분무 가능한 천연고분자 나노섬유 강화 투명 수분산 폴리우레탄 복합소재

Abstract

최근 전 세계적으로 대두되고 있는 환경 문제는 다양한 환경 규제로 이어지고 있다. 현재 통용되고 있는 폴리우레탄 (polyurethane, PU)은 매우 넓은 분야에서 사용되고 있으나, 유기 용매를 분산 매체로 하기 때문에 합성 또는 작업장 사용 시 휘발성 유기 화합물 (volatile organic compounds, VOCs) 방출 등과 같은 환경적인 문제가 제기되어 왔다. 이러한 문제로 인해 각국에서는 점차 대기 중 VOC 배출량에 대한 규제를 강화하고 있어 수성 제품 개발의 중요성이 커지고 있다. 유기 용매 기반의 폴리우레탄의 대안으로 제시된 수분산 폴리우레탄 (waterborne polyurethane, WPU)은 합성 과정에서 유화제 및 중화제를 도입하여 폴리우레탄 입자를 수계에 분산시킨 것이다. 이는 합성 과정에서 사용되는 유기 용매의 양을 최소화하기 때문에 VOC 방출량을 줄일 수 있어 친환경적인 소재로 주목받고 있다. 하지만 수분산 폴리우레탄은 기존의 유기 용매 기반 폴리우레탄에 비해 열적·기계적 성능이 상대적으로 약하다. 수분산 폴리우레탄의 열적·기계적 성능을 개선하고 응용 분야를 넓히기 위해 활발한 연구가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 수분산 폴리우레탄의 강화재로써 셀룰로오스 및 키틴을 도입하고자 한다. 셀룰로오스 및 키틴은 자연계에 풍부하게 존재하는 천연고분자로써 친환경적이며 지속 가능하고, 무독성, 우수한 기계적 특성 등의 장점을 갖는 재료이다. 이들은 자연계에서 안정화된 마이크로 섬유 다발로 이루어져 있기 때문에 물리화학적 처리를 통해서 나노섬유화하여 사용된다. 준비된 셀룰로오스 및 키틴 나노섬유는 수분산 폴리우레탄과 복합화하여 복합소재로 제작하였다. 제작된 수분산 폴리우레탄 복합소재의 분석을 통해 천연고분자 나노섬유에 의한 수분산 폴리우레탄 복합소재의 강화 효과를 파악하고 구조-물성 간의 관계를 밝히고자 한다. 또한 친환경 에어로졸 추진제로 주목받고 있는 DME (dimethyl ether)를 이용하여 수분산 폴리우레탄 복합소재의 에어로졸 스프레이 코팅 가능성을 확인함으로써 더 넓은 범위로의 활용 가능성이 기대된다.