KR20230049026A - 캡슐화된 폴리이소시아네이트를 포함하는 고분자 분산제, 이의 제조방법 및 이를 이용한 폴리우레탄 필름의 제조방법 - Google Patents
캡슐화된 폴리이소시아네이트를 포함하는 고분자 분산제, 이의 제조방법 및 이를 이용한 폴리우레탄 필름의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 캡슐화된 폴리이소시아네이트를 포함하는 고분자 분산제, 이의 제조방법 및 이를 이용한 폴리우레탄 필름의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 수계 반응을 통해 친환경적이면서 폴리이소시아네이트를 캡슐화함으로써 상 분리 억제 및 균일한 필름 형성이 가능한 고분자 분산제를 제공하고, 상기 고분자 분산제를 이용하여 종래 폴리올 입자, 폴리이소시아네이트 액적(polyisocyanate droplets) 및 물로 구성된 3가지 이질적인 3상(heterogeneous 3-phases) 시스템을 폴리이소시아네이트 캡슐화 입자 및 물로 구성된 2상 시스템을 적용함으로써 광택이 향상되고 매끄러운 표면을 갖는 폴리우레탄 필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 캡슐화된 폴리이소시아네이트를 포함하는 고분자 분산제, 이의 제조방법 및 이를 이용한 폴리우레탄 필름의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 수계 반응을 통해 친환경적이면서 폴리이소시아네이트를 캡슐화함으로써 상 분리 억제 및 균일한 필름 형성이 가능한 고분자 분산제를 제공하고, 상기 고분자 분산제를 이용하여 종래 폴리올 입자, 폴리이소시아네이트 액적(polyisocyanate droplets) 및 물로 구성된 3가지 이질적인 3상(heterogeneous 3-phases) 시스템을 폴리이소시아네이트 캡슐화 입자 및 물로 구성된 2상 시스템을 적용함으로써 광택이 향상되고 매끄러운 표면을 갖는 폴리우레탄 필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
OEM(주문자 생산 방식, Original Equipment Manufacturer) 자동차 산업의 코팅 프로세스에는 전처리, 전기 코팅, 프라이머, 베이스 코팅 및 클리어 코팅과 같은 여러 층의 코팅이 포함된다. 특히, 최외곽층에 도포되는 클리어 코팅은 광택, 외관 품질, 투명도, 내스크래치성(스크레치 저항성), 내충격성, 내수성 등의 특성이 요구된다.
폴리우레탄은 우수한 내마모성, 내화학성 및 내후성으로 인해 코팅 산업에서 널리 사용된다. 최근, 전 세계적으로 휘발성 유기 화합물(volatile organic compound, VOC) 배출에 대한 규제가 강화되면서 유기용매의 사용이 제한되고 있다. 따라서, 유성 코팅은 친환경적인 수성 코팅으로 대체되고 있다.
그러나, 수성 코팅은 일반적으로 물성 및 외관 품질 측면에서 유성 코팅보다 열악하다. 차이점은 필름 형성 메커니즘에서 비롯된다. 용매계(solvent-borne)의 경우, 용매가 증발하면서 고분자 사슬이 얽혀 균일한 필름을 형성되는 반면, 수계(water-borne)는 보다 복잡한 과정을 거친다. 첫째, 물이 증발함에 따라 입자가 서로 더 가까워진다. 고분자 분자가 입자 경계면을 가로질러 확산됨에 따라 입자가 변형되고 합쳐진다. 마지막으로 고분자 사슬이 얽혀 필름이 형성된다. 이 과정에서 융합(coalescence)이 완벽하지 않으면 유성 코팅에 가까운 물성을 얻기 어렵다.
광택은 클리어 코팅의 필수 속성 중 하나이다. 광택은 필름 표면의 형태와 관련이 있다. 빛이 매끄러운 표면에서 반사되면 정반사를 생성하며 이를 "광택(gloss)"으로 관찰한다. 거친 표면으로 인해 빛이 산란되면 "매트(matte)"로 관찰되는 난반사가 발생한다. 고광택 필름을 만들기 위해서는 상 분리 없이 매끄럽고 깨끗한 표면을 형성해야 한다. 균일한 필름을 만들기 위해서는 성분의 균일한 분산이 필요하다.
수십 년 동안 용매계에 사용된 소수성 폴리이소시아네이트(Hydrophobic polyisocyanate)는 유화가 어렵기 때문에 수계 시스템에 사용할 수 없다. 이를 극복하기 위해 여러 연구가 수행되었다. 첫째, 이소시아네이트의 점도를 낮추어 유화를 용이하게 하였다. 예를 들어, 비대칭 HDI 트리머(asymmetric HDI trimer)는 대칭형보다 점도가 낮아 분산이 더 쉬웠다. 그러나, 여전히 높은 혼합 전단력이 필요하였다. 둘째, 이소시아네이트를 폴리(에틸렌 글리콜) 그룹 또는 이온성 술포네이트 그룹과 같은 친수성 부분으로 변형시켜 소수성을 낮췄다. 낮은 전단에서 자발적 유화가 일어나지만 3개의 이소시아네이트 작용기 중 하나가 변형되기 때문에 기능성이 저하되었다. 또한, 이들 친수성 그룹은 필름의 내수성을 저하 시킬 수 있다.
따라서, 전술한 문제점을 보완하기 위해 본 발명가들은 내구성이 저하되지 않으면서 분산 기능이 향상된 분산제 및 이를 적용한 폴리우레탄 필름의 개발이 시급하다 인식하여, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 수계 반응을 통해 친환경적이면서 폴리이소시아네이트를 캡슐화함으로써 상 분리 억제 및 균일한 필름 형성이 가능한 고분자 분산제 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 고분자 분산제를 이용하여 종래 폴리올 입자, 폴리이소시아네이트 액적(polyisocyanate droplets) 및 물로 구성된 3가지 이질적인 3상(heterogeneous 3-phases) 시스템을 폴리이소시아네이트 캡슐화 입자 및 물로 구성된 2상 시스템을 적용함으로써 광택이 향상되고 매끄러운 표면을 갖는 폴리우레탄 필름 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 캡슐화된 폴리이소시아네이트를 포함하는 고분자 분산제, 이의 제조방법, 이를 이용한 폴리우레탄 필름의 제조방법 및 이에 의해 제조된 폴리우레탄 필름을 제공한다.
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 하기 [화학식 1]로 표시되는 중합체; 및 하기 [화학식 2]로 표시되는 차단된 이소시아네이트;를 포함하는 고분자 분산제를 제공한다:
[화학식 1]
[화학식 2]
상기 [화학식 1]에서 x, y, z, m 및 n은 각각 1 내지 100,000,000이다.
상기 고분자 분산제는, 상기 [화학식 1]로 표시되는 중합체가 쉘(shell)을 형성하고, 상기 [화학식 2]로 표시되는 차단된 이소시아네이트가 코어(core)를 형성하여 캡슐화된 폴리이소시아네이트를 포함할 수 있다.
상기 [화학식 1]로 표시되는 중합체 및 상기 [화학식 2]로 표시되는 차단된 이소시아네이트는 가교 결합이 형성된 것일 수 있다.
상기 [화학식 1]로 표시되는 중합체는, 스티렌(Styrene, St), 메틸 메타크릴레이트(methyl methacrylate, MMA), 부틸 아크릴레이트(butyl acrylate, BA), 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트(2-hydroxyethyl methacrylate, HEMA) 및 아크릴산(acrylic acid, AA)으로 구성될 수 있다.
본 발명은 (A1) 개시제를 용매에 적가하여 하기 [화학식 1]로 표시되는 중합체를 제조하는 단계; (A2) 상기 [화학식 1]로 표시되는 중합체에 하기 [화학식 2]로 표시되는 차단된 이소시아네이트를 첨가하여 혼합하는 단계; 및 (A3) 상기 혼합물에 물을 적가하여 폴리이소시아네이트가 캡슐화된 고분자 분산액을 제조하는 단계;를 포함하는, 고분자 분산액의 제조방법을 제공한다:
[화학식 1]
[화학식 2]
상기 [화학식 1]에서 x, y, z, m 및 n은 각각 1 내지 100,000,000이다.
상기 (A1) 단계는, (A1a) 스티렌(Styrene, St), 메틸 메타크릴레이트(methyl methacrylate, MMA), 부틸 아크릴레이트(butyl acrylate, BA), 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트(2-hydroxyethyl methacrylate, HEMA) 및 아크릴산(acrylic acid, AA)을 혼합하여 개시제를 제조하는 단계; (A1b) 상기 개시제에 디-터트-부틸퍼옥사이드(Di-tert-butyl peroxide, DTBPO)를 혼합하는 단계; 및 (A1c) 상기 혼합물을 용매에 적가하여 상기 [화학식 1]로 표시되는 중합체를 제조하는 단계;로 구성될 수 있다.
상기 (A1c) 단계의 용매는, 탄소수 1 내지 4의 저급 알코올, 아니솔(anisole), 헥산(hexane), 아세트산에틸(ethyl acetate, EA), 메틸 아이오다이드(iodomethane), 아세톤(acetone), 클로로포름(chloroform, 에틸셀로솔브 (Ethyl cellosolve), 디에틸에테르(diethylether), 아조-비시소부티로니트릴(azo-bisisobutyronitrile), 디클로로메탄 (dichloromethane), 디메틸 포름아미드(dimethylformamide), 디시클로헥실카르보디이미드(dicyclohexylcarbodiimide)으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 (A2) 단계는, (A2a) 상기 [화학식 1]로 표시되는 화합물에 트리에탄올아민(triethanolamine, TEA)을 첨가하여 상기 [화학식 1]로 표시되는 중합체의 -COOH를 중화시키는 단계; 및 (A2b) 상기 -COOH가 중화된 [화학식 1]로 표시되는 중합체에 하기 [화학식 2]로 표시되는 차단된 이소시아네이트를 첨가하여 혼합하는 단계;로 구성될 수 있다.
상기 (A3) 단계는, 상기 혼합물을 교반하면서 물을 적가하여 폴리이소시아네이트가 캡슐화된 고분자 분산액을 제조하는 단계;일 수 있다.
본 발명은 (B1) 상기에 따른 고분자 분산액을 기재 상에 코팅하여 필름을 형성하는 단계; 및 (B2) 상기 필름을 경화하여 폴리우레탄 필름을 제조하는 단계;를 포함하는, 폴리우레탄 필름의 제조방법을 제공한다.
상기 (B1) 단계의 필름은, 10 내지 100 ㎛ 두께로 코팅될 수 있다.
상기 (B2) 단계는, (B2a) 상기 필름을 플래시 오프(flash off)하는 단계; (B2b) 상기 플래시 오프된 필름을 50 내지 100 ℃에서 건조하는 단계; 및 (B2c) 상기 건조된 필름을 100 내지 200 ℃에서 경화하여 폴리우레탄 필름을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기에 따라 제조된, 폴리우레탄 필름을 제공한다.
상기 캡슐화된 폴리이소시아네이트를 포함하는 고분자 분산제, 이의 제조방법, 이를 이용한 폴리우레탄 필름의 제조방법 및 이에 의해 제조된 폴리우레탄 필름에서 언급된 모든 사항은 모순되지 않는 한 동일하게 적용된다.
본 발명의 캡슐화된 폴리이소시아네이트를 포함하는 고분자 분산제 및 이의 제조방법은 수계 반응을 통해 친환경적이면서 폴리이소시아네이트를 캡슐화함으로써 상 분리 억제 및 균일한 필름 형성이 가능하다.
또한, 본 발명의 고분자 분산제를 이용한 폴리우레탄 필름 및 이의 제조방법은 상기 고분자 분산제를 이용하여 종래 폴리올 입자, 폴리이소시아네이트 액적(polyisocyanate droplets) 및 물로 구성된 3가지 이질적인 3상(heterogeneous 3-phases) 시스템을 폴리이소시아네이트 캡슐화 입자 및 물로 구성된 2상 시스템을 적용함으로써 광택이 향상되고 매끄러운 표면을 갖는다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 캡슐화된 폴리이소시아네이트를 포함하는 고분자 분산제의 제조방법을 대략적으로 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 고분자 분산제를 이용한 폴리우레탄 필름의 제조방법을 대략적으로 나타낸 개략도이다.
도 3(a)는 본 발명에 따른 [화학식 1]로 표시되는 중합체(실시예 1.1)를 디메틸 포름아미드(dimethylformamide, DMF)에 용해하여 상기 중합체의 분자량 및 다분산도를 측정한 SEC(size exclusion chromatography) 크로마토그램이다.
도 3(b)는 본 발명에 따른 [화학식 1]로 표시되는 중합체(실시예 1.1)를 DMSO-d6에 용해하여 상기 중합체의 화학 구조를 확인한 1H NMR 스펙트럼이다.
도 4는 (a) 본 발명에 따른 고분자 분산제(실시예 1.2) 및 (b) 비교 고분자 분산제(비교예 1)의 입자 크기 분포를 확인한 동적 광 산란 광도계(Dynamic light scattering, DLS)를 측정한 데이터이다.
도 5는 본 발명에 따른 고분자 분산제(실시예 1.2)의 모폴로지를 확인한 투과 전자 현미경(Transmission Electron Microscope, TEM) 이미지이다.
도 6(a)는 본 발명에 따른 고분자 분산제(실시예 1.2)를 D2O에 용해한 1H NMR 스펙트럼(blue line)이다.
도 6(b)는 본 발명에 따른 [화학식 1]로 표시되는 중합체 및 [화학식 2]로 표시되는 차단된 이소시아네이트를 DMSO-d6에 용해한 1H NMR 스펙트럼(green line)이다.
도 7은 본 발명에 따른 고분자 분산제(실시예 1.2)의 시차 주사 열량계(differential scanning calorimetry, DSC)를 1차 사이클(black line), 2차 사이클(blue line) 및 3차 사이클(red line)로 측정한 곡선이다.
도 8(a)는 본 발명에 따른 고분자 분산제(실시예 1.2)의 경화 전(0분, black line) 및 후(30분, red line)를 FT-IR 분광계로 측정한 스펙트럼이다.
도 8(b)는 본 발명에 따른 고분자 분산제(실시예 1.2)의 경화 전(0분, black line) 및 후(30분, red line)를 FT-IR 분광계로 측정한 스펙트럼의 1800-1630 cm-1 범위 확대 스펙트럼이다.
도 9(a) 및 (c)는 본 발명에 따라 고분자 분산제를 이용해 제조된 폴리우레탄 필름(실시예 2)의 이미지이다.
도 9(b) 및 (d)는 비교 고분자 분산제를 이용해 제조된 비교 폴리우레탄 필름(비교예 2)의 이미지이다.
도 9(e)는 본 발명에 따라 고분자 분산제를 이용해 제조된 폴리우레탄 필름(실시예 2) 및 비교 폴리우레탄 필름(비교예 2)의 광택 값이다.
도 10은 비교 폴리우레탄 필름(비교예 2)에 대한 DSC 곡선이다.
도 11(a)는 본 발명에 따라 고분자 분산제를 이용해 제조된 폴리우레탄 필름(실시예 2)의 물에 대한 침지 시간에 따른 투과율을 확인한 UV-VIS 스펙트럼이다.
도 11(b)는 비교 고분자 분산제를 이용해 제조된 비교 폴리우레탄 필름(비교예 2)의 물에 대한 침지 시간에 따른 투과율을 확인한 UV-VIS 스펙트럼이다.
도 12는 필름 어플리케이터(film applicator)를 이용하여 필름을 제조하는 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 고분자 분산제를 이용한 폴리우레탄 필름의 제조방법을 대략적으로 나타낸 개략도이다.
도 3(a)는 본 발명에 따른 [화학식 1]로 표시되는 중합체(실시예 1.1)를 디메틸 포름아미드(dimethylformamide, DMF)에 용해하여 상기 중합체의 분자량 및 다분산도를 측정한 SEC(size exclusion chromatography) 크로마토그램이다.
도 3(b)는 본 발명에 따른 [화학식 1]로 표시되는 중합체(실시예 1.1)를 DMSO-d6에 용해하여 상기 중합체의 화학 구조를 확인한 1H NMR 스펙트럼이다.
도 4는 (a) 본 발명에 따른 고분자 분산제(실시예 1.2) 및 (b) 비교 고분자 분산제(비교예 1)의 입자 크기 분포를 확인한 동적 광 산란 광도계(Dynamic light scattering, DLS)를 측정한 데이터이다.
도 5는 본 발명에 따른 고분자 분산제(실시예 1.2)의 모폴로지를 확인한 투과 전자 현미경(Transmission Electron Microscope, TEM) 이미지이다.
도 6(a)는 본 발명에 따른 고분자 분산제(실시예 1.2)를 D2O에 용해한 1H NMR 스펙트럼(blue line)이다.
도 6(b)는 본 발명에 따른 [화학식 1]로 표시되는 중합체 및 [화학식 2]로 표시되는 차단된 이소시아네이트를 DMSO-d6에 용해한 1H NMR 스펙트럼(green line)이다.
도 7은 본 발명에 따른 고분자 분산제(실시예 1.2)의 시차 주사 열량계(differential scanning calorimetry, DSC)를 1차 사이클(black line), 2차 사이클(blue line) 및 3차 사이클(red line)로 측정한 곡선이다.
도 8(a)는 본 발명에 따른 고분자 분산제(실시예 1.2)의 경화 전(0분, black line) 및 후(30분, red line)를 FT-IR 분광계로 측정한 스펙트럼이다.
도 8(b)는 본 발명에 따른 고분자 분산제(실시예 1.2)의 경화 전(0분, black line) 및 후(30분, red line)를 FT-IR 분광계로 측정한 스펙트럼의 1800-1630 cm-1 범위 확대 스펙트럼이다.
도 9(a) 및 (c)는 본 발명에 따라 고분자 분산제를 이용해 제조된 폴리우레탄 필름(실시예 2)의 이미지이다.
도 9(b) 및 (d)는 비교 고분자 분산제를 이용해 제조된 비교 폴리우레탄 필름(비교예 2)의 이미지이다.
도 9(e)는 본 발명에 따라 고분자 분산제를 이용해 제조된 폴리우레탄 필름(실시예 2) 및 비교 폴리우레탄 필름(비교예 2)의 광택 값이다.
도 10은 비교 폴리우레탄 필름(비교예 2)에 대한 DSC 곡선이다.
도 11(a)는 본 발명에 따라 고분자 분산제를 이용해 제조된 폴리우레탄 필름(실시예 2)의 물에 대한 침지 시간에 따른 투과율을 확인한 UV-VIS 스펙트럼이다.
도 11(b)는 비교 고분자 분산제를 이용해 제조된 비교 폴리우레탄 필름(비교예 2)의 물에 대한 침지 시간에 따른 투과율을 확인한 UV-VIS 스펙트럼이다.
도 12는 필름 어플리케이터(film applicator)를 이용하여 필름을 제조하는 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
수치 범위는 상기 범위에 정의된 수치를 포함한다. 본 명세서에 걸쳐 주어진 모든 최대의 수치 제한은 낮은 수치 제한이 명확히 쓰여져 있는 것처럼 모든 더 낮은 수치 제한을 포함한다. 본 명세서에 걸쳐 주어진 모든 최소의 수치 제한은 더 높은 수치 제한이 명확히 쓰여져 있는 것처럼 모든 더 높은 수치 제한을 포함한다. 본 명세서에 걸쳐 주어진 모든 수치 제한은 더 좁은 수치 제한이 명확히 쓰여져 있는 것처럼, 더 넓은 수치 범위 내의 더 좋은 모든 수치 범위를 포함할 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 상세히 기술하나, 하기 실시예에 의해 본 발명이 한정되지 아니함은 자명하다.
캡슐화된 폴리이소시아네이트를 포함하는 고분자 분산제
본 발명은 하기 [화학식 1]로 표시되는 중합체; 및 하기 [화학식 2]로 표시되는 차단된 이소시아네이트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 분산제를 제공한다.
[화학식 1]
[화학식 2]
상기 [화학식 1]에서 x, y, z, m 및 n은 각각 개별적으로 1 내지 100,000,000일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 고분자 분산제는 상기 [화학식 1]로 표시되는 중합체가 쉘(shell)을 형성하고, 상기 [화학식 2]로 표시되는 차단된 이소시아네이트가 코어(core)를 형성함으로써, 상기 [화학식 2]로 표시되는 차단된 이소시아네이트가 캡슐화된 나노입자 형태일 수 있다.
상기 [화학식 1]로 표시되는 중합체 및 상기 [화학식 2]로 표시되는 차단된 이소시아네이트는 가교 결합이 형성될 수 있다.
상기 [화학식 1]로 표시되는 중합체는 스티렌(Styrene, St), 메틸 메타크릴레이트(methyl methacrylate, MMA), 부틸 아크릴레이트(butyl acrylate, BA), 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트(2-hydroxyethyl methacrylate, HEMA) 및 아크릴산(acrylic acid, AA)으로 이루어진 군에서 선택되는 둘 이상의 중합체일 수 있고, 바람직하게는, 스티렌(Styrene, St), 메틸 메타크릴레이트(methyl methacrylate, MMA), 부틸 아크릴레이트(butyl acrylate, BA), 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트(2-hydroxyethyl methacrylate, HEMA) 및 아크릴산(acrylic acid, AA)으로 구성된 중합체일 수 있다.
상기 스티렌(St), 메틸 메타크릴레이트(MMA), 부틸 아크릴레이트(BA), 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트(HEMA) 및 아크릴산(AA)은 1 : (1 내지 3) : (1 내지 3) : (1 내지 2) : (0.1 내지 1)의 중량비로 포함되어 중합체를 구성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, [St] : [MMA] : [BA] : [HEMA] : [AA] = 2.25 : 4.50 : 4.95 : 2.92 : 0.90 (g)의 중량비로 포함되어 중합체를 구성함을 확인할 수 있다.
캡슐화된 폴리이소시아네이트를 포함하는 고분자 분산제의 제조방법
본 발명은 하기의 단계를 포함하는 캡슐화된 폴리이소시아네이트를 포함하는 고분자 분산제의 제조방법을 제공한다.
(A1) 개시제를 용매에 적가하여 하기 [화학식 1]로 표시되는 중합체를 제조하는 단계;
(A2) 상기 [화학식 1]로 표시되는 중합체에 하기 [화학식 2]로 표시되는 차단된 이소시아네이트를 첨가하여 혼합하는 단계; 및
(A3) 상기 혼합물에 물을 적가하여 폴리이소시아네이트가 캡슐화된 고분자 분산액을 제조하는 단계.
[화학식 1]
[화학식 2]
상기 [화학식 1]에서 x, y, z, m 및 n은 각각 개별적으로 1 내지 100,000,000일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 (A1) 단계는 상기 [화학식 1]로 표시되는 중합체를 제조하는 단계;로, 유기용매의 존재 하에서 자유 라디칼 중합 반응에 의해 수행될 수 있으며, 하기의 단계로 구성될 수 있다.
(A1a) 스티렌(Styrene, St), 메틸 메타크릴레이트(methyl methacrylate, MMA), 부틸 아크릴레이트(butyl acrylate, BA), 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트(2-hydroxyethyl methacrylate, HEMA) 및 아크릴산(acrylic acid, AA)을 혼합하여 개시제를 제조하는 단계;
(A1b) 상기 개시제에 디-터트-부틸퍼옥사이드(Di-tert-butyl peroxide, DTBPO)를 혼합하는 단계; 및
(A1c) 상기 혼합물을 용매에 적가하여 상기 [화학식 1]로 표시되는 중합체를 제조하는 단계.
상기 (A1a) 단계에 제조된 개시제를 구성하는 단량체는 경도, 유연성, 가교도 및 내수성와 같은 클리어 코팅의 요구 사항을 달성할 수 있는 단량체로, 상기 스티렌, 메틸 메타크릴레이트 및 부틸 아크릴레이트는 부드럽고 강성을 갖는 단량체이며, 상기 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트는 하이드록실 그룹으로 인해 이소시아네이트와의 가교 반응 정도를 향상 시킬 수 있으며, 상기 아크릴산은 콜로이드 안정성을 부여하기 위한 제형으로 적용될 수 있다.
상기 (A1b) 단계의 디-터트-부틸퍼옥사이드(DTBPO)는 열 개시제로 작용하며, 상기 단량체를 공중합시키는 데 필요하다.
상기 (A1c) 단계의 상기 용매는 탄소수 1 내지 4의 저급 알코올, 아니솔(anisole), 헥산(hexane), 아세트산에틸(ethyl acetate, EA), 메틸 아이오다이드(iodomethane), 아세톤(acetone), 클로로포름(chloroform, 에틸셀로솔브 (Ethyl cellosolve), 디에틸에테르(diethylether), 아조-비시소부티로니트릴(azo-bisisobutyronitrile), 디클로로메탄 (dichloromethane), 디메틸 포름아미드(dimethylformamide), 디시클로헥실카르보디이미드(dicyclohexylcarbodiimide)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있고, 바람직하게는 탄소수 1 내지 4의 저급 알코올, 아니솔, 아세트산에틸, 아세톤, 에틸셀로솔브, 디메틸 포름아미드, 디시클로헥실카르보디이미드으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으며, 상기 탄소수 1 내지 4의 저급 알코올은 메탄올, 에탄올, n-프로판올, iso-프로판올 또는 n-부탄올일 수 있다.
또한, 상기 (A1c) 단계는 100 내지 150 ℃로 가열된 용매에 상기 혼합물을 적가할 수 있으며, 바람직하게는 100 내지 140 ℃로 가열된 용매에 상기 혼합물을 적가할 수 있고, 가장 바람직하게는 110 내지 130 ℃로 가열된 용매에 상기 혼합물을 적가할 수 있다.
또한, 상기 용매에 상기 혼합물을 적가한 후, 상기 개시제의 1 내지 10 중량%를 추가적으로 적가하는 단계;를 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 혼합물을 적가한 후에도 반응하지 못하고 남은 미반응 단량체를 추가적으로 더 반응시키기 위해, 상기 추가적으로 적가하는 단계가 수행될 수 있다.
다음으로, 상기 (A2) 단계는 상기 [화학식 1]로 표시되는 중합체와 상기 [화학식 2]로 표시되는 차단된 이소시아네이트를 혼합하는 단계;로 하기의 단계로 구성될 수 있다.
(A2a) 상기 [화학식 1]로 표시되는 중합체에 트리에탄올아민(triethanolamine, TEA)을 첨가하여 상기 [화학식 1]로 표시되는 중합체의 -COOH를 중화시키는 단계; 및
(A2b) 상기 -COOH가 중화된 [화학식 1]로 표시되는 중합체에 하기 [화학식 2]로 표시되는 차단된 이소시아네이트를 첨가하여 혼합하는 단계.
보다 구체적으로, 상기 (A2a) 단계는 상기 [화학식 1]로 표시되는 중합체의 -COOH 그룹을 중화시키는 단계로, 상기 [화학식 1]로 표시되는 중합체를 50 내지 90 ℃로 냉각한 상태에서 상기 트리에탄올아민을 교반하면서 첨가함으로써 상기 [화학식 1]로 표시되는 중합체의 -COOH를 중화시킬 수 있다.
또한, 상기 (A2b) 단계는 상기 -COOH가 중화된 [화학식 1]로 표시되는 중합체를 상온 또는 실온으로 냉각한 후, 상기 [화학식 1]로 표시되는 차단된 이소시아네이트를 첨가할 수 있다.
다음으로, 상기 (A3) 단계는 본 발명에 따른 캡슐화된 폴리이소시아네이트를 포함하는 고분자 분산제를 제조하는 단계;로 상기 혼합물을 500 내지 2,000 rpm으로 교반하면서 물을 적가하여 폴리이소시아네이트가 캡슐화된 고분자 분산액을 제조할 수 있고, 바람직하게는 500 내지 1,500 rpm으로 교반하면서 폴리이소시아네이트가 캡슐화된 고분자 분산액을 제조할 수 있다. 상기 중화에 의해 음전하를 띠는 -COO- 친수기가 쉘을 이루고, 이소시아네이트가 코어를 이루어 자가조립을 통해 캡슐화가 이루어질 수 있다.
폴리우레탄 필름의 제조방법 및 이에 의해 제조된 폴리우레탄 필름
본 발명은 하기의 단계를 포함하는 폴리우레탄 필름의 제조방법을 제공한다.
(B1) 상기 캡슐화된 폴리이소시아네이트를 포함하는 고분자 분산액을 기재 상에 코팅하여 필름을 형성하는 단계; 및
(B2) 상기 필름을 경화하여 폴리우레탄 필름을 제조하는 단계.
상기 캡슐화된 폴리이소시아네이트를 포함하는 고분자 분산액 및 이의 제조방법은 앞서 언급한 바와 같다.
보다 구체적으로, 상기 (B1) 단계는 기재 상에 필름을 형성하는 단계로, 상기 필름은 드라이 필름으로 상기 캡슐화된 폴리이소시아네이트를 포함하는 고분자 분산액이 상기 기재 상에 10 내지 100 ㎛ 두께로 코팅됨으로써 형성될 수 있다.
상기 (B2) 단계는 본 발명에 따른 폴리우레탄 필름을 제조하는 단계로, 하기의 단계로 구성될 수 있다.
(B2a) 상기 필름을 플래시 오프(flash off)하는 단계;
(B2b) 상기 플래시 오프된 필름을 50 내지 100 ℃에서 건조하는 단계; 및
(B2c) 상기 건조된 필름을 100 내지 200 ℃에서 경화하여 폴리우레탄 필름을 제조하는 단계.
상기 (B2a) 단계의 플래시 오프를 통해 상기 분산액을 상기 기재 상에 코팅하여 1 내지 10분 가량 상온에서 평탄화와 물의 증발을 유도할 수 있다.
상기 (B2c) 단계의 경화 반응을 통해 우레탄 결합이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 폴리우레탄 필름을 제공할 수 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해 질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하세 알려 주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
<실험방법>
1. 재료
스티렌(Styrene, St), 메틸 메타크릴레이트(methyl methacrylate , MMA), 부틸 아크릴레이트(butyl acrylate, BA), 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트(2-hydroxyethyl methacrylate, HEMA), 아크릴산(acrylic acid, AA), 디-tert-부틸 퍼옥사이드(Di-tert-Butyl peroxide, DTBPO), 트리에틸아민(triethylamine, TEA)은 Sigma Aldrich에서 구매했다. 에틸 셀로솔브(Ethyl cellosolve, EC)는 TCI에서 구입했다. 모든 화학 물질과 용매는 정제 없이 사용되었다.
2. 분석방법
수 평균 분자량(number average molecular weights, Mn) 및 다분산 지수(polydispersity indices, PDI, Mw/Mn으로 표시됨)는 SEC를 사용하여 결정하였다. 기기는 폴리(메틸 메타크릴레이트) 표준으로 보정되었고, Agilent 1100 pump, RID 검출기 및 PSS SDV(5 μm, 105, 103 및 102 Å, 8.0 × 300.0 mm) 컬럼이 장착되었다. 합성된 공중합체는 용매로 D2O 및 DMSO-d6을 사용하는 Varian Unity Inova-500 분광계에서 1H NMR 분광법으로 특성화되었다. DLS 데이터는 NanoBrook 90 Plus 나노입자 크기 분석기(Brookhaven Instruments Corporation)로 확인하였다. DLS 분석은 희석된 샘플로 수행되었다. FE-SEM(20kV)은 Carl Zeiss Supra 25 FE-SEM으로 획득했다. 각 중합체의 유리 전이 온도(Tg)는 질소 분위기 하에 TA Instruments Q 100 DSC 기기에서 DSC에 의해 측정되었다. 중합체를 질소 보호 하에 알루미늄 샘플 도가니에 밀봉하였다. TGA는 TA Instruments, Q50에 의해 수행되었다. 각 샘플(5 mg)은 질소 분위기에서 10 ℃/min의 가열 속도로 30에서 500 ℃로 가열되었다. 가교 반응은 FT-IR로 분석하였다. 폴리우레탄 필름의 표면 광택은 광택계(GM, BYK, 4563)를 사용하여 각각 20°, 60° 및 85°의 정반사각에서 측정하였다. 연필 경도 시험(ASTM D 3363-74)은 6B에서 6H까지의 경도의 연필을 사용하여 코팅의 경도를 측정하였다. 광학현미경(Kern OBL 137)을 이용하여 표면을 관찰하였다.
<실시예 1> 캡슐화된 폴리이소시아네이트를 포함하는 분산액 제조
1.1 [화학식 1]로 표시되는 중합체 합성
[화학식 1]로 표시되는 중합체는 자유 라디칼 중합(free radical polymerization)을 사용하여 합성되었다. 기계적 교반기, 적하 깔때기, 온도계 및 환류 콘덴서가 있는 250 ml 4구 둥근 플라스크에서 중합을 수행하였다. 2.25 g의 스티렌(0.0216 mol), 4.50 g MMA(0.0449 mol), 4.95 g의 BA(0.0386 mol), 2.93 g의 HEMA(0.0225 mol) 및 0.900 g의 AA(0.00125 mol)를 개시제로서 0.713 g의 DTBPO(0.00487 mol)와 혼합하였다. 용매인 에틸셀로솔브 7.20 g을 반응기에 넣고 120 ℃로 가열하고, 이 온도에서, 단량체(DTBPO)와 개시제의 혼합물을 주사기 펌프를 사용하여 반응기에 2시간 이내에 적가하였다. 마지막으로, 초기 개시제 5%를 첨가하고 추가로 1시간 동안 반응을 진행시켜 하기 [화학식 1]로 표시되는 중합체를 제조하였다.
[화학식 1]
[x] : [y] : [z] : [m] : [n] = 0.0216 : 0.0449 : 0.0386 : 0.0225 : 0.0125 (mol)
1.2 분산액 제조
상기 [화학식 1]로 표시되는 중합체를 70 ℃로 냉각하고, TEA 1.26 g(0.0125 mol)을 첨가하여 30분 동안 교반하면서 -COOH 그룹을 중화시켰다. 이후 반응기를 상온으로 냉각시킨 후, 하기 [화학식 2]로 표시되는 차단된 이소시네이트 (OH:NCO=1:1.2) 10.8 g을 첨가하여 혼합하였다. 상기 혼합물에 31.5 g의 탈이온수를 실온에서 30분 동안 1,000 rpm으로 교반하면서 적가하여, 본 발명에 따른 폴리이소시아네이트가 캡슐화되어 나노입자로 형성된 분산액(PED)을 제조하였고, 분산액의 고형분 함량은 중량 측정법에 의해 측정하였을 때, 대략 40%이다.
[화학식 2]
<실시예 2> 폴리우레탄 필름 제조
상기 실시예 1에서 제조된 폴리이소시아네이트가 캡슐화되어 나노입자로 형성된 분산액을 필름 어플리케이터(film applicator)를 사용하여 기재 상에 바 코팅하였다. 드라이 필름의 두께는 40 ㎛였다. 필름을 실온에서 5분 동안 플래시 오프(flash off)한 다음, 80 ℃에서 5분 동안 건조시키고, 필름을 1시간 동안 150 ℃에서 경화시켜 본 발명에 따른 폴리우레탄 필름을 제조하였다 (도 12).
<비교예 1> 캡슐화되지 않은 일반 폴리이소시아네이트 분산액 (CPD) 제조
이소시아네이트를 70 ℃로 냉각하고, TEA 1.26 g(0.0125 mol)을 첨가하여 30분 동안 교반하면서 -COOH 그룹을 중화시켰다. 이후 반응기를 상온으로 냉각시킨 후, 31.5 g의 탈이온수를 실온에서 30분 동안 1,500 rpm으로 교반하면서 적가하여, 비교 분산액(CPD)을 제조하였다.
<비교예 2> 비교 폴리우레탄 필름 제조
상기 비교예 1에서 제조된 비교 분산액을 필름 어플리케이터를 사용하여 기재 상에 바 코팅하였다. 드라이 필름의 두께는 40 ㎛였다. 필름을 실온에서 5분 동안 플래시 오프한 다음, 80 ℃에서 5분 동안 건조시키고, 필름을 1시간 동안 150 ℃에서 경화시켜 비교 폴리우레탄 필름을 제조하였다.
<실험예 1> [화학식 1]로 표시되는 중합체 특성 확인
본 발명에 따른 [화학식 1]로 표시되는 중합체의 특성을 확인하기 위해, 상기 실시예 1.1에서 제조된 [화학식 1]로 표시되는 중합체에 대해 SEC 크로마토그램 및 1H-NMR 스펙트럼을 측정하였으며, 이를 도 3에 나타내었다.
도 3(a)를 참조하면, 본 발명에 따른 [화학식 1]로 표시되는 중합체의 분자량 및 다분산도는 35000 g/mol 및 2.1로 측정되었다. 또한, 도 3(b)를 참조하면, 스티렌 단위의 벤질 양성자는 7.22-6.26 ppm에서 확인할 수 있고, 3.56에서 -OCH3의 피크는 MMA 단위에 할당될 수 있다. 그리고, 3.91의 -OCH2- 피크와 4.79ppm의 -OH 피크는 BA 및 HEMA 단위에 할당되며, AA의 -COOH 양성자는 12.1ppm에서 확인할 수 있다.
<실험예 2> 분산액 특성 확인
2.1 분산액 입자 크기 분포 확인
본 발명에 따른 분산액의 특성을 확인하기 위해, 상기 실시예 1.2 및 비교예 1에서 제조된 분산액(PED) 및 비교 분산액(CPD)에 대해 DLS를 이용하여 입자 크기 분포를 측정하였으며, 이를 도 4에 나타내었다.
도 4(a)를 참조하면, 본 발명에 따른 분산액의 입자 크기 분포가 직경이 80 nm로 균일함을 확인할 수 있다. 이보다 더 큰 크기의 덩어리는 관찰되지 않았으며, 이는 폴리이소시아네이트가 폴리올 입자로 캡슐화되어 균일하게 분산되었음을 의미한다.
반면, 도 4(b)를 참조하면, 캡슐화되지 않은 입자(CPD)의 경우 삼봉 입자 크기 분포를 보였다. 좁은 입자 크기 분포 영역(~30 nm)은 폴리올 입자를 나타낸다. 중간 영역(170~360 nm)의 입자는 폴리올에 이소시아네이트가 일부 봉입된 입자이다. 1 μm 이상의 비교적 넓은 면적은 이소시아네이트가 폴리올에 의해 유화되지 않기 때문에 덩어리가 형성된 결과이다.
상기 결과를 통해 고광택 코팅을 하기 위해서는 높은 캡슐화 효율이 중요함을 시사하는 것이라 할 수 있다.
2.2 분산액 모폴로지 확인
본 발명에 따른 분산액의 특성을 확인하기 위해, 상기 실시예 1.2에서 제조된 분산액(PED)에 대해 투과 전자 현미경(TEM)을 이용하여 구형의 모폴로지를 확인하였으며, 이를 도 5에 나타내었다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 분산액이 고른 형태의 구형으로 제조되었음을 확인할 수 있다.
2.3 분산액의 캡슐화 확인
본 발명에 따른 분산액이 쉘 폴리올에서 캡슐화가 이루어졌는지 확인하기 위해, 상기 실시예 1.1 및 1.2에서 제조된 [화학식 1]로 표시되는 중합체(in DMSO-d6) 및 분산액(in D2O)에 대해 1H NMR 스펙트럼을 측정하였으며, 이를 도 6에 나타내었다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 폴리이소시아네이트 캡슐화된 분산액의 1H NMR 스펙트럼에서 [화학식 1]로 표시되는 중합체에서 나타나는 특징적인 피크가 사라졌음을 확인할 수 있다. 이와 같은 결과는 소수성 폴리이소시아네이트는 폴리올 내부에 유리하기 때문에 소수성 부분의 피크는 관찰되지 않은 것으로, 폴리이소시아네이트가 폴리올 내에 잘 캡슐화되었음을 의미하는 것이라 할 수 있다.
<실험예 3> 분산액 가교 효과 확인
본 발명에 따른 분산액에서 [화학식 1]로 표시되는 중합체와 [화학식 1]로 표시되는 차단된 이소시아네이트 사이의 가교 여부 및 효과를 확인하기 위해, 상기 실시예 1.2에서 제조된 분산액에 대해 시차 주사 열량계(DSC) 및 FT-IR 분광계를 측정하였으며, 이를 도 7 및 도 8에 나타내었다.
도 7을 참조하면, 첫 번째 가열 사이클 후, Tg는 25.94 ℃로 이동되었고, 2차 및 3차 가열 사이클 동안 Tg는 29.00 및 31.44 ℃로 순차적으로 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이는 폴리올의 히드록실기가 열처리로 인해 차단된 이소시아네이트와 가교된 결과로, 최종 Tg는 경화 후 거시적 상 분리를 나타내지 않았다는 사실과 일치한다.
도 8을 참조하면, 수산기와 이소시아네이트 사이의 반응을 구체적으로 확인할 수 있다. 보다 구체적으로, 이소시아네이트 부분이 3,5-디메틸피라졸(3, 5-dimethylpyrazole)로 차단되었기 때문에 유리 이소시아네이트(free isocyanate) 피크는 관찰되지 않았다. 1727 cm-1의 카르보닐 피크는 PL350의 차단 그룹(blocking group) (3,5-디메틸피라졸)에 기인하였으며, 1688 cm-1의 또 다른 카르보닐 피크는 이소시아누르 고리(isocyanuric ring)의 카르보닐이라 할 수 있다. 150 ℃에서 30분 동안 경화한 후 폴리올의 수산기 스트레칭을 나타내는 3300-3600 cm-1의 넓은 피크가 감소하고, 1727 cm-1의 카르보닐 스트레칭 피크가 1731 cm-1로 이동함을 통해 가열하면 차단제(blocking agents)가 해리되고 동시에 수산기와 반응하여 우레탄 결합이 형성되는 것을 알 수 있다. 그리고, 1731 cm-1에서 우레탄 결합의 카르보닐 피크가 관찰되었고, 2270 cm-1에서의 신축 N=C=O 피크는 미반응 유리 이소시아네이트의 존재에 할당되었는 바, 가교 분산액 필름이 제조되었음을 확인할 수 있다.
<실험예 4> 폴리우레탄 필름 특성 확인
본 발명에 따른 폴리우레탄 필름의 광택 효과를 확인하기 위해, 상기 실시예 2에서 제조된 폴리우레탄 필름과 비교예 2에서 제조된 비교 폴리우레탄 필름에 대해 광택값을 측정하였으며, 이를 도 9에 나타내었다.
도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 폴리우레탄 필름((a) 및 (c))과 비교 폴리우레탄 필름((b) 및 (d))의 광택은 시각적으로도 차이를 갖는 것을 확인할 수 있다. 보다 구체적으로, (c) 본 발명에 따른 폴리우레탄 필름의 표면은 깨끗하고 매끄러운 필름 형상을 나타냈으며, 이는 폴리이소시아네이트가 폴리올 내에 균질하게 분산되어 있고 공간적으로 서로 가까이 위치하기 때문에 거대상 분리가 억제되고 균질한 피막이 형성되었음을 시사하는 것이라 할 수 있다. 반면, (d) 비교 폴리우레탄 필름의 경우, 거칠고 불균일한 표면이 관찰되었으며, 표면이 거칠어 입사광이 산란되어 광택이 떨어진 것이라 예상할 수 있다. 실제로 비교 폴리우레탄 필름에 대해 낮은 광택 값(20°에서 7.0)이 얻어졌다.
또한, 도 10을 참조하면, 비교 폴리우레탄 필름에 대한 DSC 곡선에서는 가교 후 두 개의 별개의 Tg가 관찰되었는데, 이는 폴리이소시아네이트의 불균일 분산이 상 분리를 유발함을 나타낸 것이라 할 수 있다.
<실험예 5> 물 침지 시간에 따른 폴리우레탄 필름의 특성 변화 확인
본 발명에 따른 폴리우레탄 필름에 대해 물 침지 시간에 따른 특성 및 효과 변화를 확인하기 위해, 상기 실시예 2에서 제조된 폴리우레탄 필름과 비교예 2에서 제조된 비교 폴리우레탄 필름에 대해 물 침지 시간을 달리하여 UV-VIS 스펙트럼을 측정하였으며, 이를 도 11에 나타내었다.
도 11을 참조하면, (a) 본 발명에 따른 폴리우레탄 필름의 경우 물에 담근 후 1시간 동안 투과율이 유지되었다. 이는 외부 계면활성제를 사용하지 않고 친수성 부분이 입자 표면에 공유 결합되어 있어 에멀젼보다 내수성이 우수하기 때문이다. 반면, (b) 비교 폴리우레탄 필름에서는 투명도 손실을 확인할 수 있다. 이것은 비교 폴리우레탄 필름의 불완전한 유착으로 인한 보이드와 같은 결함 발생하기 때문이라 할 수 있으며, 초기 투과율이 본 발명에 따른 폴리우레탄 필름보다 거친 표면으로 인해 광 투과율이 떨어지는 것이라 할 수 있다.
이상 설명으로부터, 본 발명에 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.
Claims (13)
- 하기 [화학식 1]로 표시되는 중합체; 및
하기 [화학식 2]로 표시되는 차단된 이소시아네이트;를 포함하는 고분자 분산제;
[화학식 1]
[화학식 2]
상기 [화학식 1]에서 x, y, z, m 및 n은 각각 1 내지 100,000,000이다.
- 제 1 항에 있어서,
상기 고분자 분산제는,
상기 [화학식 1]로 표시되는 중합체가 쉘(shell)을 형성하고, 상기 [화학식 2]로 표시되는 차단된 이소시아네이트가 코어(core)를 형성하여 캡슐화된 폴리이소시아네이트를 포함하는 것을 특징으로 하는, 고분자 분산제.
- 제 1 항에 있어서,
상기 [화학식 1]로 표시되는 중합체 및 상기 [화학식 2]로 표시되는 차단된 이소시아네이트는 가교 결합이 형성된 것을 특징으로 하는, 고분자 분산제.
- 제 1 항에 있어서,
상기 [화학식 1]로 표시되는 중합체는,
스티렌(Styrene, St), 메틸 메타크릴레이트(methyl methacrylate, MMA), 부틸 아크릴레이트(butyl acrylate, BA), 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트(2-hydroxyethyl methacrylate, HEMA) 및 아크릴산(acrylic acid, AA)으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 고분자 분산제.
- (A1) 개시제를 용매에 적가하여 하기 [화학식 1]로 표시되는 중합체를 제조하는 단계;
(A2) 상기 [화학식 1]로 표시되는 중합체에 하기 [화학식 2]로 표시되는 차단된 이소시아네이트를 첨가하여 혼합하는 단계; 및
(A3) 상기 혼합물에 물을 적가하여 폴리이소시아네이트가 캡슐화된 고분자 분산액을 제조하는 단계;를 포함하는, 고분자 분산액의 제조방법;
[화학식 1]
[화학식 2]
상기 [화학식 1]에서 x, y, z, m 및 n은 각각 1 내지 100,000,000이다.
- 제 5 항에 있어서,
상기 (A1) 단계는,
(A1a) 스티렌(Styrene, St), 메틸 메타크릴레이트(methyl methacrylate, MMA), 부틸 아크릴레이트(butyl acrylate, BA), 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트(2-hydroxyethyl methacrylate, HEMA) 및 아크릴산(acrylic acid, AA)을 혼합하여 개시제를 제조하는 단계;
(A1b) 상기 개시제에 디-터트-부틸퍼옥사이드(Di-tert-butyl peroxide, DTBP)를 혼합하는 단계; 및
(A1c) 상기 혼합물을 용매에 적가하여 상기 [화학식 1]로 표시되는 중합체를 제조하는 단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는, 고분자 분산액의 제조방법.
- 제 6 항에 있어서,
상기 (A1c) 단계의 용매는,
탄소수 1 내지 4의 저급 알코올, 아니솔(anisole), 헥산(hexane), 아세트산에틸(ethyl acetate, EA), 메틸 아이오다이드(iodomethane), 아세톤(acetone), 클로로포름(chloroform, 에틸셀로솔브 (Ethyl cellosolve), 디에틸에테르(diethylether), 아조-비시소부티로니트릴(azo-bisisobutyronitrile), 디클로로메탄 (dichloromethane), 디메틸 포름아미드(dimethylformamide), 디시클로헥실카르보디이미드(dicyclohexylcarbodiimide)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 고분자 분산액의 제조방법.
- 제 5 항에 있어서,
상기 (A2) 단계는,
(A2a) 상깅 [화학식 1]로 표시되는 화합물에 트리에탄올아민(triethanolamine, TEA)을 첨가하여 상기 [화학식 1]로 표시되는 중합체의 -COOH를 중화시키는 단계; 및
(A2b) 상기 -COOH가 중화된 [화학식 1]로 표시되는 중합체에 하기 [화학식 2]로 표시되는 차단된 이소시아네이트를 첨가하여 혼합하는 단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는, 고분자 분산제의 제조방법.
- 제 5 항에 있어서,
상기 (A3) 단계는,
상기 혼합물을 교반하면서 물을 적가하여 폴리이소시아네이트가 캡슐화된 고분자 분산액을 제조하는 단계;인 것을 특징으로 하는, 고분자 분산액의 제조방법.
- (B1) 제 1 항에 따른 고분자 분산액을 기재 상에 코팅하여 필름을 형성하는 단계; 및
(B2) 상기 필름을 경화하여 폴리우레탄 필름을 제조하는 단계;를 포함하는, 폴리우레탄 필름의 제조방법.
- 제 10 항에 있어서,
상기 (B1) 단계의 필름은,
10 내지 100 ㎛ 두께로 코팅되는 것을 특징으로 하는, 폴리우레탄 필름의 제조방법.
- 제 10 항에 있어서,
상기 (B2) 단계는,
(B2a) 상기 필름을 플래시 오프(flash off)하는 단계;
(B2b) 상기 플래시 오프된 필름을 50 내지 100 ℃에서 건조하는 단계; 및
(B2c) 상기 건조된 필름을 100 내지 200 ℃에서 경화하여 폴리우레탄 필름을 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 폴리우레탄 필름의 제조방법.
- 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따라 제조된, 폴리우레탄 필름.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20210131588 | 2021-10-05 | ||
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Publications (1)
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| KR20230049026A true KR20230049026A (ko) | 2023-04-12 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020220123992A KR20230049026A (ko) | 2021-10-05 | 2022-09-29 | 캡슐화된 폴리이소시아네이트를 포함하는 고분자 분산제, 이의 제조방법 및 이를 이용한 폴리우레탄 필름의 제조방법 |
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Citations (2)
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| KR100842218B1 (ko) | 2007-12-11 | 2008-06-30 | 주원테크 주식회사 | 접착제용 및 보호층용 열가소성폴리우레탄 수지와 이를이용하여 제조된 적층필름 및 그 제조방법 |
| KR101151623B1 (ko) | 2010-11-08 | 2012-06-11 | 재단법인대구경북과학기술원 | 기능성 폴리우레탄 필름 및 이의 제조방법 |
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2022
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| KR101151623B1 (ko) | 2010-11-08 | 2012-06-11 | 재단법인대구경북과학기술원 | 기능성 폴리우레탄 필름 및 이의 제조방법 |
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