KR101346100B1 - 실리콘 함침 시일링 부재의 제조방법 - Google Patents

실리콘 함침 시일링 부재의 제조방법 Download PDF

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Abstract

실리콘 함침 시일링 부재의 제조방법이 개시되어 있다. 본 발명은, (a) 폴리우레탄 폼을 한 쌍의 가압롤러 사이에 통과시키면서 상기 폴리우레탄 폼에 실리콘 액상을 함침시키는 단계; (b) 실리콘 액상이 함침된 폴리우레탄 폼의 외형이 강한 열풍에 변형되는 것을 방지하기 위하여, 실리콘 액상이 함침된 폴리우레탄 폼을 컨베이어를 이용하여 건조기에 통과시키면서 20∼50℃의 온도로 폴리우레탄 폼의 표면만 건조시키는 1차 열풍건조 단계; (c) 폴리우레탄 폼의 내부에 함침된 실리콘 액상을 건조시키기 위하여, 1차 열풍건조된 폴리우레탄 폼을 컨베이어를 이용하여 열풍건조기 내부에 통과시키면서 150∼200℃의 온도로 건조시키는 2차 열풍건조 단계; 및 (d) 실리콘 액상이 함침된 폴리우레탄 폼을 코팅롤러를 통과시키면서 상하 양면에 실리콘 코팅막을 형성시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

실리콘 함침 시일링 부재의 제조방법{Method of slave member impregnating silicon}
본 발명은 실리콘 함침 시일링 부재의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리우레탄 폼의 내부에 실리콘 액상을 함침시키고 폼의 표면에 실리콘 코팅막을 형성시킴으로써, 내열성, 내화성, 내구성, 난연성 및 내약품성을 요구하는 전기전자부품이나 자동차 LED 등에 사용할 수 있도록 한 실리콘 함칭 시일링 부재의 제조방법에 관한 것이다.
실리콘(Silicone)의 기본물질은 석영, 즉 실리카 또는 산화규소(SiO2)이며, 흔히 볼 수 있는 모래의 주성분으로서, 실리콘은 유기물질이 결합되어 있는 규소가 실록산결합(Si-O-Si)에 의해 연결되어 생긴 폴리머를 가리킨다.
이러한 실리콘을 이용하여 제조되는 실리콘 폼(foam)은 다른 스폰지와 달리 매우 유연하고 내열성 및 내한성 등이 뛰어나서 그 수요가 증가하고 있다. 실리콘 스폰지는 특수한 원료 배합에 의해 발포 구조에 따라 밀폐형 폼(Closed cell foam) 또는 개방형 폼(open cell foam)를 생산할 수 있으며, 원료와 가공 방법, 기술의 능력에 따라 다양한 경도와 기능성을 구비한 제품 생산이 가능하다.
실리콘 폼의 특성은 고온에 사용 가능하고 가볍고 부드러워 휘어짐이 좋다. 또한 설치가 간편하고 용이하며 스폰지의 부드러운 특성으로 인해 밀폐할 부분의 공간이 일정하지 않아도 밀폐가 가능하다. 실리콘 폼은 복원력이 우수하고 탄성이 좋아 초내열 또는 단열재로 널리 사용되며 제품의 안전성을 위해서는 2차 가공을 실시하여 사용하고 있다.
이러한 실리콘 폼과 관련된 종래의 기술을 살펴보면 다음과 같다.
대한민국특허공고 제1995-0000986호에서는 유기물질, 폴리디오르가노실록산, 실리콘 하이드라이드, 물 및 백금 촉매를 혼합하여 실온에서 기포를 형성시키고, 상기 혼합액을 경화시켜 탄성 실리콘 발포체를 제조하는 방법에 대해서 개시하고 있으며, 대한민국 특허공개 제2001-0098908에서는 오르가노폴리실록산, 무기 충전제, 열가소성 수지 및 실리콘 오일을 포함하는 유중수 에멀젼을 혼합하고, 이를 경화시키기 위한 충분한 양의 경화제를 포함하는 실리콘 고무 스폰지 조성물을 개시하고 있다.
즉, 종래의 실리콘 스폰지와 관련된 기술에서는 실온 부근에 방치하는 것만으로 탄성체가 되는 상온가류형 (Room temperature vulcanizing, RTV) 실리콘 또는 열을 가함에 따라 탄성체로 되는 열가류형 (High temperature vulcanizing, HTV) 실리콘에 화학 발포제를 첨가하거나, 실리콘과 경화제가 반응하면서 발생하는 수소가스에 의하여 발포가 되는 스폰지였다. 그러나, 이러한 방식으로 제조된 실리콘 스폰지 중 개방형 스폰지는 발포 셀(cell)의 개방(open)정도가 매우 미약하여 통기성이 거의 없고, 셀의 크기를 조절하기 어려우며, 발포 셀막이 약하게 형성되어 반복적인 변형이나 인열강도 등에 약하다는 문제점이 있다.
또한, 기존의 시일링 부재들은 폴리우레탄 폼으로만 구성되어 있어서, 오랜 기간동안 사용할 경우에, 경화되거나 피로도가 향상되어 부스러지는 단점을 갖고 있었다.
본 발명의 목적은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 내열성, 내화성, 내구성, 난연성 및 내약품성을 크게 향상시킨 실리콘 함침 시일링 부재의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 반발 탄성이 우수하고 인장 신율이 좋은 실리콘 함침 시일링 부재의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 실리콘 함침 시일링 부재의 제조방법은,
(a) 폴리우레탄 폼을 한 쌍의 가압롤러 사이에 통과시키면서 상기 폴리우레탄 폼에 실리콘 액상을 함침시키는 단계; (b) 실리콘 액상이 함침된 폴리우레탄 폼의 외형이 강한 열풍에 변형되는 것을 방지하기 위하여, 실리콘 액상이 함침된 폴리우레탄 폼을 컨베이어를 이용하여 건조기에 통과시키면서 20∼50℃의 온도로 폴리우레탄 폼의 표면만 건조시키는 1차 열풍건조 단계; (c) 폴리우레탄 폼의 내부에 함침된 실리콘 액상을 건조시키기 위하여, 1차 열풍건조된 폴리우레탄 폼을 컨베이어를 이용하여 열풍건조기 내부에 통과시키면서 150∼200℃의 온도로 건조시키는 2차 열풍건조 단계; 및 (d) 실리콘 액상이 함침된 폴리우레탄 폼을 코팅롤러를 통과시키면서 상하 양면에 실리콘 코팅막을 형성시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (a)실리콘 액상의 함침 단계에서, 가압롤러(20)들 사이의 간격은 폴리우레탄 폼(10)이 압축되도록 폴리우레탄 폼의 전체 두께보다 작게 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 실리콘 액상은 2액형으로 비닐기를 함유하는 폴리실록산과, Si-H 결합을 갖는 폴리실록산을 열경화시킴에 따라 폴리실록산을 가교시키는 것에 의해 경화시켜 제조되는 것을 특징으로 한다.
상기 (d)코팅막 형성단계는, 코팅롤러(40)들 사이의 간격은 폴리우레탄 폼(10)이 코팅롤러를 통과할 때 그 표면이 코팅롤러의 외주면에 접촉하도록 폴리우레탄 폼의 두께만큼 이격되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 실리콘 함침 시일링 부재에 의하면, 내열성, 내화성, 내구성 및 내약품성을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 실리콘 함침 시일링 부재에 의하면, 반발 탄성이 우수하고 인장 신율이 좋은 실리콘 함침 시일링 부재의 제조방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 실리콘 함침 시일링 부재의 제조공정을 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 실리콘 함침 시일링 부재의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
여기서, 용어 "함침"이란 액체상태의 실리콘 용액을 폴리우레탄 폼 표면 및 내부로 침투시켜 폴리우레탄 폼의 특성을 사용목적에 맞게 제조하는 것을 의미한다.
본 발명에서 사용되는 폴리우레탄 폼은 폴리에테르 폼(Polyether foam) 또는 폴리에스테르 폼(Polyester foam)을 사용할 수 있다.
상기 폴리우레탄은 이소시아네이트(Isocyanate)와 폴리올 (Polyol)의 화학합성에 의해 제조되는 열경화성수지로서, 상기 이소시아네이트와 폴리올의 합성비율에 따라 물성조절이 용이하고 그 취급의 편리성으로 인하여 다양한 재료들을 제작하기 위하여 널리 사용되고 있는 합성수지이다. 이러한 폴리우레탄은 내부에 발포재가 함유된 스폰지 형태로 사용되기도 하며, 그 이외에 전기전자부품 등의 시일링제로서도 많이 사용된다.
본 발명에서는 폴리우레탄의 사용용도 중 내부에 기공이 많이 형성된 스폰지 형태의 폴리우레탄을 사용할 수 있으며, 이러한 스폰지 형태의 폴리우레탄은 크게 폴리에테르 폼(Polyether foam) 또는 폴리에스테르 폼(Polyester foam)으로 구분할 수 있다.
상기 폴리우레탄 폼의 기공(메쉬)은 25 PPI로부터 90 PPI인 것이 바람직하고, 밀도는 20∼50 kg/㎥이며, 개방형(Open cell)을 사용하는 것이 바람직하다. 개방형 폴리우레탄 폼의 의미는 그 내부구조가 치밀한 것이 아니고 공기나 유체가 통과할 수 있는 정도의 느슨한 내부 구조를 갖는 것이다.
상기 폴리우레탄 폼의 기공이 25 PPI보다 작으면 폼의 밀도가 높아서 실리콘 액상이 함침되기가 어렵고, 90 PPI보다 크면 폼의 밀도가 작아서 실리콘 액상이 폼의 내부에 잔류하기가 어렵다.
상기 폴리우레탄 폼의 구조를 개방형으로 제조하는 방법은 1차로 제조된 스폰지의 발포 구조에 형성된 표면막을 제거하는 기계 등을 이용한 2차 과정을 거쳐 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에서 폴리우레탄 폼에 함침시키기 위해 사용되는 실리콘 용액은 실록산(siloxane; Si-O-Si)을 함유하는 용액을 사용할 수 있다. 상기 실록산으로는 디메틸폴리실록산, 메틸하이드로젠폴리실록산 또는 메틸페닐폴리실록산을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 디메틸폴리실록산을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용되는 실리콘 용액은 실록산과 유기 용매를 혼합하여 제조할 수 있다. 본 발명에서 사용가능한 유기 용매로는 자일렌, 벤젠, 톨루엔 등의 탄화수소류; 에탄올, 메탄올, 이소프로판올 등의 저급 알코올 류; 아세톤，메틸 에틸케톤 등의 케톤 류; 메틸아세테이트，에틸아세테이트，부틸아세테이트 등의 저급 지방산 에스테르 류; 및 메틸에테르，에틸 에테르，테트라하이드로푸란，디옥산 등의 에테르 류 등을 사용할 수 있으나, 바람직하게는 자일렌, 벤젠, 톨루엔 등의 탄화수소류 유기 용매를 사용할 수 있다.
특히, 본 발명에서 사용하는 실리콘 액상은 열경화형 실리콘 탄성체로서 내열성, 내한성, 절연성, 작업성 등 전기, 전자 분야에서 신뢰할 수 있는 부품 보호용 몰딩용 및 접착제로 사용된다.
본 발명에 따른 실리콘 액상은 2액형으로 비닐기를 함유하는 폴리실록산과, Si-H 결합을 갖는 폴리실록산을 열경화시킴에 따라 폴리실록산을 가교시키는 방법에 의해 경화시켜 사용되는 것이다.
따라서, 촉매로는 백금 유기화합물을 이용하며, 경화시 부산물은 발생하지 않는다.
본 발명에 따른 2액형 실리콘 액상은 그들의 혼합 시에 수분이 필요 없고, 경화반응은 열에 의하여 동시에 표면과 내부가 경화되어 심부 경화성이 좋기 때문에, 본 발명에서 사용하기에 최적의 실리콘인 것이다.
2액형 실리콘 액상의 혼합 시에 경화 속도는 온도 의존성이 크며 온도를 올릴수록 경화시간을 단축할 수 있다. 또한, 경화시에는 백금 촉매의 활동을 저해하는 물질이 있거나, 그들과 접촉하면 경화 불량이 발생할 수 있다.
2액형 실리콘 액상의 혼합 시, 반응식은 다음과 같다.
[반응식]
Figure 112012079626591-pat00001

본 발명에 따른 실리콘 액상은 다음과 같은 특성을 갖고 있다.
실리콘 액상 특성
구분 주요 내용
내열성 300℃
압축 저항성 120∼500℃에서도 탁월한 복원특성 유지
저온 신축성 -75℃에서 특성 유지, 특수 처리시 -150℉까지 물성 유지
내한성 고무중 가장 우수한 내한성을 가짐
-60∼-70℃에서도 탄성 유지
내후성 이중 결합이 없어 환경에 강함
압축 영구 줄음율 -100∼-250℃까지 온도범위에서 탄성 및 복원력 유지
내약품성/내열수성 극성 유기화합물/물이나 스팀에 강함
난연성 할로겐 원소 불포함 -> 연소시 유독가스 무배출
난연재 배합시 탁월한 난연성 및 자기 소화성
상기와 같은 폴리우레탄 폼과 실리콘 액상을 이용하여 시일링 부재를 제조하는 방법은 다음과 같다.
(a) 폴리우레탄 폼을 한 쌍의 가압롤러 사이에 통과시키면서 상기 폴리우레탄 폼에 실리콘 액상을 함침시킨다.
가압롤러(20)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상하 한 쌍으로 구성되며, 한 쌍의 가압롤러(20)는 상호간에 높이를 조절할 수 있어서, 폴리우레탄 폼(10)이 지나가는 경로의 상하 간격을 조정할 수 있다.
이때, 가압롤러(20)들 사이의 간격은 폴리우레탄 폼(10)이 최대한 압축되도록 폴리우레탄 폼(10)의 전체 두께보다 작게 형성될 수 있도록 한다.
폴리우레탄 폼(10)이 가압롤러(20)들 사이에서 최대한 압축되면, 가압롤러(20)을 빠져나오면서 압축되었던 폴리우레탄 폼(10)이 팽창되면서 실리콘 액상을 최대한 흡수하면서, 폴리우레탄 폼(10)의 내부 전체에 실리콘 액상이 함침될 수 있는 것이다.
(b) 실리콘 액상이 함침된 폴리우레탄 폼을 컨베이어를 이용하여 1차 건조기(25)에 통과시키면서 1차 열풍건조시킨다.
1차 열풍건조는 실리콘 액상이 함침된 폴리우레탄 폼의 외형이 강한 열풍에 변형되는 것을 방지하기 위하여, 약 20∼50℃의 온도로 폴리우레탄 폼의 표면만 건조시키는 공정이다.
(c) 1차 열풍건조된 폴리우레탄 폼을 컨베이어를 이용하여 열풍건조기(30) 내부에 통과시키면서 2차 열풍건조시킨다.
2차 열풍건조는 폴리우레탄 폼의 내부에 함침된 실리콘 액상을 완전히 건조시키기 위한 것으로, 약 150∼200℃의 온도로 건조시키는 공정이다.
(d) 실리콘 액상이 함침된 폴리우레탄 폼을 코팅롤러(40)를 통과시키면서 상하 양면에 실리콘 코팅막을 형성시킨다.
코팅롤러(40)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상하 한 쌍으로 구성되며, 한 쌍의 롤러(20) 사이에 상기 폴리우레탄 폼을 통과시키면서 실리콘 액상을 코팅하여 상하 양면에 코팅막을 형성하게 된다.
이때, 폴리우레탄 폼(10)의 표면에 실리콘을 얇게 하여 막을 형성해야 하기 때문에, 코팅롤러(40)들 사이의 간격은 폴리우레탄 폼(10)이 코팅롤러를 통과할 때 그 표면이 코팅롤러의 외주면에 접촉할 정도인 것이 바람직하다. 즉, 상기 코팅롤러(40)들 사이의 간격은 폴리우레탄 폼(10)의 두께만큼 이격될 수 있다.
상기 코팅롤러(40)는 그 외주면에 실리콘 액상이 묻혀져서 회전하게 된다.
상기와 같은 공정을 통해서 폴리우레탄 폼(10)의 내부 전체에는 실리콘 액상이 함침되게 되고, 폴리우레탄 폼(10)의 상하부 표면에는 실리콘 코팅막이 형성되는 것이다.
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
10: 폴리우레탄 폼 15: 코팅막
20: 가압롤러 25: 1차 건조기
30: 열풍건조기 40: 코팅롤러

Claims (4)

  1. (a) 폴리우레탄 폼을 한 쌍의 가압롤러 사이에 통과시키면서 상기 폴리우레탄 폼에 실리콘 액상을 함침시키는 단계;
    (b) 실리콘 액상이 함침된 폴리우레탄 폼의 외형이 강한 열풍에 변형되는 것을 방지하기 위하여, 실리콘 액상이 함침된 폴리우레탄 폼을 컨베이어를 이용하여 건조기에 통과시키면서 20∼50℃의 온도로 폴리우레탄 폼의 표면만 건조시키는 1차 열풍건조 단계;
    (c) 폴리우레탄 폼의 내부에 함침된 실리콘 액상을 건조시키기 위하여, 1차 열풍건조된 폴리우레탄 폼을 컨베이어를 이용하여 열풍건조기 내부에 통과시키면서 150∼200℃의 온도로 건조시키는 2차 열풍건조 단계; 및
    (d) 실리콘 액상이 함침된 폴리우레탄 폼을 코팅롤러를 통과시키면서 상하 양면에 실리콘 코팅막을 형성시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 함침 시일링 부재의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 (a)실리콘 액상의 함침 단계에서,
    가압롤러(20)들 사이의 간격은 폴리우레탄 폼(10)이 압축되도록 폴리우레탄 폼의 전체 두께보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 실리콘 함침 시일링 부재의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 실리콘 액상은 2액형으로 비닐기를 함유하는 폴리실록산과, Si-H 결합을 갖는 폴리실록산을 열경화시킴에 따라 폴리실록산을 가교시키는 것에 의해 경화시켜 제조되는 것을 특징으로 하는 실리콘 함침 시일링 부재의 제조방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (d)코팅막 형성단계는,
    코팅롤러(40)들 사이의 간격은 폴리우레탄 폼(10)이 코팅롤러를 통과할 때 그 표면이 코팅롤러의 외주면에 접촉하도록 폴리우레탄 폼의 두께만큼 이격되는 것을 특징으로 하는 실리콘 함침 시일링 부재의 제조방법.
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