KR101360864B1 - 퍼라이트 코팅액이 코팅된 의류용 원단 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 퍼라이트 코팅액이 코팅된 의류용 원단 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 수계 바인더가 분산되어 있는 바인더 수용액에 폐기공(closed-cell)을 갖는 퍼라이트(perlite)를 분산시켜 만들어지는 퍼라이트 코팅액이 코팅된 의류용 원단 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

퍼라이트 코팅액이 코팅된 의류용 원단 및 이의 제조방법{CLOTHING FABRICS COATED WITH PERLITE COATING SOLUTION AND METHOD FOR MANUFACTURING OF THE SAME}

본 발명은 퍼라이트 코팅액이 코팅된 의류용 원단 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 수계 바인더가 분산되어 있는 바인더 수용액에 폐기공(closed-pore)을 갖는 퍼라이트(perlite)를 분산시켜 만들어지는 퍼라이트 코팅액과 상기 코팅액으로 코팅함으로써 부피감이 적으면서 보온성이 우수한 퍼라이트 시트 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 퍼라이트(perlite)는 화산 활동으로 발생한 용암이 급속히 냉각되어 생성된 유리질 암석으로 2.5%의 결정수를 함유하고 있고, 871℃ 이상의 온도로 급속히 가열하면 상기 결정수가 기화되면서 팽창 퍼라이트(Expanded Perlite)라는 가벼운 다공성 입자로 발포되는데, 통칭 퍼라이트란 이러한 팽창 퍼라이트를 이른다. 이렇게, 결정수가 기화되면서 퍼라이트 입자 속에 수많은 미세 기공이 형성되며, 본래 부피의 약 10~20배 정도로 팽창하게 되고, 이로 인해 매우 가볍고 독특한 물성을 띄게 되는데, 특히, 경량성(단위용적 중량 : 0.03~0.25g/L), 무독성(pH : 6.5~7.5), 단열성(열전도율 : 0.03~0.05 kcal/mh℃), 보온·보냉성(사용온도 : -250~1000℃) 및 불연성 재료로 우수한 특성을 가지게 된다.

이러한 퍼라이트를 이용한 종래의 기술로서, 국내 특허등록 제10-1038970호는 퍼라이트를 압출방식을 이용하여 시트 상으로 연속하여 성형하되, 그 두께를 자유롭게 조절할 수 있는 퍼라이트 시트 제조방법을 개시하고 있는바, 그 제조방법은 액상화된 퍼라이트의 도포단계, 상기 퍼라이트의 도포 두께 조절단계, 건조단계, 그리고 발포 및 소성단계를 포함한다. 이 방법에 의하면, 그 두께를 약 10㎛까지 얇게 할 수 있어 벽지 등 건축용 내외장재에 다양하게 응용이 가능하나, 그 용도가 건축용 내외장제로 한정되어 있으며, 유연성을 요하는 얇은 의류나 섬유 등의 코팅 용도로는 사용이 불가능하다.

또한, 국내 특허공개 2001-0086868호는 퍼라이트 등의 무기물질을 함유하는 기능성 섬유 원사에 대하여 개시하고 있는바, 구체적으로는 폴리에스터, 나일론, 아크릴, 폴리프로필렌, 폴리우레탄 등 섬유화할 수 있는 재료에 질석 및 진주암 분말을 혼합·방사하여 제조된 섬유 원사에 관한 기술이 개시되어져 있다. 그러나, 이 경우 첨가되는 무기물의 입자크기로 인하여 방사노즐이 막히거나, 방사과정 이후의 연신공정과 가연공정 및 제직공정에서 높은 경도를 갖는 무기물로 인하여 장치마모율이 높아진다는 문제가 있어 무기물의 평균입자 크기를 엄밀하게 관리할 필요가 있고, 이미 제조되어 있는 섬유나 원단 등에는 적용할 수 없으므로 사용범위에 제한을 받는다.

한편, 다른 무기물을 이용한 다공성 보온단열소재 제조방법으로서, 바인더를 에어로겔 입자/비드와 혼합한 후 가열하면 바인더로 사용된 열가소성수지가 녹으면서 에어로겔-고분자 복합체가 제조되는 방법이 공지되어 있다. 이 방법을 이용한 종래의 기술로서, Hoechst사의 WO 97/10188호는 바인더로서 열가소성 수지인 폴리비닐부티랄을 이용하여 이형지 사이에 에어로겔과립/폴리비닐부티랄(Mowital) 8％/고강도섬유 2％를 혼합한 후에 220℃, 30분간 18mm로 성형하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 이 방법에 의하면 에어로겔 융착시 열가소성 바인더에 의해 에어로겔의 나노기공성이 막히게 되어 단열성이 저하되는 문제가 있다.

이와 같이, 개기공(open-pore) 형상을 갖는 에어로겔의 특성상 상기한 바와 같은 기공막힘현상으로 단열성 확보에 문제가 발생할 수 있고, 높은 취성으로 취급에 어려움이 있으며, 분산의 어려움 때문에 코팅액으로서 제조하여 원하는 용도에 사용하는 것은 불가능하다고 알려져 왔다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 얇은 원단이나 섬유 등에 코팅 가능하며 안정성이 우수한 퍼라이트 코팅액을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 폐기공을 갖는 퍼라이트를 사용함으로써 종래의 개기공을 갖는 무기단열재료에서 발생하던 기공막힘현상이 없어진 퍼라이트 시트 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 부피감이 적고 보온성이 우수하면서도, 저렴한 퍼라이트 시트를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 수계 바인더가 수성매체에 분산되어 있는 바인더 수용액에 폐기공을 갖는 퍼라이트가 분산된 것을 특징으로 하는 퍼라이트 코팅액이 코팅된 의류용 원단을 제공한다.

상기 수계바인더는 아크릴계 및 우레탄계 바인더인 중 선택된 하나 이상이 사용가능하고, 상기 바인더 수용액의 사용량은 상기 퍼라이트 중량대비 5 ~ 20배이며, 상기 퍼라이트의 입경이 35 ~ 65㎛임을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 수계 바인더를 수성매체에 분산시켜 바인더 수용액을 제조하는 단계와; 상기 바인더 수용액에 퍼라이트를 분산시켜 퍼라이트 코팅액을 제조하는 단계와; 상기 퍼라이트 코팅액을 의류용 원단에 코팅하는 단계와; 상기 코팅된 의류용 원단에 상기 수계 바인더의 경화 온도로 가열하여 건조하는 단계를 포함하는 퍼라이트 코팅액이 코팅된 의류용 원단의 제조방법을 제공한다.

상기 의류용 원단에 코팅된 퍼라이트 코팅액의 픽업율은 10 ~ 50%이고, 상기 코팅의 대상물이된 의류용 원단 이외에 섬유, 부직포 및 필름 형태 중 선택된 형태가 사용가능하다

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본 발명에 의하면, 수계바인더가 수성매체에 분산되어 있는 바인더 수용액에 퍼라이트를 분산시킴으로써 얇은 원단이나 섬유 등에 코팅 가능하면서 안정성이 우수한 퍼라이트 코팅액이 코팅된 의류용 원단을 제조할 수 있다.
또한, 폐기공을 갖는 퍼라이트를 사용함으로써 종래의 개기공을 갖는 무기단열재료에서 발생하던 기공막힘현상이 없어져 보온단열성이 확보되면서도 부피감이 적은 퍼라이트 의류용 원단의 제조방법을 제공할 수 있고, 에어로겔 대비 10배 이하의 가격으로 거래되는 퍼라이트를 사용함으로써 저렴한 보온단열소재를 제공할 수 있다.

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본 발명은 수계 바인더가 수성매체에 분산되어 있는 바인더 수용액에 폐기공(closed pore)을 갖는 퍼라이트가 분산된 것을 특징으로 하는 퍼라이트 코팅액이 코팅된 의류용 원단을 제공한다.

본 발명에서 사용되는 퍼라이트는 폐기공을 갖는 퍼라이트로서, 일반적으로 퍼라이트는 팽창의 방법 및 조건에 따라 open-cell, closed-cell, balloon의 3가지 형태로 제조되며, a) open-cell형 퍼라이트는 퍼라이트를 팽창시킬 때 최대한의 셀팽창을 유도한 완벽한 개기공을 가지며, 보수성 및 투수성이 우수하므로 수분과의 관계가 많은 제품에 유용하고, 대체로 농원예용으로 사용되고, b) closed-cell형 퍼라이트는 셀팽창을 극대화시키고 그 표면을 다시 폐기공화시킨 것이며, 흡수를 배제시켜야 하는 용도로서 건축자재 및 보온·보냉재용으로 주로 사용되며, c) balloon형 퍼라이트는 셀의 팽창은 최대로 유도하되 비누거품 방울같이 밀폐기공을 가진 중공체 제품으로서 필러(filler) 용으로 주로 사용된다.

상기 수계 바인더는 아크릴계 및 우레탄계 바인더인 중 선택된 하나 이상임을 특징으로 하며, 상기 바인더 수용액의 사용량은 퍼라이트 중량대비 5 ~ 20배이며, 상기 바인더 수용액의 사용량이 5배 미만일 경우에는 퍼라이트와 코팅 대상물 사이의 바인딩에 문제가 있고, 반면 20배를 초과하여 사용시 사용량 대비 보온성 증가효가가 미미하다.

또한, 퍼라이트의 입경이 35 ~ 65㎛인 것을 사용하는 바람직하며, 상기 입자크기가 35㎛의 미만일 경우 분산에 문제가 있으며, 반면 65㎛를 초과할 경우 코팅대상물의 표면촉감이 거칠어지고 바인딩의 효율이 떨어져 내구성 저하문제가 발생할 수 있다.
한편, 상기 퍼라이트 코팅액으로 코팅된 퍼라이트 의류용 원단의 제조방법은, 수계 바인더를 수성매체에 분산시켜 바인더 수용액을 제조하는 단계와; 상기 바인더 수용액에 퍼라이트를 분산시켜 퍼라이트 코팅액을 제조하는 단계와; 상기 퍼라이트 코팅액을 의류용 원단에 코팅하는 단계와; 상기 코팅된 의류용 원단에 상기 수계 바인더의 경화 온도로 가열하여 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 의류용 원단에 코팅된 퍼라이트 코팅액의 픽업(pick-up)율은 10 ~ 50%인 것을 특징으로 한다. 여기서, 픽업율이란 일반적으로 원단 중량 대비 그 원단이 가공액을 흡수하는 그 비율을 의미하는 것으로, 본 발명에서는 코팅 의류용 원단의 중량대비 퍼라이트 코팅액이 상기 의류용 원단에 흡수된 중량을 백분율로 나타낸 것이며, 상기 픽업율이 10% 미만인 경우 원하는 보온성을 획득할 수 없고, 반면 50%를 초과할 경우 과다한 퍼라이트 코팅액으로 인하여 두께가 두꺼워지며 유연성이 떨어지게 된다.
상기 코팅된 의류용 원단의 건조단계는 예컨대, 80℃에서 진행되는 프리베이크(pre-bake)과정을 거쳐 150℃ 정도의 온도로 경화되는데, 이때 경화온도가 150℃ 미만일 경우에는 바인더가 경화되지않아 퍼라이트의 부착성능을 떨어뜨려 견뢰도에 문제가 생길 수 있다. 이러한, 건조단계에 상기 수계 바인더의 경화반응으로 퍼라이트와 코팅 대상물이 부착된다.
그리고, 상기 의류용 원단이외에 섬유, 원단, 부직포 및 필름 형태 중 선택된 형태로 사용가능하며, 그 형태에 제한을 받지 않으나, 섬유가 대상물로서 사용될 경우에는, 퍼라이트 코팅액을 섬유에 코팅하고 경화 및 유기용매 휘발단계를 거친 후 시트상으로 제직되거나, 또는 상기 퍼라이트로 코팅된 섬유가 부직포로 만들어진 후 경화 및 유기용매 휘발단계를 거쳐 퍼라이트 시트로 제조될 수 있다.
또한, 상기 퍼라이트 의류용 원단의 제조방법에서 언급된 퍼라이트의 입경 및 수계바인더와 관련된 사항들은 모두 상기한 퍼라이트 코팅액에서와 동일하다.
이렇게 제조된 퍼라이트 의류용 원단은 얇은 두께를 요하는 인테리어용, 산업용, 건축용 등 다양한 용도로 사용가능한 것으로, 그 용도에 제한받지 않는다.

이하, 구체적인 실시예로서 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

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비교예 1

수계 아크릴 바인더 [HCD10] 100g에 증류수 50g를 첨가한 후 완전히 섞이도록 혼합한다. 이 바인더 수용액을 이용하여 5% 에어로겔 코팅액을 제조하였다.

시료(원단) 6.621g을 준비하고, 상기 에어로겔 코팅액으로 상기 원단을 코팅처리한 후, 80℃에서 10분 동안 프리베이크(pre-bake)하고, 150℃에서 10분 동안 가열하여 상기 바인더를 경화시켜 에어로겔 시트를 제조하였다.

이렇게 제조된 에어로겔 시트는 8.670g이고, 픽업율은 30.94%였다.

비교예 2

보온성 비교를 위하여 퍼라이트 코팅처리하지 않은 원단을 준비하였다.

평가방법

(1) 픽업(pick-up)율

미처리 원단 중량대비 상기 원단에 흡수된 코팅액의 중량을 측정한 후 백분율로 환산하여 픽업율을 계산하였다.

(2) 보온성

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 퍼라이트 시트, 에어로겔 시트 및 원단은 보온성 평가규격 KS K 0466에 의하여 측정하였다.

하기의 표1에 실시예 및 비교예의 픽업율 및 보온성을 나타내었다.

	코팅전 원단중량(g)	코팅후 원단중량(g)	픽업율(%)	보온성(%)
실시예1	6.933	9.140	31.38	12.3
비교예1	6.621	8.670	30.94	12.1
비교예2	6.730	6.730	0	10.4

본 발명에 따라 퍼라이트 코팅액으로 코팅처리한 실시예의 경우, 가격 면에서 10배 이상 고가인 에어로겔을 이용한 코팅액으로 코팅처리한 비교예 1과 유사한 보온성을 나타냈으며, 퍼라이트 코팅처리하지 않은 비교예 2에 비하여 우수한 보온성을 나타내었다.

이상, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (7)

1. 수계 바인더가 수성매체에 분산되어 있는 바인더 수용액에 입경이 35 ~ 65㎛의 폐기공(closed pore)을 갖는 퍼라이트가 분산된 퍼라이트 코팅액에 있어서, 상기 바인더 수용액은 상기 퍼라이트 중량대비 5 ~ 20배인 퍼라이트 코팅액이 코팅된 의류용 원단.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 수계 바인더는 아크릴계 및 우레탄계 바인더인 중 선택된 하나 이상인 퍼라이트 코팅액이 코팅된 의류용 원단.
   
3. 수계 바인더를 수성매체에 분산시켜 바인더 수용액을 제조하는 단계와;
   상기 바인더 수용액에 퍼라이트를 분산시켜 퍼라이트 코팅액을 제조하는 단계와;
   상기 퍼라이트 코팅액을 의류용 원단에 코팅하는 단계와;
   상기 코팅된 의류용 원단을 상기 수계바인더의 경화 온도로 가열하여 건조하는 단계를 포함하는 퍼라이트 코팅액이 코팅된 의류용 원단의 제조방법.
   
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