[논문]실리콘의 특성 이해와 합성피혁 코팅제로서의 적합성

김수홍; 백두현

doi:10.5764/tcf.2023.35.1.42

실리콘의 특성 이해와 합성피혁 코팅제로서의 적합성
Properties of Silicone and its Suitability as a Synthetic Leather Coating Agent 원문보기

韓國染色加工學會誌 = Textile coloration and finishing, v.35 no.1, 2023년, pp.42 - 65

김수홍 (충남대학교 유기응용재료공학과) , 백두현 (충남대학교 유기응용재료공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Leather is widely used in human lives and many industries, and the market size continues to grow. In terms of quality and durability, natural leather is still being used as the most luxurious product. And synthetic leather, made of polyvinyl chloride (PVC) and polyurethane (PU), were developed and being widely have been used as alternative materials for natural leather. Processes, properties and issues of these leather were reviewed. Then silicone leather was reviewed why they can be good candidates for leather. Properties of general silicone polymers and silicone rubber coating agents were reviewed such as eco-friendliness, human-friendliness, stain resistances, resistance to uv light and ozone, heat stability and so on. Papers and patents related to silicone leather were studied to understand current status of development and commercialization of silicone leather. Finally direction of development was described how to improve deficient performances of current silicone leather, such as formulation of silicone, combination with organic materials and manufacturing processes.

주제어

표/그림 (27)

그림 Figure 1. Structure of natural leather; Full grain, top grain and genuine leather.
그림 Figure 2. Manufacturing process of natural leather.
그림 Figure 3. Synthesis of polyurethane.
그림 Figure 4. Wet process to produce polyurethane synthetic leather.
그림 Figure 5. Dry process to produce polyurethane synthetic leather.
그림 Figure 6. Calendaring process to produce polyurethane synthetic leather.
그림 Figure 7. The principle structure of A) natural leather and B) artificial leather. Leather still reflects the histological structure of skin with grain membrain (a), papillary layer (b), reticular layer (c), and hair channels (d). Artificial leather is composed of a topcoat (e), a compact layer (f), a foamed middle layer (g), and the textile support (h) (drawings by Enno Kluever, FILK).
그림 Figure 8. (a) Silicon metal and (b) Silicon atom.
그림 Figure 9. Nomenclature of PDMS, M, T, Q and D.
표 Table 1. Key milestones in the development of silicone chemistry
그림 Figure 10. The basic steps in silicone polymer synthesis.
그림 Figure 11. Comparison of chemical bonding parameters.
그림 Figure 12. Typical low temperature DSC analysis of a silicone elastomer. The sample is super-cooled at 150°C (1: black/no curve), then heated from -150°C to 25°C (2: red curve). The following are detected: glass transition (Tg) at -127°C, cold crystallization at -98°C and melting (Tm) at -43°C. Afterwards, the sample is cooled down at a low cooling rate and reheated. A crystallization exothermal peak is observed during the cooling step (3: blue curve) and only a single melting endothermic peak during the second heating step (4: green curve)¹²⁾.
표 Table 2. Surface and interfacial tensions with water of PDMS and PMTFPS(polymethyltrifluoropropylsiloxane). Purified grade is for medical grade polymers
표 Table 3. Transport properties in permeation of pure gases through polymeric membranes at 28℃
표 Table 4. Dielectric constant of thermosetting rubbers
그림 Figure 13. Type of silicone rubber.
표 Table 5. Viscosity and approximate molecular of polydimethylsiloxane
그림 Figure 14. Hydrosilylation mechanism of silicone elastomer²³⁾.
그림 Figure 15. Network matrix of silicone elastomer that contains silica.
그림 Figure 16. Comparison of properties of various rubbers. Natural rubber is used as a reference.
표 Table 6. Properties of silicone rubber vs related performance of Si leather expected
그림 Figure 17. Comparison of high temperature operating life, chloroprene vs silicone rubber.
표 Table 7. Result of long-term outdoor exposure testing of various rubbers²⁴⁾
그림 Figure 18. Temperature range and various oils applicable to various rubbers. Aniline point: Minimum temperature at which equal volumes of aniline (C₆H₅NH₂) and lubricant oil are miscible. The lower aniline point, the greater swelling effect of the oil.
표 Table 8. Water vapor permeability of plastic films
그림 Figure 19. Manufacturing process of silicone leather.

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

PDMS의 공기투과성에 대해서 알아보았다.
하지만 바이오 기반 합성피혁과 실리콘을 이용한 합성피혁은 그 개발 역사가 오래되지 못하고, 개선할 사항들도 많고, 관련 기술도 많이 누적되지 않아서, 향후 개발 여지가 아주 많다고 본다. 그래서 실리콘(Silicon)과 Silicone의 특성 및 코팅제로 사용되는 실리콘 고무에 대해서 합성피혁의 코팅제로 적합할지에 대해서 알아보았다.
이를 위해 천연피혁에 대해 구조, 제조공법 및 특징에 대한 내용을 상세하게 살펴보고, 합성피혁인 PU Leather와 PVC Leather에 대해서는 간단하게 알아보았다. 그리고 실리콘의 일반적인 특성과 코팅제로 사용될 만한 실리콘 고무의 특성과 장단점들에 대해서 상세하게 알아보았다. 이후 현재 단계에서의 실리콘 합성피혁의 기술적인 부분과 시장 상황을 알아보고, 용도를 더 확대하기 위한 보완점 및 개발 방향에 대해서 기술하였다.
본 논문은 합성피혁용으로 실리콘의 적용 가능성 검토에 대한 내용이다. 피혁과 피혁 산업에 대해서 간단하게 알아보고 문제점들을 확인 후, 실리콘이 코팅제로서 대체 재료가 될 수 있는지 알아보았다.
실리콘 합성피혁의 현 상황에 대해서 더 상세히 알아보기 위하여 관련 특허와 논문을 찾아서 내용을 정리하였다.
그리고 실리콘의 일반적인 특성과 코팅제로 사용될 만한 실리콘 고무의 특성과 장단점들에 대해서 상세하게 알아보았다. 이후 현재 단계에서의 실리콘 합성피혁의 기술적인 부분과 시장 상황을 알아보고, 용도를 더 확대하기 위한 보완점 및 개발 방향에 대해서 기술하였다.
본 논문은 합성피혁용으로 실리콘의 적용 가능성 검토에 대한 내용이다. 피혁과 피혁 산업에 대해서 간단하게 알아보고 문제점들을 확인 후, 실리콘이 코팅제로서 대체 재료가 될 수 있는지 알아보았다. 이를 위해 천연피혁에 대해 구조, 제조공법 및 특징에 대한 내용을 상세하게 살펴보고, 합성피혁인 PU Leather와 PVC Leather에 대해서는 간단하게 알아보았다.

제안 방법

실리콘의 특성을 이해하기 위해서 먼저 분자 구조 특성들, 특히 원소 간 결합에너지, 원소 간 결합 길이 및 각도에 대해 알아보았다. 실리콘 폴리머는 원소 간 결합에너지가 강하고, 각도가 넓으며, 길이가 길다.
피혁과 피혁 산업에 대해서 간단하게 알아보고 문제점들을 확인 후, 실리콘이 코팅제로서 대체 재료가 될 수 있는지 알아보았다. 이를 위해 천연피혁에 대해 구조, 제조공법 및 특징에 대한 내용을 상세하게 살펴보고, 합성피혁인 PU Leather와 PVC Leather에 대해서는 간단하게 알아보았다. 그리고 실리콘의 일반적인 특성과 코팅제로 사용될 만한 실리콘 고무의 특성과 장단점들에 대해서 상세하게 알아보았다.
합성 피혁을 디자인하는 원리는 기계적 강도(인장 및 인열강도)를 강화하기 위해 지지원단을 사용하고, 부드러운 촉감과 투습방수 등의 기능을 위해 코팅층을 만들고, 최종적으로 표층에 광택과 외관을 고려하여 엠보싱과 표면 코팅제를 처리한다. 천연피혁을 완벽하게 모방하기는 어렵기 때문에 점차적으로 품질이 개선되어지고 있어서, 개발초기부터 현재까지의 전체 종류는 다양하다.

대상 데이터

실란디올의 축합반응을 통한 cyclomethicone과 polysiloxanediol(silanol)의 합성이다.

성능/효과

특히 친환경, 위생 등이 부각되고 있는 자동차 내장재로서, 친환경 실리콘 합성피혁의 품질 개선이 절실히 요구되고 있다. 따라서 현재 실리콘 합성피혁이 안고 있는 문제들을 개선 또는 해결한다면 용도 확대 및 사용량 증가는 충분히 가능하다.

후속연구

특허의 경우 주로 공정에 대한 내용이 주를 이루고 있고, 실리콘 배합에 대한 논문도 가교밀도 조절과 반응비 조절에 대해 간단히 연구한 결과가 대부분이다. 그래서 합성피혁에서 요구되는 물성, 성능과 현재 실리콘 합성피혁의 수준과 코팅제의 수준을 명확히 파악하여, 실리콘 원재료들, 배합, 코팅공정 등 관련 요소들을 모두 고려하여 깊이 있게 연구를 하여 시장 요구에 대응할 수 있는 기술 및 제품 개발이 필요하다.
둘째로 실리콘이 전기저항이 높아 공정에서 그리고 코팅 원단 자체에서 정전기 발생이 심하다는 것도 과제 중 하나이다. 실리콘 고무의 표면 저항이 1012-14인데 이를 109 이하로 낮추어 정전기 발생 문제를 해결해야 한다.
하지만 바이오 기반 합성피혁과 실리콘을 이용한 합성피혁은 그 개발 역사가 오래되지 못하고, 개선할 사항들도 많고, 관련 기술도 많이 누적되지 않아서, 향후 개발 여지가 아주 많다고 본다. 그래서 실리콘(Silicon)과 Silicone의 특성 및 코팅제로 사용되는 실리콘 고무에 대해서 합성피혁의 코팅제로 적합할지에 대해서 알아보았다.

참고문헌 (44)

P. Kesarwani, S. Jahan, and K. KesarwanI, A Review on Leather Processing, International Journal of Applied？Research, 1(9), 977(2015).
A. D. Covington and W. R. Wise, Current Trends in Leather？Science, Journal of Leather Science and Engineering, 2, 1(2020).

상세보기
Leather Goods Market Size, Share & Trends Analysis Report？By Type(Genuine Leather, Synthetic Leather, Vegan Leather), By Product, By Region, and Segment Forecasts, 2023-2030,？Report ID: GVR-3-68038-061-3.
https://www.libertyleathergoods.com/leather-tanning-process/,？2023.02.23.
M. Meyer, S. Dietrich, H. Schulz, and A. Mondschein,？Comparison of the Technical Performance of Leather,？Artificial Leather, and Trendy Alternatives, Coatings, 11(2),？226(2021).

상세보기
https://www.xtrm-bartape.com/msg/message-PU-SYNTHETIC-LEATHER-4.html, 2023.02.23.
https://www.coating.com.tw/en/news/detail/204.html, 2023.02.23.
S. Dixit, A. Yadav, P. D. Dwivedi, and M. Das, Toxic？Hazards of Leather Industry and Technologies to Combat？Threat: a Review, Journal of Cleaner Production, 87, 39(2015).

상세보기
R. Gupta and D. Dave, Biomaterial: A Sustainable？Alternative to Animal Leather and Synthetic Material, Annals？of the Romanian Society for Cell Biology, 25(6), 7317(2021).
https://en.wikipedia.org/wiki/Silicon, 2023.02.23.
https://www.priyamstudycentre.com/2021/02/silicon.html,？2023.02.23.
M. Andriot, S. H. Chao, A. Colas, S. E. Cray, F. de Buyl,？J. V. DeGroot, and A. Wolf, Silicones in Industrial？Applications, Inorganic Polymers, 61(2007).
A. Colas and C. Jim, Silicone Biomaterials: History and？Chemistry, Biomaterials Science: an Introduction to Materials？in Medicine, 2, 80(2004).
https://www.ptonline.com/articles/tracing-the-history-of-polymeric-materials-part-25----silicone, 2023.02.23.
J. A. O'Lenick, L. L. C. Siltech, and G. Dacula, Basic？Silicone Chemistry-a Review, Silicone Spectator, 1(2009).
D. T. Liles, The Fascinating World of Silicones and Their？Impact on Coatings, Proceedings of the 39th Annual？International Waterborne, High-Solids, and Powder Coatings？Symposium, DEStech Publications, Inc., New Orleans, LA,？p.44, 2012.
M. J. Owen, Silicone Surface Fundamentals, Macromolecular Rapid Communications, 42(5), 2000360(2021).

상세보기
P. Tremblay, M. M. Savard, J. Vermette, and R. Paquin,？Gas Permeability, Diffusivity and Solubility of Nitrogen,？Helium, Methane, Carbon Dioxide and Formaldehyde in？Dense Polymeric Membranes using a New On-line？Permeation Apparatus, Journal of Membrane Science, 282(1-2), 245(2006).
P. Mazurek, S. Vudayagiri, and A. L. Skov, How to Tailor？Flexible Silicone Elastomers with Mechanical Integrity: a Tutorial Review, Chemical Society Reviews, 48(6),？1448(2019).

상세보기
Z. Ahmad, Polymer Dielectric Materials, Dielectric Material,？IntechOpen, 2012.
S. Gunasekaran and J. U. L. I. E. Charles, Dielectric Studies on Some Industrially Important Rubber and Polymeric？Materials at Microwave Frequencies, Material Science？Research of India, 5(1), 161(2008).
E. Delebecq and F. Ganachaud, Looking Over Liquid？Silicone Rubbers (1): Network Topology vs Chemical？Formulations, ACS Applied Materials and Interfaces, 4(7),？3340(2012).

상세보기
R. Y. Lukin, A. M. Kuchkaev, A. V. Sukhov, G. E.？Bekmukhamedov, and D. G. Yakhvarov, Platinum-catalyzed？Hydrosilylation in Polymer Chemistry, Polymers, 12(10),？2174(2020).

상세보기
Shin-Etsu Silicone, Characteristic Properties of Silicone？Rubber Compounds, Shin-Etsu, 2012.
https://siliconedynamics.net/fabrication-methods-for-silicone-rubber/, 2023.02.24.
Z. Sun, J. Wen, J. Guan, H. Fan, J. Fang, Y. Chen, and Q.？Gao, Preparation, Mechanical and Thermal Properties of？Polydimethylsiloxane Coating for Synthetic Leathers, Journal？of Coatings Technology and Research, 1(2022).
https://www.sileather.com/sileather, 2023.02.24.
Ona, I.; Ozaki, M.; Inoue, N.; Ueno, K, J58171937(1983).
W.J.Jang, D.S.Lee, 1020020033481(2005).
D.W.Kwon, D.Y.Kim, Y.J.Lee, 1020060038916(2006).
K.C.Ko, E.M.Lee, D.Y.Jeong, 1020140127870(2014).
J.H.Song, 1020140173979(2014).
S.H.Kim, 1020150173195(2015).
Hung, S.T, Huang, P.C, Ming-Chih, K.A.O & Igarashi, M,？1020177018776(2018).
M.S.Cho, 1020190021858(2019).
D.W.Kwon, 1020210058481(2021).
W. Wang, H. Fan, L. Song, Z. Wang, H. Li, J. Xiang, and？X. Chen, Organosilicon Leather Coating Technology based on Carbon Peak Strategy, Journal of Leather Science and？Engineering, 4(1), 27(2022).

상세보기
J. Zhao, P. Yu, and S. Dong, The Influence of Crosslink？Density on the Failure Behavior in Amorphous Polymers by？Molecular Dynamics Simulations, Materials, 9(4), 234(2016).

상세보기
C. H. Lim, M. K. Kim, Y. C. Kim, N. C. Park, H. J. Song,？and Y. J. Park, Effects of Silicone Polymer Blends on Physical Properties of Dental Polyvinylsiloxane Impression？Materials, Elastomers and Composites, 44(1), 76(2009).
D. H. Ju, Y. H. Jeong, H. J. Song, C. N. Choi, and Y. J.？Park, Effects of the Variation of Silyl Hydride-to-Vinyl？Ratios in Dental Polyvinylsiloxane Impression Materials,？Elastomers and Composites, 44(2), 150(2009).
M. J. Wang, Effect of Fumed Silica Surface Area on Silicone Rubber Reinforcement, Kautsch, Gummi Kunstst, 61, 107(2008).

상세보기
Q. Han, L. Zhang, and Y. Wu, Enhanced Interfacial？Compatibility and Dynamic Fatigue Crack Propagation？Behavior of Natural Rubber/Silicone Rubber Composites,？Industrial and Engineering Chemistry Research, 59(35),？15624(2020).

상세보기
Q. Han, L. Zhang, and Y. Wu, Relationship between？Dynamic Fatigue Crack Propagation Properties and？Viscoelasticity of Natural Rubber/Silicone Rubber Composites,？RSC Advances, 9(51), 29813(2019).

상세보기
Y. Shao, Z. Han, G. Wang, and K. Niu, In situ Grafting？Coupling Agent on Polyester Fabric to Significantly Improve？the Interfacial Adhesion to Silicone Rubber, Colloids and？Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 629, 123784(2021).？

상세보기

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증