KR101692366B1

KR101692366B1 - 섬유 코팅용 고단열 기능성 수지 및 제조방법

Info

Publication number: KR101692366B1
Application number: KR1020140071908A
Authority: KR
Inventors: 이장희; 좌경진; 백승배
Original assignee: 이장희; 좌경진; 백승배
Priority date: 2014-06-13
Filing date: 2014-06-13
Publication date: 2017-01-03
Also published as: KR20150143016A

Abstract

본 발명은 섬유 코팅용 고단열 기능성 수지 및 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 고분자 원료와 나노 다공성재료를 혼합하여 페이스트를 제조하는 단계와 상기 단계에서 제조된 페이스트를 균일하게 분급 및 분산하는 단계와 상기 단계에서 분급 및 분산된 페이스트를 섬유 원단에 코팅하여 고 단열성 섬유를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 따른 고 단열 기능성 수지 제조 및 제조 방법은 단열성 유도물질과 섬유에 코팅 가능한 원료의 양을 조절하여 쉽게 그 점도만을 변화시킴으로서 제조의 편리함을 제공할 수 있다.

Description

섬유 코팅용 고단열 기능성 수지 및 제조방법 {High insulation fuctional resin and the manufacture Method for Textile coating}

본 발명은 섬유코팅용 고단열 기능성 수지 및 제조방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 나노 다공성 재료의 구조 및 표면성질에 의하여 단열성, 내수성, 투습성을 우수하게 하는 섬유코팅용 고단열 기능성 수지 및 제조방법에 관한 것이다.

최근 들어, 새로운 기능성 섬유 소재의 필요성이 크게 요구되면서 다양한 방법으로 기능성 소재를 만드는 방법들이 연구되고 있으며, 소비자가 요구하는 특성으로는 크게 투습성, 내수성, 단열성, 방수성을 들을 수 있는데, 기능성 제품 외에도 군용, 일반 작업용 등 다양한 섬유 제품의 분야에서도 요구되는 특성들이다.

잘 알려진 바와 같이, 시판 중인 '고어텍스'는 열이나 약품에 강한 테플론계(系) 수지(樹脂)를 늘려서 가열하여 무수한 작은 구멍을 뚫은 아주 엷은 막으로 구성된 것으로, 그의 소재는 고어텍스 멤브레인(필름)을 기능성 원단에 접착(라미네이팅)시킨 소재로 방수능력과 방풍성 그리고 투습 능력을 지닌 섬유 원단이다.

그러나, 상기 고어텍스는 방수성이 높아질수록 투습이 잘 되지 않고, 세탁을 반복할수록 방수성이 낮아지는 단점을 가지고 있다.

따라서, 이러한 방수성과 투습성을 동시에 보장하기 위해 보온, 방수 등의 기능과 적절히 절충을 하거나(단열성 및 방수성은 낮추고 통기성을 부여), 봉제 기술을 이용하여 통풍구 등을 제품에 부여하는 방법 등을 사용하고 있다.

또한, 단열성을 높이기 위해서는 원단의 두께를 높이는 방법을 사용하지만, 활동성의 저하 및 원단의 사용량 증가로 인해 제품의 무게 증가, 단가 상승으로 이어져 소비자의 요구사항을 만족할 수 없다.

따라서, 이러한 소비자의 요구 조건을 해결하면서, 고 단열성을 가지는 섬유원단을 제조하는 기술의 해결이 시급한 과제로 떠 오르고 있었다.

KR2013-0015409 10 KR2010-0033396 10

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위하여 기존 섬유 원단의 내수도, 투습도의 성능을 그대로 유지하면서, 섬유에 코팅가능한 PU, PTFE, PVC, TPU, 아크릴 등에서 선택된 재료와 혼합하여, 다이렉트 또는 라미네이션 코팅 공정을 이용하여 보온율을 높일 수 있도록 하는 섬유 코팅용 고 단열 기능 수지의 제조 및 제조 방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 섬유 코팅용 고단열 기능성 수지의 제조방법에 있어서, 겔 상태인 고분자 원료에 나노 다공성 재료를 첨가하여 페이스트를 제조하는 제1단계; 밀링기를 이용하여 이물질이 남지 않도록 톨루엔 용제로 세척 후 건조하는 제2단계; 상기 제1단계에서 조성된 페이스트 0.9 ~ 1.1kg 을 투입 후 140 ~160 RPM으로 18~22분간 밀링하는 제3단계; 상기 밀링기를 정지 후 분산도를 확인하여 상기 고분자원료와 나노 다공성 재료의 분리현상 여부를 확인하는 제4단계; 밀링의 안정성을 위해 DMA, DMF, NMP, DMSO, THF, DMAc, EC, DEC, DMC, EMC, PC, MEK, 알콜 중에서 적어도 1개 이상의 용매 180~220g을 투입하며, 상기 고분자 원료로 함량을 조절 할 경우에는 상기 고분자 원료를 전체 중량 대비 10% 이내에서 투입하는 제5단계; 900 ~ 1,100 RPM의 속도로 2~4시간 밀링작업을 한 후, 25~35분간 방치하는 제6단계; 상, 중, 하 각각 3지점의 시료를 1지점 당 1g씩 채취하여 입도를 측정하여 입자의 크기가 2~5미크론이 되었는지 확인하는 제7단계; 상기 시료를 일정 용기에 옮겨 넣고 밀봉한 후 1일간 방치하는 제8단계; 상기 용기를 개방하여 상기 고분자 원료와 상기 나노 다공성 재료의 층 분리 현상이 일어나지 않았는지 확인하여 소정의 용기에 담는 제9단계; 상기 제9단계에서 생성된 페이스트를 섬유 원단에 코팅하여 고 단열성 섬유를 제조하는 제10단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

삭제

따라서, 본 발명은 기존의 섬유 원단의 투습도, 내수도 성능을 유지 혹은 향상시키는 동시에 단열성을 극대화하여 고 단열 기능 수지를 제조할 수 있는 장점을 갖는다.

또한, 본 발명에 의한 고 단열 기능성 수지는 실리카 에어로겔 고유의 나노 다공성(meso pore) 구조에 따른 단열성 극대화, 실리카 에어로겔 입자의 표면이 소수성으로 되어 있어 투습도 향상, 기존 섬유에 코팅이 가능한 원료의 양을 조절하여 내수도 성능을 조절할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 고 단열 기능성 수지 제조 및 제조 방법은 단열성 유도물질과 섬유에 코팅이 가능한 원료의 양을 조절하여 쉽게 그 점도만을 변화시킴으로서 제조의 편리함을 제공할 수 있다.

또한, 실리카 에어로겔은 페이스트 제조 전 원료의 전체 중량기준으로 20~50중량부 이므로 실제 사용하는 원료의 양은 매우 소량이어서 기존 섬유 원단 대비 원가상승 요인을 최소화 할 수 있어서 가격 경쟁력을 확보할 수 있어서, 저렴하게 고 단열성 원단을 소비자에게 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 고단열 기능성 수지를 제조하는 방법의 흐름도.
도 2는 본 발명에 의하여 제조된 기능성 수지를 이용하여 코팅한 섬유원단과 종래의 섬유원단을 비교한 사진.

이하에서는 본 발명에 의한 섬유 코팅용 고단열 기능성 수지 및 제조방법의 구체적인 실시예를 도면을 첨부하여 설명하기로 한다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 고단열 기능성 수지를 제조하는 방법의 흐름도이고, 도 2는 본 발명에 의하여 제조된 기능성 수지를 이용하여 코팅한 섬유원단과 종래의 섬유원단을 비교한 사진이다.

실시예

먼저, 제1단계에 대하여 자세히 설명하기로 한다. 겔 상태인 고분자 원료에 나노 다공성(多孔性) 재료를 첨가하여 페이스트를 제조한다. (제1단계)

상기 제1단계에서 언급한 상기 고분자 원료를 설명하면 PU(Polyurethane), PTFE(polytetrafluoroethylene), PVC, Polyester, TPU, Acrylic의 고분자 원료 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 재료와 상기 나노 다공성재료는 초다공 세라믹 원료인 실리카 에어로겔, 흄드 실리카, 알루미나 에어로겔, 카본 에어로겔, 실리콘카바이드 에어로겔 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 재료를 교반, 혼합하여 적정 점도를 조절하는 단계를 포함하는 것이다.
다시 말해, 겔 상태로 준비된 고분자 원료에 나노 다공성재료를 첨가함으로써 일정 점도가 유지되는 페이스트를 제조할 수 있게 된다.

또한, 상기 단계에서 사용된 상기 실리카 에어로겔의 특성은 열전도율이 5~30m/W/mK이고, 밀도가 0.05~0.3g/cm³, 입도가 20~50㎛ 이고, 내부가 나노다공성 구조이며, 입자의 표면이 반영구적 소수성을 가지는 것이다.

또한, 상기 제1단계(페이스트를 제조하는 단계)에서 사용된 상기 고분자 원료는 전체 원료 총 중량의 50~80 중량부, 상기 나노 다공성 재료는 전체 원료 총 중량의 20~50중량부인 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 중량부의 범위로 한정하는 이유를 설명하면 만일, 초다공 세라믹 중량부가 50중량부를 넘게 되면 함량의 과다로 인한 불균형이 생기게 되어 고른 분산이 어렵게 되고, 물질을 코팅하려는 특성에 바람직하지 않다. 그리고, 20중량부 이하가 되면 초다공 세라믹의 특성을 코팅된 섬유에서 기대하기 어렵게 되는 것이다.

또한, 고분자 원료는 50중량부 미만이 되면 제대로 물질적 특징을 나타내기 어렵고, 80중량부 이상이 되면 지나친 과다함으로 인하여 전체적인 비중이 너무나 많아 물질을 합성에 있어서 심각한 불균형이 생기게 된다.

그리고, 나노 다공성 재료는 제1단계에서 생성된 페이스트의 전체 100중량부 대비 0.1 내지 10 중량부를 함유한다. 상기 0.1 중량부 미만이 되면 그 양이 극히 미미하여 거의 효과를 얻을 수 없으며, 10중량부 이상이 되면 비중이 많게 되어 역시 물질 합성의 불균형이 발생하기 때문이다.

그 다음 절차로, 습식 볼밀 단계를 거쳐 균일하게 분급 및 분산된 2차 페이스트를 제조하는 것이다. 이것은, 이하에서 기술하는 단계(제2단계~제9단계)를 통해 제조되는 것이다.

밀링기를 이물질이 남지 않도록 톨루엔 용제로 세척 후 건조한다. (제2단계)

그 다음에, 상기 제1단계에서 조성된 페이스트 0.9 ~ 1.1kg 을 투입 후 140 ~160 RPM으로 약 18~22분간 밀링한다. (제3단계)

밀링기를 정지 후 분산도를 확인하여 PU 고분자와 에어로겔의 분리현상 여부를 확인한다. (제4단계)

그 다음 단계로, 밀링의 안정성을 위해 DMA(dimethyl acetamide), DMF(N,N-dimethylformamide), NMP(N-methyl-2-pyrrolidinone), DMSO(dimethyl sulfoxide), THF(tetra-hydrofuran), DMAc(di-methyllacetamide), EC(ethylene carbonate), DEC(diethyl carbonate), DMC(dimethyl varbonate), EMC(ethyl methyl carbonate), PC(propylene carbonate), MEK(Methy lethyl ketone), 알콜의 용매 중에서 하나 또는 하나 이상을 혼합 사용하여 점도 조절을 하는 것이다.

즉, 상기 용매 중에서 적어도 1개 이상의 용매 180~220g을 투입하며, PU 고분자로 함량을 조절 할 경우에는 PU(Polyurethan)를 전체 중량 대비 10중량부 이내에서 추가하여 함량을 조절하면서 분급 및 분산도를 변경할 수가 있는 것이다. 상기 10중량부 이내는 많은 실험과 데이터를 통한 결과로서 나타낸 수치임을 밝혀두고자 한다. (제5단계)

또한, 상기 점도조절용 용매를 사용하지 않고, 고분자 원료를 추가하여 함량을 조절하면서 분급 및 분산도의 변경도 역시 가능한 것임을 밝혀두고자 한다.

그 다음에, 900~1,100 RPM의 속도로 2~4시간 밀링 후, 25~35분간 방치한다. (제6단계)

상기와 같이 방치해 둔 다음 단계로, 상,중,하 각각 3지점의 시료를 1지점 당 1g씩 채취하여 입도를 측정하여 입자의 크기가 2~5미크론이 되었는지 확인한다. (제7단계)

상기 시료를 일정 용기에 옮겨 넣고 밀봉한 후 하루 동안 방치한다. (제8단계)

상기 용기를 개방하여 PU와 에어로겔의 층 분리 현상이 일어나지 않았는지 확인하고, 이상이 없으면 소정의 용기에 담는 것이다. (제9단계)

그리고, 상기 제9단계에서 생성되어 분급 및 분산된 페이스트를 섬유 원단에 코팅하여 고 단열성 섬유를 제조하는 것이다. (제10단계)

여기서, 본 발명의 중요한 특성 중의 하나안 상기 제10단계의 섬유 원단에 코팅하는 방법은 다이렉트(Direct) 코팅방법 또는 라미네이션(Lamination) 코팅방법 중에서 선택된 어느 하나의 방법을 사용할 수 있다는 것이다.

시험예

상기와 같은 방법으로 제조한 섬유 코팅용 고 단열성 기능 수지를 나이프, 키스 롤러, 그라비어 롤러, 블레이드, 패딩 망글 등 통상의 섬유 코팅용 장치를 이용하는 다이렉트 코팅 또는 에어로겔이 포함되는 고분자 물질을 필름 또는 시트 형태로 만들어 섬유와 라미네이션하는 라미네이션 코팅처리를 하여 고 단열성 섬유 원단을 제조하였다. 이것은 한국 의류시험연구원에서 내수도(cmH₂O : KS K ISO 811:2009 수압법), 보온율(% : KS K 0560:2011 항온법), 투습도(g/(m² ·24h) : KS K 0594:2008) 시험을 하였다.

이하에서는 내수도, 투습도, 보온율을 비교하는 도표와 그래프를 나타내었다.
이때, 아래의 도표 및 그래프에서는 상기 고 단열성 섬유 원단에 Aerogel이 첨가된 상태와 Nomal로 표시된 Aerogel이 첨가되지 않은 상태를 나타내었으며, 그에 따른 내수도와 보온율 및 투습도의 차이를 테스트하여 기재하였다.

[비교 도표]

[내수도의 비교 그래프]

상기 그래프를 살펴보면, 에어로겔이 첨가되지 않은 섬유 원단과 에어로겔이 첨가된 섬유의 내수도가 거의 비슷한 상태를 보이고 있음을 알 수 있다.

[보온율의 비교 그래프]

상기 그래프에서 나타나 있는 것과 같이, 보온율(단열성 판단)은 에어로겔이 첨가되지 않은 섬유 원단 대비 다이렉트(direct)(57%), 라미네이션 (lamination) (71%) 효율이 향상된 것을 확인하였다.

따라서, 초다공성 세라믹 원료인 에어로겔이 함유된 페이스트를 섬유 원단에 코팅한 결과 더욱 높아진 보온율을 가지고 있다는 사실을 확인하였다.

[투습도의 비교 그래프]

상기 그래프에서 나타난 바와 같이, 투습도는 에어로겔이 첨가되지 않은 섬유 원단 대비 다이렉트(direct)(27%), 라미네이션 (lamination) (22%)이 향상된 것을 확인할 수 있었다.

따라서, 본 발명에 의한 초다공성 세라믹 원료인 에어로겔이 함유된 페이스트를 섬유 원단에 코팅한 결과 더욱 높아진 보온과 투습도를 가지고 있다는 사실을 확인하였다.

도 2는 본 발명에 의하여 제조된 기능성 수지를 이용하여 코팅한 섬유원단과 종래의 섬유원단을 비교한 것이다.

이상에서와 같이, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하였으나, 본 발명에 의한 상기 실시예는 설명의 목적으로 제시된 사항이나 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 이해되지 않으며, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 명백한 것이다.

Claims

섬유 코팅용 고단열 기능성 수지의 제조방법에 있어서,
겔 상태인 고분자 원료에 나노 다공성 재료를 첨가하여 페이스트를 제조하는 제1단계;
밀링기를 이용하여 이물질이 남지 않도록 톨루엔 용제로 세척 후 건조하는 제2단계;
상기 제1단계에서 조성된 페이스트 0.9 ~ 1.1kg 을 투입 후 140 ~160 RPM으로 18~22분간 밀링하는 제3단계;
상기 밀링기를 정지 후 분산도를 확인하여 상기 고분자원료와 나노 다공성 재료의 분리현상 여부를 확인하는 제4단계;
밀링의 안정성을 위해 DMA, DMF, NMP, DMSO, THF, DMAc, EC, DEC, DMC, EMC, PC, MEK, 알콜 중에서 적어도 1개 이상의 용매 180~220g을 투입하며, 상기 고분자 원료로 함량을 조절 할 경우에는 상기 고분자 원료를 전체 중량 대비 10% 이내에서 투입하는 제5단계;
900 ~ 1,100 RPM의 속도로 2~4시간 밀링작업을 한 후, 25~35분간 방치하는 제6단계;
상, 중, 하 각각 3지점의 시료를 1지점 당 1g씩 채취하여 입도를 측정하여 입자의 크기가 2~5미크론이 되었는지 확인하는 제7단계;
상기 시료를 일정 용기에 옮겨 넣고 밀봉한 후 1일간 방치하는 제8단계;
상기 용기를 개방하여 상기 고분자 원료와 상기 나노 다공성 재료의 층 분리 현상이 일어나지 않았는지 확인하여 소정의 용기에 담는 제9단계;
상기 제9단계에서 생성된 페이스트를 섬유 원단에 코팅하여 고 단열성 섬유를 제조하는 제10단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유 코팅용 고단열 기능성 수지의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 제1단계의 상기 고분자 원료는 PU(Polyurethane), PTFE(polytetrafluoroethylene), PVC, Polyester, TPU, Acrylic의 고분자 원료 중에서 선택되는 어느 하나 이상과 상기 나노 다공성재료는 실리카 에어로겔, 흄드 실리카, 알루미나 에어로겔, 카본 에어로겔, 실리콘카바이드 에어로겔 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 재료를 교반, 혼합하여 적정 점도를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유 코팅용 고단열 기능성 수지의 제조방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 고분자 원료는 전체 원료 총 중량의 50~80 중량부, 상기 나노 다공성 재료는 전체 원료 총 중량의 20~50중량부인 것을 특징으로 하는 섬유 코팅용 고단열 기능성 수지의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 제5단계는 DMA, DMF, NMP, DMSO, THF, DMAc, EC, DEC, DMC, EMC, PC, MEK, 알콜의 용매 중에서 하나 또는 하나 이상을 혼합 사용하여 점도 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 섬유 코팅용 고단열 기능성 수지의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 나노 다공성 재료는 페이스트 전체 100중량부 대비 0.1 ~ 10중량부인 것을 특징으로 하는 섬유 코팅용 고단열 기능성 수지의 제조방법.
제5항에 있어서, 상기 방법에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는 섬유 코팅용 고단열 기능성 수지.