폴리우레탄 코팅재는 자외선이나 열에 장기간 노출될 경우 시간이 지남에 따라 황변 현상이 발생하기 쉬우며, 이는 외관과 수명에 영향을 미칩니다. 본 연구에서는 UV-320과 2-하이드록시에틸티오포스페이트를 폴리우레탄 사슬 연장에 도입하여 황변 저항성이 우수한 비이온성 수성 폴리우레탄을 제조하고 가죽 코팅에 적용했습니다. 색차, 안정성, 주사전자현미경, X선 분광법 등의 분석을 통해, 황변 저항성이 우수한 비이온성 수성 폴리우레탄 50부를 처리한 가죽의 총 색차 △E는 2.9, 변색 등급은 1등급으로 매우 미미한 변색만을 나타냈습니다. 가죽의 인장 강도 및 내마모성과 같은 기본 성능 지표와 함께 분석한 결과, 제조된 황변 방지 폴리우레탄은 가죽의 기계적 특성 및 내마모성을 유지하면서 황변 저항성을 향상시킬 수 있음을 확인했습니다.

생활 수준이 향상됨에 따라 가죽 시트 쿠션에 대한 요구 사항도 높아졌습니다. 인체 건강에 무해할 뿐만 아니라 심미적으로도 만족스러워야 한다는 것입니다. 수성 폴리우레탄은 우수한 안전성과 무공해 성능, 높은 광택, 그리고 가죽과 유사한 아미노메틸리딘포스포네이트 구조 덕분에 가죽 코팅제로 널리 사용됩니다. 그러나 수성 폴리우레탄은 자외선이나 열에 장기간 노출될 경우 황변 현상이 발생하기 쉬우며, 이는 소재의 수명에 영향을 미칩니다. 예를 들어, 많은 흰색 구두의 폴리우레탄 소재는 햇빛에 노출되면 누렇게 변색되거나, 정도의 차이는 있지만 황변 현상이 나타납니다. 따라서 수성 폴리우레탄의 황변 저항성에 대한 연구는 필수적입니다.

현재 폴리우레탄의 황변 저항성을 향상시키는 방법은 크게 세 가지로 나눌 수 있다. 첫째, 경질 부분과 연질 부분의 비율을 조절하는 방법, 둘째, 근본 원인인 원료를 변경하는 방법, 셋째, 유기 첨가제 및 나노 소재를 첨가하는 방법, 그리고 마지막으로 구조를 변형하는 방법이다.

(a) 경질 및 연질 부분의 비율을 조정하고 원료를 변경하는 것은 폴리우레탄 자체의 황변 현상 문제만 해결할 수 있을 뿐, 외부 환경이 폴리우레탄에 미치는 영향을 해결할 수 없으며 시장 요구 사항을 충족할 수 없습니다. TG, DSC, 내마모성 및 인장 시험을 통해 제조된 내후성 폴리우레탄과 순수 폴리우레탄으로 처리한 가죽의 물리적 특성이 일치하는 것으로 나타났으며, 이는 내후성 폴리우레탄이 가죽의 기본 특성을 유지하면서 내후성을 크게 향상시킬 수 있음을 보여줍니다.

(b) 유기 첨가제 및 나노물질의 첨가는 또한 첨가량이 많거나 폴리우레탄과의 물리적 혼합이 불량하여 폴리우레탄의 기계적 특성이 저하되는 등의 문제점을 가지고 있다.

(c) 이황화 결합은 강한 동적 가역성을 가지므로 활성화 에너지가 매우 낮고, 여러 번 끊어지고 다시 형성될 수 있습니다. 이황화 결합의 동적 가역성 때문에 자외선 조사 하에서 이 결합은 끊임없이 끊어지고 다시 형성되면서 자외선 에너지를 열 에너지로 변환하여 방출합니다. 폴리우레탄의 황변 현상은 자외선 조사에 의해 폴리우레탄 소재 내의 화학 결합이 여기되어 결합 절단 및 재배열 반응이 일어나고, 이로 인해 구조적 변화와 황변이 발생하는 것입니다. 따라서 수성 폴리우레탄 사슬 세그먼트에 이황화 결합을 도입하여 폴리우레탄의 자가 치유 및 황변 저항 성능을 시험했습니다. GB/T 1766-2008 시험에 따르면 △E는 4.68이었고, 색 변화 등급은 2등급이었지만, 이황화테트라페닐렌을 사용했기 때문에 특유의 색을 띠는 폴리우레탄에는 적합하지 않았습니다.

자외선 흡수제와 이황화물은 흡수된 자외선을 열에너지로 변환하여 방출함으로써 폴리우레탄 구조에 대한 자외선 복사의 영향을 줄일 수 있습니다. 동적 가역 물질인 2-하이드록시에틸 이황화물을 폴리우레탄 합성 팽창 단계에 도입함으로써, 이소시아네이트와 쉽게 반응하는 하이드록실기를 포함하는 이황화물 화합물이 폴리우레탄 구조 내에 도입됩니다. 또한, UV-320 자외선 흡수제를 도입하여 폴리우레탄의 황변 저항성을 향상시킵니다. 하이드록실기를 포함하는 UV-320은 이소시아네이트기와 쉽게 반응하는 특성으로 인해 폴리우레탄 사슬 세그먼트에 도입되어 가죽의 중간층에 사용됨으로써 폴리우레탄의 황변 저항성을 향상시킬 수 있습니다.

색차 시험을 통해 내황변성 폴리우레탄의 내황변성이 우수함을 확인하였다. 열중량 분석(TG), 시차주사열량분석(DSC), 내마모성 및 인장 시험을 통해 제조된 내후성 폴리우레탄과 순수 폴리우레탄으로 처리한 가죽의 물리적 특성이 유사함을 확인하였으며, 이는 내후성 폴리우레탄이 가죽의 기본 특성을 유지하면서 내후성을 크게 향상시킬 수 있음을 나타낸다.