KR100751853B1

KR100751853B1 - 고분자 탄성체 복층 시트 구조체의 연속적 제조방법

Info

Publication number: KR100751853B1
Application number: KR1020060055218A
Authority: KR
Inventors: 강원형; 이세용; 박형신; 구자현
Original assignee: 에스엔케이폴리텍(주)
Priority date: 2006-06-20
Filing date: 2006-06-20
Publication date: 2007-08-23

Abstract

본 발명은 고분자 탄성체 복층 시트 구조체의 연속적 제조방법에 관한 것으로서, 컨베이어 벨트 상에서, 제1 표면처리제층 및 제1 고분자 탄성체층을 차례로 형성한 다음, 그 위에 구조보강재를 위치시킨 후, 다시 그 위에 제2 고분자 탄성체층 및 제2 표면처리제층을 차례로 형성함으로써, 표면처리된 고분자 탄성체 복층 시트 구조체를 연속적으로 제조하는 본 발명의 방법은 우수한 충격흡수성, 복원력 및 씰링 특성(sealing property)을 갖는 복층 시트 구조체를 별도로 표면개질할 필요없이 일련의 공정으로 가공하는 것을 가능하게 한다.

Description

고분자 탄성체 복층 시트 구조체의 연속적 제조방법{Method of preparing double side polymeric elastomer sheet}

도 1은 구조보강재의 양쪽 면에 고분자 탄성체층 및 표면처리제층이 차례로 형성된 복층 시트 구조체의 단면도이고,

도 2은 전사필름을 이용하여 표면처리제층이 있는 복층 시트 구조체를 제조하는 공정을 나타낸 공정도이고,

도 3는 컨베이어벨트 상에 직접 표면처리제를 코팅하여 표면처리제층이 있는 복층 시트 구조체를 제조하는 공정을 나타낸 공정도이다.

* 도면의 부호에 대한 간단한 설명

10, 10': 폴리우레탄층

20: 구조보강재

30, 30': 표면처리제층

100, 100': 폴리우레탄 컴파운드

110, 110': 코터

120: 프리히터

130, 130': 폴리우레탄층

200: 구조보강재

300, 300', 310: 열건조기

320, 330: 표면코팅기

400: 컨베이어 벨트

500: 전사필름

600: 필름회수롤

700: 권취롤

본 발명은 우수한 충격흡수성 및 복원력과 씰링 특성을 가지며 다양한 물성을 갖도록 표면처리된 고분자 탄성체 복층 시트 구조체를 연속적으로 제조하는 방법에 관한 것이다.

최근 전자가전 제품이 경량화, 고기능화, 다양화됨에 따라 전자 부품이 다기능화되어 구조가 복잡해지고 있다. 또한 다양한 기능의 부품이 협소한 내부 구조에 집적되므로 기구의 설계시 부품과 케이스사이에 공간이 불규칙적으로 발생되고, 또한 액정표시부, 마이크, 카메라 등은 외부 충격에 대한 보호가 필요해지게 되었다. 따라서 그러한 보호를 위해 사용되는 씰(seal)재는 충격 및 진동 흡수성이 우 수한 특성을 가질 것이 요구된다. 구조의 복잡성과 경량화에 따라서 씰재는 두께가 얇아져야 하는 반면 압축시 씰링 특성이 우수하고 형태 변형이 쉽게 이루어져야하고 충격흡수 특성이 있어야 한다.

이런 용도의 씰재는 저밀도 폴리우레탄폼, 올레핀폼, 고무폼 등이 사용되어 왔다. 저밀도의 폼류는 연질이지만 충격흡수성이 낮고 먼지 유입 및 빛 차단 효과가 없는 단점이 있다.

따라서, 기계적 프로스(froth) 공법에 의해 한 면이 구조보강재로 된 고밀도 폴리우레탄 폼이 널리 사용되고 있는데, 이는 충격흡수성, 씰링 특성이 우수하고, 25% 압축응력이 적고 먼지 유입 및 빛 차단 효과가 있다. 그러나 위의 제품은 구조보강재의 존재로 인해 가공시 편리성, 형태안정성, 후가공 상의 장점은 있으나 씰재의 역할은 거의 없는 단점이 있다.

휴대용 통신 전자 기기 등의 디스플레이 부품의 씰재 용도로 사용되는 폴리우레탄 폼의 제조는 폼의 한 면에 플라스틱 필름이 있는 제품과 없는 제품으로 개발되었다. 플라스틱 필름 등의 구조보강재가 있는 경우는 구조보강재가 폴리우레탄 폼 또는 엘라스토머에 비해 충격흡수성, 복원력 및 씰링 특성이 취약하다는 단점이 있다. 한편 구조보강재가 없는 경우는 양면의 씰링 특성 및 충격흡수성은 우수하나 수축, 구조변형성, 가공성, 인장, 인열강도 등의 기계적 물성이 취약한 단점이 있다.

한편, 고분자 탄성체 시트는 통상 그 표면을 최종 용도에 따라 적절히 표면개질하는 공정을 거치게 되는데, 종래의 구조보강재가 없는 고분자 탄성체의 경우 이형 필름이 기재(base) 필름으로 유입되고 공정의 마지막 단계인 권취 전에 이형필름을 제거하거나 그대로 권취하는 방법으로 제조되었으므로, 이때 이형필름과 접촉된 고분자탄성체의 하층면의 코팅은 하나의 공정으로 이루어지기 어려워, 별도의 코팅 공정으로 표면개질처리를 수행해왔다.

이에, 본 발명은 상기 문제점을 해결하여 고분자 탄성체 복층 시트를 그 표면개질 처리공정까지도 일련의 연속공정으로 수행할 수 있는 새로운 방식으로 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는, 컨베이어 벨트 상에서, 제1 표면처리제층 및 제1 고분자 탄성체층을 차례로 형성한 다음, 그 위에 구조보강재를 위치시킨 후, 다시 그 위에 제2 고분자 탄성체층 및 제2 표면처리제층을 차례로 형성하는 단계를 포함하는, 표면코팅된 고분자 탄성체 복층 시트 구조체의 연속적 제조방법을 제공한다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명에 따라 제조되는 복층 시트 구조체의 구조는 도 1에 나타낸 바와 같이 우수한 진동/충격 흡수성 및 씰링 특성능을 발휘하는 고분자 탄성체층(10, 10') 과 그 중간 기재인 구조보강재(20), 및 상기 고분자 탄성체층(10, 10')의 외부 표면에 형성된 표면처리제층(30, 30')으로 구성된다.

본 발명에 따른 복층 시트 구조체의 제조 공정을 도면을 참조로 하여 설명하면 다음과 같다.

우선, 도 2는 전사필름을 이용하여 표면처리제층이 있는 복층 시트 구조체를 제조하는 공정의 예를 나타내는 도면이고, 도 3은 컨베이어벨트 상에 직접 표면 코팅층을 형성하여 표면처리제층이 있는 복층 시트 구조체를 제조하는 공정의 예를 나타내는 도면이다.

구체적으로, 도 2에 나타낸 바와 같이, 공정 전반부에 미리 기재상에 제1 표면처리제가 코팅되어 있는 전사필름 (500)을 준비하고 이 필름을 컨베이어 벨트 (400)을 통해 연속적으로 공급하면서 상기 전사필름의 제1 표면처리제층 위에 제1 고분자 탄성체 조성물 (100)을 토출시킨다. 두께를 보정해주는 나이프 코터 등의 코터 (110)을 통과한 다음, 프리히터 (120) 구간을 지나면, 생성된 제1 고분자 탄성체 층 (130)에 전사필름의 표면처리제가 전사되어 제1 고분자 탄성체층의 하부층이 되고, 상기 제1 고분자 탄성체 층 (130) 위에 구조보강재 (200)를 공급하여 상층으로 적층하고 상기 구조보강재 (200) 위에 다시 제2 고분자 탄성체 조성물 (100')을 토출시켜 이 적층체를 나이프 코터 등의 코터 (110')를 통과시켜 제2 고분자 탄성체 층 (130')을 형성한 후 열건조기 (300)을 통과시켜 경화시키고 다시 그 위에 코팅기 (330) 및 열건조기 (300')를 통해 제2 표면처리제층을 형성하는 방법으로, 표면처리제로 표면개질된 복층 시트 구조체를 제조할 수 있다. 상기 공정에서, 전사 필름은 최종 시트 구조체 완성 후 기재 필름이 제1 표면처리제층으로부터 이형되어 필름회수롤 (600)에 회수되며, 최종 시트 구조체는 권취롤(700)에 권취된다.

또한, 도 3에 나타낸 바와 같이, 컨베이어 벨트 (400) 하단에 코팅기 (320)를 설치하여 컨베이어 벨트(400)을 용도에 맞는 제1 표면처리제로 직접 코팅한 후 열건조기 (310 또는 300)를 통과시켜 건조시키고 이 코팅된 벨트 위에 제1 고분자 탄성체 조성물 (100)을 토출 노즐를 통하여 연속적으로 토출시키고 두께를 보정해주는 나이프 코터 등의 코터 (110)를 통과하게 하여 제1 고분자 탄성체 층 (130)을 형성한다. 이후 프리히터 (120) 구간을 지나게 하고나서, 제1 고분자 탄성체 층 (130) 위에 구조보강재 (200)을 공급하여 적층하고 그 위에 다시 제2 고분자 탄성체 조성물 (100')을 토출시켜 나이프 코터 등의 코터 (110')을 통과시킨 후 열건조기 (300)을 통해 경화시켜 제2 고분자 탄성체 층 (130')를 형성한 후, 다시 그 위에 코팅기 (330) 및 열건조기 (300')를 통해 제2 표면처리제를 코팅시키는 방법으로, 복층 시트 구조체를 제조할 수 있다. 이때, 컨베이어 벨트(400)는 제2 표면처리 공정 전에 권취롤 (700)로 이송되는 최종 구조체의 제1 표면처리제층으로부터 분리되어 다시 제1 표면처리제 코팅 지점으로 순환하게 된다.

본 발명의 상기 공정에 있어서, 각 층의 코팅 및 형성 방법은 당업계에 공지된 모든 방법을 이용할 수 있다.

본 발명에 따른 복층 시트 구조체의 기재 역할을 하는 구조보강재(20)의 재질로는 공지된 일반적인 모든 플라스틱 재질, 구체적으로는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)을 포함하는 폴리에스터계, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP)와 같은 폴 리올레핀계, 나일론, 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트 등의 필름 및 텍스타일 (textile), 매쉬, 부직포, 도전성 매쉬, 도전성 직물, 도전성 부직포, 금속 박막 등이 사용될 수 있고, 바람직하게는 열안정성 및 작업성을 고려할 때 PET 필름, 또는 텍스타일을 사용한다.

상기 구조보강재(20)의 두께는 0.01 내지 1 mm 범위가 가능하나, 구조보강재의 재질에 따라서 제조 공정 및 가공성 등을 고려하여 두께를 조정할 수도 있다. 바람직하게는 PET의 경우는 0.02 내지 0.15 mm의 두께인 경우가 가장 양호한 결과를 보여 준다. 또한 텍스타일의 경우는 0.2 내지 0.8 mm의 두께인 경우가 가장 양호한 결과를 보여 준다.

본 발명에 따르면 상기 고분자 탄성체층(10, 10')으로서, 바람직하게는 우수한 충격흡수성 및 복원력을 갖고 가공성이 용이하고 형태안정성을 부여한 폴리우레탄 폼 또는 엘라스토머를 사용한다. 그러나, 본 발명의 복층 시트 구조체에 있어서 상기 고분자 탄성체층으로는 폴리우레탄 이외에도, 충격흡수 및 씰재 역할을 할 수 있는 여러 가지 재질이 사용될 수 있으며, 그러한 재질로는 폴리올레핀계 (예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등), 고무, 아크릴계, 폴리에스테르계, 실리콘 수지, 테플론 등의 폼류 또는 엘라스토머 형태 등이 있고, 이들을 단일 재질 또는 복합 재질로 사용할 수 있다.

본 발명에 있어서, 바람직하게 사용되는 폴리우레탄 폼 및 엘라스토머는 폴리올, 충진제, 촉매, 가교제, 계면활성제 등을 혼합교반한 후, 여기에 이소시아네이트 화합물을 투입하고 교반하여 반응시키는 통상의 방법으로 제조될 수 있다.

본 발명의 폴리우레탄의 폴리올 성분으로는 폴리에스테르계 폴리올, 폴리에테르계 폴리올 등을 포함하며 제한없이 사용할 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 본 발명에서 폴리올 성분은 적당한 점도를 유지하고 작업성을 향상시키며, 폴리우레탄 폼의 강도를 유지하는 관점에서 중량평균분자량이 200~10,000, 바람직하게는 500~8,000이다.

한편, 본 발명의 폴리우레탄의 제조에 사용되는 이소시아네이트 화합물로는 이소시아네이트기를 2개 이상 갖는 방향족계, 지환족계, 지방족계 폴리이소시아네이트, 이들의 혼합물, 이를 변성하여 얻어지는 변성 폴리이소시아네이트 등을 들 수 있다.

상기 이소시아네이트 성분은 중량 평균 분자량이 200 내지 500이고, 이소시아네이트 함량이 25~50%인 폴리머릭 메틸렌디페닐디이소시아네이트 30~70 중량% 및 이소시아네이트 함량이 25~50%인 변성 메틸렌디페닐디이소시아네이트 70~30 중량%를 함유하는 이소시아네이트를 한 개 또는 2개 이상을 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 형성된 각 고분자 탄성체층의 물성은, 밀도 범위는 0.1 내지 1.5 g/㎤의 범위, 바람직하게는 0.2 내지 1.2 g/㎤의 범위 정도이고, 경도 범위는 쇼어(Shore) 경도계 타입"OO"로 측정시 20 내지 95의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 구체적으로는 상기 폴리우레탄이 폼 형태의 경우에는 밀도가 0.1 내지 0.8 g/㎤의 범위이고, 25% 압축강도가 5 kgf/cm² 이하, 경도가 쇼어(Shore) 경도로 25 내지 60의 범위를 갖는 것이 바람직하며, 상기 폴리우레탄이 엘라스토머 형태인 경우에는 밀도가 0.8 내지 1.5 g/㎤의 범위이고, 경도가 쇼어(Shore) 경도로 60 내지 95의 범위를 갖는 것이 바람직하다.

상기 고분자 탄성체의 한 층의 두께는 0.1 내지 10 mm 범위 적정하나, 필요하다면 그 이하 또는 그 이상의 두께로도 제조 가능하다.

본 발명의 복층 시트 구조체에 있어서 양 고분자 탄성체층의 각 외부 표면에 형성된 표면처리제층(30, 30')은 슬립성, 광택성, 대전성 등 표면 특성을 부여하는 역할을 하며, 생산시 시트 롤 상태로 작업하는 것을 용이하게 한다. 표면처리제층(30, 30')은 폴리아크릴, 폴리우레탄, 폴리에스터, 폴리에틸렌 또는 상기 성분의 복합성분등 코팅 가능한 수지 성분을 이용하여 통상의 방법으로 형성될 수 있다. 상기 표면처리제는 수성 및 유성 처리제 형태일 수 있고, 열가소성 또는 열경화성 코팅제일 수 있다. 바람직하게는 환경을 고려하여 수성 또는 열가소성, 열경화성 처리제를 사용한다. 코팅제에 따라 소포제, 증점제, 표면조절제 및 특성에 맞는 기타 첨가제를 사용할 수 있다. 상기 표면처리제층(30, 30')은 각각 1 내지 30 ㎛ 두께 범위로 형성될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 표면이 개질된 고분자 탄성체 복층 시트를 연속적인 공정으로 제조할 수 있으며, 본 발명에 따라 제조된 고분자 탄성체 복층 시트 구조체는 전자 통신 기기용 뿐 아니라 각종 스포츠용, 자동차용 등 다양한 분야에 널리 이용될 수 있다.

이하 본 발명을 실시예에 의해 설명하나, 이들 실시예가 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

실시예 1

도 3에 도시된 공정에 따라 도 1의 복층 시트 구조체를 제조하였다.

컨베이어벨트 (400) 하단에서 코팅장치(320)를 통해 폴리우레탄 표면용 코팅제를 벨트에 5㎛ 두께로 코팅(제1 표면처리)하고 열건조기 (310)을 통과시키면서 80 ~ 150℃에서 건조시키고, 코팅된 벨트 위에 폴리우레탄 형성용 조성물 (100)을 토출시키고 나이프 코터 (110)을 통과시켜 0.5 mm 두께로 형성한 다음, 프리히터 (120) 구간을 지나게 하여 60 ~ 150 ℃에서 건조하였다. 생성된 제1 폴리우레탄 층 (130) 위에 구조보강재 (200)을 공급하여 적층하고 다시 그 위에 폴리우레탄 형성용 조성물 (100')를 토출시키고 나이프 코터 (110')를 통과시켜 0.5 mm 두께로 한 후 열건조기 (300)을 지나면서 80 ~ 150℃에서 경화시켜 제2 폴리우레탄 층 (130')를 형성시켰다. 이어서 경화된 적층 시트를 표면 코팅롤 (330)을 통과시켜 폴리우레탄층 (130')을 표면코팅(제2 표면처리)한 후 열건조기 (300')을 지나게 하여 80 ~ 150℃에서 경화, 건조시켜 본 발명에 따른 표면코팅된 복층 시트 구조체를 권취롤 (700)에 권취하였다. 상기 제2 표면코팅 전에 컨베이어벨트 (400)는 복층 시트 구조체의 제1 표면처리제층과 분리되어 코팅장치 (320)로 되돌아가도록 하였다.

상기 구조체에서, 상층인 제2 폴리우레탄 층 및 하층인 제1 폴리우레탄 층은 동일하게 밀도 0.23 ~ 0.28 g/㎤, 경도 30 ~ 35 (쇼어 "OO")를 가진 연질 폴리우레탄 (에스엔케이폴리텍(S&K POLYTEC)사의 NANOCELL ES)으로 형성되도록 폴리우레탄 조성물을 사용하였고, 구조보강재로서는 밀도 1.40 ~ 1.48g/㎤, 인장강도 18 ~ 26kg/mm², 신율 100 ~ 200%, 열수축율 0.2 ~ 2.8, 두께 50 ㎛ 인 PET 필름을 사용하였다.

실시예 2

실시예 1과 동일하게 복층 구조체를 제작하되, 상층은 상기 에스엔케이폴리텍(S&K POLYTEC)사의 NANOCELL ES를 형성시켰고, 하층은 밀도 0.4 ~ 0.5 g/㎤, 경도 40 ~ 45 (쇼어 "OO")의 폴리우레탄 (에스엔케이폴리텍사의 NANOCELL PSR)을 형성시켰다.

실시예 3

실시예 1과 동일하게 복층 구조체를 제작하되, 상층 및 하층을 동일하게 에스엔케이폴리텍사의 NANOCELL PSR을 형성시켰다.

실시예 4

실시예 1과 동일하게 복층 구조체를 제작하되, 상층은 에스엔케이폴리텍사의 NANOCELL ES를, 하층은 밀도 0.9 ~ 1.2 g/㎤, 경도 70 ~ 80(쇼어 "OO") 인 폴리우 레탄 엘라스토머 (에스엔케이폴리텍사의 NANOCELL SGM)를 형성시켰다.

실시예 1 내지 4에 따라 제조된 복층 시트 구조체에 대해 하기와 같이 물성을 평가하였다.

밀도(density) : ASTM D3574의 방법에 따름.

경도(hardness) : ASTM D2240의 방법중 쇼어(Shore) 경도계 "OO" 타입을 사용하여 측정.

인장강도 및 신율: ASTM D3574 방법을 따라 만능재료시험기로 측정함.

치수안정성 : 가스켓 등의 형태로 다이컷팅할 경우의 가공성을 평가하는 것으로, 칼로 2㎜ 폭으로 재단시 치수 변화 정도를 확인. O: 동일치수 유지, X: 치수변화 있음.

충격흡수성(resilience): ASTM D2632-92의 방법에 의하여 시험 (ball-drop test). 볼을 일정높이에서 시편에 낙하시켜 반발되어 올라온 높이의 비율 즉, 낙하지점의 높이(H1) 대비 반발된 높이(H2)의 비율((H2/H1)×100)을 측정함. 수치가 낮을수록 충격흡수성이 우수함.

씰링 특성(sealing property) : 외측 지름 7㎝ × 높이 7㎝, 내측 지름 4㎝× 높이 5㎝ 인 테플론 원형 케이스 내에 미세한 분말(모래, 밀가루 등)을 넣고 상단에 씰재를 가스켓 형태로 만들고 (이때 시험면을 상단으로 하고 하단은 양면테이프를 이용하여 상하층의 평가를 달리한다), 뚜껑을 덮고 씰재가 60% 두께가 되도록 압착 후 쉐이커 등을 이용하여 흔들어 준 다음 내부에 있는 분말의 시험 전후의 무 게차를 측정하여 씰링 퍼센트로서 평가. O: 95 % 초과, △: 95-75 %, X: 75 % 미만

각 시험에서의 평가결과를 각 구조체의 구성과 함께 하기 표 1에 나타내었다.

상기 결과로부터, 실시예 1 ~ 4에 따라 제작된, 표면처리된 복층 구조의 탄성체 시트는 모든 물성이 고루 우수함을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 고분자 탄성체 복층 시트 제조방법은 우수한 충격흡수성, 복원력 및 씰링 특성(sealing property)을 갖는 복층 시트 구조체를 별도로 표면개질할 필요없이 일련의 공정으로 표면개질 공정까지 수행할 수 있다.

Claims

컨베이어 벨트 상에서, 제1 표면처리제층 위에 제1 고분자 탄성체층을 형성한 다음, 그 위에 구조보강재를 위치시킨 후, 다시 그 위에 제2 고분자 탄성체층 및 제2 표면처리제층을 차례로 형성하는 단계를 포함하는, 표면코팅된 고분자 탄성체 복층 시트 구조체의 연속적 제조방법.
제 1 항에 있어서,

제1 표면처리제층이, 컨베이어 벨트 상에 제1 표면처리제를 직접 코팅하여 형성됨을 특징으로 하는, 복층 시트 구조체의 연속적 제조방법.
제 1 항에 있어서,

제1 표면처리제층이, 전사용 기재 필름 상에 표면처리제가 코팅되어 있는 형태임을 특징으로 하는, 복층 시트 구조체의 연속적 제조방법.
제 3 항에 있어서,

상기 전사용 기재 필름은 최종 복층 시트 구조체 제조 후 제1 표면처리제층으로부터 이형되어 제거 또는 회수됨을 특징으로 하는, 복층 시트 구조체의 연속적 제조방법.
제 1 항에 있어서,

구조보강재가 도전성을 갖거나 갖지않는 플라스틱 필름류, 섬유류, 부직포, 직물, 또는 메쉬임을 특징으로 하는, 복층 시트 구조체의 연속적 제조방법.
제 1 항에 있어서,

제1 또는 제2 고분자 탄성체층이 폴리우레탄, 폴리염화비닐(PVC), 실리콘 수지, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(EVA), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 및 이들의 혼합물 중에서 선택된 고분자 합성수지, 또는 천연 또는 합성 고무, 또는 스폰지 또는 발포체임을 특징으로 하는, 복층 시트 구조체의 연속적 제조방법.
제 6 항에 있어서,

고분자 탄성체층이 밀도 0.1 내지 1.5 g/㎤ 및 쇼어(Shore) 경도 25 내지 95 범위를 갖도록 형성됨을 특징으로 하는, 복층 시트 구조체의 연속적 제조방법.
제 1 항에 있어서,

제1 또는 제2 표면처리제가 폴리아크릴, 폴리우레탄, 폴리에스터, 폴리에틸렌 또는 이들의 복합성분을 포함함을 특징으로 하는, 복층 시트 구조체의 연속적 제조방법.