KR100471924B1 - 실리콘 스폰지 및 이의 제조방법 - Google Patents

실리콘 스폰지 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실리콘 스폰지 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 폴리우레탄 스폰지에 실리콘 용액이 함침됨을 특징으로 하는 실리콘 스폰지 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 실리콘 스폰지는 우수한 통기성, 탄성 및 여러 가지 유용한 기능을 나타냄을 특징으로 한다.

Description

실리콘 스폰지 및 이의 제조방법{Silicone Sponge and Method of Preparation Thereof}
본 발명은 실리콘 스폰지 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 폴리우레탄 스폰지에 실리콘 용액이 함침됨을 특징으로 하는 실리콘 스폰지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
실리콘(Silicone)의 기본물질은 석영, 즉 실리카 또는 산화규소(SiO2)이며, 흔히 볼 수 있는 모래의 주성분으로서, 실리콘은 유기물질이 결합되어 있는 규소가 실록산결합(Si-O-Si)에 의해 연결되어 생긴 폴리머를 가리킨다.
이러한 실리콘을 이용하여 제조되는 실리콘 스폰지는 다른 스폰지와 달리 매우 유연하고 내열성 및 내한성 등이 뛰어나서 그 수요가 증가하고 있다. 실리콘 스폰지는 특수한 원료 배합에 의해 발포 구조에 따라 밀폐형 스폰지 (Closed cell sponge) 및 개방형 스폰지 (open cell sponge)를 생산할 수 있으며, 원료와 가공 방법, 기술의 능력에 따라 다양한 경도와 기능성을 구비한 제품 생산이 가능하다. 실리콘 스폰지의 특성은 고온에 사용가능하고 가볍고 부드러워 휘어짐이 좋다. 또한 설치가 간편하고 용이하며 스폰지의 부드러운 특성으로 인해 밀폐할 부분의 공간이 일정하지 않아도 밀폐가 가능하다. 실리콘 스폰지는 복원력이 우수하고 탄성이 좋아 초내열 또는 단열재로 널리 사용되며 제품의 안전성을 위해서는 2차 가류를 실시하여 사용하고 있다.
이러한 실리콘 스폰지와 관련된 종래의 기술을 살펴보면 다음과 같다. 대한민국특허공고 제1995-0000986호에서는 유기 물질, 폴리디오르가노실록산, 실리콘 하이드라이드, 물 및 백금 촉매를 혼합하여 실온에서 기포를 형성시키고, 상기 혼합액을 경화시켜 탄성 실리콘 발포체를 제조하는 방법에 대해서 개시하고 있으며, 대한민국특허공개 제2001-0098908에서는 오르가노폴리실록산, 무기 충전제, 열가소성 수지 및 실리콘 오일을 포함하는 유중수 에멀젼을 혼합하고, 이를 경화시키기 위한 충분한 양의 경화제를 포함하는 실리콘 고무 스폰지 조성물을 개시하고 있다. 즉, 종래의 실리콘 스폰지와 관련된 기술에서는 실온 부근에 방치하는 것만으로 탄성체가 되는 상온가류형 (Room temperature vulcanizing, RTV) 실리콘 또는 열을 가함에 따라 탄성체로 되는 열가류형 (High temperature vulcanizing, HTV) 실리콘에 화학 발포제를 첨가하거나, 실리콘과 경화제가 반응하면서 발생하는 수소가스에 의하여 발포가 되는 스폰지였다. 그러나, 이러한 방식으로 제조된 실리콘 스폰지 중 개방형 스폰지는 발포 셀(cell)의 개방(open)정도가 매우 미약하여 통기성이 거의 없고, 셀의 크기를 조절하기 어려우며, 발포 셀막이 약하게 형성되어 반복적인 변형이나 인열강도 등에 약하다는 문제점이 있다.
이에, 본 발명자들은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여, 폴리우레탄 스폰지에 실리콘 용액을 함침시켜 사용목적에 적합하도록 제조된 실리콘 스폰지를 개발하였다. 본 발명의 실리콘 스폰지는 통기성이 우수하고 발포 셀이 매우 안정하여 탄성이 좋으며, 실리콘 용액에 기능성 물질들을 첨가하여 폴리우레탄 스폰지에 함침시킴으로써 원적외선 방출효과, 저연, 불연, 탈취 및 살균효과를 나타낼 수 있다.
따라서, 본 발명은 폴리우레탄 스폰지에 실리콘 용액이 함침됨을 특징으로 하는 실리콘 스폰지 및 이로부터 제조되는 기능성 제품을 제공하고자 한다.
다른 관점으로, 본 발명은 ⒜ 실록산 및 유기 용매를 혼합하여 실리콘 용액을 제조하는 단계;
⒝ 단계 ⒜에서 제조한 실리콘 용액의 점도를 조절하는 단계;
⒞ 단계 ⒝의 실리콘 용액에 폴리우레탄 스폰지를 함침시키는 단계;
⒟ 단계 ⒞의 폴리우레탄 스폰지를 가압 로울러로 공급하여 가압하는 단계; 및
⒠ 단계 ⒟의 폴리우레탄 스폰지를 열풍건조시키는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 실리콘 스폰지의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 실리콘 스폰지 및 이를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 폴리우레탄 스폰지에 실리콘 용액이 함침됨을 특징으로 하는 실리콘 스폰지를 제공함을 특징으로 한다.
용어 "함침"이란 액체상태의 실리콘 용액을 폴리우레탄 스폰지 표면 및 내부로 침투시켜 폴리우레탄 스폰지의 특성을 사용목적에 맞게 제조하는 것을 의미한다.
본 발명에서 사용되는 폴리우레탄 스폰지는 폴리에테르 폼 (Poly ether foam) 또는 폴리에스테르 폼 (Poly ester foam)을 사용할 수 있다.
상기 폴리우레탄은 이소시아네이트(Isocyanate)와 폴리올 (Polyol)의 화학합성에 의해 제조되는 열경화성수지로서, 상기 이소시아네이트와 폴리올의 합성비율에 따라 물성조절이 용이하고 그 취급의 편리성으로 인하여 다양한 재료들을 제작하기 위하여 널리 사용되고 있는 합성수지이다. 이러한 폴리우레탄은 내부에 발포재가 함유된 스폰지 형태로 사용되기도 하며, 그 이외에 경도가 가벼운 신발 밑창 또는 자동차 내부재 등으로 사용되기도 한다.
본 발명에서는 폴리우레탄의 사용용도 중 내부에 기공이 많이 형성된 스폰지 형태의 폴리우레탄을 사용할 수 있으며, 이러한 스폰지 형태의 폴리우레탄은 크게 폴리에테르 폼 (Poly ether foam) 또는 폴리에스테르 폼 (Poly ester foam)으로 구분할 수 있다. 본 발명에서는 폴레에스테르 폼을 사용하는 것이 바람직한데, 상기 폴리에스테르 폼은 발포 구조를 개방형으로 제조하여 사용할 수 있기 때문이다.
상기 폴리우레탄 스폰지의 발포 구조를 개방형으로 제조하는 방법은 1차로 제조된 스폰지의 발포 구조에 형성된 표면막을 제거하는 기계 등을 이용한 2차 과정을 거쳐 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에서 폴리우레탄 스폰지에 함침시키기 위해 사용되는 실리콘 용액은 실록산 (siloxane; Si-O-Si)을 함유하는 용액을 사용할 수 있다. 상기 실록산으로는 디메틸폴리실록산, 메틸하이드로젠폴리실록산 또는 메틸페닐폴리실록산을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 디메틸폴리실록산을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용되는 실리콘 용액은 실록산과 유기 용매를 혼합하여 제조할 수 있다. 본 발명에서 사용가능한 유기 용매로는 자일렌, 벤젠, 톨루엔 등의 탄화수소류; 에탄올, 메탄올, 이소프로판올 등의 저급 알코올 류; 아세톤，메틸에틸케톤 등의 케톤 류; 메틸아세테이트，에틸아세테이트，부틸아세테이트 등의 저급 지방산 에스테르 류; 및 메틸 에테르，에틸 에테르，테트라하이드로푸란，디옥산 등의 에테르 류 등을 사용할 수 있으나, 바람직하게는 자일렌, 벤젠, 톨루엔 등의 탄화수소류 유기 용매를 사용할 수 있다.
추가적으로, 본 발명은 기능성 물질을 첨가하여 실리콘 용액을 폴리우레탄 스폰지에 함침시켜 제조되는 실리콘 스폰지에 기능성을 부여할 수 있다. 상기 첨가되는 기능성 물질은 이에 한정되는 것은 아니지만, 항균제, 난연제, 광촉매제 또는 천연광물을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 상기 기능성 물질 중 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 기능성 물질로서 항균제는 세균 또는 바이러스의 증식을 억제하여 악취나 오염물질 생성을 차단하기 위해 첨가되는 물질이다.
본 발명에서 사용되는 항균제는 은, 구리, 아연 등의 금속, 겨자 및 사이프러스 등과 같은 천연 항균제 및 티오벤다졸, 비스페놀 및 4급 암모늄염 등의 유기물을 사용할 수 있으며, 상기 사용되는 항균제의 함량은 0.2 내지 20중량%를 실리콘 용액에 첨가하여 사용할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 다른 기능성 물질로서 난연제는 합성수지 또는 플라스틱 류 등과 같이 탄소, 수소, 산소로 구성된 유기물질들이 연소하기 쉬우므로, 이와 같은 성질을 물리·화학적으로 개선해 잘 연소하지 못하도록 첨가하는 물질이다.
본 발명에서 사용되는 난연제는 할로겐계, 인계, 무기계, 멜라민계 또는 염소계 난연제를 사용할 수 있으며, 상기 사용되는 난연제의 함량은 0.2 내지 20중량%를 실리콘 용액에 첨가하여 사용할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 또 다른 기능성 물질로서 광촉매제는 빛을 에너지원으로 산화와 환원을 일으켜 각종 세균 및 악취의 제거, 환경호르몬 등 유기물질의 분해, 오염 제거 및 자외선 차단 등의 기능을 수행하는 물질이다.
본 발명에서 사용되는 광촉매제의 주성분은 이산화티타늄이 가장 많이 사용되고 있으며, 상기 사용되는 광촉매제의 함량은 0.2 내지 15중량%를 실리콘 용액에 첨가하여 사용할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 다른 관점의 기능성 물질로서 천연광물은 음이온, 미약전류 및 원적외선이 방사됨으로서 세포의 활성화, 저항력 증진, 혈액정화, 혈액순환촉진, 교감신경의 흥분을 억제, 피로회복, 근육통 또는 신경통 등의 건강증진효과를 위해 첨가하는 물질이다.
본 발명에서 사용되는 천연광물은 토르마린, 제주광석, 나노티타늄, 희토류광물, 규조토, 견운모 또는 맥반석 등을 사용할 수 있으며, 상기 사용되는 천연광물의 함량은 0.2 내지 15중량%를 실리콘 용액에 첨가하여 사용할 수 있다.
한 양태로서, 본 발명의 실리콘 스폰지는 여러 기능성 제품으로 제조될 수 있다. 본 발명의 실리콘 스폰지로 제조될 수 있는 기능성 제품으로는 선박, 자동차 및 철도차량의 시트 또는 쿠션, 신발 밑창, 방석, 메트리스 또는 브레지어 등으로 제조할 수 있다.
다른 관점으로, 본 발명은 하기와 같은 실리콘 스폰지를 제조하는 방법을 제공함을 특징으로 한다.
⒜ 실록산 및 유기 용매를 혼합하여 실리콘 용액을 제조하는 단계;
⒝ 단계 ⒜에서 제조한 실리콘 용액의 점도를 조절하는 단계;
⒞ 단계 ⒝의 실리콘 용액에 폴리우레탄 스폰지를 함침시키는 단계;
⒟ 단계 ⒞의 폴리우레탄 스폰지를 가압 로울러로 공급하여 가압하는 단계; 및
⒠ 단계 ⒟의 폴리우레탄 스폰지를 열풍건조시키는 단계로 구성됨을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실리콘 스폰지 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기 단계 ⒜에서, 실리콘 용액의 제조는 실록산 60 내지 80중량% 및 유기 용매 20 내지 40중량%을 혼합하여 20 내지 40분동안 교반하여 실록산과 유기 용매가 균일하게 교반되도록 제조할 수 있다.
또한, 단계 ⒜에서, 추가적으로 기능성 물질을 첨가하여 실리콘 용액을 제조할 수 있다. 상기 첨가되는 기능성 물질로는 항균제, 난연제, 광촉매제 또는 천연광물을 사용할 수 있으며, 상기 기능성 물질 중 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 이 때 첨가되는 기능성 물질의 함량은 0.2 내지 20중량%가 바람직하다.
상기 단계 ⒝에서, 단계 ⒜에서 제조한 실리콘 용액의 점도를 조절하기 위해서는 유기 용매를 추가로 첨가하여 점도를 조절할 수 있으며, 상기 실리콘 용액의 25℃에서의 점도는 2000 내지 800,000cp로 조절하여 사용할 수 있다.
상기 단계 ⒞에서, 폴리우레탄 스폰지를 단계 ⒝의 실리콘 용액에 함침시키는 방법은 상기 실리콘 용액이 폴리우레탄 스폰지에 충분히 침투되도록 3 내지 10분동안 함침시키는 것이 바람직하다.
상기 단계 ⒟에서, 폴리우레탄 스폰지에 함침된 실리콘 용액의 양을 조절하기 위하여 단계 ⒞의 폴리우레탄 스폰지를 가압로울러 사이로 1 내지 3회정도 공급할 수 있다.
상기 단계 ⒠에서, 단계 ⒟의 폴리우레탄 스폰지를 건조하기 위하여 상기 폴리우레탄 스폰지를 콘베이어(conveyer) 건조기 등에 통과시켜 열풍건조시킬 수 있다. 이 때, 열풍건조시키는 시간은 5 내지 15분정도이고, 온도는 30 내지 70℃정도이나, 침지된 실리콘 용액의 양에 따라 조절할 수 있다.
또한, 단계 ⒠에서 열풍건조시 콘베이어 건조기 내부로 상기 폴리우레탄 스폰지가 용이하게 통과되도록 유압 프레스 등의 압착기를 이용하여 상기 폴리우레탄 스폰지를 압착시킬 수 있다.
한편, 상기와 같은 제조방법에 의해 완성된 본 발명의 실리콘 스폰지는 여러 기능성 제품으로 제조할 수 있으므로, 요구되는 기능성 제품에 맞도록 재단하여 사용할 수 있음은 당업자라면 인식할 수 있을 것이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
실시예 1
실리콘 스폰지의 제조
디메틸폴리실록산 70중량%, 자일렌 25중량% 및 토르마린 5중량%를 합하여 실리콘 용액을 제조하였다.
한편, 상기 제조한 실리콘 용액 10ℓ에 폴리우레탄 스폰지(신화 우레탄, 대한민국)를 침지하여 5분동안 함침시켰다.
또한, 상기에서 실리콘 용액에 함침된 폴리우레탄 스폰지를 가압로울러(한라공조, 대한민국)로 2회 반복하여 공급한 후, 열풍건조를 위해 10분간 콘베이어 건조기 (진바이브로텍, 대한민국)에 통과시켜 최종적인 실리콘 스폰지를 제조하였다.
실시예 2
실리콘 스폰지로 제조한 제품의 원적외선 방사측정
상기 실시예 1에서 제조한 실리콘 스폰지를 이용하여 신발 밑창을 제조하였으며, 상기 신발 밑창으로부터 방사되는 적외선 방사에너지를 적외선 열화상장치로 온도 29℃, 습도 41%의 조건에서 측정하였다. 한편, 대조군으로는 통상의 신발 밑창을 이용하였다. 이를 도 1 및 도 2에 나타내었다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실리콘 스폰지로 제조한 신발 밑창에서는 적외선 에너지가 다량으로 방사됨을 뚜렷이 확인할 수 있었으나 (도 2 참조), 대조군에서는 적외선 에너지의 방사가 미비함을 알 수 있었다 (도 1 참조). 그러므로 본 발명의 실리콘 스폰지로 제조한 신발 밑창을 구비한 신발을 사람이 신고 다닐 경우, 혈액정화, 혈액순환촉진, 피로회복, 근육통 완화 등의 건강증진효과를 나타낼 수 있다.
본 발명의 실리콘 스폰지는 통기성이 우수하고 발포 셀이 안정하여 탄성이 좋으며, 실리콘 용액에 기능성 물질들을 첨가하여 폴리우레탄 스폰지에 함침시킴으로써 원적외선 방출효과, 저연, 불연, 탈취 및 살균효과를 나타낼 수 있다.
도 1은 통상적으로 사용되는 신발 밑창의 적외선 에너지 방사를 측정한 사진이다.
도 2는 본 발명의 실리콘 스폰지로 제조된 신발 밑창의 적외선 에너지 방사를 측정한 사진이다.

Claims (11)

  1. 폴리우레탄 스폰지에 항균제; 난연제; 광촉매제 및 천연물질로 이루어진 그룹 중에서 단독 또는 2종 이상을 포함하는 실리콘 용액이 함침됨을 특징으로 하는 실리콘 스폰지.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 따른 실리콘 스폰지로 제조되는 기능성 제품.
  4. 제 3항에 있어서, 기능성 제품이 선박, 자동차 및 철도차량의 시트 또는 쿠션, 신발 밑창, 방석, 메트리스 또는 브레지어임을 특징으로 하는 제품.
  5. ⒜ 실록산 및 유기 용매를 혼합하여 실리콘 용액을 제조하는 단계;
    ⒝ 단계 ⒜에서 제조한 실리콘 용액의 점도를 조절하는 단계;
    ⒞ 단계 ⒝의 실리콘 용액에 폴리우레탄 스폰지를 함침시키는 단계;
    ⒟ 단계 ⒞의 폴리우레탄 스폰지를 가압 로울러로 공급하여 가압하는 단계; 및
    ⒠ 단계 ⒟의 폴리우레탄 스폰지를 열풍건조시키는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 실리콘 스폰지의 제조방법.
  6. 제 5항에 있어서, 단계 ⒜에서 실록산 60 내지 80중량% 및 유기 용매 20 내지 40중량%을 혼합하여 20 내지 40분동안 교반함을 특징으로 하는 실리콘 스폰지의 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서, 0.2 내지 20중량%의 기능성 물질을 추가로 첨가함을 특징으로 하는 실리콘 스폰지의 제조방법.
  8. 제 5항에 있어서, 단계 ⒝에서 유기 용매를 추가로 첨가하여 실리콘 용액의 25℃에서의 점도를 2000 내지 800,000cp로 조절함을 특징으로 하는 실리콘 스폰지의 제조방법.
  9. 제 5항에 있어서, 단계 ⒞에서 실리콘 용액에 폴리우레탄 스폰지를 3 내지 10분동안 함침시킴을 특징으로 하는 실리콘 스폰지의 제조방법.
  10. 제 5항에 있어서, 단계 ⒟에서 폴리우레탄 스폰지를 가압로울러 사이로 1 내지 3회정도 공급함을 특징으로 하는 실리콘 스폰지의 제조방법.
  11. 제 5항에 있어서, 단계 ⒠에서 폴리우레탄 스폰지를 압착하여 열풍건조시킴을 특징으로 하는 실리콘 스폰지 제조방법.
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