KR102137810B1 - 인열강도가 향상된 열가소성 폴리우레탄 필름 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 인열강도가 향상된 열가소성 폴리우레탄 필름 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히, 본 발명에 따른 인열강도가 향상된 열가소성 폴리우레탄 필름 제조방법은, 나노복합체를 제조하는 단계와; 상기 나노복합체를 열가소성 폴리우레탄 베이스 레진(TPU Base Resin)에 분산시켜 펠릿(Pellet) 형태의 마스터 배치(Master Batch)를 제조하는 단계와; 상기 마스터 배치를 열가소성 폴리우레탄 베이스 레진에 혼합하고 압출하여 열가소성 폴리우레탄 필름을 성형하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 나노복합체를 열가소성 폴리우레탄 베이스 레진에 첨가하여 필름으로 성형함으로써, 코팅작업에 따른 인열강도의 저하를 방지하고, 필름층 내부의 물리적 결합력을 상승시킬 수 있을 뿐 아니라, 마스터 배치 형태로 우선 압출성형하고 이를 다시 폴리우레탄 레진과 혼합하여 필름으로 성형함으로써 나노복합체의 혼합비율을 쉽게 조절할 수 있어 성형된 필름의 인열강도를 용이하게 제어할 수 있다.

Description

인열강도가 향상된 열가소성 폴리우레탄 필름 및 그 제조방법{Thermoplastic Polyurethane Film Improved Tear Strength and Manufacturing method thereof}

본 발명은, 열가소성 폴리우레탄 필름 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히, 나노복합체를 열가소성 폴리우레탄 베이스 레진에 첨가하여 필름으로 성형함으로써, 코팅작업에 따른 인열강도의 저하를 방지하고, 필름층 내부의 물리적 결합력을 상승시킬 수 있을 뿐 아니라, 마스터 배치 형태로 1차 압출성형하고 이를 다시 폴리우레탄 레진과 혼합하여 최종 필름으로 성형함으로써 나노복합체의 혼합비율을 쉽게 조절할 수 있어 성형된 필름의 인열강도를 용이하게 제어할 수 있는 열가소성 폴리우레탄 필름 및 그 제조방법에 대한 것이다.

모든 차량은 오랜 주행시 여러 가지 외부적 요인들에 의해 도장 표면에 손상을 받게 되며, 이러한 손상을 장기간 방치할 경우 변색이 되거나 심한 경우 녹이 발생되어 외관의 저하는 물론, 차량 자체의 가치를 떨어뜨리는 문제가 있다.

이러한 외부적 요인들로는 주행 중에 발생하는 스톤칩(도로 주행 중 튄 돌의 파편이나 모래), 자외선, 산성비, 눈 등에 포함된 대기오염물이나, 새와 같은 동물 들으로부터 발생되는 유기물, 산업먼지, 제설용 염분 또는 차량 브레이크 유기물의 점착 등이 있다.

차량용 도장 보호필름은 상기 요인들로부터 자동차 외관의 부식과 오염 등을 방지하기 위한 방법 중 하나이며, 이를 통해 차량의 가치 하락과 수리비용 발생 등을 절감하고 있다.

초기의 도장보호는 광택 또는 케미칼을 이용해 열로 경화시키는 유리막 코팅법이 많이 이용되었으나 수명유지기간이 짧아 자주 코팅을 해야하기 때문에 비용적 부담이 많아 점차 이용이 줄어드는 추세이다.

자동차는 운송수단에 불과한 개념이었으나, 최근에는 개인 소유물의 개념으로 차량의 유지 및 관리에 적지 않은 비용을 투자하는 추세이고, 새 차와 같은 차량 외관의 유지나 디자인 등에 관심이 점차 증가하고 있다.

도장보호필름은 3M에서 헬리콥터의 회전날개와 전투기의 원추형 두부의 보호를 위해 우레탄 소재를 이용하여 1990년대에 최초로 개발하였으며, 자동차 등 점차 다양한 분야로 그 이용 범위가 확대되고 있다.

도장보호필름의 주 소재는 열가소성 폴리우레탄(TPU)이 사용되는데, 이는 탄성 및 복원력과 같은 기계적 물성이 매우 우수하면서도 투명도가 높은 광학적 특성을 가지고 있기 때문이다.

일반적으로 상용화된 도장 보호필름은 5개 층으로 구성되는데, 열가소성 폴리우레탄 층을 중심으로 상부에 코팅층 및 코팅층의 보호를 위한 보호필름층이 마련되며, 폴리우레탄 층의 하부에는 점착층과 점착층의 보호를 위한 이형지 필름이 마련된다.

열가소성 폴리우레탄 필름은 도장보호필름의 가장 중요한 부분이며, 코팅층과 같은 나머지 부분은 발수나 방오와 같은 부가적인 기능성을 부여하는 부분이다.

그런데, 열가소성 폴리우레탄은 고분 특유의 특성인 기공이 존재하고, 기계적 물성인 연성이 높은 특성을 가진다. 이러한 이유로 상부 코팅층에서 행해지는 코팅과정 중 코팅액이 폴리우레탄 필름층으로 유입되어 인열강도를 약화시키는 문제가 있다.

특허공개공보 제10-2011-0008884호

따라서, 본 발명의 목적은, 코어쉘 형태의 나노복합체를 열가소성 폴리우레탄 베이스 레진에 첨가하여 필름으로 성형함으로써, 코팅과정에서 코팅액이 폴리우레탄 필름으로 침투하는 것을 방지하여 코팅 후에도 인열강도의 저하를 방지할 뿐 아니라, 필름층 내부의 물리적 결합력을 상승시킬 수 있는 인열강도가 향상된 열가소성 폴리우레탄 필름 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 나노복합체를 펠릿 형태의 마스터 배치 형태로 1차 압출성형하고, 마스터 배치를 폴리우레탄 레진과 혼합하여 필름으로 성형함으로써, 열가소성 폴리우레탄 베이스 레진과 나노복합체의 혼합비율의 제어가 매우 용이하며, 폴리우레탄 필름의 기본적 물성에 미치는 영향을 최소화할 수 있음은 물론, 펠릿 형태의 마스터 배치의 보존기간을 연장시키고, 이의 보관 및 사용이 간편한 인열강도가 향상된 열가소성 폴리우레탄 필름 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적은, 본 발명의 일실시예에 따라, 나노복합체를 제조하는 단계와; 상기 나노복합체를 열가소성 폴리우레탄 베이스 레진(TPU Base Resin)에 분산시켜 펠릿(Pellet) 형태의 마스터 배치(Master Batch)를 제조하는 단계와; 상기 마스터 배치를 열가소성 폴리우레탄 베이스 레진에 혼합하고 압출하여 열가소성 폴리우레탄 필름을 성형하는 단계;를 포함하는 인열강도가 향상된 열가소성 폴리우레탄 필름 제조방법에 의해 달성된다.

여기서, 상기 나노복합체를 제조하는 단계는, 탄화수소계 폴리머를 쉘(shell)로 하고, 실리카(Si) 계열의 무기물을 코어(core)로 하여 중합하여 분말형태로 제조하는 단계를 포함하되, 제조된 상기 나노복합체의 수력학적 지름(Hydrodynamic Diameter)은 300 ± 50 nm의 범위로 마련될 수 있다.

한편, 상기 마스터 배치를 제조하는 단계는, 상기 나노복합체를 상기 열가소성 폴리우레탄 베이스 레진의 3.5 ± 0.5 중량%의 범위로 혼합할 수 있다.

여기서, 상기 열가소성 폴리우레탄 베이스 레진과 상기 나노복합체는 190 ± 20℃ 범위에서 용융혼합되어 펠릿 형태로 압출성형할 수 있다.

한편, 상기 열가소성 폴리우레탄 필름을 성형하는 단계는, 상기 마스터 배치를 상기 열가소성 폴리우레탄 베이스 레진의 1.5 ± 0.5 중량%의 범위로 혼합할 수 있다.

여기서, 상기 마스터 배치와 상기 열가소성 폴리우레탄 베이스 레진의 압출성형온도는 197 ± 7℃범위에서 마련될 수 있다.

이때, 상기 열가소성 폴리우레탄 필름의 두께는 150 ± 5㎛ 범위에서 마련될 수 있다.

한편, 상기 목적은, 본 발명의 일실시예에 따라, 분말형태의 나노복합체가 3 ~ 8 ppm 의 농도로 혼합되어 필름형태로 압출성형된 것으로서, 상기 필름의 상층부에 두께 10 ㎛ 또는 이와 동등한 레벨의 기능성 코팅이 된 후 인열강도가 600 gf/mm 이상인 인열강도가 향상된 열가소성 폴리우레탄 필름에 의해서도 달성된다.

여기서, 상기 나노복합체는 탄화수소계 폴리머를 쉘(Shell)로 하고 실리카(Si)계열의 무기물을 코어로 하는 코어-쉘(Core-Shell)구조를 가지며, 분말형태에서 수력학적 지름이 300 ± 50 nm의 범위로 마련될 수 있다.

여기서, 상기 열가소성 폴리우레탄 필름의 두께는 150 ± 5㎛ 범위에서 마련될 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 인열강도가 향상된 열가소성 폴리우레탄 필름 및 그 제조방법에 따르면, 코어쉘 형태의 나노복합체를 열가소성 폴리우레탄 베이스 레진에 첨가하여 필름으로 성형함으로써, 코팅과정에서 코팅액이 폴리우레탄 필름으로 침투하는 것을 방지하여 코팅 후에도 인열강도의 저하를 방지할 뿐 아니라, 필름층 내부의 물리적 결합력을 상승시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 인열강도가 향상된 열가소성 폴리우레탄 필름 및 그 제조방법에 따르면, 나노복합체를 펠릿 형태의 마스터 배치 형태로 1차 압출성형하고, 다시 폴리우레탄 레진과 혼합하여 필름으로 성형함으로써, 열가소성 폴리우레탄 베이스 레진과 나노복합체의 혼합비율의 제어가 매우 용이하며, 폴리우레탄 필름의 기본적 물성에 미치는 영향을 최소화할 수 있음은 물론, 펠릿 형태의 마스터 배치의 보존기간을 연장시키고, 보관 및 사용이 간편하다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 인열강도가 향상된 열가소성 폴리우레탄 필름 및 그 제조방법에 따르면, 첨가되는 마스터 배치의 중량 조절이 가능하므로 성형된 필름의 인열강도의 제어가 용이한 장점이 있다.

도 1은, 본 발명의 일실시예에 따른 인열강도가 향상된 열가소성 폴리우레탄 필름 및 그 제조방법의 흐름도,
도 2는, 본 발명의 일실시예에 따른 나노복합체의 외관 및 주사전자현미경의 확대사진,
도 3은, 본 발명에 일실시예에 따라 제조된 마스터 배치 및 이를 제조하기 위한 폴리우레탄 베이스 레진의 사진,
도 4는, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 인열강도가 향상된 열가소성 폴리우레탄 필름 제조방법에 따라 제조된 필름의 사진,
도 5는, 본 발명의 일실시예에 따른 제조된 인열강도가 향상된 열가소성 폴리우레탄 필름의 평면 또는 측면의 확대사진,
도 6 및 7은, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 인열강도가 향상된 열가소성 폴리우레탄 필름의 인열강도 측정 결과를 나타낸 표이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 인열강도가 향상된 열가소성 폴리우레탄 필름 및 그 제조방법을 상세히 설명한다.

먼저 본 발명에 따른 인열강도가 향상된 열가소성 폴리우레탄 필름 제조방법은, 나노복합체(10)를 제조하는 단계(S10)와, 나노복합체(10)를 열가소성 폴리우레탄 베이스 레진(30)에 분산시켜 펠릿 형태의 마스터 배치(20)를 제조하는 단계(S20)와, 마스터 배치(20)를 열가소성 폴리우레탄 베이스 레진(30)에 혼합하고 압출하여 열가소성 폴리우레탄 필름(P)을 성형하는 단계(S30)을 포함한다.

이하, 각 단계별로 설명한다.

나노복합체(10)를 제조하는 단계(S10)는, 탄화수소계 폴리머를 쉘(Shell)로 하고, 실리카(Si) 계열의 무기물을 코어(core)로 하여 중합하여 분말형태로 제조한다.

구체적으로는, 폴리스티렌(Polystyrene)의 근간이 되는 스티렌 단량체(Styrene Monomer)와 Si계열 무기물을 수상에서 혼합하는 단계와, 상기 혼합 후 70 ± 10℃의 온도범위로 가열하여 수용성 개시제와 가교제를 첨가하여 중합하는 단계와, 중합 이후 코어-쉘 구조의 형성을 위해 혼합액을 600 ± 50 rpm 의 회전수로 교반하는 단계와, 중합과정이 진행되도록 18 ± 2 시간 동안 형성시간을 마련하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 방법으로 제조된 코어-쉘 형태의 나노복합체(10)는 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 최종적으로 밝은 백색을 갖는 파우더(분말) 형태로 회수된다. 이러한, 분말형태의 나노복합체(10)는 실온에서 장기관 보관이 가능하다는 장점이 있다.

나노복합체(10)는 도 2의 (b)와 같이, 주사전자 현미경으로 측정하여 보면, 그 형상은 거의 구형에 가까운 형태를 갖는다.

여기서, 제조된 나노복합체(10)의 수력학적 지름(Hydrodynamic Diameter)는 300 ± 50nm의 범위로 마련될 수 있다. 나노복합체(10)의 크기가 수력학적 지름으로 측정되는 이유는 분말 상태의 나노복합체(10)를 수상에 분산 시킨 후에 동적 광산란법(Dynamic Light Scattering)으로 측정하기 때문이다.

여기서, 상기 나노복합체(10)의 수력학적 지름을 상기 범위로 한정한 것은, 상기 범위보다 큰 경우 투명도의 저하가 심한 반면 인열강도의 향상에는 효과가 미비하며, 상기 범위보다 작은 경우에는 입자의 크기가 작아 코팅액의 침투를 효과적으로 방지할 수 없어 인열강도의 향상이 어렵기 때문에, 본원 출원인의 반복적인 실험결과 최적의 범위를 도출한 것이다.

마스터 배치(20)를 제조하는 단계(S20)는, 분말 형태의 나노복합체(10)를 열가소성 폴리우레탄 베이스 레진(30)과 혼합한 후에 압출성형하여 펠릿 형태의 기능성 마스터 배치(20)로 제조하는 단계를 포함한다.

여기서, 본 단계에서의 열가소성 폴리우레탄 베이스 레진(30)은 전단계의 열가소성 폴리우레탄 베이스 레진과 서로 다른 단계에서 사용되는 것이나 동일한 물성을 지니는 것이므로 편의상 동일한 도면 부호를 사용한다.

한편, 본 단계 또는 다음 단계에서 사용되는 열가소성 폴리우레탄 베이스 레진(30)은 필요한 물성치를 갖는 것으로 준비될 수 있다. 예를 들어, 경도(Hardness) 94 Shore A, 연신율(Elongation) 620%, 인열강도 125 kgf/mm의 물성치를 갖는 열가소성 폴리우레탄 베이스 레진이 사용될 수 있다.

본 단계에서, 구체적으로, 분말 형태로 회수된 코어-쉘 형태의 나노복합체(10)는, 열가소성 폴리우레탄 베이스 레진(TPU base Resin)과 상온에서 분산제와 두 물질을 연결시키는 기타 첨가제(케미칼 등)와 상온에서 혼합하는 단계를 거칠 수 있다.

여기서, 마스터 배치(20)를 제조하는 단계(S20)는, 나노복합체(10)를 상기 열가소성 폴리우레탄 베이스 레진의 3.5 ± 0.5 중량%의 범위로 혼합하는 단계를 포함한다.

여기서, 마스터 배치(20)의 제조시 나노복합체(10)의 함유량을 상기와 같이 선택한 것은, 마스터 배치(20)의 제조단계 없이 바로 필름 성형단계에서 나노복합체(10)를 특정 함유량(중량%)로 조정하는 것은 실제 제조상 많은 어려움이 있기 때문이다. 즉, 마스터 배치(20)를 거치지 않고 필름성형 단계에서만 나노복합체(10)를 혼합하는 경우, 나노복합체(10)의 열가소성 폴리우레탄 베이스 레진(30) 내부에의 분산율이 현저히 저하되어 투명성 확보 및 인열강도 향상이라는 효과가 달성하기 어렵다. (도 4의 다양한 혼합비율에 따른 필름의 상태 참조)

한편, 혼합되는 나노복합체(10)의 중량%가 증가하면 필름(P)의 투명도가 낮아지는 문제가 있고, 반대로 나노복합체(10)의 중량%가 낮아지면 필름(P)의 투명도는 개선되나 인열강도의 향상을 기대하기 어려우므로, 마스터 배치(20)를 제조하는 단계에서는 상기와 같은 중량%로 1차 혼합하고, 필름(P)을 성형하는 단계에서 마스터 배치(20)의 함량을 조절하여 최종적으로 필름(P)에 포함된 나노복합체(10)의 함량을 조절한다.

상기와 같은 펠릿 형태의 마스터 배치(20)에 혼합된 나노복합체(10)는 성형된 열가소성 폴리우레탄 필름(P)의 내부에 균일하게 분포(분산)되는 것이 인열강도의 증가 및 유지에 유리하며, 차후 성형완료된 열가소성 폴리우레탄 필름(P)의 투명도에 영향을 미치는 인자로 작용한다.

결과적으로, 나노복합체(10)의 수력학적 지름과, 함량(중량%)는 나노복합체(10)의 분산도 및 성형된 필름(P)의 투명도 및 인열강도에 복합적으로 작용하는 것으로서, 이를 종합적으로 검토하고 이를 반복적인 실험을 통하여 검증하는 것이 필요한 것이다.

한편, 이 후, 압출 성형기 내부에서 온도를 서서히 증가시켜 190 ± 20℃의 범위에서 용융 혼합하는 과정을 거쳐 액화되고, 이때 형상은 밝은 황색범위를 가질 수 있다. 여기서, 급격한 온도의 변화는 나노복합체(10)와 열가소성 폴리우레탄 베이스 레진(30)과의 원활한 혼합을 방해할 수 있다.

여기서, 상기 용융 혼합온도가 상기 범위보다 높은 경우에는 혼합액이 늘어져서 펠릿 형태로 커팅하는 것이 용이하지 않으며, 반대로 상기 온도 범위보다 낮은 경우에는 분산이 고르게 되지 않는 문제가 있어 본원 출원인의 반복적인 실험결과 최적의 온도범위를 선정한 것이다.

다음으로, 퀀칭(Quenching)과정을 거쳐 커팅을 실시하고 펠릿 형태의 기능성 마스터 배치(20)로 회수한다. 상기 과정에서 190 ± 20℃의 범위에서 용융 혼합하면 열가소성 폴리우레탄 베이스 레진은 높은 연성을 갖게 되므로, 상온 이하의 온도 예를 들어, 20 ± 5℃의 범위로 급냉하는 방법이 사용될 수 있다.

한편, 본 단계를 통하여 제조된 마스터 배치(20)는, 도 3의 (a)에 도시된 열가소성 폴리우레탄 베이스 레진(30)과 달리, 도 3의 (b)와 같이, 압출성형 과정에서 커팅 후 밝은 황색의 펠릿 형태로 회수될 수 있다.

마지막 단계인, 열가소성 폴리우레탄 필름(P)을 성형하는 단계(S30)는, 상기 펠릿 형태의 마스터 배치(20)를 설정된 비율로 열가소성 폴리우레탄 베이스 레진(30)에 혼합 한 후, 필름으로 압출성형하는 단계이다.

여기서, 마스터 배치(20)를 열가소성 폴리우레탄 베이스 레진(30)의 1.5 ± 0.5 중량%의 범위로 혼합하는 것이 바람직하다. 상기 마스터 배치(20)의 첨가비율은 앞선 설명으로 갈음한다.

여기서, 필름으로 압출성형하는 방법은 다양한 방법이 사용될 수 있으며, 예를 들어, T-Die 압출방법이 사용될 수도 있고, Blown Film 방법이 사용될 수도 있다.

필름(P) 형태로 성형시에는 성형온도, 압력, Screw rpm(분당회전수) 등에 공정조건이 된다.

여기서, 마스터 배치(20)와 열가소성 폴리우레탄 베이스 레진(30)의 압출성형온도는 197 ± 7℃ 범위에서 마련될 수 있다.

이는, 상기 압출성형온도(T-Die 온도 또는 실린더온도)는 상기 온도범위보다 높은 경우에는 점도가 낮아 필름성형 자체가 용이하지 않은 문제가 있고, 반대로 상기 온도범위보다 낮은 경우에는 점성이 높아 필름의 두께조절이 용이하지 않고 심한 경우 필름형태로의 성형이 어려워 본원 출원인의 반복적인 심헐결과 최적의 온도를 도출한 것이다.

추가로 분당회전수(Screw rpm)의 경우에는, 본원 출원인의 반복적인 실험결과 19 ± 5 rpm의 범위에서 조절되는 것이 바람직하다.

한편, 제조된 열가소성 폴리우레탄 필름(P)의 두께는 150 ± 5㎛ 범위에서 마련될 수 있다.

추가로, 열가소성 폴리우레탄 필름(P)의 상층부에 코로나 처리 등을 통해 차후 기능성 코팅에 유용하게 작용하도록 하는 단계를 더 포함할 수 있다.

도 5는 열가소성 폴리우레탄 필름(P)의 단면 및 표면에 첨가된 나노복합체(10)의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.

이를 참조하면, 열가소성 폴리우레탄 필름(P)에 함유된 나노복합체(10)는 300nm 내외의 크기를 가지면 구형 또는 그와 유사한 형태로 분산되어 있음을 알 수 있다.

한편, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 열가소성 폴리우레탄 필름(TPU 필름)의 코팅 전후 다양한 혼합농도에서의 인열강도를 실험으로 측정한 표이다.

도면을 참조하면, 열가소성 폴리우레탄 필름(P)을 코팅하는 단계에서 코팅작업에 의해 필름(P)의 인열강도가 저하되더라도 종래 필름의 인열강도 수준인 550 gf/mm에 비하여 현저히 향상된 것으로 나타났으며, 최소 600 ~ 700 gf/mm를 유지하는 것을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 인열강도가 향상된 열가소성 폴리우레탄 필름은, 차량 등의 도장 보호필름에 적용할 경우, 기능성 코팅제의 종류와 관계없이 다양한 코팅이 가능하여 도장작업시 편의성 및 유용성이 향상되며, 아울러 보호필름으로써의 이용분야를 선박이나 항공 등 다양한 분야로 확장하여 적용할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 인열강도가 향상된 열가소성 폴리우레탄 필름(P)은, 분말형태의 나노복합체가 3 ~ 8 ppm 의 농도로 혼합되어 필름형태로 압출성형된 것으로서, 상기 필름의 상층부에 두께 10 ㎛ 또는 이와 동등한 레벨의 기능성 코팅이 된 후 인열강도가 600 gf/mm 이상인 것을 요지로 한다.

여기서, 나노복합체(10)는 전술한 바와 같이, 탄화수소계 폴리머를 쉘(Shell)로 하고 실리카(Si) 계열의 무기물을 코어(Core)로 하는 코어-쉘(Core-Shell)구조를 가지며, 분말형태에서 수력학적 지름이 300 ± 50nm의 범위로 마련될 수 있다.

또한, 열가소성 폴리우레탄 필름(P)의 두께는 150 ± 5㎛ 범위에서 마련될 수 있다.

도 6은 종래 사용되는 열가소성 폴리우레탄 필름 제품과, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 열가소성 폴리우레탄 필름의 인열강도 측정값을 나타낸 것이다.

도 6에서, 본 발명의 실시예에서 '3wt% →3%"라는 표기 중 '3wt%'는 마스터 배치(20) 제조시 열가소성 폴리우레탄 베이스 레진(30)과 혼합된 나노복합체(10)의 함량이 3 중량%라는 의미이고, '→3%"는 열가소성 폴리우레탄 필름(P)의 제조시 열가소성 폴리우레탄 베이스 레진(30)에 혼합된 마스터 배치(20)의 함량이 3중량%라는 의미이다.

도 6을 참조하면, 1차 시험에서는 마스터 배치(20)에 포함된 나노복합체(10)의 함량과 열가소성 폴리우레탄 필름(P)에 혼합되는 마스터 배치(20)의 함량을 다양하게 변경하여 시험하고, 1차 시험결과 중 인열강도가 상대적으로 높게 측정되는 마스터 배치(20)의 나노복합체(10) 함량(3wt%)에 대하여 마스터 배치(20)의 함량을 다양하게 변경하여 2차 시험을 수행한 것이다.

도 6의 시험 결과에서 보는 바와 같이, 기존에 일반적으로 사용화되는 제품에 비하여 인열강도가 최소 28%에서 최대 40%까지 향상된 것을 알 수 있다.

한편, 도 7은 도 6의 2차 시험에서 수행한 다양한 함량에 따른 열가소성 폴리우레탄 필름(P)에 대하여 코팅층을 코팅한 전후의 인열강도를 측정한 결과를 정리한 것으로 코팅 후에도 기존 제품의 코팅전 인열강도(도 6은 모두 코팅전 인열강도임)에 비하여 15%~42%가 향상된 것을 알 수 있다.

여기서, 도 6 및 7에서, 동일한 함량 조건에 대하여 측정되는 인열강도의 측정값이 다소 상이한 이유는, 열가소성 폴리우레탄 필름(P)의 제조후 숙성(에이징, Aging)시간에 다소 차이가 있기 때문이다.

즉, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 열가소성 폴리우레탄 필름(P)의 제조시, 열가소성 폴리우레탄 필름(P)의 성형 후 숙성조건은 일정온도(약 40℃)에서 2일~ 10일 정도 숙성을 진행하는 바, 대략적으로 숙성시간이 길수록 인열강도가 높게 나타나는 추세가 있음을 확인하였고, 상기 표에서는 이러한 숙성시간의 차이에 따라 서로 다른 인열강도 값을 나타내고 있다.

P : 열가소성 폴리우레탄 필름
10 : 나노복합체
20 : 마스터 배치
30 : 열가소성 폴리우레탄 베이스 레진

Claims (10)

1. 나노복합체를 제조하는 단계와;
   상기 나노복합체를 열가소성 폴리우레탄 베이스 레진(TPU Base Resin)에 분산시켜 펠릿(Pellet) 형태의 마스터 배치(Master Batch)를 제조하는 단계와;
   상기 마스터 배치를 열가소성 폴리우레탄 베이스 레진에 혼합하고 압출하여 열가소성 폴리우레탄 필름을 성형하는 단계;를 포함하되,
   상기 나노복합체를 제조하는 단계는, 탄화수소계 폴리머를 쉘(shell)로 하고, 실리카(Si) 계열의 무기물을 코어(core)로 하여 중합하여 분말형태로 제조하는 단계를 포함하되, 제조된 상기 나노복합체의 수력학적 지름(Hydrodynamic Diameter)은 300 ± 50 nm의 범위로 마련되고,
   상기 마스터 배치를 제조하는 단계는, 상기 나노복합체를 상기 열가소성 폴리우레탄 베이스 레진의 3.5 ± 0.5 중량%의 범위로 혼합하되, 상기 열가소성 폴리우레탄 베이스 레진과 상기 나노복합체는 190 ± 20℃ 범위에서 용융혼합되어 펠릿 형태로 압출성형되며,
   상기 열가소성 폴리우레탄 필름을 성형하는 단계는, 상기 마스터 배치를 상기 열가소성 폴리우레탄 베이스 레진의 1.5 ± 0.5 중량%의 범위로 혼합하여,
   분말형태의 나노복합체가 3 ~ 8 ppm 의 농도로 혼합되어 필름형태로 압출성형된 것으로서, 상기 필름의 상층부에 두께 10 ㎛ 또는 이와 동등한 레벨의 기능성 코팅이 된 후 인열강도가 600 gf/mm 이상인 인열강도가 향상된 열가소성 폴리우레탄 필름 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 마스터 배치와 상기 열가소성 폴리우레탄 베이스 레진의 압출성형온도는 197 ± 7℃범위에서 마련되는 인열강도가 향상된 열가소성 폴리우레탄 필름 제조방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 열가소성 폴리우레탄 필름의 두께는 150 ± 5㎛ 범위에서 마련되는 인열강도가 향상된 열가소성 폴리우레탄 필름 제조방법.
4. 분말형태의 나노복합체가 3 ~ 8 ppm 의 농도로 혼합되어 필름형태로 압출성형된 것으로서,
   상기 나노복합체는 탄화수소계 폴리머를 쉘(Shell)로 하고 실리카(Si)계열의 무기물을 코어로 하는 코어-쉘(Core-Shell)구조를 가지며, 분말형태에서 수력학적 지름이 300 ± 50 nm의 범위로 마련되고,
   상기 나노복합체를 열가소성 폴리우레탄 베이스 레진의 3.5 ± 0.5 중량%의 범위로 190 ± 20℃ 범위에서 용융혼합하여 펠릿 형태로 압출성형시켜 마스터 배치를 만든 후, 상기 마스터 배치를 상기 열가소성 폴리우레탄 베이스 레진의 1.5 ± 0.5 중량%의 범위로 혼합하여 열가소성 폴리우레탄 필름을 성형하되,
   상기 열가소성 폴리우레탄 필름의 상층부에 두께 10 ㎛ 또는 이와 동등한 레벨의 기능성 코팅이 된 후 인열강도가 600 gf/mm 이상인 인열강도가 향상된 열가소성 폴리우레탄 필름.
5. 제4항에 있어서,
   상기 열가소성 폴리우레탄 필름의 두께는 150 ± 5㎛ 범위에서 마련되는 인열강도가 향상된 열가소성 폴리우레탄 필름.
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제

Images