KR101899847B1 - 섬유 코팅용 조성물 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 섬유 코팅용 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시형태에 따른 섬유 코팅용 조성물은 실리콘 수지 및 폴리우레탄 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 고분자 수지 100 중량부; 상기 고분자 수지에 분산되는 팽창 그라파이트, 탄소나노튜브 및 그래핀으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 충진재 10 내지 30 중량부; 및 분산제 10 내지 30 중량부;를 포함할 수 있다.

Description

섬유 코팅용 조성물 및 이의 제조방법{Composition for coating fiber and manufacturing method thereof}
본 발명은 섬유 코팅용 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 전자파를 차폐할 수 있는 섬유 코팅용 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
전기/전자 제품의 다기능, 소형화 및 정보통신기기의 발전으로 전자파 사용대역이 점점 고주파 대역으로 이동하는 등 일상생활에서 전자기파 공해가 꾸준히 증가하는 추세이다.
구체적으로, 방출된 전자기파는 주변 기기의 오작동이나 시스템 오류를 유발할 수 있으며, 인체에 발열과 같은 직접적인 피해를 줄 수 있다. 100kHz 이하의 저주파수는 유도 전류에 의해 말초신경과 근육에 자극작용을 일으켜, 심하게는 심장질환 및 혈액의 화학적 변화를 일으킬 수 있고, 100kHz 이상의 고주파수는 전자기장 에너지가 인체에 흡수되어 열적 작용을 일으키며 인체조직의 온도상승에 영향을 줄 수 있다.
현대사회에 다양한 전자기기에 의하여 생활의 편리함을 누리고 있지만, 이들 전기/전자기에 의해 발생되는 전자파에 대한 인체 손상의 피해를 줄이기 위한 노력 및 이를 위한 전자기파 차폐 기술의 개발은 그 중요성을 더해가고 있다.
이에 따라, 최근에는 고분자 복합수지를 응용한 전기전도성 및 전자파 차폐물에 대한 개발 및 연구가 진행되고 있다.
한국공개특허 제2009-0128734호는 전자파 및 수맥파 차단용 원단에 관한 것으로, 합성 수지재 또는 천연 소재로 구성되는 베이스층, 베이스층의 일면에 부착됨과 아울러 아크릴바인더 50~80중량부에 운모석을 20~50중량부의 비율로 혼합하고 이를 부직포 소재에 함침 또는 도포시켜 운모가 함유되도록 함으로써 원단에 유해파 차단기능을 부여하는 부직포, 부직포의 일면에 형성됨과 아울러 흑연을 고순도로 정제하여 탄소분말을 얻고 이를 물유리에 혼합시켜 콜로이드상 도전성 탄소용액을 제조하여 도포함으로써 원단에 유해파 차단기능을 부여하는 탄소용액 코팅층 및 이 탄소용액 코팅층에 섬유실을 도전성 탄소용액에 함침시켜 탄소코팅 섬유실을 얻고, 이 탄소코팅 섬유실을 직조하여 구성함으로써 원단에 가온 기능을 부여하도록 된 면상 발열체를 포함하여 구성된다.
한국공개특허 제2003-0036490호는 나노화된 은(실버) 화합물이나 콜로이달 실버를 이용하여 핫멜트 폴리우레탄 필름에 도포하거나 코팅 또는 필름내부에 내장한후 섬유원단에 코팅하거나 2개의 섬유 원단을 합포하여 사용 하므로서 섬유 원단에서 살균 및 항균, 탈취, 전자파 차폐용 핫멜트 폴리우레탄 필름을 만드는 방법을 개시한다.
본 발명에 따른 일 실시형태의 목적은 전자파를 차폐할 수 있는 섬유 코팅용 조성물 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시형태는 실리콘 수지 및 폴리우레탄 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 고분자 수지 100 중량부; 상기 고분자 수지에 분산되는 팽창 그라파이트, 탄소나노튜브 및 그래핀으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 충진재 10 내지 30 중량부; 및 분산제 10 내지 30 중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유 코팅용 조성물을 제공한다.
상기 충진재는 평균 입도가 10㎛ 이하인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 고분자 수지 100 중량부에 대하여 경화 지연제 5 내지 15 중량부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태는 팽창그라파이트, 탄소나노튜브 및 그래핀으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 충진재를 평균입도 10 ㎛ 이하가 되도록 분쇄하는 단계; 및 실리콘 수지 및 폴리우레탄 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 고분자 수지 100 중량부에 대하여 상기 분쇄된 충진재 10 내지 30 중량부를 혼합 및 교반하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유 코팅용 조성물의 제조방법을 제공한다.
상기 분쇄 단계에서 또는 분쇄 단계 이후에 상기 고분자 수지 100 중량부에 대하여 분산제 10 내지 30중량부를 투입하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 분쇄 단계는 초음파 처리, 롤밀, 비드밀 또는 볼밀 공정에 의하여 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 교반 단계 이후에 경화제를 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태는 상기의 방법으로 제조된 섬유 코팅용 조성물을 섬유에 코팅하여 제조되는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐용 섬유의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 섬유 코팅용 조성물은 전자파 차폐율 15㏈(ASTM D4935 기준), 면저항 20ohm/sq.(ASTM D257), 굴곡탄성율 20GPa(ASTM D790)을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 섬유코팅용 코팅용 조성물은 섬유에 코팅되어 상기 섬유로 된 의류를 사람이 착용하는 경우 전자파가 차폐되는 효과를 가질 수 있다. 전자파는 인체에 전신 혹은 부분적으로 영향을 미침으로써, 체온상승 및 유도전류의 신경계 자극 등을 통해 심한 경우 심장질환 및 혈액의 화학적 변화를 유발할 수 있는데, 본 발명에 따른 섬유 코팅용 조성물로 코팅된 섬유로 제조된 의류는 전자파로 부터 인체를 보호할 수 있다.
이하, 본원의 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시형태를 들어 상세히 설명한다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시형태들은 첨부된 도면을 참조하여 설명될 수 있고, 첨부된 도면은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명의 범위가 첨부된 도면으로 한정되는 것은 아니며, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있고, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
본 발명의 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 전자파 차폐를 위한 섬유 코팅용 조성물(이하, ‘섬유 코팅용 조성물’이라고도 함) 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시형태에 따른 섬유 코팅용 조성물은 실리콘 수지 및 폴리우레탄 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 고분자 수지 100 중량부; 상기 고분자 수지에 분산된 팽창 그라파이트, 탄소나노튜브 및 그래핀으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 충진재 10 내지 30 중량부; 분산제 10 내지 30 중량부를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 충진재, 분산제 등과 적절하게 결합할 수 있는 고분자 물질로 실리콘 수지 및 폴리우레탄 수지를 포함할 수 있다.
상기 실리콘 수지 및 폴리우레탄 수지는 코팅될 섬유와의 결합력이 우수한 것으로, 상기 고분자 수지는 다양한 실시형태에서 실리콘 수지 및 폴리우레탄 수지가 단독으로 사용되거나, 적절한 비율로 혼합되어 사용될 수 있다.
상기 충진재는 팽창그라파이트(Expanded Graphite), 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube), 그래핀(Graphene)으로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택될 수 있다.
상기 충진재는 전기전도도 및 열전도도가 우수한 한 것으로, 섬유에 코팅되어, 전자파를 차폐하는 역할을 할 수 있다.
상기 팽창 그라파이트는 밀도가 0.002 내지 0.004 g/㎤ 이고, 팽창율은 200 내지 500%이며, 기공의 직경은 1 내지 50㎛이며, 기공형상이 벌집 모양인 것을 사용할 수 있다.
상기 탄소나노튜브 입자는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브 또는 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다. 예컨대 상기 탄소나노튜브 입자는 다중벽 탄소나노튜브(multi wall carbon nanotube)일 수 있다. 상기 탄소나노튜브 입자가 다중벽 탄소나노튜브일 때, 직경은 5nm 내지 30nm 일 수 있고, 길이는 3㎛ 내지 20㎛일 수 있다.
상기 그래핀은 단층 그래핀의 하나 또는 여러 조각이 적층되고, 박편-유사 형태를 갖는 구조체이다. 그래핀의 구조체의 두께는 특별히 제한되지 않으며, 바람직하게는 100nm 이하인 것을 사용할 수 있다. 상기 그래핀의 평면 방향에서의 크기는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 1 내지 20㎛ 이하일 수 있다. 그래핀의 평면 방향에서의 크기란 그래핀 박편의 표면의 최장 직경 및 최단 직경의 평균을 가리킨다.
상기 충진재는 상기 고분자 수지 100 중량부에 대하여 10 내지 30 중량부를 포함할 수 있으며, 상기 함량이 10 중량부 미만이면 전자파 차폐 효과가 미비할 수 있고, 상기 함량이 30 중량부를 초과하면 섬유에 대한 코팅력이 저하될 우려가 있다.
상기 분산제는 특별히 제한되지 않으며, 상기 충진재를 분산시킬 수 있는 물질이면 사용될 수 있다.
이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들면, 퍼릴렌 유도체, 6-아미노-4-히드록시-2-나프탈렌, 피렌 부티르산 및 피렌 술폰산, 테트라시아노니켈레이트 벤조퀴논 및 퍼릴렌 디이미드 유도체를 사용할 수 있다. 또한, 아미노피리미딘 및 도파민 히드로클로라이드를 분산제로 사용할 수 있다.
또한, 예를 들어, 분산제는 계면 활성제, 고분자 물질, 펩타이저 등 흡착성 물질일 수 있다.
그러나 이에 한정되지 않으며, 입자들이 응집하는 것을 방지하는 다양한 물질들이 사용될 수 있다.
상기 분산제는 상기 충진재를 고분자 수지에 고르게 분산할 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로, 10 내지 30 중량부를 포함할 수 있다.
상기 분산제의 함량이 10 중량부 이하로 첨가되면 충진재가 뭉치는 현상이 발생하여 섬유에 대한 코팅력이 저하될 우려가 있고, 30 중량부를 초과하면 전자파 차폐 효과가 저하되고, 섬유에 대한 코팅력이 저하될 우려가 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 섬유 코팅용 조성물은 고분자 수지 100 중량부에 대하여 경화 지연제 5 내지 15 중량부를 포함할 수 있다.
상기 경화 지연제는 특별히 제한되지 않으며, 당업계에서 사용하는 경화지연제를 사용할 수 있다.
상기 경화 지연제의 함량이 5 중량부 미만이면 상기 조성물이 경화되어 섬유에 대한 코팅력이 저하될 수 있고, 상기 함량이 15 중량부를 초과하면 섬유에 대한 충진재의 결합력이 저하될 우려가 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 섬유 코팅용 조성물은 전자파 차폐율 15㏈(ASTM D4935 기준), 면저항 20ohm/sq.(ASTM D257), 굴곡탄성율 20GPa(ASTM D790)을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 섬유코팅용 코팅용 조성물은 섬유에 코팅되어 상기 섬유로 된 의류를 사람이 착용하는 경우 전자파가 차폐되는 효과를 가질 수 있다.
전자파는 인체에 전신 혹은 부분적으로 영향을 미침으로써, 체온상승 및 유도전류의 신경계 자극 등을 통해 심한 경우 심장질환 및 혈액의 화학적 변화를 유발할 수 있는데, 본 발명에 따른 섬유 코팅용 조성물로 코팅된 섬유로 제조된 의류는 전자파로 부터 인체를 보호할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시형태에 따른 섬유 코팅용 조성물을 제조하는 방법을 설명한다.
우선, 팽창그라파이트(Expanded Graphite), 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube), 그래핀(Graphene)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 충진재를 분쇄할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 충진재를 분쇄하는 과정에서 하나 이상의 충진재가 복합화될 수 있다.
이에 제한되는 것은 아니나, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 충진재는 평균입도 10㎛ 이하로 분쇄할 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니나 상기 평균 입도는 2 내지 10㎛ 일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 충진재의 분쇄는 초음파처리(Ultra-sonication), 롤밀(Roll mill), 비드밀(Bead mill) 또는 볼밀(Ball mill) 공정으로 수행될 수 있다.
또한, 초음파 처리를 하는 경우 1,000W 급 다단 연속식 초음파 분쇄 기술을 이용할 수 있다.
이에 제한되는 것은 아니나, 상기 분쇄 단계 전에 유기 용매, 극성, 무극성 용매를 이용하여 상기 충진재를 분산시킬 수 있다.
이에 제한되는 것은 아니나, 상기 유기 용매는 카비톨 아세테이트(Carbitol acetate), 부틸 카비톨 아세테이트(Butyl carbotol acetate), DBE(dibasic ester), 에틸카비톨(Ethyl Carbitol), 에틸카비톨아세테이트, 디프로필렌글리콜메틸에테르(dipropylene glycol methyl ether), 셀로솔브 아세테이트(Cellosolve acetate), 부틸셀로솔브아세테이트, 부탄올(Butanol) 및 옥탄올(Octanol) 중에서 선택되는 하나 또는 2 이상의 혼합 용매를 사용할 수 있다.
또한, 상기 탄소나노튜브는 분산용매로 NMP(N-Methyl-2-pyrrolidone)를 사용하여 분산할 수 있다.
상기 분쇄 공정을 진행하는 도중 또는 분쇄 공정이 완료된 후에 분산제를 혼합할 수 있다.
상기 분산제는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 퍼릴렌 유도체, 6-아미노-4-히드록시-2-나프탈렌, 피렌 부티르산 및 피렌 술폰산, 테트라시아노니켈레이트 벤조퀴논 및 퍼릴렌 디이미드 유도체를 사용할 수 있다. 또한, 아미노피리미딘 및 도파민 히드로클로라이드를 분산제로 사용할 수 있다.
다음으로, 실리콘 수지 또는 폴리우레탄 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 고분자 수지에 100 중량부에 대하여 상기 분쇄된 충진재 10 내지 30 중량부를 첨가하여 혼합할 수 있다.
이에 제한되는 것은 아니나, 상기 혼합은 교반기가 장착된 교반기에서 수행될 수 있다.
상기 교반 과정에서 상기 고분자 수지에 전도성 충진재가 분산될 수 있다.
상기 고분자 수지와의 혼합 단계 이후에 경화 지연제를 첨가할 수 있다.
상기 경화 지연제는 섬유 코팅이 수행될 때까지 상기 조성물이 경화되는 것을 방지하기 위한 것이다.
이와 같이 섬유 코팅용 조성물이 마련되면, 섬유에 코팅하는 공정을 수행할 수 있다.
섬유 코팅 공정을 수행하기 이전에 상기 섬유 코팅용 조성물에 경화제를 첨가하고, 섬유 코팅을 진행할 수 있다.
이에 제한되는 것은 아니나, 경화제는 유기 과산화물(Organic Peroxide), 이소시아네이트계(isocyanate), 아조계(azo dyes), 아민계(Amine), 아미다졸계 등을 포함할 수 있다. 그러나 경화제는 이에 한정되지 않으며, 상기 섬유 코팅용 조성물을 경화시킬 수 있는 다양한 물질들을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따라 상기 섬유 코팅용 조성물을 섬유에 코팅하는 방법은 특별히 되지 않는다.
이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들면, 상기 섬유코팅용 조성물에 코팅하고자 하는 섬유를 침지하거나, 상기 섬유 코팅용 조성물을 상기 섬유에 분무하는 방식으로 코팅을 수행할 수 있다.
이에 제한되는 것은 아니나, 상기 섬유 코팅용 조성물은 폴리에스터, 나일론, 폴리우레탄, 또는 면 섬유 등에 코팅될 수 있다. 특히, 언더웨어로 제작되는 섬유에 코팅될 수 있다.
이상, 구현예 및 실시예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 구현예들에 한정되지 않으며, 여러 가지 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함이 명백하다. 또한, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

Claims (8)

  1. 실리콘 수지 및 폴리우레탄 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 고분자 수지 100 중량부;
    상기 고분자 수지에 분산되는 팽창 그라파이트, 탄소나노튜브 및 그래핀으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 충진재 10 내지 30 중량부; 및
    분산제 10 내지 30 중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유 코팅용 조성물에 있어서,
    상기 충진재는 평균 입도가 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하며,
    상기 고분자 수지 100 중량부에 대하여 경화 지연제 5 내지 15 중량부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유 코팅용 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 팽창그라파이트, 탄소나노튜브 및 그래핀으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 충진재를 평균입도 10 ㎛ 이하가 되도록 분쇄하는 단계; 및
    실리콘 수지 및 폴리우레탄 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 고분자 수지 100 중량부에 대하여 상기 분쇄된 충진재 10 내지 30 중량부를 혼합 및 교반하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유 코팅용 조성물의 제조방법에 있어서,
    상기 분쇄 단계에서 또는 분쇄 단계 이후에 상기 고분자 수지 100 중량부에 대하여 분산제 10 내지 30중량부를 투입하는 것을 특징으로 하며,
    상기 분쇄 단계는 초음파 처리, 롤밀, 비드밀 또는 볼밀 공정에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하고,
    상기 혼합 및 교반 단계 이후에 경화제를 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유 코팅용 조성물의 제조방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
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