[논문]친환경 경화제 MBDA를 사용한 바닥용 폴리우레탄 제조에 대한 연구

이상원; 정동운

doi:10.5012/jkcs.2019.63.6.411

친환경 경화제 MBDA를 사용한 바닥용 폴리우레탄 제조에 대한 연구
A Study on the Preparation of Polyurethane Floor Coating Material with Eco-friendly Curing Agent MBDA 원문보기

대한화학회지 = Journal of the Korean Chemical Society, v.63 no.6, 2019년, pp.411 - 414

이상원 (원광대학교 공과대학 화학공학과) , 정동운 (원광대학교 공과대학 화학공학과)

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주제어

표/그림 (7)

그림 Figure 1. MOCA.
그림 Scheme 1. The preparation of MBDA from diethylaniline.
그림 Figure 2. Solid state MBDA (left) and liquid phase SMO-880 (right).
그림 Figure 4. Proton-NMR spectrum of MBDA.
그림 Figure 3. IR spectrum of MBDA.
그림 Figure 5. Polyurethane floor coating material prepared by using SMO-880 curing agent.
표 Table 1. The reactivity in curing reaction when MOCA and SMO-880 were used as curing agents

AI 본문요약
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문제 정의

HQEE 역시 경제적인 측면과 제품자체의 흡습성에 인하여 습기와 불순물의 오염에 취약하며, 분말의 형태이기 때문에 사용상의 불편을 가지며 빛(UV)에 민감하여 갈변한다는 단점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 기존에 상용되는 제품들의 모든 단점들을 고려하여 융점을 낮추어 상온에서 편리하게 사용할 수 있고, 최종 생성물인 폴리우레탄 탄성체의 기계적 물성을 저해하지 않으며, 경제적인 측면에서도 시장 경쟁성을 가지는 친환경 제품의 합성기술을 개발하고 이를 경화제로 이용한 폴리우레탄 제품을 개발할 것이다. 개발 될 경화제인 MBDA[4,4-methylene bis-(2,6-diethylaniline)]는 상온에서 고체이나 액상화 과정을 거쳐 실제 적용시에는 액상이기 때문에 MOCA와는 달리 폴리우레탄 탄성체 제조공정에서 수송문제나 용융공정등을 고려하지 않아도 되므로 사용상의 많은 이점이 있다.

제안 방법

SMO-880을 사용하여 폴리우레탄을 제조할 때 경화되는 과정에서 가사시간(pot life), 경화시간, 그리고 경화도를 분석하였다. 생성된 폴리우레탄의 물성은 지금까지 사용되었던 MOCA를 경화제로 사용하여 제조한 폴리우레탄 시료와 비교하였다.
이러한 공정상의 이점은 상온 고상의 MOCA의 경우에 발생할 수 있는 반응물 혼합 시 또는 자동화된 metering 장비에서의 고체화와연관된 문제를 해결할 뿐 아니라 실온에서 공정이 이루어지므로 공정비용을 절감할 수 있는 추가적인 장점이 있으며 또한 가장 중요한 독성 문제를 해결할 수 있다. 본연구에서는 MBDA를 합성하고 이를 실제 공정에 편리하게 사용할 수 있도록 상온에서 액상화하는 과정을 진행했으며 액상화된 MBDA를 사용하여 폴리우레탄을 제조할 때 기존의 MOCA를 사용했을 때와 마찬가지의 반응성, 경화시간, 그리고 최종적으로 적당한 경도를 가지는 가를 시험하였다. MBDA를 합성하기 위해서 출발물질로 diethylaniline과 formaldehyde를 사용하였는데 이들의 반응식을 아래의 Scheme 1에 나타냈다.
SMO-880을 사용하여 폴리우레탄을 제조할 때 경화되는 과정에서 가사시간(pot life), 경화시간, 그리고 경화도를 분석하였다. 생성된 폴리우레탄의 물성은 지금까지 사용되었던 MOCA를 경화제로 사용하여 제조한 폴리우레탄 시료와 비교하였다.

대상 데이터

제조된 액상의 SMO-880을 폴리우레탄 제조과정 중 중합과정에서 이소시아네이트, 폴리올과 혼합한 후 바닥용 폴리우레탄을 제조하였으며 그 생성물을 Fig. 5에 나타냈다.

성능/효과

IR 분석자료에서 Cl의 peak이 사라지고 2950-3050 cm −1 사이에서 벤젠 링에 결합된 alkyl peak가 나타나 염소원자가 alkyl group으로 치환되었음을 확인할 수 있었다.
또한 proton-NMR 데이터에서는 benzene ring에 직접 결합된 4개의 proton이 6.8 ppm에서 나타나 있으며 ethyl기의 CH 3에 결합된 12개의 proton들은 1.2 ppm에서 나타나며 이들의 peak 크기로부터 구한 abundance 비율이 1.83과 5.79로 거의 1:3의 intensity를 확인할 수 있었으며 ethyl group의 CH2 에 결합되어 있는 8개의 proton들은 2.5 ppm에서 3.73의 크기로 나타나 확실하게 MBDA가 합성되었음을 확인할 수 있었다.
73의 크기로 나타나 확실하게 MBDA가 합성되었음을 확인할 수 있었다. 이러한 IR과 proton-NMR 결과를 바탕으로 MBDA가 성공적으로 합성되었음을 확인하였다.
Table 1에서 나타난 바와 같이 친환경 SMO-880 경화제를 사용하여 폴리우레탄을 제조하는 경우 기존의 MOCA를사용했을 때와 비교하여 pot life, 경화시간, 그리고 경화 후 경화도에서 거의 차이가 없었다. 이러한 결과로부터 독성의 문제가 대두된 MOCA를 대체하여 독성이 거의 없는 새로운 경화제를 사용한 폴리우레탄 탄성체의 제조가 가능하다는 것을 뜻하며 또한 경화공정에서 고체 상태의 경화제를 용융시켜야 하는 공정이 더 이상 필요하지 않아 에너지 비용과 공정시간을 감소시킬 수 있다는 것을 알 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	본 논문에서 개발되는 경화제인 MBDA[4,4-methylene bis-(2,6-diethylaniline)]의 기대할 수 있는 장점은 무엇인가?	개발 될 경화제인 MBDA[4,4-methylene bis-(2,6-diethylaniline)]는 상온에서 고체이나 액상화 과정을 거쳐 실제 적용시에는 액상이기 때문에 MOCA와는 달리 폴리우레탄 탄성체 제조공정에서 수송문제나 용융공정등을 고려하지 않아도 되므로 사용상의 많은 이점이 있다. 이러한 공정상의 이점은 상온 고상의 MOCA의 경우에 발생할 수 있는 반응물 혼합 시 또는 자동화된 metering 장비에서의 고체화와 연관된 문제를 해결할 뿐 아니라 실온에서 공정이 이루어지므로 공정비용을 절감할 수 있는 추가적인 장점이 있으며 또한 가장 중요한 독성 문제를 해결할 수 있다. 본 연구에서는 MBDA를 합성하고 이를 실제 공정에 편리하게 사용할 수 있도록 상온에서 액상화하는 과정을 진행했으며 액상화된 MBDA를 사용하여 폴리우레탄을 제조할 때 기존의 MOCA를 사용했을 때와 마찬가지의 반응성, 경화시간, 그리고 최종적으로 적당한 경도를 가지는 가를 시험하였다.
	현재 범용으로 사용되고 있는 MOCA의 단점은 무엇인가?	그러나 현재 범용으로 사용되고 있는 MOCA는 상온에서 고체로 존재하므로 실제 사용 시에는 110 oC 이상에서 용융하여야 하는 문제가 있고, 자동화 성형공정에서는 분배라인을 지속적으로 가열하여 고형화되는 것을 방지해야 하는 불편함이 있다. 특히 MOCA는 구조적으로 분자당 2개의 염소원자가 붙어 있기 때문에 과열되어 200 oC 이상 이면분해되어극히유해한포스겐과 HCl을생성하기때문에 강력한 발암물질로 규정되어 EPA(environmental protection agency)에서는 가장 독성이 큰 물질 중의 하나로 분류하고 있다.
	폴리우레탄은 무엇인가?	폴리우레탄은 폴리올(polyol)을 주성분으로 하는 연질부(soft segment)와 이소시아네이트(isocyanate)와 저분자의 디올(diol) 또는 디아민(diamine)의 사슬연장제로 구성된 경질부(hard segment)로 이루어진 블록형 고분자이다. 1 폴리우레탄은 화학구조에 따라 물성의 변화가 다양하여, 탄성체에서 엔지니어링 플라스틱에 준하는 폭 넓은 물성을 지닌 소재로서 엘라스토머, 코팅제, 접착제 분야에서 산업적으로 널리 활용되고 있다.

참고문헌 (11)

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U. S. Environmental Protection Agency, Health Effects Assessment Summary Tables, FY 1997 Update. Office of Research and Development, Office of Emergency and Remedial Response, Washington, DC. ERA/540/R-97-036, 1997.
Article 37, 39 of the Industrial Safety and Health Law (2018. 10. 18)

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