KR100771894B1 - 기능성 실리카 현탁액 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 섬유 및 직물, 특히 인조피혁을 제조하거나 에어컨 필터, 자동차 에어크리너용 필터 및 집진기용 필터등의 산업용 부직포의 내열성, 내구성, 내오염성 및 내약품성을 향상시킴과 동시에 자외선 차단 효과를 부여는 기능성 실리카 현탁액에 관한 것으로, 본 발명의 기능성 실리카 현탁액은 실록산 결합구조를 갖는 무정형의 실리카 초미립자와 실라놀기를 갖는 무정형의 실리카졸을 주성분으로 하고, 점도를 일정하게 유지하기 위한 계면활성제 및 자외선을 차단하기 위한 자외선안정제로 이루어진 실리카 현탁액에 관한 것으로 부직포와의 반응성을 향상시키기 위하여 아크릴 에멀젼을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리카 현탁액에 관한 것이다.
실리카, 실리카졸, 부직포, 내구성, 내열성, 아크릴에멀젼, 실리카 현탁액

Description

기능성 실리카 현탁액{FUNCTIONAL SILICA SUSPENSION}
도 1 - 실시예 1의 실리카 현탁액을 처리한 부직포 표면의 SEM 사진
도 2 - 실시예 1의 실리카 현탁액을 처리한 부직포 단면의 SEM 사진
본 발명은 섬유 및 직물, 특히 인조피혁을 제조하거나 에어컨 필터, 자동차에어크리너용 필터 및 집진기용 필터등의 산업용 부직포의 내열성, 내구성, 내오염성 및 내약품성을 향상시킴과 동시에 자외선 차단 효과를 부여하는 기능성 실리카 현탁액에 관한 것으로, 본 발명의 기능성 실리카 현탁액은 실록산 결합구조를 갖는 무정형의 실리카 초미립자와 실라놀기를 갖는 무정형의 실리카졸을 주성분으로 하고, 점도를 일정하게 유지하기 위한 계면활성제 및 자외선을 차단하기 위한 자외선안정제로 이루어진 실리카 현탁액에 관한 것으로 부직포와의 반응성을 향상시키기 위하여 아크릴 에멀젼을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리카 현탁액에 관한 것이다.
종래 섬유 및 직물 특히 인조피혁을 제조하거나 에어컨 필터, 자동차에어크 리너용 필터 및 집진기용 필터등의 산업용 부직포의 섬유의 공극(pore size)가 너무 커서 미세한 먼지에 대한 집진 효과가 떨어지고 내약품성, 내열성, 내구성 등이 부족하여 제품품질이 수입품에 비하여 좋지 않으며 사용기간도 짧아 원가상승의 원인이 되고 있는 실정이다.
따라서 부직포의 제품품질을 향상시키기 위하여 내구성, 내열성, 내마모성, 인장강도 등의 향상 및 내약품성을 가지는 부직포 처리제의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 부직포 섬유 표면의 공극의 크기를 조절하여 미세한 먼지에 대한 집진효과를 향상시킴과 동시에 자외선에 의해 변색되거나 표면이 손상되지 않도록 하여 내열성, 내구성, 내오염성 및 내약품성을 향상시키기 위하여 부직포의 표면에 코팅 사용되는 기능성 실리카 현탁액을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 부직포 섬유 표면의 공극의 크기를 조절하여 미세한 먼지에 대한 집진효과를 향상시킴과 동시에 자외선에 의해 변색되거나 표면이 손상되지 않도록 하여 내열성, 내구성, 내오염성 및 내약품성을 향상시키기 위하여 부직포의 표면에 코팅 사용되는 기능성 실리카 현탁액에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실록산 결합 구조를 갖는 무정형의 실리카 초미립자와 실라놀기를 갖는 무정형의 실리카졸을 주성분으로 하고, 점도를 일정하게 유지하기 위한 계면활성제 및 자외선을 차단하기 위한 자외선안정제로 이루어진 실리카 현탁액에 관한 것으로 부직포와의 반응성을 향상시키기 위하여 아크릴 에멀젼을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 실리카 현탁액에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 기능성 실리카 현탁액은
입자크기 10nm ~ 10㎛의 무정형 실리카 5 ~ 30 중량%;
콜로이드 입자의 크기가 5 ~ 20nm이고 고형분이 2 ~ 50중량%인 무정형의 실리카졸 30 ~ 50 중량%;
자외선안정제 0.1 ~ 0.5 중량%;
물 15 ~ 62.9 중량%; 및
계면활성제 2 ~ 15 중량%;로 이루어진다.
본 발명에 따른 기능성 실리카 현탁액은 무정형 실리카와 실리카졸을 주성분으로 하고, 상기 무정형 실리카는 실록산(Si-O-Si) 결합구조를 가지는 입자크기 10nm 내지 10㎛의 초미립자이며, 실리카졸은 실라놀기(Si-OH)를 가지는 pH 9.0 내지 10.5의 콜로이드 입자 크기 5 내지 20nm의 무정형의 실리카졸로, 각각 5 ~ 30 중량% 및 30 ~ 50 중량%로 함유되어 부직포 표면의 수소결합 성분을 증가시켜 친수 성 효과를 높여주는 역할을 한다. 상기 함량을 벗어나면 친수성 효과가 떨어지거나 전혀 나타나지 않게된다.
특히, 실리카졸은 물을 함유하고 있는 것으로 함수량이 5 중량% 이하가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 3 중량% 이하이다. 상기 실리카졸의 함수량이 5 중량%를 초과하면 상대적으로 물의 양이 많아지고, 조성물 중에 침전물이 생기기 쉽게 되는 문제점이 발생한다.
상기 자외선안정제로는 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딘)세바케이트 또는 2,2,6,6-테트라피페리딘 유도체를 0.1 ~ 0.5 중량%로 사용하며, 상기 범위를 벗어나면 첨가효과가 나타나지 않는다.
상기 물은 분산매로서의 역할을 하는 것으로 일반 수돗물, 증류수, 이온 교환수 등을 사용할 수 있으며, 15 ~ 62.9 중량%로 사용된다. 상기 범위 내로 사용하는 경우 조성물의 고형분의 함량을 조절함과 동시에 조성물의 분산 안정성 및 보존 안정성을 향상시킬 수 있으나, 62.9 중량%를 초과하면 조성물의 보존 안정성이 저하된다.
또한 상기 계면활성제는 실리카 현탁액의 점도를 안정하게 유지하면서 친수화를 유지시켜주는 효과를 위해 사용되어지며 2 ~ 15 중량%로 사용고, 음이온, 양이온 및 비이온성 계면활성제를 1 종 이상 사용할 수 있으며, 바람직하게는 소듐 라우릴에테르설페이트, 소듐 라우릴 설페이트, 암모늄 플루오르알킬 술폰 이미드, 폴리에틸렌 글리콜 모노[4-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)페닐]에케르, 도데실벤젠 술폰산, 도데실피리디늄클로라이드(DPC), CnF2n +1CH2CH2SO3 -NH4 +, CnF2n +1CH2CH2SO3H, (CnF2n+1CH2CH2O)xPO(ONH4 +)y(OCH2CH2OH)z, CnF2n +1CH2CH2OPO(OCH2CH2OH)(OH), CnF2n +1SO2N(C2H5)(CH2CH3), CnF2n+1CH2CH2OCH(OH)CH2CH2N(CnF2n+1)2, CnF2n +1CH2CH2OCH2(OCH2CH2)nCH2CH2N(CnF2n+1)2 (상기 식에서, n은 1 내지 20의 정수이고, x,y 및 z는 x+y+z= 3 을 만족하는 정수이다.) 및 하기 화학식 1의 폴리옥시에틸렌알킬페닐에테르로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용한다.
[화학식 1]
Figure 112006095459653-pat00001
상기 계면활성제로 소듐 라우릴에테르설페이트, 소듐 라우릴 설페이트, 폴리옥시에틸렌-(9)노닐페닐에테르 및 폴리옥시에틸렌-(20)노닐페닐에테르로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용하는 것이 가장 바람직하다.
본 발명에 따른 기능성 실리카 현탁액은 직물원단과의 반응성을 더욱 향상기 키기 위하여 기능성 실리카 현탁액 전체 조성물에 대하여 아크릴 에멀젼을 1 ~ 30 중량%로 더 포함할 수 있다. 또한 아크릴 에멀젼을 바인더로 사용하는 경우 실리카 현탁액에 침지처리된 부직포 원단이 건조/경화 과정을 거치더라도 처리된 부직포의 표면 상태가 긁힘이나 기계적인 충격 등의 물리적인 자극을 가해고 부직포 섬유와 실리카 현탁액의 결합강도가 강화되어 부직포 원단에서 실리카 현탁액이 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 상기 아크릴 에멀젼은 40 내지 50 중량%의 고형분 함량, 25℃에서 50 내지 300의 점도(CPS) 및 3 내지 10의 pH를 가지고 있다.
본 발명에 따른 기능성 실리카 현탁액을 각종 섬유 특히 부직포에 처리하여 내열성, 내구성, 내약품성을 향상시켜 섬유 특히 부직포의 고유 특성을 특별한 비용투자 없이 장기적으로 유지할 수 있다.
이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 당업계에서 통상적으로 주지된 변형이 수행될 수 있으며, 이러한 변형도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것임을 밝혀둔다.
[실시예 1] 기능성 실리카 현탁액의 제조
정제수 50.2g에 폴리옥시에틸렌-(9)노닐페닐에테르 2g, 폴리옥시에틸렌-(20)노닐페닐에테르 1g 및 소듐 라우릴에테르설페이트(SLES) 1.5g을 투입하여 교반하면서 승온하여 55℃를 유지하면서, 평균 입자 크기가 10nm인 실리카졸(LUDOX HS-40, 40 중량% SiO2, Grace Davidson) 35g 및 평균 입자크기 50nm의 실리카 분말 10g을 분산시킨 후 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딘)세바케이트 0.3g을 분산시키고, 상기 분산액을 30℃로 냉각하여 콜로이드 밀(Colloid Mill, APV, USA)을 이용하여 15분 동안 분산액을 균질화시켰다. 균질화가 완료되면 2시간동안 rpm 150의 속도로 정속교반하여 유백색의 실리카 현탁액을 제조하였다.
상기 제조된 기능성실리카현탁액 100 중량부에 대하여 정제수 900중량부를 혼합한 후 중량 596.5g/㎡의 폴리에스터/나일론 부직포 원단을 침지처리(pick up율 : 120%)하고 건조온도 150℃에서 15분 동안 건조(Dry) 및 경화(Curing)하여 처리한 결과를 하기 표 1에 나타내었으며, 부직포의 SEM 사진을 도 1에 나타내었다.
[실시예 2]
상기 실시예 1에서 제조된 실리카 현탁액 100g에 아크릴 에멀젼(고형분 함량 40중량%; Susan Polymer Sa-533) 3g을 더 첨가하여 기능성 실리카 현탁액을 제조하였다.
상기 제조된 기능성실리카현탁액 100 중량부에 대하여 정제수 900중량부를 혼합한 후 중량 596.5g/㎡의 폴리에스터/나일론 부직포 원단을 침지처리(pick up율 : 120%)하고 건조온도 150℃에서 15분 동안 건조(Dry) 및 경화(Curing)하여 처리한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
[비교예 1]
아크릴에멀젼(Acryl Emulsion, 고형분 함량 40중량%) 100 중량부에 정제수 900 중량부를 혼합한 후 모소가공된 폴리에스터/나일론 부직포(중량596.5g/㎡)원단을 침지처리(pick up율 : 120%)하고 건조온도 150℃에서 15분 동안 건조 및 경화하여 처리하였다. 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 부직포 원단에 처리하여 테스트한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
[표 1]
Figure 112006095459653-pat00002
본 발명에 따른 기능성 실리카 현탁액은 각종 섬유 특히 부직포에 처리시 내열성, 내구성, 내오염성 및 내약품성을 향상시킴과 동시에 자외선 차단 효과를 부여하여 섬유 특히 부직포 고유의 특성을 변화시키지 않고 특별한 비용투자 없이 장기적으로 유지할 수 있다.

Claims (7)

  1. 입자크기 10nm ~ 10㎛의 무정형 실리카 5 ~ 30 중량%;
    콜로이드 입자의 크기가 5 ~ 20nm이고 고형분이 2 ~ 50중량%인 무정형의 실리카졸 30 ~ 50 중량%;
    자외선안정제 0.1 ~ 0.5 중량%;
    물 15 ~ 62.9 중량%; 및
    계면활성제 2 ~ 15 중량%;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기능성 실리카 현탁액.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기능성 실리카 현탁액 전체 조성물에 대하여 아크릴 에멀젼을 1 ~ 30 중량%로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 실리카 현탁액.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 아크릴 에멀젼은 40 내지 50 중량%의 고형분 함량, 25℃에서 50 내지 300의 점도(CPS) 및 3 내지 10의 pH를 가지는 것을 특징으로 하는 기능성 실리카 현탁액.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 무정형의 실리카졸이 pH 9.0 내지 10.5의 알카리 실리카졸인 것을 특징으로 하는 기능성 실리카 현탁액.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 계면활성제는 소듐 라우릴에테르설페이트, 소듐 라우릴 설페이트, 암모늄 플루오르알킬 술폰 이미드, 폴리에틸렌 글리콜 모노[4-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)페닐]에케르, 도데실벤젠 술폰산, 도데실피리디늄클로라이드(DPC), CnF2n+1CH2CH2SO3 -NH4 +, CnF2n +1CH2CH2SO3H, (CnF2n +1CH2CH2O)xPO(ONH4 +)y(OCH2CH2OH)z, CnF2n+1CH2CH2OPO(OCH2CH2OH)(OH), CnF2n +1SO2N(C2H5)(CH2CH3), CnF2n+1CH2CH2OCH(OH)CH2CH2N(CnF2n+1)2, CnF2n +1CH2CH2OCH2(OCH2CH2)nCH2CH2N(CnF2n+1)2 (상기 식에서, n은 1 내지 20의 정수이고, x,y 및 z는 x+y+z= 3 을 만족하는 정수이다.) 및 하기 화학식 1의 폴리옥시에틸렌알킬페닐에테르로 이루어진 군에서 선택되는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 기능성 실리카 현탁액.
    [화학식 1]
    Figure 112006095459653-pat00003
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 계면활성제는 소듐 라우릴에테르설페이트, 소듐 라우릴 설페이트 및 하기 화학식 1의 폴리옥시에틸렌알킬페닐에테르로 이루어진 군에서 선택되는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 기능성 실리카 현탁액.
    [화학식 1]
    Figure 112006095459653-pat00004
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 자외선안정제는 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딘)세바케이트 또는 2,2,6,6-테트라피페리딘 유도체인 것을 특징으로 하는 기능성 실리카 현탁액.
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