KR101787793B1 - 내절단성 물품 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 중합체성 매트릭스 및 상기 중합체성 매트릭스 내에 분포된 내절단성 성분을 함유하는 내절단성 코팅을 포함하되, 이때 상기 내절단성 성분이, 평균 길이(L) 대 평균 직경(D) 비, 즉 L/D가 10 이상인 복수 개의 섬유인 물품에 관한 것이다.

Description

내절단성 물품{CUT RESISTANT ARTICLE}
본 발명은, 중합체성 매트릭스 및 상기 중합체성 매트릭스 내에 분포된 내절단성 성분을 함유하는 내절단성 코팅을 포함하는 물품에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 물품의 내절단성 개선 방법 및 물품 코팅에 적합한 액체 조성물에 관한 것이다.
내절단성 코팅을 포함하는 물품은 텍스타일과 같은 중합체성 물품을 보호 의류, 특히 장갑 형태로 개시하고 있는 US 6,080,474에 공지되어 있다. 상기 물품은, 엘라스토머 및 약 3 이상의 모스(Mohs) 값을 갖는 경질 충전제를 포함하는 엘라스토머성 내절단성 코팅으로 코팅되어 있다. 상기 경질 충전제는 예를 들어 소판(platelet), 침상 입자, 불규칙한 모양의 입자 및 둥근 입자와 같은 입자 형태이다. 이와 같은 코팅을 사용하는 이점은 물품의 내절단성, 즉 절단 작용 또는 운동에 대한 물품의 저항성이 개선된다는 점이다.
그러나, US 6,080,474에 개시된 것과 같은 공지의 물품의 내절단성은 더 개선될 수 있음을 알게 되었다. 특히, 절단력의 크기가 증가된 상황에 처하게 되는 제품에서 상기 물품의 내저항성은 여전히 만족스럽지 못함을 알게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 내절단성 코팅을 포함하는 공지의 물품과 적어도 동일한 내절단성을 갖는 코팅된 물품을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 내절단성 코팅을 포함하는 공지의 물품의 내절단성과 비교시 증가된 내절단성을 갖는 물품을 제공하는 것이다.
본 발명은 중합체성 매트릭스 및 상기 중합체성 매트릭스 내에 분포된 내절단성 성분을 함유하는 내절단성 코팅을 포함하되, 이때 상기 내절단성 성분은 평균 길이(L) 대 평균 직경(D) 비(즉, L/D)가 10 이상인 복수 개의 섬유인 물품을 제공한다.
본 발명의 물품은 우수한 내절단성을 갖는 것으로 확인되었다. 또한, 본 발명의 물품은 예를 들어 절단 또는 심지어 절삭 운동 중에 날카로운 물체를 정지시키는 데 효과적이며, 그 이유는 상기 날카로운 물체가 그의 절단 경로에서 내절단성 성분을 형성하는 섬유들과 마주칠 확률이 높기 때문이다. 또한, 본 발명의 물품은 공지의 내절단성 코팅을 포함하는 공지의 물품의 내절단성과 적어도 유사한 내절단성을 가짐을 확인하였다. 특히, 본 발명의 물품은 증가된 크기의 절단력, 예를 들어 5 cN 내지 15 cN의 절단력(절단 저항 성능(Cut Protection Performance)에 대해, 즉 ASTMF 1790-05 표준에 따른 CPP 시험장치로 측정시)을 견딘다. 본 발명의 물품은 또한 통상적으로 상기 증가된 크기의 절단력과 마주치게 되는 제품, 예를 들어 유리 및 강관 산업용 제품에서 적절하게 이용된다.
본원에서 "섬유"는 그의 횡 방향 치수, 예를 들어 직경, 폭 및/또는 두께보다 그의 길이가 더 큰 긴 몸체로 이해된다. 본원에서 "복수 개의 섬유"는 본 발명의 물품이 중합체성 매트릭스의 부피에 대해 바람직하게는 1 내지 90 부피%, 더 바람직하게는 1 내지 70 부피%, 더욱더 바람직하게는 1 내지 50 부피%의 내절단성 성분을 함유하는 것으로 이해된다.
본 발명의 실시양태에서, 물품은 그의 하나 이상의 표면에 배치된 내절단성 코팅을 갖는다. 상기 하나 이상의 표면은 상기 코팅에 의해 부분적으로 또는 전체적으로 피복될 수 있다. 내절단성 코팅은, 절단력, 절단 작용 또는 절단 과정에 노출될 확률이 가장 높은 하나 이상의 표면에 배치되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 물품이 장갑인 경우, 코팅되기에 바람직한 장갑 표면은 일반적으로 대부분 절단 작용에 노출되는 착용자의 손바닥을 덮는 하나 이상의 표면이다. 다르게는, 상기 장갑은 단지 손가락 관절 부위만이 코팅되거나, 손가락 부위만이 코팅되거나, 또는 장갑 전체 표면이 내절단성 코팅으로 코팅될 수 있다.
바람직하게, 상기 내절단성 코팅은 본 발명의 물품의 외부 표면 하나 이상에 배치된다. 본원에서 "외부 표면"은, 내절단성 코팅되기 전에, 먼저 절단력, 절단 작용 또는 절단 과정에 노출되는 표면으로 이해된다. 본 발명의 물품의 외부 표면은 내절단성 코팅에 의해 부분적으로 또는 전체적으로 피복될 수 있다. 상기 외부 표면이 상기 코팅에 의해 부분적으로 피복되는 경우, 상기 피복된 영역은 절단 작용에 가장 많이 노출되는 영역인 것이 바람직하다.
본원에서 본 발명의 물품의 하나 이상의 표면에 배치된 내절단성 코팅은 상기 코팅이 상기 하나 이상의 표면을 적어도 부분적으로 피복하는 것으로 이해된다. 상기 코팅을 상기 표면 위로 침착시키는 데 사용되는 코팅 공정에 따라, 상기 코팅의 일부가 본 발명의 물품으로 스며들 수도 있다. 상기 스며든 부분은 내절단성 성분이 없거나 또는 상기 내절단성 성분을 함유할 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 상기 내절단성 코팅은 본 발명의 물품으로 스며들며, 이때 상기 스며든 부분은 내절단성 성분이 실질적으로 거의 없고, 상기 물품은 바람직하게는 장갑이다. 이러한 실시양태에 따른 장갑은 착용감 및 가요성이 뛰어날 뿐만 아니라 더 긴 수명을 갖는 것으로, 즉 장갑에 대한 코팅 안정성이 증가하는 것으로 확인되었다.
내절단성 코팅은 또한 본 발명의 물품의 하나 이상의 표면에 적어도 부분적으로, 그러나 가장 바람직하게는 완전히 접착될 수 있다. 완전히 접착된 코팅은 부분적으로 접착된 코팅에 비해 안정성이 증가하고 사용기간이 늘어나는 것으로 확인되었다. 상기 표면에 대한 내절단성 코팅의 접착은 상기 코팅의 접착을 촉진시키는 결합 층(예컨대, 글루)을 사용하고/하거나, 표면을 물리적으로(예컨대, 플라즈마 처리 장치에서) 처리하고/하거나, 화학적으로(예컨대, 상기 표면 분자들 위로 그래프팅시킴으로써) 달성될 수 있다. 표면에 코팅의 접착을 촉진시키는 데 통상적으로 사용되는 이러한 방법은 당해 분야에 널리 알려져 있다. 상기 표면에 대한 내절단성 코팅의 접착은 또한 상기 코팅과 상기 표면 간에 작용하는 물리적인 힘으로 인해 달성될 수도 있다.
본 발명의 물품에 사용되는 내절단성 코팅은 중합체성 매트릭스를 함유한다. 바람직한 중합체성 매트릭스는 엘라스토머성 중합체를 포함하는 것이며, 이들의 예는 천연 고무, 합성 고무 및 열가소성 엘라스토머를 포함한다. 적합한 엘라스토머성 중합체의 구체적인 예는 폴리비닐 클로라이드, 폴리우레탄, 니트릴 고무, 비닐 고무, 폴리아이소프렌, 네오프렌, 클로로프렌 및 실리콘을 포함한다. 본 발명에 사용하기에 바람직한 엘라스토머성 중합체는 폴리우레탄, 폴리비닐 클로라이드 및 실리콘 고무를 포함한다. 가장 바람직한 엘라스토머성 중합체는 상기 엘라스토머성 중합체를 제조하는 경우에 원치않는 용매의 사용을 방지하기 위한 수용성 폴리우레탄이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 내절단성 코팅은 0.3 mm 이상, 더 바람직하게는 0.2 mm 이상, 가장 바람직하게는 0.1 mm 이상의 평균 두께를 갖는다. 상기 두께는 바람직하게는 5 mm 이하, 더 바람직하게는 3 mm 이하, 가장 바람직하게는 1 mm 이하이다. 바람직하게는, 본 발명의 물품 위 내절단성 코팅의 평균 두께는 0.1 내지 1 mm, 더 바람직하게는 0.1 내지 0.5 mm, 가장 바람직하게는 0.1 내지 0.3 mm이다. 본원에서 내절단성 코팅의 두께는 예를 들어 상기 코팅을 지지하는 물품의 표면과 상기 코팅의 반대쪽 표면 사이에서 측정시의 상기 코팅의 평균 두께로 이해된다. 상기 두께를 측정할 때, 결국 상기 물품 안으로 스며들 수 있는 코팅 부분은 고려하지 않는다. 상기 코팅의 두께는 상기 코팅의 단면에 대해 광학 또는 전자 현미경으로 측정할 수 있다. 평균 두께는 여러 두께 값들, 예를 들어 10개 값들의 평균을 내어 계산할 수 있다.
본 발명의 물품의 바람직한 실시양태에서, 내절단성 성분은 모스(Mohs) 경도 값이 2 이상인 경질 성분이며, 이때 상기 경질 성분은 L/D가 10 이상인 복수 개의 경질 섬유들이다. 바람직하게는, 상기 경질 성분은 모스 경도 값이 3 이상, 더 바람직하게는 4 이상, 가장 바람직하게는 5 이상이다. 상기 경질 성분은 복수 개의 경질 섬유들이며, 이들은 상기 섬유들의 배향을 매립해서 안정화시키는 중합체성 매트릭스 내에 분포되어 있다. 경질 섬유의 적합한 예는 유리 섬유, 탄소 섬유, 미네랄 섬유, 결정질 미네랄 섬유, 금속 섬유, 금속 합금 섬유 및 세라믹 섬유로 이루어진 군 중에서 선택되는 섬유들을 포함한다. 가장 바람직한 섬유는 미네랄 섬유이다. 이러한 미네랄 섬유는 본 발명의 물품에 균질한 내절단성을 제공한다. 즉, 상기 물품은 상기 물품의 표면에 걸쳐 일관되는 내절단성을 갖는다. 미네랄 섬유의 예는 RB215-록술(Roxul(상표)) 1000 섬유 및 규회석 섬유를 포함한다. 이러한 실시양태에 따른 물품은 증가된 크기의 절단력, 예를 들어 5 cN 내지 15 cN의 절단력(절단 저항 성능에 대해, 즉 ASTMF 1790-05 표준에 따른 CPP 시험장치로 측정시)을 견뎌낼 수 있는 것으로 확인되었다. 따라서, 이와 같은 물품은 유리 및 강관 산업용 제품에 적합할 수 있다.
본 발명의 물품의 또 다른 바람직한 실시양태에서, 내절단성 성분은 폴리아마이드 및 폴리아라미드, 예컨대 폴리(p-페닐렌 테레프탈아마이드)(케블라(Kevlar(등록상표))로 알려져 있음); 폴리(테트라플루오로에틸렌)(PTFE); 폴리{2,6-다이이미다조-[4,5b-4',5'e]피리딘일렌-1,4(2,5-다이하이드록시)페닐렌}(M5로 알려져 있음); 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비속사졸)(PBO)(자일론(Zylon(등록상표))으로 알려져 있음); 폴리(헥사메틸렌아디프아마이드)(나일론 6,6으로 알려져 있음), 폴리(4-아미노부티르산)(나일론 6으로 알려져 있음); 폴리에스터, 예컨대 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리(부틸렌 테레프탈레이트) 및 폴리(1,4-사이클로헥실리덴 다이메틸렌 테레프탈레이트); 폴리비닐 알코올; 및 폴리올레핀, 예컨대 폴리에틸렌 및/또는 폴리프로필렌의 단독중합체 및 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 중합체로부터 제조되는 복수 개의 내절단성 중합체 섬유이다. 바람직한 내절단성 섬유는 폴리아라미드 섬유 및 고분자량 또는 초고분자량 폴리에틸렌(HMWPE 또는 UHMWPE) 섬유이다. 바람직하게는, HMWPE 섬유는 용융 방사된 것이고, UHMWPE는 겔 방사된 것으로서, 예들 들어 네덜란드 디에스엠 다이니마(DSM Dyneema)에 의해 제조된 섬유들이다. 이러한 실시양태의 물품은 예를 들어 상기 물품을 의복 및 의류로 착용하는 경우 우수한 가요성을 갖고 증가된 착용감을 제공할 수 있는 것으로 확인되었다.
바람직하게는, 내절단성 성분은 전체 중합체성 매트릭스에 걸쳐 균질하게 분포되는데, 이의 이점은 본 발명의 물품에 배치되는 내절단성 코팅이 상기 물품에 균질한 내절단성, 즉 상기 코팅의 표면 전체에 걸쳐 변화가 거의 없는 특성을 제공한다는 점이다.
특정 실시양태에서, 상기 내절단성 성분은 내절단성 코팅의 중합체성 매트릭스 내에 상기 매트릭스의 특정 영역에 걸쳐서만 분포된다.
본 발명의 물품의 바람직한 실시양태에서, 내절단성 성분의 양은 예를 들어 본 발명의 물품에 배치된 내절단성 코팅의 두께에 걸쳐 구배를 형성한다. 바람직하게는, 더 많은 양의 내절단성 성분이 상기 내절단성 코팅의 접촉 표면에 존재하고, 더 적은 양의 내절단성 성분이 상기 코팅의 자유(free) 표면에 존재한다. 이의 이점은 외부 환경에 노출되는 코팅의 표면이 임의의 내절단성 성분을 실질적으로 함유하지 않기 때문에, 따라서 본 발명의 물품과 접촉되는 물체의 표면은 상기 내절단성 성분에 의한 스크래칭 또는 연마에 의해 손상되지 않을 것이다. 이는 내절단성 성분이 경질 성분인 경우에 특히 그러하다. 또한, 이러한 본 발명의 물품은 제조하기 쉬운 것으로 확인되었다.
바람직하게는, 내절단성 성분을 형성하는 섬유는 본 발명의 물품에 배치되는 내절단성 코팅의 중합체성 매트릭스에 랜덤하게 배향된다. 이의 이점은 상기 물품이 절단 작용의 배향과는 거의 무관하게 우수한 내절단성을 제공한다는 점이다.
내절단성 성분을 형성하는 섬유의 평균 직경(D)은 넓은 범위 내에서 변할 수 있으며, 이때 이의 상한은 단지 코팅의 두께에 의해서만 제한된다. 바람직하게는, 내절단성 성분의 평균 직경은 50 미크론 이하, 더 바람직하게는 30 미크론 이하, 가장 바람직하게는 10 미크론 이하이다. 바람직하게는, 상기 내절단성 성분의 평균 직경은 3 미크론 이상, 가장 바람직하게는 5 미크론 이상이다. 본 발명의 물품은, 상기 내절단성 성분을 형성하는 섬유가 20 미크론 이하, 더 바람직하게는 15 미크론 이하, 가장 바람직하게는 10 미크론 이하의 평균 직경을 갖는 경질 섬유인 경우에 우수한 가요성을 제공하는 것으로 확인되었다. 바람직하게는, 상기 경질 섬유의 평균 직경은 1 미크론 이상, 더 바람직하게는 3 미크론 이상이다. 내절단성 성분을 형성하는 섬유가 내절단성 중합체 섬유인 경우, 상기 내절단성 섬유의 평균 직경은 바람직하게는 50 미크론 이하, 더 바람직하게는 30 미크론 이하이다. 바람직하게는 상기 내절단성 중합체 섬유의 평균 직경은 3 미크론 이상, 더 바람직하게는 5 미크론 이상이다. 본 발명의 물품의 내절단성은 더 큰 직경의 섬유를 사용했을 경우에 개선되는 것으로 확인되었다. 본원에서 평균 직경은 하기 식 1에 따라 계산시 내절단성 성분을 형성하는 섬유들의 수 평균 직경으로 이해된다.
[식 1]
Figure 112012090907877-pct00001
상기 식에서, n은 평균 직경을 계산하는 데 사용된 섬유들의 총 개수로서, 일반적으로 100개(n=100)의 랜덤하게 선택된 섬유들이고, di는 i 번째 섬유의 직경이다.
바람직하게는, 내절단성 성분을 형성하는 섬유들의 평균 길이(L)는 10,000 미크론 이하, 더 바람직하게는 5,000 미크론 이하, 가장 바람직하게는 3,000 미크론 이하이다. 바람직하게는 상기 내절단성 성분의 평균 길이는 50 미크론 이상, 더 바람직하게는 100 미크론 이상이다. 또한, 내절단성 성분을 형성하는 섬유가 1,000 미크론 이하, 더 바람직하게는 750 미크론 이하, 가장 바람직하게는 650 미크론 이하의 평균 길이를 갖는 경질 섬유인 경우, 본 발명의 물품, 특히 본 발명의 물품을 포함하는 장갑은 우수한 민첩성(dexterity)을 나타내는 것이 확인되었다. 바람직하게는, 상기 경질 섬유의 평균 길이는 50 미크론 이상, 더 바람직하게는 100 미크론 이상이다. 내절단성 성분을 형성하는 섬유가 내절단성 중합체 섬유인 경우, 상기 내절단성 중합체 섬유의 평균 길이는 바람직하게는 10,000 미크론 이하, 더 바람직하게는 5,000 미크론 이하, 가장 바람직하게는 3,000 미크론 이하이다. 바람직하게는 상기 내절단성 중합체 섬유의 평균 길이는 50 미크론 이상, 더 바람직하게는 100 미크론 이상이다. 본원에서 평균 길이는, 하기 식 2에 따라 계산된, 내절단성 성분을 형성하는 섬유들의 중량 평균 길이로 이해된다.
[식 2]
Figure 112012090907877-pct00002
상기 식에서, li는 i 번째 섬유의 길이이고, w는 하기 식 3에 따른 정규화된 중량 인자이다.
[식 3]
Figure 112012090907877-pct00003
바람직하게는, 내절단성 섬유의 적어도 일부는 10,000 미크론 이하, 더 바람직하게는 5,000 미크론 이하의 종횡비(L/D)를 갖는다. 바람직하게는, 상기 내절단성 섬유의 종횡비는 12 미크론 이상, 더 바람직하게는 15 미크론 이상이다. 평균 종횡비는 내절단성 섬유의 평균 길이(L)와 평균 직경(D) 간의 비율이다. 내절단성 섬유를 형성하는 섬유가 경질 섬유인 경우, 상기 경질 섬유의 적어도 일부는 바람직하게는 12 이상, 더 바람직하게는 15 이상, 더욱더 바람직하게는 18 이상의 평균 종횡비를 갖는다. 상기 경질 섬유의 L/D는 바람직하게는 1,000 이하, 더 바람직하게는 800 이하이다. 내절단성 성분을 형성하는 섬유가 내절단성 중합체 섬유인 경우, 상기 내절단성 중합체 섬유의 적어도 일부는 바람직하게는 12 이상, 더 바람직하게는 15 이상, 더욱더 바람직하게는 18 이상의 평균 종횡비를 갖는다. 상기 내절단성 중합체 섬유의 L/D는 바람직하게는 1,000 이하, 더 바람직하게는 800 이하이다. 본 발명의 물품에 이와 같은 내절단성 성분을 사용함으로써, 상기 물품의 내절단성은, 특히 내절단성 코팅의 민첩성 및 가요성에는 영향을 주지 않으면서, 우수한 균질성을 나타낸다. 본 발명의 물품이 장갑인 경우, 이러한 장갑은 착용감, 민첩성 및 가요성의 효과적인 조합을 나타낸다.
내절단성 성분을 형성하는 섬유들의 표면은, 예를 들어 적절히 선택된 분자들을 상기 섬유들의 표면에 그래프팅시킴으로써 상기 섬유들과 상기 중합체성 매트릭스 간의 결합 강도를 개선하기 위해 개질될 수 있다. 이와 같은 개질 기술뿐만 아니라 상기 중합체성 매트릭스 및 경질 또는 내절단성 중합체 섬유의 유형에 대해 특별히 선택된 적합한 그래프팅 분자들은 당해 분야에 공지되어 있다.
내절단성 성분의 직경 및 종횡비는 SEM 사진을 사용하여 쉽게 결정할 수 있다. 직경의 경우, 내절단성 섬유의 SEM 사진을 찍고, 표면 위에 펼쳐놓고, 100개의 랜덤하게 선택된 위치에서 직경을 측정한 다음 이렇게 수득된 100개의 값들의 평균을 계산할 수 있다. 종횡비를 계산하기 위해, 경질 섬유들의 길이를 이의 직경과 동일한 방식으로 측정한다. 바람직하게는 후방산란 전자들에 의한 SEM 사진을 찍으면, 경질 섬유와 이들을 펼쳐놓은 표면 간의 더 나은 명암비(contrast)가 제공된다.
바람직하게는 내절단성 성분을 형성하는 섬유들은 방사 섬유들이다. 이와 같은 섬유들의 이점은 섬유들의 직경이 보다 일정한 값을 가지거나, 또는 적어도 특정 범위 내에 있을 수 있다는 점이다. 이 때문에, 예를 들어 본 발명에 따른 물품의 내절단성 및/또는 내연마성과 같은 특성들의 분포가 없거나 단지 매우 제한적일 수 있다. 이는 심지어 비교적 높은 하중의 내절단성 성분이 본 발명의 물품 위에 배치된 내절단성 코팅에 사용되는 경우에 그러하며, 이러한 방식으로 소정의 물품에 월등히 우수한 내절단성을 제공할 수 있다.
방사 경질 섬유의 좋은 예는 당해 분야 숙련자에게 널리 알려져 있는 회전 기술에 의해 방사된 얇은 유리 또는 미네랄 섬유이다. 경질 섬유를 후속적으로 훨씬 더 짧은 길이의 경질 섬유로 밀링한 연속 필라멘트로서 제조할 수 있다. 다르게는, 제트 방사하고, 임의로는 후속적으로 밀링하여 불연속 필라멘트를 제조할 수도 있다.
내절단성 성분을 형성하는 섬유가 경질 섬유인 경우, 본 발명의 물품은 바람직하게는 중합체성 매트릭스의 부피에 대해 0.1 내지 20 부피%, 바람직하게는 1 내지 10 부피%, 더욱더 바람직하게는 2 내지 7 부피%의 경질 섬유를 함유한다. 내절단성 성분을 형성하는 섬유가 내절단성 중합체 섬유인 경우, 본 발명의 물품은 상기 중합체성 매트릭스의 부피에 대해 바람직하게는 10 내지 80 부피%, 더 바람직하게는 30 내지 70 부피%, 더욱더 바람직하게는 50 내지 70 부피%의 내절단성 중합체 섬유를 함유한다.
본 발명의 물품은 바람직하게는 텍스타일 섬유 또는 텍스타일 얀을 포함하고, 상기 텍스타일 섬유 또는 텍스타일 얀은 본 발명에 따라 정의된 내절단성 코팅을 포함하며, 상기 코팅은 상기 텍스타일 섬유 또는 텍스타일 얀의 표면에 배치된다. 본원에서 텍스타일 섬유는 그의 길이가 그의 횡 방향 치수, 예컨대 직경, 폭 및/또는 두께보다 훨씬 더 큰 긴 물체로 이해된다. 상기 텍스타일 섬유는 텍스타일 필라멘트로 알려진 연속 길이, 또는 스테이플(staple) 텍스타일 섬유로 알려진 불연속 길이를 가질 수 있다. 바람직하게는 상기 텍스타일 섬유는 불연속 길이를 갖는데, 그 이유는 이와 같은 텍스타일 섬유가 이로부터 제조된 물품에 증가된 착용감을 제공하는 것으로 확인되었기 때문이다. 본원에서 텍스타일 얀은 복수 개의 텍스타일 섬유들을 함유하는 긴 물체로 이해된다. 텍스타일 섬유는 다양한 물질로부터 제조될 수 있으며, 그 적합한 예는 천연 및 합성 물질을 포함한다. 텍스타일 섬유를 제조하기 위한 출발 물질로서 적합한 천연 물질의 예(이와 같은 텍스타일 섬유를 본원에서는 천연 텍스타일 섬유라 함)는 면, 셀룰로오스, 대마, 양모, 실크, 황마, 사이잘삼, 코코스(cocos), 린넨 등을 포함하나, 이들에 국한되지 않는다. 텍스타일 섬유를 제조하기 위한 출발 물질로서 적합한 합성 물질의 예(이와 같은 텍스타일 섬유를 본원에서는 합성 텍스타일 섬유라 함)는 예를 들어 폴리(p-페닐렌 테레프탈아마이드)(케블라로 알려져 있음); 폴리(테트라플루오로에틸렌)(PTFE); 폴리{2,6-다이이미다조-[4,5b-4',5'e]피리딘일렌-1,4(2,5-다이하이드록시)페닐렌}(M5로 알려져 있음); 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비속사졸)(PBO)(자일론으로 알려져 있음); 폴리(헥사메틸렌아디프아마이드)(나일론 6,6으로 알려져 있음), 폴리(4-아미노부티르산)(나일론 6으로 알려져 있음); 폴리에스터, 예컨대 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리(부틸렌 테레프탈레이트) 및 폴리(1,4-사이클로헥실리덴 다이메틸렌 테레프탈레이트); 폴리비닐 알코올; 및 폴리올레핀, 예컨대 폴리에틸렌 및/또는 폴리프로필렌의 단독중합체 및 공중합체를 포함하나, 이들에 국한되지 않는다. 합성 텍스타일 섬유를 제조하기에 적합한 합성 물질은, 본 발명의 물품에 사용되는 내절단성 코팅에 함유되는 내절단성 성분을 형성하는 내절단성 중합체 섬유를 제조하는 데 사용되는 중합체와 동일하거나 상이할 수 있음을 알아야 한다.
본 발명에 따라 사용하기에 바람직한 천연 텍스타일 섬유는 면 스테이플 섬유인데, 그 이유는 이와 같은 천연 텍스타일 섬유를 포함하는 본 발명의 물품이 착용감과 내절단성의 우수한 조합을 보여주기 때문이다. 면 스테이플 섬유는 텍스타일 얀을 제조하는 데 일반적으로 사용된다. 비용 효율적인 면 외에, 면 스테이플 섬유는 흡수성이 우수하고 착용감이 편안하고 세탁이 잘 되고 비교적 내구성인 경향이 있다. 면 스테이플 섬유의 또 하나의 이점은 이와 같은 섬유가 비교적 값이 저렴하다는 점이다. 바람직하게는, 면 스테이플 섬유는 20 mm 이상, 더 바람직하게는 30 mm 이상의 길이를 가지며, 면 스테이플 섬유는 바람직하게는 50 mm 이하, 더 바람직하게는 40 mm 이하의 길이로 컷팅된다.
본 발명에 따라 사용하기에 바람직한 합성 텍스타일 섬유는 폴리올레핀 섬유이다. 바람직하게는 상기 폴리올레핀 섬유는 용융 방사된 폴리에틸렌 섬유이다. 또한 바람직한 폴리올레핀 섬유는 겔-방사된 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 섬유이다. 용융 방사 공정을 사용하는 경우, 이를 제조하는 데 사용되는 폴리에틸렌 출발 물질은 바람직하게는 60,000 내지 600,000, 더 바람직하게는 60,000 내지 300,000 범위의 중량평균분자량을 갖는다. 용융 방사 공정의 예는 EP 1,350,868에 개시되어 있으며, 이를 본원에 참고로 인용한다. 상기 섬유를 제조할 때 겔 방사 공정을 사용하는 경우, 바람직하게는 3 dl/g 이상, 더 바람직하게는 4 dl/g 이상, 가장 바람직하게는 5 dl/g 이상의 고유점도(IV)를 갖는 UHMWPE가 사용된다. 바람직하게는 IV는 40 dl/g 이하, 더 바람직하게는 25 dl/g 이하, 더욱더 바람직하게는 15 dl/g 이하이다. 바람직하게는 UHMWPE는 100개의 탄소 원자당 1개 미만, 더 바람직하게는 300개의 탄소 원자당 1개 미만의 측쇄를 갖는다. 바람직하게는 UHMWPE 섬유는 다수의 문헌, 예를 들어 EP 0205960 A, EP 0213208 A1, US 4413110, GB 2042414 A, GB-A-2051667, EP 0200547 B1, EP 0472114 B1, WO 01/73173 A1, EP 1,699,954 및 문헌["Advanced Fibre Spinning Technology ", Ed. T. Nakajima, Woodhead Publ. Ltd (1994), ISBN 185573 182 7]에 기재된 겔 방사 공정에 따라 제조된다.
제 1의 바람직한 실시양태에서, 본 발명의 물품에 사용되는 합성 텍스타일 섬유 또는 이를 함유하는 텍스타일 얀은 경질 충전제를 함유하는 합성 텍스타일 섬유이고, 이때 상기 경질 충전제는 바람직하게는 2 이상, 더 바람직하게는 4 이상, 가장 바람직하게는 4 이상의 모스 경도를 갖는다. 상기 물품은 증가된 내절단성을 가지는 것으로 관찰되었다. 바람직하게는 상기 합성 텍스타일 섬유에 포함되는 합성 물질은 아라미드, 액정 중합체(LCP) 및 폴리올레핀으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 더 바람직하게는 상기 합성 물질은 폴리에틸렌이고, 가장 바람직하게는 UHMWPE이다. 상기 경질 충전제는 금속 또는 금속 합금, 예컨대 철, 스틸, 텅스텐 및 니켈이거나, 또는 비-금속성 충전제, 예컨대 알루미늄 옥사이드, 금속 카바이드, 금속 니트라이트, 금속 설파이드, 금속 실리케이트, 금속 실리사이드, 금속 설페이트, 금속 포스페이트 및 금속 보라이드, 규소 다이옥사이드 및 규소 카바이드, 및 티타늄 다이옥사이드일 수 있다. 바람직하게는, 경질 충전제는 미립자 형태, 예컨대 납작하거나 긴 입자(침상)이고, 0.05 내지 20 미크론, 더 바람직하게는 0.05 내지 5 미크론의 평균 직경을 갖는다. 이와 같은 경질 충전제를 포함하는 섬유 및 이의 제조 공정의 예는 US 6,127,028; US 6,126,879 및 US 6,021,524에 제시되어 있으며, 이들을 본원에 참고로 인용한다. 가장 바람직하게는, 상기 합성 섬유는 경질 충전제를 경질 섬유 형태로 함유하는 폴리에틸렌 섬유이고, 이때 상기 경질 섬유는 25 미크론 이하의 평균 직경을 갖고, 바람직하게는 3 이상의 종횡비를 갖는다. 바람직하게는, 상기 폴리에틸렌 섬유 내 상기 경질 섬유의 양은 0.1 내지 20 부피%이다. 이와 같은 얀 및 이의 제조 공정의 예는 WO 2008/046476에 기재되어 있다.
제 2의 더 바람직한 실시양태에서, 본 발명의 물품은 텍스타일 패브릭(이를 본원에서는 간단히 패브릭이라고 함)을 포함하고, 이때 상기 패브릭은 본 발명에 따라 정의된 내절단성 코팅을 포함하며, 상기 코팅은 상기 패브릭의 표면 위에 배치된다. 상기 패브릭은 당해 분야에 공지된 임의의 구조, 예컨대 직조(woven), 니트(knitted), 플레이티드(plaited), 브레이디드(braided) 또는 부직, 또는 이들의 조합일 수 있다. 직조 패브릭은 평직, 립(rib), 매트 직조(matt weave) 및 트윌(twill) 직조 패브릭 등을 포함할 수 있다. 니트 패브릭은 위편성(weft) 니트, 예컨대 단일- 또는 이중-저지(jersey) 패브릭, 또는 경편성(warp) 니트일 수 있다. 부직 패브릭의 예는 펠트(felt) 패브릭이다. 직조, 니트 또는 부직 패브릭 뿐만 아니라 이들의 제조 방법의 추가의 예는 문헌["Handbook of Technical Textiles", ISBN 978-1-59124-651-0, 4장, 5장 및 6장]에 기재되어 있으며, 이의 개시내용을 본원에 참고로 인용한다. 브레이디드 섬유에 대한 설명 및 이의 예는 동일 문헌 11장, 특히 단락 11.4.1에 기재되어 있으며, 이의 개시내용을 본원에 참고로 인용한다. 바람직하게는 상기 패브릭은 니트 패브릭이고, 더 바람직하게는 직조 패브릭이며, 더욱더 바람직하게 단위 길이 및 전체 단면 직경 당 작은 중량으로 제조되는 직조 패브릭이다. 이러한 패브릭은 단위 커버리지(coverage) 표면적당 낮은 중량 및 증가된 가요성 및 연성을 나타내는 것으로 확인되었다. 상기 패브릭은 바람직하게는 위에서 언급한 텍스타일 천연 및/또는 합성 섬유 및/또는 텍스타일 얀으로부터 제조된다. 바람직하게는, 상기 패브릭은 면 섬유, 아라미드 섬유, 폴리올레핀 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 및 경질 충전제를 함유하는 합성 섬유로 이루어진 군으로부터 선택되는 텍스타일 섬유로부터 제조되고, 각각 열거된 모든 섬유는 본원에 이들의 바람직한 실시양태와 함께 정의된다. 바람직하게는 상기 섬유는 면 섬유로부터, 가장 바람직하게는 폴리에틸렌, 예컨대 UHMWPE 섬유로부터 제조된다.
제 3의 더 바람직한 실시양태에서, 본 발명의 물품은 텍스타일 패브릭, 바람직하게는 앞서 정의된 본 발명의 물품의 제 2의 더 바람직한 실시양태에 따른 텍스타일 패브릭으로부터 제조된 장갑을 포함하고, 상기 장갑은 본 발명에 따라 정의된 내절단성 코팅을 포함하며, 상기 코팅은 상기 장갑 표면의 적어도 일부에 배치된다.
본 발명은 또한 본 발명의 물품과 같은 물품을 코팅하기에 적합한 액체 조성물에 관한 것으로서, 상기 조성물은 중합체성 물질 및 상기 중합체성 물질 중의 내절단성 성분의 분산물을 포함하고, 상기 성분은 평균 길이 대 평균 직경 비가 10 이상인 복수 개의 섬유들인 것을 특징으로 한다. 바람직하게는, 상기 섬유는 중합체성 물질로부터 제조되고 본원에 정의된 바와 같은 D, L 및/또는 L/D를 갖는 내절단성 중합체 섬유이다. 더 바람직하게는, 상기 섬유는 2 이상, 더 바람직하게는 3 이상, 더욱더 바람직하게는 4 이상, 더욱더 바람직하게는 5 이상의 모스 경도 값을 갖는 경질 섬유이다. 바람직하게는 상기 경질 섬유는 20 미크론 이하, 더 바람직하게는 15 미크론 이하, 가장 바람직하게는 10 미크론 이하의 평균 직경을 갖는다. 바람직하게는 상기 평균 직경은 1 미크론 이상, 더 바람직하게는 3 미크론 이상이다. 바람직하게는 상기 경질 섬유는 1,000 마이크로미터(㎛) 이하, 더 바람직하게는 750 ㎛ 이하, 가장 바람직하게는 650 ㎛ 이하의 평균 길이를 갖는다. 바람직하게는 상기 평균 길이는 50 미크론 이상, 더 바람직하게는 100 미크론 이상이다. 바람직하게는 경질 섬유의 적어도 일부, 즉 50 중량% 이상, 더 바람직하게는 80 중량% 이상은 10 이상, 더 바람직하게는 15 이상, 더욱더 바람직하게는 20 이상의 평균 종횡비(L/D)를 갖는다. 경질 섬유의 표면은 또한 상기 섬유들과 중합체성 매트릭스 간의 결합 강도를 개선하기 위해 개질될 수 있다.
본 발명은 또한 본 발명의 액체 조성물을 코팅으로 형성하는 공정에 의해 수득가능한 내절단성 코팅에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 본 발명의 실시양태에서 앞서 정의된 바와 같은 내절단성 코팅에 관한 것으로서, 상기 코팅은 중합체성 매트릭스 및 상기 중합체성 매트릭스 내에 분포된 내절단성 성분을 포함하고, 상기 내절단성 성분은 평균 길이(L) 대 평균 직경(D) 비, 즉 L/D가 10 이상인 복수 개의 섬유들이다.
본 발명은 또한 상기 물품의 외부 표면 위로 내절단성 코팅을 배치시키는 것을 포함하는 물품의 내절단성을 개선하는 방법에 관한 것으로서, 상기 코팅은 중합체성 매트릭스 및 상기 중합체성 매트릭스 내에 분포된 내절단성 성분을 포함하고, 상기 내절단성 성분은 평균 길이 대 평균 직경 비가 바람직하게는 10 이상, 더 바람직하게는 15 이상, 가장 바람직하게는 20 이상인 복수 개의 섬유들이다.
본 발명의 방법의 실시양태에서, 내절단성 코팅은 본 발명의 액체 조성물로부터 표면, 바람직하게는 본 발명의 물품의 외부 표면 위로 침착된다. 바람직하게는 상기 액체 조성물은 적합한 용매 중의 상기 중합체성 매트릭스의 용액이고, 상기 용액은 또한 상기 내절단성 성분의 분산물을 함유한다. 상기 액체 조성물은 또한 상기 중합체성 매트릭스의 용융물일 수 있고, 상기 용융물은 내절단성 성분의 분산물을 추가로 함유할 수 있다. 본원에서 내절단성 성분의 분산물은 상기 내절단성 성분을 형성하는 섬유가 각각 상기 용액 또는 용융물에 분포된 것으로 이해되며, 바람직하게는 상기 섬유는 각각 상기 용액 또는 용융물에 걸쳐 실질적으로 균질하게 분포된다. 이러한 분산물은 상기 용액 제조의 임의의 단계에서 상기 중합체성 매트릭스의 용액에 상기 경질 섬유를 직접 첨가하거나, 또는 먼저 상기 경질 섬유를 용매(필요에 따라서는 안정화제를 함유함)에 분산시킨 후에 이를 중합체성 매트릭스의 용액의 제조의 임의의 단계에서 첨가함으로써 수득될 수 있다. 상기 액체 조성물이 용융물인 경우, 상기 섬유를 중합체성 매트릭스의 베이스 물질과 혼합시킨 후에, 이를 더 높은 온도로 처리하여 상기 용융물을 수득할 수 있다. 다른 실시양태에서, 상기 섬유는 상기 중합체성 물질의 용융물에 첨가될 수 있다. 이와 같은 액체 조성물을 사용하는 이점은 본 발명의 물품이 균질한 분포의 내절단성 성분을 포함하는 내절단성 코팅을 함유할 수 있다는 점이다.
본 발명의 방법의 또 다른 실시양태에서, 본 발명의 물품 위 내절단성 코팅의 침착은 (i) 본 발명의 물품의 외부 표면을 내절단성 성분으로 예비코팅하여 프리-코트(pre-coat)를 형성하는 단계, 및 이어서 (ii) 상기 내절단성 성분을 통해 중합체성 매트릭스를 가압함으로써 상기 물품의 예비코팅된 외부 표면을 상기 중합체성 매트릭스로 코팅하는 단계를 포함하며, 이때 상기 내절단성 성분은 평균 길이 대 평균 직경 비가 10 이상, 더 바람직하게는 15 이상, 가장 바람직하게는 20 이상인 복수 개의 경질 섬유이다. 상기 프리-코트는 예를 들어 섬유 및 임의로는 결합제를 포함하는 농축된 액체 조성물로부터 침착될 수 있으며, 바람직하게는 상기 조성물은 60 중량% 이상, 더 바람직하게는 80 중량% 이상의 섬유를 포함한다. 결합제는 예를 들어 접착제일 수 있다. 바람직하게는 상기 결합제는 후속적으로 적용되는 중합체성 매트릭스와 동일한 중합체성 물질을 포함한다. 더 균질한 내절단성은, 내절단성 성분을 형성하는 섬유가 상기 프리-코트에 랜덤하게 배향되는 경우에 수득된다. 상기 예비코팅 단계 (i)에 이어서, 상기 중합체성 매트릭스는 코팅 단계 (ii) 동안 내절단성 성분을 형성하는 복수 개의 섬유들을 통해 가압된다. 복수 개의 상기 섬유들을 통해 가압되는 중합체성 매트릭스의 양에 따라, 본 발명의 물품이 수득되며, 이때 상기 내절단성 코팅 내 섬유들의 양은 상기 코팅의 두께를 따라 구배를 형성한다.
본 발명은 또한 내절단성 코팅에서 위에서 상세히 논한 바와 같은 특성 및 치수를 갖는 복수 개의 섬유의 용도에 관한 것이다. 상기 내절단성 코팅을 함유하는 물품은 우수한 내절단성을 보이는 것으로 확인되었다.
하기 실시예 및 비교예는 본 발명의 예시일 뿐 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
측정 방법
코팅의 내절단성을 ASTMF 1790에 따라 측정하였다. 이 시험에서는, 건조된 코팅된 물품의 샘플을 맨드렐의 편평한 표면에 두었다. 상기 코팅 샘플이 완전히 컷팅될 때까지, 가변적 중량이 부하된 레이저 블레이드를 코팅 샘플을 가로질러 잡아당겼다. 상기 레이저 블레이드가 상기 샘플을 완전히 컷팅할 때까지 상기 블레이드가 상기 샘플을 가로지른 거리를 측정하였다. 상기 레이저 블레이드가 상기 샘플을 컷팅한 지점은 상기 맨드렐과 상기 레이저 블레이드 간에 전기적 접촉이 이루어진 지점이었다. 상기 컷팅에 요구되는 거리는 상기 레이저 블레이드에 걸린 하중의 함수로 측정하고 1,000 g의 하중으로 정규화하였다.
비교예
100% 면 얀으로 제조된 장갑을, 폴리에스터-계의 수성 지방족 폴리우레탄 코팅 L9010(벨기에 고비 엔브이(Govi N.V.)로부터 입수가능함)의 35 중량% 분산물에 침지시키고 100℃에서 10분 동안 건조시켜 상기 코팅으로 코팅하였다.
상기 기재된 방법에 따라 내절단성을 측정하였더니 28.96mm/1000g(10회 측정치의 평균)이었다.
실시예 1
상기 코팅 분산물에 미네랄 섬유를 전체 고체 함량에 대해 12.5 중량%의 양으로 첨가하는 것을 제외하고는, 비교예에서와 같이 장갑을 코팅하였다. 상기 미네랄 섬유는 230 미크론의 평균 길이(중량 평균) 및 9 미크론의 평균 직경(중량 평균)을 갖는다. 따라서, L/D는 25.6이다. 상기 미네랄 섬유는 라피누스(Lapinus)로부터 상표명 록브레이크 록술(Rockbrake Roxul(등록상표)) RB220ELS로 판매된다.
상기 기재된 방법에 따라 내절단성을 측정하였더니 87.81mm/1000g(10회 측정치의 평균)이었다.
상기 실시예는 매트릭스에 내절단성 성분을 첨가하면 상기 장갑의 내절단성이 현저히 증가함을 보여준다.

Claims (14)

  1. 패브릭 및 상기 패브릭의 표면 위에 배치되는 내절단성(cut-resistant) 코팅을 함유하는 물품(article)으로서,
    상기 내절단성 코팅이 중합체성 매트릭스 및 상기 중합체성 매트릭스 내에 분포된 내절단성 성분을 함유하고,
    상기 내절단성 성분이, 평균 길이(L) 대 평균 직경(D) 비, 즉 L/D가 10 이상인 복수 개의 섬유인, 물품.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 중합체성 매트릭스의 부피에 대해 1 내지 80 부피%의 상기 내절단성 성분을 함유하는 물품.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 물품의 하나 이상의 표면에 내절단성 코팅이 배치된 물품.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 물품이 장갑(glove)인, 물품.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 중합체성 매트릭스가 엘라스토머성 중합체를 포함하는, 물품.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 엘라스토머성 중합체가 천연 고무, 합성 고무 또는 열가소성 엘라스토머인, 물품.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 코팅의 평균 두께가 0.3 mm 이상인, 물품.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 내절단성 성분이, 2 이상의 모스(Mohs) 경도 값을 갖는 경질 성분이고, 이때 상기 경질 성분이, 10 이상의 L/D를 갖는 복수 개의 경질 섬유인, 물품.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 경질 섬유가 유리, 미네랄 또는 금속으로 제조된 섬유인, 물품.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 경질 섬유가 방사(spun) 미네랄 섬유인, 물품.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 내절단성 성분이, 폴리아라미드 섬유, 또는 고분자량 또는 초고분자량 폴리에틸렌(HMWPE 또는 UHMWPE) 섬유로부터 제조된 복수 개의 내절단성 중합체 섬유인, 물품.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 내절단성 성분의 평균 직경(D)이 50 미크론 이하인, 물품.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 내절단성 성분을 형성하는 섬유의 평균 길이(L)가 10,000 미크론 이하인, 물품.
  14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 내절단성 성분의 적어도 일부가 10,000 이하의 종횡비(L/D)를 갖는, 물품.
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