KR101322761B1

KR101322761B1 - 폴리우레탄 코팅수지 조성물의 제조방법

Info

Publication number: KR101322761B1
Application number: KR1020120144427A
Authority: KR
Inventors: 박현; 백호석; 이창현; 이재연; 서석훈; 최필준
Original assignee: 한국신발피혁연구원; 주식회사 아이젯
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2013-11-07

Abstract

본 발명은 폴리에틸렌글리콜과 폴리카보네이트디올을 포함하는 디올 화합물의 혼합물, 디이소시아네이트 및 촉매로 이루어진 폴리우레탄 수지에 팽창흑연과 흑연분말을 분산시킴으로써 내구성, 투습성, 내수성, 접착력, 마모강도 등의 물성을 향상시킬 뿐만 아니라 열전도성 및 전기전도성의 기능을 부여할 수 있는 폴리우레탄 코팅수지 조성물의 제조방법에 관한 것이다.

Description

폴리우레탄 코팅수지 조성물의 제조방법{The manufacturing method of polyurethane coating resin composition}

본 발명은 폴리우레탄 코팅수지 조성물의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게 설명하면, 폴리에틸렌글리콜과 폴리카보네이트디올을 포함하는 디올 화합물의 혼합물, 디이소시아네이트 및 촉매로 이루어진 폴리우레탄 수지에 팽창흑연과 흑연분말을 분산시킴으로써 내구성, 투습성, 내수성, 접착력, 마모강도 등의 물성을 향상시킬 뿐만 아니라 열전도성 및 전기전도성의 기능을 부여할 수 있는 폴리우레탄 코팅수지 조성물의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 폴리우레탄 수지는 분자중에 우레탄 결합을 가진 것으로서 주로 디이소시아네이트(diisocyanate)류와 폴리올(polyol) 화합물과의 반응에 의해 합성된 고분자 화합물로서, 내마모성, 내유성 및 내용제성에 뛰어나고, 탄성이 우수하므로 접착제, 코팅제, 사출물, 페인트, 잉크, 도료, 발포체, 신발부품, 의류, 의료용 고분자 등 다양한 분야에서 적용되어지고 있다.

특히 투습/방수용 원단은 나일론 및 폴리에스터 원단에 투습용 폴리우레탄 수지를 도포하거나, 필름을 전사하여 투습방수 특성이 우수한 기능성 의류를 제조할 수 있다. 투습용 폴리우레탄 수지는 친수성이 우수한 폴리에틸렌글리콜을 주원료를 사용하여 폴리우레탄 수지를 합성한다. 합성된 폴리우레탄 수지는 친수무공형(hydrophilic direct coating)의 투습 기능을 발현한다. 다만, 상기 방법으로 제조된 폴리우레탄 수지는 투습성은 우수하지만, 내수성 및 내구성, 접착강도가 취약한 문제점이 있다.

투습방수용 원단에 대한 기술로서, 국제등록특허공보 WO2002/12617에서는 방수층에 특정의 입경의 구상입자를 함유한 수지 조성물을 적층한 방수기공 직물의 제조방법을 제안하고 있고, 국내등록특허 특2002-0044866에서는 폴리우레탄필름과 부직포를 합지시켜 투습성과 방수성이 우수한 원단의 제조방법을 제안하고 있다.

폴리우레탄 접착제의 경우 국내 등록특허공보 제10-0635293호에 유기 폴리이소시아네이트와 방향족 설폰산 금속염의 기를 함유하는 폴리에스터 폴리올 및 방향족 설폰산 금속염을 함유하지 않고 또한 수산가가 10~350인 지방족 폴리올을 포함하는 조성물로부터 얻을 수 있는 폴리우레탄 수지의 수성 분산체를 함유하는 접착제가 제안되어 있고, 이와 같은 접착제는 초기 접착력이 크고 또한 시간이 경과하더라도 접착력이 증가하고, 내열성 등의 내구성이 우수하여 수성 접착제로서 유용한 것으로 알려져 있고, 또한 국내등록특허공보 제10-0217298호에 폴리올과 이소시아네이트 성분 및 쇄연장제로 합성한 수성 폴리우레탄계 접착제의 제조방법이 제안되어 있고, 이와 같은 방법에 의해 제조된 수성 폴리우레탄계 접착제를 신발용 접착제로 사용한 경우 초기 접착력 뿐만 아니라 상태 접착력 및 내열, 내수 접착력이 우수한 것으로 알려져 있으며, 또한 국내공개특허공보 특2002-0003640호에 폴리올 혼합물과 폴리이소시아네이트를 축합 반응시켜 이소시아네이트기 말단의 폴리우레탄 프리폴리머를 제조한 후 물에 분산시킨 수분산물을 폴리아민을 이용하여 쇄연장하여 일액형 수성 폴리우레탄 접착제 조성물의 제조방법이 제안되어 있고, 이 접착제의 경우에는 진공 열성형 접착시 경화제를 첨가하지 않고도 우수한 내수성 및 내열접착력을 제공할 수 있는 것으로 알려져 있다.

그러나 상기와 같은 무용제형 폴리우레탄 접착제들의 경우에는 접착제의 고유 특성인 접착력의 우수성과 함께 내열성, 내구성 등의 물성이 향상되는 특성이 있지만 투습성 및 열전도성, 전기전도성에 대한 물성을 고려하지 않은 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 폴리에틸렌글리콜과 폴리카보네이트디올을 포함하는 디올 화합물의 혼합물, 디이소시아네이트 및 촉매로 이루어진 폴리우레탄 수지에 팽창흑연과 흑연분말을 분산시킴으로써 내구성, 내수성, 투습성, 접착력, 마모강도 등의 물성을 향상시킬 뿐만 아니라 열전도성 및 전기전도성의 기능을 부여할 수 있는 폴리우레탄 코팅수지 조성물의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

삭제

본 발명에 의하면, 수분을 제거한 디올 화합물의 혼합물과 촉매를 질소분위기에서 80℃에서 30분 혼합하는 단계; 상기 디올 화합물의 혼합물과 촉매를 혼합한 혼합물에 디이소시아네이트를 투입하여 80℃의 온도에서 4 ~ 10시간 동안 합성반응시키는 단계; 상기 디올 화합물의 혼합물, 촉매 및 디이소시아네이트의 혼합물에 팽창흑연 분산액을 첨가하는 단계; 및 상기 디올 화합물의 혼합물 및 상기 팽창흑연 분산액의 혼합물 100 중량부에 대하여, 5 ~ 20㎛의 흑연분말 10 ~ 50 중량부를 첨가하여 상온에서 고속믹서를 이용하여 100 ~ 500 rpm, 30 ~ 60분간 혼합 후, 3회 롤밀(roll mill)가공을 거치는 단계;를 포함하되, 상기 디올 화합물의 혼합물은 중량평균분자량이 1,000 ~ 2,000인 폴리에틸렌글리콜10 ~ 70 몰%와, 중량평균분자량이 1,000 ~ 2,000인 폴리카보네이트디올 10 ~ 30 몰%와, 중량평균분자량이 1,000 ~ 5,000인 폴리에스터폴리올 10 ~ 20 몰%와, 1,4-부탄디올 10 ~ 40 몰%를 포함하며, 상기 팽창흑연 분산액은 디메틸포름아마이드(Dimethylformamide, DMF), 메틸에틸케톤(Methylethylketone, MEK), 톨루엔(Toluene) 중에서 1종 또는 2~3종씩 선택된 유기용제 89 ~ 91 중량%와, 900% 이상의 배율로 제조된 팽창흑연 3 ~ 5 중량%와, 폴리우레탄 수지 바인더 5 중량%와, 습윤분산제 1 중량%를 포함하며, 상기 팽창흑연 분산액은 상온에서 고속믹서를 이용해 100 ~ 1,000rpm, 30 ~ 60분간 혼합 후, 1 ~ 2시간 초음파 처리를 한 후, 30 ~ 60분간 볼밀(ball mill)가공을 거쳐 제조되며, 상기 폴리에스터폴리올은 디메틸프탈레이트(DMT), 아디프산(adipic acid) 및 세바신산(sebacic acid) 중에서 선택된 1종 또는 2종의 산과 부탄디올(Buthanediol), 헥산디올(Hexanediol) 중에서 선택된 1종 또는 2종의 글리콜을 에스테르화 반응시켜 제조한 화합물을 사용하며, 상기 디이소시아네이트는 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI), ｐ-페닐렌 디이소시아네이트, 톨릴렌 디이소시아네이트, 1.5-나프틸렌 디이소시아네이트, 크실렌 디이소시네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트 및 4,4'-디사이클로헥실메탄 디이소시아네이트 중에서 1종 또는 그 이상을 선택하여 사용하며,상기 폴리카보네이트디올은 아래 화학식 1 내지 화학식 3 중에서 선택된 하나 이상의 성분을 함유하는 카보네이트 화합물을 사용하는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 코팅수지 조성물의 제조방법을 제공한다.

삭제

본 발명에 의한 폴리우레탄 코팅수지 조성물은 내구성, 내수성, 투습성, 접착력 및 마모강도 등의 물성을 향상시켜 투습/방수용 원단의 섬유용 코팅수지의 용도에 적합한 효과가 있다.

또한 본 발명에 의한 폴리우레탄 코팅수지 조성물은 열전도성 및 전기전도성이 우수한 팽창흑연 및 흑연분말을 혼합함으로써 기존의 투습/방수 원단이 가지는 물성에 열전도성 및 전기전도성의 특성을 부여할 수 있어 기능성 의류 및 발열 블라인드, 면상발열체, 전도성 시트, 열전도성 시트 제품 등에 응용이 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 폴리우레탄 코팅수지 조성물의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 도 1의 팽창흑연 분산액을 제조하는 공정을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 팽창흑연 분산액의 흑연 형상을 찍은 전자현미경 사진(1,000배, 100,000배 확대)이다.
도 4는 도 1의 제조방법 중 실시예3에 의해 제조된 폴리우레탄 코팅수지 조성물을 이용한 원단의 발열테스트를 실시한 결과를 나타내는 사진과 그래프이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 폴리우레탄 코팅수지 조성물의 제조방법을 나타낸 흐름도이고, 도 2는 도 1의 팽창흑연 분산액을 제조하는 공정을 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2의 팽창흑연 분산액의 흑연 형상을 찍은 전자현미경 사진(1,000배, 100,000배 확대)이고, 도 4는 도 1의 제조방법 중 실시예3에 의해 제조된 폴리우레탄 코팅수지 조성물을 이용한 원단의 발열테스트를 실시한 결과를 나타내는 사진과 그래프이다.

본 발명에 따른 폴리우레탄 코팅수지 조성물에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의하면, 중량평균분자량이 1,000 ~ 2,000인 폴리에틸렌글리콜 10 ~ 70 몰%와, 중량평균분자량이 1,000 ~ 2,000인 폴리카보네이트디올 10 ~ 30 몰%와, 중량평균분자량이 1,000 ~ 5,000인 폴리에스터폴리올 10 ~ 20 몰%와, 1,4-부탄디올 10 ~ 40 몰%를 포함하는 디올 화합물의 혼합물; 상기 디올 화합물의 혼합물의 100 중량부에 대하여, 촉매로서 첨가되는 디부틸틴디라우레이트(dibutyltin dilaurate, DBTDL) 0.01~0.03 중량부; 상기 디올 화합물의 혼합물과 디이소시아네이트의 NCO/OH 비가 1이 되도록 함유되는 디이소시아네이트; 및 상기 디올 화합물 에 첨가되는 팽창흑연을 포함하는 팽창흑연 분산액;을 포함하는 폴리우레탄 코팅수지 조성물을 제공한다. 한편, 상기 팽창흑연을 포함하는 팽창흑연 분산액은 디메틸포름아마이드(Dimethylformamide,DMF),메틸에틸케톤(Methylethylketone,MEK),톨루엔(Toluene)중에서 1종 또는 2~3종씩 선택된 유기용제 89 ~ 91 중량%와, 900% 이상의 배율로 제조된 팽창흑연 3 ~ 5 중량%와, 폴리우레탄 수지 바인더 5 중량%와, 습윤분산제 1 중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 디올 화합물의 혼합물은 투습성이 우수한 폴리에틸렌글리콜과 물리적 특성이 우수한 폴리카보네이트디올, 접착력이 우수한 폴리에스터디올의 혼합물로서 이루어지고, 이 혼합물을 디이소시아네이트와 반응시켜 투습성이 우수한 폴리우레탄 코팅수지를 합성시키고, 팽창흑연 분산액을 혼합함으로서 전기 전도성 및 열전도성이 우수한 폴리우레탄 코팅수지 조성물을 만든 것이 특징이다.

그리고 본 발명에서 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol)은 내수성, 기계적 물성 등은 취약하지만 투습성이 우수한 화합물로서, 폴리에틸렌글리콜의 분자량은 1,000 ~ 2,000인 것이 바람직하다.

본 발명에서 폴리에틸렌글리콜의 혼합량은 10 ~ 70 몰%인 것이 바람직하며, 폴리에틸렌글리콜의 혼합량이 10 몰% 미만인 경우에는 폴리우레탄 코팅수지의 투습성이 저하할 우려가 있고, 폴리에틸렌글리콜의 혼합량이 70 몰%를 초과할 경우에는 폴리우레탄 코팅수지의 내수성 및 기계적 물성 등이 저하할 우려가 있다.

또한 본 발명에서 상기 폴리카보네이트디올(polycarbonate diol)은 접착력, 내구성, 내수성, 기계적 물성 등이 우수한 화합물로서, 투습성이 우수한 폴리에틸렌글리콜의 단점인 낮은 융점, 내수성, 접착력 등의 물성을 보완시켜 주는 작용을 하며, 폴리카보네이트디올의 분자량은 1,000 ~ 2,000인 것이 바람직하다.

상기 폴리카보네이트디올의 혼합량은 10 ~ 30 몰%인 것이 바람직하며, 폴리카보네이트디올의 혼합량이 10 몰% 미만인 경우에는 폴리에틸렌글리콜의 취약점인 낮은 용융점, 내수성, 기계적 물성 등의 물성을 제대로 보완시키지 못 할 우려가 있고, 폴리카보네이트디올의 혼합량이 30 몰%를 초과할 경우에는 용융점, 내수성, 기계적 물성 등은 증가하나 상대적으로 폴리에틸렌글리콜의 혼합향이 적어짐에 따라 투습성의 물성이 저하할 우려가 있다.

그리고 본 발명에서 상기 폴리에스터폴리올(polyester polyol)은 접착력을 향상시키는 화합물로서, 폴리에스터폴리올의 분자량은 1,000 ~ 5,000인 것이 바람직하다.

상기 폴리에스터폴리올의 혼합량은 10 ~ 20 몰%인 것이 바람직하며, 폴리에스터폴리올의 혼합량이 10 몰% 미만이 될 경우에는 폴리우레탄 코팅수지의 접착력이 저하할 우려가 있고, 폴리에스터폴리올의 혼합량이 20 몰%를 초과할 경우에는 상대적으로 폴리에틸렌글리콜의 혼합량이 적어짐에 따라 투습성이 저하할 우려가 있다.

본 발명에서 1,4-부탄디올의 혼합량은 10 ~ 40 몰%인 것이 바람직하며, 1,4-부탄디올의 혼합량이 10 몰% 미만이 될 경우에는 폴리우레탄 코팅수지의 점착성이 발생할 우려가 있고, 1,4-부탄디올의 혼합량이 40 몰%를 초과할 경우에는 폴리우레탄 코팅수지가 유연성이 감소하고, 딱딱해질 우려가 있다.

본 발명에서 사용 가능한 폴리카보네이트디올은 디올 화합물의 혼합물과 디알킬카보네이트, 디아릴카보네이트 또는 알킬렌카보네이트 중에서 선택된 카보네이트 화합물을 사용하여 에스테르 교환반응으로 합성하여 제조한 폴리카보네이트디올을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 디올 화합물의 혼합물의 예는 1,6-헥산디올, 1,5-펜탄디올, 1,4-부탄디올, 1,7-헥탄디올, 1,8-올탄디올, 1,9-노난디올 및 1,10-데칸디올이며, 이들 중에서 1,6-헥산디올, 1,5-펜탄디올, 1,4-부탄디올이 바람직하다.

또, 상기 디올 화합물의 혼합물과 카보네이트 화합물의 예는 아래 화학식 1 내지 화학식 3의 1,6-헥산디올과 카보네이트의 합성으로 이루어진 C6 home type의 폴리카보네이트디올, 1,6-헥산디올과 1,5-펜탄디올의 C5/C6 copolymer type의 폴리카보네이트디올, 1,6-헥산디올 및 1,4-부탄디올의 C4/C6 copolymer type의 폴리카보네이트디올이 있으며, 이들 중에서 어느 것을 사용하여도 무방하다.

본 발명에서 사용 가능한 폴리에스터폴리올은 디메틸프탈레이트(DMT), 아디프산(adipic acid) 및 세바신산(sebacic acid) 중에서 선택된 1종 또는 2종의 산과 부탄디올(Buthanediol), 헥산디올(Hexanediol) 중에서 선택된 1종 또는 2종의 글리콜을 에스테르화 반응시켜 제조한 화합물인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 디올 화합물의 화합물에 첨가하는 디이소시아네이트는 디올 화합물의 혼합물과 디이소시아네이트의 NCO/OH 비가 1이 되도록 디이소시아네이트를 첨가하는 것이 바람직하다. 상기에서 NCO/OH 비가 1 미만이 될 경우에는 폴리우레탄이 충분히 합성되지 않을 우려가 있고, NCO/OH 비가 1을 초과할 경우에는 반응에 참여하지 않은 과량의 디이소시아네이트는 공기중 수분과 반응하여 쉽게 경화되어질 우려가 있다.

그리고 본 발명에서 상기 디이소시아네이트는 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI), p-페닐렌 디이소시아네이트, 톨릴렌 디이소시아네이트, 1.5-나프틸렌 디이소시아네이트, 크실렌 디이소시네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트 및 4,4'-디사이클로헥실메탄 디이소시아네이트 중에서 1종 또는 그 이상을 선택하여 사용하는 것이 바람직하며, 이들 중에서 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI)가 특히 바람직하다.

그리고 본 발명에서 사용하는 촉매인 디부틸틴디라우레이트(dibutyltin dilaurate, DBTDL)는 상기 디올 화합물의 혼합물의 100 중량부에 대하여, 0.01 ~ 0.03 중량부를 첨가하는 것이 바람직하다. 촉매의 첨가량이 0.01 중량부 미만이 될 경우에는 상기 디올 화합물의 혼합물과 디이소시아네이트가 제대로 반응되지 않을 우려가 있고, 촉매의 첨가량이 0.03 중량부를 초과할 경우에는 합성반응에 특별한 영향을 미치지 않는다.

본 발명에서 팽창흑연 분산액은 디메틸포름아마이드(Dimethylformamide,DMF),메틸에틸케톤(Methylethylketone,MEK),톨루엔(Toluene)중에서 1종 또는 2~3종씩 선택된 유기용제 89 ~ 91 중량%와, 900% 이상의 배율로 제조된 팽창흑연 3 ~ 5 중량%와, 폴리우레탄 수지 바인더 5 중량%와, 습윤분산제 1 중량%를 포함하는데, 팽창흑연의 발포배율이 900% 이하의 것을 사용하면 폴리우레탄 코팅수지에 충분히 분산되지 않을 우려가 있다. 그리고 3 중량% 이하의 팽창흑연을 사용하면 전기 전도도 및 열전도성이 우수하지 못할 우려가 있고, 5 중량% 이상의 팽창흑연을 사용할 경우 폴리우레탄 코팅수지의 점도가 높아져 코팅가공성이 떨어질 우려가 있다.

그리고 상기 팽창흑연 분산액은 상온에서 고속 믹서에서 100 ~ 1,000 rpm, 30분 ~ 60분간 혼합 후, 1 ~ 2 시간 초음파 처리 한 후, 30 ~ 60분 볼밀(Ball mill) 가공을 거쳐 제조한 것을 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 디올 화합물의 혼합물 및 상기 팽창흑연 분산액의 혼합물 100 중량부에 대하여, 10 ~ 50 중량부가 첨가되는 흑연분말;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

전기 전도도 및 열전도성 향상을 위하여 디올 화합물 및 팽창흑연 분산액의 혼합물 100 중량부에 대하여, 5 ~ 20㎛의 흑연분말 10 ~ 50 중량부를 첨가하여 상온에서 고속믹서를 이용하여 100 ~ 500 rpm, 30 ~ 60분간 혼합 후, 3회 롤밀(roll mill)가공을 거쳐 최종적으로 투습성, 방수성, 전기 전도성 및 열전도성이 우수한 폴리우레탄 코팅수지 조성물을 제조할 수 있다.

이때, 흑연분말의 함량이 10 중량부 미만일 경우 전기 전도도 및 열전도 성능의 향상이 미비하며, 50 중량부 이상일 경우 최종 폴리우레탄 코팅수지의 점도가 높아져 코팅가공이 어려울 수 있다.

상기와 같은 조성비를 갖는 본 발명에 따른 전기 전도성 및 열전도성, 투습성, 방수성, 내구성이 우수한 폴리우레탄 코팅수지 조성물의 제조방법을 도 1을 참조하여 상세히 설명하면 아래의 내용과 같다.

제 1단계는 수분을 제거한 디올 화합물의 혼합물과 촉매를 질소분위기에서 80℃에서 30분 혼합하는 단계이다(S110). 여기서, 상기 디올 화합물의 혼합물은 중량평균분자량이 1,000 ~ 2,000인 폴리에틸렌글리콜10 ~ 70 몰%와, 중량평균분자량이 1,000 ~ 2,000인 폴리카보네이트디올 10 ~ 30 몰%와, 중량평균분자량이 1,000 ~ 5,000인 폴리에스터폴리올 10 ~ 20 몰%와, 1,4-부탄디올 10 ~ 40 몰%를 포함한다. 상기 촉매는 디부틸틴디라우레이트(dibutyltin dilaurate, DBTDL)를 포함하며, 상기 디올 화합물의 100 중량부에 대하여, 디부틸틴디라우레이트(dibutyltin dilaurate, DBTDL) 0.01~0.03 중량부가 첨가되는 것이 바람직하다.

제 2단계는 상기 디올 화합물의 혼합물과 촉매를 혼합한 혼합물에 디이소시아네이트를 투입하여 80℃의 온도에서 4 ~ 10시간 동안 합성반응시키는 단계이다(S120). 상기 디이소시아네이트는 디올 화합물의 혼합물과 디이소시아네이트의 NCO/OH 비가 1이 되도록 투입되는 것이 바람직하다.

제 3단계는 상기 디올 화합물의 혼합물, 촉매, 디이소시아네이트의 혼합물에 팽창흑연 분산액을 첨가하는 단계이다(S130). 도 2를 참조하면, 상기 팽창흑연 분산액은 디메틸포름아마이드(Dimethylformamide,DMF),메틸에틸케톤(Methylethylketone, MEK), 톨루엔(Toluene) 중에서 1종 또는 2~3종씩 선택된 유기용제 89 ~ 91 중량%와, 900% 이상의 배율로 제조된 팽창흑연 3 ~ 5 중량%와, 폴리우레탄 수지 바인더 5 중량%와, 습윤분산제 1 중량%를 포함하며, 상기 팽창흑연 분산액은 상온에서 고속믹서를 이용해 100 ~ 1,000rpm, 30 ~ 60분간 혼합 후, 1 ~ 2시간 초음파 처리를 한 후, 30 ~ 60분간 볼밀(ball mill)가공을 거쳐 제조될 수 있다.

제 4단계는 상기 디올 화합물의 혼합물 및 상기 팽창흑연 분산액의 혼합물 100 중량부에 대하여, 5 ~ 20㎛의 흑연분말 10 ~ 50 중량부를 첨가하여 상온에서 고속믹서를 이용하여 100 ~ 500 rpm, 30 ~ 60분간 혼합 후, 3회 롤밀(roll mill)가공을 거치는 단계이다(S140).

이하 본 발명에 따른 폴리우레탄 코팅수지 조성물의 제조방법을 하기의 실시예를 통해 구체적으로 설명하면 다음과 같으며, 본 발명은 하기의 실시예에 의해서만 반드시 한정되는 것이 아니다.

1. 팽창흑연 분산액의 제조

본 발명에서 팽창흑연 분산액의 제조를 위하여 900% 이상의 배율로 제조된 팽창흑연 5 중량%와, 폴리우레탄 수지 바인더 5 중량%와, 디메틸포름아마이드(Dimethylformamide,DMF) 89 중량%와, 분산제로서 BYK-L9540 습윤분산제 1 중량%의 배합비율로 상온에서 고속믹서를 이용하여 100 ~ 500 rpm, 30 ~ 60분간 혼합 후, 3회 롤밀(roll mill)가공을 거쳐 제조하였다. 여기서 제조된 팽창흑연의 흑연판 두께는 100nm 이하로 하였다. 도 3을 참조하면, 도 2의 방법에 의해 제조된 팽창흑연 분산액의 흑연형상이 전자현미경을 통해 상세히 나타나 있다. 상기 흑연형상을 통해 열전도성 및 전기전도성을 가진 폴리우레탄 코팅수지 조성물이 형성되는 것이다.

2. 폴리우레탄 코팅수지 조성물의 제조

아래 [표 1]의 내용과 같이 수분을 제거한 분자량이 1,000 ~ 2,000인 폴리에틸렌글리콜과 분자량이 1,000 ~ 2,000인 폴리카보네이트디올, 분자량 1,000 ~ 5,000인 폴리에스터폴리올 및 1,4-부탄디올 혼합물에 DBTDL 촉매를 첨가하고, 질소분위기에서 80℃ 온도에서 30분 혼합한 다음 상기 혼합물에 디이소시아네이트(MDI)를 투입하여 80℃에서 4 ~ 10 시간 합성 반응시켜 폴리우레탄 코팅수지를 제조하였다.

단위:몰%임

구성 성분	실시예			비교예
구성 성분	1	2	3	1
Polyethylene Glycol(mole)	40	40	40	40
Polycarbonate Diol(mole)	10	10	10	10
Polyester polyol(mole)	10	10	10	10
1,4-Butanediol(mole)	40	40	40	40
Dibutyltin Dilaurate(중량부)¹⁾	0.03	0.03	0.03	0.03
디이소시아네이트(MDI)(mole)	100	100	100	100
팽창흑연 분산액(중량부)²⁾	100	100	100	-
흑연분말(중량부)³⁾	-	10	20	-

주1),주2): 폴리에틸렌글리콜, 폴리에스터폴리올, 1,4-부탄디올 및 폴리카보네이트디올 혼합물 100 중량부에 대하여 첨가한 양임.

주3): 폴리에틸렌글리콜, 폴리에스터폴리올, 1,4-부탄디올, 폴리카보네이트디올 및 팽창흑연 분산액의 혼합물 100 중량부에 대하여 첨가한 양임.

3. 폴리우레탄 코팅수지 조성물의 분석

(1) 평가항목

1) 전기 전도성 : KS M 3015:2008, 표면저항

2) 열전도성 : ISO/DIS 22007, HOT DISK 법

3) 세탁견뢰도 : KS K ISO 105-C06:2007 A2S호 (40±2)℃ , 30분, ECE 세제

4) 접착강도 : 습도 60%, 40℃에서 48시간 방치 후 만능시험기로 측정함.

5) 내수압 : KS K ISO 811:2009, 저수압법

6) 투습도 : ASTM E 96:2010, INVERTED CUP WATER METHOD

(2) 분석결과

비교예 1, 실시예 1 내지 실시예 3에 대한 분석결과는 [표 2]와 같다.

구성 성분	실시예			비교예
구성 성분	1	2	3	1
전기 전도성(Ω)	10⁹	10⁷	10⁵	10¹⁴
열전도성(W/(mk))	0.59	1.54	2.3	0.12
세탁견뢰도(급)	4-5	4-5	4-5	4-5
접착강도(kg_f)	박리불가	박리불가	박리불가	박리불가
내수압(mmH₂O)	10,000 이상	10,000 이상	10,000 이상	10,000 이상
투습도(g/m²/day)	5,182	5,836	5.823	6,876

상기 [표 1]에 기재되어 있는 바와 같은 구성성분에 의해 합성시켜 제조한 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1의 폴리우레탄 코팅수지에 대한 전기전도도 및 열전도성, 세탁견뢰도, 접착강도, 내수압, 투습도를 시험한 결과, 실시예 1 내지 실시예 3은 비교예 1에 비해 전기전도성 및 열전도성의 성능이 모두 우수함을 확인할 수 있었다.

그리고 실시예 1 내지 실시예 3의 폴리우레탄 코팅수지의 내수압 및 투습도의 경우에는 비교예 1과 동등한 수준을 유지함을 알 수 있었다.

그리고 상기 [표 1]에 기재되어 있는 바와 같은 구성성분에 의해 합성시켜 제조한 실시예 3을 이용하여 원단을 제조하고 열화상 이미지에 의한 열전도성 특성을 알아보기 위하여 발열테스트를 실시하였다. 도 4 및 표 3을 참조하면, 테스트 결과 전력공급 30초 후, 원단의 발열온도가 최고 30.7℃까지 증가함을 확인할 수 있었다. 따라서 실시예 3에 의한 폴리우레탄 코팅수지 조성물을 이용한 원단의 열전도성이 우수함을 확인할 수 있었다.

전원공급	전	30초 후
최고온도,℃	19.1	30.7
평균온도,℃	19	29.9
최소온동,℃	18.7	29.2

이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 사상과 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

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수분을 제거한 디올 화합물의 혼합물과 촉매를 질소분위기에서 80℃에서 30분 혼합하는 단계;
상기 디올 화합물의 혼합물과 촉매를 혼합한 혼합물에 디이소시아네이트를 투입하여 80℃의 온도에서 4 ~ 10시간 동안 합성반응시키는 단계;
상기 디올 화합물의 혼합물, 촉매 및 디이소시아네이트의 혼합물에 팽창흑연 분산액을 첨가하는 단계; 및
상기 디올 화합물의 혼합물 및 상기 팽창흑연 분산액의 혼합물 100 중량부에 대하여, 5 ~ 20㎛의 흑연분말 10 ~ 50 중량부를 첨가하여 상온에서 고속믹서를 이용하여 100 ~ 500 rpm, 30 ~ 60분간 혼합 후, 3회 롤밀(roll mill)가공을 거치는 단계;를 포함하되,
상기 디올 화합물의 혼합물은 중량평균분자량이 1,000 ~ 2,000인 폴리에틸렌글리콜10 ~ 70 몰%와, 중량평균분자량이 1,000 ~ 2,000인 폴리카보네이트디올 10 ~ 30 몰%와, 중량평균분자량이 1,000 ~ 5,000인 폴리에스터폴리올 10 ~ 20 몰%와, 1,4-부탄디올 10 ~ 40 몰%를 포함하며,
상기 팽창흑연 분산액은 디메틸포름아마이드(Dimethylformamide, DMF), 메틸에틸케톤(Methylethylketone, MEK), 톨루엔(Toluene) 중에서 1종 또는 2~3종씩 선택된 유기용제 89 ~ 91 중량%와, 900% 이상의 배율로 제조된 팽창흑연 3 ~ 5 중량%와, 폴리우레탄 수지 바인더 5 중량%와, 습윤분산제 1 중량%를 포함하며, 상기 팽창흑연 분산액은 상온에서 고속믹서를 이용해 100 ~ 1,000rpm, 30 ~ 60분간 혼합 후, 1 ~ 2시간 초음파 처리를 한 후, 30 ~ 60분간 볼밀(ball mill)가공을 거쳐 제조되며,
상기 폴리에스터폴리올은 디메틸프탈레이트(DMT), 아디프산(adipic acid) 및 세바신산(sebacic acid) 중에서 선택된 1종 또는 2종의 산과 부탄디올(Buthanediol), 헥산디올(Hexanediol) 중에서 선택된 1종 또는 2종의 글리콜을 에스테르화 반응시켜 제조한 화합물을 사용하며,
상기 디이소시아네이트는 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI), ｐ-페닐렌 디이소시아네이트, 톨릴렌 디이소시아네이트, 1.5-나프틸렌 디이소시아네이트, 크실렌 디이소시네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트 및 4,4'-디사이클로헥실메탄 디이소시아네이트 중에서 1종 또는 그 이상을 선택하여 사용하며,
상기 폴리카보네이트디올은 아래 화학식 1 내지 화학식 3 중에서 선택된 하나 이상의 성분을 함유하는 카보네이트 화합물을 사용하는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 코팅수지 조성물의 제조방법.
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