KR20220131747A - 내가수분해성이 우수한 고고형분 수분산 폴리우레탄 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내가수분해성이 우수한 고고형분 수분산 폴리우레탄 제조방법에 있어서, 폴리머릭 폴리올과 용제를 반응기에 넣고 교반을 진행하여 폴리머릭 폴리올을 용해시키는 폴리머릭 폴리올 용해단계; 상기 폴리머릭 폴리올에 디이소시아네이트를 첨가하여 폴리우레탄 프리폴리머를 형성하는 프리폴리머 형성단계; 및 상기 폴리우레탄 프리폴리머에 쇄연장제(chain extender)를 첨가하여 상기 폴리머릭 폴리올과 상기 디이소시아네이트를 포함하는 사슬을 연장시켜 수분산 폴리우레탄 수지를 제조하는 사슬연장단계;를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 난연성이 우수한 고고형분 수분산 수지를 코팅하여 난연성이 우수한 스웨이드 원단을 제조할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
Description
본 발명은 내가수분해성이 우수한 고고형분 수분산 폴리우레탄 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 난연성이 우수한 고고형분 수분산 수지를 코팅하여 난연성이 우수한 스웨이드 원단을 제조할 수 있는 내가수분해성이 우수한 고고형분 수분산 폴리우레탄 제조방법에 관한 것이다.
현재 스웨이드(suede) 인공피혁 소재로 가장 많이 사용되고 있는 것이 용제형 폴리우레탄(polyurethane, PU)을 이용한 합성/인조피혁 소재이며, 이는 내마모성, 내굴곡성 등과 같이 필름으로써 요구되는 물성이 우수할 뿐 아니라 접착, 외관 특성이 우수하다는 장점이 있다. 하지만 폴리우레탄 합성/인공피혁 소재를 제조하기 위해서는 디메틸포름아마이드(dimethylformamide, DMF), 메틸에틸케톤(methyl ethyl ketone, MEK), 톨루엔(toluene) 등 발암물질로 규정된 용제를 사용하고 있는데, 이러한 용제는 환경적 위해 요소로 작용하고 산업환경의 변화에 따라 글로벌 환경규제에 의하여 사용이 제한된다는 문제점이 있다. 또한, 상기한 용제들은 휘발성이 높아 작업장 내 화재의 주요 원인이 되고 있다는 문제점이 있다.
따라서, 강화되는 규제에 대응하고자 관련 업계에서는 용제형 폴리우레탄을 대체할 수 있는 수분산 폴리우레탄을 개발하고 있으나, 수분산 폴리우레탄 수지를 원단에 가공하게 되면 해당 원사에 수지가 마이그레이션(migration)되어 터치가 딱딱해져 탄성이 저하되고, 원단에 주름이 생긴다는 단점이 있다. 이를 해결하기 위해 폼 딥핑(foam dipping) 공정을 이용하고 있지만 수분산 폴리우레탄 수지에 스웰링(swelling)이 발생하고, 이로 인해 원단에 균일하게 도포되지 못한다는 단점이 있어 이를 개선하기 위한 기술이 필요한 실정이다. 즉, 수분산 폴리우레탄 수지의 터치감이 개선되고 스웨이드 제조에 사용되기 위한 함침용 수분산 폴리우레탄 수지를 필요로 하며, 이를 제조하기 위해 내가수분해성이 향상되는 수분산 폴리우레탄 수지 개선이 필요하다.
또한, 수분산 폴리우레탄 수지를 이용하여 차량 내장재로 사용되는 스웨이드 원단에는 터치감 및 심미성을 향상시키기 위하여 코팅 처리를 실시하고 있는데, 일반적으로 폴리우레탄 수지를 코팅하고 있다. 하지만 폴리우레탄 수지를 사용하여 스웨이드 원단을 코팅할 경우, 코팅 단계 중 과량의 유기용제를 사용하기 때문에 제조 공정상의 문제와 유기용제를 사용시 잔류 유해물질(VOC)이 검출되는 문제가 있다. 이에 의해 자동차 내장재 적용에 제한이 있으며, 또한 연소시 유독가스인 시안화수소(hydrogen cyanide) 가스의 발생으로 승객 안전문제 및 폐시기 환경문제가 발생하고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 수분산 폴리우레탄 수지를 사용하고 스웨이드 원단을 코팅하고 있으나, 수분산 폴리우레탄 수지를 사용하는 경우 상기와 마찬가지로 원단의 기계적 물성이 저하된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 난연성이 우수한 고고형분 수분산 수지를 코팅하여 난연성이 우수한 스웨이드 원단을 제조할 수 있는 내가수분해성이 우수한 고고형분 수분산 폴리우레탄 제조방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적은, 폴리머릭 폴리올과 용제를 반응기에 넣고 교반을 진행하여 폴리머릭 폴리올을 용해시키는 폴리머릭 폴리올 용해단계; 상기 폴리머릭 폴리올에 디이소시아네이트를 첨가하여 폴리우레탄 프리폴리머를 형성하는 프리폴리머 형성단계; 및 상기 폴리우레탄 프리폴리머에 쇄연장제(chain extender)를 첨가하여 상기 폴리머릭 폴리올과 상기 디이소시아네이트를 포함하는 사슬을 연장시켜 수분산 폴리우레탄 수지를 제조하는 사슬연장단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 내가수분해성이 우수한 고고형분 수분산 폴리우레탄 제조방법에 의해 달성된다.
여기서, 상기 폴리머릭 폴리올은, 폴리에테르 폴리올(polyether polyol), 폴리에스터 폴리올(polyester polyol), 폴리카보네이트 폴리올(polycarbonate polyol), 폴리아크릴 폴리올(polyacryl polyol) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 분자량은 200 내지 10,000Mw으로 이루어진 것이 바람직하다.
또한, 상기 디이소시아네이트는, 방향족 디이소시아네이트(aromatic diisocyanate) 또는 지방족 디이소시아네이트(aliphatic diisocyanate)이며, 상기 방향족 디이소시아네이트는, 파라페닐렌디이소시아네이트(para-phenylene diisocyanate, PPDI)4,4-메틸렌디페닐디이소시아네이트(4,4-methylene diphenyl diisocyanate, MDI), 톨루엔디이소시아네이트(toluene diisocyanate, TDI), 1,5-나프탈렌디이소시아네이트(1,5-naphthalene diisocyanate, NDI), 자일렌디이소시아네이트(xylene diisocyanate, XDI) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 상기 지방족 디이소시아네이트는, 1,4-사이클로헥실디이소시아네이트(1,4-cyclohexyl diisocyanate, CHDI)헥사메틸렌디이소시아네이트(hexamethylene diisocyanate, HDI), 이소포론디이소시아네이트(isophoron diisocyanate, IPDI), 디사이클로헥실메테인-4,4디이소시아네이트(dicyclohexylmethane-4,4 diisocyanate, H12MDI, 수소화 MDI, HMDI), 1,3-비스이소시아네이토메틸사이클로헥산(1,3-Bis(Isocyanatomethyl)Cyclohexane, H6XDI, 수소화 XDI, HXDI) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 난연성이 우수한 고고형분 수분산 수지를 코팅하여 난연성이 우수한 스웨이드 원단을 제조할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수분산 폴리우레탄 제조방법의 순서도이고,
도 2는 다양한 실시예에 해당하는 각 성분의 함량을 나타낸 표이고,
도 3은 각 실시예를 통해 제조된 수분산 폴리우레탄 수지의 적외선분광분석을 나타낸 데이터이고,
도 4는 알칼리 감량을 각 실시예별로 실험한 데이터이고,
도 5는 내가수분해를 각 실시예별로 실험한 데이터이다.
도 2는 다양한 실시예에 해당하는 각 성분의 함량을 나타낸 표이고,
도 3은 각 실시예를 통해 제조된 수분산 폴리우레탄 수지의 적외선분광분석을 나타낸 데이터이고,
도 4는 알칼리 감량을 각 실시예별로 실험한 데이터이고,
도 5는 내가수분해를 각 실시예별로 실험한 데이터이다.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수분산 폴리우레탄 제조방법의 순서도이고, 도 2는 다양한 실시예에 해당하는 각 성분의 함량을 나타낸 표이고, 도 3은 각 실시예를 통해 제조된 수분산 폴리우레탄 수지의 적외선분광분석을 나타낸 데이터이고, 도 4는 알칼리 감량을 각 실시예별로 실험한 데이터이고, 도 5는 내가수분해를 각 실시예별로 실험한 데이터이다.
본 발명은 고고형분 수분산 폴리우레탄(polyurethane, PU) 수지를 구성하는 수산화/이소시아네이트(OH/NCO) 몰비 구성을 조절하고 이온성을 가지게 하여 분산성을 부여하는 이오노머(ionomer)의 사용량을 최소하여 기계적 물성이 저하되는 단점을 개선하는 것이 목적이다. 여기서 이오노머는 분자 사슬이 이온 결합으로 다리 걸친 중합체를 의미하며, 대표적으로 불포화 카르복시산과 에텐의 혼성 중합체 또는 메타크릴산과 부타디엔의 혼성 중합체로부터 얻은 이오노머가 상업적으로 많이 사용되고 있다.
또한, 본 발명은 내수성이 우수한 탄화수소로 이루어진 이소시아네이트(isocyanate, NCO)를 이용하여 친환경적이며 내가수분해성을 향상시킬 수 있는 수분산 폴리우레탄 수지를 제조하는 데 목적이 있다.
본 발명에 따른 내가수분해성이 우수한 고고형분 수분산 폴리우레탄 제조방법은, 도 1에 도시된 바와 같이 폴리머릭 폴리올 용해단계(S100), 프리폴리머 형성단계(S200) 및 사슬연장단계(S300)를 포함한다.
먼저 폴리머릭 폴리올 용해단계(S100)는, 폴리머릭 폴리올(polymeric polyol)과 용제를 반응기에 적정량을 넣고 교반을 진행하여 용제에 폴리머릭 폴리올을 용해시키는 단계를 의미한다.
수분산 폴리우레탄 수지의 제조에 사용되는 폴리머릭 폴리올은 폴리에테르 폴리올(polyether polyol), 폴리에스터 폴리올(polyester polyol), 폴리카보네이트 폴리올(polycarbonate polyol), 폴리아크릴 폴리올(polyacryl polyol) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 또한 폴리머릭 폴리올의 분자량은 200 내지 10,000Mw으로 이루어진 것을 사용하는 것이 바람직하며, 사용하는 폴리머릭 폴리올의 분자량이 증가할수록 폴리우레탄 수지의 유연성이 증가하게 된다.
다음 표 1은 본 발명에 적용가능한 폴리머릭 폴리올의 구성 및 특징을 나타낸 것이며, 이러한 구성 중 원하는 물성의 폴리우레탄 수지를 얻기 위해 성분비를 적절히 조절 가능하다. 여기서 PEG는 폴리에틸렌글라이콜(polyethylene glycol, PEG), PPG는 폴리프로필렌글라이콜(polypropylene glycol, PPG), PTMG는 폴리테트라메틸렌에테르글라이콜(polytetramethylene ether glycol)을 의미한다.
| polyol | 특징 | 구조식 | |
| polyether polyol | PEG, PPG | PEG는 내수성이 낮아서 단독보다는 PPG와 공중합되어 사용되며, 내한성이 우수하고 가격이 저렴하다. |
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| PTMG | 내한성 및 내가수분해성이 우수하며, 고가의 제품으로 고물성을 나타내면서 작업성이 우수하다. |
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| polyester polyol | 점도가 낮고 내열성, 내가수분해성, 저온특성이 우수하다. |
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| polycarbonate polyol | 물리적 특성이 가장 우수하고, 다른 폴리올들과 비교시 가장 우수한 물성을 발현한다. |
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용제는 수분산 폴리우레탄 수지를 제조하기 위해 물과 아세톤이 혼합된 용제를 사용하는데, 이러한 물과 아세톤의 혼합용제는 종래의 폴리우레탄 수지를 제조하기 위해 사용되는 디메틸포름아마이드(dimethylformamide, DMF), 메틸에틸케톤(methyl ethyl ketone, MEK), 톨루엔(toluene) 등 발암물질로 규정된 용제와 달리 무독성 용제이기 때문에 수분산 폴리우레탄 수지를 제조하는 작업자의 안전이 보장될 수 있다.
프리폴리머 형성단계(S200)는, 폴리머릭 폴리올에 디이소시아네이트를 첨가하여 폴리우레탄 프리폴리머(polyurethane prepolymer)를 형성하는 단계를 의미한다.
폴리머릭 폴리올 용해단계(S100)를 통해 폴리머릭 폴리올이 용제에 용해되어있는 상태에 디이소시아네이트(diisocyanate)를 지속적으로 첨가하여 폴리우레탄 프리폴리머를 형성한다. 여기서 디이소시아네이트(OCN-R-NCO)는 두 개의 이소시아네이트기가 양단부에 포함된 조성물을 의미한다.
일반적으로 디이소시아네이트는 방향족 디이소시아네이트(aromatic diisocyanate)와 지방족 디이소시아네이트(aliphatic diisocyanate)로 나눌 수 있다. 방향족 디이소시아네이트의 경우 파라페닐렌디이소시아네이트(para-phenylene diisocyanate, PPDI)4,4-메틸렌디페닐디이소시아네이트(4,4-methylene diphenyl diisocyanate, MDI), 톨루엔디이소시아네이트(toluene diisocyanate, TDI), 1,5-나프탈렌디이소시아네이트(1,5-naphthalene diisocyanate, NDI), 자일렌디이소시아네이트(xylene diisocyanate, XDI) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 지방족 디이소시아네이트의 경우 1,4-사이클로헥실디이소시아네이트(1,4-cyclohexyl diisocyanate, CHDI)헥사메틸렌디이소시아네이트(hexamethylene diisocyanate, HDI), 이소포론디이소시아네이트(isophoron diisocyanate, IPDI), 디사이클로헥실메테인-4,4디이소시아네이트(dicyclohexylmethane-4,4 diisocyanate, H12MDI, 수소화 MDI, HMDI), 1,3-비스이소시아네이토메틸사이클로헥산(1,3-Bis(Isocyanatomethyl)Cyclohexane, H6XDI, 수소화 XDI, HXDI) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하나 이에 한정되지는 않는다.
폴리우레탄 수지의 제조에 사용되는 디이소시아네이트는 대부분 지방족 디이소시아네이트보다 반응성이 큰 방향족 디이소시아네이트이며 이 중에서도 TDI 또는 MDI가 주로 이용되고 있으며, 1980년대 중반 이후에는 MDI의 수요가 TDI의 수요를 크게 앞지르고 있다. 또한 지방족 디이소시아네이트는 주로 무황변 타입의 폴리우레탄 수지 제조에 이용되며 사용 추세가 점차 증가하고 있다. 한편 디이소시아네이트는 이중결합의 특성을 가지고 있으므로 부가 반응이 일어나며, 이들의 반응성은 입체장애, 치환체, 촉매 등에 큰 영향을 받는다.
아래의 표 2는 각종 디이소시아네이트의 반응성의 상대적 비를 나타낸 것이고, 표 3은 디이소시아네이트의 물성을 나타낸 것이다.
| 디이소시아네이트 | 반응성(reactivity) |
| PPDI | 1.85 |
| NDI | 1.37 |
| MDI | 1 |
| CHDI | 0.28 |
| IPDI | 0.15 |
| HMDI | 0.13 |
| 분자량 | 비중 | 굴절율 | 점도(cps) | 응고점(℃) | 인화점(℃) | |
| TDI | 174.16 | 1.22 | 1.5663 | 3 | 11.5~13.5 | 132 |
| MDI | 250.26 | 1.19 | - | 고체 | 37~38 | 202 |
| 폴리머릭 MDI |
360~400 | 1.2 | - | 100 이상 | - | 200 이상 |
| NDI | 210.2 | 1.42 | 1.4253 | 고체 | 120~130 | 155 |
| XDI | 188.2 | 1.2 | - | 3.6 (20℃) |
- | 185 |
| H16MDI | 194.2 | 1.1 | - | 5.8 (25℃) |
약 -50 | 150 |
| IPDI | 222.28 | 1.06 | 1.4829 | 15 (20℃) |
약 -60 | 163 |
| HDI | 168.2 | 1.04 | 1.4516 | 25 (20℃) |
약 -67 | 140 |
| H12MDI | 262 | 1.07 | - | 29 (25℃) |
10~15 | 201 |
사슬연장단계(S300)는, 폴리우레탄 프리폴리머에 쇄연장제(chain extender)를 첨가하여 폴리머릭 폴리올과 디이소시아네이트를 포함하는 사슬을 연장시켜 수분산 폴리우레탄 수지를 제조하는 단계를 의미한다.
폴리머릭 폴리올과 디이소시아네이트를 포함하는 폴리우레탄 프리폴리머에 쇄연장제를 간헐적으로 수차례로 나누어 첨가하고 쇄연장제를 통해 폴리머릭 폴리올과 디이소시아네이트가 사슬을 형성하며, 쇄연장제가 수차례 첨가됨에 의해 사슬이 연장되어 수분산 폴리우레탄 수지가 제조된다. 이때 쇄연장제를 간헐적으로 첨가하는 동안에는 디이소시아네이트가 과잉으로 존재하다가 마지막으로 쇄연장제를 첨가하게 되면, 수분산 폴리우레탄 수지가 적절한 점도가 되면서 디이소시아네이트가 완전히 없어지게 된다. 이후에는 추가로 용도에 맞게 적절한 용제 및 첨가제를 넣고 반응을 완료한다.
여기서 쇄연장제(chain extender)는 디올(diol)을 사용하는데, 이러한 디올은 에틸렌글리콜(ethylene glycol), 디에틸렌글리콜(diethyl glycol), 1,2-프로판디올(1,2-propanediol), 1,3-프로판디올(1,3-propanediol), 네오펜탄디올(neopentanediol), 1,4-부탄디올(1,4-butanediol), 1,5-펜탄디올(1,5-pentanediol), 1,6-헥산디올(1,6-hexanediol) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하나 이에 한정되지는 않는다.
이와 같이 폴리머릭 폴리올 용해단계(S100), 프리폴리머 형성단계(S200) 및 사슬연장단계(S300)를 통해 제조되는 수분산 폴리우레탄 수지는 내가수분해성이 우수할 뿐 아니라 고고형분으로 이루어져 이를 스웨이드 원단에 도포할 경우 스웨이드 원단의 난연성이 우수해질 수 있다.
본 발명은 인공피혁 함침가공제용 수분산 폴리우레탄 수지의 물성을 향상시키고, 함침 후 원단을 충진감을 향상시키기 위해 고고형분(high solid) 폴리우레탄 수지를 실시예 1과 같이 제조하였고, 제조된 폴리우레탄 수지의 물성을 분석하였다.
<실시예 1>
고고형분 폴리우레탄 수지의 중합을 위해 폴리올은 표 4에 나타난 바와 같이 폴리에스터 폴리올인 폴리테트라메틸렌에테르글라이콜(polytetramethylene ether glycol, PTMG)을 사용하였고, 쇄연장제는 1,4-부탄디올, 디이소시아네이트는 이소포론디이소시아네이트(isophoron diisocyanate, IPDI) 및 디사이클로헥실메테인-4,4디이소시아네이트(dicyclohexylmethane-4,4 diisocyanate, H12MDI)를 사용하였다. 고고형분 폴리우레탄 수지의 합성을 위해 고형분 함량은 40%로 설계하여 합성을 진행하였으며, 실시예 1에 사용된 구성의 분자량 및 특성을 표 4를 통해 확인 가능하다.
| 구분 | 원료 | 분자량 | 제조사 |
| polyol | PTMG | 1,000~2,000 | Aldrich |
| diol | 1,4-Butanediol | 90.12 | Aldrich |
| isocyanate | IPDI | 222.28 | Aldrich |
| H12MDI | 262 | Aldrich | |
| catalyst | DBTDL | - | Aldrich |
| solvent | acetone | - | 국산 |
| water | - | Distilled water | |
| chain extender | EDA (ethylene diamine) |
60.1 | Aldrich |
폴리우레탄 수지를 중합하는 단계로는, 먼저 양 말단에 이소시아네이트를 가지는 프리폴리머를 제조한다. 제조 방법으로는 교반기(mechanical stirrer) 컨덴서(condenser) 및 질소가스(N2 Gas) 투입구가 장치된 500ml 4-neck resin kettle을 oil bath를 이용하여 일정한 온도로 유지한 뒤 건조된 질소를 블로잉(blowing)하여 kettle 내부를 질소분위기로 조성하였다.
그 다음 반응기 내부의 온도를 80℃로 유지시킨 뒤 정해진 양의 IPDI와 PTMG를 투입하여 교반한 후, 일정시간 마다 이소시아네이트를 정량하여 적정 NCO%에 도달하면 친수성기를 가지고 있는 Dimethyl propionic acid(DMPA)를 투입하였다.
이후 반응물의 점도가 급격히 증가하면 온도를 40℃까지 낮춘 후 소량의 아세톤을 투입하여 용해시켰다. 한 시간 이상 반응시킨 후 중화제를 투입하여 2시간 동안 중화시켜 이온화된 프리폴리머(prepolymer)를 제조하였다. 제조된 프리폴리머를 수분산 시키기 위해 교반기를 고속 회전시키면서 계산된 증류수를 Dropping funnel로 적하하였다.
그 다음으로 디올 또는 디아민계의 쇄연장제로 사슬을 연장하여 폴리우레탄 수지를 합성하였다. 적외선분광분석(FT-IR)을 이용하여 이소시아네이트 흡수피크를 확인 후 쇄연장제를 증류수와 함께 적하 하였고, 이소시아네이트 흡수피크가 완전히 사라진 후에 실험을 종료하여 최종고형분의 함량이 40wt%이상인 고고형분 폴리우레탄(High Solid PU) 수지를 합성하였다. 투입량에 있어서 이소시아네이트/수산화(NCO/OH)의 비율은 1.0으로 고정하였고, PTMG와 DMPA의 몰비는 0.33 내지 0.5/0.67 내지 0.5로 다양하게 변화를 주었다. 도 2는 각 성분의 성분비를 달리한 다양한 실시예에서 성분 함량을 나타낸 것이고, 도 3은 각 실시예를 통해 제조된 수분산 폴리우레탄 수지의 적외선분광분석(FT-IR)을 나타낸 것이다. 이와 같이 제조된 고고형분 폴리우레탄 수지의 고형분 함량은 표 5를 통해 확인 가능하다.
| 고형분(%) | |
| PUD 3 | 42.21 |
| PHSA-2 | 37.98 |
| PHSA-3 | 38.72 |
| PHSA-4 | 37.52 |
| PHSA-5 | 39.49 |
| PHSA-6 | 36.28 |
도 4는 알칼리 감량을 각 실시예별로 실험한 것으로, NaOH 5.0% soln.(100℃, 10min) 처리 후 감량률 및 인장강도 변화를 측정한 결과를 확인할 수 있다. 도 5는 내가수분해를 실험한 것으로, water(100℃, 30min) 처리 후 무게변화 및 인장강도 변화를 측정한 결과에 해당한다.
폴리우레탄 수지는 여러가지 용도 중에서 인공피혁의 함침 가공제로 많이 사용되는데, 이는 천연피혁 구조를 모방하고자 하는 데에서 비롯되었다. 천연피혁은 3차원 구조의 섬유속 망상 구조와 비콜라겐 함유량 등의 차이에 의해 서로 다른 감성을 발현하며, 자연스러운 섬유속 밀도 구배로 인해 부피감이 우수하고 부드러운 촉감을 발현한다. 또한 천연피혁은 콜라겐 섬유속 사이를 엘라스틴(elastin) 섬유가 얽혀있고 그 사이에 지질이 침착되어 있어 반발탄성 및 신축성과 같은 독특한 특성이 나타나는데, 합성고분자 중에서 이와 유사한 특성을 나타내는 것이 폴리우레탄 수지이다. 인공피혁은 천연의 감성을 재현하기 위해 주로 단면 두께가 5㎛ 급으로 극세화시킨 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 원사를 사용하여 편물, 직물 또는 부직포 형태로 원단을 제조하고, 폴리우레탄 수지를 이용하여 원단 내부에 망상구조를 형성하여 천연의 부피감과 신축성을 재현한다.
이러한 인공피혁의 함침가공제용 폴리우레탄 수지는 폴리올의 강한 소수성으로 인하여 전통적으로 유기용제를 이용하여 제조되어 왔다. 그러나 국내외적으로 환경문제에 대한 관심이 높아지면서 유기용제형 폴리우레탄에 사용되는 디메틸포름아마이드(dimethylformamide, DMF), 메틸에틸케톤(methyl ethyl ketone, MEK), 톨루엔(toluene) 등과 같은 유기용제가 환경오염 및 신체에 치명적인 영향을 끼치는 원인이 되어 규제가 강화되고 있다. 이에 따라 환경오염을 유발하지 않는 범위 내에서 물을 용매로 사용하는 수분산 폴리우레탄(waterbone polyurethane, WPU) 수지로의 대체가 이루어지고 있다. 이러한 수분산 폴리우레탄 수지도 용제형 폴리우레탄 수지와 마찬가지로 상분리 현상으로 인한 다양한 모폴로지(morphology)를 나타내며, 주사슬의 화학적 구조에 따라 다양한 물성이 가능하여 유연성과 강인성 뿐만 아니라 내화학성, 내용매성, 내마모성 등과 같은 물성도 비교적 용이하게 제어할 수 있다. 그러나 인공피혁의 함침가공제용 수분산 폴리우레탄 수지는 용제형 폴리우레탄 수지에 비해 가공성, 코팅성, 신축성, 반발탄성 등의 물성이 떨어지며, 최종 제품의 마찰내구성, 내수성, 내후성이 좋지 않다는 단점이 있기 때문에 아직까지 제한된 용도로 사용되고 있는 실정이다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 난연성이 우수한 고고형분 수분산 수지를 코팅하여 난연성이 우수한 스웨이드 원단을 제조할 수 있는 내가수분해성이 우수한 고고형분 수분산 폴리우레탄 제조방법을 제시하였으며, 내가수분해성과 난연성에 대한 효과가 우수하다는 것을 실험을 통해 확인할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
S100: 폴리머릭 폴리올 용해단계
S200: 프리폴리머 형성단계
S300: 사슬연장단계
S200: 프리폴리머 형성단계
S300: 사슬연장단계
Claims (3)
- 폴리머릭 폴리올과 용제를 반응기에 넣고 교반을 진행하여 폴리머릭 폴리올을 용해시키는 폴리머릭 폴리올 용해단계;
상기 폴리머릭 폴리올에 디이소시아네이트를 첨가하여 폴리우레탄 프리폴리머를 형성하는 프리폴리머 형성단계; 및
상기 폴리우레탄 프리폴리머에 쇄연장제(chain extender)를 첨가하여 상기 폴리머릭 폴리올과 상기 디이소시아네이트를 포함하는 사슬을 연장시켜 수분산 폴리우레탄 수지를 제조하는 사슬연장단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 내가수분해성이 우수한 고고형분 수분산 폴리우레탄 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 폴리머릭 폴리올은,
폴리에테르 폴리올(polyether polyol), 폴리에스터 폴리올(polyester polyol), 폴리카보네이트 폴리올(polycarbonate polyol), 폴리아크릴 폴리올(polyacryl polyol) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되며,
분자량은 200 내지 10,000Mw으로 이루어진 것을 특징으로 하는 내가수분해성이 우수한 고고형분 수분산 폴리우레탄 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 디이소시아네이트는,
방향족 디이소시아네이트(aromatic diisocyanate) 또는 지방족 디이소시아네이트(aliphatic diisocyanate)이며,
상기 방향족 디이소시아네이트는,
파라페닐렌디이소시아네이트(para-phenylene diisocyanate, PPDI)4,4-메틸렌디페닐디이소시아네이트(4,4-methylene diphenyl diisocyanate, MDI), 톨루엔디이소시아네이트(toluene diisocyanate, TDI), 1,5-나프탈렌디이소시아네이트(1,5-naphthalene diisocyanate, NDI), 자일렌디이소시아네이트(xylene diisocyanate, XDI) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되며,
상기 지방족 디이소시아네이트는,
1,4-사이클로헥실디이소시아네이트(1,4-cyclohexyl diisocyanate, CHDI)헥사메틸렌디이소시아네이트(hexamethylene diisocyanate, HDI), 이소포론디이소시아네이트(isophoron diisocyanate, IPDI), 디사이클로헥실메테인-4,4디이소시아네이트(dicyclohexylmethane-4,4 diisocyanate, H12MDI, 수소화 MDI, HMDI), 1,3-비스이소시아네이토메틸사이클로헥산(1,3-Bis(Isocyanatomethyl)Cyclohexane, H6XDI, 수소화 XDI, HXDI) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 내가수분해성이 우수한 고고형분 수분산 폴리우레탄 제조방법.
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