KR20130066384A - Coating composition comprising aniline terminated waterborne polyurethane and carbon nanotube - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A coating composition is provided to have excellent abrasion resistance and electric conductivity, thereby being effectively applied to a floor material, electronic material film, heat-radiant sheet, a heating sheet, footwear sheet, and an insole sheet for shoes. CONSTITUTION: A coating composition contains carbon nanotubes and water-dispersible polyurethane with an aniline-terminated group. The mixing ratio of the water-dispersed polyurethane and carbon nanotubes with the aniline terminal group is 1:0.2-0.6(w:w). The water-dispersible polyurethane with the aniline terminal group has a structure in which an isocyanate group in a prepolymer side chain is capped with aniline. As aniline added amount increases, average particle diameter increases, and transmittance in a visible light is reduced.

Description

아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄 및 탄소나노튜브를 함유한 코팅 조성물 {Coating composition comprising aniline terminated waterborne polyurethane and carbon nanotube}Coating composition containing water dispersible polyurethane having aniline end groups and carbon nanotubes {Coating composition comprising aniline terminated waterborne polyurethane and carbon nanotube}

본 발명은 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄과 탄소나노튜브를 함유한 전기전도성 및 내마모성이 뛰어난 코팅 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a coating composition having excellent electrical conductivity and abrasion resistance containing a water dispersible polyurethane having an aniline end group and carbon nanotubes.

폴리우레탄(polyurethane, PU)은 분자 말단에 2개 이상의 수산화기(hydroxyl group, -OH)를 지닌 폴리올(polyol)과 2개의 이소시아네이트기를 갖는 디이소시아네이트(diisocyanate) 그룹의 반응을 통해 생성된 우레탄기 [-NHCOO-]n의 구조를 반복적으로 갖는 고분자이다(비특허문헌 1 및 2). 이 폴리우레탄은 소프트 세그먼트(soft segment)와 하드 세그먼트(hard segment)의 함량에 따라 다양한 물성제어가 가능하며 이에 따라서 도료, 고무, 피혁, 섬유 등의 접착제 및 유리나 금속 재료 등의 코팅제로 광범위한 분야에 널리 활용되고 있다(비특허문헌 1 및 2). 그러나 폴리우레탄은 폴리올의 강한 소수성으로 인해 제조 과정에서 주로 벤젠, 톨루엔, 크실렌 등의 유기용매들이 사용되어 왔다. 그러나 이러한 방법으로 제조된 유성 폴리우레탄은 제조공정이나 사용과정에서 휘발성 유기물질(volatile organic compounds)을 방출하므로 이로 인해 화재가 발생할 수 있는 위험성이 있을 뿐만 아니라, 대기오염을 초래하기도 한다. 따라서 최근에는 환경보존이나 작업환경 개선을 위해 유기용매를 사용하지 않고, 물을 용매로 하여 제조하는 수분산성 폴리우레탄(waterborne polyurethane dispersion, WPUD)이 각광을 받고 있다(비특허문헌 3 및 4). 수분산성 폴리우레탄은, 소수성인 수지를 외부 유화제의 첨가 없이 물에 잘 분산시키기 위해, 폴리우레탄 구조 내에 극성 이온기를 도입하여 아이오노머(ionomer)형을 유도함으로써 제조된다(비특허문헌 5~7). Polyurethane (PU) is a urethane group formed by the reaction of a polyol having two or more hydroxyl groups (-OH) at the end of a molecule and a diisocyanate group having two isocyanate groups. It is a polymer which has a structure of NHCOO-] n repeatedly (nonpatent literature 1 and 2). This polyurethane can control various properties according to the content of soft segment and hard segment. Therefore, it is applied to a wide range of fields such as paints, rubbers, leathers, fibers, adhesives, and glass or metal materials. It is widely utilized (nonpatent literature 1 and 2). However, polyurethane has been mainly used organic solvents such as benzene, toluene, xylene in the manufacturing process due to the strong hydrophobicity of the polyol. However, the oil-based polyurethane produced in this way emits volatile organic compounds in the manufacturing process or use process, which not only poses a risk of fire, but also causes air pollution. Therefore, in recent years, waterborne polyurethane dispersion (WPUD) manufactured using water as a solvent without using an organic solvent for environmental preservation or improvement of working environment has been in the spotlight (Non-Patent Documents 3 and 4). The water-dispersible polyurethane is produced by inducing an ionomer type by introducing a polar ion group into the polyurethane structure in order to disperse the hydrophobic resin well in water without the addition of an external emulsifier (Non-Patent Documents 5 to 7). .

1991년 최초로 발견된 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT)는 단일벽 탄소나노튜브(single-walled carbon nanotube, SWCNT)와 다중벽 탄소나노튜브(multi-walled carbon nanotube, MWCNT)로 구분되며, 우수한 기계적, 열적, 전기적 특성을 가지고 있다(비특허문헌 8). 따라서 탄소나노튜브는 전기전자, 정보통신, 자동차 산업 등의 공학전반에 그 응용성이 다양해지고 있으며, 특히 일본과 중국 등에서 유동성 반응기를 이용한 다중벽 탄소나노튜브의 대량 합성기술을 발표하면서 탄소나노튜브 합성 및 응용에 관한 연구가 국내외적으로 활발히 수행되고 있다(비특허문헌 9~11). First discovered in 1991, carbon nanotubes (CNTs) are divided into single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) and multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs). It has thermal, electrical characteristics (Non Patent Literature 8). As a result, carbon nanotubes are becoming more versatile in engineering, such as the electronics, telecommunications, and automotive industries.In particular, in Japan and China, carbon nanotubes have been introduced for mass synthesis of multi-walled carbon nanotubes using fluidized reactors. Research on synthesis and application has been actively carried out at home and abroad (Non-Patent Documents 9-11).

한편, 탄소나노튜브를 도전막으로 사용하거나 기타 각종 전자소자들의 제조에 사용하기 위해서는 탄소나노튜브를 용액 또는 바인더(binder)에 용해시켜야 하지만, 탄소나노튜브는 강한 반데르발스 힘(van der waals force)에 의해 다발로 응집되어 있는 형태를 갖기에, 상기 강한 반데르발스 힘에 의해서 매트릭스 내에서 다발로 응집되어 충돌하는 경향이 있다. 따라서, 상기 탄소나노튜브가 매트릭스 내에서 응집되면 탄소나노튜브의 고유한 특성을 발휘할 수 없게 되거나 박막으로 제조시 특성의 균일성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 탄소나노튜브의 고유한 특성으로 인하여 종래의 상용화된 분산제들을 사용하는 것만으로는 탄소나노튜브가 충분히 분산된 분산액을 얻는 것이 용이하지 않아, 탄소나노튜브를 용매나 수지에 균일하게 분산 또는 용해시키기 위한 분산제의 개발이 요구되고 있다. On the other hand, in order to use carbon nanotubes as a conductive film or to manufacture other electronic devices, carbon nanotubes must be dissolved in a solution or a binder, but carbon nanotubes have a strong van der waals force. Because of the agglomeration of the bundle into bundles, it tends to agglomerate and collide within the matrix by the strong van der Waals forces. Therefore, when the carbon nanotubes are agglomerated in the matrix, the carbon nanotubes may not exhibit the inherent properties of the carbon nanotubes or may have a problem in that the uniformity of the properties may be degraded when manufacturing the thin film. In addition, due to the inherent properties of carbon nanotubes, it is not easy to obtain a dispersion in which carbon nanotubes are sufficiently dispersed by using conventional commercial dispersants, so that carbon nanotubes are uniformly dispersed or dissolved in a solvent or a resin. There is a need for the development of dispersants for the purpose.

따라서, 이를 해결하기 위해, 본 발명에서는 폴리카보네이트디올(poly(carbonate diol))과 디이소시아네이트(diisocyanate) 및 디메틸올프로피오닉산(dimethylol propionic acid, DMPA)으로부터 폴리우레탄 프리폴리머를 제조하고, 상기 폴리우레탄 프리폴리머가 갖고 있는 주쇄 중의 말단 이소시아네이트기를 아닐린(anillin)으로 캡핑(capping)시켜 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄(aniline terminated waterborne polyurethane)을 합성하였으며, 이를 탄소나노튜브의 분산제로 이용하였다. 즉, 본 발명자들은 상기 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄과 물에 분산되어 있는 상태의 다중벽 탄소나노튜브를 혼합하여, 내마모성과 전기전도성 등이 우수한 새로운 타입의 전도성 코팅 조성물을 제조함으로써 본 발명을 완성할 수 있었다. Therefore, in order to solve this problem, in the present invention, a polyurethane prepolymer is prepared from polycarbonate diol, diisocyanate, and dimethylol propionic acid (DMPA), and the polyurethane Capping the terminal isocyanate groups in the backbone of the prepolymer with aniline (anillin) to synthesize aniline terminated waterborne polyurethane (aniline terminated waterborne polyurethane) having aniline end groups were used as a dispersant for carbon nanotubes. That is, the present inventors mix the water-dispersible polyurethane having the aniline end group with the multi-walled carbon nanotubes dispersed in water to prepare a new type of conductive coating composition having excellent abrasion resistance and electrical conductivity. Could complete.

<비특허문헌 1><Non Patent Literature 1>

Yoo, J. S. and Chun, H. J., Application of Polyurethane Adhesives, Polymer Science and Technology, 1999, 10(5), 578~588.Yoo, JS and Chun, HJ, Application of Polyurethane Adhesives, Polymer Science and Technology , 1999, 10 (5), 578-588.

<비특허문헌 2><Non Patent Literature 2>

Dieterich, D., Aqueous Emulsions, Dispersions and Solution of Polyurethanes; Synthesis and Properties. I, Angew . Makromol . Chem., 98, 1981, 281~340.Dieterich, D., Aqueous Emulsions, Dispersions and Solution of Polyurethanes; Synthesis and Properties. I, Angew . Macromol . Chem ., 98, 1981, 281-340.

<비특허문헌 3><Non Patent Literature 3>

Hepburn, C., Polyurethane Elastomer, Elsevier, London, 1982.Hepburn, C., Polyurethane Elastomer, Elsevier, London, 1982.

<비특허문헌 4><Non Patent Literature 4>

Cooper, S. L. and Tobosky, A. V., Properties of Linear Elastomer Polyurethane, J. Appl . Polym . Sci., 1966, 10, 1837~1844.Cooper, SL and Tobosky, AV, Properties of Linear Elastomer Polyurethane, J. Appl . Polym . Sci ., 1966, 10, 1837-1844.

<비특허문헌 5><Non Patent Literature 5>

Shin, Y. T., Hong, M. G., Choi, J. J., Lee, W. K., Lee, G. B., Yoo, B. W., Lee, M. G. and Song, K. C., Preparation and Properties of Aminosilane Terminated Waterborne Polyurethane, Korean Chem. Eng. Res., 2010, 48(4), 434~439.Shin, YT, Hong, MG, Choi, JJ, Lee, WK, Lee, GB, Yoo, BW, Lee, MG and Song, KC, Preparation and Properties of Aminosilane Terminated Waterborne Polyurethane, Korean Chem. Eng. Res. , 2010, 48 (4), 434-439.

<비특허문헌 6><Non Patent Literature 6>

Hong, M. G., Shin, Y. T., Choi, J. J., Lee, W. K., Lee, G. B., Yoo, B. W., Lee, M. G. and Song, K. C., Preparation of Silylated Waterborne Polyurethane/Silica Nanocomposites Using Colloidal Silica, Ibid., 2010, 48(5), 561~567.Hong, MG, Shin, YT, Choi, JJ, Lee, WK, Lee, GB, Yoo, BW, Lee, MG and Song, KC, Preparation of Silylated Waterborne Polyurethane / Silica Nanocomposites Using Colloidal Silica, Ibid. , 2010, 48 (5), 561-567.

<비특허문헌 7><Non Patent Literature 7>

Shin, Y. T., Hong, M. G., Choi, J. J., Lee, W. K., Yoo, B. W., Lee, M. G. and Song, K. C., Effect of Addition of Pentaerythritol Triacrylate on the Properties of Waterborne Polyurethane, Ibid ., 2011, 49(4), 411~416.Shin, YT, Hong, MG, Choi, JJ, Lee, WK, Yoo, BW, Lee, MG and Song, KC, Effect of Addition of Pentaerythritol Triacrylate on the Properties of Waterborne Polyurethane, Ibid . , 2011, 49 (4), 411-416.

<비특허문헌 8><Non Patent Literature 8>

Yun, S., Im, H. and Kim, J., Dispersity and Electro-conductivity of PU Grafted MWCNT/PU Composite via Simple Blending Method, Appl . Chem . Eng ., 2010, 21, 500~504.Yun, S., Im, H. and Kim, J., Dispersity and Electro-conductivity of PU Grafted MWCNT / PU Composite via Simple Blending Method, Appl . Chem . Eng . , 2010, 21, 500-504.

<비특허문헌 9><Non Patent Literature 9>

Lee, J., K., Choi, H., O., Kim, E., B., Kim, S., Y., and Ju, C., D., Surface Resistance and Tensile Strength of Polyester Resin by Anti-static Agents, Korean Chem . Eng . Res ., 2010, 48(5), 638~642.Lee, J., K., Choi, H., O., Kim, E., B., Kim, S., Y., and Ju, C., D., Surface Resistance and Tensile Strength of Polyester Resin by Anti-static Agents, Korean Chem . Eng . Res . , 2010, 48 (5), 638-642.

<비특허문헌 10><Non Patent Literature 10>

Han, J. H. Current Status on Synthesis of Carbon Nanotubes and Their Applications to Conducting Polymer, Polymer Science and Technology, 2005, 16(2), 162~175.Han, JH Current Status on Synthesis of Carbon Nanotubes and Their Applications to Conducting Polymer, Polymer Science and Technology , 2005, 16 (2), 162-175.

<비특허문헌 11><Non Patent Literature 11>

Lin, M. F., Tsen, W. C., Shu, Y. C. and Chuang, F. S., Effect of Silicon and Phosphorus on the Degradation of Polyurethanes, J. Appl . Polym . Sci ., 79(5), 2001, 881~899.Lin, MF, Tsen, WC, Shu, YC and Chuang, FS, Effect of Silicon and Phosphorus on the Degradation of Polyurethanes, J. Appl . Polym . Sci . , 79 (5), 2001, 881-899.

<비특허문헌 12><Non Patent Literature 12>

ASTM D 3359, Standard Test Methods for Measuring Adhesion by Tape Test, ASTM International, 1197, 927~929.ASTM D 3359, Standard Test Methods for Measuring Adhesion by Tape Test, ASTM International , 1197, 927-929.

<비특허문헌 13><Non Patent Literature 13>

Hwang, J. H. and Song, K. C., Preperation of UV-Curable Organic-Inorganic Hybrid Hard Coatings Using Alumina Sols and Acrylate Monomers, Korean Chem . Eng . Res ., 2011, 49(3), 277~284.Hwang, JH and Song, KC, Preperation of UV-Curable Organic-Inorganic Hybrid Hard Coatings Using Alumina Sols and Acrylate Monomers, Korean Chem . Eng . Res . , 2011, 49 (3), 277-284.

본 발명의 목적은 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄 및 탄소나노튜브를 함유한 코팅 조성물을 제공하는 데에 있다.An object of the present invention is to provide a coating composition containing a water dispersible polyurethane having aniline end groups and carbon nanotubes.

본 발명은 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄과 탄소나노튜브를 함유한 코팅 조성물에 관한 것이다. The present invention relates to a coating composition containing a water dispersible polyurethane having aniline end groups and carbon nanotubes.

상기 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄 조성물은, 폴리우레탄 프리폴리머 측쇄의 이소시아네이트기가 아닐린으로 캡핑된 구조를 가지며, 아닐린 첨가량이 증가할수록 수분산 폴리우레탄의 평균입경이 증가하고, 가시광선 영역에서의 투과율이 감소하는 성질을 갖는 것을 특징으로 한다. The water dispersible polyurethane composition having an aniline end group has a structure in which an isocyanate group in the side chain of the polyurethane prepolymer is capped with aniline. As the amount of aniline added increases, the average particle diameter of the water-dispersed polyurethane increases and the transmittance Is decreased.

또한, 상기 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄은, In addition, the water-dispersible polyurethane having the aniline end group,

디이소시아네이트, 폴리카보네이트디올 및 1-메틸-피롤리디논에 녹인 디메틸올프로피오닉산을 혼합하여 제조된 이소시아네이트기를 갖는 폴리우레탄 프리폴리머에, 아닐린을 첨가하여 아닐린 말단기를 갖는 폴리우레탄 프리폴리머를 제조하고, 이를 중화시킨 후, To the polyurethane prepolymer having an isocyanate group prepared by mixing diisocyanate, polycarbonate diol and dimethylol propionic acid dissolved in 1-methyl-pyrrolidinone, aniline was added to prepare a polyurethane prepolymer having an aniline end group, After neutralizing it,

상기 중화된 아닐린 말단기를 갖는 폴리우레탄 프리폴리머를 수분산하고, 사슬연장제를 첨가하여 제조될 수 있다.It may be prepared by dispersing the polyurethane prepolymer having the neutralized aniline end groups and adding a chain extender.

상기 아닐린 말단기를 갖는 폴리우레탄 프리폴리머는, The polyurethane prepolymer having the aniline end group,

0.01~0.05mol의 디이소시아네이트, 0.03~0.07mol의 폴리카보네이트디올 및 1-메틸-피롤리디논에 녹인 디메틸올프로피오닉산 0.001~0.04mol을 혼합하여 제조된 이소시아네이트기를 갖는 폴리우레탄 프리폴리머에, 0.005~0.02mol의 아닐린을 첨가하여 제조될 수 있다.0.015 to 0.05 mol diisocyanate, 0.03 to 0.07 mol polycarbonate diol, and 0.001 to 0.04 mol of dimethylol propionic acid dissolved in 1-methyl-pyrrolidinone are mixed with a polyurethane prepolymer having an isocyanate group. It can be prepared by adding 0.02 mol of aniline.

상기 이소시아네이트기를 갖는 폴리우레탄 프리폴리머를 제조할 때, 촉매를 사용할 수 있으며, 상기 촉매로는 디부틸틴 디라우레이트 및 스테인너스 옥토에이트를 사용할 수 있고, 0.00001~0.00008mol의 농도로 사용될 수 있다.When preparing the polyurethane prepolymer having an isocyanate group, a catalyst may be used, and dibutyltin dilaurate and stainus octoate may be used as the catalyst, and may be used at a concentration of 0.00001 to 0.00008 mol.

상기 디이소시아네이트는 1,6-헥사메틸렌디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트, 4,4-디페닐메탄 디이소시아네이트, 톨루엔 디이소시아네이트 및 4,4-디사이클로헥실메탄 디이소시아네이트 중 1종 이상의 화합물을 포함할 수 있다. The diisocyanate may comprise at least one compound of 1,6-hexamethylene diisocyanate, isophorone diisocyanate, 4,4-diphenylmethane diisocyanate, toluene diisocyanate and 4,4-dicyclohexylmethane diisocyanate Can be.

상기 이소시아네이트기를 갖는 폴리우레탄 프리폴리머는, 디이소시아네이트, 폴리카보네이트디올 및 1-메틸-피롤리디논에 녹인 디메틸올프로피오닉산을 50~100℃에서 1~5시간 동안 반응시켜 제조될 수 있다. 또한 상기 이소시아네이트기를 갖는 폴리우레탄 프리폴리머에서 이소시아네이트기와 폴리카보네이트디올의 수산화기의 몰 비율은 1:1.0~1.5가 되도록 하는 것이 바람직하다. The polyurethane prepolymer having the isocyanate group may be prepared by reacting dimethylol propionic acid dissolved in diisocyanate, polycarbonate diol and 1-methyl-pyrrolidinone at 50 to 100 ° C. for 1 to 5 hours. In the polyurethane prepolymer having an isocyanate group, the molar ratio of the isocyanate group and the hydroxyl group of the polycarbonate diol is preferably 1: 1.0 to 1.5.

또한, 상기, 아닐린 말단기를 갖는 폴리우레탄 프리폴리머의 중화반응에 사용되는 중화제는 트리에틸아민, 수산화칼륨 및 암모니아 중에서 선택되는 1종 이상의 화합물인 것을 특징으로 한다. 폴리우레탄 프리폴리머를 제조할 때 중화제를 사용함으로써, 디메틸올프로피오닉산을 첨가함으로써 형성되었된 카르복실기를 중화할 수 있다. 상기 중화제는 30~70℃에서 0.5~3시간 동안 반응시킬 수 있다. In addition, the neutralizing agent used for the neutralization reaction of the polyurethane prepolymer having an aniline end group is characterized in that at least one compound selected from triethylamine, potassium hydroxide and ammonia. By using a neutralizing agent when preparing the polyurethane prepolymer, the carboxyl group formed by adding dimethylol propionic acid can be neutralized. The neutralizing agent can be reacted at 30 to 70 ° C for 0.5 to 3 hours.

상기 사슬연장제로서 에틸렌디아민, 1,6-헥산디올, 디에틸렌트리아민, 하이드라진, 이소포론디아민, 모포린 및 1,4-부탄디올으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 화합물을 사용할 수 있으며, 사슬연장제를 첨가하여 반응시킴으로써, 상기 조성물의 중합반응을 강화할 수 있다. 상기 사슬연장제는 0.5~2시간 동안 반응시킬 수 있다.As the chain extender, one or more compounds selected from the group consisting of ethylenediamine, 1,6-hexanediol, diethylenetriamine, hydrazine, isophoronediamine, morpholine, and 1,4-butanediol may be used. By adding an extender and reacting, the polymerization reaction of the composition can be enhanced. The chain extender can be reacted for 0.5 to 2 hours.

상기 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄과 탄소나노튜브를 함유한 코팅 조성물의 혼합 비율은 바람직하게는 1:0.2~0.6(w/w)일 수 있다. 바람직하게는 상기 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄에 탄소나노튜브 분산액을 혼합시켜 코팅액을 제조하며, 상온에서 0.5~2시간 동안 반응시켜 혼합할 수 있다. 상기 탄소나노튜브 분산액은 수중에 탄소나노튜브가 2.0~4.0wt%로 분산된 상태이며, 다중벽 탄소나노튜브일 수 있으며, 상기 다중벽 탄소나노튜브는 10~50nm의 평균 지름과, 1~25㎛의 평균 길이를 갖는 다중벽 탄소나노튜브일 수 있다. The mixing ratio of the coating composition containing the water-dispersible polyurethane having the aniline end group and the carbon nanotube may be 1: 0.2 to 0.6 (w / w). Preferably, a carbon nanotube dispersion is mixed with the water-dispersible polyurethane having the aniline end group to prepare a coating solution, and may be mixed by reacting at room temperature for 0.5 to 2 hours. The carbon nanotube dispersion is in a state in which carbon nanotubes are dispersed in water at 2.0 to 4.0 wt%, and may be multi-walled carbon nanotubes, and the multi-walled carbon nanotubes have an average diameter of 10 to 50 nm and 1 to 25 nm. It may be a multi-walled carbon nanotube having an average length of μm.

따라서, 본 발명의 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄과 탄소나노튜브를 함유한 코팅 조성물의 제조방법은, 바람직하게는, Therefore, the manufacturing method of the coating composition containing the water-dispersible polyurethane which has the aniline end group of this invention, and a carbon nanotube, Preferably,

디이소시아네이트, 폴리카보네이트디올 및 1-메틸-피롤리디논에 녹인 디메틸올프로피오닉산을 혼합하여 이소시아네이트기를 갖는 폴리우레탄 프리폴리머를 제조하는 단계;Mixing a diisocyanate, polycarbonate diol and dimethylol propionic acid dissolved in 1-methyl-pyrrolidinone to prepare a polyurethane prepolymer having an isocyanate group;

상기 디이소시아네이트기를 갖는 폴리우레탄 프리폴리머에 아닐린을 첨가하여 아닐린 말단기를 갖는 폴리우레탄 프리폴리머를 제조하는 단계; Preparing a polyurethane prepolymer having an aniline end group by adding aniline to the polyurethane prepolymer having a diisocyanate group;

상기 아닐린 말단기를 갖는 폴리우레탄 프리폴리머에 중화제를 첨가하는 단계; Adding a neutralizing agent to the polyurethane prepolymer having the aniline end group;

상기 중화제가 첨가된 아닐린 말단기를 갖는 폴리우레탄 프리폴리머를 수분산하는 단계; Dispersing the polyurethane prepolymer having the aniline end group to which the neutralizing agent is added;

상기 수분산된 조성물에 사슬연장제를 첨가하여 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄을 제조하는 단계; 및,Preparing a water dispersible polyurethane having an aniline end group by adding a chain extender to the water dispersible composition; And

상기 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄에 다중벽 탄소나노튜브를 첨가하는 단계;를 포함할 수 있다. And adding multi-walled carbon nanotubes to the water-dispersible polyurethane having the aniline end groups.

또한, 더욱 바람직하게는, More preferably,

0.01~0.05mol의 디이소시아네이트, 0.03~0.07mol의 폴리카보네이트디올 및 1-메틸-피롤리디논에 녹인 디메틸올프로피오닉산 0.001~0.04mol을 혼합하여 이소시아네이트기를 갖는 폴리우레탄 프리폴리머를 제조하는 단계;Preparing a polyurethane prepolymer having an isocyanate group by mixing 0.01 to 0.05 mol diisocyanate, 0.03 to 0.07 mol polycarbonate diol and 0.001-0.04 mol of dimethylol propionic acid dissolved in 1-methyl-pyrrolidinone;

상기 디이소시아네이트기를 갖는 폴리우레탄 프리폴리머에 0.005~0.02mol의 아닐린을 첨가하여 아닐린 말단기를 갖는 폴리우레탄 프리폴리머를 제조하는 단계; Preparing a polyurethane prepolymer having an aniline end group by adding 0.005 to 0.02 mol of aniline to the polyurethane prepolymer having a diisocyanate group;

상기 아닐린 말단기를 갖는 폴리우레탄 프리폴리머에 0.005~0.04mol의 중화제를 첨가하는 단계; Adding 0.005 to 0.04 mol of a neutralizer to the polyurethane prepolymer having the aniline end group;

상기 중화제가 첨가된 아닐린 말단기를 갖는 폴리우레탄 프리폴리머에 물을 넣어 수분산하는 단계; Adding water to a polyurethane prepolymer having an aniline end group to which the neutralizing agent is added;

상기 수분산된 조성물에 0.001~0.03mol의 사슬연장제를 첨가하여 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄을 제조하는 단계; 및,Preparing a water dispersible polyurethane having an aniline end group by adding 0.001 to 0.03 mol of a chain extender to the water dispersible composition; And

상기 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄에 다중벽 탄소나노튜브를 1:0.2~0.6(w:w)의 혼합비율로 첨가하는 단계;를 포함할 수 있다.It may include; adding a multi-walled carbon nanotubes 1: 0.2 ~ 0.6 (w: w) in a mixing ratio to the water-dispersible polyurethane having the aniline end group.

본 발명에 따른 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄 및 탄소나노튜브를 함유하는 코팅 조성물은 종래의 수분산성 폴리우레탄 조성물 또는 탄소나노튜브를 이용하여 제조한 전도성 코팅 조성물보다도, 내마모성과 전기전도성이 우수하여, 각종 전도성 시트, 전도성 필름, 전도성 의류, 전도성 시트 합지원단, 전도성 시트로 만들어진 바닥재, 전자재료 필름, 방열시트, 온열시트, 신발용 시트, 신발용 인솔(insole) 시트 등에 효율적으로 적용될 수 있다. The coating composition containing the water-dispersible polyurethane and carbon nanotubes having the aniline end groups according to the present invention has better wear resistance and electrical conductivity than the conventional water-dispersible polyurethane composition or the conductive coating composition prepared by using carbon nanotubes. Thus, it can be efficiently applied to various conductive sheets, conductive film, conductive clothing, conductive sheet support layer, flooring made of conductive sheet, electronic material film, heat dissipation sheet, heat sheet, shoe sheet, shoe insole sheet. .

도 1은 폴리우레탄 프리폴리머의 FT-IR 스펙트럼 분석결과로서, 도 1.a는 폴리카보네이트디올, 이소포론디이소시아네이트와 디메틸올프로피오닉산을 3시간 동안 반응시켜 얻어진 폴리우레탄 프리폴리머의 FT-IR 스펙트럼 분석 결과이며, 도 1.b 및 c는 상기 폴리우레탄 프리폴리머에 아닐린을 1, 2시간 동안 반응시켜 얻어진 아닐린 말단을 갖는 폴리우레탄 프리폴리머의 FT-IR 스펙트럼 분석 결과이다.
도 2는 분광광도계(UV-Visible spectrometer, UV-2450, Shimadzu)를 사용한 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄 A0, A1, A2, A3에 대한 투과율 측정 결과를 나타낸다.
도 3은 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄 조성물 및 다중벽 탄소나노튜브를 함유하는 코팅 조성물인 A3CNT에 대해 투과전자현미경을 이용해 입자크기 및 조성물의 분포 상태를 확인한 사진이다.
도 4는 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄 조성물의 평균입경을 입도분석기를 사용하여 분석한 결과를 나타낸다.
도 5는 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄 조성물과 다중벽 탄소나노튜브를 함유한 코팅 조성물인 A0CNT, A1CNT, A2CNT 및 A3CNT로 제조된 코팅막에 대한 표면저항을 측정한 결과(전기전도성 확인)를 나타낸다.
도 6은 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄 조성물과 다중벽 탄소나노튜브의 첨가량을 달리하여 제조한 코팅 조성물인 A3CNT1, A3CNT2 및 A3CNT3의 코팅막의 표면저항을 측정한 결과(전기전도성 확인)를 나타낸다.
1 is an FT-IR spectrum analysis result of the polyurethane prepolymer, Figure 1.a is a FT-IR spectrum analysis of the polyurethane prepolymer obtained by reacting polycarbonate diol, isophorone diisocyanate and dimethylol propionic acid for 3 hours As a result, Figures 1b and c are the results of FT-IR spectra analysis of the polyurethane prepolymer having the aniline end obtained by reacting the polyurethane prepolymer with aniline for 1 to 2 hours.
2 shows the results of measurement of transmittance for water-dispersible polyurethanes A0, A1, A2, and A3 having an aniline end group using a spectrophotometer (UV-Visible spectrometer, UV-2450, Shimadzu).
Figure 3 is a photograph showing the particle size and the distribution state of the composition using a transmission electron microscope for the water-dispersible polyurethane composition having aniline end groups and the coating composition containing multi-walled carbon nanotubes A3CNT.
Figure 4 shows the results of analyzing the average particle diameter of the water-dispersible polyurethane composition having aniline end groups using a particle size analyzer.
5 is a result of measuring the surface resistance of the coating film made of A0CNT, A1CNT, A2CNT and A3CNT coating composition containing a water-dispersible polyurethane composition having aniline end groups and multi-walled carbon nanotubes (confirming the electrical conductivity) Indicates.
Figure 6 shows the results of measuring the surface resistance of the coating film of the coating composition A3CNT1, A3CNT2 and A3CNT3 prepared by varying the addition amount of the water-dispersible polyurethane composition having aniline end groups and the multi-walled carbon nanotubes (conductivity confirmation) .

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art.

<실시예 1. 코팅물 제조용 재료의 준비>&Lt; Example 1: Preparation of material for producing coating >

본 발명의 코팅 조성물을 제조하기 위해, 디이소시아네이트로서 지방족 계열인 이소프론디이소시아네이트(98%, Aldrich)를 사용하였고, 폴리카보네이트디올(1000g/mol, Asahi Kasei, 제품 카달로그 번호: CAS 61630-98-6)을 폴리올로 사용하였다. 수분산을 위해 첨가되는 음이온기로서는 디메틸올프로피오닉산(98%, Aldrich)을 사용하였고, 디메틸올프로피오닉산을 용해시키기 위한 용매로는 1-메틸-피롤리디논(1-methyl-2-pyrolidinone, NMP, 99%, Aldrich)을 사용하였다. To prepare the coating composition of the present invention, aliphatic isoprone diisocyanate (98%, Aldrich) was used as diisocyanate, and polycarbonate diol (1000 g / mol, Asahi Kasei, product catalog number: CAS 61630-98- 6) was used as polyol. Dimethylolpropionic acid (98%, Aldrich) was used as an anionic group added for water dispersion, and 1-methyl-pyrrolidinone (1-methyl-2-) was used as a solvent for dissolving dimethylolpropionic acid. pyrolidinone, NMP, 99%, Aldrich) was used.

또한 촉매로서 디부틸틴디라우레이트(dibutyltin dilaurate, DBTL, 95%, Aldrich)를 사용하였다. 얻어진 폴리우레탄 프리폴리머의 잔여 이소시아네이트기의 캡핑을 위해서는 방향족 구조를 갖고 있는 아닐린(99.5%, Aldrich)을 사용하였다. 중화제로는 트리에틸아민(triethylamine, TEA, 99.5%, Aldrich)을 사용하였으며, 사슬연장제로는 에틸렌디아민(ethylene diamine, EDA, 99%, Aldrich)을 사용하였다. 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄과 혼합시킬 탄소나노튜브로는 물에 분산되어 있는 형태인 다중벽 탄소나노튜브(3.0wt%, World Tube, Korea)를 사용하였다. 위의 시약들은 정제 및 약품 처리과정 없이 그대로 사용하였다.Also, dibutyltin dilaurate (DBTL, 95%, Aldrich) was used as a catalyst. An aniline (99.5%, Aldrich) having an aromatic structure was used for capping the residual isocyanate group of the obtained polyurethane prepolymer. Triethylamine (triethylamine, TEA, 99.5%, Aldrich) was used as a neutralizing agent, and ethylene diamine (ethylene diamine, EDA, 99%, Aldrich) was used as a chain extender. As carbon nanotubes to be mixed with the water-dispersible polyurethane having an aniline end group, multi-walled carbon nanotubes (3.0 wt%, World Tube, Korea), which are dispersed in water, were used. The above reagents were used without purification and chemical treatment.

<실시예 2. 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄 및 다중벽 탄소나노튜브를 함유하는 코팅 조성물의 제조> Example 2 Preparation of Coating Composition Containing Water Dispersible Polyurethane Having Aniline End Groups and Multi-Walled Carbon Nanotubes

2-1. 이소시아네이트기를 갖는 폴리우레탄 프리폴리머의 제조2-1. Preparation of Polyurethane Prepolymer Having Isocyanate Group

온도계, 응축기, 항온수조 및 교반기가 연결된 500㎖의 4구 둥근 플라스크에 이소프론디이소시아네이트 0.0585mol과 폴리카보네이트디올 0.03mol, 1-메틸-피롤리디논에 녹인 디메틸올프로피오닉산 0.015mol, 촉매인 디부틸틴디라우레이트 0.000045mol을 첨가한 후 75℃에서 500rpm으로 3시간 동안 반응시켜 이소시아네이트기를 갖는 폴리우레탄 프리폴리머를 제조하였다. 이 때 이소시아네이트기와 폴리카보네이트디올의 수산화기의 몰 비율은 1.3으로 고정시켰다. In a 500 ml four-necked flask connected with a thermometer, a condenser, a constant temperature bath and a stirrer, 0.0585 mol of isopron diisocyanate, 0.03 mol of polycarbonate diol, 0.015 mol of dimethylol propionic acid dissolved in 1-methyl-pyrrolidinone, a catalyst After adding 0.000045 mol of dibutyl tin dilaurate and reacting at 500 rpm for 3 hours at 75 ° C., a polyurethane prepolymer having an isocyanate group was prepared. At this time, the molar ratio of the isocyanate group and the hydroxyl group of the polycarbonate diol was fixed at 1.3.

2-2. 아닐린 말단기를 갖는 프리폴리머의 제조2-2. Preparation of Prepolymer Having Aniline End Groups

상기 실시예 2-1의 폴리우레탄 프리폴리머가 제조되면, 아닐린의 첨가량을 각각 0, 0.0075, 0.010, 0.015mol로 조절하여, 50℃에서 2시간 동안 반응시킴으로써 프리폴리머에 잔존하는 잔여 이소시아네이트기를 아닐린으로 캡핑시켜 아닐린 말단기를 갖는 폴리우레탄 프리폴리머를 제조하였다. When the polyurethane prepolymer of Example 2-1 was prepared, the amount of aniline was adjusted to 0, 0.0075, 0.010, and 0.015 mol, respectively, and reacted at 50 ° C. for 2 hours to cap the residual isocyanate group remaining in the prepolymer with aniline. Polyurethane prepolymers having aniline end groups were prepared.

2-3. 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄의 제조2-3. Preparation of Water Dispersible Polyurethane Having Aniline End Group

이 후에는, 디메틸올프로피오닉산을 첨가함으로써 형성된 프리폴리머 내의 카르복실(COOH, carboxyl acid)기를 중화시키기 위해 트리에틸아민 0.015mol을 첨가해 50℃에서 1시간 동안 중화시켜 물에 안정하게 분산시킬 수 있는 형태로 전환시켰으며, 이 후 일정량의 증류수 120g을 첨가하여 1,000rpm에서 20분 동안 수분산하였고, 사슬연장제로서 에틸렌디아민을 첨가하여 30℃에서 1시간 동안 사슬연장시켜 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄을 제조하였다. 상기 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄 조성물의 화학적 조성은 표 1에 나타내었다. After that, 0.015 mol of triethylamine can be added to neutralize the carboxyl acid (COOH, carboxyl acid) group in the prepolymer formed by the addition of dimethylol propionic acid, and neutralized at 50 DEG C for 1 hour to be stably dispersed in water. After the addition of 120 g of distilled water, water was dispersed at 1,000 rpm for 20 minutes, and ethylene diamine was added as a chain extender and chain extended at 30 ° C. for 1 hour to obtain water having an aniline end group. Acidic polyurethanes were prepared. The chemical composition of the water-dispersible polyurethane composition having the aniline end groups is shown in Table 1.




조건



Condition
농도(mol)Concentration (mol)
소프트
세그멘트
soft
Segment

하드세그멘트

Hard segment

캡핑제

Capping agent
사슬
연장제
chain
Extenders

촉매

catalyst

중화제

corrector
폴리카보네이트디올
(PCD)
Polycarbonatediol
(PCD)
이소포론디이소시아네이트
(IPDI)
Isophorone diisocyanate
(IPDI)
디메틸올
프로피오닉산
(DMPA)
Dimethylol
Propionic acid
(DMPA)

아닐린
(aniline)

aniline
(aniline)
에틸렌디아민
(EDA)
Ethylenediamine
(EDA)
디부틸틴디라우레이트
(DBTL)
Dibutyl tin dilaurate
(DBTL)
트리
에틸아민
(TEA)
tree
Ethylamine
(TEA)
A0
(비교군)
A0
(Comparison group)

0.03

0.03

0.0585

0.0585

0.015

0.015

0.0000

0.0000

0.0135

0.0135

0.000045

0.000045

0.015

0.015
A1A1 0.030.03 0.05850.0585 0.0150.015 0.00750.0075 0.00970.0097 0.0000450.000045 0.0150.015 A2A2 0.030.03 0.05850.0585 0.0150.015 0.01000.0100 0.00850.0085 0.0000450.000045 0.0150.015 A3A3 0.030.03 0.05850.0585 0.0150.015 0.01500.0150 0.00600.0060 0.0000450.000045 0.0150.015

또한, 상기에 나타난 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄(aniline terminated waterborne polyurethane)의 합성공정을 하기의 화학식 1에 나타내었다.In addition, the synthesis process of the aniline terminated waterborne polyurethane (aniline terminated waterborne polyurethane) having the aniline end group shown in the following formula (1).

Figure pat00001
Figure pat00001

2-4. 아닐린 2-4. aniline 말단기를Horse short 갖는 수분산성 폴리우레탄 및  Water-dispersible polyurethane and 다중벽Multiwall 탄소나노튜브를 함유하는 코팅 조성물의 제조-① Preparation of Coating Composition Containing Carbon Nanotubes-①

아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄 조성물(A0~A3, A0는 비교군임)이 제조되면, 각각의 조성물 10g과 물에 분산된 상태를 갖는 다중벽 탄소나노튜브 4g을 1시간 동안 혼합시켜 본 발명의 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄 및 다중벽 탄소나노튜브를 함유하는 복합 코팅 조성물(A0CNT~A3CNT, A0CNT는 비교군임)을 제조하였다(표 2 참조). When a water-dispersible polyurethane composition having aniline end groups (A0 to A3, A0 is a comparative group) is prepared, 10 g of each composition and 4 g of multi-walled carbon nanotubes having a state dispersed in water are mixed for 1 hour. A composite coating composition (A0CNT-A3CNT, A0CNT is a comparative group) containing a water-dispersible polyurethane having aniline end groups and a multi-walled carbon nanotube was prepared (see Table 2).

조건Condition A0CNT
(비교군)
A0CNT
(Comparison group)
A1CNTA1CNT A2CNTA2CNT A3CNTA3CNT
아닐린 말단기를 갖는
수분산성 폴리우레탄의 종류 (g)
Having aniline end groups
Type of Water Dispersible Polyurethane (g)
A0
(비교군)
A0
(Comparison group)
A1A1 A2A2 A3A3
아닐린 말단기를 갖는
수분산성 폴리우레탄의 중량 (g)
Having aniline end groups
Weight of Water Dispersible Polyurethane (g)
1010 1010 1010 1010
다중벽탄소나노튜브의 중량 (g) Weight of Multi-walled Carbon Nanotubes (g) 44 44 44 44

2-5. 아닐린 2-5. aniline 말단기를Horse short 갖는 수분산성 폴리우레탄 및  Water-dispersible polyurethane and 다중벽Multiwall 탄소나노튜브를 함유하는 코팅 조성물의 제조-② Preparation of Coating Composition Containing Carbon Nanotubes-②

또한 표 1의 A3 시료 10g에 다중벽 탄소나노튜브의 첨가량을 각각 2, 4, 6, 8 및 10g으로 변화시켜 표 3에 나타낸 코팅 조성물 A3CNT1, A3CNT2, A3CNT3, A3CNT4 및 A3CNT5를 제조하였다. In addition, the coating compositions A3CNT1, A3CNT2, A3CNT3, A3CNT4 and A3CNT5 shown in Table 3 were prepared by changing the amounts of multi-walled carbon nanotubes added to 10 g of A3 sample in Table 1, respectively, to 2, 4, 6, 8 and 10 g.

조 건Condition A3CNT1A3CNT1 A3CNT2A3CNT2 A3CNT3A3CNT3 A3CNT4A3CNT4 A3CNT5A3CNT5 ‘A3’ 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄의 중량 (g)Weight (g) of water dispersible polyurethane with 'A3' aniline end groups 1010 1010 1010 1010 1010 다중벽탄소나노튜브의 중량 (g)Weight of Multi-walled Carbon Nanotubes (g) 22 44 66 88 1010

<< 실시예Example 3. 아닐린  3. Aniline 말단기를Terminal group 갖는 수분산성 폴리우레탄 코팅 조성물, 및 이를 이용해 제조한 아닐린  A water-dispersible polyurethane coating composition having an aniline 말단기를Terminal group 갖는 수분산성 폴리우레탄 및  Water-dispersible polyurethane and 다중벽Multiwall 탄소나노튜브를 함유하는 코팅 조성물의 물성 분석>  Physical Properties Analysis of Coating Composition Containing Carbon Nanotubes>

3-1. 3-1. FTFT -- IRIR (( FourierFourier transformtransform spectroscopyspectroscopy ) 분광 분석을 통한 폴리우레탄 ) Polyurethane through spectroscopic analysis 프리폴리머의Prepolymer 아닐린  aniline 캡핑Capping 확인 Confirm

폴리우레탄 프리폴리머에 아닐린 캡핑이 되었는지를 확인하기 실시예 2-1 및 2-2의 반응단계의 폴리우레탄 프리폴리머를 브롬화칼륨(potassium bromide, KBr) 판에 얇게 도포한 후 FT-IR(FTIR-8400S, Shimadzu)을 사용하여 주요 관능기와 이소시아네이트기의 반응 진행여부를 측정하였고, 이를 도 1에 나타내었다. Confirming that the polyurethane prepolymer was aniline capping The polyurethane prepolymer of the reaction steps of Examples 2-1 and 2-2 was applied thinly on a potassium bromide (KBr) plate and then FT-IR (FTIR-8400S, Shimadzu) was used to measure the progress of the reaction between the main functional group and the isocyanate group, which is shown in FIG. 1.

도 1.a는 폴리카보네이트디올, 이소포론디이소시아네이트와 디메틸올프로피오닉산을 3시간 동안 반응시켜 얻어진 폴리우레탄 프리폴리머(실시예 2-1의 프리폴리머)의 FT-IR 스펙트럼 분석 결과이며, 실시예 2-2에서 제조된 0.0075mol의 아닐린이 첨가된 A1 폴리우레탄 프리폴리머에 대한 결과이다. 도 1.b 및 c는 상기 폴리우레탄 프리폴리머에 아닐린을 1, 2시간 동안 반응시켜 얻어진 아닐린 말단을 갖는 폴리우레탄 프리폴리머(실시예 2-2의 프리폴리머)의 FT-IR 스펙트럼 분석 결과이다. 도 1.a에서는 3,300cm-1 부근에서 -NH 스트레칭 피크, 1,700cm-1 근방에서 -C=O 밴드, 2,900cm-1 영역에서 -CH2 밴드, 1,100cm-1 부근에서 -C-O 밴드, 2,260cm-1 부근에서 이소시아네이트기에 대한 피크(peak)가 확인됨으로서 폴리우레탄 프리폴리머가 합성되었음을 알 수 있다. 또한 도 1.b 및 c에서는 아닐린 첨가 후에 반응시간이 길어짐에 따라 2,260cm-1 부근에서의 이소시아네이트기에 대한 피크 강도가 약해지는 것으로부터 폴리우레탄 프리폴리머 측쇄의 이소시아네이트기가 아닐린으로 캡핑되는 것을 확인할 수 있다. Fig. 1.A is a result of FT-IR spectra analysis of a polyurethane prepolymer (prepolymer of Example 2-1) obtained by reacting polycarbonate diol, isophorone diisocyanate with dimethylol propionic acid for 3 hours. Results for an A1 polyurethane prepolymer added with 0.0075 mol of aniline prepared at -2. Figures 1b and c are FT-IR spectrum analysis results of the polyurethane prepolymer (prepolymer of Example 2-2) having the aniline end obtained by reacting the polyurethane prepolymer with aniline for 1 to 2 hours. Figure 1.a -NH stretching in the peak, in the vicinity of 1,700cm -1 -C = O band, -CH 2 band at 2,900cm -1 region, -CO band, 2,260 in the vicinity of 1,100cm -1 in the vicinity of 3,300cm -1 It can be seen that the polyurethane prepolymer was synthesized by confirming the peak for the isocyanate group in the vicinity of cm −1 . In addition, it can be seen from FIGS. 1.b and c that the isocyanate group of the polyurethane prepolymer side chain is capped with aniline because the peak intensity of the isocyanate group in the vicinity of 2,260 cm −1 decreases as the reaction time increases after the addition of aniline.

3-2. 아닐린 3-2. aniline 말단기를Terminal group 갖는 수분산성 폴리우레탄 조성물의 물리화학적 성질  Physicochemical Properties of Water Dispersible Polyurethane Compositions

도 1.b 및 c에서 확인된 바와 같이 아닐린 첨가 후에 반응시간이 길어짐에 따라 2,260cm-1 부근에서의 이소시아네이트기(NCO)에 대한 피크 강도가 약해지는 것으로부터 폴리우레탄 프리폴리머 측쇄의 이소시아네이트기가 아닐린으로 캡핑되는 것을 확인할 수 있다.As the reaction time increases after the addition of aniline, as confirmed in FIGS. 1.b and c, the peak intensity for the isocyanate group (NCO) at around 2,260 cm −1 is weakened to the isocyanate group of the polyurethane prepolymer side chain with aniline. You can see that it is capped.

도 2는 분광광도계(UV-Visible spectrometer, UV-2450, Shimadzu)를 사용한 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄 A0, A1, A2, A3에 대한 투과율 측정(실시예 3-7과 동일한 방법 이용) 결과이며 아닐린 첨가량이 증가할수록 가시광선 영역에서 탁도가 증가되었으며 이는 합성 중에 아닐린이 많이 첨가될수록 폴리우레탄 주사슬에 아닐린이 더 많이 캡핑되고, 이에 따라 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄의 투과율이 감소하는 것이라고 판단된다. 2 is a measurement of transmittance for water-dispersible polyurethanes A0, A1, A2, A3 having aniline end groups using a UV-Visible spectrometer (UV-2450, Shimadzu) (using the same method as in Example 3-7) As the amount of aniline added increased, the turbidity increased in the visible region, and the more aniline added during synthesis, the more aniline was capped in the polyurethane main chain, thus decreasing the transmittance of the water-dispersible polyurethane having an aniline end group. I think that.

3-3. 투과전자현미경(3-3. Transmission electron microscope ( transmissiontransmission electronelectron microscopemicroscope , , TEMTEM )을 통한 입자 크기와 형상 분석Particle size and shape analysis

아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄 및 다중벽 탄소나노튜브를 함유하는 코팅 조성물의 입자 크기와 형상을 조사하기 위해 각 코팅 조성물을 물에 1:50비율로 희석하여 그리드(mesh grid, copper, 지름 16mm, 두께 0.15mm) 위에 도포하고 상온 건조한 후, 투과전자현미경(transmission electron micrographs, TEM, JEOL 2000-FXII, Japan)을 이용하여 80kV의 가속 전압 조건에서 상기 도포막의 입자크기와 형상을 측정 및 분석하였고 상기 결과는 도 3에 나타내었다. In order to investigate the particle size and shape of the coating composition containing the water-dispersible polyurethane having aniline end groups and the multi-walled carbon nanotubes, each coating composition was diluted 1:50 in water to form a grid (mesh grid, copper, diameter). 16 mm, 0.15 mm thick), and dried at room temperature, and then measured and analyzed the particle size and shape of the coating film under an acceleration voltage of 80 kV using transmission electron micrographs (TEM, JEOL 2000-FXII, Japan). The results are shown in FIG. 3.

도 3은 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄 조성물 및 다중벽 탄소나노튜브를 함유하는 코팅 조성물인 A3CNT에 대해 입자크기 및 형상을 투과전자현미경을 이용해 측정한 사진으로서, 500nm 길이의 막대형 다중벽 탄소나노튜브와 10~20nm 직경의 작은 구형의 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄이 공존하는 형상을 보였다. 이를 통해 본 발명의 코팅 조성물은 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄과 다중벽 탄소나노튜브 입자들 사이에 화학적 결합이 일어나지 않은, 물리적인 단순 혼합 상태의 조성물 상태로 존재함을 확인할 수 있었다. FIG. 3 is a photograph of particle size and shape of a water-dispersible polyurethane composition having aniline end groups and A3CNT, which is a coating composition containing multi-walled carbon nanotubes, measured using a transmission electron microscope. Carbon nanotubes and water-dispersible polyurethanes with small spherical aniline end groups of 10-20 nm in diameter coexisted. Through this, it was confirmed that the coating composition of the present invention existed in a physically simple mixed state in which chemical bonding did not occur between the water-dispersible polyurethane having the aniline end group and the multi-walled carbon nanotube particles.

3-4. 아닐린이 포함되지 않는 수분산성 폴리우레탄과 아닐린 3-4. Water-soluble polyurethane containing no aniline and aniline 말단기를Terminal group 갖는 수분산성 폴리우레탄의 Of the water-dispersible polyurethane 입도 확인Check the size

실시예 2-3의 아닐린이 포함되지 않는 수분산성 폴리우레탄 조성물인 A0과 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄 조성물인 A1, A2 및 A3의 입도 확인을 동적 광산란법을 이용한 입도분석기(dynamic light scattering, DLS, Nicomp, model 380, USA)를 이용해 확인하였으며 이에 대한 분석결과는 도 4에 나타내었다. Particle size analysis using dynamic light scattering method to determine the particle size of the water-dispersible polyurethane composition A0 and the water-dispersible polyurethane composition A1, A2 and A3 having the aniline end groups of Example 2-3 , DLS, Nicomp, model 380, USA) and the analysis results are shown in FIG. 4.

도 4에서 확인한 바와 같이, 순수한 수분산성 폴리우레탄인 A0의 평균입경은 13nm였으나, 아닐린 말단을 갖는 A1, A2 및 A3 수분산성 폴리우레탄 조성물은 각각 25nm, 33nm 및 40nm의 평균입경을 보여 아닐린의 첨가량이 증가할수록 평균입경이 증가하는 것으로 나타났다. 이는 합성 중에 아닐린이 많이 첨가될수록 폴리우레탄 주사슬에 아닐린이 더 많이 캡핑되고, 형성된 입자의 크기가 증가되어 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄의 평균입도도 증가하는 것이라고 분석되었다. 입도가 증가하게 되면, 방향족(aromatic) 구조를 갖는 아닐린의 첨가량이 증가할수록 수분산 폴리우레탄의 평균입도가 증가하며 또한 폴리우레탄 구조 내의 하드 세그먼트(hard segment)의 비율도 역시 증가되어 코팅막의 내마모성이 우수해지게 된다. As shown in FIG. 4, the average particle diameter of pure water-dispersible polyurethane A0 was 13 nm, but the A1, A2, and A3 water-dispersible polyurethane compositions having aniline ends showed average particle diameters of 25 nm, 33 nm, and 40 nm, respectively. As it increased, the average particle diameter increased. It was analyzed that the more aniline added during the synthesis, the more the aniline was capped in the polyurethane main chain, the size of the formed particles increased, and the average particle size of the water-dispersible polyurethane having an aniline end group was also increased. As the particle size increases, as the amount of aniline having an aromatic structure increases, the water-dispersed polyurethane The average particle size increases and the proportion of the hard segment in the polyurethane structure also increases, resulting in excellent abrasion resistance of the coating film.

3-5. 연필경도 및 부착력3-5. Pencil hardness and adhesion

본 발명의 코팅 조성물의 연필경도 및 부착력을 형태를 확인하기 위해, 실시예 2-4 및 2-5의 각각의 코팅 조성물을 폴리카보네이트 기재 위에 스핀코팅(spin coating) 한 후, 120℃에서 30분 동안 열경화시켜 코팅막을 제조하였다.In order to confirm the shape of the pencil hardness and adhesion of the coating composition of the present invention, after spin coating the respective coating compositions of Examples 2-4 and 2-5 on a polycarbonate substrate, the coating composition was heated at 120 ° C. for 30 minutes. It was heat cured for a while to prepare a coating film.

상기 연필경도는 연필경도 측정기(CT-PC1, CORE TECH, Korea)에 연필경도 측정용 연필을 45o 각도로 끼우고, 일정한 하중(1kg)을 가하면서 경화층을 밀어 측정하였다. 연필은 Mitsubishi 연필을 사용하였는데, H-9H, F, HB, B-6B 등의 강도를 나타내는 연필을 사용하였다. The pencil hardness was measured to push the hardened layer Put the pencil for pencil hardness measured in a pencil hardness tester (CT-PC1, CORE TECH, Korea) caught by 45 o angle, while applying a constant load (1kg). As a pencil, Mitsubishi pencil was used, and pencils showing strengths such as H-9H, F, HB, and B-6B were used.

부착력을 확인하기 위해서는, ASTM D 3359[비특허문헌 12]에 개시된 방법을 참고하였다. 이를 위해, 경화된 코팅층에 커터(cutter)로 1mm 간격으로 11×11로 바둑판 모양의 칼집을 내어 100개의 정방형을 만들고, 그 위에 3M 테이프를 잘 밀착시켜 일정한 힘으로 수회 떼어내어 코팅층과 기재와의 밀착정도를 관찰하였다. 남은 눈 수의 갯수가 100개면 5B, 95개 이상은 4B, 85개 이상은 3B, 65개 이상은 2B, 35개 이상은 1B, 그 이하는 0B로 나타내었다.In order to confirm the adhesive force, the method disclosed by ASTM D 3359 [Nonpatent Document 12] was referred to. To this end, 100 squares are made by applying a checkerboard shape at 11 × 11 intervals at 1 mm intervals with a cutter on the cured coating layer, and the 3M tape is adhered to it well and peeled off several times with a constant force. The degree of adhesion was observed. 5B for 100, 3B for more than 85, 4B for more than 85, 2B for over 65, 1B for over 35, and 0B for less than 35.

상기 연필경도와 부착력에 대한 결과는 각각 표 4와 표 5에 나타내었다.The results for the pencil hardness and adhesion are shown in Table 4 and Table 5, respectively.

조건Condition A0CNTA0CNT A1CNTA1CNT A2CNTA2CNT A3CNTA3CNT 연필경도Pencil hardness 2B2B 2B2B 2B2B 2B2B 부착력Adhesion 5B5B 5B5B 5B5B 5B5B

조 건Condition A3CNT1A3CNT1 A3CNT2A3CNT2 A3CNT3A3CNT3 A3CNT4A3CNT4 A3CNT5A3CNT5 연필경도Pencil hardness 2B2B 2B2B 2B2B 4B4B 4B4B 부착력Adhesion 5B5B 5B5B 5B5B 2B2B 2B2B

상기 표 4의 결과는 아닐린 첨가량을 각각 달리하여 제조된 A0, A1, A2, A3의 수분산성 폴리우레탄 조성물 10g과 다중벽 탄소나노튜브 4g을 각각 혼합하여 제조된 코팅 조성물의 코팅막의 연필경도와 부착력을 나타낸다. 상기 표 4에서 시료 중의 아닐린 첨가량의 변화와 상관없이 코팅막의 연필경도는 모두 2B, 코팅막의 부착력도 5B로 확인되어 모두 우수한 결과를 보였다.The results in Table 4 indicate that pencil hardness and adhesion of the coating film of the coating composition prepared by mixing 10 g of water-dispersible polyurethane compositions of A0, A1, A2 and A3 and 4 g of multi-walled carbon nanotubes prepared by varying the amount of aniline added, respectively. Indicates. Regardless of the change in the amount of aniline added in the sample in Table 4, both the pencil hardness of the coating film was confirmed as 2B, the adhesion of the coating film was also 5B and all showed excellent results.

상기 표 5의 결과는 A3의 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄 조성물 10g에 다중벽 탄소나노튜브 2, 4, 6, 8 및 10g을 각각 혼합하여 제조된 코팅 조성물의 코팅막의 연필경도와 부착력을 나타낸다. 다중벽 탄소나노튜브의 첨가량이 가장 많았던 A3CNT4 및 A3CNT5의 경우 다른 코팅 조성물에 비해 연필경도는 4B, 부착력은 2B로 좋지 못한 결과를 나타냈는데, 이는 다중벽 탄소나노튜브의 첨가량이 일정량 이상 증가하게 되면, 코팅 조성물 내의 물의 함유량이 증가하여 코팅막의 물성에 좋지 못한 영향을 미치기 때문이라고 판단되었다. The results in Table 5 indicate pencil hardness and adhesion of the coating film of the coating composition prepared by mixing the multi-walled carbon nanotubes 2, 4, 6, 8, and 10 g with 10 g of the water dispersible polyurethane composition having the aniline end group of A3, respectively. Indicates. In the case of A3CNT4 and A3CNT5, which had the highest amount of multi-wall carbon nanotubes, the pencil hardness was 4B and the adhesion strength was 2B, compared to other coating compositions. When the amount of multi-wall carbon nanotubes was increased by a certain amount, It was determined that the content of water in the coating composition increases, which adversely affects the physical properties of the coating film.

3-6. 표면저항 확인(전기전도성)3-6. Surface resistance check (electrical conductivity)

본 발명의 코팅 조성물의 코팅막 표면의 표면저항을 확인하기 위해, 각각의 코팅 조성물을 폴리카보네이트 기재 위에 스핀코팅(spin coating)을 한 후, 120℃에서 30분 동안 열경화시켜 코팅막을 제조하였다. 상기 표면저항은 항온, 항습이 유지된 조건에서 표면저항 측정기(SIMCO, ST-3, Japan)를 사용하여 측정하였으며, 이를 도 5 및 도 6에 나타내었다.In order to confirm the surface resistance of the surface of the coating film of the coating composition of the present invention, each coating composition was spin coated on a polycarbonate substrate, and then thermally cured at 120 ° C. for 30 minutes to prepare a coating film. The surface resistance was measured using a surface resistance measuring device (SIMCO, ST-3, Japan) under the condition of constant temperature, constant humidity, and are shown in FIGS. 5 and 6.

도 5는 아닐린이 포함되지 않는 수분산성 폴리우레탄 및 다중벽 탄소나노튜브를 함유하는 코팅 조성물인 A0CNT와 아닐린 말단을 갖는 수분산성 폴리우레탄 및 다중벽 탄소나노튜브를 함유하는 코팅 조성물인 A1CNT, A2CNT 및 A3CNT에 대한 표면저항을 측정한 결과이다. 도 5의 결과를 참고하면, 아닐린이 첨가되지 않은 코팅 조성물인 A0CNT는 표면저항 값이 1010.9/cm2을 보였으나, 아닐린이 첨가된 코팅 조성물인 ACNT1, ACNT2 및 ACNT3는 각각 107.7, 107.7, 107.6/cm2의 표면저항 값을 보이는 것으로 확인되었다. 그러나 아닐린의 첨가량에 상관없이 아닐린이 첨가된 코팅 조성물들의 표면저항 수치는 비슷한 값을 보여 아닐린 첨가량의 단순 증가는 전기전도도에 큰 영향을 주는 요인은 아님을 알 수 있었다. 5 is A0CNT, which is a coating composition containing water-dispersible polyurethane and multi-walled carbon nanotubes containing no aniline, and A1CNT, A2CNT, which is a coating composition containing water-dispersible polyurethane and multi-walled carbon nanotubes having aniline ends, and This is the result of measuring the surface resistance to A3CNT. Referring to the results of FIG. 5, A0CNT, a coating composition without aniline, showed a surface resistance value of 10 10.9 / cm 2 , but ACNT1, ACNT2, and ACNT3, respectively, with coating aniline added with 10 7.7 , It was confirmed that the surface resistance value of 10 7.7 , 10 7.6 / cm 2 . However, regardless of the amount of aniline added, the surface resistance values of the aniline-added coating compositions showed similar values, indicating that a simple increase in the amount of aniline was not a significant factor in the electrical conductivity.

도 6은 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄 조성물에 다중벽 탄소나노튜브 첨가량을 각각 2, 4 및 6g으로 변화시켜 얻은 코팅 조성물인 A3CNT1, A3CNT2 및 A3CNT3의 표면저항을 측정한 결과이다. 이 그림에서 다중벽 탄소나노튜브의 첨가량이 2, 4, 6g으로 증가할수록 표면저항 값은 각각 109.0, 107.6, 106.7/cm2로 낮아져 코팅 도막은 더욱 우수한 전기전도도를 갖는 것을 알 수 있었다. 그러나, 다중벽 탄소나노튜브를 8 및 10g으로 과량 첨가한 경우에는 코팅이 잘 되지 않아 표면저항을 확인하기가 어려웠으며, 코팅막의 표면도 균일하지 못함을 확인할 수 있었기에, 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄 조성물과 다중벽 탄소나노튜브의 첨가량 혼합비율은 1:0.2~0.6(w/w)이 적절함을 알 수 있었다. 6 is a result of measuring the surface resistance of the coating composition A3CNT1, A3CNT2 and A3CNT3 obtained by changing the amount of multi-wall carbon nanotubes added to 2, 4 and 6g, respectively, in the water-dispersible polyurethane composition having aniline end groups. In this figure, as the addition amount of multi-walled carbon nanotubes increased to 2, 4, 6g, the surface resistivity decreased to 10 9.0 , 10 7.6 , 10 6.7 / cm 2 , respectively. . However, when the excessive amount of multi-walled carbon nanotubes were added to 8 and 10g, it was difficult to check the surface resistance because the coating was not good, and the surface of the coating film was also not uniform. The mixing ratio of the polyurethane composition and the multi-walled carbon nanotubes was found to be 1: 0.2 to 0.6 (w / w).

3-7. 내마모성3-7. Wear resistance

폴리카보네이트 기재 위에 코팅된 막의 내마모성을 측정하기 위하여 마모시험기(taber abraser, QM600T, Qmesys, Korea)를 사용하여 500g의 무게 하에서, 70rpm의 속도로 100회 마모시킨 후 분광광도계(UV-Visible spectrometer, UV-2450, Shimadzu)를 사용하여 내마모성을 측정하였다. 이를 위해 70rpm, 100 회전의 조건에서 500g 중량의 내마모휠로 각각의 코팅막을 마모시킨 후, 600nm 파장에서의 코팅막의 투과율을 측정함으로써 내마모도를 결정하였다. 코팅막의 내마모도는 다음과 같이 투과도 손실 %(Transmittance Loss %)를 정의하여 결정하였으며, 투과도 손실 %가 클수록 시료의 내마모도가 좋지 못함을 의미한다. In order to measure the abrasion resistance of a film coated on a polycarbonate substrate, a wear tester (taber abraser, QM600T, Qmesys, Korea) was worn 100 times at a speed of 70 rpm under a weight of 500 g, followed by a UV-Visible spectrometer (UV). Wear resistance was measured using -2450, Shimadzu). To this end, the wear resistance was determined by measuring the transmittance of the coating film at 600 nm wavelength after each coating film was worn with a wear resistance wheel of 500 g weight at 70 rpm and 100 revolutions. The wear resistance of the coating film was determined by defining the transmission loss% (transmittance loss%) as follows, the higher the transmission loss% means that the wear resistance of the sample is not good.

Transmittance Loss % = 100(B-A) / B
A = 시료의 내마모도 측정 후의 600nm 파장에서의 투과율 (%)
B = 시료의 내마모도 측정 전의 600nm 파장에서의 투과율 (%)
Transmittance Loss% = 100 (BA) / B
A = transmittance (%) at 600 nm wavelength after measuring the wear resistance of the sample
B = transmittance (%) at 600 nm wavelength before measuring the wear resistance of the sample

상기 방법으로, 표6에 따른 내마모도를 측정시, 순수한 수분산성 폴리우레탄으로 제조된 A0CNT 코팅 조성물의 경우, 코팅막을 마모시킨 후의 투과율 손실율이 70%로 나타났으나 아닐린이 첨가된 시료인 A1CNT, A2CNT, A3CNT의 손실율은 각각 43%, 38%, 32%로 아닐린의 첨가량이 증가할수록 코팅막의 내마모성이 좋은 결과를 보였다. 이는 방향족(aromatic) 구조를 갖는 아닐린의 첨가량이 증가할수록 폴리우레탄 구조 내의 하드 세그먼트(hard segment)의 비율도 역시 증가되어 코팅막의 내마모성이 우수해지기 때문이라고 판단되었다. In the above method, when measuring the wear resistance according to Table 6, in the case of the A0CNT coating composition made of pure water-dispersible polyurethane, the transmittance loss rate after abrasion of the coating film was 70%, but A1CNT and A2CNT samples were added with aniline. The loss rate of A3CNT was 43%, 38% and 32%, respectively. It was determined that as the amount of aniline having an aromatic structure increased, the ratio of hard segments in the polyurethane structure also increased, so that the wear resistance of the coating film was improved.

Claims (8)

아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄과 탄소나노튜브를 함유하는 것을 특징으로 하는 코팅 조성물.A coating composition comprising a water dispersible polyurethane having aniline end groups and carbon nanotubes. 제 1 항에 있어서,
상기 코팅 조성물은 아닐린 말단기를 갖는 수분산된 폴리우레탄과 탄소나노튜브의 혼합비율이 1:0.2~0.6(w:w)인 것을 특징으로 하는 코팅 조성물.
The method of claim 1,
The coating composition is a coating composition, characterized in that the mixing ratio of water-dispersed polyurethane and carbon nanotubes having an aniline end group is 1: 0.2 ~ 0.6 (w: w).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄은, 0.01~0.05mol의 디이소시아네이트, 0.03~0.07mol의 폴리카보네이트디올 및 0.03~0.07mol의 1-메틸-피롤리디논에 녹인 0.001~0.04mol 디메틸올프로피오닉산을 혼합하여 제조된 이소시아네이트기를 갖는 폴리우레탄 프리폴리머에, 0.005~0.02mol 아닐린을 첨가하여 아닐린 말단기를 갖는 폴리우레탄 프리폴리머를 제조하고, 이를 트리에틸아민, 수산화칼륨 및 암모니아 중에서 선택되는 1종 이상의 중화제 0.005~0.04mol로 중화시킨 후, 상기 중화된 아닐린 말단기를 갖는 폴리우레탄 프리폴리머를 수분산하고, 에틸렌디아민, 1,6-헥산디올, 디에틸렌트리아민, 하이드라진, 이소포론디아민, 모포린 및 1,4-부탄디올으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 사슬연장제 0.001~0.03mol을 첨가하여 제조되는 것을 특징으로 하는 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄인 것을 특징으로 하는 코팅 조성물.
3. The method according to claim 1 or 2,
The water-dispersible polyurethane having the aniline end group is 0.001 to 0.04 mol dimethylolpropy dissolved in 0.01 to 0.05 mol diisocyanate, 0.03 to 0.07 mol polycarbonate diol and 0.03 to 0.07 mol 1-methyl-pyrrolidinone. To the polyurethane prepolymer having an isocyanate group prepared by mixing onic acid, 0.005 to 0.02 mol aniline is added to prepare a polyurethane prepolymer having an aniline end group, which is at least one selected from triethylamine, potassium hydroxide and ammonia. After neutralizing with a neutralizing agent of 0.005 to 0.04 mol, the polyurethane prepolymer having the neutralized aniline end group is water-dispersed, and ethylenediamine, 1,6-hexanediol, diethylenetriamine, hydrazine, isophoronediamine, morpholine and It is prepared by adding 0.001 to 0.03 mol of at least one chain extender selected from the group consisting of 1,4-butanediol. Aniline end coating composition as water-dispersible characterized in that the polyurethane has a short.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄은 폴리우레탄 프리폴리머 측쇄의 이소시아네이트기가 아닐린으로 캡핑된 구조를 가지며, 아닐린 첨가량이 증가할수록 평균입경이 증가하고, 가시광선 영역에서 투과율이 감소하는 것을 특징으로 하는 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄인 것을 특징으로 하는 코팅 조성물.
3. The method according to claim 1 or 2,
The water-dispersible polyurethane having an aniline end group has a structure in which the isocyanate group of the polyurethane prepolymer side chain is capped with aniline, and as the amount of aniline added increases, the average particle size increases and transmittance decreases in the visible region. Coating composition, characterized in that the water-dispersible polyurethane having a terminal group.
제 3 항에 있어서,
상기 디이소시아네이트는 1,6-헥사메틸렌디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트, 4,4-디페닐메탄 디이소시아네이트, 톨루엔 디이소시아네이트 및 4,4-디사이클로헥실메탄 디이소시아네이트 중 1종 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 수분산성 폴리우레탄 및 탄소나노튜브를 함유하는 코팅 조성물.
The method of claim 3, wherein
The diisocyanate is at least one compound of 1,6-hexamethylene diisocyanate, isophorone diisocyanate, 4,4-diphenylmethane diisocyanate, toluene diisocyanate and 4,4-dicyclohexylmethane diisocyanate Coating composition containing a water-dispersible polyurethane and carbon nanotubes.
제 3 항에 있어서,
상기 이소시아네이트기를 갖는 폴리우레탄 프리폴리머는 이소시아네이트기와 폴리카보네이트디올의 수산화기의 몰 비율을 1:1.0~1.5로 하여 제조되는 것을 특징으로 하는 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄인 것을 특징으로 하는 코팅 조성물.
The method of claim 3, wherein
The polyurethane prepolymer having an isocyanate group is a water dispersible polyurethane having an aniline end group, characterized in that the molar ratio of the isocyanate group and the hydroxyl group of the polycarbonate diol is 1: 1.0 to 1.5.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 코팅 조성물의 탄소나노튜브는 수중에 2.0~4.0wt%로 분산된 상태의 다중벽 탄소나노튜브로서 10~50nm의 평균 지름과, 1~25㎛의 평균 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 코팅 조성물.
3. The method according to claim 1 or 2,
Carbon nanotubes of the coating composition is a multi-walled carbon nanotubes in a state dispersed in 2.0 to 4.0wt% in water having a mean diameter of 10 ~ 50nm, and an average length of 1 ~ 25㎛.
0.01~0.05mol의 디이소시아네이트, 0.03~0.07mol의 폴리카보네이트디올 및 1-메틸-피롤리디논에 녹인 디메틸올프로피오닉산 0.001~0.04mol을 혼합하여 이소시아네이트기를 갖는 폴리우레탄 프리폴리머를 제조하는 단계;
상기 디이소시아네이트기를 갖는 폴리우레탄 프리폴리머에 0.005~0.02mol의 아닐린을 첨가하여 아닐린 말단기를 갖는 폴리우레탄 프리폴리머를 제조하는 단계;
상기 아닐린 말단기를 갖는 폴리우레탄 프리폴리머에 0.005~0.04mol의 중화제를 첨가하는 단계;
상기 중화제가 첨가된 아닐린 말단기를 갖는 폴리우레탄 프리폴리머에 물을 넣어 수분산하는 단계;
상기 수분산된 조성물에 0.001~0.03mol의 사슬연장제를 첨가하여 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄을 제조하는 단계; 및
상기 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄에 다중벽 탄소나노튜브를 1:0.2~0.6(w:w)의 혼합비율로 첨가하는 단계;
를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는 아닐린 말단기를 갖는 수분산성 폴리우레탄과 탄소나노튜브를 함유한 코팅 조성물의 제조방법.
Preparing a polyurethane prepolymer having an isocyanate group by mixing 0.01 to 0.05 mol diisocyanate, 0.03 to 0.07 mol polycarbonate diol and 0.001-0.04 mol of dimethylol propionic acid dissolved in 1-methyl-pyrrolidinone;
Preparing a polyurethane prepolymer having an aniline end group by adding 0.005 to 0.02 mol of aniline to the polyurethane prepolymer having a diisocyanate group;
Adding 0.005 to 0.04 mol of a neutralizer to the polyurethane prepolymer having the aniline end group;
Adding water to a polyurethane prepolymer having an aniline end group to which the neutralizing agent is added;
Preparing a water dispersible polyurethane having an aniline end group by adding 0.001 to 0.03 mol of a chain extender to the water dispersible composition; And
Adding multi-walled carbon nanotubes to the water-dispersible polyurethane having the aniline end groups in a mixing ratio of 1: 0.2 to 0.6 (w: w);
Method for producing a coating composition containing a water-dispersible polyurethane and carbon nanotubes having an aniline end group, characterized in that it is prepared.
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KR20180093763A (en) * 2017-02-14 2018-08-22 금호석유화학 주식회사 A supported gloves having electric conductivity and a method for manufacturing the same
CN111808526A (en) * 2020-07-30 2020-10-23 江南大学 Preparation method of UV-cured polyaniline/polyurethane conductive coating
CN112358803A (en) * 2020-10-27 2021-02-12 合肥科天水性科技有限责任公司 Water-resistant corrosion-resistant water-based conductive coating and preparation method thereof
CN112852269A (en) * 2021-01-14 2021-05-28 青岛爱尔家佳新材料股份有限公司 Antistatic polyurea coating for petroleum and petrochemical industry and preparation method thereof

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180093763A (en) * 2017-02-14 2018-08-22 금호석유화학 주식회사 A supported gloves having electric conductivity and a method for manufacturing the same
KR20180093762A (en) * 2017-02-14 2018-08-22 금호석유화학 주식회사 A supported gloves having electric conductivity and a method for manufacturing the same
CN111808526A (en) * 2020-07-30 2020-10-23 江南大学 Preparation method of UV-cured polyaniline/polyurethane conductive coating
CN112358803A (en) * 2020-10-27 2021-02-12 合肥科天水性科技有限责任公司 Water-resistant corrosion-resistant water-based conductive coating and preparation method thereof
CN112852269A (en) * 2021-01-14 2021-05-28 青岛爱尔家佳新材料股份有限公司 Antistatic polyurea coating for petroleum and petrochemical industry and preparation method thereof

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