A poly(ethylene glycol) (PEG) macromer with two hydroxyl groups at one chain end and capable of participating in the polyurethane reaction was synthesized. This PEG macromer was used to prepare waterborne polyurethanes (WPU) with PEG side chains for waterproof breathable coatings. The effect of this PEG macromer on water vapor permeability, water resistance, thermal, mechanical, and physical properties of the WPU was evaluated. In addition, a change in properties was investigated by substituting a part of ethylenediamine used as a chain extender with dimethylol propanoic acid, which is hydrophilic and can be crosslinked by reacting with a melamine type crosslinking agent. Further, in order to improve the soft touch of the WPU, 4,4-methylenebis(isocyanatocyclohexane), which is a diisocyanate component, was replaced by m-tetramethylxylylene diisocyanate, and the changes of properties were investigated.

Poly(ethylene glycol)(PEG) 사슬 말단에 두 개의 히드록실기를 가져 폴리우레탄 반응에 참여할 수 있는 PEG macromer를 합성하고, 이를 사용하여 PEG 곁사슬이 부착된 투습 방수 코팅용 수분산 폴리우레탄을 제조하고 평가 하였다. 즉, poly(tetramethylene glycol) 세그먼트 중 일부를 PEG macromer로 교체하여 투습도와 방수능의 변화, 그리고 열적, 기계적, 물리적 성질의 변화를 조사하였다. 그리고 사슬연장제로 사용된 에틸렌디아민의 일부를 친수성을 가지면서 멜라민계 후가교제와 반응하여 가교를 형성할 수 있는 디메틸올프로판산으로 대체함에 따른 물성의 변화도 조사하였다. 또한 수분산 폴리우레탄에 연한 촉감을 부여하기 위하여, 디이소시아네이트 성분인 4,4-methylene bis(isocyanatocyclohexane) 중 일부를 m-tetramethylxylylene diisocyanate로 교체하는 경우 수반되는 여러 가지 물성의 변화도 조사하였다.

Keywords: waterborne polyurethane, breathable, poly(ethylene glycol), side chain

의류에 물방울은 통과할 수 없으나 물방울보다 훨씬 크기가 작은 수증기는 통과할 수 있는 투습 방수 기능을 부여하면, 적절한 방수 기능을 가지면서 땀의 배출이 용이하여, 착용 시 뽀송뽀송한 안락감을 유지할 수 있다. 이러한 투습 방수 기능의 부여에는 견직물에 투습 방수 기능을 갖는 수지를 코팅하는 방법, 미세한 다공질 막을 라미네이트하는 방법, 초극세 섬유를 사용하여 고밀도 직물로 가공하는 방법 등을 사용한다. 이들 공정 중에서 코팅 방식은 가공 비용이 상대적으로 저렴하다는 장점을 있다.^1,2
코팅 방식에서 투습 방수 기능을 부여하는 소재로는 대부분 폴리우레탄을 유기 용매에 용해시켜 사용하고 있으나, 최근 유기 용매 사용에 대한 환경 규제가 엄격해짐에 따라, 물에 폴리우레탄을 분산시킨 수분산 폴리우레탄(waterborne polyurethane, WPU)으로 교체하려는 노력들이 진행되고 있다. 하지만, 아직까지는 제품의 성능, 공정의 용이성 또는 생산성 등이 유성 폴리우레탄에 미치지 못하는 점들이 있어, 개선 보완하고자 하는 노력들이 계속되고 있다.
폴리우레탄의 투습도를 높이기 위하여 친수성의 poly(ethylene glycol)(PEG) 세그먼트를 폴리우레탄 사슬 중에 도입한다. 하지만, PEG 세그먼트가 주사슬에 도입된 폴리우레탄을 물 속에 분산시키는 경우, 과도한 수분 흡수가 일어나 점도가 크게 증가하면서 쉽게 젤화하는 문제가 발생한다. 이러한 문제점은 PEG 세그먼트를 폴리우레탄의 곁사슬로 도입하면 완화시킬 수 있다.^3-7
투습 방수 폴리우레탄의 분자 설계에서 투습도와 방수능등 물성의 적절한 균형을 찾는 것이 쉽지 않다. 예를 들면, 연질 세그먼트의 친수성을 증가시키면 투습도는 향상되나 방수능이 감소하며, 가교도의 증대는 이와 반대 효과를 유발할수 있다.^2,8,9 이 밖에도, 적절한 기계적 물성, 끈적임(tack)이 없는 표면 물성 등 여러 가지 요구 조건들을 만족시켜야 한다.
본 연구에서는 기존 문헌에 보고되어 있는, PEG 세그먼트를 곁사슬에 갖는 투습 방수 수분산 폴리우레탄 중에서 사용원료와 제조 방법에 경제성이 있고, 투습도와 방수능이 상업적으로 사용할 수 있는 범위에 놓이면서, 적절한 기계적 물성을 가지고, 표면의 끈적임이 없어 투습 방수 의류의 표피 코팅제로 상업적 적용이 가능한 소재를 선택한 후, 몇 가지 중요 분자 설계 인자를 변화시키면서 성능과 물성의 변화를 조사하여, 상업적 응용에 필요한 기초 자료들을 얻었다.