KR100822641B1

KR100822641B1 - 방수성 및 투습성이 우수한 수성우레탄 섬유코팅방법

Info

Publication number: KR100822641B1
Application number: KR1020070118788A
Authority: KR
Inventors: 양기평
Original assignee: 양기평
Priority date: 2007-11-20
Filing date: 2007-11-20
Publication date: 2008-04-16
Also published as: US20100266774A1; WO2009066851A1; CN101835934B; CN101835934A

Abstract

본 발명은 방수성 및 투습성이 우수한 수성우레탄 섬유코팅방법에 관련되며, 이때 방수성 및 투습성이 우수한 수성우레탄 섬유코팅방법은 수분산 폴리우레탄 수지액, 증점제를 이용하여 제조된 수성 우레탄 코팅액을 전처리된 직물 원단에 도포하고, 열풍건조시킨 후, 경화시켜 제조되는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 본 발명은 코팅된 섬유제품은 매우 친환경적인 제품으로서 포르말린이 검출되지 않아 엄격한 선진국 규격기준을 만족하고 있으며, 그밖에 방수성,투습성, 내세탁성 등의 기능성이 우수한 효과가 있다.

수성우레탄, 섬유코팅, 수지액, 증점제, 열풍, 경화

Description

방수성 및 투습성이 우수한 수성우레탄 섬유코팅방법 {Textile coating method with water urethane emulsion}

본 발명은 수성우레탄 코팅방법에 의한 방수성 및 투습성이 우수한 섬유코팅방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 친환경적인 수분산 폴리우레탄 혼합물로 조성된 코팅제를 사용하여 섬유에 범용적용이 가능한 방수성, 투습성 및 세탁내구성이 우수한 수성우레탄 섬유코팅방법에 관한 것이다.

국내의 우레탄 산업은 1980년대까지 의류,신발,가방,완구,소파,침대 등의 생활용품 소재산업을 중심으로 발전하였고, 현재는 자동차,전자,토목,조선 등 중화학 공업소재 및 나아가 우주항공산업 , 의료용 재료로도 많은 응용이 이루어지고 있으며, 섬유산업에서도 폴리우레탄 코팅기술이 사용되어 인조피혁이라는 새로운 시장을 만들었다.

이러한 지속적 발전을 거듭하던 폴리우레탄 산업은 80년대 후반 이후, 발포제로 사용되는 CFC의 규제, 폐기물의 처리 및 재활용 등과 같은 환경문제의 발생으로 대체물에 대한 요구가 높아지고 있는데, 이에 대한 대안으로 친환경적인 수성 폴리우레탄에 대한 수요가 서서히 증가하고 있다.

이러한 추세에 힘입어 소수성인 폴리우레탄을 수성화시키는 연구들로서는, 폴리우레탄 골격 중에 친수성기를 도입하여 자기 유화성 수지를 만든 후 수중에서 분산시키는 방법 (일본특허공개 평4-328187, 일본특허공고 평5-43642호), 소수성 폴리우레탄을 다량의 유화제를 사용하여 분산시키는 방법(일본특허공고 소39-5989,일본특허공고 소45-10957) , 이소시아네이트기와 물 사이의 반응이 억제되며 수중분산 상태에서 높은 안정성을 보이는 고유화성 안정성 폴리이소시아네이트 조성물(한국특허공개 1999-7653), 방향족-지방족 이소시아네이트가 하이브리드된 수분산 폴리우레탄 제조방법(한국특허공개 2005-6939) 등이 다수 개시되어있다.

기존의 유성 폴리우레탄은 톨루엔,아세톤,메틸에틸케톤,시클론헥산 등과 같은 다량의 유기용제의 사용으로 환경문제의 심각성이 제기될 뿐 아니라 기본적으로 포르말린을 함유하고 있어, 국제적으로 유아용은 30ppm ,성인용은 70ppm의 허용치를 두고 있으나 선진국들은 친환경성 및 고기능을 요구하는 섬유제품에 있어 더욱 엄격한 기준을 요구하고 있는 실정이다.

따라서 친환경적 제품으로 인정되고 있는 수분산 폴리 우레탄에 대한 적용이 매우 절실한 실정이나, 아직까지 수성우레탄으로 코팅한 직물은 방수성, 투습성, 세탁내구성, 촉감성 및 작업성 등에 많은 문제점이 해결되지 않아 실제로 섬유분야에서는 활용되고 있지 못한 실정이다.

상기한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 친환경적인 수분산 폴리우레탄 혼합물로 조성된 코팅제를 사용하여 섬유에 범용적용이 가능한 방수성,투습성 및 세탁내구성이 우수한 수성우레탄 섬유 코팅방법을 제공하고자 한다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 특징은, 본 발명에 의한 수성 폴리우레탄을 이용한 섬유코팅방법은,

지방족 이소시아네이트를 사용한 30 ~ 50중량%의 폴리올, 트리에칠아민 0.4~ 1중량%를 쇄연장제로 사용하고, N-메칠디에탄올아민 2~3중량%의 이노머, 물 46~ 67.6중량%를 구성성분으로 하는 수분산 폴리우레탄 수지액을 조성하고,

알칼리계 공중합체 화합물 28~30중량%, 알칼리계 폴리옥시에틸렌 황산나트륨 1~2중량%,황산칼륨 0.05%~0.1중량%, 물 67.9~70.95중량%를 구성성분으로 하는 증점제를 제조하여,

상기 수분산 폴리우레탄 수지액에, 폴리우레탄 수지액 100 중량 대비 3~5%의 증점제 및 우레탄 수지액 100 중량 대비 30~80%의 물을 혼합하여 교반시켜, 점도가 5,000~10,000cps가 되는 코팅액을 조성한다.

상기 수성 우레탄 코팅액은 전처리된 직물 원단에 플로트나이프 또는 에어나이프로 20~100 g/yds 두께로 도포하고, 130~150℃로 40~90초간 열풍건조시킨 후, 130~170℃로 30~60초간 경화시키는 것을 특징으로 한다.

상기한 본 발명으로 코팅된 섬유제품은 매우 친환경적인 제품으로서 포르말린이 검출되지 않아 엄격한 선진국 규격기준을 만족하고 있으며, 그밖에 방수성,투 습성,내세탁성 등의 고기능성을 구비하고 있다.

또한 작업환경에서도 환경공해가 발생하지 않아 매우 쾌적한 조건에서, 코팅작업이 가능하며, 기름 대신 물을 사용하므로 고유가 시대에 원가절감에도 크게 기여할 수 있다.

특히 본 발명의 수성 우레탄 코팅제는 범용으로 어떤 원단에도 적용이 가능하며, 코팅 이후 섬유의 탄성이 향상되어 매우 부드러운 터치감 내지 우수한 표면 슬립(Slip)성이 입증되고 있다. 또한 작업시 끈적거리는 태키(Tacky)현상이 없고, 섬유제품을 봉제할 때도 초크마크와 바늘자국이 남지않아 ,우수한 작업성으로 작업효율이 크게 향상된다.

본 발명에 의한 수성 폴리우레탄을 이용한 섬유코팅방법은,

지방족 이소시아네이트를 사용한 30 ~ 50%의 폴리올, 트리에칠아민 0.4~ 1%를 쇄연장제로 사용하고, N-메칠디에탄올아민 2~3%의 이노머, 물 46~ 67.6%를 구성성분으로 하는 수분산 폴리우레탄 수지액을 조성하고,

알칼리계 공중합체 화합물 28~30%, 알칼리계 폴리옥시에틸렌 황산나트륨 1~2%,황산칼륨 0.05%~0.1%, 물 67.9~70.95%를 구성성분으로 하는 증점제를 제조하여,

상기 조성된 수분산 폴리우레탄 수지액에, 수지액 중량 대비 3~5%의 증점제 및 수지액 중량대비 30~80%의 물을 혼합하여 교반시켜, 점도가 5,000~10,000cps가 되는 코팅액을 조성한다.

상기 지방족 이소시아네이트는 고형분으로 직물의 볼륨감 내지 두께감을 결정하는데, 그 고형분의 농도가 30%이하가 되면 충분한 두께감을 확보할 수 없고, 50%를 크게 넘으면 분산이 어려워진다.

상기 N-메칠디에탄올아민은 이노머(ionomer)로서 고분자 분산액을 제조과정에서, 자기유화를 위한 친수성기로서 만이 아니라 쇄연장제로서 작용하는 물질이다. 미소 량으로 점도, 입자크기, 분산안정성에 영향을 주며 섬유직물에 부드러운 촉감과 유연성을 결정한다. 본 발명에서 2% 이하를 사용하면 촉감과 유연성은 좋아지나 분산성이 떨어지고. 또한 3%를 넘으면 분산성은 우수하나 입자크기가 작아져 점도가 낮아져 물성이 딱딱해지고 촉감과 유연성이 나빠진다.

상기 증점제는 본 발명에서 폴리우레탄 혼합물의 농도를 조절하는 기재로서, 수분산 폴리우레탄 수지 혼합액 대비 3% 이하가 첨가되면 점도가 낮아서 세탁내구성은 좋아지나 수지액이 직물조직 사이에 깊이 침투되어 촉감및 유연성이 떨어지고 , 5% 이상이 첨가되면 점도가 너무 높아서 유연성은 좋아지나 수지액이 직물사이에 침투가 덜 되어 세탁내구성이 떨어지는 현상이 발생한다.

이때 점도가 5,000cps보다 낮을 경우는 직물 조직 내로 코팅액이 너무 많이 침투되어 촉감이 딱딱해지고, 반대로 10,000cps보다 높을 경우는 직물 조직 내로 코팅액 침투가 어려워져 본 발명이 기대하는 기능성이 실현될 수 없다. 따라서,섬유의 특성 및 요구하는 기능성을 고려하여,예컨대 부드러운 촉감을 요구하는 직물의 경우는 점도가 낮지 않도록, 증점제 및 물로 적절히 조정하는 것이 필요하다.

본 발명의 코팅제는 다양한 섬유 기재에 적용될 수 있다. 구체적으로는 마, 견,면,마 등의 천연섬유, 나일론,폴리에스테르,폴리아크릴,폴리아미드,폴리염화비닐 등의 합성섬유 및 레이온, 아세테이트 등의 재생섬유 및 상기 섬유들의 교직물을 포함한다.

본 발명의 코팅제를 섬유에 도포하기 위해서는 당업계에 공지된 다양한 방법을 통해 실시될 수 있는데, 먼저 정련,염색,발수처리 등 전처리과정을 거친 직물 원단에 직물 원단에 플로트나이프 또는 에어나이프로 야드당 웨트(wet)상태의 도포량 20~100g/yard를 도포하고 130~150℃의 열풍건조기에 40~90초간 건조 시킨 후, 130~170℃로 30~60초간 경화시킨다.

상기 플로트나이프 또는 에어나이프의 두께는 0.3~2.0mm를 사용하여,20~100 g/yds 두께로 도포한 후 설비속도 40~50 yard/min로 130~150℃로 40~90초간 열풍건조시킨다. 이후 형태안정성을 확보하기 위해 설비속도 50~80 yard/min로 130~170℃로 30~60초간 텐타기에서 2차 건조를 하면 된다.

상기 공정을 거치면, 본 발명이 의도하는 방수성 및 투습성이 우수한 섬유코팅제품을 실시할 수 있으며, 1회 코팅만으로 방수도 검사는 통과할 수 있다. 코팅의 횟수는 원단의 특성 및 종류에 따라 다소 차이는 있을 수 있으며, 우의용과 같이 완벽한 방수성을 요구하는 경우 2~4회의 코팅을 반복적으로 실시하면 된다.

이하 실시 예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 이들 실시 예는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시 예에 의해 제한되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

하기 실시 예에서 여러 성능 내지 특성들은 출원인 자체 검사 및 한국원사직물시험연구원의 시험을 의뢰한 결과 하기와 같이 측정되었다.

(1) 방수도

직물 원단에 특성에 따라 다소 차이가 날 수 있으나, 1회 코팅시 AATCC35항 기준 빗물시험법(Rain Test)에서 2 피트 높이에서 2분간 빗물을 분사했을 때 원단 이면에 부착된 흡습지 중량이 1g이 넘지않아 이를 통과하였다. 2~4회 정도로 코팅회수와 도포량을 조절하여 시험한 결과, 회수와 도포량이 증가할수록 방수도는 더욱 높게 나타났다.

이러한 결과치는 유성 우레탄수지를 사용할 때보다 높은 방수도를 보인 것으로서, 그 이유는 유성제품은 용제로 MEK,DMF, 톨루엔 등을 사용하므로 휘발점이 물보다도 낮기 때문에 건조 속도는 빠르지만, 이로 인해 표면평활성이 낮아져 방수성이 나빠지게 된다. 반면 본 발명에 의한 수분산 폴리우레탄 코팅액은 건조 속도는 다소 느리지만, 그 반면 직물 코팅층에 피막형성이 잘 되어 유성에 비해 방수성이 높게 나타난다.

(2) 투습도

투습도는 직물에서 매우 중요한 기능성으로, 투습도가 낮으면 사람들이 활동시 인체에서 발생하는 땀이 제대로 배출되지 않아 답답하고 불쾌감을 느끼게 되며, 투습성이 높은 직물은 땀 배출량이 많아도 항상 쾌적성을 유지할 수 있다. 투습도에 대한 테스트는 ASTM E96-90 WATER MOTHOD, INVERTED CUP TYPE으로 온도 31~33 ℃,습도 49~51% 조건에서 시행되었다.

본 발명에 의한 코팅제품은 투습도가 3,000~7,000 g/㎡/24h 정도가 기본적으로 유지되어, 일반 의류용 코팅시 별도의 투습 코팅을 할 필요가 없다.

기존의 유성 우레탄수지의 경우는 코팅의 종류에 따라 전혀 투습도가 없는 경우로부터, 투습도가 높은 경우까지 그 편차가 심하여 , 요구되는 투습도에 따라 수지의 종류를 달리하거나 코팅방법도 달리해야하지만, 본 발명에 의한 코팅방법으로는 상기한 3,000~7,000 g/㎡/24h 정도의 투습도가 기본적으로 확보된다.

이러한 투습도가 확보 가능한 것은, 친수성기를 가지고 있는 것과 , 물이 건조되기 전 자리잡고 있던 아주 미세한 입자들이 건조되고 나면 물이 자리잡고 있었던 그 자리에 미세한 공방(기공)이 형성되어 그 공방들 사이로 땀이 배출되기 때문이다.

(3) 세탁내구성

세탁견뢰도 시험은 KSK0430(40℃)에서 실시, 직물의 염색이 세탁에 의해 탈색 및 변색되지 않는 것을 확인한 것이다. 또한 물세탁에 관한 AATCC 61항 및 드리이크리닝 AATCC132항에 규정된 테스트 조건을 만족하고 있다.

기존의 유성 우레탄 코팅은 코팅의 종류에 따라 세탁방법을 물세탁, 드라이클리닝으로 구분하고 온도조건 등( 물 내지 건조온도 등)을 구분하여야 했으나, 본 발명에 의한 섬유코팅제품은 물세탁과 드라이클리닝이 동시에 가능하며, 특히 드라이클리닝에 적합한 것으로 나타났다.

(3) 친환경성

포름알데히드에 대한 기준에 있어 JIS L 1041.5.3.1.B, 2.4 펜탄디온법 mg/kg을 측정한 결과, 거의 포름아미드 함유가 없는 것으로 나타났다.

실시 예 1: 본 발명의 코팅제 및 섬유제조(I)

나일론,폴리에스텔 중 얇은 원단류를 선택하여, 먼저 정련,염색,발수처리 등 전처리과정을 한다.

지방족 이소시아네이트를 사용한 30 %의 폴리올, 트리에칠아민 0.5%를 쇄연장제로 사용하고, N-메칠디에탄올아민 2%의 이노머, 물 67.5%를 구성성분으로 하는 수분산 폴리우레탄수지 혼합액을 조성하고, 알칼리계 공중합체 화합물 30%, 알칼리계 폴리옥시에틸렌 황산나트륨 1.5%,황산칼륨 0.07%, 물 68.43%를 구성성분으로 하는 증점제를 제조하여, 상기 수분산 폴리우레탄 수지 혼합액에 그 중량 대비 4.5%의 증점제 및 그 중량대비 50%의 물을 혼합하여 교반시켜, 점도가 7,000cps가 되는 코팅액을 조성한다.

직물 원단에 직물 원단에 플로트나이프 또는 에어나이프로 야드당 웨트(wet)상태의 도포량 20~50g/yard를 도포하고 130~150℃의 열풍건조기에 40~90초간 건조 시킨 후, 130~170℃로 30~60초간 경화시켰다.

상기 1차 코팅과정을 거친 섬유의 기능성을 확인하기 위해, 한국원사직물시험연구원의 실험을 의뢰한 결과 방수도는 500~1,000 mm , 투습도는 4,000~7,000g/㎡/24h로서 세탁내구성이 우수하고, 특히 드라이클리닝 적합성이 뛰어난 것으로 나 타났다.

실시 예 2: 본 발명의 코팅제 및 섬유제조(II)

나일론,폴리에스텔 중에 두꺼운 원단류를 선택하여, 먼저 정련,염색,발수처리 등 전처리과정을 한다.

지방족 이소시아네이트를 사용한 30 %의 폴리올, 트리에칠아민 0.5%를 쇄연장제로 사용하고, N-메칠디에탄올아민 2%의 이노머, 물 67.5%를 구성성분으로 하는 수분산 폴리우레탄수지 혼합액을 조성하고, 알칼리계 공중합체 화합물 30%, 알칼리계 폴리옥시에틸렌 황산나트륨 1.5%,황산칼륨 0.07%, 물 68.43%를 구성성분으로 하는 증점제를 제조하여, 상기 수분산 폴리우레탄 수지 혼합액에 그 중량 대비 3%의 증점제 및 그 중량대비 50%의 물을 혼합하여 교반시켜, 점도가 6,000cps가 되는 코팅액을 조성한다.

상기 1차 코팅과정을 거친 섬유의 기능성을 확인하기 위해, 한국원사직물시험연구원의 실험을 의뢰한 결과 방수도는 400~1,000 mm , 투습도는 4,000~8,000g/㎡/24h로서 세탁내구성이 우수하고, 특히 드라이클리닝 적합성이 뛰어난 것으로 나타났다.

실시 예 3: 본 발명의 코팅제 및 섬유제조(III)

나일론/면, 폴리에스테르/면, 폴리에스테르극세사 등의 교직물류를 선택하 여, 먼저 정련,염색,발수처리 등 전처리과정을 한다.

지방족 이소시아네이트를 사용한 30 %의 폴리올, 트리에칠아민 0.5%를 쇄연장제로 사용하고, N-메칠디에탄올아미 2%의 이노머, 물 67.5%를 구성성분으로 하는 수분산 폴리우레탄수지 혼합액을 조성하고, 알칼리계 공중합체 화합물 30%, 알칼리계 폴리옥시에틸렌 황산나트륨 1.5%,황산칼륨 0.07%, 물 68.43%를 구성성분으로 하는 증점제를 제조하여, 상기 수분산 폴리우레탄 수지 혼합액에 우레탄 수지혼합액 100 중량 대비 5%의 증점제 및 우레탄수지혼합액 100 중량대비 80%의 물을 혼합하여 교반시켜, 점도가 5,000cps가 되는 코팅액을 조성한다.

상기 1차 코팅과정을 거친 섬유의 기능성을 확인하기 위해, 한국원사직물시험연구원의 실험을 의뢰한 결과 방수도는 400~1,000 mm , 투습도는 4,000~7,000g/㎡/24h로서 세탁내구성이 우수하고, 특히 드라이클리닝 적합성이 뛰어난 것으로 나타났다.

실시 예 4. 본 발명에 의한 코팅을 2회 실시)

상기 실시 예 1과 동일한 조건에서 베이스 코팅을 1회 실시하고, 실시예 3과 동일한 조건으로 탑 코팅(TOP COATIONG)을 1회 실시하였다.

상기 2차 코팅과정을 거친 섬유의 기능성을 확인하기 위해, 한국원사직물시험연구원의 실험을 의뢰한 결과 방수도는 600~5,000mm H2O, 투습도는 2,000~5,000g/㎡/24h로서 세탁내구성이 우수하고, 특히 드라이클리닝 적합성이 뛰어난 것으로 나타났다.

상기 다양한 직물의 실시 예에서 세탁내구성 및 접착성을 많이 요구하는 직물의 경우에는, 수분산 폴리우레탄 수지 혼합액 100 중량 대비 1~3% 의 지방족 에폭시 가교제를 첨가한다. 지방족 에폭시 가교제는 포르말린이 검출되지 않으면서도, 직물의 박리강도를 매우 향상시킨다. 가교제를 3% 이상 과도하게 사용하면 박리강도는 향상되나, 촉감이 딱딱해지고 유연성이 떨어지게 되고, 1%이하로는 박리강도를 충분히 획득하기 어렵다.

또한, 통상 수지를 배합하면 발생하는 기포를 자연 탈포 및 기계적으로 탈포해야만 건조과정에서 균일하고 평활한 도막 표면을 얻을 수 있으므로 매우 중요하다. 그러나 소포제의 작용기구는 복잡하여 해명하기 어렵고 다양한 소포제 가운데, 적합한 소포제를 선택하는 것은 용이하지 않다. 본 발명에서는 현장작업의 생산성 및 작업성을 감안하여 수성실리콘 소포제를 수분산 폴리우레탄 수지 혼합액 100 중량 대비 0.5~1.0% 첨가하여, 번거로운 탈포공정을 없애도록 한다. 다만 소포제를 다량 사용하면 소포효과는 뛰어나지만, 박리강도를 떨어뜨릴 수 있으므로 유의해야 한다.

Claims

지방족 이소시아네이트를 사용한 30 ~ 50중량%의 폴리올, 트리에칠아민 0.4~ 1중량%를 쇄연장제로 사용하고, N-메칠디에탄올아민 2~3중량%의 이노머, 물 46~ 67.6중량%를 혼합하여 수분산 폴리우레탄 수지액을 조성하고,

알칼리계 공중합체 화합물 28~30중량%, 알칼리계 폴리옥시에틸렌 황산나트륨 중량1~2%, 황산칼륨 0.05%~0.1중량%, 물 67.9~70.95중량%를 혼합하여 증점제를 제조하여,

상기 증점제는 수분산 폴리우레탄 수지액 100중량 대비 3~5%, 물은 수분산 폴리우레탄 수지액 100 중량 대비 30~80% 첨가하여 교반시켜 수성 우레탄 코팅액을 조성하여,

상기 수성 우레탄 코팅액은 전처리된 직물 원단에 플로트나이프 또는 에어나이프로 20~100 g/yds 두께로 도포하고, 130~150℃로 40~90초간 열풍건조시킨 후, 130~170℃로 30~60초간 경화시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방수성 및 투습성이 우수한 수성우레탄 섬유코팅방법.
제1항에 있어서, 수성 우레탄 코팅액의 점도가 5,000~10,000cps가 되는 것을 특징으로 하는 방수성 및 투습성이 우수한 수성우레탄 섬유코팅방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 에폭시계 가교제를 수성 우레탄 코팅액 중량100 대비 1~3% 첨가하는 것을 특징으로 하는 방수성 및 투습성이 우수한 수성우레 탄 섬유코팅방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 수성 실리콘 소포제를 수성 우레탄 코팅액 중량100 대비 0.5~1% 첨가하는 것을 특징으로 하는 방수성 및 투습성이 우수한 수성우레탄 섬유코팅방법.