KR102770230B1 - 친환경 폴리우레탄 수지 조성물의 제조방법 및 이의 용도 - Google Patents
친환경 폴리우레탄 수지 조성물의 제조방법 및 이의 용도 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 바이오 폴리올 기반 폴리우레탄 수지 조성물 및 이를 포함하는 제품에 관한 것으로, 친환경 기능성 소재를 적용한 제품을 제공하여 농업인의 농작업복 착용률 향상과 안전한 농작업을 수행하는데 기여할 수 있다.
Description
본 발명은 폴리우레탄 수지 조성물의 제조방법 및 이의 용도에 관한 것으로, 구체적으로 바이오 폴리올 기반 폴리우레탄 수지 조성물 및 이를 포함하는 제품에 관한 것이다.
농약 노출은 급성중독뿐만 아니라 장시간 노출시 폐암, 백혈병 등의 악성종양, 농부폐증 등의 호흡기질환, 생식기계질환, 우울증 및 파킨스병 등 신경계질환 등 건강상에 심각한 문제를 일으킬 수 있어 적극적인 인체 보호가 요구된다. 2010년에 실시한 우리나라 남성 농업인 표본조사 결과에 따르면, 급성농약중독 경험은 약 209,512명으로 추산되었으며, 이는 농업인 100명당 24.7% 발생한 것으로 보고된 바 있다.
이 같은 농약 사용으로 인한 유해물질 노출사고는 심각한 농작업재해로 인식하고 있으나, 농업인들은 부적절한 농약방제복을 착용하거나 착용하지 않은 채 농약살포 작업을 수행하고 있는 현실이다. 2020년 농업인의 농약방제복호구 착용 여부 조사 결과, 농약방제복 착용률은 하의 약 33.9%, 상의 약 33.7% 수준에 그치는 것으로 조사되었다.
그런데, 기존의 농약방제복의 경우 농약방제 기능성 미흡, 살포작업 시에 불편 등의 문제와 더불어 여름철 고온다습한 농작업 환경에서의 열스트레스로 인한 불쾌감으로 인하여 농약방제복 착용을 기피하는 것으로 조사되었다.
또한, 최근 시판되고 있는 농약방제복의 경우, 유해물질(예. 농약, 살충제 등)로부터 착용자를 보호하기 위하여 보호용 섬유제품 기반의 기능성 코팅 라미네이팅 원단 소재를 사용하여 유해물질 차단 및 침투저항 성능이 개선된 보호복을 제공하고 있으나 여전히 착용감 및 쾌적감 등의 문제를 해결하지 못한 한계점이 있다.
따라서 농업인의 농약노출 위험을 최소화하고, 농약방제 작업환경에 적합한 농약방제복 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 하나의 목적은 고온 내구성이 우수한 친환경 폴리우레탄 수지 조성물을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 하나의 목적은 투습 방수 성능이 우수하고, 인체 보호 성능과 농작업 쾌적성이 향상된, 폴리우레탄 수지 조성물을 포함하는 기능성 제품을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 기능성 폴리우레탄 수지 조성물이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제는 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 한편, 본 출원에서 개시된 각각의 설명 및 실시형태는 각각의 다른 설명 및 실시 형태에도 적용될 수 있다. 즉, 본 출원에서 개시된 다양한 요소들의 모든 조합이 본 출원의 범주에 속한다. 또한, 하기 기술된 구체적인 서술에 의하여 본 출원의 범주가 제한된다고 볼 수 없다.
상기 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 하기 단계를 포함하는 폴리우레탄 수지 조성물 제조방법을 제공한다:
용제에 바이오 폴리올, 유기 폴리올 및 쇄연장제를 첨가하고 반응시켜 혼합 용액을 제조하는 제1단계;
상기 혼합 용액에 디이소시아네이트를 첨가하고 반응시켜 폴리우레탄을 제조하는 제2단계;
상기 폴리우레탄에 점도제어제를 첨가하여 점도를 제어하는 제3단계; 및
상기 점도 제어된 폴리우레탄에 아이소프로필 알코올(isopropyl alcohol, IPA)을 첨가하여 폴리우레탄 수지 조성물을 제조하는 제4단계.
일 실시예에 따르면, 상기 바이오 폴리올은, 캐스터오일(castor oil)로부터 유도된 폴리올일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 유기 폴리올은 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol, PEG), 폴리카보네이트디올(polycarbonatediol, PCDL), 폴리테트라메틸렌글리콜(polytetramethylene glycol, PTMG), 폴리카프로락톤(polycaprolactone, PCL) 및 폴리프로필렌글리콜(polypropylene glycol, PPG)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 용제는 DMF(dimethylformamide)일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 점도제어제는 톨루엔(Toluene, TOL) 또는 메틸에틸케톤(Methylethylketone, MEK)일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제2단계에서, FT-IR을 이용하여 잔류 디이소시아네이트를 분석하여 반응 여부를 확인하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1단계에서, 상기 바이오 폴리올, 유기 폴리올, 쇄연장제는 바이오 폴리올, 유기 폴리올, 쇄연장제는 20 내지 35: 55 내지 65: 5 내지 10의 중량비로 포함될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1단계에서, 반응 온도 70 내지 80℃에서 혼합 용액을 제조할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 디이소시아네이트는, 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(methylene diphenyl diisocyanate, MDI), 이소프론 디이소시아네이트(isophoron diisocyanate, IPDI), 헥사메틸렌 디이소시아네이트(hexamethylene diisocyanate), 크실렌 디이소시아네이트(xylene diisocyanate), 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트(1,5-naphthalene diisocyanate), 2,4-톨루엔 디이소시아네이트(2,4-toluene diisocyanate) 및 2,6-톨루엔 디이소시아네이트(2,6-toluene diisocyanate)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 쇄연장제는, 피페라진(Piperazine), 에틸렌디아민(ethylene diamine, EDA) 및 디에틸렌트리아민(diethylenetri amine, DETA)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제조방법으로 제조되는 폴리우레탄 수지 조성물을 제공한다.
일 실시예에 따르면, 상기 폴리우레탄 수지 조성물로부터 제조된 폴리우레탄 수지는 탄성율(100% Modulus)이 35 내지 50 kgf/㎠, 인장강도(Tensile strength)가 500 내지 600 kgf/㎠, 연신율(Elongation)이 300 내지 400 %일 수 있다.
상기 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 폴리우레탄 수지 조성물을 포함하는 제품을 제공한다.
일 실시예에 따르면, 상기 상기 제품은, 방진복, 보호복, 방역복, 방제복, 장갑, 마스크, 및 방독면으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 폴리우레탄 수지 조성물은 외부 유해물질 유입 차단을 위한 발수성, 내수 성능과 동시에 내부의 땀을 외부로 배출할 수 있는 투습성, 고온다습한 환경에서의 착용성, 세탁 및 건조 시에 내구성이 우수하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리우레탄 수지 조성물을 포함하는 제품은 인체의 보호 성능의 발현과 동시에 쾌적성을 제공함으로써 농업인의 농작업복 착용률 향상과 안전한 농작업을 수행하는데 기여할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리우레탄 수지 조성물을 포함하는 제품은 농약 살포작업시 적합도가 높아, 작업 효율성 향상과 안전사고 사고를 예방함으로써 건강에 미치는 악영향을 줄이고 의료비 절감 및 건강하고 안전한 농작업 여건을 제공할 수 있다.
다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리우레탄 수지 조성물이 달성할 수 있는 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리우레탄 수지 조성물을 적용한 기능성 방제복을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리우레탄 수지 조성물을 적용한 기능성 방제복을 나타낸다.
본 명세서에 개시된 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 명세서에 개시된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 명세서에 개시된 기술은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에 개시된 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제 1, 제 2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
본 명세서 개시에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서 개시에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본 명세서 개시에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
또한, 이하에서 설명할 구성요소 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성요소가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성요소 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성요소에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다.
다양한 실시예에서 사용된 "제 1", "제 2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 용제에 바이오 폴리올, 유기 폴리올 및 쇄연장제를 첨가하고 반응시켜 혼합 용액을 제조하는 제1단계; 상기 혼합 용액에 디이소시아네이트를 첨가하고 반응시켜 폴리우레탄을 제조하는 제2단계; 상기 폴리우레탄에 점도제어제를 첨가하여 점도를 제어하는 제3단계; 및 상기 점도 제어된 폴리우레탄에 아이소프로필 알코올(isopropyl alcohol, IPA)을 첨가하여 폴리우레탄 수지 조성물을 제조하는 제4단계를 포함하는 폴리우레탄 수지 조성물 제조방법을 제공한다.
일 실시예에 따르면, 상기 폴리우레탄 수지 조성물 제조방법은, 상기 제3단계 이후에, 실리카 계열 첨가제를 첨가하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 실리카 계열 첨가제를 첨가함으로써, 필름 제조 시 친수성 개선과 동시에 매트(matt)한 표면을 형성할 수 있는 장점이 있다. 예시적으로, 5 내지 10㎛ 입도의 실리카(SiO2) 입자를 1 내지 3 중량%로 첨가할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 폴리우레탄 수지 조성물은 폴리올 성분으로서 바이오 폴리올을 포함하며, 이를 통해 보다 친환경적이고 인체 무해한 폴리우레탄 수지 조성물의 구현이 가능하다. 상기 바이오 폴리올은 캐스터오일(castor oil), 두유(soybean oil), 팜유(palm oil), 유채유(rapeseed oil) 또는 해바라기유(sunfloweroil) 등의 식물성 오일로부터 개질된 폴리올일 수 있으며, 바람직하게는 캐스터오일(castor oil)로부터 유도된 폴리올일 수 있다. 캐스터 오일 기반 폴리올을 활용하여 바이오 폴리우레탄을 제조할 경우 고온내구성이 더 우수하며, 필름 제조 및 라미네이팅 가공 시 투습도가 우수하여 다양한 용도 활용에 용이하다.
일반적으로 식물성오일은 트리아실글리세롤(triacylglycerol, glyceride) 구조로 글리세롤구조를 주쇄로 하고 있으며, 카복실산으로 유도되는 각종 지방산에 다중 수산기를 포함하는 측쇄 구조를 가지고 있는데, 상기와 같은 식물성 오일을 에폭시화 반응시키고, 폴리올로 합성시켜 바이오 폴리올로 제조할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 바이오 폴리올은 상기 혼합 용액 중 20 내지 35 중량%로 포함될 수 있다. 만일 바이오 폴리올이 폴리올 전체 함량에서 20 중량% 미만으로 포함되는 경우 유연성 저하, 내구성 저하의 문제점이 있고, 35 중량%를 초과할 경우, 혼합 용액의 점도 등 목적하는 물성의 구현이 어려운 문제점이 있을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 유기 폴리올은 통상의 폴리우레탄에 포함되는 2개 이상의 하이드록시기를 포함하는 유기 폴리올을 제한없이 사용할 수 있으며, 예시적으로, 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol, PEG), 폴리카보네이트디올(polycarbonatediol, PCDL), 폴리테트라메틸렌글리콜(polytetramethylene glycol, PTMG), 폴리카프로락톤(polycaprolactone, PCL) 및 폴리프로필렌글리콜(polypropylene glycol, PPG) 등을 사용할 수 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 유기 폴리올은 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol, PEG) 및 폴리카보네이트디올(polycarbonatediol, PCDL)을 1:1의 비율로 혼합하여 사용할 수 있다. 이 경우, 폴리에틸렌글리콜을 포함함으로써 폴리우레탄 수지 조성물의 투습도를 더욱 향상시킬 수 있고, 폴리카보네이트디올을 포함함으로써 폴리우레탄 수지 조성물의 내열성을 더욱 향상시킬 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 용제는 용해성, 상용성, 안정성, 독성 등을 고려하여 선택하고, 또한 폴리우레탄 수지 제조의 작업성 및 건조속도를 조절할 수 있는 물질을 사용할 수 있으며, 예시적으로, DMF(dimethylformamide), 메틸에틸케톤(Methylethylketone, MEK), 아세톤, 부틸아세테이트, 에틸아세테이트, 클로로포름 및 톨루엔(Toluene, TOL) 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 폴리우레탄에 대한 용해력이 큰 DMF(dimethylformamide)를 사용할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1단계에서, 반응 온도 70 내지 80℃에서 바이오 폴리올, 유기 폴리올, 쇄연장제는 20 내지 35: 55 내지 65: 5 내지 10의 중량비로 포함될 수 있다. 바람직하게는 바이오 폴리올 25%, 유기 폴리올 60%, 쇄연장제 5% 중량비로 투입한 뒤 반응 온도 약 80℃로 승온시켜 반응을 유지하고 용액을 용해시켜 혼합 용액을 제조할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 디이소시아네이트는, 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(methylene diphenyl diisocyanate, MDI), 이소프론 디이소시아네이트(isophoron diisocyanate, IPDI), 헥사메틸렌 디이소시아네이트(hexamethylene diisocyanate), 크실렌 디이소시아네이트(xylene diisocyanate), 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트(1,5-naphthalene diisocyanate), 2,4-톨루엔 디이소시아네이트(2,4-toluene diisocyanate), 2,6-톨루엔 디이소시아네이트(2,6-toluene diisocyanate) 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(methylene diphenyl diisocyanate, MDI)를 사용할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 폴리우레탄 제조 시 점도 조절을 위해 점도제어제가 첨가될 수 있다. 폴리우레탄 수지의 원액은 점도가 높기 때문에 이의 용도에 따라 적절한 점도제어제를 첨가하여 희석하여 사용할 수 있다. 폴리우레탄의 점도가 높으면 추후 가공 시 단위면적당 중량이 높아지게 되므로 적정 점도를 유지해야 한다. 상기 점도제어제는 메틸에틸케톤(Methylethylketone, MEK), 톨루엔(Toluene, TOL), DMF(dimethylformamide), 아이소프로필 알코올(isopropyl alcohol, IPA), THF(tetrahydrofuran), 아세톤, 부틸아세테이트, 에틸아세테이트, 클로로포름 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 폴리우레탄 수지를 적용한 제품의 피막 형성과 투습 방수성을 우수하게 하는 톨루엔(Toluene, TOL) 또는 메틸에틸케톤(Methylethylketone, MEK)을 사용할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 폴리우레탄 제조 시 FT-IR을 이용하여 잔류 디이소시아네이트(NCO 그룹)를 분석하여 반응 여부를 확인할 수 있다. 제조된 폴리우레탄에서 우레탄 결합상태를 FT-IR를 통해 확인하여, NCO/OH의 비율에 따라 쇄연장제 및/또는 점도제어제의 양을 조절할 수 있다. 폴리올/이소시아네이트/쇄연장제의 비율은 합성설계과정에서 정해지며, 미반응 NCO가 많이 남을 경우 반응을 종결시키고, 원료 비율을 다르게 설계하여 처음부터 다시 반응을 시키게 된다. 이 과정에서 쇄연장제의 투입량을 줄이거나 늘일 수 있다. 용제는 반응성과 적정 점도 범위를 위해 고형분 30%, 용제 70%의 중량비로 사용할 수 있다.
예시적으로, 상기 혼합 용액에 디이소시아네이트를 첨가하여 반응을 진행시키고, 100,000cP 이상으로 점도 상승시 톨루엔을 첨가하여 점도를 제어할 수 있다. 또한, 반응 진행시 FT-IR을 이용하여 잔류 디이소시아네이트(NCO 그룹)를 정성적으로 분석하여 반응 여부를 확인하고, 잔류 디이소시아네이트를 더 첨가하여 반응을 진행시켜 적정 점도에 도달할 무렵 메틸에틸케톤을 첨가하여 점도를 최종적으로 조절함과 동시에 반응을 종결시키기 위하여 아이소프로필 알코올을 첨가하여 반응을 종결할 수 있다.
또 다른 예시적으로, 합성 공정에서 폴리우레탄 수지의 반응속도와 합성 완료된 고분자의 분자량 조절을 위해 이소시아네이트 첨가를 단계적으로 진행할 수 있다. 폴리올(-OH)+쇄연장제/디이소시아네이트(-NCO)의 적정 비율은 0.9 내지 1.1일 수 있고, 상기 비율 범위를 벗어날 경우 합성 반응이 조기 종결될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 쇄연장제는, 피페라진(Piperazine), 에틸렌디아민(ethylene diamine, EDA), 디에틸렌트리아민(diethylenetri amine, DETA) 등을 사용할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제조방법으로 제조되는 폴리우레탄 수지 조성물을 제공한다. 상기 폴리우레탄 수지 조성물은 기존 석유계 폴리우레탄 수지와 비교하여, 인체에 무해하고, 친환경적임과 동시에 인장강도, 연신율이 현저히 높아 내구성이 우수하고, 열분해 온도, 유리전이 온도가 현저히 높아 내열성이 우수한 장점이 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 폴리우레탄 수지 조성물로부터 제조된 폴리우레탄 수지는 탄성율(100% Modulus)이 35 내지 50 kgf/㎠, 인장강도(Tensile strength)가 500 내지 600 kgf/㎠, 연신율(Elongation)이 300 내지 400 %일 수 있다. 예시적으로, 상기 폴리우레탄 수지 조성물로부터 제조된 폴리우레탄 수지는 탄성율(100% Modulus)이 약 41 kgf/㎠, 인장강도(Tensile strength)가 약 540 kgf/㎠, 연신율(Elongation)이 약 321 %일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 폴리우레탄 수지 조성물을 포함하는 제품을 제공한다. 상기 제품은, 예시적으로, 방진복, 보호복, 방역복, 방제복, 장갑, 마스크, 방독면 등과 같은 의류, 섬유, 필름, 매트, 패치 등일 수 있다. 예를 들어, 상기 의류는, 전체 또는 일부에 상기 조성물이 코팅되거나 또는 상기 제품의 일부에 패치가 부착되는 형태로 제공될 수 있다.
상기 제품은 바이오매스 함량을 높인 폴리우레탄 수지의 적용으로 기존 영농 작업복 대비 우수한 경량성, 동등 수준의 보호성능 발현 가능할 수 있다. 또한, 기존의 방제복 대비 보호성능을 극대화함과 동시에 쾌적성 개선이 가능하다. 따라서, 상기 제품은 농업인의 농약 노출 사고를 예방함으로써 농작업복 착용률 향상 및 작업 효율성 향상을 통한 안전한 농작업 여건 제공에 기여할 수 있다.
이하, 실시예를 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 아래의 실시예는 예시적인 목적일 뿐, 본 발명의 범주 및 기술사상의 범위내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 통상의 기술자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 또는 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
(실시예)
폴리우레탄 수지 조성물의 제조
[반응식 1]
상기 반응식 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리우레탄 수지 조성물의 합성을 개략적으로 나타낸다.
구체적으로, 캐스터오일(castor oil)로부터 유도된 바이오 폴리올, 투습도 향상을 위한 PEG, 내열성 향상을 위한 PCDL(polycarbonatediol)을 사용하고, 바이오 폴리올 25%, PEG 30%, PCDL 30%, 쇄연장제 5% 중량비로 투입한 뒤 용제인 DMF(dimethylformamide)를 첨가하여 반응온도 80℃로 승온시켜 반응 유지 및 용액을 용해시켰다. 그런 다음 Diisocyanate[MDI (4,4-diphenylmethane diisocyanate)]를 10% 중량비로 투입하여 90분간 70~90℃를 유지하면서 반응 진행하고, 점도 상승시 용제인 TOL(toluene)을 첨가하여 점도를 제어하였다. 반응 진행시 FT-IR(Agilent社, CARY 630)을 이용하여 잔류 Diisocyanate (NCO 그룹)를 정성적으로 분석하여 반응성의 유무를 확인하였다. 반응성이 양호한 경우 Diisocyanate의 이소시아네이트기(-NCO)와 폴리올의 수산기(-OH)가 반응하여 우레탄 결합을 형성하며, 반응성이 떨어질 경우 반응되지 못한 이소시아네이트기가 검출된다.
그런 다음, 잔류 Diisocyanate를 투입하여 반응을 더 진행시켜 적정 점도인 약 30,000~100,000CPS/25℃에 도달할 무렵, 고형분 함량이 25 내지 35 중량% 사이가 될 수 있도록 용제 DMF, Toluene, MEK의 양을 조절하면서 첨가하여 점도를 최종적으로 조절함과 동시에 반응을 종결시키기 위하여 IPA(isopropyl alcohol)를 투입시켜 반응을 종결하여 폴리우레탄 수지 조성물을 제조하였다.
(실험예)
1. 물리·화학적 특성 비교
기존의 석유계 폴리우레탄 수지(비교예: 국내 V社 제품) 및 상기 실시예 1에서 제조한 폴리우레탄 수지의 물리·화학적 특성을 비교하여 아래 표 1에 나타내었다.
| 시험 항목 | 단위 | 비교예 | 실시예 1 | 평가방법 | |
| 인장강도 | N/㎜2 | 8.1 | 8.0 | ASTM D 882 | |
| 연신율 | % | 8.7 | 11.1 | ASTM D 882 | |
| 열분해 온도 | ℃ | 9.4 | 15.3 | TGA 기기분석 | |
| 유리전이 온도 | ℃ | 7.9 | 8.2 | KS M ISO 11357 | |
| 접촉각 | Degree | 89 | 83 | KS L 2110 | |
| 비팽윤성 | - | 팽윤 | 비팽윤 | 육안 판정 | |
| 유기주석화합물 [TBT (Tributyltin)] |
㎎/㎏ | 0.5 미만 기준: 1.0 이하 |
0.5 미만 기준: 1.0 이하 |
KS K 0737 | |
| 4대 중금속 함량 | Cd | ㎎/㎏ | 5 미만 | 5 미만 | EPA 3052/EPA 3060 |
| Pb | 10 미만 | 10 미만 | |||
| Cr+6 | 4.8 | 1 미만 | |||
| Hg | 1 미만 | 1 미만 | |||
| 바이오 탄소 함량 | % | 없음 | 27%/44% | ASTM D 6866 | |
상기 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리우레탄 수지는 기존의 폴리우레탄 수지와 비교하여 고온 내구성 등 물성이 우수하고 인체에 무해하며, 친환경적임을 알 수 있다.
이상, 본 명세서에 개시된 기술을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시예들에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형 및 변경이 가능하다.
Claims (12)
- 폴리우레탄 수지 조성물 제조방법으로서,
용제에 바이오 폴리올, 유기 폴리올 및 쇄연장제를 첨가하여 혼합 용액을 제조하는 제1단계;
상기 혼합 용액에 디이소시아네이트를 첨가하고 반응시켜 폴리우레탄을 제조하는 제2단계;
상기 폴리우레탄에 점도제어제를 첨가하여 점도를 제어하는 제3단계; 및
상기 점도 제어된 폴리우레탄에 아이소프로필 알코올(isopropyl alcohol, IPA)을 첨가하여 폴리우레탄 수지 조성물을 제조하는 제4단계를 포함하고,
상기 바이오 폴리올은, 캐스터오일(castor oil)로부터 유도된 폴리올이고,
상기 유기 폴리올은 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol, PEG) 및 폴리카보네이트디올(polycarbonatediol, PCDL)이고,
상기 용제는 DMF(dimethylformamide)이고,
상기 점도제어제는 톨루엔(Toluene, TOL) 또는 메틸에틸케톤(Methylethylketone, MEK)이고,
상기 제1단계에서, 바이오 폴리올, 유기 폴리올 및 쇄연장제는 20 내지 35: 55 내지 65: 5 내지 10의 중량비로 포함되는, 폴리우레탄 수지 조성물 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제2단계에서, FT-IR을 이용하여 잔류 디이소시아네이트를 분석하여 반응 여부를 확인하는 단계를 더 포함하는, 폴리우레탄 수지 조성물 제조방법. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제1단계에서, 온도 70 내지 80℃에서 혼합 용액을 제조하는, 폴리우레탄 수지 조성물 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 디이소시아네이트는, 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(methylene diphenyl diisocyanate, MDI), 이소프론 디이소시아네이트(isophoron diisocyanate, IPDI), 헥사메틸렌 디이소시아네이트(hexamethylene diisocyanate), 크실렌 디이소시아네이트(xylene diisocyanate), 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트(1,5-naphthalene diisocyanate), 2,4-톨루엔 디이소시아네이트(2,4-toluene diisocyanate) 및 2,6-톨루엔 디이소시아네이트(2,6-toluene diisocyanate)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인, 폴리우레탄 수지 조성물 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 쇄연장제는, 피페라진(Piperazine), 에틸렌디아민(ethylene diamine, EDA) 및 디에틸렌트리아민(diethylenetri amine, DETA)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인, 폴리우레탄 수지 조성물 제조방법. - 제1항, 제2항 및 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조되는 폴리우레탄 수지 조성물.
- 제7항의 폴리우레탄 수지 조성물로부터 제조된 폴리우레탄 수지로서,
상기 폴리우레탄 수지는 탄성율(100% Modulus)이 35 내지 50 kgf/㎠인, 폴리우레탄 수지. - 제7항의 폴리우레탄 수지 조성물로부터 제조된 폴리우레탄 수지로서,
상기 폴리우레탄 수지는 인장강도(Tensile strength)가 500 내지 600 kgf/㎠인, 폴리우레탄 수지. - 제7항의 폴리우레탄 수지 조성물로부터 제조된 폴리우레탄 수지로서,
상기 폴리우레탄 수지는 연신율(Elongation)이 300 내지 400 %인, 폴리우레탄 수지. - 제 7 항의 폴리우레탄 수지 조성물을 포함하는 제품.
- 제 11 항에 있어서,
상기 제품은, 방진복, 보호복, 방역복, 방제복, 장갑, 마스크, 및 방독면으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것인, 제품.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210140967A KR102770230B1 (ko) | 2021-10-21 | 2021-10-21 | 친환경 폴리우레탄 수지 조성물의 제조방법 및 이의 용도 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210140967A KR102770230B1 (ko) | 2021-10-21 | 2021-10-21 | 친환경 폴리우레탄 수지 조성물의 제조방법 및 이의 용도 |
Publications (2)
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