리우레탄 수분산체 수지의 접착력을 비교하기 위해 KS M 3705(접착제의 일반 시험방법, 7.3 접착 강도 발현성)에 준하여 180 °박리강도(peel strength)를 측정하였다.

성능/효과

본 연구에서는 선처리제(primer) 공정을 생략하고 우수한 접착력을 가지는 합성피혁용 스킨(skin)수지를 제조하기 위하여 에스터(ester)계 폴리우레탄 수지(PU-T)와 카보네이트(carbonate)계 폴리우레탄 수지(PU-C)를 합성하여 혼합함으로써 이성분계의 혼합 폴리우레탄 수분산체를 제조하였고 이에 대한 접착강도, 물리적 특성(인장강도, 신장률, 경도), 열적 특성을 고찰하였다. 그 결과, PU-T 와 PU-C 를 75/25 로 배합한 수지(BPU-2)를 스킨(skin) 수지로 적용한 코팅원단(합성피혁)과 primerless 접착 시, EVA 시편과는 4.2 ㎏/㎝, 고무 시편과는 4.4 ㎏/㎝의 높은 상태접착강도를 가짐을 확인할 수 있었다. 이는 기존 합성피혁의 primerless 접착시, EVA 시편과의 1.
두 개의 스펙트럼에서 모두 우레탄에서 나타나는 특정 피크를 확인할 수 있는데, 이는 3300㎝-1 의 우레탄 N-H 기 (stretching vibration peak), 1700㎝-1 의 우레탄 C=O기(stretching peak), 1540 ㎝-1 의 아마이드 C-N 기 (stretch peak)+N-H 기(in-plane bending),1460 ㎝-1 과 770 ㎝-1 의 –CH2 기(stretching peak)이다, 또한, 에스터(ester)계 폴리우레탄 수분산체(PU-T)에서1100 ㎝-1 에서의 -C-O-기 피크, 카보네이트(carbonate)계 폴리우레탄 수분산체(PU-C)에서 1255 ㎝-1 에서의-COO-기 피크가 추가로 나타남을 확인할 수 있었으며 두 수지의 반응의 종결을 위해 2270 ㎝-1 의 –NCO 기피크가 완전히 소멸됨을 각각 확인하였다.
인장강도의 경우, 카보네이트(carbonate)계 폴리우레탄 수지(BPU-5(PU-C))가 에스터(ester)계 폴리우레탄 수지(BPU-1(PU-T))에 비해 높게 나타났으며 신장율의 경우 반대의 양상을 보였다. 또한, 카보네이트(carbonate)계폴리우레탄 수지의 배합 함량이 증가함에 따라 인장강도는 점차 향상되었으며 신장율은 점차 감소하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	신발 부품 중 갑피(upper)에 주로 사용되는 합성피혁은 어떻게 제조되는가?	신발의 부품 중 갑피(upper)에 주로 사용되는 합성피혁은 원단에 수지를 코팅하여 스킨(표피)층을 구성함 으로서 제조되며 스킨(skin)층을 구성하는 수지에는 유연성, 형태안정성, 일광견뢰도, 층간접착력이 우수하여 천연피혁과 같은 느낌을 줄 수 있는 폴리우레탄 수지를 주로 사용한다[5].
	스킨(skin)층을 구성하는 수지에 폴리우레탄 수지를 주로 사용하는 이유는?	신발의 부품 중 갑피(upper)에 주로 사용되는 합성피혁은 원단에 수지를 코팅하여 스킨(표피)층을 구성함 으로서 제조되며 스킨(skin)층을 구성하는 수지에는 유연성, 형태안정성, 일광견뢰도, 층간접착력이 우수하여 천연피혁과 같은 느낌을 줄 수 있는 폴리우레탄 수지를 주로 사용한다[5].
	수성 폴리우레탄 수지에 무기 첨가제를 적용하여 수지의 열적, 기계적 특성을 향상시킨 연구들의 한계점은?	하지만, 이 연구들은 수지의 상용성, 분산성, 안정성에 대한 문제가 야기되며, 접착력의 향상에는 효과가 미비하여 선처리제(primer) 공정의 생략을 위한 합성피혁 스킨(skin)수지에는 적용하는데 한계가 있다.

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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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