Synthesis and properties of bio-based waterborne polyurethanes with 1,5-pentamethylene diisocyanate

Abstract

최근 세계적으로 휘발성 유기화합물(VOCs) 사용 및 석유 기반 폴리올과 이소시아네이트 사용으로 발생되는 여러 가지 문제로 인해 신재생 에너지에 대한 관심이 증가하고 있으며, 바이오 산업에 대한 연구도 활발하게 증가하고 있다. 따라서, 현재 고분자 소재는 유용성과 더불어 환경에 대한 배려가 요구되고 있으며, 이러한 상황에 적합한 소재로서 바이오 매스를 이용한 바이오 고분자가 주목을 받고 있다. 본 연구에서는 친환경 폴리우레탄 접착제를 합성하기 위해 옥수수 전분을 추출하여 만든 바이오 기반 isosorbide carbonate diol 및 1,5-pentamethylene diisocyanate를 이용하였다. 바이오 기반 폴리올 및 이소시아네이트를 이용하여 합성한 친환경 폴리우레탄 접착제는 그 특성이 기존의 상용화된 접착제들에 비해 현저히 떨어졌다. 따라서, 오직 이소시아네이트만을 바이오 기반으로 하는 추가적인 실험을 진행하였고, 특성들이 향상된 접착제를 합성할 수 있었다. 합성한 바이오 폴리우레탄 접착제를 FT-IR 과 ¹H-NMR을 통해 합성 유무를 확인하였고, 분자량, 기계적 물성 및 접착 특성을 평가하였으며, DSC 및 TGA를 통해 열적 특성을 분석하였다. 사슬연장제의 함량에 따른 시험 결과, 분자량의 경우 사슬연장제의 함량이 작을수록 분자량이 높게 측정됐으며, 기계적 물성, 접착 특성 및 열적 특성은 사슬연장제의 함량이 증가할수록 대부분 같이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 하지만, 접착 특성의 경우 특정 r값 이후(r=1.3)에 오히려 그 특성이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 특성들 대부분은 가교밀도와 관련된 것으로 판단되어진다.