KR101872713B1 - 기능성 원단 - Google Patents

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고재왕
최필준
최경용
정왕현
김명찬
최나리
백경민
송철기
김우진
배성진
신창재
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한국신발피혁연구원
경은산업(주)
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Abstract

본 발명은 기능성 원단에 관한 것으로, 폴리에틸렌 원단, 상기 폴리에틸렌 원단의 상면에 도포되되, 염화 폴리올레핀을 포함하고 있는 프라이머층 및 상기 프라이머층 상면에 라미네이팅 되어 상기 폴리에틸렌 원단에 투습성을 향상시키는 폴리우레탄 코팅층을 포함하여 투습성이 향상된 것이 특징이다.

Description

기능성 원단{Functional fabric}
본 발명은 접착성 및 투습성이 향상된 기능성 원단에 관한 것으로, 구체적으로는 폴리에틸렌 원단에 프라이머가 도포되고 폴리우레탄 코팅층이 라미네이팅된 기능성 원단에 관한 것이다.
폴리올레핀은 가격대비 특성이 우수하여 범용플라스틱 가운데 가장 널리 사용되는 고분자이다. 폴리올레핀 중에서 특히, 폴리에틸렌은 그 구조가 단순하고 가공성이 우수해 필름이나 용기 및 비닐 백 등을 제조하는데 많이 사용되며 압출이나 사출 등 고분자 가공분야 연구에도 널리 사용되고 있다.
최근에는 고강도 폴리에틸렌 원단(HTPE)이 내구성과 강도가 우수하여 고 내구성이 요구되는 스포츠용 의류, 산업용 의류 등의 용도로 주목받고 있으나, 폴리에틸렌은 나일론, 폴리에스테르, 알루미늄, 철, 종이, 목재 등과 같은 극성 기재뿐만 아니라 같은 종류인 폴리올레핀과도 접착성이 좋지 않아, 폴리에틸렌 원단에 적합한 전처리 또는 후처리(접착, 투습 코팅 등)기술의 개발이 필요한 상황이다.
폴리에틸렌의 접착성을 향상시키기 위하여 폴리에틸렌을 개질시키거나 폴리에틸렌 필름에 프라이머를 도포할 수 있다. 폴리에틸렌을 개질시키는 기술과 관련된 선행문헌으로는 한국 등록특허공보 제 10-0550863호가 개시된 적이 있으나, 폴리에틸렌 원단에 적합한 프라이머에 대한 연구개발은 미비한 상황이다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 폴리에틸렌 원단과 코팅층간의 접착강도가 향상된 기능성 원단을 제시하는 데 그 목적이 있다.
또한, 폴리에틸렌 원단의 투습성이 향상된 기능성 원단을 제시하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기능성 원단은 폴리에틸렌 원단, 상기 폴리에틸렌 원단의 상면에 도포되되, 염화 폴리올레핀을 포함하고 있는 프라이머층 및 상기 프라이머층 상면에 라미네이팅 되어 상기 폴리에틸렌 원단에 투습성을 향상시키는 폴리우레탄 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 프라이머층은 용제 100중량부에 대하여 염화 폴리프로필렌(Chlorinated Polypropylene) 3~9중량부, 산화방지제 0.1중량부, uv안정제 0.5중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 폴리우레탄 코팅층은 폴리에틸렌글리콜(Polyethyleneglycol, PEG) 및 폴리카보네이트디올(Polycarbonatedaiol, PCD)의 혼합물 20 몰%, 1,4-Butanediol 30 몰%, 이소시아네이트 화합물 50 몰%를 포함하여 중합되되, 상기 이소시아네이트 화합물은 이소프론 디이소시아네이트(Isophorone Diisocyanate, IPDI) 또는 헥사메틸렌 디이소시아네이트(Hexamethylene Diisocyanate, H12MDI)인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 폴리에틸렌글리콜 및 상기 폴리카보네이트디올의 혼합 몰비는 7:3인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 폴리에틸렌 원단 및 상기 폴리우레탄 코팅층은 100~110℃의 온도에서 3~4kg/cm2의 압력으로 라미네이팅되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 본 발명에 따른 기능성 원단은 폴리에틸렌 원단에 염화 폴리올레핀이 포함된 프라이머를 도포함으로써 폴리에틸렌원단과 코팅층간의 접착강도를 향상시킬 수 있다는 이점이 있다.
또한, 투습성이 우수한 폴리에틸렌글리콜이 포함된 폴리우레탄 코팅층을 폴리에틸렌 원단에 라미네이팅 시킴으로써 폴리에틸렌 원단의 투습성을 향상시킬 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 기능성 원단의 구성을 나타낸 단면도.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 기능성 원단의 구성을 나타낸 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 기능성 원단(10)은 폴리에틸렌 원단(100), 프라이머층(200), 폴리우레탄 코팅층(300)을 포함한다.
먼저, 폴리에틸렌 원단(100)은 폴리에틸렌 섬유를 활용하여 제작된 원단으로 내구성과 강도가 우수하여 스포츠 의류, 산업용 의류 등 고내구성이 요구되는 분야에 활용될 수 있는 고강도 폴리에틸렌 원단인 것이 바람직하다.
고강도 폴리에틸렌 원단(HTPE)이란 고강도 폴리에틸렌 섬유를 활용하여 제조된 원단으로 여기서 고강도 폴리에틸렌 섬유란 인장강도가 매우 높은 폴리에틸렌 섬유이다.
그리고 프라이머층(200)은 폴리에틸렌 원단(100)의 상면에 도포되어 폴리에틸렌 원단(100)과 폴리우레탄 코팅층(300)간의 접착력을 강화시키는 역할을 한다. 이때, 프라이머층(200)은 염화 폴리올레핀을 포함하고 있다. 염화 폴리올레핀은 피착재, 즉 폴리에틸렌 원단(100)의 표면젖음성 및 응집력을 향상시키는 역할을 하며, 염화 폴리프로필렌, 염화 폴리에틸렌 등일 수 있으나, 염화 폴리프로필렌인 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용되는 프라이머층(200)은 용제 100중량부에 대하여 염화 폴리프로필렌 3~9중량부, 산화방지제 0.1중량부, uv안정제 0.5중량부를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 염화 폴리프로필렌의 함량이 3중량부 미만일 경우, 폴리에틸렌 원단(100)에 대한 부착성, 내알칼리성 등의 화학적 성능이 저하되어 접착력이 감소하게 될 우려가 있으며, 염화 폴리프로필렌의 함량이 9중량부를 초과할 경우, 염화 폴리프로필렌의 사용량 증가에 따른 프라이머의 제조비용이 상승하나, 가격 상승에 따른 접착강도의 증가 정도는 미미하므로 염화 폴리프로필렌의 함량은 3~9중량부인 것이 바람직하다.
산화방지제는 제조된 프라이머의 산화를 방지하기 위해 첨가되며, uv안정제는 빛에 의해 원단이 변색되는 것을 방지하기 위해 첨가된다.
한편, 프라이머 제조 시 사용되는 용제는 톨루엔과 메틸에틸케톤(MEK)의 혼합 유기용제를 사용하는 것이 바람직하다.
폴리우레탄 코팅층(300)은 프라이머층(200) 상면에 라미네이팅 되어 폴리에틸렌 원단(100)의 투습성을 향상시킨다. 이때, 폴리우레탄 코팅층(300)은 폴리에틸렌글리콜(Polyethyleneglycol, PEG) 및 폴리카보네이트디올(Polycarbonatedaiol, PCD)의 혼합물 20 몰%, 1,4-Butanediol 30 몰%, 이소시아네이트 화합물 50 몰%를 포함하여 중합된다.
폴리에틸렌글리콜은 내수성, 기계적 물성 등은 취약하지만 투습성이 우수한 화합물로 폴리에틸렌 원단(100)의 투습성을 향상시키기 위해 첨가된다. 그리고 폴리카보네이트디올은 접착력, 내구성, 내수성과 같은 기계적 물성이 우수한 화합물로서, 폴리에틸렌글리콜의 단점을 보완하기 위해 첨가된다. 이때 첨가되는 폴리에틸렌글리콜 및 폴리카보네이트디올은 중량평균 분자량이 2000인 것이 바람직하다.
또한, 폴리에틸렌글리콜과 폴리카보네이트디올의 혼합 몰비는 7:3인 것이 바람직하다. 폴리에틸렌글리콜/폴리카보네이트디올의 몰비가 7/3보다 큰 경우, 폴리에틸렌글리콜의 함량이 증가하여 폴리우레탄을 필름형으로 제조하기 어려울 뿐만 아니라 폴리에틸렌원단과의 접착강도가 저하된다. 반대로 폴리에틸렌글리콜/폴리카보네이트디올의 몰비가 7/3보다 작은 경우, 폴리카보네이트디올의 함량이 증가하여 폴리에틸렌원단과 접착강도는 증가하나 폴리에틸렌글리콜의 함량이 감소하여 투습성이 저하되게 된다.
상기와 같이 폴리에틸렌글리콜 및 폴리카보네이트디올을 7:3으로 혼합하여 폴리우레탄을 제조함으로써 투습성 및 접착강도가 우수한 폴리우레탄 코팅층(300)을 형성할 수 있다.
그리고, 상기 이소시아네이트 화합물은 이소프론 디이소시아네이트(Isophorone Diisocyanate, IPDI) 또는 헥사메틸렌 디이소시아네이트(Hexamethylene Diisocyanate, H12MDI)중에서 하나 선택되는 것이 바람직하며, 특히 헥사메틸렌 디이소시아네이트를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 폴리우레탄 코팅층(300) 제조 시 사용되는 용제는 톨루엔과 메틸에틸케톤(MEK)의 혼합 유기용제를 사용하는 것이 바람직하며, 촉매는 디부틸틴디라우레이트(dibutyltin dilaurate, DBTDL)가 첨가되는 것이 바람직하다.
그리고, 폴리에틸렌 원단(100)과 폴리우레탄 코팅층(300)은 100~110℃의 온도에서 3~4kg/cm2의 압력으로 라미네이팅된다. 라미네이팅 온도가 100℃ 미만일 경우 접착력이 저하될 우려가 있으며, 라미네이팅 온도가 110℃를 초과하게 되면 폴리에틸렌 원단(100)의 변형이 발생할 우려가 있다.
또한, 라미네이팅 압력이 3kg/cm2 미만일 경우, 폴리에틸렌 원단(100)과 폴리우레탄 코팅층(300)의 접착력 및 투습도가 저하되며, 라미네이팅 압력이 4kg/cm2을 초과하면, 라미네이팅 과정에서 원단의 변형이 발생할 수 있다.
프라이머의 조성 및 폴리우레탄의 조성에 따른 폴리에틸렌 원단(100)과 폴리우레탄 코팅층(300)의 접착력 및 투습도를 실험한 내용은 아래와 같다.
<실험예 1>
본 실험예 1에서는 본 발명에 따른 프라이머층의 염화 폴리프로필렌의 함량에 따른 고강도 폴리에틸렌 원단과 폴리우레탄 코팅층의 접착강도를 실험하였다.
본 실험예 1에서 프라이머는 용제 100중량부에 대하여, 염화 폴리프로필렌을 각각 0(비교예1), 1, 3, 5, 7, 9중량부씩(실시예 1~5) 첨가하고, 산화방지제는 0.1 중량부, uv안정제는 0.5중량부 첨가하여 제조한 후 제조된 프라이머를 고강도 폴리에틸렌 원단에 도포한 후 80℃에서 30초간 건조하였다. 이후 프라이머가 도포된 고강도 폴리에틸렌 원단에 폴리우레탄 코팅층을 라미네이팅하여, 고강도 폴리에틸렌 원단과 폴리우레탄 코팅층 간의 접착강도를 측정하였으며, 접착강도는 UTM(만능시험기)를 이용하여 평가하였다. 실험결과는 하기 <표 1>에 나타내었다. 하기 <표 1>에 기재된 염화 폴리프로필렌, 산화방지제, uv안정제의 첨가량 단위 phr는 part per hundred resin으로 용제 100 중량부에 대한 첨가량을 의미한다.
비교예1 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5
용제
(-)		 100
염화폴리프로필렌
(phr)		 0 1 3 5 7 9
산화
방지제
(phr)		 0.1
UV 안정제
(phr)		 0.5
접착강도
(kgf/cm)		 1.2 1.5 1.9 2.1 2.7 2.68
<표 1>에 기재된 바와 같이, 염화 폴리프로필렌을 첨가함으로써 고강도 폴리에틸렌 원단과 폴리우레탄 코팅층의 접착강도가 증가하는 것을 알 수 있었다. 또한, 실시예 5의 접착강도가 실시예 4와 유사한 수준으로 나타난 바, 염화 폴리프로필렌의 첨가량이 증가하여도 접착강도가 일정 수준 이상 증가하지 않는 것을 알 수 있었으며, 이에 따라 프라이머에는 염화 폴리올레핀이 3~9중량부만큼 첨가되는 것이 바람직하다.
<실험예 2>
본 실험예 2에서는 본 발명에 따른 폴리우레탄 코팅층의 조성에 따른 접착강도 및 투습도를 실험하였다.
실험예 2-1에서는 먼저, 폴리에틸렌글리콜 및 폴리카보네이트디올의 혼합물 20 몰%, 1,4-Butanediol 30 몰%, 이소프론 디이소시아네이트 50몰%를 유기용제에서 중합시키되, 폴리에틸렌글리콜 및 폴리카보네이트 디올의 혼합 몰비를 1:0, 3:7, 7:3, 0:1(실시예1-1~1-4)로 변경하며 폴리우레탄을 제조하였다.
또한, 실험예 2-2에서는 이소프론 디이소시아네이트 대신 헥사메틸렌 디이소시아네이트를 첨가하여 폴리우레탄을 한 번 더 제조하였다.(실시예2-1~2-2)
상기 조건으로 폴리우레탄을 제조한 결과를 하기 <표 2>와 <표 3>에 나타내었다. 하기 <표 2> 및 <표 3>에 기재된 구성성분의 함량은 전부 몰%이다.
<실험예 2-1, 이소프론 디이소시아네이트 첨가>
실시예 1-1 실시예 1-2 실시예 1-3 실시예 1-4
폴리에틸렌글리콜 20% 9% 21% 0%
폴리카보네이트디올 0% 21% 9% 20%
1,4-Butanediol 30%
이소프론 디이소시아네이트 50%
필름형성 여부 X X X O
<실험예 2-2, 헥사메틸렌 디이소시아네이트 첨가>
실시예 2-1 실시예 2-2 실시예 2-3 실시예 2-4
폴리에틸렌글리콜 20% 9% 21% 0%
폴리카보네이트디올 0% 21% 9% 20%
1,4-Butanediol 30%
헥사메틸렌 디이소시아네이트 50%
필름형성 여부 X O O O
<표 2>에 기재된 바와 같이, 이소프론 디이소시아네이트 첨가하여 폴리우레탄을 제조한 경우, 폴리에틸렌글리콜과 폴리카보네이트디올의 몰비가 0:1인 경우만 필름으로 제조할 수 있었으며, <표 3>에 기재된 바와 같이, 헥사메틸렌 디이소시아네이트를 첨가하여 폴리우레탄을 제조한 경우, 폴리에틸렌글리콜만 첨가한 실시예 2-1을 제외한 실시예에서 폴리우레탄을 필름형으로 제조할 수 있었다. 고강도 폴리에틸렌 원단에 라미네이팅되기 위한 폴리우레탄은 필름형으로 제조될 수 있어야 한다.
따라서, 고강도 폴리에틸렌 원단에 필름형으로 제조 가능한 각 실시예 1-4, 2-2, 2-3, 2-4에 따른 폴리우레탄을 도포 후 접착강도 및 투습도를 측정하였고 그 결과를 하기 <표 4>에 나타내었다. 접착강도는 UTM(만능시험기)를 활용하여 측정하였으며, 투습도는 염화칼슘법을 통해 측정하였다. <표 4>에 기재된 구성성분의 함량은 전부 몰%이다.
실시예 1-4 실시예 2-2 실시예 2-3 실시예 2-4
폴리에틸렌글리콜 0 9% 21% 0%
폴리카보네이트디올 20% 21% 9% 20%
1,4-Butanediol 30%
이소시아네이트 화합물 50%
접착강도
(kgf/cm)		 1.2 2.6 2.1 2.5
투습도
(g/mㅂday)		 5,500 7,200 8,600 6,800
<표 4>에 기재된 바와 같이, 실시예 2-2, 2-3, 2-4에 따른 폴리우레탄이 고강도 폴리에틸렌 원단과 더 높은 접착강도를 가지는 것으로 나타났으며, 그 중에서도 실시예 2-3의 폴리우레탄의 투습도가 가장 높은 것으로 나타났다. 즉 헥사메틸렌 디이소시아네이트를 활용한 폴리우레탄이 고강도 폴리에틸렌 원단과의 접착력이 강하며, 폴리에틸렌글리콜과 폴리카보네이트디올의 혼합 몰비가 7:3일 때, 투습도가 가장 높다는 것을 알 수 있었다.
이에 따라, 고강도 폴리에틸렌 원단에 코팅되는 폴리우레탄은 이소시아네이트 화합물로 헥사메틸렌 디이소시아네이트를 활용하며, 폴리에틸렌글리콜과 폴리카보네이트디올의 몰비가 7:3이 되도록 혼합하여 제조하는 것이 가장 바람직하다.
<실험예 3>
본 실험예 3에서는 고강도 폴리에틸렌 원단과 폴리우레탄 코팅층의 라미네이트 조건에 따른 접착강도 및 투습도를 실험하였다. 실험 3-1에서는 원단의 이동 속도 3m/min, 온도 100℃ 조건하에서 라미네이팅 시 압력을 2~4kg/cm2(실시예1-1~1-3)로 변화시키며 고강도 폴리에틸렌 원단과 폴리우레탄 코팅층을 라미네이팅 시켰으며, 실험 3-2에서는 원단의 이동 속도 3m/min, 압력 3kg/cm2 조건하에서 온도를 90~110℃(실시예 2-1~2-3)로 변화시키며 고강도 폴리에틸렌 원단과 폴리우레탄 코팅층을 라미네이팅 시켰다.
상기와 같은 조건하에서 라미네이팅된 고강도 폴리에틸렌 원단과 폴리우레탄 코팅층간의 접착강도와 투습도를 측정하여 하기 <표 5>와 <표 6>에 기재하였다. 이때, 투습도는 염화칼슘법으로 측정하였으며, 접착강도는 UTM(만능시험기)를 활용하여 측정하였다.
<실험 3-1, 압력 조건: 2~4kg/cm2 >
구분 실시예1-1 실시예1-2 실시예1-3
압력(kg/cm2) 2 3 4
온도(℃) 100
속도(m/min) 3
접착력(kgf/cm) 1.4 2.5 3.1
투습도(g/mㅂ/day) 7,000 8,400 8,500
<실험 3-2, 온도 조건: 90~110℃>
구분 실시예2-1 실시예2-2 실시예2-3
압력(kg/cmㅂ) 3
온도(℃) 90 100 110
속도(m/min) 3
접착력(kgf/cm) 2.1 2.5 2.9
투습도(g/mㅂ/day) 7,000 8,400 8,500
<표 5>에 기재된 바와 같이, 3~4kg/cm2의 압력하에서 고강도 폴리에틸렌 원단과 폴리우레탄 코팅층이 라미네이팅되어야 충분한 접착력과 투습도를 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 또한, <표 6>에 기재된 바와 같이, 100℃이하에서는 접착력 및 투습도가 저하되는 것을 확인 할 수 있었으며, 라미네이팅 온도가 높아질수록 접착력과 투습도가 향상되는 것을 알 수 있었다. 하지만, 고강도 폴리에틸렌 원단은 열에 취약하므로 110℃이상의 온도에서는 원단의 형태가 변형될 수 있는 바, 고강도 폴리에틸렌 원단과 폴리우레탄 코팅층의 라미네이팅 온도는 100~110℃인 것이 바람직하다.
이에 따라, 이 고강도 폴리에틸렌 원단의 투습성과 폴리에틸렌 원단과 폴리우레탄 코팅층의 접착강도를 극대화하기 위해서는 고강도 폴리에틸렌 원단의 상면에 도포되는 프라이머는 용제 100중량부에 대하여 염화 폴리프로필렌(Chlorinated Polypropylene) 3~9중량부, 산화방지제 0.1중량부, uv안정제 0.5중량부를 포함하여 제조되는 것이 바람직하며, 폴리에틸렌 원단에 라미네이팅되는 폴리우레탄은 폴리에틸렌글리콜(Polyethyleneglycol, PEG) 및 폴리카보네이트디올(Polycarbonatedaiol, PCD)의 혼합물 20 몰%, 1,4-Butanediol 30 몰%, 이소시아네이트 화합물 50 몰%를 포함하여 중합되되, 폴리에틸렌글리콜과 폴리카보네이트디올의 몰비가 7:3이 되도록 혼합하고, 이소이네이트 화합물로는 헥사메틸렌 디이소시아네이트가 첨가되는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
10: 기능성 원단
100: 폴리에틸렌 원단
200: 프라이머층
300: 폴리우레탄 코팅층

Claims (5)

  1. 폴리에틸렌 원단;
    상기 폴리에틸렌 원단의 상면에 도포되되, 염화 폴리올레핀을 포함하고 있는 프라이머층; 및
    상기 프라이머층 상면에 라미네이팅 되어 상기 폴리에틸렌 원단의 투습성을 향상시키는 폴리우레탄 코팅층;을 포함하며,
    상기 폴리우레탄 코팅층은 폴리에틸렌글리콜(Polyethyleneglycol, PEG) 및 폴리카보네이트디올(Polycarbonatedaiol, PCD)의 혼합물 20 몰%, 1,4-Butanediol 30 몰%, 이소시아네이트 화합물 50 몰%를 포함하여 중합되되, 상기 이소시아네이트 화합물은 헥사메틸렌 디이소시아네이트(Hexamethylene Diisocyanate, H12MDI)이며,
    상기 폴리에틸렌글리콜 및 상기 폴리카보네이트디올의 혼합 몰비는 7:3이며,
    상기 폴리에틸렌 원단 및 상기 폴리우레탄 코팅층은 100~110℃의 온도에서 3~4kg/cm2의 압력으로 라미네이팅되는 것을 특징으로 하는 기능성 원단.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 프라이머층은
    용제 100중량부에 대하여 염화 폴리프로필렌(Chlorinated Polypropylene) 3~9중량부, 산화방지제 0.1중량부, uv안정제 0.5중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기능성 원단.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
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