KR101854795B1 - 다기능성 바이오 폴리우레탄 수지, 이를 이용한 무연 방사선 차폐성능 및 항균성이 우수한 다기능성 바이오 폴리우레탄 필름 및 이의 제조방법 - Google Patents

다기능성 바이오 폴리우레탄 수지, 이를 이용한 무연 방사선 차폐성능 및 항균성이 우수한 다기능성 바이오 폴리우레탄 필름 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다기능성 바이오 폴리우레탄 수지, 이를 이용하여 제조한 필름에 관한 것으로서, 상세하게는 석유계 폴리우레탄 수지 대신 식물성 유래의 소재를 이용한 바이오 폴리우레탄 수지를 도입한 친환경 소재로서, 인체에 무해하고, 금속 분말을 첨가하여 전기전도성, 열전도성, 항균성 및 무연 방사선 차폐 성능의 제어가 가능하며, 적층방식에 따라 다양한 성능을 동시에 발현할 수 있는 다기능성 바이오 폴리우레탄 필름을 제공할 수 있는 발명에 관한 것이다.

Description

다기능성 바이오 폴리우레탄 수지, 이를 이용한 무연 방사선 차폐성능 및 항균성이 우수한 다기능성 바이오 폴리우레탄 필름 및 이의 제조방법{Multifunctional bio-polyurethane resin, Multifunctional bio-polyurethane film using the same having Pb-free radiation shield and antibacterial properties, and Manufacturing method thereof}
본 발명은 식물 유래 성분으로 제조한 친환경적인 다기능성 바이오 폴리우레탄 수지, 이를 이용하여 제조한 무연 방사선 차폐 및 항균성이 우수한 다기능성 바이오 폴리우레탄 필름 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
기능성 섬유제품 제조를 위해 사용되는 고분자 물질 중 석유화학계로부터 유래되는 범용 플라스틱인 PVC(Polyvinyl Chloride), PE(Polyethylene), PP(Polypropylene), PS(Polystyrene) 등의 경우 다양한 용도에 활용되고 있으나 소각시 다이옥신과 같은 유해물질을 발생시키고 이산화탄소 발생량이 많아 대기 중 온실가스 효과를 가속화시키는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 개발된 바이오 고분자는 원료가 되는 바이오매스로 시작하여 탄소 중립(carbon neutral)을 달성할 수 있기 때문에, 이산화탄소 발생문제의 해결책으로 떠오르고 있다. 바이오 고분자는 지구온난화를 막기 위해서 CO2 발생량을 줄여야 하는 사회적 요구를 잘 반영한 고분자 소재이며 바이오 플라스틱에 적용된 CO2 Neutralization 개념은 "바이오매스로부터 제조된 바이오플라스틱은 사용후 분해처리 과정에서 발생되는 CO2를 바이오매스 성장에 다시 돌려주므로 환경으로 발산하는 CO2가 전혀 없다"는 것을 의미한다.
의류용 소재와 제품에 관련된 기술들은 인간의 쾌적한 환경유지, 보호 및 인체에 최적의 환경을 유지하기 위한 끊임없는 개발을 하고 있다. 인간은 온기와 한기를 느끼지 않는 열적으로 중립의 상태에 있을 때 온열적으로 쾌적하다고 느끼며, 또한 몸과 마음에 알맞아 기분이 좋은 상태를 쾌적한 상태라 한다.
의복의 쾌적감은 인체와 환경간의 열평형을 이룰 때 느끼는 것으로 의복은 인체와 환경 사이에서 인체의 체온조절에 깊이 관여되며, 의복소재의 열수분 특성이 인체와 환경 그리고 의복 사이에서 쾌적감을 형성하는데 중요한 인자로 알려져 있다.
그러므로 온열환경 조건에서 적합한 소재로 만든 의복을 착용하여 인체와 환경간의열적 평형을 이루어 쾌적한 상태를 만들 수 있다.
온열쾌적성에 영향을 미치는 요소에는 피복 재료의 열, 수분 전달특성 및 피복지의 중량, 두께, 태 등을 들 수 있고, 쾌적한 상태를 유지하기 위해서는 피부와 밀착된 공기층의 온도를 32ㅁ1℃, 습도 50ㅁ10%, 기류 25ㅁ15㎝/s로 유지해 주어야 한다.
인간은 체내 생산열과 체외 소실열이 평형을 이루어 체온이 일정하게 유지될 때 안락함을 누릴 수 있는데 열 대사평형은 의복을 착용할 경우 의복에 의한 열차단 정도로 조절할 수 있다.
즉 의복은 인체와 환경간의 과대한 열이동을 막고, 환경으로부터 인체를 안전하게 보호해 주는 인체보호 기능을 수행 하고, 특히 의복의 쾌적감은 인체와 환경간의 열균형을 이룰 때 얻어지므로 이러한 의복의 물리적 기능은 그 중요성이 강조 된다.
의복은 단순히 피부를 감싸는 역할만을 부여하는 것이 아니라 물리적인 환경과 피부사이의 열조절 기능을 담당하여 인체의 열생산과 열방출의 적절한 관계로 열적평형을 유지하도록 하는 것이다.
결국 인체에 입혀짐으로 쾌적하지 않으면 결코 좋은 의복이라 할 수 없으므로, 이에 쾌적감을 결정하는 가장 중요한 요소가 체온이라는 사실은 피륙이 피복되어 있는 인체에 어떻게 일정한 온도를 유지시켜 주는가 하는 메커니즘을 좀 더 면밀하게 검토해야만 하는 것을 의미 한다.
2011년 3월 일본 후쿠시마 원전 폭발, 2016년 9월 원전 주변 경주 지진 발생, 북한 핵폭발 지하 실험으로 방사선 피폭 리스크가 커다란 관심을 끌고 있다. 따라서 유사시 방사선 노출에 대비하기 위해 작업자나 주민을 위한 방사선 차폐용 보호복 소재 기술 개발이 필요한 실정이다.
이와 더불어, 우리나라는 고령 사회 진입과 백세 시대 도래로 의료 분야(예: x-선, 핵의학, 장비 용기)에서 방사선 이용이 증가하고 있으므로 의료 방사선에 의한 주민 피폭 리스크도 증가하고 있다. 따라서 의료용 방사선 차폐 소재의 기술 개발이 활발하다[2015 So]. 이 가운데서 특히 환자, 병원 방문자 등의 방사선 차폐를 위한 의료용 방사선 차폐 보호복 뿐만 아니라 원자력발전소 주변의 방사능 방호 및 산업용 소재 기술 개발이 필요하다.
의료용 방사선 x-선 에너지로는 얇은 환부 x-선 촬영에서 40kVp, 두꺼운 환부 x-선 촬영에서 90kV피크(kVp), CT 영상에서 120 ~ 140kVp, 핵의학 영상에서 140 ~ 356keV 등이 사용되고 있다.
이온화(ionizing) 방사선은 납(Pb) 및 바륨(Ba)과 같은 높은 밀도의 금속과 무거운 원자에 가장 잘 흡수된다. 이 때문에, 방사선 차폐 소재로 저렴한 납이 전통적으로 활용되고 있다. 하지만, 납은 인체 독성, 생태독성, 약한 기계적 특성 등과 같은 유해한 기능을 갖고 있다.
이러한 기술적 모순(technical contraction)을 해결하기 위한 방법으로 납을 대체할 수 있는 기술이 도입되고 있다. 최근에는, 납 함유(즉, 함납) 차폐재의 대체를 통해 납보다 차폐능, 경제성, 가공성 등이 좋은 납 없는(즉, 무연) 친환경 차폐 소재에 대한 기술개발의 필요성이 높아지고 있다. 또한, 의료용 방사선 차폐재의 경우 유지 및 관리의 어려움을 극복하고 2차 감염을 방지하기 위해 항균성에 대한 관심이 높아지고 있다.
한국 공개특허번호 10-2017-0107177호(2017.09.25)
이에 본 발명자들은 다양한 바이오 고분자 중 바이오 매스 원료물질을 사용하여 제조된 바이오 폴리우레탄(이하, "Bio-PU"로 정의함) 수지를 활용하여 필름을 제조하는 단계에서 금속 분말을 첨가하여 다양한 기능성 발현이 가능하며, 금속 분말의 적정 분산성을 위해서는 필름의 조성 및 조성비 조절이 매우 중요함을 알게 되었으며, 이를 이용하여, 기존의 석유계 투습방수 필름의 문제점인 환경오염과 유해물질 발생 문제를 해결하면서도 신축성 및 유연성이 우수하며, 고내구성의 항균기능성을 발현할 수 있고, 납성분을 포함하지 않으며 방사선 차폐가 가능한 다기능성 Bio-PU 필름을 개발하게 되었다. 즉, 본 발명은 다기능성 Bio-PU 필름 및 이를 제조하는 방법, 이의 제조에 사용되는 바이오 폴리우레탄 수지를 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은 다기능성 바이오 폴리우레탄 필름에 관한 것으로서, 직물층, 접착제층 및 다기능성 바이오 폴리우레탄 필름층이 차례대로 적층된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 다기능성 바이오 폴리우레탄 필름의 제조에 사용되는 수지에 관한 것으로서, 금속 분말과 유기용매, 희석제, 용해제를 포함하는 분산물; 및 식물성 바이오매스 유래의 폴리우레탄 수지;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 다기능성 바이오 폴리우레탄 필름의 제조에 사용되는 수지를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 금속 분말과 유기용매, 희석제, 용해제를 혼합한 뒤 초음파로 1차 분산처리하여 분산물을 제조하는 1-1단계; 및 상기 분산물과 식물성 바이오매스 유래의 폴리우레탄 수지를 혼합한 뒤 볼 밀링(Ball Milling)으로 2차 분산처리하여 혼합수지를 제조하는 1-2단계;를 포함하는 공정을 수행하여 제조할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 다기능성 바이오 폴리우레탄 필름을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 다기능성 바이오 폴리우레탄 수지를 준비하는 1단계; 상기 다기능성 바이오 폴리우레탄 수지를 기재에 캐스팅하는 2단계; 80 ~ 160℃ 하에서 1 ~ 4분간 다단 열건조를 수행하여, 다기능성 바이오 폴리우레탄 코팅층을 이형지 상부에 형성시키는 3단계; 및 기재로부터 코팅층을 분리시켜서 필름을 얻는 4단계;를 포함하는 공정을 수행하여 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 다기능성 바이오 폴리우레탄 필름을 포함하는 무연 방사성 차폐성 원단을 제공하고자 한다.
본 발명의 다기능성 Bio-PU 필름은 금속 파우더를 Bio-PU 수지 내에 고밀도로 분산 처리되어 있는 바, 전기전도성, 열전도성, 무연 방사선 차폐 성능의 제어가 가능하며, 항균 성능을 갖는 금속 파우더의 첨가에 의해 고내구성의 항균 성능을 발현할 수 있고, 적층방식에 따라 다양한 성능을 동시에 발현할 수 있다. 그리고, 석유계 폴리우레탄 소재를 사용하지 않기 때문에 친환경 고분자 제품으로서 인체에 무해한 특징이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 다기능성 Bio-PU 필름의 개략적인 사시도 및 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 2에 따른 다기능성 Bio-PU 필름의 개략적인사시도 및 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 3에 따른 다기능성 Bio-PU 필름의 개략적인사시도 및 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 4에 따른 다기능성 Bio-PU 필름의 개략적인 사시도 및 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 5에 따른 다기능성 Bio-PU 필름의 개략적인 사시도 및 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예 6에 따른 다기능성 Bio-PU 필름의 개략적인 사시도 및 단면도이다.
본 발명에서 사용하는 용어인 다기능성 Bio-PU 필름의 "필름"은 일반적인 필름 타입, 시트 타입 또는 라미네이트(적층체)를 모두 포함하는 의미이다.
본 발명은 다기능성 바이오 폴리우레탄(이하, "Bio-PU"로 정의함) 필름에 관한 것으로서, 직물층 상부에 접착제층 및 다기능성 Bio-PU 필름층이 차폐대로 적층된 필름이며, 또는 직물층 양면에 접착제층 및 다기능성 Bio-PU 필름층이 차폐대로 적층된 필름이다.
그리고, 상기 다기능성 Bio-PU 필름층은 텅스텐, 구리, 은 및 알루미늄 중 한 가지 이상의 금속 분말을 포함하며, 상기 다기능성 Bio-PU 필름층은 단층 구조 또는 다층 구조이다.
이하 본 발명에 따른 다기능성 Bio-PU 필름의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 다기능성 Bio-PU 필름은 도 1에 도시한 바와 같이, 직물층(14), 접착제층(13) 및 텅스텐 분말(12) 함유 다기능성 Bio-PU 필름층(11)이 차례대로 적층된 형태일 수 있다.
또한, 본 발명의 다기능성 Bio-PU 필름은 단층 또는 다층의 텅스텐 분말 함유 다기능성 Bio-PU 필름층(11)이 직물층(14)의 상부 및/또는 하부에 형성되어 있을 수도 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예로서, 본 발명의 다기능성 Bio-PU 필름은 도 2에 도시한 바와 같이, 직물층(14), 접착제층(13) 및 구리 분말(22) 함유 다기능성 Bio-PU 필름층(21)이 차례대로 적층된 형태일 수 있다.
또한, 본 발명의 다기능성 Bio-PU 필름은 단층 또는 다층의 구리 분말(22) 함유 다기능성 Bio-PU 필름층(21)이 직물층(14)의 상부 및/또는 하부에 형성되어 있을 수도 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예로서, 본 발명의 다기능성 Bio-PU 필름은 도 3에 도시한 바와 같이, 직물층(14), 접착제층(13) 및 은 분말(31) 함유 다기능성 Bio-PU 필름층(31)이 차례대로 적층된 형태일 수 있다.
또한, 본 발명의 다기능성 Bio-PU 필름은 1층 이상의 단층 또는 다층의 은 분말(32) 함유 다기능성 Bio-PU 필름층(31)이 직물층(14)의 상부 및/또는 하부에 형성되어 있을 수도 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예로서, 본 발명의 다기능성 Bio-PU 필름은 도 4에 도시한 바와 같이, 직물층(14), 접착제층(13) 및 알루미늄 분말(42) 함유 다기능성 Bio-PU 필름층(41)이 차례대로 적층된 형태일 수 있다.
또한, 본 발명의 다기능성 Bio-PU 필름은 단층 또는 다층의 알루미늄 분말(42) 함유 다기능성 Bio-PU 필름층(41)이 직물층(14)의 상부 및/또는 하부에 형성되어 있을 수도 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예로서, 본 발명의 다기능성 Bio-PU 필름은 도 5에 도시한 바와 같이, 직물층(14), 접착제층(13) 및 텅스텐 분말(12)-구리(22) 분말 혼합 다기능성 Bio-PU 필름층(51)이 차례대로 적층된 형태일 수 있다.
또한, 본 발명의 다기능성 Bio-PU 필름은 단층 또는 다층의 텅스텐 분말(12)-구리(22) 분말 혼합 다기능성 Bio-PU 필름층이 직물층(14)의 상부 및/또는 하부에 형성되어 있을 수도 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예로서, 본 발명의 다기능성 Bio-PU 필름은 도 6에 도시한 바와 같이, 직물층(14), 접착제층(13) 및 텅스텐 분말(12)-구리 분말(22)-은 분말(31) 혼합 다기능성 Bio-PU 필름층(61)이 차례대로 적층된 형태일 수 있다.
또한, 본 발명의 다기능성 Bio-PU 필름은 단층 또는 다층의 텅스텐-구리-은 혼합 다기능성 Bio-PU 필름층(61)이 직물층(14)의 상부 및/또는 하부에 형성되어 있을 수도 있다.
앞서 설명한 다양한 구조의 본 발명의 다기능성 Bio-PU 필름에 있어서, 다기능성 Bio-PU 필름층은 평균두께가 100 ~ 1,000㎛인 것이, 바람직하게는 200 ~ 500㎛인 것이 좋으며, 이때, 다기능성 Bio-PU 필름층의 평균두께가 100㎛ 미만이면 필름 캐스팅 과정에서 금속 분말에 의해 필름이 형성되지 않는 부분이 발생하여 내구성이 떨어지는 문제가 있을 수 있고, 평균두께가 1,000㎛를 초과하면 필름에 함유된 유기용매, 희석제, 용해제가 배출되는 과정에서 기공이 발생하여 불량의 원인이 된다.
그리고, 다기능성 Bio-PU 필름에 있어서, 다기능성 Bio-PU 필름층이 다층인 경우, 2 ~ 6층, 바람직하게는 3 ~ 4층으로 형성시키는 것이 방사선 차폐성능면에서 유리하다.
본 발명의 다기능성 Bio-PU 필름에 있어서, 상기 접착제층은 용제형 폴리우레탄 접착제 또는 핫멜트 타입의 폴리우레탄 접착제 중 선택된 1종을 포함할 수 있으며, 접착제층의 평균두께는 10 ~ 50㎛인 것이, 바람직하게는 평균두께 20 ~ 30㎛인 것이 좋다. 이때, 접착제층의 두께가 10㎛ 미만이면 직물층과 다기능성 Bio-PU 필름층과의 충분한 접착력을 확보하지 못하는 문제가 있을 수 있고, 접착층 두께가 50㎛를 초과하면 그 두께가 너무 과도한 것이며, 제품의 박육화에 오히려 불리하다.
본 발명의 다기능성 Bio-PU 필름에 있어서, 상기 직물층은 당업계에서 사용하는 일반적인 직물을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 폴리프로필렌 직물 및 폴리에스테르 직물 중에서 선택된 1종을 사용할 수 있고, 더욱 바람직하게는 폴리에스테르 직물을 사용할 수 있다. 구체적인 일례를 들면, 30 ~ 80 데니어의 폴리에스테르 원사를 이용하여 제조한 평균두께 20 ~ 100㎛인 1/2 트윌(Twill) 조직의 폴리에스테르 직물일 수 있다.
이러한, 본 발명의 다기능성 Bio-PU 필름은 다기능성 바이오 폴리우레탄 수지를 준비하는 1단계; 상기 다기능성 바이오 폴리우레탄 수지를 기재에 캐스팅하는 2단계; 다단 열건조시켜서, 다기능성 바이오 폴리우레탄 코팅층을 이형지 상부에 형성시키는 3단계; 및 기재로부터 코팅층을 분리시켜서 필름을 얻는 4단계;를 포함하는 공정을 수행하여 제조할 수 있다.
또한, 4단계의 필름 상부에 접착제를 도포한 후, 접착제 상부 방향으로 직물을 라미네이팅시키는 5단계; 및 숙성시키는 6단계;를 더 포함하는 공정을 수행하여 도 1 ~ 6과 같은 형태의 다층 구조의 다기능성 Bio-PU 필름을 제조할 수 있다.
[다기능성 바이오 폴리우레탄 수지 제조]
1단계의 상기 다기능성 바이오 폴리우레탄 수지는 금속 분말과 유기용매, 희석제, 용해제를 혼합한 뒤 초음파로 1차 분산 처리하여 분산물을 제조하는 1-1단계; 및 상기 분산물과 식물성 바이오매스 유래의 폴리우레탄 수지를 혼합한 뒤 볼 밀링(Ball Milling)으로 2차 분산 처리하여 혼합수지를 제조하는 1-2단계;를 포함하는 공정을 수행하여 제조할 수 있다.
상기 1-1단계의 금속 분말은 텅스텐 분말, 구리 분말, 은 분말 및 알루미늄 분말 중 선택된 1종 이상을 포함하며, 바람직하게는 텅스텐 분말, 구리 분말, 은 분말 및 알루미늄 분말 중 선택된 2종 이상을 포함하며, 더욱 바람직하게는 텅스텐 분말, 구리 분말, 은 분말 및 알루미늄 분말 중 선택된 3종 이상의 금속 분말을 포함할 수 있다.
1-1단계의 상기 금속 분말은 순도 99.9% 이상인 금속분말로서, 평균입경이 50 ~ 500nm이고, 바람직하게는 100 ~ 200nm이다. 이때, 금속 분말의 평균입경이 50nm 미만이면 금속 분말 제조 단가의 상승, 입자간의 응집 및 비표면적 상승에 따른 취급의 어려움이 발생하는 문제가 있을 수 있고, 금속 분말의 평균입경이 500nm를 초과하면 필름제조 과정에서 불순물로 작용하여 필름에 결함이 발생하거나 장비에 손상을 주는 문제가 있을 수 있다.
다음으로, 1-1단계의 상기 유기용매로는 메틸에틸케톤(methylethylketone), 아세톤(acetone), 디에틸케톤(diethylketone) 및 메틸이소부틸케톤(methylisobuthylketone) 중에서 선택된 1종 이상을 함유한 케톤계 유기용매; 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 일사다이옥산(1,4-dioxane) 및 옥세탄(oxetane) 중에서 선택된 1종 이상을 함유한 에테르계 유기용매; 및 석유에테르; 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 메틸에틸케톤(methylethylketone), 아세톤(acetone), 디에틸케톤(diethylketone) 및 메틸이소부틸케톤(methylisobuthylketone) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 케톤계 유기용매를 사용하는 것이 좋으며, 바람직하게는 메틸에틸케톤 및 아세톤 중에서 선택된 1종 이상을 사용하는 것이 좋다. 그리고, 유기용매의 사용량은 금속 분말 100 중량부에 대하여, 5 ~ 50 중량부를, 바람직하게는 5 ~ 25 중량부를, 더욱 바람직하게는 7 ~ 20 중량부를 사용하는 것이 좋다. 이때, 유기용매의 사용량이 5 중량부 미만이면 분산물 내 금속 분말이 분산이 잘 되지 않는 문제가 있을 수 있고, 50 중량부를 초과하여 사용하면 분산제의 점도가 낮아져서 오히려 분산 안정성이 떨어져서 가공 용이성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
그리고, 1-1단계의 상기 희석제는 금속 분말의 분산을 용이하게 하며, 혼합수지 제조 시 점도를 낮추어 필름 제조가 용이하도록 하는 역할을 하는 것으로서, 상기 유기용매 보다 높은 비등점 및 낮은 표면장력을 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하며, 구체적인 예를 들면, 톨루엔(toluene), 자일렌(xylene) 및 벤젠(benzene) 중에서 선택된 1종 이상을, 바람직하게는 톨루엔 및 벤젠 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 방향족계 화합물을 사용하는 것이 좋다. 그리고, 희석제의 사용량은 금속 분말 100 중량부에 대하여, 1 ~ 25 중량부를, 바람직하게는 2 ~ 15 중량부를, 더욱 바람직하게는 3 ~ 10 중량부를 사용하는 것이 좋다. 이때, 희석제의 사용량이 1 중량부 미만이면 제조된 혼합수지의 점도가 높아 필름 제조가 어려워지는 문제가 있을 수 있고, 25 중량부를 초과하여 사용하면 혼합수지의 점도가 낮아져 금속 분말의 침강이 발생하는 문제가 있을 수 있다.
또한, 1-1단계의 상기 용해제는 바이오 폴리우레탄 고분자를 용해시켜 필름 제조가 가능하도록 점도를 낮추어주는 역할을 하는 것으로서, 상기 희석제 보다 높은 비등점 및 높은 표면장력을 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하며, 구체적인 예를 들면, 디메틸포름아미드(dimethylformamide), 디메틸아세트아미드(dimethylacetamide) 및 N-메틸피롤리돈(N-Methyl Pyrrolidone) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 아미드계 용해제를, 더욱 바람직하게는 디메틸포름아미드 및 디메틸아세트아미드 중에서 선택된 1종 이상을 사용하는 것이 좋다. 그리고, 용해제의 사용량은 금속 분말 100 중량부에 대하여, 5 ~ 30 중량부를, 바람직하게는 5 ~ 20 중량부를, 더욱 바람직하게는 7 ~ 16 중량부를 사용하는 것이 좋다. 이때, 용해제의 사용량이 5 중량부 미만이면 바이오 폴리우레탄 고분자가 희석제로 조절 가능한 점도 범위까지 용해되지 않는 문제가 있을 수 있고, 30 중량부를 초과하여 사용하면 혼합수지의 점도가 낮아져 금속 분말의 침강이 발생하는 문제가 있을 수 있다.
1-1단계의 분산물은 금속 분말, 유기용매, 희석제, 용해제를 상기와 같은 조성비로 투입 및 500 ~ 800rpm 교반속도로 교반하여 혼합시킨 다음, 초음파로 1차 분산 처리하여 분산물을 15 ~ 30kHz의 출력으로 10 ~ 20분간 초음파 처리하여, 바람직하게는 20 ~ 30kHz의 출력으로 12 ~ 18분간 초음파 처리하여 제조할 수 있다.
다음으로, 1-2단계의 혼합수지는 1-1단계에서 제조한 분산물과 식물성 바이오매스 유래의 폴리우레탄 수지를 혼합한 뒤 볼 밀링(Ball Milling)으로 2차 분산 처리하여 제조할 수 있다. 이때, 식물성 바이오매스 유래의 폴리우레탄 수지의 사용량은 분산제 내 상기 금속 분말 100 중량부에 대하여, 식물성 바이오매스 유래의 폴리우레탄 수지 5 ~ 30 중량부를, 바람직하게는 5 ~ 20 중량부를, 더욱 바람직하게는 5 ~ 15 중량부를 사용할 수 있으며, 식물성 바이오매스 유래의 폴리우레탄 수지 사용량이 5 중량부 미만이면 제조된 다기능성 Bio-PU 필름의 기계적 물성을 충분하게 확보하지 못하는 문제가 있을 수 있고, 식물성 바이오매스 유래의 폴리우레탄 수지 사용량이 30 중량부를 초과하면 과량 사용으로 인해, 제조된 혼합수지의 점도가 너무 높아져서 코팅성이 떨어지고, 상대적으로 코팅층 내 1-1단계의 분산제 함량이 적어지고, 상대적으로 금속 분말 함량이 적어져서 방사선 차폐율, 열저항성 등의 물성이 저조한 문제가 있을 수 있다.
1-2 단계의 상기 식물성 바이오매스 유래의 폴리우레탄 수지에 대하여 설명하면 다음과 같다.
상기 식물성 바이오매스 유래의 폴리우레탄 수지는 다기능성 Bio-PU 필름층의 바인더 역할을 하는 것으로서, 식물성 바이오매스인 식물성 폴리올, 디이소시아네이트(diisocyanate), 사슬연장제 및 유기용매를 포함하는 조성물을 우레탄 반응시켜 제조한 폴리우레탄 수지이다.
이때, 상기 식물성 폴리올은 예를 들면 초본 에너지작물, 짧은 주기의 목본 작물, 산업 작물, 농작물, 수중자원, 농업 작물 찌꺼기, 임업 폐기물, 부산물과 폐기물 등으로부터 정제하여 제조한 지방산으로서, 구체적으로는 상기 지방산은 대두유, 옥수수유, 피마자유, 유채씨유, 야자유, 올리브유, 참깨유, 사탕수수유, 해바라기유 및 팜유 등의 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 이는 이소시아네이트(isocyanate)와 함께 반응하여 폴리우레탄을 제조하는데 사용되는 활성수소화합물인 폴리올 성분으로 사용된다. 그리고, 상기 식물성 바이오매스의 함량은 20 ~ 50 중량%, 바람직하게는 27 ~ 50 중량%를 포함할 수 있으며, 이때, 식물성 폴리올이 20 중량% 미만이면 본 발명의 조성물로 제조한 방사선 차폐시트의 이산화탄소(CO2) 저감률이 낮아지게 되며, 50 중량%를 초과하는 경우, 이산화탄소(CO2) 저감률은 높아지나 다른 물성이 떨어질 수 있으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
상기 디이소시아네이트(diisocyanate)는 TDI(toluene diisocyanate), MDI(4,4-diphenylmethane diisocyanate), PPDI(p-phenylene diisocyanate), XDI(xylene diisocyanate) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 방향족 계열의 이소시아네이트; 및 H12MDI(4,4-dicyclohexylmethane diisocyanate), HDI(hexamethylene diisocyanate), CHDI(trans 1,4-cyclohexane diisocyanate) 및 IPDI(isophorone diisocyanate) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 지방족 계열의 이소시아네이트; 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 그리고, 디이소시아네이트의 함량은 상기 조성물 전체 중량 중 20 ~ 50 중량%를, 바람직하게는 10 ~ 35 중량%를 포함할 수 있다. 이때, 디이소이아네이트 함량이 20 중량% 미만이면 바이오 폴리우레탄 수지 합성 시 충분한 가교가 되지않아 불량이 발생하는 문제가 있을 수 있고, 50 중량%를 초과하면 미반응 디이소시아네이트에 의한 불량이 발생 할 수 있고, 제조된 바이오 폴리우레탄 필름의 신축성 및 유연성이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
그리고, 상기 사슬연장제(chain exterder)로는 당업계에서 사용하는 일반적인 것을 사용할 수 있으나, 바람직하게는 에틸렌글리콜(ethylene glycol), 1,4-부틸렌글리콜(1,4-butylene glycol), 헥사메틸렌글리콜(1,6-hexamethylene glycol), 1,3-프로판디올(1,3-propanediol) 중에서 선택된 1종 이상을 함유한 글리콜류: 및 에틸렌디아민(ethylene diamine, EDA), 4,4-디페닐메탄디아민(4,4-diphenyl methane diamine, MDA), 이소포렌디아민(isophorene diamine, IPDA) 중에서 선택된 1종 이상을 함유한 디아민류: 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 그리고, 사슬연장제의 함량은 상기 혼합 용액 전체 중량 중 5 ~ 10 중량%를, 바람직하게는 5 ~ 7 중량%를 포함할 수 있다. 이때, 사슬연장제의 함량이 5 중량% 미만이면 필름형성에 필요한 충분한 분자량을 확보하기 어려운 문제가 있을 수 있고, 10 중량%를 초과하면 미반응물로 인해 필름제조시 불량이 발생하는 문제가 있을 수 있다.
그리고, 상기 유기용매 당업계에서 사용하는 일반적인 것을 사용할 수 있으며, 상기 우레탄 반응 전 조성물 내 식물성 폴리올, 이소시아네이트, 사슬연장제 외에 잔량의 중량%로 사용된다.
1-2단계에서 볼 밀링은 당업계에서 사용하는 일반적인 방법을 통해서 수행할 수 있으며, 일례로 24 ~ 72시간 동안 볼 밀링을 수행할 수 있다.
이렇게 볼 밀링을 수행하여 제조한 1-2단계의 혼합수지 즉, 다기능성 Bio-PU 수지는 점도가 500 ~ 10,000cps(25℃), 바람직하게는 2,000 ~ 7,500cps(25℃), 더욱 바람직하게는 4,000 ~ 6,000cps(25℃)일 수 있다. 이때, 점도가 500cps 보다 낮으면 필름 내 멤브레인 형성이 어렵고, 기공이 형성되어 내수압이 극단적으로 저하되는 문제가 있을 수 있고, 점도가 10,000cps 보다 높으면 균일한 피막 형성이 어렵고, 불균일하게 되어 투습도가 떨어질 수 있다.
상기 2단계는 앞서 설명한 방법으로 제조한 1단계의 다기능성 Bio-PU 수지를 기재에 캐스팅시키는 공정이다. 이때, 캐스팅 방법은 당업계에서 사용하는 일반적인 방법을 사용할 수 있으며 특별히 한정하지는 않으나, 닥터 나이프 코터(doctor knife coater), 롤 코터(roll coater) 및 도트(dot) 등을 사용하여 수행할 수 있다. 그리고, 2단계의 상기 기재는 다기능성 Bio-PU 수지를 구성하는 성분 중 하나인 용해제 보다 낮은 표면장력을 갖는 것을 사용하는 것이, 기재 상에 다기능성 Bio-PU 수지가 균일하게 퍼진 크팅층 또는 필름을 얻는 면에서 좋으며, 바람직하게는 실리콘 표면층을 갖는 이형지, 폴리프로필렌 표면층을 갖는 이형지, 폴리프로필렌 필름 또는 폴리에스테르필름을 사용하는 것이 좋다.
상기 3단계는 기재에 캐스팅된 다기능성 Bio-PU 수지를 다단 열건조시켜서, 다기능성 다기능성 Bio-PU 수지 코팅층을 이형지 상부에 형성시키는 공정으로서, 상기 다단 열건조는 80 ~ 160℃ 하에서 1 ~ 4분간 수행할 수 있으며, 좀 더 구체적으로 설명하면, 80 ~ 100℃ 하에서 20 ~ 60초간 1차 건조를 수행한 후, 110 ~ 140℃에서 20 ~ 50초간 2차 건조를 수행한 다음, 150 ~ 170℃에서 20 ~ 50초간 3차 건조를 수행할 수 있으며, 1차 내지 3차 건조는 연속적인 건조 공정이다. 이와 같이 다단 열건조를 통해서 코팅층을 형성시킴으로써, 희석제와 용해제의 증발속도를 제어하여 균일한 두께의 필름을 형성 할 수 있는 이점이 있다.
그리고, 2단계 및 3단계를 반복수행하여 2층 내지 6층으로, 바람직하게는 2층 내지 4층 구조의 다기능성 바이오 폴리우레탄 코팅층이 적층되도록 하여 다층 구조의 필름을 제조할 수도 있다.
다음으로, 4단계는 기재로부터 코팅층을 분리시켜서 다기능성 Bio-PU 필름층으로만 구성된 단층 또는 다층의 다기능성 Bio-PU 필름을 얻을 수 있다. 이렇게 제조된 다기능성 Bio-PU 필름은 JIS L-1092(고수압법)에 의거하여 내수도 측정 시, 내수도 4,000 ~ 10,000㎜H2O를 갖으며, 바람직하게는 내수도 5,500 ~ 7,200㎜H2O, 더욱 바람직하게는 내수도 5,800 ~ 6,800㎜H2O을 갖을 수 있다. 또한, 상기 다기능성 Bio-PU 필름은 JIS L-1099(B-1법)에 의거하여 측정시 투습도 4,000 ~ 6,800g/m2/24h일 수 있고, 바람직하게는 투습도 4,500 ~ 6,600g/m2/24h, 더욱 바람직하게는 투습도 5,400 ~ 6,550g/m2/24h일 수 있다. 또한, 상기 다기능성 Bio-PU 필름은 KS K ISO 0693에 의거하여 항균성 측정 시, 황색포도상구균(Staphylococcus aureus) 및 폐렴간균(Klebsiella pneumoniae)에 대한 항균력이 99.9% 이상 일 수 있다.
또한, 4단계의 필름 상부에 접착제를 도포한 후, 접착제 상부 방향으로 직물을 라미네이팅시키는 5단계; 및 숙성시키는 6단계;를 포함하는 공정을 수행한 후, 기재를 제거하여 도 1 ~ 도 6과 같은 형태의 필름을 제조할 수도 있다.
이때, 상기 접착제는 앞서 설명한 접착제인 용제형 폴리우레탄 접착제 또는 핫멜트 타입의 폴리우레탄 접착제 중 선택된 1종 또는 2종을 혼합하여 사용할 수 있으며, 접착제층 평균두께가 80 ~ 200㎛되도록 형성시킬 수 있다.
그리고, 상기 직물은 앞서 설명한 바와 같이, 폴리프로필렌 직물 및 폴리에스테르 직물 중에서 선택된 1종을 사용하는 것이 바람직하다.
라미네이팅시, 다기능성 Bio-PU 필름을 직물과 접착시키는 과정에 있어서 전면 접착, 도트(Dot) 접착 방식을 적용할 수도 있다.
이렇게 제조된 본 발명의 다기능성 Bio-PU 필름은 다기능성 Bio-PU 필름 내 다기능성 Bio-PU 필름층이 단층이고, 그 두께가 200㎛일 때, 의료용 방사선의 주 범위인 광자 에너지(Photon energy) 17KeV의 선원을 조사하여 필름을 통과하여 투과되는 에너지를 측정시, 방사선 차폐율이 70% 이상, 바람직하게는 75 ~ 90%, 더욱 바람직하게는 75.5 ~ 86%일 수 있다.
또한, 본 발명의 다기능성 Bio-PU 필름은 동일한 방법으로 방사선 차폐율 측정시, 다기능성 Bio-PU 필름 내 다기능성 Bio-PU 필름층이 2층 구조이고, 각 층의 두께가 200㎛일 때, 방사선 차폐율이 80% 이상, 바람직하게는 83 ~ 98%, 더욱 바람직하게는 84 ~ 97.5%일 수 있다.
또한, 본 발명의 다기능성 Bio-PU 필름은 동일한 방법으로 방사선 차폐율 측정시, 다기능성 Bio-PU 필름 내 다기능성 Bio-PU 필름층이 3층 구조이고, 각 층의 두께가 200㎛일 때, 방사선 차폐율이 88% 이상, 바람직하게는 90.00 ~ 99.80%, 더욱 바람직하게는 90.50 ~ 99.70%일 수 있다.
또한, 본 발명의 다기능성 Bio-PU 필름은 동일한 방법으로 방사선 차폐율 측정시, 다기능성 Bio-PU 필름 내 다기능성 Bio-PU 필름층이 4층 구조이고, 각 층의 두께가 200㎛일 때, 방사선 차폐율이 92% 이상, 바람직하게는 93.00 ~ 99.99%, 더욱 바람직하게는 94.00 ~ 99.96%일 수 있다.
또한, 본 발명의 다기능성 Bio-PU 필름은 단층이고, 그 두께가 200㎛일 때, KES-F7(Thermo Labo ll)에 의거하여 보온성 측정시, 보온성이 11% 이상일 수 있으며, 바람직하게는 11.0 ~ 23.0%, 더욱 바람직하게는 11.50 ~ 20.00%일 수 있다.
또한, 또한, 본 발명의 다기능성 Bio-PU 필름은 단층이고, 그 두께가 200㎛일 때, KS K ISO 11092(Sweating guarded-hotplate test)에 의거하여, 열저항 측정시, 0.1100 ~ 0.1500㎡??℃/W일 수 있고, 바람직하게는 0.1100 ~ 0.1450㎡??℃/W, 더욱 바람직하게는 0.1130 ~ 0.1400㎡??℃/W일 수 있다.
본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니며, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
[실시예]
준비예 1 : 텅스텐 분말 함유 다기능성 Bio-PU 수지 제조
평균입경 150nm인 텅스텐 분말 100 중량부에 대하여, 유기용매인 메틸에틸케톤 10 중량부, 희석제인 톨루엔 5 중량부 및 용해제인 디메틸포름아미드 10 중량부를 혼합하고, 500rpm의 속도로 교반하여 혼합한 뒤, 25kHz의 출력으로 15분간 초음파 처리하여 분산액을 제조하였다.
다음으로, 상기 텅스텐 분말 100 중량부에 대하여 식물성 바이오매스 유래의 폴리우레탄 수지 10 중량부를 분산액과 혼합 및 교반하고, 48시간 동안 볼 밀링 처리하여 텅스텐이 분산된 점도 4,900 ~ 5,000cps(25℃)의 다기능성 Bio-PU 수지를 제조하였다.
이때, 상기 식물성 바이오매스 유래의 폴리우레탄 수지는 식물성 폴리올로서, 피마자유(Mw=2,022) 25 중량%, 디이소시아네이트인 MDI(4,4-diphenylmethane diisocyanate)를 35 중량%, 사슬연장제로서 1,3-프로판디올(1,3-propanediol) 5 중량% 및 잔량의 유기용매인 메틸에틸케톤을 혼합한 후, 우레탄 반응시켜서 제조한 것이다.
준비예 2 : 구리 분말 함유 다기능성 Bio-PU 수지 제조
평균입경 100nm인 구리 분말 100 중량부에 대하여, 유기용매인 메틸에틸케톤 10 중량부, 희석제인 톨루엔 5 중량부 및 용해제인 디메틸포름아미드 10 중량부를 혼합하고, 500rpm의 속도로 교반하여 혼합한 뒤, 25kHz의 출력으로 15분간 초음파 처리하여 구리 분말 함유 분산액을 제조하였다.
다음으로, 상기 구리 분말 100 중량부에 대하여 상기 준비예 1과 동일한 식물성 바이오매스 유래의 폴리우레탄 수지 10 중량부를 분산액과 혼합 및 교반하고, 48시간 동안 볼 밀링 처리하여 구리 분말이 분산된 점도 4,900 ~ 5,000cps(25℃)의 다기능성 Bio-PU 수지를 제조하였다.
준비예 3 : 은 분말 함유 다기능성 Bio-PU 수지 제조
평균입경 100nm인 은 분말 100 중량부에 대하여, 유기용매인 메틸에틸케톤 10 중량부, 희석제인 톨루엔 5 중량부 및 용해제인 디메틸포름아미드 10 중량부를 혼합하고, 500rpm의 속도로 교반하여 혼합한 뒤, 25kHz의 출력으로 15분간 초음파 처리하여 은 분말 함유 분산액을 제조하였다.
다음으로, 상기 은 분말 100 중량부에 대하여 상기 준비예 1과 동일한 식물성 바이오매스 유래의 폴리우레탄 수지 10 중량부를 상기 분산액와 혼합 및 교반하고, 48시간 동안 볼 밀링 처리하여 은 분말이 분산된 점도 4,900 ~ 5,000cps(25℃)의 다기능성 Bio-PU 수지를 제조하였다.
준비예 4 : 알루미늄 분말 함유 다기능성 Bio-PU 수지 제조
평균입경 170nm인 알루미늄 분말 100 중량부에 대하여, 유기용매인 메틸에틸케톤 10 중량부, 희석제인 톨루엔 5 중량부 및 용해제인 디메틸포름아미드 10 중량부를 혼합하고, 500rpm의 속도로 교반하여 혼합한 뒤, 25kHz의 출력으로 15분간 초음파 처리하여 알루미늄 분말 함유 분산액을 제조하였다.
다음으로, 상기 알루미늄 분말 100 중량부에 대하여 상기 준비예 1과 동일한 식물성 바이오매스 유래의 폴리우레탄 수지 10 중량부를 상기 분산액과 혼합하고, 48시간 동안 볼 밀링 처리하여 알루미늄 분말이 분산된 점도 4,900 ~ 5,000cps(25℃)의 다기능성 Bio-PU 수지를 제조하였다.
준비예 5 ~ 준비예 7 및 비교준비예 1 : 혼합 금속 분말 함유 다기능성 Bio-PU 수지 제조
상기 준비예 1과 동일한 방법으로 점도 4,900 ~ 5,000cps(25℃)의 다기능성 Bio-PU 수지를 제조하되, 평균입경 150nm인 텅스텐 분말 및 평균입경 100nm인 구리 분말을 1 : 1 중량비로 혼합하여 금속 분말을 준비한 후, 이를 이용하여 하기 표 1과 같은 조성을 갖도록 하여 다기능성 Bio-PU 수지를 제조하여 준비예 5를 실시하였다.
또한, 평균입경 150nm인 텅스텐 분말, 평균입경 100nm인 구리 분말 및 평균입경 100nm인 은 분말을 1 : 1 : 0.5 중량비로 혼합하여 금속 분말을 준비한 후, 이를 이용하여 하기 표 1과 같은 조성을 갖도록 하여 다기능성 Bio-PU 수지를 제조하여 준비예 6을 실시하였다.
또한, 평균입경 150nm인 텅스텐 분말, 평균입경 100nm인 구리 분말, 평균입경 100nm인 은 분말 및 170nm인 알루미늄 분말을 1 : 1 : 0.5 : 1 중량비로 혼합하여 금속 분말을 준비한 후, 이를 이용하여 하기 표 1과 같은 조성을 갖도록 하여 다기능성 Bio-PU 수지를 제조하여 준비예 7을 실시하였다.
또한, 평균입경 100nm인 구리 분말 및 평균입경 100nm인 은 분말을 1 : 1 중량비로 혼합하여 금속 분말을 준비한 후, 이를 이용하여 하기 표 1과 같은 조성을 갖도록 하여 다기능성 Bio-PU 수지를 제조하여 비교준비예 1을 실시하였다.
준비예 8 및 비교준비예 2 ~ 8
상기 준비예 6과 동일한 금속분말을 사용하되, 하기 표 1과 같은 조성비를 가지도록 하여 다기능성 Bio-PU 수지를 각각 제조하여 준비예 8 및 비교준비예 2 ~ 8를 각각 실시하였다.
Figure 112017128009002-pat00001
실시예 1 ~ 실시예 8 및 비교예 1 ~ 8 : 단층 구조의 다기능성 Bio-PU 필름의 제조
상기 준비예 1 ~ 준비예 8 및 비교준비예 1 ~ 8의 다기능성 Bio-PU 수지 각각을 실리콘 코팅된 이형지에 닥터 나이프 코터로 캐스팅시켰다.
다음으로, 다기능성 Bio-PU 수지가 캐스팅된 이형지를 80℃에서 30초간 1차 건조를 수행한 후, 120℃에서 30초간 2차 건조를 수행하였으며, 그리고, 160℃에서 30초간 3차 건조를 연속적으로 수행하여 평균두께 200㎛의 단층 구조의 다기능성 Bio-PU 필름을 각각 제조하여 실시예 1 ~ 8 및 비교예 1 ~ 8를 각각 실시하였다.
실험예 1 : 다기능성 Bio-PU 필름의 물성 측정
상기 준비예 5에서 제조한 다기능성 Bio-PU 필름의 내수도, 투습도를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
이때, 내수도는 JIS L-1092(고수압법)에 의거하여 측정하였고, 투습도는 IS L-1099(B-1법)에 의거하여 측정하였다.
Figure 112017128009002-pat00002
상기 표 2의 실험결과를 살펴보면, 단종의 금속분말을 사용한 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 4는 내수도 및 투습도는 우수하나, 항균력이 떨어지는 문제가 있었다. 그리고, 유기용매를 과량 사용한 비교예 3과 용해제를 과량 사용한 비교예 7의 경우 내수도 및 투습도가 좋지 못한 문제가 있었다. 또한, 희석제를 과량 사용한 비교예 5의 경우, 투습도는 우수하나, 내수도가 떨어지는 문제가 있었다.
실험예 3 : 다기능성 Bio-PU 필름의 성분 분석
상기 준비예 5에서 제조한 다기능성 Bio-PU 필름의 성분을 분석하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
이때, 실험은 SEM-EDX에 의한 성분 분석을 활용하여 분석하였다.
Figure 112017128009002-pat00003
실험예 4 : 다기능성 Bio-PU 필름의 방사선 차폐율 분석
상기 실시예 1 ~ 4에서 제조한 다기능성 Bio-PU 필름을 단일필름(두께 200㎛)에서 4회까지 단계별로 적층하여 적층 횟수에 따른 방사선 차폐 특성을 비교하였으며, 그 결과를 하기 표 4 ~ 표 7에 나타내었다.
이때, 방사선 차폐 특성은 의료용 방사선의 주 범위인 광자 에너지(Photon energy) 12 ~ 17KeV의 선원을 조사하여 필름을 통과하여 투과되는 에너지를 측정하여 분석하였다.
또한, 실시예 5 ~ 8 및 비교예 1 ~ 9의 다기능성 Bio-PU 필름을 단일필름의 광자 에너지 17KeV의 선원을 조사하여 필름을 통과하여 투과되는 에너지를 측정하여 분석하였고 그 결과를 하기 표 8에 나타내었다.
Figure 112017128009002-pat00004
Figure 112017128009002-pat00005
Figure 112017128009002-pat00006
Figure 112017128009002-pat00007
상기 표 3 ~ 표 7의 측정 결과를 살펴보면, 실시예 1 및 실시예 2가 방사선 차폐 효과가 가장 우수하고, 실시예 3 및 실시예 4는 매우 저조한 결과를 보였다. 그리고, 필름의 적층 횟수가 증가할수록 방사선 차폐율이 증가하는 경향을 보였다.
Figure 112017128009002-pat00008
실험예 5 : 다기능성 Bio-PU 필름의 열 이동 제어 성능 분석
상기 실시예 1 ~ 8 및 비교예 1 ~ 8에서 제조한 다기능성 Bio-PU 필름의 보온성, 열저항을 측정하여 비교하였으며, 그 결과를 하기 표 9에 나타내었다.
이때, 보온성은 KES-F7(Thermo Labo ll)에 의거하여 측정하였고, 열저항은 KS K ISO 11092(Sweating guarded-hotplate test)에 의거하여 측정하였다.
Figure 112017128009002-pat00009
제조예 1 : 다기능성 Bio-PU 필름
(1) 상기 실시예 1에서 제조한 단층 구조의 다기능성 Bio-PU 필름을 준비하였다.
(2) 다음으로, 점도 3,500cps로 희석된 용제형 폴리우레탄 접착제를 상기 실시예 1의 다기능성 Bio-PU 필름의 표면에 도포한 후, 평균두께 50㎛인 1/2 트윌(Twill) 조직의 폴리에스테르 직물(50D의 원사)을 적층시킨 다음, 80℃에서 48시간 동안 숙성시켜 텅스텐 분말 함유 다기능성 Bio-PU 필름을 제조하였다. 그리고, 이의 개략적인 단면도를 도 1에 나타내었다.
제조예 2 ~ 제조예 6
제조예 1과 동일한 방법으로 다기능성 Bio-PU 필름 제조하되, 실시예 1의 단층 구조의 다기능성 Bio-PU 필름 대신 실시예 2 ~ 6의 다기능성 Bio-PU 필름 각각을 이용하여, 다기능성 Bio-PU 필름을 각각 제조하여 제조예 2 ~ 6을 실시하였으며, 제조한 필름의 개략적인 단면도를 순서대로 도 2 내지 도 6에 나타내었다.
11 : 텅스텐 분말 함유 다기능성 Bio-PU 필름층
12 : 텅스텐 분말 13 : 접착제층 14 : 직물층
21 : 구리 분말 함유 다기능성 Bio-PU 필름층
22 : 구리 분말
31 : 은 분말 함유 다기능성 Bio-PU 필름층
32 : 은 분말
41 : 알루미늄 분말 함유 다기능성 Bio-PU 필름층
42 : 알루미늄 분말
51 : 텅스텐-구리 혼합 다기능성 Bio-PU 필름층
61 : 텅스텐-구리-은 혼합 다기능성 Bio-PU 필름층

Claims (16)

  1. 금속 분말과 유기용매, 희석제, 용해제를 혼합한 뒤 초음파로 1차 분산처리하여 분산물을 제조하는 1-1단계; 및
    상기 분산물과 식물성 바이오매스 유래의 폴리우레탄 수지를 혼합한 뒤 볼 밀링(Ball Milling)으로 2차 분산처리하여 혼합수지를 제조하는 1-2단계;를 포함하며,
    1-1 단계의 상기 1차 분산처리는 상기 금속 분말 100 중량부에 대하여, 상기 유기용매 5 ~ 50 중량부, 상기 희석제 1 ~ 15 중량부 및 상기 용해제 5 ~ 30 중량부를 혼합한 후, 500 ~ 800rpm의 속도로 교반시킨 다음, 15 ~ 30kHz의 출력으로 10 ~ 20분간 초음파 처리하며,
    1-2 단계의 상기 식물성 바이오매스 유래의 폴리우레탄 수지는 식물성 폴리올 20 ~ 50 중량%, 디이소시아네이트(diisocyanate) 20 ~ 50 중량%, 사슬연장제(chain extender) 5 ~ 10 중량% 및 잔량의 유기용매를 포함하는 조성물의 우레탄 반응물인 것을 특징으로 하는 다기능성 바이오 폴리우레탄 수지의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 금속 분말은 텅스텐 분말, 구리 분말, 은 분말 및 알루미늄 분말 중 선택된 1종 이상을 포함하며,
    상기 금속 분말은 평균입경이 50 ~ 500nm인 것을 특징으로 하는 다기능성 바이오 폴리우레탄 수지의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유기용매는 메틸에틸케톤(methylethylketone), 아세톤(acetone), 디에틸케톤(diethylketone) 및 메틸이소부틸케톤(methylisobuthylketone) 중에서 선택된 1종 이상을 함유한 케톤계 유기용매;
    테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 일사다이옥산(1,4-dioxane) 및 옥세탄(oxetane) 중에서 선택된 1종 이상을 함유한 에테르계 유기용매; 및
    석유에테르; 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능성 바이오 폴리우레탄 수지의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 희석제는 톨루엔(toluene), 자일렌(xylene) 및 벤젠(benzene) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능성 바이오 폴리우레탄 수지의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 용해제는 디메틸포름아미드(dimethylformamide), 디메틸아세트아미드(dimethylacetamide) 및 N-메틸피롤리돈(N-Methyl Pyrrolidone) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능성 바이오 폴리우레탄 수지의 제조방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 1-2 단계의 상기 볼밀링은
    24 ~ 72시간 동안 볼 밀링을 수행하는 것을 특징으로 하는 다기능성 바이오 폴리우레탄 수지의 제조방법.
  9. 삭제
  10. 다기능성 바이오 폴리우레탄 수지를 준비하는 1단계;
    상기 다기능성 바이오 폴리우레탄 수지를 이형지에 캐스팅하는 2단계;
    캐스팅된 이형지를 다단 열건조시켜서, 이형지 상부에 다기능성 바이오 폴리우레탄 코팅층을 형성시키는 3단계; 및
    이형지로부터 코팅층을 분리시켜서 필름을 얻는 4단계;를 포함하며,
    1단계의 상기 다기능성 바이오 폴리우레탄 수지는
    금속 분말과 유기용매, 희석제, 용해제를 혼합한 뒤 초음파로 1차 분산처리하여 분산물을 제조하는 1-1단계; 및
    상기 분산물과 식물성 바이오매스 유래의 폴리우레탄 수지를 혼합한 뒤 볼 밀링(Ball Milling)으로 2차 분산처리하여 혼합수지를 제조하는 1-2단계;를 포함하는 공정을 수행하여 제조한 것이며,
    1-1 단계의 상기 1차 분산처리는 상기 금속 분말 100 중량부에 대하여, 상기 유기용매 5 ~ 50 중량부, 상기 희석제 1 ~ 15 중량부 및 상기 용해제 5 ~ 30 중량부를 혼합한 후, 500 ~ 800rpm의 속도로 교반시킨 다음, 15 ~ 30kHz의 출력으로 10 ~ 20분간 초음파 처리하는 것을 특징으로 하는 무연 방사선 차폐 및 항균성이 우수한 다기능성 바이오 폴리우레탄 필름의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서, 4단계의 필름 상부에 접착제를 도포한 후, 접착제 상부 방향으로 직물을 라미네이팅시키는 5단계; 및
    숙성시키는 6단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무연 방사선 차폐 및 항균성이 우수한 다기능성 바이오 폴리우레탄 필름의 제조방법.
  12. 삭제
  13. 제10항에 있어서,
    상기 이형지는 실리콘 표면층을 갖는 이형지, 폴리프로필렌 표면층을 갖는 이형지, 폴리프로필렌 필름 또는 폴리에스테르필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 무연 방사선 차폐 및 항균성이 우수한 다기능성 바이오 폴리우레탄 필름의 제조방법.
  14. 제10항에 있어서, 2단계 및 3단계를 반복수행하여 2층 내지 6층으로 다기능성 바이오 폴리우레탄 코팅층이 적층되도록 하는 것을 특징으로 하는 무연 방사선 차폐 및 항균성이 우수한 다기능성 바이오 폴리우레탄 필름의 제조방법.
  15. 직물층, 접착제층 및 다기능성 바이오 폴리우레탄 필름층을 포함하며,
    상기 다기능성 바이오 폴리우레탄 필름층은 제10항, 제11항, 제13항 및 제14항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 다기능성 바이오 폴리우레탄 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 무연 방사선 차폐 및 항균성이 우수한 다기능성 바이오 폴리우레탄 필름.
  16. 제15항의 기능성 바이오 폴리우레탄 필름을 포함하는 무연 방사성 차폐성 원단.
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