KR101965583B1 - 원단 코팅용 투습방수성 수지조성물 및 이를 이용한 코팅 원단 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 원단 코팅용 투습방수성 수지조성물 및 이를 이용한 코팅 원단에 관한 것으로, 본 발명에 의한 원단 코팅용 투습방수성 수지조성물은 아크릴계 공중합체(Acrylic Copolymer) 45 ~ 55중량%; 물 35 ~ 45중량%; 수용성 소광제 0.5 ~ 1중량%; 유화증점제 2 ~ 4중량%; 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane) 5 ~ 8중량%; 실리콘 경화제(Silicone Curing Agent) 0.1 ~ 0.5중량%의 비율로 배합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 원단 코팅용 투습방수성 수지조성물의 제조방법은, 25 ~ 35℃의 물 35 ~ 45중량%에 아크릴계 공중합체(Acrylic Copolymer) 45 ~ 55중량%와 수용성 소광제 0.5 ~ 1중량%를 혼합하고 3 ~ 5분 동안 교반시키면서 유화증점제 1 ~ 2중량%를 투입하여 아크릴계 공중합체 수용액을 제조하는 단계; 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane) 5 ~ 8중량%와 실리콘 경화제(Silicone Curing Agent) 0.1 ~ 0.5중량%를 혼합하고 1 ~ 2분 동안 교반하여 고분자 실리콘용액을 제조하는 단계; 상기와 같이 각각 제조된 아크릴계 공중합체 수용액과 고분자 실리콘용액을 혼합하여 3 ~ 5분 동안 교반시키면서 유화증점제 1 ~ 2중량%를 투입하여 점도를 조절하는 단계로 이루어지며, 본 발명에서 제공되는 투습방수성 코팅 원단은 투습방수성 수지조성물을 80 ~ 120℃의 온도로 용융시키고 섬유 원단을 함침시켜 5 ~ 50g/㎡의 양으로 도포한 다음, 150 ~ 170℃의 텐타 챔버(tenter chamber)를 통과시키면서 열풍 건조시킨 후 롤에 권취함을 특징으로 한다.
본 발명의 원단 코팅용 투습방수성 수지조성물은 수용성 소광제를 함유하는 아크릴계 공중합체 수용액에 대하여 고분자 실리콘용액 등을 포함함으로써 물에 잘 녹고 접착력과 박리강도가 우수하며, 이를 적용한 코팅 원단의 투습방수성은 물론 촉감을 부드럽게 유지하고 강도와 구김 복원력을 향상시키며, 특히 오리털이나 거위털과 같은 의류보온재의 이탈을 방지하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 투습방수성 수지조성물은 용제를 사용하지 않는 친환경 수용성 원단 코팅제로서, 이를 섬유 원단에 적용할 시 용제형에 비해 재료비가 대폭 절감되고 작업성이 양호하며, 용융된 상태로 접착되어 용제의 휘발이 이루어지는 건조과정 없이 고온의 열풍에 의해 건조되므로 가공성과 내구성이 양호하고 우수한 내열성을 갖는 코팅 원단을 얻을 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 원단 코팅용 투습방수성 수지조성물의 제조방법은, 25 ~ 35℃의 물 35 ~ 45중량%에 아크릴계 공중합체(Acrylic Copolymer) 45 ~ 55중량%와 수용성 소광제 0.5 ~ 1중량%를 혼합하고 3 ~ 5분 동안 교반시키면서 유화증점제 1 ~ 2중량%를 투입하여 아크릴계 공중합체 수용액을 제조하는 단계; 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane) 5 ~ 8중량%와 실리콘 경화제(Silicone Curing Agent) 0.1 ~ 0.5중량%를 혼합하고 1 ~ 2분 동안 교반하여 고분자 실리콘용액을 제조하는 단계; 상기와 같이 각각 제조된 아크릴계 공중합체 수용액과 고분자 실리콘용액을 혼합하여 3 ~ 5분 동안 교반시키면서 유화증점제 1 ~ 2중량%를 투입하여 점도를 조절하는 단계로 이루어지며, 본 발명에서 제공되는 투습방수성 코팅 원단은 투습방수성 수지조성물을 80 ~ 120℃의 온도로 용융시키고 섬유 원단을 함침시켜 5 ~ 50g/㎡의 양으로 도포한 다음, 150 ~ 170℃의 텐타 챔버(tenter chamber)를 통과시키면서 열풍 건조시킨 후 롤에 권취함을 특징으로 한다.
본 발명의 원단 코팅용 투습방수성 수지조성물은 수용성 소광제를 함유하는 아크릴계 공중합체 수용액에 대하여 고분자 실리콘용액 등을 포함함으로써 물에 잘 녹고 접착력과 박리강도가 우수하며, 이를 적용한 코팅 원단의 투습방수성은 물론 촉감을 부드럽게 유지하고 강도와 구김 복원력을 향상시키며, 특히 오리털이나 거위털과 같은 의류보온재의 이탈을 방지하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 투습방수성 수지조성물은 용제를 사용하지 않는 친환경 수용성 원단 코팅제로서, 이를 섬유 원단에 적용할 시 용제형에 비해 재료비가 대폭 절감되고 작업성이 양호하며, 용융된 상태로 접착되어 용제의 휘발이 이루어지는 건조과정 없이 고온의 열풍에 의해 건조되므로 가공성과 내구성이 양호하고 우수한 내열성을 갖는 코팅 원단을 얻을 수 있는 장점이 있다.
Description
본 발명은 원단 코팅용 투습방수성 수지조성물 및 이를 이용한 코팅 원단에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 아크릴계 공중합체 수용액과 고분자 실리콘용액 등을 함유하는 수지조성물을 섬유 원단에 코팅함으로써 투습방수성은 물론 원단의 촉감을 부드럽게 유지하고 섬유의 강도와 구김 복원력을 향상시키며, 또한 용제를 사용하지 않는 친환경 수용성 원단 코팅제로서, 용제의 휘발을 위한 복잡한 과정 없이 우수한 접착력과 박리강도, 그리고 오리털이나 거위털과 같은 의류보온재의 이탈을 방지하기 위한 원단 코팅용 투습방수성 수지조성물 및 이를 이용한 코팅 원단에 관한 것이다.
투습방수소재는 다공질막 코팅법에 의한 가공법이 등장하기 이전부터 개발이 진행되어 왔는데, 1960년대 중순부터 코팅수지에 염화칼슘의 미세분말을 혼입하여 직물에 코팅한 수분흡수형 마이크로포어스(micropores) 피막제품이 개발되었다. 이 제품은 투습성이 우수하지만 핀홀(pin-hole)에 의한 누수와 한냉 시의 촉감 불량, 제품의 중후감 등과 같은 단점으로 인하여 널리 보급되지 못하였다. 그러나 최근 들어 스포츠 붐이 일기 시작하여 투습방수성에 대한 수요가 강하게 요구되고 있으며, 이 시기 등장한 것이 다공질막 코팅법에 의한 투습방수포라고 할 수 있다.
현재까지 기존의 방수가공제품은 결로에 의한 끈적거림의 문제를 해결할 수 없어 투습성을 어떻게 부여할 것인가 하는 것이 당시 큰 문제로 대두되고 있었고 미세 다공질막을 직물 원단에 형성하는 투습방수소재의 기본원리는 코팅에 의해 제안됨에 따라 업계에서는 이것을 중심으로 하여 연구개발이 활성화하게 되었다. 그 결과, 다공질막을 갖는 코팅제품으로 개발된 방법은 폴리우레탄의 습식코팅이 있으며, 1980년부터는 건식에 의한 아크릴수지의 미세다공질 코팅이 개발되었고 그 후로 다양의 재질과 방법을 적용한 미세다공질 가공기술도 출현하였다.
투습방수소재의 개발에서 가장 큰 부류를 형성하고 있는 내수압 향상은 투습성과의 균형이 중요하고 투습성을 유지하면서 내수압을 증대시키는 방향으로 개발해야 되는데, 실제로 양 기능을 동시에 향상시키는 것은 어려운 점이 많다. 고내수압의 기준은 대략 5,000mmH2O 이상을 대상으로 하는데, 내수압만을 한정하면 코팅에 비해 라미네이팅하는 방법이 고성능이어야 하며, 무공질 필름으로 하면 대략 20,000mmH2O, 적어도 10,000mmH2O 이상의 내수압을 얻을 수 있다. 이에 비해 코팅은 라미네이트에 비해 내수압이 상대적으로 낮아 보통 5,000mmH2O부터 10,000mmH2O 정도로서, 높은 것은 20,000mmH2O에 달하는 것도 있으나, 2,000mmH2O 정도면 의류용으로 사용하는데 지장을 주지 않는다고 한다.
그리고 투습성은 정해진 규정이 없지만 통상 4,000g/㎡ㆍ24hrs 이상의 고투습도를 요구하고 있는 경우가 많은데, 요즘은 8,000g/㎡ㆍ24hrs까지 향상시킨 제품도 개발되고 있다. 투습도를 향상시키기 위해서는 피막층을 얇게 하여 피막의 기공율을 높이는 것이 많이 사용되고 있고 이는 역으로 내수압을 저하시킨다. 이 때문에 친수성 수지로 복층구조로 피막하기도 하고 천연고분자 원료를 이용하는 등의 연구도 진행되고 있다.
또한, W/O형 에멀젼을 이용한 선택증발법도 얇은 고투습성의 피막이 얻어진다. 투습성을 높이려면 결로 억제효과를 높여야 하는데 결로 발생을 완전히 차단하기는 불가능하다. 일반적으로 의류의 투습도는 3,000g/㎠ㆍ24hrs이상이면 충분하다고 말할 수 있으나 외기온도가 고온이면 일시적으로 다량의 발한이 따르는 경우도 있기 때문에 투습도는 높은 편이 좋다.
위와 같이, 의류용 투습방수소재의 경우에는 내수압과 투습도 등과 같은 기능성을 가장 중요시하고 있기 때문에 모든 연구개발이 고기능성에 집중되고 있으나. 투습도를 향상시키기 위해 피막층을 얇게 하여 피막의 기공율을 높인 제품은 역으로 내수압을 저하시킨다. 또한, 투습도를 높이기 위해 지나치게 친수성 소재를 도입하게 되면 실제 의류용으로 사용할 경우 내수압과 투습도는 뛰어나지만 눈이나 비, 땀 등과 같은 수분에 장기간 노출시 친수성 코팅층이 팽윤(swelling)하여 의복이 쉽게 뒤틀어져 외관을 크게 훼손하는 문제점이 발생되고 있다. 그리고 투습방수소재로 된 의류를 세탁함으로 인해 발수성이 저하되면 이러한 현상은 더욱 심하게 일어나게 되며, 상기 코팅층이 팽윤된 상태의 경우 모든 강도와 물성이 약해지기 때문에 이 상태로 장시간 착용을 하게 되면 기능성이 크게 저하되는 문제점이 있다.
또한, 보온충전재가 솜 또는 양모와 같이 연속성 재질일 경우에는 안감 및 겉감 또는 그 사이의 충전재를 함께 박음질 또는 퀼팅방식으로 봉제하여 충전재의 이동 또는 뭉침 등을 방지할 수 있으나, 충전재가 오리털(duck down) 및 거위털(goose down)과 같은 불연속성 재질일 경우에는 상술한 박음질이나 퀼팅방식으로 고정하는 것이 어렵기 때문에 안감과 겉감 사이에 격실을 만들어 이동이나 밀림을 방지한다.
참고로, 오리나 거위의 솜털로 이루어지는 다운(Down) 격실은 일반적으로 안감과 겉감을 격실 구분용 결합선 또는 접합선으로 연결시킴으로써 형성되며, 안감, 겉감 및 격실 구분용 결합선으로 형성된 격실(칸)에는 다운이 충전된다. 다운 재킷은 안감과 겉감을 일정한 간격으로 함께 봉제하여 봉제선 격실벽을 형성시키고 안감과 겉감의 열려있는 가장자리 부분을 함께 오버록킹 마감하여 공간적으로 밀폐된 다운 격실을 형성시킬 수 있다.
이러한 구분된 다운 격실을 갖는 제품은 다운의 이동 또는 밀림을 방지할 수 있지만 원단 자체를 통한 다운의 삼출 및 습기의 유입, 봉제구멍 또는 바늘구멍을 통한 다운의 삼출 및 습기 유입, 다운격실 형성용 봉제 공정으로 인한 생산비용 증가 등의 문제가 있다. 이에 따라 투습방수성 원단 또는 통기성 원단과 같은 기능성 원단들은 표면처리, 필름코팅 또는 다층구조에 의해 제조되는데, 이들은 원단 자체를 통한 다운의 삼출을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 원단 자체를 통한 습기의 유입도 방지할 수 있으며, 유입된 습기로 인한 다운이 눅눅해지는 현상 및 악취발생도 방지할 수 있다.
한편, 다운 제품을 제조 분야에 있어 다운의 뭉침이나 이동은 격실 형성을 통해 어느 정도 해결할 수 있는 반면, 이러한 격실을 형성하기 위한 추가 봉제공정은 재료비와 인건비는 물론 공정비용을 엄청나게 상승시키는 문제점이 제기되고 있으며, 이러한 봉제공정은 기계화가 어려워 대량생산에 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 접착제를 사용한 접합법 및 원단융착에 의한 융착법이 제안되었지만 이러한 접합법 및 융착법도 기계화가 어려워 근본적인 문제 해결에 미흡할 뿐만 아니라 원단 융착 등에 의한 원단 손상, 원단 선택의 제한 및 가열용융형 접착방식에 의한 접착 강도 및 내구성이 미달됨으로 인하여 그 실용화가 제한되고 있는 실정이다.
본 발명에서는 상기 문제점들을 해결하기 위한 연구를 거듭한 결과, 물에 잘 녹고 방수기능이 우수한 아크릴계 공중합체에 대하여 고분자 실리콘용액을 혼합한 친환경 원단 코팅용 투습방수성 수지조성물을 개발하여 본 발명을 완성하였는데, 이를 적용한 코팅 원단은 투습방수성은 물론 원단의 촉감을 부드럽게 유지하고 접착력과 박리강도, 그리고 구김 복원력, 내열성 등의 물성을 향상시키며, 나아가 오리털이나 거위털과 같은 의류보온재의 이탈을 방지할 수 있음을 확인하였다.
본 발명과 관련하여 섬유 원단의 투습방수기능을 개선하기 위한 대표적인 선행기술을 살펴보면, 대한민국 등록특허공보 제10-1403468호(주식회사 득금티앤씨)에서는 아크릴계 에멀젼 수지 고형분 100 중량부에 대하여; 이소시아네이트계 가교제 1 내지 10 중량부; 및 고형분 기준으로 실리콘계 에멀젼 수지 5 내지 30 중량부를 포함하는 원단코팅용 수지조성물 및 그를 이용하여 표면처리된 원단이 기재되어 있고, 이 발명의 수지코팅 원단은 편물을 방수성, 방풍성, 방한용 용도로 사용하는 것을 가능하게 하는 것 외에 세탁 등의 화학적, 물리적 작용으로부터 미치는 영향을 적게 하는 것이 가능하여 쾌적성을 많이 요구하는 액티브 스포츠웨어에 적용하면 좋으며, 투습성 및 통기성을 부여하여 통기방수 가공을 행하므로 기저귀 카바, 생리대, 중간 내의로서의 용도에 적용되는 효과도 있다고 한다.
그러나 상기 선행기술은 아크릴계 에멀젼 수지에 단순히 이소시아네이트계 가교제와 실리콘 에멀젼 수지를 사용하고 있으나, 본 발명은 아크릴계 공중합체에 대하여 수용성 소광제와 고분자 실리콘용액을 적절절한 범위로 혼합함으로써 촉감과 접착력, 박리강도 및 내구성 등의 단점을 향상시키고 오리털이나 거위털과 같은 의류보온재의 이탈을 방지하는데 주안점을 두고 있다.
또한, 동 등록특허 제10-0658095호(주식회사 코오롱)는 원단(A)상에 선형 수분산성 폴리우레탄수지의 접착 필름층(B)과 망상형 수분산성 폴리우레탄수지의 표면 필름층(C)이 차례로 코팅된 3층 구조를 가지며, 상기 접착 필름층(B) 내에 상전이 마이크로캡슐이 함유된 보온 기능성이 우수한 투습방수원단으로서, 이 발명의 투습방수원단은 방수성능과 투습성능이 우수함과 동시에 의복 제조시 의복 내 온도 변화를 줄여줄 수 있어서 쾌적한 착용감을 발현한다고 하며, 동 등록특허 제10-0944767호(박민숙)에서는 건조감 및 의장성이 우수한 내마모 투습방수원단의 제조방법으로서, 폴리우레탄 수지(고형분 기준) 100 중량부에 대하여, 혼합유기용제 30 내지 300 중량부, 가교 폴리메틸메타크릴레이트 고분자 미립자 또는 가교 폴리우레탄 고분자 미립자에서 선택되는 내열내용제성 고분자 구상입자 30 내지 300 중량부, 안료피그먼트 3 내지 6 중량부 및 블록킹 방지제 1.5 내지 15중량부로 이루어진 표면처리제 수지조성물을 40 내지 100㎛ 미만의 심도를 가진 싱크로 인그레이브드 실린더 상에 업로우딩 방식으로 공급하여 균일하게 전사코팅하는 단계를 포함하고 있다.
그리고 동 등록특허 제10-1726996호(이우범 외1)를 보면, 수용성 코팅제가 코팅되는 나일론 섬유원단은 나일론 재질이며 경사 및 위사의 굵기는 7 ~ 20 데니아이고, 경사의 밀도는 1인치당 232 ~ 305가닥이 적합하며, 위사의 밀도는 1인치당 162 ~ 310가닥으로 직조되는 나일론 섬유원단을 선택하는 원단구비단계; 위 원단구비단계에서 결정된 나일론 섬유원단을 140 ~ 200℃로 가열된 다중 압하 롤 사이를 통과하는 친즈(Chintz) 가공으로 섬유원단에 평활성 및 유연성을 부여하는 준비단계; 위 평활성 및 유연성 처리된 나일론 섬유원단에 폴리우레탄 고형분 코팅제, 물, 수용성 실리콘유연제로 이루어진 수용성 코팅제를 최소 1회 이상 최대 3회 이하 도포하여 2 ~ 5g/㎡의 코팅막이 형성되는 코팅단계; 위 수용성 코팅제가 도포된 나일론 섬유원단을 120 ~ 180℃의 온풍식 드라이기에 위 코팅막이 형성된 나일론 섬유원단을 3 ~ 5분 동안 건조시키는 1차 건조단계; 위 온풍식 드라이기를 통과한 나일론 섬유원단은 140 ~ 200℃의 온풍식 드라이기에 다시 투입하여 2 ~ 8분 동안 셋팅작업하는 2차 건조단계로 이루어지는 나일론 섬유원단에 도포되는 친환경 수용성 코팅제를 이용한 섬유원단의 제조방법을 개시하고 있다.
이러한 폴리우레탄 수지를 이용하는 필름이나 코팅은 내수압 등의 물성 저하를 최소화하고 우수한 분산성을 가질 뿐만 아니라 이를 섬유 원단에 적용할 시 충분한 유연성과 투습성, 세탁내구성을 갖는다는 장점이 있지만 원단의 촉감과 내구성이 떨어지고 재료비와 별도의 건조공정에 따르는 생산비용 상승과 같은 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 수용성 소광제를 함유하는 아크릴계 공중합체 수용액과 고분자 실리콘용액 등을 포함하는 수지조성물을 섬유 원단에 적용함에 따라 방수성과 투습성이 우수함은 물론 원단의 촉감을 부드럽게 유지하고 섬유의 강도와 구김 복원력을 향상시키며, 또한 용제를 사용하지 않는 친환경 수용성 원단 코팅제로서, 용제의 휘발을 위한 복잡한 과정 없이 우수한 접착력과 박리강도, 그리고 오리털이나 거위털과 같은 의류보온재의 이탈을 방지하기 위한 원단 코팅용 투습방수성 수지조성물 및 이를 이용한 코팅 원단의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 의한 원단 코팅용 투습방수성 수지조성물은 아크릴계 공중합체(Acrylic Copolymer) 45 ~ 55중량%; 물 35 ~ 45중량%; 수용성 소광제 0.5 ~ 1중량%; 유화증점제 2 ~ 4중량%; 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane) 5 ~ 8중량%; 실리콘 경화제(Silicone Curing Agent) 0.1 ~ 0.5중량%의 비율로 배합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 아크릴계 공중합체(Acrylic Copolymer)는 메타크릴레이트 또는 아크릴레이트를 포함하는 불포화 이중결합을 가지는 단량체 100중량부를 기준으로 폴리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트 단량체 2 ~ 5중량부를 포함하고 에멀션 중합법에 의해 가교되는 것으로, 상기 수용성 소광제는 폴리스티렌에 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체가 그라프트 중합된 공중합체 및 폴리(에틸렌-co-글리시딜 메타크릴레이트)에 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체가 그라프트 중합된 공중합체를 1 : 0.5 ~ 2의 중량비로 구성되며, 상기 유화증점제는 디에틸렌글리콜 모노부틸에테르(Diethylene glycol monobutyl ether) 또는 폴리아세탈(Polyacetal) 중에서 선택되는 어느 1종 또는 이들의 혼합물로 이루어지며, 상기 실리콘 경화제(Silicone Curing Agent)는 디-(2,4-디클로로벤조일)-퍼옥사이드[Di-(2,4-dichlorobenzoyl)-peroxide], 디벤조일 퍼옥사이드[Dibenzoyl peroxide], tert-부틸쿠밀퍼옥사이드[tert-Butylcumylperoxide], 디-tert-부틸퍼옥사이드[Di-tert-butylperoxide] 중에서 선택되는 어느 1종 이상의 유기과산화물(Organic Peroxide)인 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에 따른 원단 코팅용 투습방수성 수지조성물의 제조방법은, 25 ~ 35℃의 물 35 ~ 45중량%에 아크릴계 공중합체(Acrylic Copolymer) 45 ~ 55중량%와 수용성 소광제 0.5 ~ 1중량%를 혼합하고 3 ~ 5분 동안 교반시키면서 유화증점제 1 ~ 2중량%를 투입하여 아크릴계 공중합체 수용액을 제조하는 단계; 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane) 5 ~ 8중량%와 실리콘 경화제(Silicone Curing Agent) 0.1 ~ 0.5중량%를 혼합하고 1 ~ 2분 동안 교반하여 고분자 실리콘용액을 제조하는 단계; 상기 각각의 단계로 제조된 아크릴계 공중합체 수용액과 고분자 실리콘용액을 혼합하여 3 ~ 5분 동안 교반시키면서 유화증점제 1 ~ 2중량%를 투입하여 점도를 조절하는 단계로 이루어지며, 본 발명에서 제공되는 투습방수성 코팅 원단은 투습방수성 수지조성물을 80 ~ 120℃의 온도로 용융시키고 섬유 원단을 함침시켜 5 ~ 50g/㎡의 양으로 도포한 다음, 150 ~ 170℃의 텐타 챔버(tenter chamber)를 통과시키면서 열풍 건조시킨 후 롤에 권취함을 특징으로 한다.
본 발명의 원단 코팅용 투습방수성 수지조성물은 수용성 소광제를 함유하는 아크릴계 공중합체 수용액에 대하여 고분자 실리콘용액 등을 포함함으로써 물에 잘 녹고 접착력과 박리강도가 우수하며, 이를 적용한 코팅 원단의 투습방수성은 물론 촉감을 부드럽게 유지하고 강도와 구김 복원력을 향상시키며, 특히 오리털이나 거위털과 같은 의류보온재의 이탈을 방지하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 투습방수성 수지조성물은 용제를 사용하지 않는 친환경 수용성 원단 코팅제로서, 이를 섬유 원단에 적용할 시 용제형에 비해 재료비가 대폭 절감되고 작업성이 양호하며, 용융된 상태로 접착되어 용제의 휘발이 이루어지는 건조과정 없이 고온의 열풍에 의해 건조되므로 가공성과 내구성이 양호하고 우수한 내열성을 갖는 코팅 원단을 얻을 수 있는 장점이 있다.
이하에서는 본 발명에 의한 원단 코팅용 투습방수성 수지조성물 및 이를 이용한 코팅 원단에 대하여 상세하게 설명하기로 하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 예시하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
본 발명의 원단 코팅용 투습방수성 수지조성물은 아크릴계 공중합체(Acrylic Copolymer) 45 ~ 55중량%; 물 35 ~ 45중량%; 수용성 소광제 0.5 ~ 1중량%; 유화증점제 2 ~ 4중량%; 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane) 5 ~ 8중량%; 실리콘 경화제(Silicone Curing Agent) 0.1 ~ 0.5중량%의 비율로 배합된다.
상기 투습방수성 수지조성물을 제조하는 과정을 설명하면, 먼저 아크릴계 공중합체(Acrylic Copolymer)는 아크릴계 단량체, 계면활성제 및 물을 교반하여 아크릴 유화액을 제조하는데, 메타크릴레이트 또는 아크릴레이트를 포함하는 불포화 이중결합을 가지는 단량체 100중량부를 기준으로 폴리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트 단량체 2 내지 5 중량부를 포함하고 에멀션 중합법에 의해 가교시킴으로써 방수성과 투습성이 우수한 아크릴계 공중합체를 얻는다.
상기 아크릴계 공중합체를 형성하는 아크릴계 단량체는 에틸아크릴레이트, 메틸아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 메타크릴레이트, 2-하이드록시에틸메타크릴레이트, 2-하이드록시에틸아크릴레이트, 아크릴산 중에서 선택되는 어느 1종을 단독 또는 병용하여 사용할 수 있으며, 여기에 폴리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트 단량체를 포함하여 공중합됨으로써 강한 접착력과 우수한 유동성을 발휘하는데, 이 때 상기 폴리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트 단량체의 함량이 상기 범위에 미달되면 수지 자체의 점도와 접착력이 떨어지고 그 범위를 초과하면 내열성이 저하된다.
이러한 아크릴 공중합체를 제조하는 과정은 상기 아크릴계 단량체와 물을 혼합하고 계면활성제를 첨가하여 약 30분 동안, 1000rpm 정도의 속도로 교반하여 아크릴 유화액을 제조하는 것으로, 상기 계면활성제는 비반응성, 비이온성, 비반응성 음이온성, 비반응성 양이온성, 반응성 비이온성 또는 음이온성 중에서 단독 또는 병용하여 사용하며, 그 함량이 아크릴계 단량체 100중량부에 대하여 1중량부 미만일 경우 충분히 유화되지 못하고 10중량부를 초과할 경우에는 안정성 및 기계적 특성이 저하될 우려가 있다.
상기와 같이 제조된 아크릴 유화액 100 중량부에 대하여 개시제 수용액 0.3 ~ 5중량부를 3 ~ 5시간 동안 동시에 적하한 후, 75 ~ 85℃에서 7 ~ 9시간 동안 중합함으로써 아크릴 공중합체가 제조되는데, 상기 개시제는 중합을 유도하기 위한 것으로, 통상적으로 과황산암모늄, 과황산칼륨, 과황산나트륨 또는 t-부틸히드로퍼옥시드 중에서 선택되는 1종 또는 이들을 병용하여 사용하며, 상기 개시제의 함량이 0.3중량부 미만일 경우 미반응의 단량체 성분이 잔류할 우려가 있고 5중량부를 초과할 경우 미반응 개시제가 존재하여 접착력을 저하시킬 우려가 있다.
한편, 본 발명에서 아크릴계 공중합체 수용액을 제조하는 단계는 25 ~ 35℃의 물 35 ~ 45중량%에 상기 아크릴계 공중합체(Acrylic Copolymer) 45 ~ 55중량%와 수용성 소광제 0.5 ~ 1중량%를 혼합하고 3 ~ 5분 동안 교반시키면서 유화증점제 1 ~ 2중량%를 투입하는 과정을 거치게 된다.
상기 수용성 소광제는 폴리스티렌에 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체가 그라프트 중합된 공중합체 및 폴리(에틸렌-co-글리시딜 메타크릴레이트)에 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체가 그라프트 중합된 공중합체를 1 : 0.5 ~ 2의 중량비로 구성되는 것으로, 본 발명에서는 이러한 수용성 소광제의 배합에 의해 수지조성물의 광택도를 적합한 범위로 낮추게 되어 코팅 원단에 대한 저광특성을 부여할 뿐만 아니라 유동성이 우수하여 부착성을 향상시킬 수 있다는 사실을 확인하였다. 그러나 상기 수용성 소광제의 함량이 1중량%를 초과할 경우 장기간 악조건에 노출됨으로 인한 섬유 원단과 코팅제 간의 박리현상이 발생될 우려가 있다.
또한, 상기 유화증점제는 아크릴계 공중합체(Acrylic Copolymer)와 수용성 소광제의 믹싱 도중에 수지조성물 총중량을 기준으로 1 ~ 2중량% 범위로 포함되는데, 본 발명에서는 그 구체적인 종류에 특별한 제한이 있는 것은 아니지만 디에틸렌글리콜 모노부틸에테르(Diethylene glycol monobutyl ether) 또는 폴리아세탈(Polyacetal) 중에서 선택되는 어느 1종 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 것이 가장 바람직하다는 결론을 얻었으며, 이 유화증점제는 에멀젼의 유화 안정화 효과가 매우 우수하고 저점도에서도 고형분 침강을 방지할 수 있는 수성 증점제의 특성을 가질 뿐만 아니라 수지의 pH에 관계없이 적절한 비율로 배합되어 우수한 내수압을 발휘할 수 있다.
상기 유화증점제로 사용되는 디에틸렌글리콜 모노부틸에테르(Diethylene glycol monobutyl ether)와 폴리아세탈(Polyacetal)은 알칼리 상태에서 안정하고 단독으로도 쉽게 혼합이 되며, 열분해 혹은 해리되지 않은 상태로 찬물에도 용해될 수 있고 가열이나 재교반을 통하여 성상을 회복되는 특성을 가진다. 또한, 자외선(UV)에 대하여 민감하지 않고 UV를 이용한 내후성 시험에서도 황변을 일으키지 않고 산화가 방지되므로 장기간 도막을 부드럽게 유지하는 성질을 가진다.
다음으로, 상기 아크릴계 공중합체 수용액을 제조하는 단계와 별도로, 고분자 실리콘용액을 제조하는 단계는 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane) 5 ~ 8중량%와 실리콘 경화제(Silicone Curing Agent) 0.1 ~ 0.5중량%를 혼합하고 1 ~ 2분 동안 교반하는 과정을 거치는바, 본 발명에서는 이러한 친환경 수용성 원단 코팅제에 고분자 실리콘용액을 사용함으로써 유기용제를 사용하지 않으면서 코팅 원단의 강도와 구김 복원력을 향상시키게 된다. 또한, 통상적인 오리털이나 거위털과 같은 의류보온재는 솜털과 깃솜털로 구성되고 깃솜털은 원단을 뚫고 나오는 경우가 흔히 발생되는데, 이러한 고분자 실리콘용액은 원단에 대한 침투성을 방지하여 보온재나 충진재의 이탈을 방지하는 효과를 갖게 되는 것이다.
상기 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane)과 실리콘 경화제(Silicone Curing Agent)는 탄성이 우수하고 산과 알칼리에 대한 내구성이 탁월하기 때문에 고온 다습한 환경 하에서도 사용이 가능하다. 이러한 점에 착안하여 본 발명은 수많은 실험을 통해 그 구성성분의 배합비를 도출함으로써 아크릴계 공중합체 수용액과 섬유 원단과의 접착력 및 구김 복원력을 향상시키는데 적합하다는 결과에 이르렀으며, 상기 실리콘 경화제는 디-(2,4-디클로로벤조일)-퍼옥사이드[Di-(2,4-dichlorobenzoyl)-peroxide], 디벤조일 퍼옥사이드[Dibenzoyl peroxide], tert-부틸쿠밀퍼옥사이드[tert-Butylcumylperoxide], 디-tert-부틸퍼옥사이드[Di-tert-butylperoxide] 중에서 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 유기과산화물(Organic Peroxide)을 사용하는 것이 바람직하다.
마지막으로, 본 발명에 의한 원단 코팅용 투습방수성 수지조성물은 상기와 같이 각각 제조된 아크릴계 공중합체 수용액과 고분자 실리콘용액을 혼합하여 3 ~ 5분 동안 교반시키면서 유화증점제 1 ~ 2중량%를 투입하여 점도를 조절하는 단계로 이루어지는데, 이때 사용되는 유화증점제는 점도를 조절하여 원단의 부드러운 촉감을 유지하기 위한 것으로 상기 아크릴계 공중합체 수용액을 제조하는 단계에서 사용되는 유화증점제와 동일한 성분을 사용하는 것이 공정상 유리하다.
본 발명에서는 수지조성물 총중량을 기준으로 2 ~ 4중량%의 유화증점제를 사용하는 것이 코팅 원단에 우수한 촉감을 유지하면서 끈적임을 방지할 수 있으며, 이 유화증점제를 너무 적게 투입하면 수지조성물의 점도가 낮아져서 코팅 원단의 내수압이 떨어지게 됨은 자명하다.
또한, 상기 점도를 조절하는 단계는 본 발명의 실시예에 따른 수지조성물의 필수성분 외에도, 본 발명에 의한 기능이 저해되지 않는 범위 내에서 난연제, 산화방지제, 활제, 대전방지제, UV안정제, 염안료 등의 첨가제를 부가할 수도 있는데, 이러한 통상적인 첨가제의 총함량은 수지조성물 100중량부에 대하여 10중량부 이내로 첨가하는 것이 바람직하다.
이상과 같이, 본 발명의 원단 코팅용 투습방수성 수지조성물의 제조방법은 25 ~ 35℃의 물 35 ~ 45중량%에 아크릴계 공중합체(Acrylic Copolymer) 45 ~ 55중량%와 수용성 소광제 0.5 ~ 1중량%를 혼합하고 3 ~ 5분 동안 교반시키면서 유화증점제 1 ~ 2중량%를 투입하여 아크릴계 공중합체 수용액을 제조하는 단계; 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane) 5 ~ 8중량%와 실리콘 경화제(Silicone Curing Agent) 0.1 ~ 0.5중량%를 혼합하고 1 ~ 2분 동안 교반하여 고분자 실리콘용액을 제조하는 단계; 상기와 같이 각각 제조된 아크릴계 공중합체 수용액과 고분자 실리콘용액을 혼합하여 3 ~ 5분 동안 교반시키면서 유화증점제 1 ~ 2중량%를 투입하여 점도를 조절하는 단계로 이루어진다.
상기와 같이 제조된 투습방수성 수지조성물을 80 ~ 120℃의 온도로 용융시키고 섬유 원단을 함침시켜 5 ~ 50g/㎡의 양으로 도포한 다음, 150 ~ 170℃의 텐타 챔버(tenter chamber)를 통과시키면서 열풍 건조시킨 후 롤에 권취하며, 상기와 같이 150 ~ 170℃의 고온에서 건조되는 투습방수성 수지조성물의 도포량은 5 ~ 50g/㎡ 정도가 적당하다. 만일 5g/㎡ 미만으로 도포할 경우에는 접착력이 떨어지고 50g/㎡ 초과할 경우에는 제품의 촉감이 떨어지게 된다. 이와 같이 코팅 원단에 도포된 수지조성물은 열경화형으로 12 ~ 14N/5cm 정도의 높은 박리강도와 부드러운 촉감, 그리고 우수한 접착력 및 내열성을 갖는다.
상기 투습방수성 수지조성물의 도포량은 함침되는 섬유 원단의 재질과 종류에 따라 도포량이 달라지며, 그에 맞추어 텐타 챔버(tenter chamber)를 통과하는 코팅 원단의 속도를 적절하게 조절하는 것이 중요하다.
이하에서는 본 발명에 의한 원단 코팅용 투습방수성 수지조성물 및 이를 이용한 코팅 원단을 실험한 실시예를 살펴보기로 하되, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이 쉽게 이해하고 실시할 수 있을 정도의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 설명한다.
[실시예 1]
투습방수성 수지조성물의 제조
30℃의 물에 아크릴계 공중합체(Acrylic Copolymer)와 수용성 소광제를 혼합하고 3 ~ 5분 동안 교반시키면서 유화증점제(1)를 투입하여 아크릴계 공중합체 수용액을 제조한 다음, 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane)과 실리콘 경화제(Silicone Curing Agent)를 혼합하고 1 ~ 2분 동안 교반하여 고분자 실리콘용액을 제조하였다, 상기와 같이 각각 제조된 아크릴계 공중합체 수용액과 고분자 실리콘용액을 혼합하여 3 ~ 5분 동안 교반시키면서 유화증점제(2)를 투입하여 점도를 조절하였다. 이상과 같은 조건으로 이루어지는 각 구성성분의 배합을 달리하는 수지조성물에 대한 합성을 아래 [표 1]과 같은 조성으로 실시하였다.
투습방수성 코팅 원단의 제조
상기와 같이 제조된 투습방수성 수지조성물을 100℃의 온도로 용융시키고 섬유 원단(Poly Dewspo 50D)을 함침시켜 약 30g/㎡의 양으로 도포한 다음, 150 ~ 170℃의 텐타 챔버(tenter chamber)를 통과시키면서 열풍 건조시킨 후 롤에 권취하여 투습방수성 코팅 원단을 제조하였다.
| 구성성분(중량부) | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 비교예 1 | 비교예 2 |
| 아크릴계 공중합체 | 45 | 50 | 55 | 55 | 50 |
| 물 | 45 | 40 | 35 | 45 | 40 |
| 수용성 소광제 | 0.5 | 0.8 | 1.0 | 1.0 | 2 |
| 유화증점제(1) | 1.0 | 1.5 | 2.5 | 2.0 | 3 |
| 폴리디메틸실록산 | 7 | 6 | 5 | - | 5 |
| 실리콘 경화제 | 0.5 | 0.2 | 0.5 | 2.0 | - |
| 유화증점제(2) | 1.0 | 1.5 | 1.0 | - | - |
[실험예]
상기 실시예 및 비교예에 따라 각각 제조된 수지조성물을 적용한 코팅 원단에 대하여 투습도, 방수성, 접착강도, 내열성, 촉감 등의 물성을 아래와 같은 방법으로 측정하고, 그 결과를 [표 2]에 나타내었다.
- 투습도
상기 코팅 원단에 대하여 ASTM E 96 평가방법(inverted cup water법)에 의거하여 측정하였다. 투습컵의 면적 38.465cm, 높이 53mm, 온도 32±1℃, 상대습도 50±2%의 조건에서 실험을 실시하였다[투습도(g/m2ㆍ24h)=(초기 무게-후기 무게)/면적].
- 방수성
상기 코팅 원단에 대한 방수성은 ISO 0611법에 따른 내수압 성능측정을 통해 평가하였다.
- 소광성
상기 코팅 원단에 대한 소광성은 ASTM D523에 의거하여 60°각도에서 10㎝×10㎝×0.3㎝ 크기 시편의 광택도(Gloss)를 측정하였다.
- 접착강도
상기 코팅 원단에 대한 접착강도 시험을 위해 수지조성물을 100℃의 온도로 용융시킨 후 도포량이 30g/㎡ 정도가 되도록 함침하여 건조시켰다. 이때 시편은 5개를 사용하였고 시험기는 당사에서 보유하고 있는 만능인장시험기를 사용하였다. 시험기와 시험편의 파괴하중은 용량의 5 ~ 85% 이내로 하였으며, 접착 후 40℃의 온도와 70%의 상대습도에서 12시간 숙성시킨 후 5회에 걸쳐 실시하였다.
- 내열성
상기 수지조성물의 내열성 측정방법으로는 이형지를 이용하여 0.5㎜ 두께의 필름을 제작한 후 넓이 1.5㎝, 길이 10㎝의 시편을 만들어 8.6g의 하중을 주었을 때 필름이 녹아서 끊어지는 온도를 측정하여 비교하였다.
- 촉감
상기 코팅 원단에 대하여 전문가 10인을 선정하여 그 촉감의 평균치를 측정하였다(우수 ◎＞○＞△＞×불량).
| 항목 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 비교예 1 | 비교예 2 |
| 투습도(g/m2ㆍ24h) | 8,800 | 8,300 | 7,800 | 7,500 | 8,100 |
| 내수압(mmH2O) | 10,000 | 11,000 | 12,000 | 11,500 | 11,000 |
| 광택도(Gloss, %) | 4.2 | 3.6 | 3.2 | 3.5 | 3.2 |
| 접착강도(㎏f/㎠) | 12 | 13 | 14 | 9 | 10 |
| 내열성(℃) | 180 | 185 | 190 | 168 | 160 |
| 촉감 | ○ | ◎ | ○ | × | △ |
상기 [표 2]에서와 같이, 실시예와 비교예의 실험 결과를 비교해 볼 때, 실시예와 비교예는 동일한 아크릴계 공중합체를 사용함에 따라 투습도 및 방수성이 모두 우수한 것으로 판명되었고, 이는 시중에 판매되고 있는 기존의 제품보다 투습도가 20% 이상 향상되었음을 확인하였다. 또한, 소광성도 실시예와 비교예는 큰 차이가 없는데, 이를 다량 사용한 비교예 2와 같이 본 발명에서 제시하는 임계치를 초과하더라도 소광특성 변화에 큰 영향을 미치지 않고 오히려 접착 성능에 악영향을 미치는 것으로 조사되었다.
그리고 고분자 실리콘용액 중의 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane)을 사용하지 않은 비교예 1의 경우는 접착강도와 촉감이 불량하고 내열성도 다소 떨어질 뿐만 아니라 구김 복원력과 오리털이나 거위털과 같은 의류보온재의 침투성을 방지하는 저항이 불량하게 된다. 또한, 실리콘 경화제를 사용하지 않은 비교예 2의 경우에는 접착강도, 내열성이 다소 저하되고 코팅 원단의 탄성이 떨어져 촉감이 불량하게 됨을 확인하였다.
따라서 본 발명의 원단 코팅용 투습방수성 수지조성물은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 변경이 가능한 것으로, 섬유 원단에 도포하는데 따르는 작업성이 용이하고 생산원가를 획기적으로 절감할 수 있는 장점이 있어 각종 섬유소재의 표면은 물론 의류, 자동차, 건축자재 등에 코팅되거나 필름형태로 접합되는 등 다양한 용도와 형태로 사용되어 질 수 있다.
Claims (7)
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- 25 ~ 35℃의 물 35 ~ 45중량%에 아크릴계 공중합체(Acrylic Copolymer) 45 ~ 55중량%와 수용성 소광제 0.5 ~ 1중량%를 혼합하고 3 ~ 5분 동안 교반시키면서 유화증점제 1 ~ 2중량%를 투입하여 아크릴계 공중합체 수용액을 제조하는 단계;
폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane) 5 ~ 8중량%와 실리콘 경화제(Silicone Curing Agent) 0.1 ~ 0.5중량%를 혼합하고 1 ~ 2분 동안 교반하여 고분자 실리콘용액을 제조하는 단계;
상기 각각의 단계로 제조된 아크릴계 공중합체 수용액과 고분자 실리콘용액을 혼합하여 3 ~ 5분 동안 교반시키면서 유화증점제 1 ~ 2중량%를 투입하여 점도를 조절하는 단계;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 원단 코팅용 투습방수성 수지조성물의 제조방법. - 삭제
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