KR101664485B1 - 에어백 코팅 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에어백용 모놀리쓰 코팅 층으로 사용되는 코팅 조성물에 관한 것이다. 상기 코팅 조성물은, 함께 블렌드되는 우레탄들의 조합을 포함한다. 상기 우레탄 성분 중의 하나 이상은 기체 보유 성질을 제공하고 다른 우레탄 성분은 노화 안정성을 제공한다. 상기 기체 보유 우레탄은 높은 파단 인장 강도, 높은 파단 신율 및 1,200 psi 미만의 100% 모듈러스를 가지는 것을 특징으로 한다. 상기 노화 안정성 우레탄은 폴리카보네이트 디올과 이소시아네이트가 반응하는 제조 공정의 결과로서 폴리카보네이트 주쇄를 가진다. 생성된 코팅 조성물은 에어백 직물에 단층으로 도포되는 경우 우수한 기체 보유성과 노화 안정성을 지닌 에어백을 생성한다.

Description

에어백 코팅{AIRBAG COATING}
본 발명은 모놀리쓰(monolithic) 코팅의 에어백 직물을 위한 용도에 관한 것이다. 상기 난연성 코팅 조성물은 과거 다중 코팅 층을 사용하여 달성되었던 성질에 비길 만한 기체 보유성, 난연성, 및 노화 안정성과 같은 에어백에 필요한 성질을 부여한다. 상기 코팅 조성물은 2 종 이상의 다른 우레탄들의 블렌드를 포함한다. 상기 블렌드의 첫 번째 우레탄은 기체 보유 우레탄 화합물로서 기능한다. 두 번째 우레탄은 노화 안정성 우레탄 화합물로서의 기능을 하는, 보다 연질인 100% 폴리카보네이트계 폴리우레탄이다. 본 코팅 조성물의 주요한 이점은, 단층으로 사용되는 경우라도, 원하는 2층 코팅 시스템 성질을 달성할 수 있다는 것이다.
역사적으로, 에어백은, 예를 들면 직물을 통한 원하지 않은 공기 투과를 방지하고 이보다 덜하기는 해도 에어백 팽창에 사용되는 뜨거운 기체에 노출되는 것에 의한 손상으로부터 직물을 보호함으로써 에어백 성능을 향상시키기 위해 하나 이상의 고분자 물질 층으로 코팅되어 왔다. 폴리클로로프렌이, 코팅된 에어백의 초기 개발시 선택된 중합체였다. 그 후 거의 보편적으로 실리콘계 물질이 폴리클로로프렌을 대체하게 되었다.
에어백, 특히 승객 구역의 측면에 위치하는 에어백에서의 보다 새로운 설계에서는, 사용하는 동안 에어백 유지 압력이 더욱 길어야 한다는 요건이 도입되었다. 더 긴 공기 보유 시간의 요건 및 실리콘 고분자의 더 낮은 코팅 수준의 사용은, 재봉된 솔기가 응력 하에 놓이는 경우, 천연 윤활 실리콘 코팅이 에어백 직물 내의 얀을 이동시킬 수 있다는 영향을 강조하였다. 이런 이동은, 이동 얀으로 인해 형성된 기공을 통한 팽창 기체의 누출을 초래할 수 있다.
과거에는, 기체 보유 고분자(예를 들면, 실리콘 함유 고분자)로 된 첫 번째 층을 직물 표면에 도포하고 그 후 두 번째 보호 층을 상기 첫 번째 층 위에 도포하여 압력 보유 시간의 연장을 달성하였다. 상기 두 번째 보호 층은, 에어백이 접혀 보관되는 경우 상기 에어백 코팅이 자가 부착("블로킹(blocking)"으로 알려진 상태)되는 것을 방지하고 또한 노화, 마모 등 때문에 발생하는 손상으로부터 상기 첫 번째 기체 보유 층을 보호한다. 대부분의 경우, 상기 두 번째 층은 또한 에어백의 연소 속도를 최소화하는 것을 도와 미 연방 자동차 안전 기준(FMVSS) 302에 의해 지정된 것과 같은 연소 시험 요건을 만족시킨다.
다양한 코팅 시스템이 동일 고분자 망상구조 내에서 실리콘과 다른 고분자들의 결합을 제시해왔다. 예로서, 모두 파커(Parker)에게 허여된 미국 특허 제 6,348,543 호, 제 6,468,929 호, 제 6,545,092 호, 제 6,846,004 호, 및 미국 특허 출원 공개 공보 제 2005-0100692 호에 이러한 실리콘계 코팅 시스템이 기술되어 있고, 이들 모두를 그 전체가 본원에 개시된 것처럼 본원에 참고로 인용한다.
다양한 복층 코팅 시스템이 또한 제시되었다. 이와 관련하여, 예시적인 복층 시스템은, 모두 베이가(Veiga)에게 허여된 미국 특허 제 6,239,046 호, 제 6,641,686 호, 제 6,734,123 호, 및 제 6,770,578 호 및 리(Li)에게 허여된 미국 특허 제 6,177,365 호 및 제 6,177,366 호에 기술되어 있고, 이들 모두를 그 전체가 본원에 개시된 것처럼 본원에 참고로 인용한다.
에어백 제조자들은 적합한 코팅 조성물 형성과 관련된 다수의 문제를 해결하기 위하여 이들 및 다른 해결 방안을 사용하였다. 구체적으로, 상기 에어백 코팅은 필요한 기체 보유 성질을 에어백에 제공하는 것이 요구된다. 또한 상기 코팅은 난연성을 에어백에 부여하는 것이 바람직하다. 이와 관련하여, 난연성 첨가제를 직물 접촉 층에 포함시키는 경우 기체 보유성이 손상될 수 있기 때문에, 난연성은 전형적으로 난연성 첨가제를 상기 다층 코팅의 상부(top) 층에 포함시킴으로써 달성된다. 또 하나의 바람직한 특성은, 오랜 시간 동안 상기 백이 접혀 보관되는 경우 상기 코팅 조성물이 자신에게 부착되려하는 소위 "블로킹"현상이 없는 것이다. 마지막으로, 또 하나의 바람직한 특징은, 에어백 코팅이 노화 안정성일 필요성으로서, 이는 상기 코팅이 시간에 따라 극도의 열 및/또는 습도의 조건에서도 열화되지 않음을 의미한다.
널리 알려진 바와 같이, 단일 코팅 층들은 일반적으로는 이런 다양한 문제들을 해결하기에 불충분하였다. 따라서, 다층 코팅의 사용이 상대적으로 광범위하게 받아들여져왔다. 본 발명의 상기 우레탄계 코팅 조성물은 종래의 다층 코팅의 성능에 비길 만한 성능 특성을 가진 에어백용 모놀리쓰 코팅 층으로 사용될 수 있다. 따라서 본 발명은 선행 기술보다 유용한 진보성을 제공한다.
본 발명은 에어백용 모놀리쓰 코팅 층으로서 사용될 수 있는 코팅 조성물의 제공에 의해 공지 기술보다 뛰어난 이점 및 대안을 제공한다. 바람직하게는, 이런 코팅 조성물은, 함께 블렌드되는 2 이상의 구별되는 우레탄 성분을 포함한다. 상기 우레탄 성분 중의 하나 이상은, 폴리카보네이트와 또 하나의 폴리올, 예컨대 기체 보유 성질을 제공하는 폴리에테르의 하이브리드(hybrid)이다. 또 하나의 우레탄 성분은 노화 안정성을 제공하는 100% 폴리카보네이트계 폴리우레탄이다. 상기 기체 보유 우레탄은 높은 파단 인장 강도, 높은 파단 신율 및 약 800 내지 약 1,200 PSI 범위의 100% 모듈러스를 가지는 것을 특징으로 한다. 생성 코팅 조성물(즉, 블렌드)은, 보다 높은 연화점 온도를 가진 생성물을 낳으며, 동시에 약 1000 PSI 미만의 100% 모듈러스를 가진 고분자를 생성한다. 단층으로서 에어백 직물에 도포되는 경우, 상기 코팅은 우수한 기체 보유성 및 노화 안정성을 가진 에어백을 제공한다. 첨가제를 통하여 난연성이 도입될 수도 있다.
도 1은 2층 코팅 시스템과 비교하여 본 코팅 조성물로 코팅된 에어백의 시간에 따른 누출(leak-down) 속도를 도시한 그래프이다.
우레탄 제조
예시적이고 잠재적으로 바람직한 실시에 따라서, 두 개의 다른 우레탄 성분은, 바람직하게는 수성 분산물로, 함께 블렌드되어 본 발명의 코팅 조성물을 생성한다.
첫 번째 우레탄은 뛰어난 기체 보유 성질을 갖도록 설계되고, 따라서"기체 보유 우레탄"으로 본원에서 지칭될 것이다. 상기 기체 보유 우레탄은 높은 파단 인장 강도(예를 들면, 2,500 PSI 이상), 높은 파단 신율(예를 들면, 300% 이상), 및 ASTM D822 표준 시험 기술에 따라 측정시 약 1,200 PSI 미만 및 더욱 바람직하게는 약 800 내지 1200 PSI의 100% 모듈러스를 가지는 것을 특징으로 한다. 예로서, 이런 성질을 제공하는 한 가지 전형적인 기체 보유 우레탄은 폴리카보네이트와 폴리에테르 폴리올로 조합된 것을 사용하여 형성된 하이브리드 폴리우레탄이다.
두 번째 우레탄은 노화에 뛰어난 저항성을 갖도록 설계되고, 따라서 "노화 안정성 우레탄"으로 본원에서 지칭될 것이다. 예시적인 실시에서, 상기 두 번째 우레탄은 100% 폴리카보네이트 폴리올을 사용하여 합성되고 100% 폴리카보네이트 고분자 주쇄를 특징으로 한다. 이 출원에서 사용되는 상기 "노화 안정성 우레탄"은 약 800 PSI 미만, 더욱 바람직하게는 약 400 PSI 내지 약 800 PSI의 범위, 및 가장 바람직하게는 약 400 내지 약 675 PSI의 100% 모듈러스를 가지는 것을 특징으로 한다. 다시 말해서, 상기 합성된 폴리카보네이트 폴리우레탄은 상기 하이브리드 기체 보유 우레탄보다 더 연질이다.
상기 기체 보유 우레탄 대 상기 노화 안정성 우레탄의 중량 비는 바람직하게는 약 80/20 내지 약 50/50의 범위이다. 한 실시양태에서, 기체 보유 폴리우레탄 대 노화 안정성 폴리우레탄의 비는 약 63/37이다. 또 하나의 잠재적인 바람직한 실시양태에서, 기체 보유 폴리우레탄 대 노화 안정성 폴리우레탄의 비는 60/40이다. 이러한 비(이들 각각은 50% 이상의 기체 보유 폴리우레탄을 포함한다)는 기체 보유성과 노화 안정성 특성의 우수한 조화를 나타내는 코팅 배합물을 제공한다.
상기 언급된 원하는 폴리우레탄을 제조하도록 상기 우레탄 성분 각각의 제조를 위한 출발 물질, 몰 비 및 반응 조건이 선택된다. 상기 출발 물질은 전형적으로 하나 이상의 폴리올, 이소시아네이트 및 사슬 연장제를 포함한다. 상기 폴리올 화합물(들) 대 이소시아네이트 화합물의 몰 비는 바람직하게는 0.5:1 내지 0.98:1 정도이다.
폴리우레탄 제조용으로 바람직한 폴리올은, 하기 화학식 1 내지 6에 도시된 구조를 가진 폴리카보네이트 폴리올, 폴리에테르 폴리올, 실리콘계 디올, 올레핀계 디올, 폴리에스터 디올, 및 이들의 조합을 포함한다. 하나 이상의 폴리카보네이트 폴리올을, 본 발명의 코팅 조성물에 사용되는 노화 안정성 폴리우레탄 성분의 제조에 사용될 수 있다. 단일 폴리올이 기체 보유 폴리우레탄에 사용될 수 있지만, 2 이상의 폴리올이 대신 사용될 수도 있다. 예로서(제한 없이), 폴리카보네이트 폴리올 및 폴리에테르 폴리올의 블렌드(예를 들면, 각각 약 80/20 내지 약 50/50의 비)를, 본 발명의 코팅 조성물의 성분으로 사용하기에 적합한 기체 보유 폴리우레탄 화합물의 생산에 사용할 수도 있다.
폴리카보네이트 폴리올은 하기 화학식 1 및 하기 화학식 2에 따른 구조를 가진 화합물을 포함한다:
Figure 112010010325501-pat00001
Figure 112010010325501-pat00002
상기 식에서, R 및 R1은 지방족 라디칼 및 방향족 라디칼로 구성된 그룹으로부터 선택되고, R2는 4 내지 10개의 탄소 원자를 가진 지방족 탄화수소 기 및 4 내지 10개의 탄소 원자를 가진 지환족 탄화수소 기로 구성된 그룹으로부터 선택되고, n은 2 내지 20의 정수이다. 한 실시양태에서, R은 (CH2)6이고, 이는 약 2,000의 평균 분자량(Mn)을 가진 폴리카보네이트 폴리올을 제공한다.
예시적인 폴리에테르 폴리올은 하기 화학식 3에 따른 구조를 가지는 화합물을 포함한다:
Figure 112010010325501-pat00003
상기 식에서, n은 5 내지 68의 정수이다. 하나의 대표적인 폴리에테르 폴리올은 400 내지 4,000의 분자량(Mn)을 갖는 폴리프로필렌 글리콜이다. 또한 이 부류의 폴리올에 포함되는 것은 올레핀계 디올로서, 여기에는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 또는 폴리올레핀 공중합체(여기서, 공중합체는 말단 및/또는 측쇄 위치에 히드록실 기를 가짐)를 갖는 화합물이 포함된다.
예시적인 실리콘계 디올은 하기 화학식 4에 따른 화학 구조를 가지는 화합물을 포함한다:
Figure 112010010325501-pat00004
상기 식에서, R1 및 R4는 방향족 라디칼 및 지방족 라디칼로 구성된 그룹으로부터 독립적으로 선택되고, R2 및 R3는 메틸 라디칼, 히드록실 라디칼, 페닐 라디칼, 및 수소로 구성된 그룹으로부터 독립적으로 선택된다.
예시적인 폴리에스터계 디올은 하기에 도시된 화학식 5 및 하기 화학식 6의 두 화합물을 포함한다:
Figure 112010010325501-pat00005
폴리부탄디올 아디페이트
Figure 112010010325501-pat00006
폴리카프로락톤 폴리올
상기 식에서, R은 2 내지 10개의 탄소 원자를 가지는 지방족 탄화수소 기 및 2 내지 10개의 탄소 원자를 가지는 지환족 탄화수소 기로 구성된 그룹으로부터 선택되고, n은 약 1,000 내지 약 2,400의 Mn을 갖는 폴리올을 제공하도록 선택된 정수이다.
색 안정성 및 열 안정성으로 인해 지방족 이소시아네이트가 상기 개시된 폴리올과의 반응에 바람직하다. 적합한 지방족 이소시아네이트로는 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트(HDI), 이소포레인 디이소시아네이트(IPDI), 수소화된 메틸렌디페닐 디이소시아네이트(HMDI), 및 α,α,α',α'-테트라메틸-m-자일렌 디이소시아네이트(m-TMXDI)가 포함되나 이에 제한되지 않는다.
몇몇 상황에서는, 고분자 디올 및 이소시아네이트 화합물 사이의 반응을 촉진시키기 위하여 촉매를 사용하는 것이 바람직할 수도 있다. 적합한 촉매는 3차 아민, 유기 주석 화합물, 및 이러한 목적으로 공지된 기타 촉매들을 포함한다.
전형적으로, 두 단계 합성법을 이용하여 수계 폴리우레탄 분산물을 제조한다. 첫 번째 단계는, 적당히 낮은 분자량의, 말단 이소시아네이트 기를 갖는 소수성 폴리우레탄 올리고머의 제조를 포함한다. 이 적당히 낮은 분자량의 올리고머는, NH-COO 우레탄 결합을 생성하는 다작용성(보통 이작용성) 이소시아네이트와 폴리히드록시 화합물의 반응 생성물이다. 이런 반응은 하기에 도시되며, 하기 반응식에서, 폴리올과 이소시아네이트는 포괄적인 구조로 나타낸다. 수계 합성의 경우, 상기 폴리히드록시 화합물 중의 하나 이상은 이온성 특성이고, 전형적으로 디메틸올프로피온산(DMPA)과 같은 디히드록시 유기 산이다.
대표적인 반응은 하기 반응식 1에 도시되어 있다.
[반응식 1]
Figure 112010010325501-pat00007
이 합성 반응에 이용 가능한 폴리히드록시 화합물의 광범위한 다양성이 상기 폴리우레탄 고분자의 다양성을 가져온다.
상기 폴리이소시아네이트의 선택적인 반응성으로 인해, 상기 디히드록시 유기 산 화합물의 산 작용기는 1차 또는 심지어 2차 히드록실 기에 비해 극도로 느리게 반응한다. 이런 반응성의 차이는 상기 폴리올로부터의 히드록실 기(디히드록 유기 산으로부터의 히드록실 기 포함)와 과잉의 폴리이소시아네이트의 반응이, 상기 도시된, 올리고머 주쇄 내에 결정 가능한 양의 이온성 작용기를 가진 이소시아네이트-말단 폴리우레탄 올리고머를 생성하는 것을 허용한다. 상기 도시된 바와 같이, 상기 이온성 작용기는 카복실산 기의 존재로 인한 것이다. 또한, 카복실산 기 대신에 황산 기(SO3H)를 가지는 화합물이 대신 사용될 수 있음을 이해하여야 한다.
넓은 범위의 폴리히드록시 화합물 중 하나와 여러 가지 폴리이소시아네이트 중 하나의 결합에 의하여, 표면 점착성을 갖는 극저 모듈러스 내지 고 인장 강도 및 신율을 가진 저 모듈러스 내지 고 인장성을 갖는 고 모듈러스 내지 극저 신율 및 취성에 이르기까지, 특정 요구 파라미터를 충족하는 설계 성능 특성에 맞출 수 있다. 에어백 코팅의 경우, 코팅에 상대적으로 높은 인장 강도, 높은 신율, 및 낮은 점착성을 제공하는 것이 바람직하다.
상기 도시된, 이소시아네이트-말단 폴리우레탄 올리고머는 전형적으로 매우 점성이다. 따라서, 상기 올리고머를 희석시키는 분산 용매가 필요하다. 가장 흔하게, n-메틸피롤리돈(NMP)이 이러한 목적으로 사용된다.
원하는 폴리우레탄 화합물 제조의 두 번째 단계는, 소수성(오일계(oil-based)) 올리고머에 존재하는 상기 이온성 작용기를 착체화시켜, 수분산성(친수성) 우레탄 예비고분자(prepolymer)를 형성하는 것을 포함한다. 상기 친수성 우레탄 예비고분자는 이어서 그 후 중간 전단 조건 하에서 분산될 수 있다. 전형적으로, 상기 착체화는 휘발성 3차 아민(하기 도시된 반응식 2에서 NEt3로 나타냄)과 같은 염기의 도입으로 달성된다.
[반응식 2]
Figure 112010010325501-pat00008
미국 매사츠세츠주 피보디 소재의 스탈 유에스에이 인코포레이티드(Stahl USA, Inc.); 미국 펜실베니아주 피츠버그 소재의 바이에르 머티리얼 사이언스 엘엘씨(Bayer Material Science, LLC); 및 미국 매사츠세츠주 린 소재의 호스어웨이 코포레이션(Hauthaway Corporation)이 각각 본 발명의 코팅 배합물에 사용하기 적합한 하나 이상의 상업적으로 이용가능한 기체 보유 우레탄을 제조한다. 또한, 상기 스탈 유에스에이 인코포레이티드, 바이에르 머티리얼 사이언스 엘엘씨 및 호스어웨이 코포레이션은 또한 상업적으로 이용가능한, 본원에 기재된 노화 안정성 우레탄을 제조한다.
첨가제
분산시, 상기 친수성 우레탄 예비고분자(상기에서 반응 생성물로 도시됨)는, 말단 이소시아네이트 기와 빠르게 반응하여 폴리우레아 결합을 생성하고 사슬 성장을 촉진하는 다작용성 아민 화합물에 의해 연장된다. 이러한 방식으로, 상기 폴리우레탄 수지의 분자량은 더 증가한다. 다작용성 아민 화합물들은 에틸렌디아민, 헥사메틸렌디아민, 히드라진 등과 같은 1차 아민 기를 2개 이상 가지는 임의의 유기 분자를 포함한다. 역시, 이러한 목적으로 사용될 수 있는 아민 화합물의 유형은 상당히 다양하며, 아민 화합물의 분자량은 약 32(히드라진의 경우) 내지 3,000(폴리에테르아민의 경우)을 넘는 범위이다. 아민 화합물의 도입량은 분산 시 소수성 우레탄 화합물에 존재하는 이소시아네이트 양을 기준으로 계산된다. 가장 흔하게, 상기 아민 화합물은 상기 이소시아네이트 화합물의 약 75% 내지 약 95%(몰비 기준)의 양으로 존재한다.
본원에 개시된 상기 코팅 조성물은 특히 에어백 직물 및 에어백의 코팅에 적합하다. 상기 코팅 조성물은 하기 임의의 첨가제 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 난연제, 증점제, 레올로지 개질제, 항블로킹제, 착색제 또는 안료, 열 또는 UV 안정화제, 산화방지제, 가교결합제, 접착 촉진제, 충전제(filler), 가연성에 대한 상승작용제, 가소제, 소포제 등. 레올로지 개질제 및 증점제는 상기 코팅 배합물의 점도를 바람직하게는 약 20,000 내지 약 45,000 cP, 및 더욱 바람직하게는 약 35,000 내지 약 40,000 cP로 조절하도록 첨가된다.
상승작용제
상승작용제는 상기 에어백 코팅 배합물의 성분의 몇 가지 특성을 향상시키는 화합물이다. 상승작용제의 필요량은, 우레탄이 분산될 때 상기 사슬 연장 단계 중에 우레탄 내로 혼입되거나, 또는 우레탄이 제조된 후 우레탄 분산물에 후첨가 될 수 있다.
몇 가지 상승작용제들은 난연성이 다양하다. 이들 난연성 상승작용제의 대부분은 단독으로 사용되는 경우는 큰 난연성 성질을 나타내지 않는다. 그러나 이들 상승작용제는, 난연성 코팅 조성물의 약 5 중량% 내지 10 중량% 정도의 작은 양이 존재하더라도 난연성 코팅 조성물의 전체적인 효과를 증진시킨다.
난연성 코팅 배합물에서, 상승작용제로서 유기할로겐 시스템 상태의 금속 산화물을 사용하는 것은 매우 흔하다. 이들 중에, 3 가지 산화물이 특히 유용한 것으로 밝혀졌다. 이들은 삼산화안티몬(antimony trioxide), 오산화안티몬(antimony pentoxide), 및 안티몬산 나트륨(sodium antimonite)이다. 테카브로모디페닐에탄(decabromodiphenylethane)도 또한 난연제로 사용될 수 있다.
에어백 직물에의 도포
상기 두 폴리우레탄 화합물 각각은 상기 도시된 반응에 따라서 합성될 수 있고, 그의 친수성 예비고분자로 전환될 수 있으며, 필요에 따라 또는 원하는 바에 따라 계면활성제, 소포제, 및 기타 시약을 가진 물에 분산될 수 있고, 원하는 분자량으로 사슬 연장될 수 있다. 그 후, 상기 두 가지의 별도의 분산물(즉, 상기 기체 보유 폴리우레탄 분산물 및 상기 노화 안정성 폴리우레탄 분산물)은 전단 혼합을 통해서 블렌드되어 블렌드된 코팅 조성물을 생성한다. 기체 보유 폴리우레탄 대 노화 안정성 폴리우레탄의 예시적인 비 및 임의의 첨가제의 양은 이후 실시예에서 개시된다.
상기 두 우레탄 성분 및 첨가제들을 포함하는 코팅 조성물은 플로팅 나이프(floating knife) 코팅, 나이프 오버 롤(knife-over-roll) 코팅, 분무 코팅, 함침 코팅, 커튼 코팅, 역전 롤 코팅, 전사(transfer) 롤 코팅 및 스크린 코팅을 비롯한 임의 공지된 코팅 방법에 의해 에어백 직물에 도포된다. 그 후, 코팅은 260℉ 내지 320℉ 범위의 온도에서, 더 바람직하게는 약 300℉의 온도에서 약 2분 동안 건조된다. 건조시, 코팅 조성물의 추가(add-on) 중량은 바람직하게는 0.5 oz/yd2 내지 1.5 oz/yd2이고, 더욱 바람직하게는 1.0 oz/yd2 미만(또는 34g/m2)이며, 몇 가지 실시양태에서는 0.6 oz/yd2(또는 20g/m2)미만일 수 있다.
상기 코팅 조성물은 단일 모놀리쓰 층으로 도포되기 때문에, 제조가 상당히 간단하다. 본 발명의 조성물은, 첫 번째 코팅 층의 도포 및 건조, 및 두 번째 층의 도포 및 건조보다는 단일 도포 패스 및 단일 건조 패스를 필요로 한다. 또한, 본 발명에서는 각 층의 작용기들 간의 층간 접착력 개선 및 유지에 있어 기술적 해결책이 필요하지 않다.
그러나, 모놀리쓰 층 형태의 본 발명 코팅 조성물의 사용은 필요하다면 분무 탈크(talc)와 같은 항블로킹제의 별도의 도포를 배제하지 않으며, 그러한 도포는 별도의 또는 두 번째의 코팅 층으로 간주되지 않는다.
실시예 1
기체 보유 우레탄 대 노화 안정성 우레탄을 80:20의 건조 블렌드 비율로 포함한 상업적으로 입수가능한 우레탄을 사용하여, 모놀리쓰 층으로 사용할 에어백 코팅 조성물을 제조하였다. 상기 코팅 조성물의 성분은 하기와 같다.
Figure 112010010325501-pat00009
상기 최종처리된 코팅 조성물은 약 40,000cP의 점도를 가졌고 플로팅 나이프 코터(coater)를 통하여 용이하게 발라질 수 있었다. 상기 코팅 조성물을, 플로팅 나이프 코터를 사용하여, 1 조각으로 잭커드(Jacquard) 직조된 측면 커튼-타입 에어백의 양쪽 외측면에 단층으로 도포하었다. 상기 에어백은 50 X 50 구성을 가졌고 날실(warp) 방향 및 씨실(fill) 방향 모두에서 420 데니어(denier) 나일론 6,6 얀을 사용하였다. 직물 기재로서는 또한 나일론 6, 폴리에스터 또는 폴리아미드와 폴리에스터 얀의 조합물을 사용할 수도 있다.
그 후, 상기 코팅된 백을, 약 300℉의 오븐에서 약 2분 동안 건조하였다. 상기 코팅 조성물(에어백의 각 외측면에서)의 건조 추가 중량은 약 0.5 oz/yd2 또는 17g/m2이었다.
실시예 2 - 비교용
두 가지 다른 코팅 층이 순서대로 에어백 직물에 도포되는 비교 실시예를 실시하였다. 상기 다양한 코팅 층의 성분들은 하기에 나와있다.
층 1: 직물-접촉 층
Figure 112010010325501-pat00010
상기 직물-접촉 코팅 조성물을 단층으로, 플로팅 나이프 코터를 사용하여, 1 조각으로 잭커드 직조된 측면 커튼-타입 에어백의 양쪽 외측면에 도포하였다. 상기 에어백은 50 X 50 구성을 가졌고 날실 방향 및 씨실 방향 모두에서 420 데니어(denier) 나일론 6,6 얀을 사용하였다.
그 후, 상기 코팅된 직물을 약 300℉의 오븐에서 약 2분 동안 건조하였다. 상기 첫 번째 층의 건조 추가 중량(에어백의 각 외측면에서)은 약 0.5 oz/yd2 또는 17g/m2이었다.
Figure 112010010325501-pat00011
층 2: 상부-코트(Top-Coat) 층
상기 상부-코트 층 조성물을, 플로팅 나이프 코터를 사용하여 상기 직물-접촉 층 위에 도포하였다. 그 후, 상기 코팅된 직물을 2차로 약 360℉의 오븐에서 약 1.5분 동안 건조하였다. 상기 두 번째 층의 건조 추가 중량(에어백의 각 외측면에서)은 약 1.0 oz/yd2 또는 34g/m2이었다. 그 후, 블로킹을 방지하기 위해 상기 코팅된 에어백 직물에 탈크를 살짝 분무하였다.
실시예의 평가
실시예 1 및 실시예 2를 다양한 성질에 대해 평가하였으며, 그 분석의 결과를 아래에 나타내었다. 상기 시험 내용 뒤의 괄호 안에 적절한 표준 시험 방법이 언급되어 있다.
Figure 112010010325501-pat00012
이 결과는 가연성 및 인장 강도에 있어서 본 발명의 모놀리쓰 코팅 조성물이 표준 2층 코팅 조성물과 동등하게 성능을 잘 발휘하는 것을 보여준다.
앞서 설명한 것처럼, 기체 보유성은, 특히 차량 전복의 경우에 차량 사용자를 부상으로부터 보호하는데 중요하다. 기체 보유성은, 에어백(이 경우, 측면-커튼, 1-조각 직조 에어백)을 최고 압력 70 kPa까지 팽창시킨 후 압력 보유성을 시간의 함수로 기록함에 의해 측정된다. 수축(deflation) 시간을 측정하여 도 1에 도시하였다. 도 1은 실시예 1 및 실시예 2의 배합물로 코팅된 동일한 출발 구조(재료, 크기, 모양 및 부피)의 두 에어백에 대한 기체 보유율을 나타낸다. 상기 실시예 1의 두 우레탄의 조합물은 기체 보유성이 실질적으로 손실되지 않음을 나타내었다. 상기 단층 코팅은 실질적으로 더 낮은 코팅 중량에도 불구하고 2층 코팅과 마찬가지로 성능을 잘 발휘하였다.
다음 평가 단계로서 에어백을 다양한 노화 조건에 둔 후 기체 보유 성질의 성능을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
Figure 112010010325501-pat00013
4개의 에어백으로 된 첫 번째 세트는 생산 후 바로, 즉 "입수된(As Received)" 상태(표 1에서 라벨"AR"로 나타냄)에서 시험되었다. 에어백의 두 번째 세트는 코팅된 에어백을 105℃에서 400시간 동안 열노화시키는 환경시험을 하였다(표 1에서 라벨"105C HA"로 나타냄). 에어백의 세 번째 세트는 코팅된 에어백을 70℃의 온도 및 95%의 상대 습도에 400시간 동안 두는 환경시험을 하였다(표 1에서 라벨"70C RH"로 나타냄). 네 번째 에어백 세트는 코팅된 에어백을 400시간 동안 순환 노화(cycle aging)시키는 환경시험을 하였다.(표 1에서 라벨"CYC"로 나타냄).
표 1에 나타낸 것과 같이, 에어백 코팅 시스템으로부터 상기 두 번째(상부) 코팅 층을 생략하는 것은 본 발명 코팅 시스템으로 코팅된 에어백에 아무런 영향을 미치지 않았다. 격렬한 환경시험 후에 조차도, 본 발명 코팅 시스템의 기체 보유 성질이 그다지 감소하지 않는다. 상기 기체 보유 성질은 "입수된" 샘플과 실질적으로 동일하게(및 허용할 수 있는 범위 내에) 유지된다. 본 발명의 코팅에서 관찰된 또 하나의 중대한 성질은 상기 노화 조건에 둔 후 에어백 그 자체의 구조적 일체성이다. 표 1의 마지막 컬럼은 입수된 상태 및 노화 후의 쿠션의 파열 압력을 나타내고, 역시 두 번째(상부) 코팅 층을 에어백 코팅 시스템으로부터 생략하는 것이 본 발명 코팅 시스템으로 코팅된 에어백에 아무런 영향을 미치지 않았다. 이는, 상기 에어백의 구조적 강도에서 임의의 손실의 척도를 나타내는 중요한 성질이다.
실시예 1 및 실시예 2의 평가에 사용된 또 하나의 시험은, 서로 접촉한 상태로 장기간 저장 후(에어백의 저장과 같음)에 코팅된 직물의 두 부분이 서로 분리되는데 요구되는 힘을 나타내는, "블로킹 시험"이라 칭해지는 시험이다. 이 시험은 "내블로킹성 및 자동차 마감 자재 관련 특성 결정용 시험 방법"이라 부르는 시험 방법 SAE J912에 따라 수행되었다. 상기 시험 방법은 두 물질이 특정 시간, 온도 및 압력의 조건하에 면대면(face-to-face) 상태로 위치하는 경우 표면 점착성, 색상 전이, 엠보싱의 손실 및 표면 손상의 정도를 나타내도록 설계된다.
블로킹에 대한 실험실 분석은, 에어백 직물의 두 개의 50mm X 75mm 스와치(swatch)를 자르고, 100℃에서 50mm X 50mm 면적을 5 lb.(22N) 하중 하에서 48시간 동안 가압하고, 25mm X 50 mm 엔드 플랩(end flap)이 온도 또는 압력에 노출되지 않게 하는 것을 필요로 한다. 시험 기간의 마지막에, 상기 22N-하중을 제거하고 50g 분동(mass)을 더 아래의 직물 스와치 상에서 상기 엔드 플랩에 부착한다. 상기 두 개의 코팅된 스와치가 완전히 박리되는데 요구되는 시간을 기록한다. 하부 직물 층에 걸린 50g 추(weight)를 이용하여 상기 직물을 분리하는데 요구되는 시간이 30초 보다 크다면, 상기 코팅 시스템은 블로킹 시험에 불합격이다.
명백히, 요구되는 분리 전단 응력이 작을수록, 코팅은 더 양호한 것이다. 실시예 2와 같은 전통적인 에어백 코팅 시스템에서, 내블로킹성을 개선시켜 포장된 직물 부분들 간의 부적당한 접착 기회를 감소시키기 위해, 코팅된 직물에 항블로킹제(예를 들면, 탈크, 실리카, 실리케이트 점토 및 전분 가루)가 도포될 수 있다. 항블로킹제의 도포는 두 번째 코팅 층으로 간주되지 않으므로 그러한 도포는 본 발명에서 벗어나는 것이 아니다.
Figure 112010010325501-pat00014
따라서, 실시예 1의 단층 우레탄계 코팅 시스템은 실시예 2의 2층 시스템과 마찬가지로 성능을 잘 발휘한다.
상기에서 증명되고 본원에서 개시된 바와 같이, 본원에서 개시된 단층 코팅 시스템은 뛰어난 기체 보유성, 항블로킹 특성, 난연성 및 노화 안정성을 제공하며, 이는 이러한 성질을 달성하기 위해 두 개의 코팅 층을 요구하던 종래 개발된 코팅 시스템보다 더 진보된 것이다.
본원에서 인용되는 공보, 특허 출원, 및 특허를 포함하는 모든 참고 문헌은, 각 참고 문헌이 개별적이고 구체적으로 참고 문헌으로 인용되는 것을 나타내고 본원에서 그들 전체가 설명되어진 것처럼 본원에서 참고 문헌으로 인용된다.
본 발명의 개시 내용(특히 하기 청구항의 문맥)에 있어서 단수 용어의 사용은, 본원에서 따로 표시된 바가 없거나 본문에서 명백히 모순되지 않는다면 단수 및 복수 모두를 포함하는 뜻으로 해석된다. 용어 "포함하는", "갖는" 및 "함유하는"은 달리 기재가 없다면 개방-종결형 용어(즉, "포함하나 이에 국한되지 않음")로 해석된다. 본원에서 범위 값의 기재는, 본원에 따로 표시된 바가 없다면 그 범위 내에 속하는 각각의 별도의 값을 개별적으로 칭하는 간단한 방법으로서 제공된 것일 뿐이고, 각각의 별도의 값은 본원에 개별적으로 인용된 것처럼 명세서에 포함된다. 본원에서 개시된 모든 방법들은, 본원에서 따로 지시된 바가 없거나 문맥상 명백히 모순되지 않는다면 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있다. 본원에서 제공되는 임의의 실시예 및 모든 실시예, 또는 예시적인 용어(예를 들면, "와 같은")의 사용은 단지 본 발명을 더 잘 설명하기 위한 것이고, 달리 특허청구되지 않는다면 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니다. 본 명세서에 기재되어 있지 않은 것은 본 발명의 실시에 필수적인 임의의 비청구된 요소를 나타내는 것으로 간주되어서는 안된다.
본 발명을 수행하는데 있어서 발명자들에게 알려진 최상의 방법을 포함하여 본 발명의 바람직한 실시양태가 본원에 개시되어 있다. 전술한 설명을 읽는다면 당해 기술분야의 통상의 기술자들에게 이들 바람직한 실시양태의 변형이 자명해질 수 있다. 본 발명자들은 숙련된 기술자가 이런 변형을 적절히 사용할 것으로 기대하며 본 발명이 본원에서 구체적으로 개시된 것 이외에 다르게 실시되는 것을 의도한다. 따라서 본 발명은, 준거법에 의해 허용되는 범위에서, 첨부된 특허청구범위에서 청구된 발명의 모든 변형물 및 균등물을 포함한다. 또한, 달리 기재된 바가 없거나 문맥상 명백히 모순되지 않는다면, 모든 가능한 변형 내에서 상술한 구성요소의 임의의 조합 또한 본 발명에 포함된다.

Claims (20)

  1. 적어도 일부분에 모놀리쓰(monolithic) 코팅 층이 도포된 에어백 직물로서,
    상기 모놀리쓰 코팅 층이
    (a) 2,500 psi 이상의 파단 인장 강도, 및 1,200 psi 미만의 100% 모듈러스를 특징으로 하는 기체 보유 우레탄; 및
    (b) 800 psi 미만의 100% 모듈러스 및 100% 폴리카보네이트 중합체 주쇄를 가짐을 특징으로 하는 노화 안정성 우레탄
    의 블렌드를 포함하고,
    상기 (a) 대 (b)의 건조 부(dry parts) 중량 비율이 80:20 내지 50:50인, 에어백 직물.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 기체 보유 우레탄이, 폴리카보네이트 폴리올, 폴리에테르 폴리올, 실리콘계 디올, 폴리에스터 디올 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택된 폴리올을 사용하여 합성된 것인, 에어백 직물.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 노화 안정성 우레탄이, 폴리카보네이트 폴리올을 사용하여 합성된 것인, 에어백 직물.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 기체 보유 우레탄이 2종 이상의 폴리올을 사용하여 합성된 것인, 에어백 직물.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 모놀리쓰 코팅 층이, 난연제, 증점제, 레올로지 개질제, 항블로킹제, 착색제, 소포제, 안료, 열 안정화제, UV 안정화제, 산화방지제, 가교결합제, 접착 촉진제, 충전제(filler), 가소제 및 상승작용제로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 첨가제를 더 포함하는, 에어백 직물.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 모놀리쓰 코팅 층의 건조 추가(add-on) 중량이 0.5 oz/yd2 내지 1.5 oz/yd2인, 에어백 직물.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 모놀리쓰 코팅 층의 건조 추가 중량이 0.5 oz/yd2 내지 1.0 oz/yd2인, 에어백 직물.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 모놀리쓰 코팅 층의 건조 추가 중량이 0.5 oz/yd2 내지 0.6 oz/yd2인, 에어백 직물.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 (a) 대 (b)의 건조 부 중량 비율이 80:20인, 에어백 직물.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 (a) 대 (b)의 건조 부 중량 비율이 50:50인, 에어백 직물.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 (a) 대 (b)의 건조 부 중량 비율이 63:37인, 에어백 직물.
  12. 제 1 항에 있어서, 1-조각 직조된 에어백(One Piece Woven Airbag)인 에어백 직물.
  13. 제 1 항에 있어서, 단층 직물인 에어백 직물.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 에어백이 합성 얀(yarn)으로 제조된 것인, 에어백 직물.
  15. (a) 에어백을 제공하는 단계;
    (b) (ⅰ) 2,500 psi 이상의 파단 인장 강도, 1,200 psi 미만의 100% 모듈러스를 가짐을 특징으로 하는 기체 보유 우레탄 및 (ⅱ) 폴리카보네이트 주쇄를 함유하는 노화 안정성 우레탄을 포함하는 코팅 조성물을 제공하는 단계;
    (c) 상기 에어백의 적어도 일부분에 상기 코팅 조성물을 단층으로 도포하는 단계; 및
    (d) 상기 코팅 조성물을 건조하는 단계
    를 포함하고,
    상기 (ⅰ) 대 (ⅱ)의 건조 부 중량 비율이 80:20 내지 50:50인, 코팅된 에어백의 제조방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 에어백이 1 조각으로 잭커드(Jacquard) 직조된 에어백인, 방법.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 에어백이 재봉된(sewn) 에어백인, 방법.
  18. 제 15 항에 있어서, 단계 (c)의 상기 코팅 조성물의 도포가, 플로팅 나이프(floating knife) 코팅, 나이프 오버 롤 코팅(knife-over-roll coating), 분무 코팅, 함침 코팅, 커튼 코팅, 역전 롤 코팅, 전사 롤 코팅 및 스크린 코팅으로 구성된 그룹에서 선택된 기법에 의해 달성되는, 방법.
  19. 제 15 항에 있어서, 단계 (d)가 260℉ 내지 320℉의 온도에서 수행되는, 방법.
  20. 제 15 항에 있어서, 상기 단층의 건조 추가 중량이 0.5 oz/yd2 내지 1.5 oz/yd2인, 방법.
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