KR100881088B1 - 다기능성 폴리우레탄 방염 필름 - Google Patents

다기능성 폴리우레탄 방염 필름 Download PDF

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Abstract

본 발명은 직물이나 편물, 부직포, 시트 등 각종 기재에 라미네이팅하여 차광, 차음, 방염 및 단열성 등 다양한 기능성을 발휘하게 하는 다기능성의 폴리우레탄 방염 필름을 제공한다.
본 발명에 따른 다기능성 폴리우레탄 방염 필름은, 필름의 앞뒤 양면이 치밀하고, 양면에 직경 0.1㎛ 이상의 미세공을 갖지 않으며, 동 필름의 단면에 있어서도 직경 0.1㎛ 이상의 미세공이 없고 두께 방향으로 균일한 모노리스 멤브레인으로 이루어진 단열층과; 상기 단열층의 상부에 기능성 미립자를 함유하는 폴리우레탄수지 조성물을 코팅하고 건조하여 형성된 차광층; 및 상기 차광층의 상부에 발포제를 함유한 발포성 폴리우레탄 수지조성물을 캐스트하고, 예비 건조 및 가열 발포함으로써 이루어진 발포 폴리우레탄수지로 된 차음층이 적층되어 이루어진다.
방염, 커튼, 필름, 단열, 차광, 차음, 폴리우레탄

Description

다기능성 폴리우레탄 방염 필름{Multi-functional flame-retardant polyurethane film}
도 1은 본 발명에 따른 다기능성 방염 포지의 단면구조 모식도.
***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명***
1. 다기능성 방염 포지
10. 포지층
20. 접착제
30. 다기능성 폴리우레탄 방염 필름 31. 차음층
32. 차광층 33. 단열층
본 발명은 폴리우레탄 방염 필름에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 직물이나 편물, 부직포, 시트 등 각종 기재에 라미네이팅하여 차광, 차음 및 단열성 등 다양한 기능성을 발휘하게 하는 다기능성의 폴리우레탄 방염 필름에 관한 것이다.
차량이나 건축물의 내장 및 인테리어에 사용되는 각종 포지나 시트지 등은 소방법의 규제에 의한 방염이나 난연기능이 요구될 뿐만 아니라, 사용 용도에 따라 흡음이나 차음, 단열, 차광 등의 다양한 기능성을 요구한다.
이러한 기능성을 부여하기 위해서는, 직포나 부직포, 시트 등의 기재를 제조할 때, 원재료에 이러한 기능성을 부여할 수 있는 물질을 첨가하거나, 코팅에 의해 기능성을 부여하는 후가공처리를 함으로써 기능성을 부여하는 방법을 채택하여 왔다.
그런데, 이러한 방식들은 모두 한 가지 기능성을 부여하기 위해 한 가지 공정을 거치기 때문에, 다양한 기능성을 부여하기 위해서는 여러 단계의 공정을 거쳐야 하는 만큼 공정이 복잡해지고 비용이 증가하며, 기재의 촉감이나 부피 등이 비대해져 상품성이 떨어지는 문제를 표출하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점에서 착안하여 이루어진 것으로서, 직물지 등의 다양한 형태의 기재에 1회 라미네이팅 공정에 의해 방염성 뿐만 아니라, 기타 다양한 기능성을 부여할 수 있는 다기능성의 모노리스 폴리우레탄 방염 필름을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다기능성 폴리우레탄 방염 필름은,
폴리우레탄 수지를 유기용제, 상기 유기용제보다 비점이 높고 저표면장력을 가지는 희석제 및 상기 희석제보다 비점이 높고 표면장력이 큰 용해제의 혼합액에 용해시킨 형태의 방염제를 함유한 폴리우레탄 수지 혼합용액을 상기 폴리우레탄 수지혼합용액보다 표면장력이 크고 용해제보다 표면장력이 작은 기재에 캐스트하여, 유기용제, 희석제, 그리고 용해제를 순차적으로 증발시키는 방법으로 건조, 응고시킴으로써 얻어지며, 필름의 앞뒤 양면은 치밀하여 직경 0.1㎛ 이상의 미세공을 갖지 않으며, 동 필름의 단면에 있어서도 직경 0.1㎛ 이상의 미세공이 없고, 두께 방향으로 균일한 모노리스 멤브레인으로 이루어진 단열층과;
상기 단열층의 상부에 카본블랙, 활성탄, 산화철, 산화티탄, 칼리 온, 탄산칼슘, 수산화알루미늄, 실리카, 활석, 광촉매, 탄소나노튜브 중에서 선택되는 한 종류 이상의 기능성 미립자와 방염제를 함유하는 폴리우레탄수지 조성물을 코팅하고 건조하여 형성된 차광층; 및
상기 차광층의 상부에 발포제 및 방염제를 함유한 발포성 폴리우레탄 수지조성물을 캐스트하고, 예비 건조 및 가열 발포함으로써 이루어진 발포 폴리우레탄수지로 된 차음층이 적층되어 단열층의 상부에 차광층과 차음층이 순차로 적층된 형태인 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 다기능성 폴리우레탄 방염 필름을 이용한 다기능성 방염 포지의 단면구조 모식도로서, 도 1을 참조하여 상기 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명한다.
도시된 다기능성 방염 포지(1)는 방염 처리가 이루어진 포지층(10)의 이면에 상술한 본 발명에 따른 다기능성 폴리우레탄 방염 필름(30)을 차음층(31)이 포지측 을 향하도록 라미네이팅하여 이루어진다.
상기 본 발명에 따른 다기능성 폴리우레탄 방염 필름(30)은, 위에서부터 차음층(31), 차광층(32) 및 단열층(33)이 순차 적층된 형태로 되어 있다.
구체적으로는, 상기 단열층(33)은 필름의 앞뒤 양면이 치밀하고, 양면에 직경 0.1㎛ 이상의 미세공을 갖지 않으며, 동 필름의 단면에 있어서도 직경 0.1㎛ 이상의 미세공이 없고, 두께 방향으로 균일한 모노리스 멤브레인으로 이루어진 폴리우레탄 필름층으로 구성된다.
이러한 폴리우레탄 모노리스 멤브레인을 형성하는 방법은, 폴리우레탄 수지를 저비점과 저표면장력을 가지는 유기용제, 상기 유기용제보다 비점이 높고 저표면장력을 가지는 희석제 및 상기 희석제보다 비점이 높고 표면장력이 큰 용해제의 혼합액에 용해시켜 얻어지는 폴리우레탄 수지 혼합용액을 상기 폴리우레탄 수지혼합용액보다 표면장력이 크고 용해제보다 표면장력이 작은 기재, 예컨대 폴리프로필렌이 코팅된 이형지에 캐스팅하여, 유기용제, 희석제, 그리고 용해제를 순차적으로 증발시키는 방법으로 건조, 응고시키는 과정을 포함하여 이루어진다.
여기서 상기 유기용제로는 메틸에틸케톤, 아세톤 등의 케톤계 유기용제, 테트라하이드로퓨란과 같은 에테르계 유기용제 및 석유 에테르를 사용하며, 희석제로는 톨루엔, 자일렌, 벤젠 등의 방향족계 희석제를, 그리고 용해제로는 디메틸포를아미드, 디메틸아세트아미드, 메틸피롤리돈 등의 아미드계 용해제를 사용할 수 있는데, 이들 각 유기용제, 희석제 및 용해제는 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
이들을 포함한 폴리우레탄 수지 혼합용액의 조성비는 폴리우레탄 수지 20~50중량%, 유기용제 15~30중량%, 희석제 20~40중량% 및 용해제 15~30중량%를 포함하는 것이 바람직하며, 폴리우레탄 수지 조성물의 점도는 1,000~20,000cps 정도의 범위에서 이루어지도록 한다. 이들 혼합용액에는 폴리우레탄 수지 100중량부에 대해 할로겐계, 안티몬계 등의 방염제 성분을 총 10~30중량부의 더 첨가하여 방염기능을 갖도록 할 수 있다.
이렇게 형성된 모노리스 필름은 필름 전체 두께에 걸쳐 직경 0.1㎛ 이하의 미세한 기공이 균일하게 형성되어 있어, 투습방수기능을 갖지만, 미세한 기공들에 의해 우수한 단열성능을 발휘하게 된다. 이러한 모노리스 필름으로 된 단열층을 형성하는 방법에 관한 기타 상세한 내용은 특허 제568574호에 기재된 내용을 참조할 수 있을 것이다.
한편, 상기 차광층(32)은 상기 단열층(31)의 상부에 카본블랙, 활성탄, 산화철, 산화티탄, 칼리 온, 탄산칼슘, 수산화알루미늄, 실리카, 활석, 광촉매, 탄소나노튜브 중에서 선택되는 한 종류 이상의 기능성 미립자를 함유하는 폴리우레탄수지 조성물을 코팅하고 건조하여 형성된다.
이때 폴리우레탄 수지 조성물의 점도는 1,000~20,000cps 정도의 범위에서 이루어지도록 한다.
상기 차광층(32)의 상부에는 다시 발포제를 함유한 발포성 폴리우레탄 수지조성물을 캐스트하고, 예비 건조 및 가열 발포함으로써 발포 폴리우레탄수지로 된 차음층(31)을 형성한다. 이때,발포성 폴리우레탄 수지조성물의 점도는 상기 차광층 을 형성할 때보다는 좀 더 높은 것이 바람직하다.
이상과 같은 방법으로 형성되는 단열성과 차광성 및 차음성을 갖는 다기능성 폴리우레탄 필름(30)은 원하는 기능성의 정도에 따라 전체 두께를 20~70㎛ 정도가 되게 하되, 차음층을 형성할 때에는 다른 두 층에 비해 1.5~2배 두께로 캐스팅하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 차광층 및 차음층을 형성할 때에도, 각각의 층을 형성하는 폴리우레탄 수지조성물에는 인계, 안티몬계, 할로겐계 등 공지의 방염제 성분을 첨가하여 전체적으로 방염성을 갖는 다기능성 폴리우레탄 필름을 얻는다.
한편, 상기와 같이 다기능성의 폴리우레탄 필름(30)이 준비되면, 이를 이용하여, 통상의 라미네이팅 작업에서와 마찬가지로 포지층(10)의 이면에 접착제를 도포하고, 상기 차음층(31)이 포지층(10)의 이면과 대향하도록 맞붙여 건조, 열처리함으로써, 포지층(10)의 이면에 접착제층(20)을 개재하여 차음층(31), 차광층(32) 및 단열층(33)이 순차로 적층된 형태의 다기능성 폴리우레탄 필름(30)이 라미네이팅된 다기능성 방염 포지(1)를 얻을 수 있다. 이때, 상기와 같이 포지층, 차음층, 차광층, 단열층의 순으로 적층이 이루어지지 않으면, 차음성 등 충분한 기능성이 발현되지 않고, 완성된 다기능성 포지의 외관도 불량해지므로 이 순서대로 적층되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 포지층(10)은, 주로 섬유로 된 직물, 편물, 부직포 등이 사용되지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고, 완전한 방염효과를 얻기 위해서는 기재인 포지층 자체에도 방염처리 가 요구되는데, 이러한 방염처리는 직물, 편물 또는 부직포 상태에서 방염제를 포함한 수지액을 함침 내지 코팅하는 등의 공지의 방염처리방법에 의해 이루어질 수도 있고, 원사 내지 원료 상태에서 이미 방염제를 첨가하여 방염처리가 이루어진 것을 사용할 수도 있다. 후처리에 의할 경우, 시클릭포스페이트 난연제로서 인함량이 높고 부식되지 않으며, 탁월한 수용성을 갖는 인산에스테르계 화합물을 사용하여 내구성이 우수한 방염효과를 갖는 포지를 얻을 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 상세하게 설명한다.
[ 실시예 ]
실시예 1: 다기능성 폴리우레탄 방염 필름의 제조
A: 단열성 모노리스 폴리우레탄 필름층의 형성
폴리우레탄 수지(Cytec ucecoat사 제품) 100중량부와 디아민계 가교제 1.0중량부를 메틸에틸케톤(이하, MEK) 27.85중량부, 톨루엔 100중량부 및 디메틸하이드로퓨란(DMF) 8중량부의 혼합용매에 용해시킨 용액에 토너(일삼 제품) 20중량부, 데카브로모디페닐옥사이드(바이텍켐스 제품) 12.84중량부와 안티모니트리옥사이드(일양화학 제품) 9.45중량부를 혼합하여, 점도 3,000cps의 폴리우레탄 수지 혼합용액을 제조하였다.
상기 혼합용액을 여과한 후, 폴리프로필렌 필름 이형지 위에 닥터 나이프 코터를 사용하여 두께 15㎛으로 캐스트하였다.
다음으로, 상기 캐스트된 수지 혼합용액을 먼저 90℃에서 10초간 건조하고, 120℃의 온도에서 30초간 건조하여 단열성의 모노리스 폴리우레탄 필름층을 형성하였다.
B: 차광성 폴리우레탄 필름층의 형성
상기 A단계에서 얻은 모노리스 폴리우레탄 필름층 위에 하기와 같은 방법으로 차광성 필름층을 형성하였다.
먼저 상기 A단계에서와 동일한 폴리우레탄 수지 100중량부를 DMF 8중량부와 MEK 27.85중량부와 카본블랙 10중량부, 실버-알루미늄분(ALPASTE) 8중량부 및 데카브로보디페닐옥사이드(바이텍켐스) 12.84중량부 및 안티모니트리옥사이드(일양화학) 9.45중량부를 혼합하여 점도 3,000cps의 폴리우레탄 수지 혼합용액을 제조하였다.
상기 혼합용액을 A단계에서 얻은 모노리스 폴리우레탄 필름층 위에 콤마 나이프 코터를 사용하여 두께 15㎛으로 캐스트하고, 90℃에서 10초간 건조시키고 120℃에서 30초간 건조시켜서 차광성 폴리우레탄 (방염) 필름층을 형성하였다.
C: 차음성 폴리우레탄 필름층의 형성
폴리우레탄 수지(Cytec sv353) 100중량부와 발포성 폴리우레탄수지(Cytec it-131) 8중량부, DMF 10중량부, MEK 20중량부, 데카브로모디페닐옥사이드(바이텍켐스) 12.84중량부, 안티모니트리옥사이드(일양화학) 9.45중량부, BK-400(발포제, Cytec) 4중량부, Cell regulator(발포 보조제, Cytec)를 혼합하여 얻은 점도 6,000cps의 폴리우레탄수지 혼합용액을 상기 B단계에서 얻은 차광성 폴리우레탄 필름층의 상부에 콤마 나이프 코터를 사용하여 25㎛ 두께로 캐스트하였다.
다음으로, 150℃에서 10초간 건조한 후, 다시 160℃의 온도에서 30초간 가열하여 발포시킴으로써, 차음성을 갖는 폴리우레탄 폴리우레탄 (방염) 필름층을 형성하였다. 이로써, 단열, 차광, 차음 및 방염성을 겸비한 다기능성의 폴리우레탄 적층필름의 제조가 완료되었다.
실시예 2: 다기능성 방염 커튼지의 제조
A: 폴리에스테르 커튼지의 방염처리
커튼지용 폴리에스테르 포지를 인함량(Phosphorus) 20.5중량%, pH(10% 용액) 2.0, 산가 2.0 mg KOH/g, 굴절율 1.474인 복합 인산염을 고형분 기준으로 12% w/w(물과의 혼합비가 20%)로 물에 희석하여 맹글에서 픽업(pick up)율 80%로 함침처리 및 스퀴징한 후, 텐터에서 120℃에서 1분간 예비 건조하고, 190℃의 온도에서 1분간 열처리하여 고착시켰다.
B: 다기능성 폴리우레탄 방염 필름의 라미네이팅
상기 A단계에서 방염처리한 커튼지의 이면에 접착제를 도포하고 실시예 1에서 제조한 다기능성 폴리우레탄 방염 필름을 부착하여 전체적으로 방염성을 갖는 다기능성 커튼지를 제조하였다.
시험
상기 실시예 2에서 얻은 다기능성 커튼지와 미처리 폴리에스테르 커튼지(비교예)를 사용하여, 단열성, 차광성, 차음성을 평가하는 시험을 각각 실시하여 아래와 같은 결과를 얻었다.
시험 1: 단열성 시험
단열성 시험은 적외 램프 60℃법에 의해 이루어졌으며, 시험결과를 하기 표 1에 나타내었다. 시험 결과, 본 발명에 따른 다기능성 폴리우레탄 필름을 라미네이팅하지 않은 비교예의 포지에 비해 실시예 2에서 얻은 다기능성 커튼지의 단열성이 현저히 높음을 확인할 수 있다.
측정시간 (분) 상승온도(℃)
공시험 비교예 실시예 2
블랙패널 시험조대 블랙패널 시험조대 블랙패널 시험조대
0 0.0 0.0 0.5 0.5 0.5 0.0
5 18.1 80.0 15.5 7.2 10.9 4.4
10 28.6 14.3 22.0 12.1 16.9 8.5
15 33.3 17.7 25.8 14.7 20.2 10.9
20 35.7 19.7 27.7 16.2 22.0 12.2
25 37.5 21.0 28.7 17.1 23.1 13.2
30 38.6 21.9 29.5 17.7 23.8 13.7
35 39.1 22.2 30.0 18.1 24.2 14.0
40 39.5 22.5 30.2 18.2 24.5 14.2
45 39.7 22.5 30.3 18.3 24.7 14.4
50 39.8 22.5 30.4 18.3 24.9 14.6
55 39.9 22.5 30.5 18.5 25.0 14.6
60 39.9 22.5 30.5 18.5 25.1 14.8
단열효과(℃) 9.4 4.0 14.8 7.7
단열효과(%) 23.6 17.8 37.1 34.2
중량(g/㎡) 103 161
시험 2: 차음성 시험
차음성 시험은 무향실법에 의해 이루어졌으며, 시험결과를 하기 표 2에 나타내었다. 시험 결과, 본 발명에 따른 다기능성 폴리우레탄 방염 필름을 라미네이팅하지 않은 비교예의 포지에 비해 실시예 2에서 얻은 다기능성 커튼지의 차음효과가 3~4배로 현저히 높음을 확인할 수 있다.
주파수(Hz) 투과손실(dB)
실시예 2 비교예
100 -2.39 -1.28
125 -0.04 -1.17
160 3.18 1.04
200 2.07 0.61
250 2.53 0.59
315 3.28 2.02
400 4.48 2.43
500 5.4 3.1
630 6.42 3.57
800 8.15 4.35
1000 9.16 4.5
1250 10.11 4.23
1600 11.35 4.13
2000 12.24 4.01
2500 13.86 3.85
3150 15.49 4.6
4000 17.44 5.31
5000 21 6.26
5300 23.08 7.26
8000 26.54 8.54
시험 3: 차광성 시험
차광성 시험은 실시예 2에서 제조한 다기능성 커튼지를 사용하여 자외선 차폐율과 차광율 시험을 실시하여, 그 결과를 아래에 각각 나타내었다. 시험결과로부터 본 발명에 따른 다기능성 커튼지는 가시광선과 자외선 영역에서 모두 우수한 차광효과를 나타내며, 특히 가시영역에서는 완벽에 가까운 차광효과를 갖는 것으로 나타났다.
시험 3-1: 자외선 차폐율 시험
시마츠 제작소의 자외선가시분광광도계 UV-2400PC에 적분구 부속장치 ISR-2200을 부착하여 280~400㎚ 파장 범위에서 자외선 차폐율을 측정한 결과, 자외선 차폐율이 91.3%로 나타났다.
시험 3-2: 차광율 시험
마찬가지로 시마츠 제작소의 자외선가시분광광도계 UV-2400PC를 이용하여 가시광 영역에서 차광율을 시험한 결과, 100%의 차광율이 얻어졌다.
본 발명에 따른 다기능성 폴리우레탄 방염 필름은 직물, 편물, 부직포 등의 포지나 시트 등의 기재에 라미네이팅함으로써 한 번의 가공공정에 의해 기재에 다양한 기능성을 부여할 수 있어 바람직하다.
한편, 상기 본 발명에 따른 다기능성 폴리우레탄 필름을 각종 기재에 라미네이팅하여 얻어지는 다기능성 방염 포지는 차광성과 단열성, 차음성뿐만 아니라 방염성을 가짐으로써, 인테리어 소재, 기타 벽재나 지붕하지재, 방수재 등의 건축자재 또는 에어필터나 여과재 등의 산업 자재, 특수 안전복 등의 용도로도 적절히 이용할 수 있는 뛰어나 효용성을 갖는다.

Claims (1)

  1. 폴리우레탄 수지를 유기용제, 상기 유기용제보다 비점이 높고 저표면장력을 가지는 희석제 및 상기 희석제보다 비점이 높고 표면장력이 큰 용해제의 혼합액에 용해시킨 형태의 방염제를 함유한 폴리우레탄 수지 혼합용액을 상기 폴리우레탄 수지혼합용액보다 표면장력이 크고 용해제보다 표면장력이 작은 기재에 캐스트하여, 유기용제, 희석제, 그리고 용해제를 순차적으로 증발시키는 방법으로 건조, 응고시킴으로써 얻어지며, 필름의 앞뒤 양면은 치밀하여 직경 0.1㎛ 이상의 미세공을 갖지 않으며, 동 필름의 단면에 있어서도 직경 0.1㎛ 이상의 미세공이 없고, 두께 방향으로 균일한 모노리스 멤브레인으로 이루어진 단열층과;
    상기 단열층의 상부에 카본블랙, 활성탄, 산화철, 산화티탄, 칼리 온, 탄산칼슘, 수산화알루미늄, 실리카, 활석, 광촉매, 탄소나노튜브 중에서 선택되는 한 종류 이상의 기능성 미립자와 방염제를 함유하는 폴리우레탄수지 조성물을 코팅하고 건조하여 형성된 차광층; 및
    상기 차광층의 상부에 발포제 및 방염제를 함유한 발포성 폴리우레탄 수지조성물을 캐스트하고, 예비 건조 및 가열 발포함으로써 이루어진 발포 폴리우레탄수지로 된 차음층이 적층되어 단열층의 상부에 차광층과 차음층이 순차로 적층된 형태인 것을 특징으로 하는 단열층의 상부에 차광층과 차음층이 순차로 적층된 형태의 다기능성 폴리우레탄 방염 필름.
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