KR100424138B1 - 온도 감응 투습 방수 재료 - Google Patents

Abstract

본 발명은 온도 감응 투습 방수 재료에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 특정 온도에서 녹는점을 갖는 소프트 세그먼트의 함량이 10 ∼ 85 중량%, 소프트 세그먼트의 녹는점 이상에서도 재료의 형상을 유지할 수 있는 하드 세그먼트의 함량이 3 ∼ 60 중량%, 소프트 세그먼트의 녹는점 이상에서의 투습도 증가를 증폭시킬 수 있는 친수성 세그먼트의 함량이 5 ∼ 85 중량%이며 각각의 세그먼트들이 상 분리됨으로써 결정형을 이루어 상 믹싱한 폴리우레탄보다 필름의 표면이 부드러운 효과를 가지는 폴리우레탄 수지의 합성과 이들 수지의 온도 감응 투습 방수 재료로의 사용에 관한 것이다.

Description

온도 감응 투습 방수 재료{Temperature sensitive water vapour permeable material}

본 발명은 온도 감응 투습 방수 재료에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 특정 온도에서 녹는점을 갖는 소프트 세그먼트의 함량이 10 ∼ 85 중량%, 소프트 세그먼트의 녹는점 이상에서도 재료의 형상을 유지할 수 있는 하드 세그먼트의 함량이 3 ∼ 60 중량%, 소프트 세그먼트의 녹는점 이상에서의 투습도 증가를 증폭시킬 수 있는 친수성 세그먼트의 함량이 5 ∼ 85 중량%이며 각각의 세그먼트들이 상 분리됨으로써 결정형을 이루어 상 믹싱한 폴리우레탄보다 필름의 표면이 부드러운 효과를 가지는 폴리우레탄 수지의 합성과 이들 수지의 온도 감응 투습 방수 재료로의 사용에 관한 것이다.

종래 투습 방수 재료로는 미국 고어(Gore)사의 고텍스(Gotex)와 같이 물방울 보다 작은 구멍을 가진 소수성 재료를 사용하여 수증기는 통과하되 물방울은 통과하지 못하게 하는 것이나 의도적으로 설계된 구멍이 없는 친수성 재료를 사용하여 수증기만 통과하게 한 것들이다.

그러나, 이러한 재료들은 내부의 수증기압에 따라 투습 정도가 조절되고, 재료 자체의 투습 정도가 조절되어 재료 자체의 투습도가 온도에 따라 변화하는 것은 아니므로 일정 온도 이상에서 투습도가 크게 증가하지는 못한다.

이에, 본 발명자들은 상기와 같은 점을 감안하여 연구 노력한 결과, 일정 온도 이상에서 재료 자체의 투습도가 증가할 수 있게 분자를 설계, 합성하는 경우 온도에 따른 투습도의 제어가 훨씬 효과적으로 이루어질 수 있다는 점을 알게됨으로써 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명은 소프트 세그먼트, 하드 세그먼트 및 친수성 세그먼트로 구성되며 각각의 세그먼트들이 상 분리된 폴리우레탄 및 이를 이용한 온도 감응 투습 방수 재료를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 소프트 세그먼트의 함량이 10 ∼ 85 중량%, 하드 세그먼트의 함량이 3 ∼ 60 중량% 및 친수성 세그먼트의 함량이 5 ∼ 85 중량%로 구성되며 각각의 세그먼트들이 상 분리된 폴리우레탄 및 이를 이용한 온도 감응 투습 방수 재료를 그 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

물분자의 재료 투과는 재료를 구성하는 분자 사이의 빈 공간, 즉 자유부피가클수록, 또한 재료를 구성하는 분자의 친수성이 클수록 증가하므로 일정 온도 이상에서 재료의 자유부피가 크게 증가하도록 하면 재료의 투습도가 일정 온도 이상에서 크게 증가할 것이며, 재료의 자유부피는 녹는점 이상에서 크게 증가한다. 이 점을 착안하여 특정 온도에서 녹는점을 갖는 세그먼트를 분자 내에 도입하였다.

본 발명은 특정 온도에서 녹는점을 가지는 소프트 세그먼트, 소프트 세그먼트의 녹는점 이상에서도 재료의 형상을 유지할 수 있는 하드 세그먼트, 소프트 세그먼트의 녹는점 이상에서의 투습도 증가를 증폭시킬 수 있는 친수성 세그먼트로 구성된 폴리우레탄 재료이다.

일반적으로 폴리우레탄은 폴리올, 이소시아네이트 및 쇄연장제를 사용하여 합성한다.

소프트 세그먼트는 분자량 500 ∼ 5000이며, 30 ∼ 60 ℃ 범위의 용융점을 가지는 연질의 폴리올을 칭한다. 이와 같은 소포트 세그먼트로는 폴리카프로락톤, 폴리테트라메틸렌옥사이드, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리카보네이트옥사이드 등을 예로 들 수 있다. 소프트 세그먼트의 함량은 10 ∼ 85 중량%이며, 10 중량% 미만이면 소프트 세그먼트의 함량이 너무 작아 합성 자체에 문제점이 있을 뿐만 아니라 필름 표면이 너무 단단해서 실용성이 떨어지는 문제가 있고, 85 중량% 초과하면 가장 기본적인 필름 물성이 떨어지므로 바람직하지 못하다.

하드 세그먼트는 소프트 세그먼트 보다 높은 유리전이온도 및 용융점 200 ∼ 300 ℃인 경질의 이소시아네이트와 쇄연장제에 사용되는 분자량이 70 ∼ 200 인 폴리올을 칭한다. 이소시아네트 화합물로는 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시안네이트, 메틸렌 비스 사이클로이소시안네이트, 1,2-톨루엔 디이소시안네이트, 1,4-톨루엔 디이소시안네이트 등을 예로 들 수 있으며, 폴리올 화합물로는 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올, 에틸렌글리콜 등을 예로 들 수 있다. 하드 세그먼트의 함량은 3 ∼ 60 중량%가 바람직하며, 함량이 3 중량% 미만이면 필름의 기본적인 물성이 떨어지며, 60 중량%를 초과하면 필름이 너무 단단하여 형상기억능을 잃게 되어 바람직하지 못하다.

친수성 세그먼트는 대체로 극성이 크고 에테르 구조를 함유한 세그먼트로 분자량 100 ∼ 5000 범위의 폴리올을 말한다. 폴리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌옥사이드, 디메틸프로피온산 또는 이를 염기로 중화한 것, 폴리프로필렌옥사이드 등을 예로 들 수 있다. 친수성 세그먼트는 분자 내에서 소프트 세그먼트에 가능한 이웃하게 연결하여 소프트 세그먼트가 녹는 경우 투습도의 증가가 극대화되게 한다. 친수성 세그먼트의 함량은 5 ∼ 85 중량%이며, 이 때 5 중량% 미만이면 투습능이 제역할을 하지 못하는 문제가 있으며, 85 중량% 초과하면 형상기억능 뿐만 아니라 물성에도 상당한 영향을 미쳐 바람직하지 못하다.

또한, 본 발명은 상기 세그먼트들이 상 분리되어 있는 것이 특징이다.

상 분리란 용융점을 기준으로 두 개의 상이 생기는 것을 말하며, 구조적으로 소프트와 하드 세그먼트로 구분되는데, 용융점 이전을 통상 유리상 영역(결정상)이라 하고 용융점 이후를 고무상 영역이라 한다. 그리고, 상 분리되지 않은 상태를 상 믹싱이라 하며, 이는 두 개의 상이 아닌 한 개의 상이 존재하는 것이다.

반면, 본 발명은 상 분리되어 있어 결정형을 이루기 때문에 필름의 표면이상 믹싱한 폴리우레탄보다 상당히 부드러워 용도에 따라 많은 차이가 있다.

본 발명의 폴리우레탄은 선형 고분자로 합성하는 것이 코팅 등의 후가공 공정에서 유리하나 용도에 따라서는 가교 고분자일 수도 있다.

이하, 본 발명을 다음 실시예에 의거하여 상세하게 설명하겠는바, 본 발명이 다음 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예

교반기, 질소 주입구, 온도계, 출구에 건조제가 부착된 콘덴서 등이 설치된 500 ㎖, 4구 분리 반응조에서, 질소 분위기 하에 디메틸포름아미드를 용매로 사용하여 폴리우레탄을 용액 중합하였다. 양 말단에 히드록시기를 갖는 분자량 4000인 폴리카프로락톤디올과 헥사메틸렌 디이소시아네이트를 60 ℃에서 30분간 반응시킨 후 다시 80 ℃에서 2 시간 동안 추가로 반응시켰다. 이 때, 디부틸틴 디라우레이트를 전체 고형분의 약 0.03% 되게 투입하여 촉매로 사용하였고, 반응이 진행됨에 따라 점도가 증가하면 추가의 디메틸포름아미드를 투입하였다. 이어서 양 말단에 히드록시기를 갖는 분자량 200인 폴리에틸렌글리콜(표 1의 1, 2번 시료) 또는 디메틸프로피온산(표 1의 3, 4번 시료)과 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트를 순차적으로 투입하고 80 ℃에서 1시간 동안 반응시켰다. 마지막으로 헥사메틸렌 디아민을 60 ℃를 유지하는 반응조에 방울방울 투입한 후 1시간 동안 반응시켰다. 다음 표 1의 4번 시료는 중합이 끝난 후 디메틸프로피온산의 카르복실기를 동일 당량의 트리에틸아민으로 두시간 동안 중화시킨 것이다. 디메틸포름아미드 중 최종 합성된 고분자 농도는 약 25 중량%가 되도록 조절하였다. 선형 고분자를 얻기 위하여 반응물 중 이소시아네이트기/(히드록시기 ＋ 아민기)의 몰비가 1.0/1.0이 되도록 하였다.

또한, 투습도는 ASTM D 1653-93에 의거하여 측정하였다. 측정에 사용한 필름의 두께는 0.03 mm 이었고, 측정 장치 내의 상대 습도는 50 ±2%가 되도록 조절하였다.

상기 표 2에서 이 고분자들은 50 ℃ 부근에서 소프트 세그먼트의 녹는점을 가지므로 50 ℃ 이상에서 투습도가 크게 증가함을 볼 수 있다. 투습도의 증가 정도는 시료 1과 2를 비교하면 친수성 세그먼트인 폴리에틸렌글리콜의 함량이 많을수록 크게 나타나며, 시료 3과 4를 비교하면 카르복실산을 중화하여 이온화시킨 경우 더 뚜렷하게 나타났다.

본 발명에 따른 재료는 직경이 6 ∼ 100 ㎛ 정도인 물방울은 통과할 수 없어 방수 기능을 가지며, 직경이 0.0004 ㎛정도인 것으로 추정되는 수증기는 통과할 수 있다. 또한, 수증기의 통과 정도가 특정 온도 이하에서는 일정 값 이하가 되고, 특정 온도 이상에서는 일정 값 이상이 될 필요가 있는 막의 제조에 사용할 수 있다. 예를 들면, 본 재료의 특정 온도가 체온 부근으로 설계된 경우, 본 재료를 의류의 코팅에 사용하면 의복 내부의 온도가 체온 이하인 경우는 습기 방출을최소화하여 체온 유지에 도움이 될 수 있으며, 몸에 열이 나면서 의복 내부의 온도가 증가하여 땀의 방출이 많은 경우는 옷 내부의 땀이 쉽게 휘산될 수 있다.

따라서, 특정 온도를 재료의 사용 목적에 맞게 적절히 설계할 수 있으므로, 기타 다양한 용도에 적용할 수 있다.

Claims (3)

1. 분자량 500 ∼ 5000이며, 30 ∼ 60 ℃ 범위의 용융점을 가지는 연질의 폴리올로 되어 있는 소프트 세그먼트(soft segment)와,

   분자량이 70 ∼ 200 인 폴리올과, 상기 소프트 세그먼트 보다 높은 유리전이온도를 가지고 있고 용융점 200 ∼ 300 ℃인 경질의 이소시아네이트로 되어 있는 하드 세그먼트(hard segment), 및

   에테르 구조를 함유하는 분자량 100 ∼ 5000 범위의 극성 폴리올로 되어 있는 친수성 세그먼트(hydrophilic segment)로 구성되며,

   소프트 세그먼트의 용융점 이상의 온도에서 투습도가 증가하는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 수지.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 소프트 세그먼트의 함량이 10 ∼ 85 중량%, 하드 세그먼트의 함량이 3 ∼ 60 중량% 및 친수성 세그먼트의 함량이 5 ∼ 85 중량%인 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 수지.
3. 청구항 1의 폴리우레탄 수지를 이용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 온도 감응 투습 방수 재료.