KR20170124140A - Preperation method of water-dispersible polyurethane prepolymer and polyurethane coating layer - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for preparing a polyurethane coating film by preparing CNSL-based polyol which is vegetable oil and synthesizing water-dispersable polyurethane prepolymer using the same. The polyol is manufactured by using diglycidyl ether based on cardanol obtained from CNSL which is vegetable oil. Then, a polyurethane coating film having improved physical properties is prepared by using water-dispersible prepolymer synthesized by using mixed polyol in which the prepared polyol and other diols are mixed at a proper ratio.

Description

천연 식물성 오일 유래 폴리올을 이용한 수분산성 프리폴리머와 폴리우레탄 도막의 제조방법{Preperation method of water-dispersible polyurethane prepolymer and polyurethane coating layer}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a water-dispersible prepolymer and a polyurethane coating film using a natural vegetable oil-derived polyol,

본 발명은 천연 식물성 오일 유래 폴리올과 이를 이용한 수분산 폴리우레탄을 합성하여 물성이 향상을 우레탄계 도막의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for producing a urethane-based coating film which improves physical properties by synthesizing polyurethane derived from natural vegetable oil and water-dispersed polyurethane using the same.

현재의 화학 산업에 고효율 산업 바이오 개념을 적용하여 보다 친환경적이며 에너지 소비가 적은 지속성장이 가능한 신개념의 그린화학 산업으로의 전환이 필요하게 되었다. 또한, 정부의 휘발성 유기화합물(VOCs) 환경규제에 대응하고, 화석원료를 대체할 수 있는 식물성 오일 기반 바이오매스 자원을 주원료로 사용한 친환경 중합반응공정이 필요한 시점이다.The application of the high-efficiency industrial biotechnology concept to the current chemical industry has made it necessary to switch to a green chemical industry that is more environmentally friendly and sustainable growth with less energy consumption. In addition, it is time to take an environmentally friendly polymerization process that uses vegetable oil-based biomass resources as a main raw material to cope with government regulations on volatile organic compounds (VOCs) and replace fossil raw materials.

CNSL(Cashew Nut Shell Liquid Oil)은 케슈 넛(Cashew Nut) 껍질에서 추출되는 액체(오일)이며, 주로 인디아, 브라질, 베트남, 탄자니아에서 연간 약 100만톤 규모로 생산되는 톤당 300불 정도의 저렴한 페놀계 바이오매스로 향후 전 세계적인 생산량이 수백만톤 규모로 증가하리라 예상되고 있다.Cashew Nut Shell Liquid Oil (CNSL) is a liquid (oil) extracted from the shell of Cashew Nut. It is a cheap phenol-based product produced in India, Brazil, Vietnam and Tanzania, Biomass is expected to increase global production to several million tons in the future.

CNSL에 포함된 화합물들은 카르다놀(cardanol), 아나카르드산(anacardic acid), 카르돌(cardol) 및 2-메틸 카르돌(2-methyl cardol)로 구성된 다양한 페놀계 물질의 혼합물로 이루어져 있고, 탄소수 15개의 포화치환기와 이중결합을 1 내지 3개 가지는 불포화 치환기를 가지고 있다. The compounds contained in the CNSL consist of a mixture of various phenolic materials consisting of cardanol, anacardic acid, cardol and 2-methyl cardol, 15 unsaturated substituents having 1 to 3 saturated substituents and double bonds.

잘 알려진 바이오매스인 트리글리세라이드 구조의 아마인유, 팜유, 동유, 해바라기유, 대두유는 사슬구조로 이루어져 있기 때문에 내약품성, 내구성, 항곰팡이 특성이 좋지 않다. 반면에, CNSL은 방향족 구조를 가지는 차이점이 있어서 그 활용 방안에 대해 연구가 진행되고 있다.The chemical, durability and antifungal properties of linseed oil, palm oil, tung oil, sunflower oil, and soybean oil in the well-known biomass triglyceride structure are poor. On the other hand, CNSL has an aromatic structure and its application is being studied.

폴리우레탄의 합성은 디이소시아네이트와 폴리올 그리고 쇄연장제의 반응으로 이루어지며 사용되는 원료에 따라 우수한 기계적 및 물리적 성질, 내화학성, 생체 적합성 등의 매우 넓은 범위의 특성을 발현할 수 있다. 그로 인해 섬유, 플라스틱, 목재 및 금속 재료의 코팅제나 도료, 접착제, 방수제 등의 많은 영역에 폭넓게 사용되고 있다. The synthesis of polyurethane is carried out by the reaction of a diisocyanate with a polyol and a chain extender, and can exhibit a wide range of properties such as excellent mechanical and physical properties, chemical resistance, and biocompatibility, depending on raw materials used. As a result, it is widely used in many fields such as coatings for paints, plastics, wood and metal materials, paints, adhesives, and waterproofing agents.

최근 환경에 대한 세계적인 관심이 증대되면서 사람의 건강과 환경에 대한 부정적인 영향을 주는 유기용제 사용에 규제를 받기 시작하였다. 이에 대한 방안으로 유기용제 사용에 따른 단점을 보완하고 환경을 오염시키지 않는 물질을 상요한 환경 친화적인 수분산 폴리우레탄에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.As global interest in the environment has increased recently, regulations on the use of organic solvents, which negatively affect human health and the environment, have begun to be regulated. As a solution to this problem, studies on environmentally friendly water-dispersed polyurethane, which is a material that does not pollute the environment and complements the disadvantages of the use of organic solvents, are actively being studied.

대부분의 폴리우레탄 제조에 사용되는 원료들이 소수성을 갖기 때문에 우레탄중합체는 열역학적으로 물과 혼화성이 낮으며, 중합체의 분자량이 증가할수록 혼화성이 더욱 나빠지는 경향을 나타낸다. 이에 폴리우레탄 주쇄에 양이온 또는 음이온을 가질 수 있도록 설계하면 물에 분산되어 환경 친화적인 수분산 폴리우레탄의 제조가 가능하게 된다.Since most of the raw materials used in the manufacture of polyurethane are hydrophobic, the urethane polymer is thermodynamically poorly miscible with water, and the miscibility tends to deteriorate as the molecular weight of the polymer increases. Accordingly, if it is designed to have a cation or an anion in the main chain of the polyurethane, water-dispersed polyurethane that is environmentally friendly can be produced by dispersing in water.

수분산 폴리우레탄은 소프트 세그먼트와 하드 세그먼트로 이루어져 있으며, 소프트 및 하드 세그먼트의 종류 및 비율을 조절하여 매우 다양한 구조와 특성을 나타낼 수 있는 것으로 알려져 있다. 일반적으로 유기용제 기반 폴리우레탄 코팅제에 비해 수분산 폴리우레탄은 기계적 물성이 열세이다. 유-무기 하이브리드 소재 기술은 고분자 재료가 갖는 가공성, 경량성, 내수성, 내화학성과 무기 재료의 내열성, 내마모성의 장점을 갖는 소재를 개발하는 것으로서, 최근 나노 기술과의 융합으로 많은 응용 분야에 적용되고 있다.The water-dispersed polyurethane is composed of a soft segment and a hard segment, which are known to exhibit a wide variety of structures and properties by controlling the type and proportion of soft and hard segments. Generally, water-dispersed polyurethane has poor mechanical properties compared with organic solvent-based polyurethane coatings. U-inorganic hybrid material technology is to develop materials that have the advantages of processability, light weight, water resistance, chemical resistance, heat resistance and wear resistance of polymer materials. Recently, it has been applied to many applications by fusion with nanotechnology have.

국내등록특허공보 제10-1205322호, 2012년 11월 27일 공고Korean Registered Patent No. 10-1205322, Nov. 27, 2012 Notice 국내공개특허공보 제10-2008-0053219호, 2008년 06월 12일 공고Korean Patent Laid-Open No. 10-2008-0053219, June 12, 2008 Announcement

본 발명의 목적은 천연 식물성 오일 유래 폴리올과 이를 이용한 수분산 폴리우레탄을 합성하여 물성이 향상을 우레탄계 도막의 제조방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a process for producing a urethane-based coating film which improves physical properties by synthesizing polyurethane derived from natural vegetable oil and water-dispersed polyurethane using the same.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리우레탄 도막의 제조방법은, 아래 화학식 3으로 표시되는 화합물을 포함하는 폴리올과 분자 내에 2 이상의 이소시아네이트기를 함유하는 이소시아네이트 화합물 및 분자 내에 이온성기 도입을 위한 아이오노머 화합물을 포함하는 혼합물을 반응시켜, 주쇄 또는 측쇄의 말단에 2 이상의 이소시아네이트기를 갖는 수분산성 우레탄 프리폴리머를 얻는 프리폴리머 제조단계; 그리고 상기 프리폴리머, 중화제 및 쇄연장제를 포함하는 도포액을 경화시켜 폴리우레탄 도막을 형성하는 도막형성단계;를 포함한다.In order to achieve the above object, a method for producing a polyurethane coating film according to an embodiment of the present invention comprises: reacting a polyol containing a compound represented by the following formula (3), an isocyanate compound containing two or more isocyanate groups in a molecule, Preparing a prepolymer by reacting a mixture containing an ionomer compound for introduction to obtain a water dispersible urethane prepolymer having two or more isocyanate groups at the ends of the main chain or side chains; And a coating film forming step of curing the coating liquid containing the prepolymer, neutralizing agent and chain extender to form a polyurethane coating film.

[화학식 3](3)

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 화학식 3에서, 상기, R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소, 하이드록시기, 탄소수 1 내지 5의 알킬기, 탄소수 1 내지 4의 하이드록시알킬기로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이다.Wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently selected from the group consisting of hydrogen, a hydroxyl group, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, and a hydroxyalkyl group having 1 to 4 carbon atoms .

상기 화학식 3으로 표시되는 화합물은, 아래 화학식 1로 표시되는 화합물과 하기 화학식 2-1, 하기 화학식 2-2 또는 이들 모두를 포함하는 아민 화합물을 40 내지 70 ℃에서 2 내지 6 시간 동안 반응시켜 제조될 수 있다.The compound represented by Formula 3 may be prepared by reacting a compound represented by Formula 1 below and an amine compound represented by Formula 2-1, Formula 2-2, or both at 40 to 70 ° C for 2 to 6 hours .

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure pat00002
Figure pat00002

[화학식 2-1][Formula 2-1]

Figure pat00003
Figure pat00003

[화학식 2-2][Formula 2-2]

Figure pat00004
Figure pat00004

상기 화학식 2-1에서 상기, R1 및 R2은 각각 독립적으로 수소, 하이드록시기, 탄소수 1 내지 5의 알킬기, 탄소수 1 내지 4의 하이드록시알킬기로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이고, 상기 화학식 2-2에서, 상기 R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소, 하이드록시기, 탄소수 1 내지 5의 알킬기, 탄소수 1 내지 4의 하이드록시알킬기로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이며, 상기 화학식 2-1와 상기 화학식 2-2는 서로 상이하다.Wherein R 1 and R 2 are each independently selected from the group consisting of hydrogen, a hydroxyl group, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, and a hydroxyalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, -2, R 3 and R 4 are each independently any one selected from the group consisting of hydrogen, a hydroxyl group, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, and a hydroxyalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, The above formula (2-2) is different from each other.

상기 화학식 3으로 표시되는 화합물은 아래 화학식 3-1, 화학식 3-2, 화학식 3-3 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.The compound represented by Formula 3 may be any one selected from the following Formulas 3-1, 3-2, 3-3, and combinations thereof.

[화학식 3-1][Formula 3-1]

Figure pat00005
Figure pat00005

[화학식 3-2][Formula 3-2]

Figure pat00006
Figure pat00006

[화학식 3-3][Formula 3-3]

Figure pat00007
Figure pat00007

상기 프리폴리머의 제조단계는 75 내지 95 ℃의 반응온도에서 진행될 수 있다.The preparation of the prepolymer may be carried out at a reaction temperature of 75 to 95 ° C.

상기 아이오노머와 상기 중화제는 1: 1: 0.5 내지 1.5의 몰비로 적용될 수 있다.The ionomer and the neutralizing agent may be applied in a molar ratio of 1: 1: 0.5 to 1.5.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 수분산성 우레탄 프리폴리머의 제조방법은 위의 화학식 3으로 표시되는 화합물을 포함하는 폴리올과 분자 내에 2 이상의 이소시아네이트기를 함유하는 이소시아네이트 화합물 및 분자 내에 이온성기 도입을 위한 아이오노머 화합물을 포함하는 혼합물을 반응시켜, 주쇄 또는 측쇄의 말단에 2 이상의 이소시아네이트기를 갖는 수분산성 우레탄 프리폴리머를 얻는 과정을 포함한다.The process for producing a water-dispersible urethane prepolymer according to another embodiment of the present invention comprises reacting a polyol containing the compound represented by the above formula (3), an isocyanate compound containing two or more isocyanate groups in the molecule, and an ionomer To obtain a water dispersible urethane prepolymer having two or more isocyanate groups at the ends of the main chain or side chain.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명의 발명자들은 상술한 문제를 해결하기 위하여 연구 노력한 결과, CNSL의 주성분 중 하나인 카르다놀(cardanol) 기반의 유기화합물과 알킬알콜아민을 반응시켜 다양한 개수의 -OH기를 갖는 CNSL 기반 폴리올을 제조하고, 제조된 폴리올을 사용하여 수분산 폴리우레탄 프리폴리머를 합성한 후 이를 활용한 폴리우레탄 코팅층을 형성하면 기존의 석유화학기반 폴리우레탄 코팅층보다 물성이 향상된 것을 확인하여 본 발명을 완성하였다.As a result of efforts to solve the above-mentioned problems, the inventors of the present invention have found that a CNSL-based polyol having various numbers of -OH groups is produced by reacting an organic compound based on cardanol, which is one of the main components of CNSL, with an alkyl alcohol amine Based polyurethane prepolymer was synthesized by using the polyol thus prepared, and then the polyurethane coating layer was formed using the polyurethane prepolymer.

본 발명의 일 실시예에 따른 수분산성 우레탄 프리폴리머의 제조방법은, 아래 화학식 3으로 표시되는 화합물을 포함하는 폴리올과 분자 내에 2 이상의 이소시아네이트기를 함유하는 이소시아네이트 화합물 및 분자 내에 이온성기 도입을 위한 아이오노머 화합물을 포함하는 혼합물을 반응시켜, 주쇄 또는 측쇄의 말단에 2 이상의 이소시아네이트기를 갖는 수분산성 우레탄 프리폴리머를 얻는 과정을 포함한다.A process for producing a water-dispersible urethane prepolymer according to an embodiment of the present invention is a process for producing a water-dispersible urethane prepolymer, which comprises reacting a polyol containing a compound represented by the following general formula (3), an isocyanate compound containing two or more isocyanate groups in a molecule and an ionomer compound To obtain a water dispersible urethane prepolymer having two or more isocyanate groups at the ends of the main chain or side chain.

[화학식 3](3)

Figure pat00008
Figure pat00008

상기 화학식 3에서, 상기 R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소, 하이드록시기, 탄소수 1 내지 5의 알킬기, 탄소수 1 내지 4의 하이드록시알킬기로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이다.In Formula 3, R 1 , R 2 , R 3, and R 4 are each independently selected from the group consisting of hydrogen, a hydroxyl group, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, and a hydroxyalkyl group having 1 to 4 carbon atoms.

아래 화학식 1로 표시되는 화합물과 하기 화학식 2-1, 하기 화학식 2-2 또는 이들 모두를 포함하는 아민 화합물을 40 내지 70 ℃에서 2 내지 6 시간 동안 반응시켜 제조되는 것일 수 있다.May be prepared by reacting a compound represented by the following formula (1) and an amine compound represented by the following formula (2-1), (2-2), or both at 40-70 ° C for 2 to 6 hours.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure pat00009
Figure pat00009

[화학식 2-1][Formula 2-1]

Figure pat00010
Figure pat00010

[화학식 2-2][Formula 2-2]

Figure pat00011
Figure pat00011

상기 화학식 2-1에서 상기, R1 및 R2은 각각 독립적으로 수소, 하이드록시기, 탄소수 1 내지 5의 알킬기, 탄소수 1 내지 4의 하이드록시알킬기로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이고, 상기 화학식 2-2에서, 상기 R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소, 하이드록시기, 탄소수 1 내지 5의 알킬기, 탄소수 1 내지 4의 하이드록시알킬기로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이며, 상기 화학식 2-1와 상기 화학식 2-2는 서로 상이하다.Wherein R 1 and R 2 are each independently selected from the group consisting of hydrogen, a hydroxyl group, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, and a hydroxyalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, -2, R 3 and R 4 are each independently any one selected from the group consisting of hydrogen, a hydroxyl group, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, and a hydroxyalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, The above formula (2-2) is different from each other.

상기 화학식 1로 표시되는 화합물은, 알케닐 페놀계 식물성 오일인 캐슈 넛 쉘 오일(Cashew Nut Shell Liquid Oil, CNSL)에 함유된 카르다놀(cardanol)성분에서 유래한 것일 수 있다. 상기 카르다놀은 아래 화학식 1-1로 표시되는 화합물로, 방향족 구조를 가지는 식물성 오일 유래 물질로, 페놀기의 -OH기와 메타 위치에 존재하는 불포화 알킬기의 존재로 다양한 기능화가 가능하다는 장점을 갖는다.The compound represented by Formula 1 may be derived from a cardanol component contained in Cashew Nut Shell Liquid Oil (CNSL), which is an alkenyl phenol-based vegetable oil. The cardanol is a compound represented by the following formula (1-1) and has an aromatic structure. It has an advantage that it can be variously functionalized by the presence of an -OH group of a phenol group and an unsaturated alkyl group at a meta position.

[화학식 1-1][Formula 1-1]

Figure pat00012
Figure pat00012

상기 화학식 1-1에서 n은 0, 2, 4, 또는 6이다.In Formula 1-1, n is 0, 2, 4, or 6.

상기 화학식 1-1의 화합물은 하기 화학식 1-2로 표시되는 화합물인 에피클로로하이드린(epichlorohydrin)과 반응하여 상기 화학식 1로 표시되는 화합물로 제조될 수 있다.The compound of Formula 1-1 may be prepared by reacting with epichlorohydrin, which is a compound represented by Formula 1-2.

[화학식 1-2][Formula 1-2]

Figure pat00013
Figure pat00013

상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 알킬아민, 디알킬아민, 알킬알콜아민, 및 디알콜아민으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 아민화합물과 반응하여 상기 화학식 3의 화합물로 제조될 수 있다.The compound represented by Formula 1 may be reacted with any one of amine compounds selected from the group consisting of alkyl amines, dialkyl amines, alkyl alcohol amines, and dialcohol amines to produce the compound of Formula 3.

구체적으로 상기 아민화합물로는, 위의 화학식 2-1 또는 화학식 2-2로 표시되는 화합물이 적용될 수 있으며, 더 구체적으로 디에탄올아민(diethanolamine), 디에틸아민(diethylamine), 2-메틸아미노에탄올(2-methylaminoethanol) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나가 적용될 수 있다.Specifically, as the amine compound, a compound represented by the above formula (2-1) or (2-2) may be applied, and more specifically, diethanolamine, diethylamine, 2-methylaminoethanol (2-methylaminoethanol), and combinations thereof.

상기 화학식 1로 표시되는 화합물과 상기 아민화합물은 1: 2 내지 2.5의 몰비로 혼합하여 40 내지 70 ℃의 반응온도에서 2 내지 6 시간 동안 반응을 유도하여 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 합성할 수 있다. 구체적으로, 상기 반응온도는 55 내지 65 ℃로 진행될 수 있다. 상기 반응온도가 40 ℃ 미만인 경우에는 합성반응이 느려서 생산성이 떨어질 수 있고, 70 ℃ 초과의 온도에서 반응을 진행할 경우 겔화 현상이 나타나 충분한 분산성을 확보하기 어려울 수 있다. 상기 반응온도를 55 내지 65 ℃의 범위로 조절하여 상기 반응을 진행하는 경우 보다 효율적인 반응 진행이 가능하다. 또한, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 1을 기준으로 상기 아민 화합물을 2 미만의 몰비로 적용하는 경우에는 반응 완료 후에도 에폭시 그룹이 남아있을 염려가 있고, 2.5 몰비 초과로 적용할 경우 약품의 불필요한 낭비가 있을 수 있다.The compound represented by Formula 1 and the amine compound are mixed in a molar ratio of 1: 2 to 2.5, and the reaction is induced at a reaction temperature of 40 to 70 ° C for 2 to 6 hours to synthesize the compound represented by Formula 3 have. Specifically, the reaction temperature may be 55 to 65 ° C. If the reaction temperature is lower than 40 ° C, the synthesis reaction may be slow and productivity may be deteriorated. When the reaction is carried out at a temperature higher than 70 ° C, gelation phenomenon may occur and it may be difficult to ensure sufficient dispersibility. When the reaction temperature is controlled in the range of 55 to 65 ° C, the reaction proceeds more efficiently. In addition, when the amine compound is applied at a molar ratio of less than 2 based on the compound 1 represented by the formula (1), the epoxy group may remain even after completion of the reaction. When the amine compound is used in an amount exceeding 2.5 mole ratio, unnecessary waste Can be.

상기 화학식 3으로 표시되는 화합물은 아래 화학식 3-1, 화학식 3-2, 화학식 3-3 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.The compound represented by Formula 3 may be any one selected from the following Formulas 3-1, 3-2, 3-3, and combinations thereof.

[화학식 3-1][Formula 3-1]

Figure pat00014
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[화학식 3-2][Formula 3-2]

Figure pat00015
Figure pat00015

[화학식 3-3][Formula 3-3]

Figure pat00016
Figure pat00016

상기 폴리올은 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물(제1폴리올화합물)과 함께 일반적으로 활용되는 폴리올 화합물(제2폴리올화합물)을 혼합하여 적용할 수 있고, 구체적으로 상기 제2폴리올화합물은 활성수소화합물로서 분자 중에 하이드록실기, 카르복실기, 아민기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 활성수소기를 2 이상 가진 것이라면 적용될 수 있다.The polyol can be applied by mixing a polyol compound (second polyol compound) generally used together with the compound represented by the formula (3) (first polyol compound). Specifically, the second polyol compound is an active hydrogen compound Any molecule having two or more active hydrogen groups selected from the group consisting of a hydroxyl group, a carboxyl group, an amine group, and combinations thereof may be applied.

구체적으로 상기 제2폴리올화합물은 중량평균분자랑이 8,000 이하인 폴리올이 적용될 수 있으며, 석유화학기반의 폴리올이 적용될 수도 있다. 구체적으로, 상기 제2폴리올화합물로는 폴리프로필렌 글리콜, 폴리테르타메틸렌 글리콜, 아디파이트계 폴리에스터 폴리올, 락톤계 폴리에스터 폴리올, 폴리카보네이트 폴리올, 폴리부타디엔 폴리올, 아크릴 폴리올 등이 적용될 수 있으며, 예를 들어, 상기 제2폴리올화합물로 폴리테트라메틸렌에테르글리콜[Poly(tetramethylene ether) glycol]이 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.Specifically, the second polyol compound may be a polyol having a weight average molecular weight of 8,000 or less, and a petroleum-based polyol may be applied. Specifically, examples of the second polyol compound include polypropylene glycol, polyteramethylene glycol, adipate-based polyester polyol, lactone-based polyester polyol, polycarbonate polyol, polybutadiene polyol and acrylic polyol. For example, poly (tetramethylene ether) glycol may be applied to the second polyol compound, but the present invention is not limited thereto.

상기 화학식 3으로 표시되는 화합물과 상기 제2폴리올화합물은 함께 이하 반응에서 폴리올로 적용될 수 있으며, 구체적으로 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물과 상기 제2폴리올화합물은 1: 2 내지 15의 몰비로 적용될 수 있고, 1: 3 내지 10의 몰비로 적용될 수 있으며, 1: 4 내지 7의 몰비로 적용될 수 있다. 상기 제2폴리올화합물의 함량과 비교하여 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물의 함량이 많은 경우에 이를 이용하여 제조한 도막의 내스크레치성, 연필경도가 향상될 수 있으며, 특히 내용제성이 월등하게 향상될 수 있다.The compound represented by Formula 3 and the second polyol compound may be used together as a polyol in the following reaction. Specifically, the compound represented by Formula 3 and the second polyol compound may be used in a molar ratio of 1: 2 to 15 And can be applied at a molar ratio of 1: 3 to 10, and can be applied at a molar ratio of 1: 4 to 7. When the content of the compound represented by the general formula (3) is large as compared with the content of the second polyol compound, the scratch resistance and the pencil hardness of the coating film prepared using the same can be improved. Especially, .

또한, 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물은 위에서 설명한 것과 같이 분자 내에 포함되는 하이드록시기의 수를 조절할 수 있는데, 구체적으로 화합물 내에 2 내지 8의 하이드록시기를 가질 수 있고, 화합물 내에 3 내지 6개의 하이드록시기를 가질 수 있으며, 4개, 5개 또는 6개의 하이드록시기를 가질 수 있다. 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물에 포함된 하이드록시기의 수가 늘어날수록 이를 이용하여 제조한 도막의 내스크레치성, 연필경도 및 내용제성이 향상될 수 있다는 장점을 갖는다.In addition, the compound represented by Formula 3 can control the number of hydroxyl groups contained in the molecule as described above. Specifically, the compound having 3 to 6 hydrogens in the compound may have 2 to 8 hydroxy groups, And may have 4, 5 or 6 hydroxy groups. As the number of hydroxyl groups in the compound represented by Formula 3 increases, the scratch resistance, pencil hardness, and solvent resistance of the coated film can be improved.

상기 이소시아네이트 화합물은 상기 폴리올 등에 반응할 수 있는 -NCO 기를 적어도 2 이상 가지고 있는 화합물을 의미하며, 선형 또는 비선형 이소시아네이트 화합물이 적용될 수 있으며, 구체적으로 4,4-MDI(Methylene diphenyl diisocyanate), HDI(Hexamethylene diisocyanate), TMXDI(Teramethylxylene diisocyanate), 2,4-MDI(Methylene diphenyl diisocyanate), TDI(toluene diisocyanate), IPDI(Isophorone Diisocyanate) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 이소시아네이트가 적용될 수 있다.The isocyanate compound means a compound having at least two -NCO groups capable of reacting with the polyol and the like, and may be a linear or nonlinear isocyanate compound. Specific examples thereof include 4,4-MDI (Methylene diphenyl diisocyanate), HDI diisocyanate, teramethylxylene diisocyanate (TMXDI), 2,4-MDI (methylene diphenyl diisocyanate), TDI (toluene diisocyanate), IPDI (isophorone diisocyanate) and combinations thereof.

상기 아이오노머 화합물은 상기 프리폴리머를 수분산성으로 제조하기 위하여 적용하는 것으로, 구체적으로 중량평균분자량 600 내지 1500의 폴리에틸렌 옥사이드, 하이드록시기를 말단에 갖는 폴리비닐 피롤리돈, 메틸디에탄올아민, 에틸디에탄올아민, 프로필디에탄올아민, t-부틸디에탄올아민, 벤질디에탄올아민, 2,2-디메틸올프로피오닉산, 2,2-디메틸올부타노익산, 2-(2-아미노에틸아미노)에탄술폰산나트륨 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나가 적용될 수 있다.The ionomer compound is applied to prepare the prepolymer with water dispersibility. Specifically, polyethylene oxide having a weight average molecular weight of 600 to 1500, polyvinylpyrrolidone having a hydroxy group at the terminal, methyldiethanolamine, ethyldiethanol Amine, propyl diethanol amine, t-butyl diethanol amine, benzyl diethanol amine, 2,2-dimethylol propionic acid, 2,2-dimethylol butanoic acid, 2- Sodium, and combinations thereof may be applied.

상기 아이오노머 화합물이 포함되어 상기 프리폴리머를 제조하면 우레탄 프리폴리머 내에 이온성기가 도입되어 외부 유화제의 첨가 없이도 중합체의 자기 분산성에 의하여 수분산이 이루어질 수 있고, 제품의 균일성과 저장 안정성을 향상시킬 수 있다.When the prepolymer containing the ionomer compound is prepared, an ionic group is introduced into the urethane prepolymer, so that water dispersion can be achieved by self-dispersion of the polymer without addition of an external emulsifier, and uniformity and storage stability of the product can be improved.

상기 프리폴리머의 제조단계는 75 내지 95 ℃의 반응온도에서 진행될 수 있고, 80 내지 90 ℃의 반응온도에서 진행될 수 있으며, 이러한 온도에서 반응 진행 시 효율적인 반응 진행이 가능하다.The preparation of the prepolymer may be carried out at a reaction temperature of 75 to 95 ° C and may be carried out at a reaction temperature of 80 to 90 ° C.

상기 화학식 3으로 표시되는 화합물은, 식물 유래 오일 성분을 활용하여 제조 가능하면서 방향족 구조를 가지면서도 분자 말단에 수산화기를 2 이상 포함하여 우레탄 합성의 폴리올로 활용이 가능하다. 또한, 위의 화학식 3으로 표시되는 화합물의 제조를 위한 반응이 위에서 설명한 것과 같이 비교적 간단하고 용이하면서도 적용하는 아민 화합물의 종류에 따라 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물의 분자 내의 수산화기 개수를 용이하게 조절할 수 있어서, 아래에서 설명하는 수분산 우레탄 프리폴리머나 폴리올을 제조시 그 활용도가 높다.The compound represented by the above formula (3) can be produced by utilizing a plant-derived oil component and has an aromatic structure, and can be used as a polyol for urethane synthesis by containing two or more hydroxyl groups at the molecular end. The reaction for the preparation of the compound represented by the above formula (3) is relatively simple and easy as described above, and the number of hydroxyl groups in the molecule of the compound represented by the formula (3) can be easily controlled depending on the type of the amine compound So that the utility of the water-dispersed urethane prepolymer and polyol described below is high.

상기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 상기 폴리올 화합물 및 상기 이소시아네이트 화합물과 함께 반응하여 주쇄 또는 측쇄의 말단에 2 이상의 이소시아네이트 기를 갖고 그 내부에 아래 화학식 4로 표시되는 우레탄 결합을 갖는 우레탄 화합물이 합성된다.The compound represented by the general formula (3) is reacted with the polyol compound and the isocyanate compound to synthesize a urethane compound having at least two isocyanate groups at the ends of its main chain or side chain and having urethane bonds represented by the following formula (4).

[화학식 4][Chemical Formula 4]

Figure pat00017
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상기 화학식 4에서, 상기 A1은 상기 화학식 3의 화합물에서 하이드록시기를 제외한 부분이고, 상기 A2은 상기 이소시아네이트 화합물에서 이소시아네이트기를 제외한 나머지 부분으로 정의된다.In Formula 4, A 1 is a moiety excluding the hydroxy group in the compound of Formula 3, and A 2 is a remaining moiety of the isocyanate compound except for isocyanate groups.

상기 화학식 4로 표시되는 우레탄 결합을 갖는 우레탄 화합물은 다시 상기 아이오노머 화합물과 반응하여 수분산성 우레탄 프리폴리머로 합성된다.The urethane compound having a urethane bond represented by the formula (4) reacts with the ionomer compound to synthesize a water dispersible urethane prepolymer.

상기 수분산성 우레탄 프리폴리머는 식물 유래 오일로부터 합성한 폴리올을 함유하여 친환경적이면서도 석유화학유래 폴리올만을 적용한 경우보다 물성이 우수한 우레탄 도막을 형성할 수 있다. 또한, 아이오노머 화합물이 도입되어 수분산성을 가져서 유기용매가 아닌 물을 분산 용매로 적용할 수 있어서 친환경적이다.The water-dispersible urethane prepolymer contains a polyol synthesized from a plant-derived oil, and can form a urethane coating film having excellent physical properties as compared with an environmentally friendly but petrochemical-derived polyol. In addition, since ionomeric compounds are introduced to have water-dispersibility, water, which is not an organic solvent, can be applied as a dispersion solvent, which is eco-friendly.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 폴리우레탄 도막의 제조방법은 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 포함하는 폴리올과 분자 내에 2 이상의 이소시아네이트기를 함유하는 이소시아네이트 화합물 및 분자 내에 이온성기 도입을 위한 아이오노머 화합물을 포함하는 혼합물을 반응시켜, 주쇄 또는 측쇄의 말단에 2 이상의 이소시아네이트기를 갖는 수분산성 우레탄 프리폴리머를 얻는 프리폴리머 제조단계; 그리고 상기 프리폴리머, 중화제 및 쇄연장제를 포함하는 도포액을 경화시켜 폴리우레탄 도막을 형성하는 도막형성단계;를 포함한다.A method for producing a polyurethane coating film according to another embodiment of the present invention comprises reacting a polyol containing a compound represented by the formula (3), an isocyanate compound containing two or more isocyanate groups in a molecule, and an ionomer compound for introducing an ionic group into the molecule To obtain a water dispersible urethane prepolymer having two or more isocyanate groups at the ends of the main chain or side chain; And a coating film forming step of curing the coating liquid containing the prepolymer, neutralizing agent and chain extender to form a polyurethane coating film.

상기 화학식 3으로 표시되는 화합물과 폴리올, 상기 이소시아네이트 화합물, 상기 아이오노머 화합물과 수분산성 우레탄 프리폴리머 및 이의 제조과정에 대한 설명은 위에서 한 설명과 중복되므로 그 기재를 생략한다.The description of the compound represented by the formula (3) and the polyol, the isocyanate compound, the ionomer compound, the water-dispersible urethane prepolymer, and the process for producing the same will be omitted herein.

상기 사슬연장제는, 예를 들어 저분자량의 디올이나 디아민이 적용될 수 있는데, 구체적으로 탄소수 2 내지 10의 탄소(단, 탄소의 수는 짝수)를 포함하는 알킬디올 또는 알킬디아민이 적용될 수 있다. 구체적으로 상기 사슬연장제로는 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 1,4-부탄디올, 에틸렌디아민, 히드라진, 헥사메틸렌디아민, 이소포론디아민 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나가 사슬연장제로 적용될 수 있다.The chain extender may be, for example, a low molecular weight diol or a diamine. Specifically, an alkyldiol or an alkyldiamine containing carbon having 2 to 10 carbon atoms (however, the number of carbon is even) may be applied. Specifically, as the chain extender, any one selected from the group consisting of ethylene glycol, propylene glycol, 1,4-butanediol, ethylenediamine, hydrazine, hexamethylenediamine, isophoronediamine, and combinations thereof may be used as a chain extender.

또한, 상기 중화제는 상기 아이오노머의 이온기와 반대 성향을 지니는 이온기를 가지는 물질로, 상기 아이오노머의 이온기와 이온결합으로 염을 생성하고 친수성을 더욱 향상시키는 역할을 한다. 상기 중화제는 상기 아이오노머 1을 기준으로 0.5 내지 1.5의 몰비로 적용할 수 있고, 더 구체적으로 0.8 내지 1.2의 몰비로 적용할 수 있다. 상기 중화제로 예를 들어 트리에틸아민(triethylamine, TEA)이 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, the neutralizing agent is a material having an ionic group having an opposite tendency to the ionic group of the ionomer, and forms a salt by ionic bonding with the ionic group of the ionomer and further enhances the hydrophilicity. The neutralizing agent may be used in a molar ratio of 0.5 to 1.5 based on the ionomer 1, more specifically in a molar ratio of 0.8 to 1.2. As the neutralizing agent, for example, triethylamine (TEA) may be applied, but the present invention is not limited thereto.

상기 폴리올, 상기 쇄연장제, 및 상기 이소시아네이트 화합물의 적용 몰수는, 예를 들어 상기 폴리올 10 몰을 기준으로 이소시아네이트 화합물 10 내지 50 몰, 그리고 쇄연장제 1 내지 5 몰로 적용할 수 있으나, 상기 폴리올, 및 상기 쇄연장제에 포함되는 하이드록시기 또는 하이드록시기와 아민기의 수와 상기 이소시아네이트 화합물의 이소시아네이트기의 수를 고려하여 적절하게 조절하여 적용할 수 있다.The number of moles of the polyol, the chain extender, and the isocyanate compound may be, for example, 10 to 50 moles of the isocyanate compound based on 10 moles of the polyol, and 1 to 5 moles of the chain extender, And the hydroxyl group or the number of hydroxyl groups and amine groups contained in the chain extender and the number of isocyanate groups of the isocyanate compound.

상기 반응은 용매 하에서 진행될 수 있으며, 위에서 설명한 반응 진행을 방해하지 않으면서 각각의 반응의 시작물질들이 용해 또는 분산되어 존재할 수 있는 것이라면 제한없이 적용할 수 있다.The reaction can be carried out in a solvent and can be applied without limitation as long as the starting materials of each reaction can be dissolved or dispersed without interfering with the progress of the reaction described above.

본 발명의 폴리우레탄 도막의 제조방법으로 제조되는 폴리우레탄 박막은 기존의 석유화학계 폴리올만을 적용한 경우와 비교하여 우레탄 도막의 물성이 향상되며, 천연물 유래 폴리올을 적용하여 수분산 우레탄 프리폴리머를 합성하여 적용하여 친환경적인 방법으로 우레탄 도막 형성이 가능하다.The polyurethane thin film produced by the process for producing a polyurethane coating film of the present invention improves the physical properties of the urethane coating film as compared with the case where only the conventional petrochemical polyol is applied and synthesized and applied an aqueous dispersion urethane prepolymer by applying a polyol derived from natural materials It is possible to form a urethane film by an environmentally friendly method.

본 발명의 수분산성 프리폴리머와 폴리우레탄 도막의 제조방법은 환경친화적인 식물성 오일인 CNSL 기반의 폴리올을 제조하고 이를 활용하여 수분산 폴리우레탄 프리폴리머를 합성하여 이를 폴리우레탄 도막 형성에 적용하였으며, 석유화학기반 디올을 사용한 수분산 폴리우레탄에 비해 향상된 기계적 물성과 도막 특성을 보여서 다양한 코팅분야에 적용할 수 있다. 또한, 수분산 폴리우레탄으로 제조하여 유독한 유기용매의 활용을 줄여 기존의 방법과 비교하여 친환경적인 방법으로 폴리우레탄 코팅막 형성이 가능하다.The water-dispersible prepolymer of the present invention and the method of producing a polyurethane coating film are prepared by preparing a polyol based on CNSL, which is an environmentally friendly vegetable oil, and synthesizing a water-dispersed polyurethane prepolymer by applying the same to the formation of a polyurethane film. It can be applied to various coating fields because it shows improved mechanical properties and film properties compared with water-dispersed polyurethane using diol. In addition, the use of water-dispersed polyurethane reduces the use of toxic organic solvents, which makes it possible to form polyurethane coatings in an environmentally friendly manner as compared with conventional methods.

도 1은 본 발명의 실시예 1에서 합성한 화학식 3-1로 표시되는 화합물의 1H-NMR 결과를 보여주는 그래프.
도 2는 본 발명의 실시예 1 내지 3에서 합성한 화학식 3-1 내지 3-3로 표시되는 화합물의 FT-IR 스펙트럼 측정 결과를 보여주는 그래프.
도 3은 본 발명의 실시에 8에서 폴리우레탄 도막 형성 과정을 설명하는 개념도.
1 is a graph showing the 1 H-NMR results of the compound represented by Formula 3-1 synthesized in Example 1 of the present invention.
2 is a graph showing FT-IR spectrum measurement results of the compounds represented by Formulas 3-1 to 3-3 synthesized in Examples 1 to 3 of the present invention.
3 is a conceptual view illustrating a process of forming a polyurethane film in Example 8 of the present invention.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

이하 실시예에서, 캐슈넛 유래 성분인 카르다놀(cardanol) 기반의 디글리시딜 에테르(diglycidyl ether)로, 아래 화학식 1로 표시되는 화합물인 NC-514는 카르돌라이트(Cardolite, USA)사의 제품을 적용하였다. 2차 아민으로는, 삼전순약의 디에타놀아민(Diethanolamine), Junsei사의 디에틸아민(Diethylamine), Aldrich사의 2-메틸아미노에타놀(2-Methylaminoethanol)을 적용하였다. 또한, 용매로 삼전순약의 자이렌(Xylene), Aldrich사의 디메틸아세트아미드(Dimethylacetamide, DMAc)를 적용하였다.In the following examples, cardanol-based diglycidyl ether, which is a component derived from cashew nut, NC-514, a compound represented by the following formula (1), is a product of Cardolite, USA Respectively. As the secondary amine, diethanolamine of Junsei purity, diethylamine of Junsei, and 2-methylaminoethanol of Aldrich were applied. As a solvent, xylene of a paleoceanic phase and dimethylacetamide (DMAc) of Aldrich were applied.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure pat00018
Figure pat00018

석유화학 기반 디올로 PTMG-1000(Aldrich사의 TERATHANE®1000 polyether glycol)을 수분산 폴리우레탄 합성을 위해 적용하였고 반응하기 전에 60 ℃에서 24시간 동안 감압하여 수분 등을 충분히 제거한 후 사용하였다. 디이소시아네이트는 TCI사의 이소포론 디이소시아네이트(Isophorone diisocyanate, IPDI)를, 촉매로는 디부틸주석 디라우레이트(Dibutyltin dilaurate, DBTDL)은 Aldrich사에서 구매하여 적용하였으며, 음이온성 아이오노머로는 Perstorp사의 디메틸올 프로피오닉산(Dimethylol propionic acid, DMPA)를 70 ℃ 오븐에서 건조 후 DMAc에 용해시켜 사용하였다. 중화제로는 트리에틸아민(triethylamine, TEA, Junsei사), 쇄연장제는 1,4-부탄디올(1,4-butanediol, 1,4-BD, Kanto Chemical사)을 사용하였다.PTMG-1000 (TERATHANE® 1000 polyether glycol from Aldrich) was used as a petrochemical-based diol for water-dispersed polyurethane synthesis and was depressurized at 60 ° C for 24 hours before reaction to remove water and the like. Dibutyltin dilaurate (DBTDL) was purchased from Aldrich as a diisocyanate, and Isophorone diisocyanate (IPDI) was purchased from TCI. As an anionic ionomer, Dibutyltin dilaurate (DBTDL) Dimethylol propionic acid (DMPA) was dissolved in DMAc after drying in an oven at 70 ° C. Triethylamine (TEA, Junsei) was used as a neutralizer and 1,4-butanediol (1,4-BD, manufactured by Kanto Chemical Co.) as a chain extender.

CNSL 기반 폴리올의 구조 분석은 1H-NMR과 FT-IR을 측정하여 확인하였으며, 수분산 폴리우레탄 합성의 반응의 완결은 FT-IR로 확인하였다. FT-IR 측정은, KRS-5 disc에 폴리올을 얇게 도포하여 FT-IR spectrum 1000 (Perkin Elmer)을 이용하였다. 4000 ∼ 400 cm-1의 영역에서 12회 스캔한 후 그 결과를 분석하여 활용하였다. 1H NMR은 AVANCE Ⅲ 400MHz 기기를 사용하였고, 용매로는 chloroform-d를 적용하였다.The structural analysis of the CNSL-based polyol was confirmed by measuring 1 H-NMR and FT-IR, and the completion of the reaction of water-dispersed polyurethane synthesis was confirmed by FT-IR. FT-IR spectroscopy was performed using a FT-IR spectrum 1000 (Perkin Elmer) with a thin layer of polyol coated on a KRS-5 disc. After scanning 12 times in the range of 4000 ~ 400 cm -1 , the results were analyzed and utilized. 1 H NMR was performed using an AVANCE III 400 MHz instrument and chloroform-d was used as a solvent.

내용제성은 일정한 힘으로 아이소프로판올(isopropanol, IPA)를 사용해 코팅된 필름이 벗겨질 때까지 횟수를 측정하였고, 막 경도는 ASTM D3368을 따라 연필경도를 측정하였다. 내스크래치성은 3090 sclerometer hardness tester를 사용해 측정하였다.The solvent resistance was determined by measuring the number of times until the coated film was peeled off with isopropanol (IPA) at a constant force, and the hardness of the film was measured according to ASTM D3368. The scratch resistance was measured using a 3090 sclerometer hardness tester.

내용제성은 일정한 힘으로 아이소프로판올(isopropanol, IPA)를 사용해 코팅된 필름이 벗겨질 때까지 횟수를 측정하였고, 막 경도는 ASTM D3368을 따라 연필경도를 측정하였다. 내스크래치성은 3090 sclerometer hardness tester를 사용해 측정하였다. The solvent resistance was determined by measuring the number of times until the coated film was peeled off with isopropanol (IPA) at a constant force, and the hardness of the film was measured according to ASTM D3368. The scratch resistance was measured using a 3090 sclerometer hardness tester.

인장강도 측정을 위해 수분산된 폴리우레탄을 유리판 위에 도포하여 일정두께로 만든 다음 80 ℃ 건조오븐에서 충분히 건조시킨 뒤 60 ℃ 진공오븐에서 하루동안 진공 건조하여 용매 및 수분을 완전히 제거한 필름을 제조하였다. 필름은 두께 0.2 mm, 너비 10 mm, 길이 50 mm로 제작하였고, 인장속도 200 mm/min으로 하여 인장강도 및 신장률을 측정하였다. 측정한 데이트 값 중에 최소치와 최대치를 제외한 나머지 데이터의 평균값을 결과로 하였다. 인장강도는 UTM을 이용하여 측정하였다.To measure the tensile strength, water-dispersed polyurethane was coated on a glass plate to a predetermined thickness. The film was dried thoroughly in a drying oven at 80 ° C and vacuum-dried in a vacuum oven at 60 ° C for one day to prepare a film in which the solvent and moisture were completely removed. The film was produced with a thickness of 0.2 mm, a width of 10 mm, and a length of 50 mm, and tensile strength and elongation were measured at a tensile speed of 200 mm / min. The average value of the remaining data excluding the minimum value and the maximum value among the measured data values was obtained. Tensile strength was measured using UTM.

비교예Comparative Example 1 One

수분산 폴리우레탄 합성을 위해 기계식 교반기와 콘덴서, 온도계를 장착한 4구 둥근바닥 플라스크를 오일배스에 위치시켜 85 ℃의 일정한 온도와 질소분위기를 유지하면서 이하 반응을 진행하였다.For the synthesis of water-dispersed polyurethane, a four-necked round bottom flask equipped with a mechanical stirrer, a condenser and a thermometer was placed in an oil bath and the reaction was carried out while maintaining a constant temperature of 85 ° C and a nitrogen atmosphere.

반응기 내부로 석유화학기반 디올인 PTMG-1000의 혼합폴리올과 디이소시아네이트인 아이소포론 디이소시아네이트(isophorone diisocyanate, IPDI), 그리고 이온성기 도입을 위한 음이온성 아이오노머인 디메틸올 프로피오닉 액시드(dimethylol propionic acid, DMPA)를 용매인 디메틸아세트아마이드(dimethylacetamide, DMAc)에 용해시켜 각각 10 : 21 : 10의 몰비로 반응기 안에 투입하고 60 RPM으로 교반하였다. Inside the reactor, a mixed polyol of PTMG-1000, a petrochemical-based diol, isophorone diisocyanate (IPDI), which is a diisocyanate, and an anionic ionomer, dimethylol propionic acid , DMPA) were dissolved in dimethylacetamide (DMAc) as a solvent and charged into the reactor at a molar ratio of 10: 21: 10, respectively, and stirred at 60 RPM.

6시간 이상 반응시킨 후 온도를 60 ℃로 낮춘 다음 중화제인 트리에틸아민(triethylamine, TEA)을 한방울씩 떨어뜨리면서 20분간 200 RPM에서 교반시켰다.After the reaction was continued for 6 hours or more, the temperature was lowered to 60 ° C, and then triethylamine (TEA), which is a neutralizing agent, was added dropwise thereto and stirred at 200 RPM for 20 minutes.

트리에틸아민의 교반이 완료되면 일부분의 물을 먼저 한방울씩 떨어뜨리면서 20분간 300 RPM에서 교반시켰다. 물의 교반이 완료되면 쇄연장제인 1,4-부탄디올(1,4-butanediol)과 물이 섞인 혼합용액을 한방울씩 떨어뜨리면서 20분간 400 RPM에서 교반시켰다. 이때, 중화제와 쇄연장제는 10 : 2의 몰비로 투입하였으며, 물의 양은 반응물 전체의 70 중량%로 적용하였다. When the stirring of triethylamine was completed, a portion of water was dropped first, and the mixture was stirred at 300 RPM for 20 minutes. When the stirring of water was completed, the mixture was stirred at 400 RPM for 20 minutes while dropping a mixed solution containing 1,4-butanediol, which is a chain extender, and water, dropwise. At this time, the neutralizer and the chain extender were added at a molar ratio of 10: 2, and the amount of water was 70 wt% of the whole reaction product.

모든 교반이 완료되어 FT-IR 측정을 통해 NCO 흡수피크가 완전히 사라진 것을 확인하고 실험을 종료하였다.After all agitation was completed, it was confirmed by FT-IR measurement that the NCO absorption peak completely disappeared and the experiment was terminated.

기계적 물성 측정을 위해 수분산된 폴리우레탄을 유리기판 위에 코팅하여 내용제성, 연필경도, 내스크래치성 등 테스트를 하였고 그 결과를 표 1 및 표 2에 나타내었다.For the measurement of mechanical properties, water-dispersed polyurethane was coated on a glass substrate to test solvent resistance, pencil hardness, scratch resistance, etc. The results are shown in Tables 1 and 2.

실시예Example 1:  One: CNSLCNSL 기반 폴리올인  Based polyol CNSLCNSL -P-6(화학식 3-1)의 합성Synthesis of P-6 (Formula 3-1)

위의 화학식 1로 표시되는 카르다놀(cardanol) 기반의 유기화합물인 NC-514와 알킬알콜아민인 디에탄올아민(diethanolamine)을 1 : 2 몰비로 정량하여 500 ml 4구 둥근바닥 플라스크에 담고 60 ℃, 6시간의 반응조건에서 반응시켰다. 반응이 완료되면 온도를 상온까지 떨어뜨린 후 세척 및 층분리를 진행하여 미반응한 아민과 물을 제거하였다. 세척은 2번 이상 진행하였고, 층분리가 완료되면 감압하여 남아있는 용매와 물을 제거하였다. 모든 단계가 완료되면 매우 높은 점도의 생성물인 CNSL-P-6(화학식 3-1)이 얻어지며, 그 구조는 1H-NMR(도 1에 표시)과 FT-IR(도 2에 표시)을 측정하여 확인하였다. 유동성 확보를 위해 디메틸아세트아마이드에 용해시켜 70 ℃ 오븐에서 보관하여 이후 실험에 사용하였다.NC-514, a cardanol-based organic compound represented by the formula (1), and diethanolamine, an alkyl alcohol amine, were quantified in a 1: 2 molar ratio and placed in a 500 ml four-neck round bottom flask, , And reacted for 6 hours. When the reaction was completed, the temperature was lowered to room temperature, followed by washing and layer separation to remove unreacted amines and water. The washing was carried out more than 2 times, and when the layer separation was completed, the remaining solvent and water were removed by decompression. When all the steps were completed, a very high viscosity product, CNSL-P-6 (Formula 3-1), was obtained and its structure was determined by measuring 1 H-NMR (shown in FIG. 1) and FT-IR Respectively. It was dissolved in dimethylacetamide for securing fluidity and stored in an oven at 70 ° C. for subsequent experiments.

[화학식 3-1][Formula 3-1]

Figure pat00019
Figure pat00019

실시예Example 2:  2: CNSLCNSL 기반 폴리올인  Based polyol CNSLCNSL -P-4(화학식 3-2)의 합성Synthesis of P-4 (Formula 3-2)

NC-514, 알킬알콜아민인 디에탄올아민(dethanolamine) 및 디에틸아민(diethylamine)을 각각 1 : 1 : 1 몰비로 하여 실시예 1과 같은 조건으로 실험을 실시하였고, 아래 화학식 3-2로 표시되고 CNSL-P-4로 약칭되는 CNSL 기반 폴리올을 합성하였다. 합성된 화합물의 구조는 위의 실시예 1과 마찬가지로 1H-NMR(미기재)과 FT-IR(도 2에 표시)로 확인하였다.The experiment was carried out under the same conditions as in Example 1 except that NC-514, alkyl alcohol amine diethanolamine and diethylamine were used at a molar ratio of 1: 1: 1, respectively. And synthesized CNSL-based polyols, abbreviated as CNSL-P-4. The structure of the synthesized compound is the same as in Example 1 1H-NMR (non-base material) and FT-IR (shown in Fig. 2).

[화학식 3-2][Formula 3-2]

Figure pat00020
Figure pat00020

실시예Example 3:  3: CNSLCNSL 기반 폴리올인  Based polyol CNSLCNSL -P-3(화학식 3-3)의 합성Synthesis of -P-3 (Formula 3-3)

NC-514, 알킬알콜아민인 디에틸아민(diethylamine), 및 2-메틸아미노에탄올(2-methylaminoethanol)을 1 : 1 : 1 몰비로 하여 실시예 1과 같은 조건으로 실험을 실시하여, 아래 화학식 3-3으로 표시되고 CNSL-P-3로 약칭되는 CNSL 기반 폴리올을 합성하였다. 합성된 화합물의 구조는 위의 실시예 1과 마찬가지로 1H-NMR(미기재)과 FT-IR(도 2에 표시)로 확인하였다.Experiments were carried out under the same conditions as in Example 1, except that NC-514, diethylamine, alkyl alcohol amine, and 2-methylaminoethanol were used in a molar ratio of 1: 1: 1, -3 and CNSL-P-3 was abbreviated as CNSL-P-3. The structure of the synthesized compound is the same as in Example 1 1H-NMR (non-base material) and FT-IR (shown in Fig. 2).

[화학식 3-3][Formula 3-3]

Figure pat00021
Figure pat00021

실시예Example 4: 화학식 3-1의 폴리올을 이용한  4: Using polyol of formula (3-1) 수분산Water dispersion 폴리우레탄 합성 Polyurethane synthesis

기계식 교반기와 콘덴서, 온도계를 장착한 4구 둥근바닥 플라스크를 오일배스에 위치시켜 85 ℃의 일정한 온도와 질소분위기를 유지하였다. 반응기 내부로 CNSL 기반 폴리올인 CNSL-P-6과 석유화학기반 디올인 PTMG-1000의 혼합폴리올과 디이소시아네이트인 아이소포론 디이소시아네이트(isophorone diisocyanate), 그리고 이온성기 도입을 위한 음이온성 아이오노머인 디메틸올 프로피오닉 액시드(dimethylol propionic acid, DMPA)를 용매인 디메틸아세트아마이드(dimethylacetamide, DMAc)에 용해시켜 각각 1 : 9 : 25 : 12의 몰비로 반응기 안에 투입하고, 60 RPM으로 교반하였다.A four-necked round bottom flask equipped with a mechanical stirrer, condenser and thermometer was placed in an oil bath to maintain a constant temperature of 85 ° C and a nitrogen atmosphere. Inside the reactor, a mixed polyol of a CNSL-based polyol CNSL-P-6 and a petrochemical-based diol PTMG-1000, isophorone diisocyanate as a diisocyanate, and an anionic ionomer, Dimethylol propionic acid (DMPA) was dissolved in dimethylacetamide (DMAc) as a solvent and charged into the reactor at a molar ratio of 1: 9: 25: 12, respectively, and the mixture was stirred at 60 RPM.

6시간 이상 반응시킨 후 온도를 60 ℃로 낮춘 다음 중화제인 트리에틸아민(triethylamine, TEA)을 한방울씩 떨어뜨리면서 20분간 200 RPM에서 교반시켰다. 또한, 트리에틸아민의 교반이 완료되면 일부분의 물을 먼저 한방울씩 떨어뜨리면서 20분간 300 RPM에서 교반시켰다. 물의 교반이 완료되면 쇄연장제인 1,4-부탄디올(1,4-butanediol)과 물이 섞인 혼합용액을 한방울씩 떨어뜨리면서 20분간 400 RPM에서 교반시켰다. 이때, 중화제와 쇄연장제는 12 : 2의 몰비로 투입하였고, 물의 양은 반응물 전체의 70 중량%로 설정하였다. 모든 교반이 완료되어 FT-IR 측정을 통해 NCO 흡수피크가 완전히 사라진 것을 확인하고 실험을 종료하였다. 최종 고형분의 함량이 25 내지 30 중량%인 수분산 폴리우레탄이 합성되었다.After the reaction was continued for 6 hours or more, the temperature was lowered to 60 ° C, and then triethylamine (TEA), which is a neutralizing agent, was added dropwise thereto and stirred at 200 RPM for 20 minutes. When the stirring of the triethylamine was completed, a portion of water was dropped first, and the mixture was stirred at 300 RPM for 20 minutes. When the stirring of water was completed, the mixture was stirred at 400 RPM for 20 minutes while dropping a mixed solution containing 1,4-butanediol, which is a chain extender, and water, dropwise. At this time, the neutralizer and the chain extender were added in a molar ratio of 12: 2, and the amount of water was set to 70 wt% of the whole reaction product. After all agitation was completed, it was confirmed by FT-IR measurement that the NCO absorption peak completely disappeared and the experiment was terminated. A water-dispersed polyurethane having a final solid content of 25 to 30% by weight was synthesized.

기계적 물성 측정을 위해 상기 수분산된 폴리우레탄을 유리기판 위에 코팅하여 도막을 형성하고, 내용제성, 연필경도, 내스크래치성 등의 테스트를 진행하였고 그 결과를 아래 표 1에 나타내었다.For the measurement of mechanical properties, the water-dispersed polyurethane was coated on a glass substrate to form a coating film and tested for solvent resistance, pencil hardness, scratch resistance, etc. The results are shown in Table 1 below.

실시예Example 5: 화학식 3-1의 폴리올을 이용한  5: Using polyol of formula (3-1) 수분산Water dispersion 폴리우레탄 합성 Polyurethane synthesis

CNSL 기반 폴리올인 CNSL-P-6(화학식 3-1)과 석유기반 디올인 PTMG-1000의 혼합폴리올과 디이소시아네이트인 아이소포론 디이소시아네이트(isophorone diisocyanate), 그리고 이온성기 도입을 위한 음이온성 아이오노머인 디메틸올 프로피오닉 액시드(dimethylol propionic acid, DMPA)를 용매인 디메틸아세트아마이드(dimethylacetamide, DMAc)에 용해시켰고, 중화제인 트리에틸아민(triethylamine)과 쇄연장제인 1,4-부탄디올(1,4-butanediol)을 각각 2 : 8 : 29 : 14 : 14 : 2의 몰비로 반응기 안에 투입하고 실시예 4와 같은 조건으로 실험을 실시하여 도막을 형성하고, 그 물성을 평가하여 아래 표 1에 나타내었다.A mixed polyol of a CNSL-based polyol CNSL-P-6 (Formula 3-1), a petroleum-based diol PTMG-1000, an isophorone diisocyanate which is a diisocyanate, and an anionic ionomer Dimethylol propionic acid (DMPA) was dissolved in dimethylacetamide (DMAc) as a solvent and triethylamine (triethylamine) as a neutralizing agent and 1,4-butanediol (1,4- butanediol were charged into the reactor at a molar ratio of 2: 8: 29: 14: 14: 2, respectively. Experiments were carried out under the same conditions as in Example 4 to form a coating film.

실시예Example 6: 화학식 3-2의 폴리올을 이용한  6: Using the polyol of formula (3-2) 수분산Water dispersion 폴리우레탄 합성 Polyurethane synthesis

CNSL 기반 폴리올인 CNSL-P-4(화학식 3-2)와 석유기반 디올인 PTMG-1000의 혼합폴리올과 디이소시아네이트인 아이소포론 디이소시아네이트(isophorone diisocyanate), 그리고 이온성기 도입을 위한 음이온성 아이오노머인 디메틸올 프로피오닉 액시드(dimethylol propionic acid, DMPA)를 용매인 디메틸아세트아마이드(dimethylacetamide, DMAc)에 용해시켰고, 중화제인 트리에틸아민(triethylamine)과 쇄연장제인 1,4-부탄디올(1,4-butanediol)을 각각 1 : 9 : 23 : 11 : 11 : 2의 몰비로 반응기 안에 투입하고 실시예 4와 같은 조건으로 실험을 실시한 후 도막을 형성하고, 그 물성을 평가하여 아래 표 1에 나타내었다.A mixture polyol of CNSL-based polyol CNSL-P-4 (Formula 3-2), a petroleum-based diol PTMG-1000, an isophorone diisocyanate which is a diisocyanate, and an anionic ionomer Dimethylol propionic acid (DMPA) was dissolved in dimethylacetamide (DMAc) as a solvent and triethylamine (triethylamine) as a neutralizing agent and 1,4-butanediol (1,4- butanediol were charged into the reactor at a molar ratio of 1: 9: 23: 11: 11: 2, respectively. Experiments were conducted under the same conditions as in Example 4 to form a coating film.

실시예Example 7: 화학식 3-2의 폴리올을 이용한  7: Using polyol of formula (3-2) 수분산Water dispersion 폴리우레탄 합성  Polyurethane synthesis

CNSL 기반 폴리올인 CNSL-P-4(화학식 3-2)와 석유기반 디올인 PTMG-1000의 혼합폴리올과 디이소시아네이트인 아이소포론 디이소시아네이트(isophorone diisocyanate), 그리고 이온성기 도입을 위한 음이온성 아이오노머인 디메틸올 프로피오닉 액시드(dimethylol propionic acid, DMPA)를 용매인 디메틸아세트아마이드(dimethylacetamide, DMAc)에 용해시켰고, 중화제인 트리에틸아민(triethylamine)과 쇄연장제인 1,4-부탄디올(1,4-butanediol)을 각각 2 : 8 : 25 : 12 : 12 : 2의 몰비로 반응기 안에 투입하고 실시예 4와 같은 조건으로 실험을 실시한 후 도막을 형성하고, 그 물성을 평가하여 아래 표 1에 나타내었다.A mixture polyol of CNSL-based polyol CNSL-P-4 (Formula 3-2), a petroleum-based diol PTMG-1000, an isophorone diisocyanate which is a diisocyanate, and an anionic ionomer Dimethylol propionic acid (DMPA) was dissolved in dimethylacetamide (DMAc) as a solvent and triethylamine (triethylamine) as a neutralizing agent and 1,4-butanediol (1,4- butanediol were charged into the reactor at a molar ratio of 2: 8: 25: 12: 12: 2, respectively, and the experiment was conducted under the same conditions as in Example 4 to form a coating film.

실시예Example 8: 화학식 3-3의 폴리올을 이용한  8: Using polyol of formula 3-3 수분산Water dispersion 폴리우레탄 합성 Polyurethane synthesis

CNSL 기반 폴리올인 CNSL-P-3(화학식 3-3)와 석유기반 디올인 PTMG-1000의 혼합폴리올과 디이소시아네이트인 아이소포론 디이소시아네이트(isophorone diisocyanate), 그리고 이온성기 도입을 위한 음이온성 아이오노머인 디메틸올 프로피오닉 액시드(dimethylol propionic acid, DMPA)를 용매인 디메틸아세트아마이드(dimethylacetamide, DMAc)에 용해시켰고, 중화제인 트리에틸아민(triethylamine)과 쇄연장제인 1,4-부탄디올(1,4-butanediol)을 각각 1 : 9 : 22 : 10.5 : 10.5 : 2의 몰비로 반응기 안에 투입하고 실시예 4와 같은 조건으로 실험을 실시한 후 도막을 형성하고, 그 물성을 평가하여 아래 표 1에 나타내었다.Based polyol, CNSL-P-3 (Formula 3-3), a mixed polyol of a petroleum-based diol PTMG-1000, an isophorone diisocyanate as a diisocyanate, and an anionic ionomer for introducing an ionic group Dimethylol propionic acid (DMPA) was dissolved in dimethylacetamide (DMAc) as a solvent and triethylamine (triethylamine) as a neutralizing agent and 1,4-butanediol (1,4- butanediol were charged into the reactor at a molar ratio of 1: 9: 22: 10.5: 10.5: 2, respectively, and the coatings were formed under the same conditions as in Example 4, and their physical properties were evaluated.

또한, 이 경우 진행되는 반응의 설명을 도 3에 나타내었다.A description of the reaction proceeded in this case is shown in Fig.

실시예Example 9: 화학식 3-3의 폴리올을 이용한  9: Using polyol of formula 3-3 수분산Water dispersion 폴리우레탄 합성 Polyurethane synthesis

CNSL 기반 폴리올인 CNSL-P-3(화학식 3-3)와 석유기반 디올인 PTMG-1000의 혼합폴리올과 디이소시아네이트인 아이소포론 디이소시아네이트(isophorone diisocyanate), 그리고 이온성기 도입을 위한 음이온성 아이오노머인 디메틸올 프로피오닉 액시드(dimethylol propionic acid, DMPA)를 용매인 디메틸아세트아마이드(dimethylacetamide, DMAc)에 용해시켰고, 중화제인 트리에틸아민(triethylamine)과 쇄연장제인 1,4-부탄디올(1,4-butanediol)을 각각 2 : 8 : 23 : 11 : 11 : 2의 몰비로 반응기 안에 투입하고 실시예 4와 같은 조건으로 실험을 실시한 후 도막을 형성하고, 그 물성을 평가하여 아래 표 1에 나타내었다.Based polyol, CNSL-P-3 (Formula 3-3), a mixed polyol of a petroleum-based diol PTMG-1000, an isophorone diisocyanate as a diisocyanate, and an anionic ionomer for introducing an ionic group Dimethylol propionic acid (DMPA) was dissolved in dimethylacetamide (DMAc) as a solvent and triethylamine (triethylamine) as a neutralizing agent and 1,4-butanediol (1,4- butanediol were charged into the reactor at a molar ratio of 2: 8: 23: 11: 11: 2, respectively. Experiments were carried out under the same conditions as in Example 4 to form a coating film.

구분division 적용샘플Applied sample PTMG : Polyol (mole ratio)PTMG: Polyol (mole ratio) 내스크래치성
(N)
Scratch resistance
(N)
연필경도Pencil hardness 내용제성
(횟수)
Solvent resistance
(Number of times)
비교예 1Comparative Example 1 PTMG_PUPTMG_PU -- 0.50.5 4H4H 22 실시예 4Example 4 CNSL-P-6_PU
(화학식3-1)
CNSL-P-6_PU
(3-1)
9 : 19: 1 2.02.0 8H8H 1010
실시예 6Example 6 CNSL-P-4_PU
(화학식3-2)
CNSL-P-4_PU
(3-2)
1.21.2 6H6H 77
실시예 8Example 8 CNSL-P-3_PU
(화학식3-3)
CNSL-P-3_PU
(Formula 3-3)
1.31.3 6H6H 55
실시예 5Example 5 CNSL-P-6_PU
(화학식3-1)
CNSL-P-6_PU
(3-1)
8 : 28: 2 2.12.1 8H8H 2727
실시예 7Example 7 CNSL-P-4_PU
(화학식3-2)
CNSL-P-4_PU
(3-2)
2.02.0 8H8H 2525
실시예 9Example 9 CNSL-P-3_PU
(화학식3-3)
CNSL-P-3_PU
(Formula 3-3)
2.02.0 6H6H 2525

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, CNSL 기반 폴리올과 석유화학기반 디올을 적절한 비율로 혼합한 혼합폴리올을 사용한 수분산 폴리우레탄은 비교예 1에 비해 내스크레치성, 연필경도 및 내용제성이 모두 증가하는 것을 확인할 수 있었다.As shown in Table 1, the water-dispersed polyurethane using a mixed polyol obtained by mixing a CNSL-based polyol and a petrochemical-based diol in an appropriate ratio showed an increase in both scratch resistance, pencil hardness and solvent resistance I could confirm.

다시 말해, 각각의 수분산 폴리우레탄의 내스크래치성, 연필경도 및 내용제성을 비교한 표인 위의 표 1을 참조하면, PTMG_PU의 경우 0.5N의 내스크래치성, 4H의 연필경도 그리고 2번의 내용제성을 보였다고, PTMG와 CNSL 기반 폴리올의 비율이 9 : 1 (mol)인 경우 모든 물성이 PTMG_PU보다 향상된 것을 볼 수 있었다. 이는 CNSL 기반 폴리올이 반응에 참여함에 따라 분자내의 가교도가 높아지고 가교도가 높아진 만큼 분자들을 더욱 단단하게 만들었기 때문이라고 생각된다. 또한, CNSL 기반 폴리올의 함량이 9 : 1 (mol)에서 8 : 2 (mol)로 증가되었을 때 더욱 높은 물성을 보이는 특성을 나타낸다.In other words, referring to Table 1 above, which is a comparison of the scratch resistance, pencil hardness and solvent resistance of each water dispersed polyurethane, it is found that for PTMG_PU, 0.5N scratch resistance, 4H pencil hardness and 2 solvent resistance . When the ratio of PTMG and CNSL - based polyol was 9: 1 (mol), all properties were improved compared to PTMG_PU. This is probably because the CNSL-based polyol participated in the reaction, resulting in a higher degree of crosslinking in the molecule and a higher degree of crosslinking. In addition, when the content of CNSL-based polyol is increased from 9: 1 (mol) to 8: 2 (mol), it exhibits higher physical properties.

구분division SampleSample PTMG : Polyol (mole ratio)PTMG: Polyol (mole ratio) Strain
(%)
Strain
(%)
Stress
(MPa)
Stress
(MPa)
Modulus
(MPa)
Modulus
(MPa)
비교예 1Comparative Example 1 PTMG_PUPTMG_PU -- 975.0975.0 7.007.00 0.580.58 실시예 4Example 4 CNSL-P-6_PU
(화학식3-1)
CNSL-P-6_PU
(3-1)
9 : 19: 1 494.0494.0 10.1810.18 2.022.02
실시예 6Example 6 CNSL-P-4_PU
(화학식3-2)
CNSL-P-4_PU
(3-2)
600.0600.0 6.156.15 0.940.94
실시예 8Example 8 CNSL-P-3_PU
(화학식3-3)
CNSL-P-3_PU
(Formula 3-3)
670.4670.4 2.332.33 0.350.35
실시예 5Example 5 CNSL-P-6_PU
(화학식3-1)
CNSL-P-6_PU
(3-1)
8 : 28: 2 208.2208.2 12.2412.24 6.096.09
실시예 7Example 7 CNSL-P-4_PU
(화학식3-2)
CNSL-P-4_PU
(3-2)
312.0312.0 7.557.55 3.193.19
실시예 9Example 9 CNSL-P-3_PU
(화학식3-3)
CNSL-P-3_PU
(Formula 3-3)
336.0336.0 5.155.15 2.322.32

상기 표 2를 참조하면, 실시예 4, 6, 8 그룹과 실시예 5, 7, 9 그룹은 CNSL 기반 폴리올의 함량이 서로 다른데 함량이 증가할수록 기계적 물성이 높아지는 것을 확인할 수 있었다.Referring to Table 2, the contents of CNSL-based polyols in Examples 4, 6, and 8 and Examples 5, 7, and 9 are different from each other. As the content of CNSL-based polyol increases, mechanical properties are improved.

이는, PTMG만 사용하여 수분산 폴리우레탄을 합성했을 때보다 PTMG와 CNSL 기반 폴리올이 적절한 비율로 섞인 혼합폴리올을 사용한 수분산 폴리우레탄이 더 높은 기계적 물성을 보이는 결과로, CNSL 기반 폴리올이 반응에 참여함에 따라 가교도가 높아지고 가교도가 높아진 만큼 분자들의 움직임이 제한되기 때문이라고 생각된다.This is due to the higher mechanical properties of water-dispersed polyurethane using mixed polyols in which PTMG and CNSL-based polyols are mixed at a proper ratio than when water-dispersed polyurethane was synthesized using only PTMG. Thus, CNSL-based polyols participated in the reaction I think it is because the movement of the molecules is limited as the degree of crosslinking increases and the degree of crosslinking increases.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of the right.

Claims (6)

아래 화학식 3으로 표시되는 화합물을 포함하는 폴리올과 분자 내에 2 이상의 이소시아네이트기를 함유하는 이소시아네이트 화합물 및 분자 내에 이온성기 도입을 위한 아이오노머 화합물을 포함하는 혼합물을 반응시켜, 주쇄 또는 측쇄의 말단에 2 이상의 이소시아네이트기를 갖는 수분산성 우레탄 프리폴리머를 얻는 프리폴리머 제조단계; 그리고
상기 프리폴리머, 중화제 및 쇄연장제를 포함하는 도포액을 경화시켜 폴리우레탄 도막을 형성하는 도막형성단계;를 포함하는, 폴리우레탄 도막의 제조방법;
[화학식 3]
Figure pat00022

상기 화학식 3에서
상기, R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소, 하이드록시기, 탄소수 1 내지 5의 알킬기, 탄소수 1 내지 4의 하이드록시알킬기로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이다.
Reacting a polyol containing a compound represented by the following general formula (3) with a mixture containing an isocyanate compound containing two or more isocyanate groups in the molecule and an ionomer compound for introducing an ionic group into the molecule, and reacting at least two isocyanates A step of preparing a prepolymer to obtain a water dispersible urethane prepolymer having a group; And
A coating film forming step of forming a polyurethane coating film by curing a coating liquid containing the prepolymer, the neutralizing agent and the chain extender;
(3)
Figure pat00022

In the above formula (3)
R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently selected from the group consisting of hydrogen, a hydroxyl group, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, and a hydroxyalkyl group having 1 to 4 carbon atoms.
제1항에 있어서,
상기 화학식 3으로 표시되는 화합물은
아래 화학식 1로 표시되는 화합물과 하기 화학식 2-1, 하기 화학식 2-2 또는 이들 모두를 포함하는 아민 화합물을 40 내지 70 ℃에서 2 내지 6 시간 동안 반응시켜 제조되는 것인, 폴리우레탄 도막의 제조방법;
[화학식 1]
Figure pat00023

[화학식 2-1]
Figure pat00024

[화학식 2-2]
Figure pat00025

상기 화학식 2-1에서 상기, R1 및 R2은 각각 독립적으로 수소, 하이드록시기, 탄소수 1 내지 5의 알킬기, 탄소수 1 내지 4의 하이드록시알킬기로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이고, 상기 화학식 2-2에서, 상기 R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소, 하이드록시기, 탄소수 1 내지 5의 알킬기, 탄소수 1 내지 4의 하이드록시알킬기로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이며, 상기 화학식 2-1와 상기 화학식 2-2는 서로 상이하다.
The method according to claim 1,
The compound represented by the general formula (3)
A process for producing a polyurethane coating film, which comprises reacting a compound represented by the following formula (1) and an amine compound represented by the following formula (2-1), (2-2), or both thereof at 40 to 70 ° C for 2 to 6 hours Way;
[Chemical Formula 1]
Figure pat00023

[Formula 2-1]
Figure pat00024

[Formula 2-2]
Figure pat00025

Wherein R 1 and R 2 are each independently selected from the group consisting of hydrogen, a hydroxyl group, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, and a hydroxyalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, -2, R 3 and R 4 are each independently any one selected from the group consisting of hydrogen, a hydroxyl group, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, and a hydroxyalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, The above formula (2-2) is different from each other.
제1항에 있어서,
상기 화학식 3으로 표시되는 화합물은 아래 화학식 3-1, 화학식 3-2, 화학식 3-3 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인, 폴리우레탄 도막의 제조방법;
[화학식 3-1]
Figure pat00026

[화학식 3-2]
Figure pat00027

[화학식 3-3]
Figure pat00028
The method according to claim 1,
Wherein the compound represented by Formula 3 is any one selected from the group consisting of Formulas 3-1, 3-2, 3-3, and combinations thereof;
[Formula 3-1]
Figure pat00026

[Formula 3-2]
Figure pat00027

[Formula 3-3]
Figure pat00028
제1항에 있어서,
상기 프리폴리머의 제조단계는 75 내지 95 ℃의 반응온도에서 진행되는 것인, 폴리우레탄 도막의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of preparing the prepolymer proceeds at a reaction temperature of 75 to 95 캜.
제1항에 있어서,
상기 아이오노머와 상기 중화제는 1: 1: 0.5 내지 1.5의 몰비로 적용되는 것인, 폴리우레탄 도막의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the ionomer and the neutralizing agent are applied in a molar ratio of 1: 1: 0.5 to 1.5.
아래 화학식 3으로 표시되는 화합물을 포함하는 폴리올과 분자 내에 2 이상의 이소시아네이트기를 함유하는 이소시아네이트 화합물 및 분자 내에 이온성기 도입을 위한 아이오노머 화합물을 포함하는 혼합물을 반응시켜, 주쇄 또는 측쇄의 말단에 2 이상의 이소시아네이트기를 갖는 수분산성 우레탄 프리폴리머를 얻는 과정을 포함하는, 수분산성 우레탄 프리폴리머의 제조방법;
[화학식 3]
Figure pat00029

상기 화학식 3에서
상기 R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소, 하이드록시기, 탄소수 1 내지 5의 알킬기, 탄소수 1 내지 4의 하이드록시알킬기로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이다.
Reacting a polyol containing a compound represented by the following general formula (3) with a mixture containing an isocyanate compound containing two or more isocyanate groups in the molecule and an ionomer compound for introducing an ionic group into the molecule, and reacting at least two isocyanates A step of obtaining a water-dispersible urethane prepolymer having a group;
(3)
Figure pat00029

In the above formula (3)
R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently selected from the group consisting of hydrogen, a hydroxyl group, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, and a hydroxyalkyl group having 1 to 4 carbon atoms.
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