사슬 연장제의 길이에 따른 자동차 내장섬유소재용 수분산 폴리우레탄 접착제의 특성 연구 = Synthesis and characterization of waterborne polyurethane adhesive for automotive interior fiber materials by changing length of chain extender

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Despite the fact that various environmentally friendly processes have been developed through the implementation of policies that strengthen environmental regulations, to date, most textile material manufacturers in domestic still apply solvent-type adhesives in the manufacturing process of synthetic leather. However, due to the growing awareness of dangerous substances and the growing demand for environmentally-friendly products due to regulations by major overseas companies, water-based adhesives are being replaced. In the case of water-based adhesives for textile materials currently on the market in domestic, the initial adhesion to fabrics is low. Therefore, in this study, in order to develop initial adhesion and sufficient adhesion, poly (tetramethylene ether) glycol (PTMG), hexamethylene diisocyanate (HDI) and 2,2-bis (hydroxymethyl) propionic acid (DMPA) are used as the basis, waterborne polyurethane for automobile interior fibers was synthesized by applying different chain length of chain extender. The synthesis of waterborne polyurethane was confirmed through FT-IR, and the initial adhesion and adhesion strength changes were studied by evaluating adhesion by producing adhesive specimen using the synthesized adhesive. As a result, the longer the length of the chain when a diol-based chain extender is used, the better the initial adhesion, and the highest initial adhesive strength when the chain is extended with 1,10-decanediol (WPU-D3) is 2.7 kgf / inch. When synthesized based on an amine-based chain extender, initial adhesion tended to decrease as the length of the chain extender increased. As a water-based adhesive for fiber materials, it is advantageous to secure the initial adhesive strength by using a diol chain extension agent rather than an amine chain extension agent.

국문 초록 (Abstract)

환경규제강화정책이 시행되면서 다양한 친환경 공정이 개발되었음에도 불구하고, 현재까지도 국내 대부분의 섬유소재 제조업체에서는 합성피혁 제조과정에서 용제형 접착제를 적용하고 있다. 하지만 유해물질에 대한 경각심 고조 및 해외 주요 업체들의 규제로 인한 친환경 제품에 대한 수요가 증가함에 따라 수성 접착제로 대체되고 있다. 현재 국내에서 출시된 섬유 소재용 수성 접착제의 경우 원단에 대한 초기 부착성이 낮다. 따라서 본 연구에서는 초기 부착성과 충분한 접착력을 발현시키기 위해 polyether polyol인 poly(tetramethylene ether)glycol (PTMG)과 aliphatic isocyanate인 hexamethylene diisocyanate (HDI), 이온성기인 2,2-bis(hydroxymethyl) propionic acid (DMPA)를 기본으로 하고, 사슬 연장제의 길이를 다르게 적용하여 자동차 내장섬유용 수분산 폴리우레탄 접착제를 합성하였다. FT-IR을 통해 수분산 폴리우레탄 합성 여부를 확인하였고, 합성된 접착제를 이용해 접착 시편을 제조하여 접착력을 평가함으로써 초기 부착성 및 접착력의 변화를 연구하였다. 그 결과 diol계 사슬 연장제를 사용할 경우 사슬의 길이가 길어질수록 초기 접착력이 향상되었고, 1,10-decanediol (WPU-D3)로 사슬 연장하였을 때 2.7 kgf/inch로 가장 높은 초기 접착력을 나타내었다. Diamine계 사슬 연장제를 기반으로 합성한 경우에는 사슬 연장제의 길이가 길어짐에 따라 초기 접착력이 감소하는 경향이 나타났다. 이를 통해 섬유 소재용 수성 접착제로서 diamine계 사슬 연장제보다는 diol계 사슬 연장제를 사용해 초기 접착력을 확보하는 것이 유리하다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서론 1
• 제 2 장 이론적 배경 2
• 2.1 폴리우레탄 2
• 2.1.1 폴리우레탄 2
• 2.1.2 용제형 폴리우레탄 3
• 2.1.3 수분산 폴리우레탄 3
• 2.2 수분산 폴리우레탄 합성법 4
• 2.2.1 폴리올 4
• 2.2.1.1 폴리에테르 폴리올 5
• 2.2.1.2 폴리에스테르 폴리올 6
• 2.2.1.3 폴리카보네이트 폴리올 8
• 2.2.1.4 폴리카프로락톤 폴리올 9
• 2.2.2 이소시아네이트 11
• 2.2.2.1 이소시아네이트 반응기구 13
• 2.2.3 이온성기 15
• 2.2.4 사슬연장제 17
• 2.2.5 수분산 폴리우레탄 분산 방법 20
• 2.3 접착제 21
• 2.3.1 접착 21
• 2.3.2 접착 강도 22
• 2.3.3 폴리우레탄 접착제 24
• 2.3.4 자동차 내장섬유용 접착제 25
• 제 3 장 실험 26
• 3.1 수분산 폴리우레탄 접착제 합성 26
• 3.1.1 재료 및 시약 26
• 3.1.2 실험장치 26
• 3.1.3 실험방법 27
• 3.1.4 반응 메커니즘 31
• 3.1.5 NCO 함량 측정 33
• 3.2 수분산 폴리우레탄 접착제 측정 및 분석 34
• 3.2.1 기본물성 측정 34
• 3.2.1.1 고형분 34
• 3.2.1.2 점도 34
• 3.2.1.3 겔 투과 크로마토그래피 분석 (GPC) 34
• 3.2.2 구조분석 35
• 3.2.2.1 적외선 분광 분석 (FT-IR) 35
• 3.2.3 열적분석 35
• 3.2.3.1 시차 주사 열량 분석 (DSC) 35
• 3.2.3.2 열 중량 분석 (TGA) 35
• 3.2.4 입도분석 (PSA) 36
• 3.2.5 접촉각 36
• 3.3 기계적 특성 37
• 3.3.1 접착제 도포 방법 37
• 3.3.2 접착력 측정 37
• 3.3.3 인장강도 및 연신율 측정 37
• 제 4 장 결과 및 고찰 38
• 4.1 접착제의 기본물성 38
• 4.1.1 고형분 및 점도 38
• 4.1.2 겔 투과 크로마토그래피 분석 (GPC) 38
• 4.2 접착제의 구조분석 43
• 4.2.1 적외선 분광 분석 (FT-IR) 43
• 4.3 접착제의 열적분석 48
• 4.3.1 시차 주사 열량 분석 (DSC) 48
• 4.3.2 열 중량 분석 (TGA) 52
• 4.4 접착제의 입도분석 (PSA) 56
• 4.5 접촉각 61
• 4.6 접착력 시험 63
• 4.6.1 접착강도 63
• 4.6.1.1 WPU-D 초기 및 상태 접착력 63
• 4.6.1.2 WPU-A 초기 및 상태 접착력 65
• 4.6.2 인장강도 및 연신율 67
• 제 5 장 결론 73
• 참고문헌 75
• Abstract 80