KR101230428B1

KR101230428B1 - 그라파이트를 이용한 필름제조용 코팅제와 필름 제조 방법 및 이를 이용한 제품

Info

Publication number: KR101230428B1
Application number: KR1020120074173A
Authority: KR
Inventors: 양기평; 배재철
Original assignee: 한일화섬 주식회사; 주식회사 아트매뉴팩쳐; 양기평
Priority date: 2012-07-06
Filing date: 2012-07-06
Publication date: 2013-02-06

Abstract

본 발명은 그라파이트를 이용한 필름제조용 코팅제와 필름제조 방법 및 이를 이용한 제품에 관한 것으로, 폴리우레탄수지; 톨루엔에 분산되고 코팅제 총 중량기준 10~40중량% 첨가되는 2㎛~ 10㎛크기의 그라파이트 분말; 상기 유성 폴리우레탄 수지와 톨루엔에 분산된 그라파이트 분말이 혼합되며 점도 3,000~5,000cps인 그라파이트를 이용한 필름제조용 코팅제와 상기 코팅제를 이용한 필름 제조 방법 및 상기 필름이 합포된 직물을 제공함으로서, 직물이 우수한 보온성, 방수성, 투습성, 마찰 대전성을 갖도록 한 것이다.

Description

그라파이트를 이용한 필름제조용 코팅제와 필름 제조 방법 및 이를 이용한 제품{For the production of film coatings with graphite and using the same manufacturing method and product}

본 발명은 그라파이트를 이용한 필름제조용 코팅제와 필름제조 방법 및 이를 이용한 제품에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보온성, 방수성, 투습성, 마찰 대전성 등을 향상시키는 그라파이트를 이용한 필름제조용 코팅제와 필름제조 방법 및 이를 이용한 제품에 관한 것이다.

그라파이트(GRAPHITE)는 탄소 원자의 망상 구조 또는 육방 배열의 층 평면들로 구성되어 있다. 육방으로 배열된 탄소 원자의 이들 층 평면들은 실질적으로 편평하고, 서로 실질적으로 평행하고 동일 거리에 있도록 배향(orient) 또는 정렬(order)된다.

이러한 그라파이트는 이방성 구조를 가져 열전도도 및 전기전도도와 같은 높은 방향성을 가지므로, 이 특성을 이용하여 전자제품 등에 적용하기 위한 필름이 개발되고 있으며, 그라파이트 필름 제조방법으로는 고분자 열분해법 또는 팽창법이 있다.

이 중 고분자 열분해법은 일본 특허 공개 (소)61-275116호와 일본 특허 공개 (평)2-103478호와 같이, 폴리옥사디아졸, 폴리이미드, 폴리페닐렌비닐렌, 폴리벤조이미다졸,폴리벤조옥사졸, 폴리티아졸, 또는 폴리아미드 등의 고분자 필름을 아르곤, 헬륨 등의 불활성 분위기 하 또는 감압 하에서 열처리하여 그라파이트 필름을 얻는 방법이고, 팽창법은 분말상, 인편상의 천연 흑연을 원료로 하여, 이것을 산에 침지하고, 그 후, 가열에 의해 그라파이트층 사이를 넓힘으로써 얻어진다. 또한 점결재(粘結材)와 함께 고압 프레스 가공하여, 필름상의 그라파이트가 얻어진다.

그러나, 상기한 그라파이트 필름은 재질적으로 취약하고, 특히 곡률 반경이 작은 구부리기의 경우나 구부리기 각도가 큰 경우, 그 구부리기 부분에서 균열이 발생하여 버리는 경우가 많았다. 특히, 팽창법에 의해 얻어진 그라파이트 필름은 분말상, 인편상의 천연 흑연을 원료로 하기 때문에 유연성은 갖지만, 그라파이트 결정자가 작아 결정성이 떨어지기 때문에, 고분자 열분해법에 의해 얻어진 그라파이트에 비교하여 열확산성이 떨어지고, 또한 필름의 강도도 약하여 취약한 것이었다. 또한, 고분자 분해법에 의해 얻어지는 그라파이트 필름도 어느 정도의 내굴곡성, 열확산성을 갖지만, 소형화, 복잡화가 진행한 최근의 전자 기기의 방열 재료로서는 충분하지 않았다.

이에 따라 상기한 그라파이트 필름을 구김이 많이 가는 섬유 등에 적용한 기술은 현재까지는 개발되고 있지 않은 실정이다.

한편, 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.

그리고, 본 발명의 출원인은 대한민국등록특허 10-822641호로 수성우레탄을 이용하여 방수성, 투습성, 세탁내구성, 촉감성 및 작업성 등에 많은 문제점을 해결한 코팅방법을 공개하였다.

그러나, 상기한 대한민국등록특허 10-822641호에 그라파이트 분말을 첨가할 경우 분산과정에서 알칼리계 공중합체화합물로 인하여 겔(gel)현상이 발생되어 코팅시 불균일하게 도포되고 이로 인하여 내수성, 투습성, 보온성, 세탁내구성, 마찰대저성등에 편차가 발생되므로, 이러한 편차를 극복하기 위해서는 여러번 코팅하여야 하고 이로 인하여 생산성이 매우 떨어져 제조원가가 상승되는 요인이 되었다.

본 발명은 상기한 우레탄을 이용하여 그라파이트를 구김이 많이 가는 섬유 등에 적용할 수 있도록 하는 데 목적이 있다.

그리고, 그라파이트를 적용함으로서, 섬유의 보온성, 방수성, 투습성, 마찰 대전성 등을 향상시키는 데 다른 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 유성 폴리우레탄수지; 톨루엔에 분산되고 코팅제 총 중량기준 10~40중량% 첨가되는 2㎛~ 10㎛크기의 그라파이트 분말; 상기 유성 폴리우레탄 수지와 톨루엔에 분산된 그라파이트 분말이 혼합되며 점도 3,000~5,000cps인 그라파이트를 이용한 필름제조용 코팅제에 있다.

상기에서 유성 폴리우레탄 수지는 지방족 이소시아네이트와 폴리에테르 타입의 폴리올을 중량비로 0.1:1~1:1 비율로 고형분을 30~50중량%되게 혼합한 혼합물 20~50중량%와, 디엠에프(DMF, Dimethylformamide), 엠이케이(MEK, Methyl Ethyl Ketone), 톨루엔(TOLUENE) 중에서 택일된 하나 혹은 둘 이상의 혼합 용제 50~80중량%를 혼합하여 제조된다.

그리고, 본 발명의 다른 특징은 상기 코팅제를 필름제조용 이형지에 50~150㎛두께로 도포하여 70~80℃정도에서 1~3분 건조 후 110~130℃정도에서 큐어링(CURING)하는 그라파이트를 이용한 필름 제조 방법에 있다.

본 발명의 또 다른 특징은 상기 그라파이트를 이용한 필름이 합포된 직물에 있다.

상기한 바와 같은 특징을 갖는 본 발명에 의하면 그라파이트를 필름으로 제조하고, 이를 섬유에 합포함으로써 보온성, 방수성, 투습성, 마찰 대전성 등이 매우 우수하여 고기능성 섬유제품을 얻을 수 있게 되는 효과가 있다.

또한, 여러 번의 세탁에도 내구성을 유지할 수 있으며 그라파이트 고유의 물성을 그대로 유지할 수 있으며, 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.

아울러, 본 발명에 의하면 그라파이트를 분산시 겔현상이 발생하지않도록 하여 균일한 코팅이 가능하도록 함으로써 생산성이 향상되어 제조원가가 절감되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 원단의 광 조사에 의한 원단표면온도변화를 측정하기위한 장치

이하 본 발명의 실시예를 설명한다.

1. 그라파이트 필름제조용 코팅제 제조

지방족 이소시아네이트와 폴리에테르 타입의 폴리올을 중량비로 0.1:1~1:1 비율로 고형분을 30~50중량%되게 혼합한 혼합물 20~50중량%와, 디엠에프(DMF, Dimethylformamide), 엠이케이(MEK, Methyl Ethyl Ketone), 톨루엔(TOLUENE) 중에서 택일된 하나 혹은 둘 이상의 혼합 용제 50~80중량%를 혼합하여 폴리우레탄수지를 제조하고, 2㎛~10㎛크기의 그라파이트 분말을 톨루엔에 10~40중량%로 분산시켜 상기 폴리우레탄수지에 혼합 후, 고속교반기에 1,500~3,000RPM정도를 유지하며 10~20분 정도 교반하여 점도를 3,000~5,000CPS로 맞추어 필름제조용 폴리머를 조성한다.

상기에서 그라파이트 분말의 입자크기가 2㎛이하가 되면 자체적인 응집력으로 인하여 분산성이 매우 떨어지고, 10㎛이상이 되면 분산성은 좋으나 필름제조시 표면 밖으로 그라파이트 파우더가 돌출되어 평활도가 떨어지고 외관상 제품의 질을 떨어뜨리게 된다.

그리고, 그라파이트 농도가 폴리우레탄수지 100중량 기준 10중량부 이하가 되면 분산성은 좋으나 필름제조시 그라파이트 고유의 기능이 떨어져 제품으로서의 가치가 떨어지고 40중량부 이상이 되면 그라파이트의 기능은 좋으나 분산성이 떨어지고 필름제조시 표면평활도가 떨어진다.

또한, 코팅제 점도가 3,000CPS이하가 되면 필름제조시 두께조절이 힘들고 5,000CPS이상이 되면 필름두께조절은 쉬우나 건조시 핀홀발생의 우려가 높다.

2.필름 제조

필름제조용 이형지에 미리 제조된 그라파이트 코팅제를 롤온타입(ROLL ON TYPE)의 코팅기를 이용하여 50~150㎛두께로 도포하여 70~80℃정도에서 1~3분 건조 후 110~130℃정도에서 큐어링(CURING)을 한다.

건조온도가 너무 낮을 경우 생산성이 떨어지고 건조불량으로 인하여 제품의 불량이 발생될 수 있으며, 건조온도가 너무 높을 경우 생산성은 높일 수 있으나 핀홀이 발생되어 제품의 기능을 저하시킬 수 있다.

그리고, 필름제조용 이형지는 통상적인 제품을 사용하면 되고 이형지의 재사용주기를 높이기 위하여 종이 두께를 조절하여 사용할 수 있다.

또한, 필름의 폭에 따라서 1~3m정도의 폭을 유지하는 이형지를 사용할 수 있다.

이형지 위에 코팅제 도포두께가 너무 낮을 경우 필름의 강도가 약하여 필름이 손상될 수 있고, 두께가 너무 높을 경우 제조원가가 상승되고 필름의 유연성이 떨어질 수 있다.

3. 제조된 그라파이트 필름을 이용한 제품 제조

필름을 나일론(NYLON)직물, 폴리에스테르(POLYESTER)직물, 면(COTTON)직물, N/P, N/C ,P/N, C/N등의 복합직물에 합포하여 기능성의류 및 기능성 직물제품을 제조한다.

상기에서 합포과정은 본 발명의 필름위에 핫멜트 타입의 TPU접착제나 용제형타입의 접착제를 메쉬롤타입이나 저면도포방식의 코팅타입으로 코팅처리한 후 그 위에 직물을 올려놓음과 동시에 압착로라를 통과시켜 80~100℃에서 1~2분동안 서서히 건조한다.

4.실시예

상기한 방법으로 제조된 그라파이트 필름의 내수도, 투습저항도, 보온성, 세탁내구성, 마찰대전성을 살펴보기 위하여 폴리에스테르 20데니어 원단에 본원발명의 그라파이트 필름을 합포하여 한국의류시험연구원과 FITI시험연구원에 의뢰하여 그 특성을 측정하였다.

1)내수도

폴리에스테르 20데니어 원단에 본원의 코팅제로 형성된 필름을 합포하여 측정방법으로 "KS K ISO 811:2009, 저수압법"을 사용하여 측정한 결과 본 발명의 섬유는 15,130 mmH₂O로서 측정수압은 600mmH₂O/분이다. 일반적인 기존 필름이 5,000~10,000mmH₂O정도로서 본 발명의 필름의 내수도가 우수함을 알 수 있다. 내수도는 수치가 높을수록 좋다.

상기에서 일반적인 기존 필름이란 그라파이트를 첨가하지 않은 TPU필름을 말하는 것이다.

2)투습저항도

투습저항도는 측정방법으로 "KS K ISO 11092:2009"을 사용하여 측정한 결과, 본 발명의 필름은 Ret : 3.72 ㎡.Pa/W로서, 일반적인 기존필름이 Ret : 7~15 ㎡. Pa/W 정도임을 감안할 때, 투습저항도가 우수함을 알 수 있고, 상기 투습저항도는 수치가 낮을수록 좋다.

3)보온성

보온성 측정방법으로, 도 1의 장치를 이용하여 광 조사에 의한 필름의 온도변화 측정한 결과는 아래 표 1과 같다.

시 간 (분)	온도 (℃)		차이(℃)
시 간 (분)	일반필름	그라파이트필름	차이(℃)
0	19.9	20.09	0.19
10	28.91	33.87	4.96
20	30.08	35.28	5.2
30	31.86	37.48	5.62
40	32.58	38.38	5.8
50	33.15	38.85	5.7
60	33.01	38.78	5.77
온도상승분(℃)	13.11	18.69	5.58

상기 표 1에서 온도는 필름의 뒷면온도를 측정한 것으로, 본원의 그라파이트 필름의 온도상승분이 일반필름보다 높음을 알 수 있다.

4)세탁내구성

"AATCC61: A1"방법으로 세탁내구성을 측정한 결과, 본 발명의 그라파이트 필름은 30회 세탁후 필름손상 여부를 확인한 결과 변화가 없었다.

5)마찰대전압

"KS K 0555: 2010 B법"으로 측정한 결과는 표 2와 같다.

	일반필름	그라파이트필름
면마찰포	3,400	370
모마찰포	5,000	330

측정조건은 20±2℃, (40±2)%R.H, 400rpm/min으로서, 그라파이트 필름의 마찰대전압이 일반필름에 비하여 낮음을 알 수 있다.

본 발명의 그라파이트를 이용한 필름이 합포된 제품은 섬유(직물, 편물, fiber, 부직포 등), 종이 등이다.

Claims

지방족 이소시아네이트와 폴리에테르 타입의 폴리올을 사용한 폴리우레탄수지;
톨루엔에 분산되고 코팅제 총 중량기준 10~40중량% 첨가되는 2㎛~ 10㎛크기의 그라파이트 분말;
상기 지방족 이소시아네이트와 폴리에테르 타입의 폴리올을 사용한 폴리우레탄 수지와 톨루엔에 분산된 그라파이트 분말이 혼합되며 점도 3,000~5,000cps인 것을 특징으로 하는 그라파이트를 이용한 필름제조용 코팅제.
제 1항에 있어서 상기 지방족 이소시아네이트와 폴리에테르 타입의 폴리올을 사용한 폴리우레탄수지는,
지방족 이소시아네이트와 폴리에테르 타입의 폴리올을 중량비로 0.1:1~1:1 비율로 고형분을 30~50중량%되게 혼합한 혼합물 20~50중량%와, 디엠에프(DMF, Dimethylformamide), 엠이케이(MEK, Methyl Ethyl Ketone), 톨루엔(TOLUENE) 중에서 택일된 하나 혹은 둘 이상의 혼합 용제 50~80중량%를 혼합하여 제조된 것을 특징으로 하는 그라파이트를 이용한 필름제조용 코팅제.
삭제
제 1항의 코팅제를 필름제조용 이형지에 50~150㎛두께로 도포하여 70~80℃정도에서 1~3분 건조 후 110~130℃정도에서 큐어링(CURING)하는 것을 특징으로 하는 그라파이트를 이용한 필름 제조 방법.
제 1항의 코팅제를 필름제조용 이형지에 50~150㎛두께로 도포하여 70~80℃정도에서 1~3분 건조 후 110~130℃정도에서 큐어링(CURING)하여 제조된 그라파이트를 이용한 필름이 합포된 것을 특징으로 하는 그라파이트를 이용한 제품.