피마자유를 사용한 바이오폴리우레탄의 제조 및 물성에 대한 연구

Abstract

기존의 폴리우레탄에 대한 연구는 수지의 물성 개선에 대한 연구가 우선시 되었지만 최근 환경 문제에 세계적인 이목이 집중되면서 인간 생활의 넓은 분야에 쓰이고 있는 폴리우레탄을 친화경적인 물질로 바꾸려는 연구가 진행되고 있다. 폴리우레탄을 구성하는 재료는 석유 의존도가 높아 석유고갈문제나, 유가상승으로 인한 공급 불안정 문제, 환경 오염문제 등을 가지고 있다. 따라서 폴리우레탄은 구성하는 폴리올을 친환경적이고 재생 가능한 물질로 대체하는 것에 많은 관심이 쏠려있다. 특히 한 분자당 세 개의 OH기를 가지고 있는 Castor oil은 식물성 기름 유래 물리로써 값이 싸고, 쉽게 구할 수 있으며, 독성이 없다는 장점을 가지고 있어 석유로부터 얻어지는 기존의 폴리올을 대체하기에 적합하다. 또한 Polycaprolactone diol (PCL)은 생분해가 가능한 물질로써 폴리우레탄의 유연성을 더 해주고 선 구조를 가지고 있어 친환경 폴리우레탄을 위한 폴리올로 적절하다. 본 연구에서는 이소시아네이트로는 4,4’-Diphenyl methane diisocyanate (MDI)를 사용하였고 쇄연장제는 1,4-butanediol (BD)을 사용하였다. Castor oil의 함량이 14%이상이 되었을 시 유기용매에 잘 녹지 않는 다는 것을 확인 하여 최대 13%의 Castor oil 넣어 주어 인조피혁제조를 위한 코팅용액을 합성 하였고 Castor oil 함량에 따른 폴리우레탄 수지의 물성을 분석하였다. 폴리우레탄 수지를 구성하는 폴리올 : 쇄연장제 : 이소시아네이트의 비율은 1:1:2로 합성하였고 Castor oil의 비율은 폴리올 대비 0, 5, 10, 13%로 유지 시켰다. 합성 된 폴리우레탄은 Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR)로 화학적 구조를 분석 하였고 Thermogravimetric analysis (TGA)으로 열적 거동 또한 분석하였다. 폴리우레탄 수지의 기계적 물성은 Universal tensile testing machine Instron 4465을 사용 하여 분석 하였고 Shape recovery test도 진행하였다. Rigaku Denki X-ray generator (XRD)를 이용하여 폴리우레탄의 결정성을 분석 하였으며 Gel permeation chromatography (GPC)와 DV-1 Prime Brookfield viscometer를 사용하여 폴리우레탄 수지의 분자량과 점도를 측정하여 인조피혁 제조용 코팅용액으로서의 가능성을 알아보았다. |Organic solvent soluble castor oil/polycaprolactone diol (PCL) based polyurethane for artificial leather was prepared by one-step polymerization with 4,4' -diphenylmethane diisocyanate (MDI) at different castor oil contents. The PCL and MDI acted as soft and hard segments, respectively, and the castor oil acted as a dendritic point in the castor oil/PCL based polyurethane structure. The tensile properties and shape memory of castor oil/PCL based polyurethane were enhanced remarkably, compared with the PCL based polyurethane because of the increased hard segment portion and crosslinking density by the three urethane bonding formations per mole in the castor oil/PCL mixed system. The dynamic mechanical analysis showed that the storage modulus of castor oil/PCL based polyurethanes increased with increasing castor oil content. In the enzymatic degradation test, castor oil/PCL based polyurethane degraded faster than conventional petroleum based polyurethane. This research suggests the potential to use the castor oil/PCL based polyurethane as biobased coating materials.; Organic solvent soluble castor oil/polycaprolactone diol (PCL) based polyurethane for artificial leather was prepared by one-step polymerization with 4,4' -diphenylmethane diisocyanate (MDI) at different castor oil contents. The PCL and MDI acted as soft and hard segments, respectively, and the castor oil acted as a dendritic point in the castor oil/PCL based polyurethane structure. The tensile properties and shape memory of castor oil/PCL based polyurethane were enhanced remarkably, compared with the PCL based polyurethane because of the increased hard segment portion and crosslinking density by the three urethane bonding formations per mole in the castor oil/PCL mixed system. The dynamic mechanical analysis showed that the storage modulus of castor oil/PCL based polyurethanes increased with increasing castor oil content. In the enzymatic degradation test, castor oil/PCL based polyurethane degraded faster than conventional petroleum based polyurethane. This research suggests the potential to use the castor oil/PCL based polyurethane as biobased coating materials.