KR102201620B1 - 섬유 코팅 조성물 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

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Abstract

섬유 코팅 조성물 및 이를 제조하는 방법을 제공한다. 섬유 코팅 조성물은 실록산 부톡시지르코늄 산화물(siloxane butoxyzriconium oxide)을 포함하는 제1 파트와, 에폭시 수지, 반응성 에폭시 희석제, 디시안디아미드 (dicyandiamide), 및 체질안료를 포함하는 제2 파트를 포함하는 제1 용액 67 내지 77 중량부 및 3급 아민 유도체를 포함하는 제2 용액 25 내지 35 중량부를 포함한다.

Description

섬유 코팅 조성물 및 이를 제조하는 방법{COATING COMPOSITION FOR TEXTILE AND METHOD OF THE SAME}
본 발명은 섬유 코팅 조성물 및 이를 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고경도 및 경량화 섬유 코팅 조성물 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
건설, 제조, 청소, 또는 정육 공정의 발골 작업에서 작업자의 손이나 복부 등 신체를 보호하기 위해 스테인리스 와이어 또는 금속 재질의 무겁고 가공이 어려운 재질들로 이루어진 장갑, 신발, 또는 앞치마를 착용한다.
이러한 가공이 용이하지 않고 무거운 보호구는 다양한 디자인과 용도로 만들기 어렵고, 작업자 또는 사용자의 피로도를 높여 안전 사고의 빈도를 증대시키고 있다.
본원 발명이 해결하고자 하는 과제는 고경도를 가지면서도 경량화된 섬유 코팅 조성물 및 이를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시 예들에 따른 섬유 코팅 조성물은 실록산 부톡시지르코늄 산화물(siloxane butoxyzriconium oxide)을 포함하는 제1 파트와, 에폭시 수지, 반응성 에폭시 희석제, 디시안디아미드(dicyandiamide), 및 체질안료를 포함하는 제2 파트를 포함하는 제1 용액 67 내지 77 중량부 및 3급 아민 유도체를 포함하는 제2 용액 25 내지 35 중량부를 포함한다.
실시 예들에 따르면, 상기 실록산 부톡시지르코늄 산화물은 1 내지 5μm의 입경을 갖는 분말 형태를 가질 수 있다.
실시 예들에 따르면, 상기 제1 파트 및 제2 파트는 4 내지 10:1의 부피비로 혼합될 수 있다.
실시 예들에 따르면, 상기 제2 파트는, 상기 에폭시 수지 70 내지 80 중량부, 상기 반응성 에폭시 희석제 5 내지 13중량부, 상기 디시안디아미드 5 내지 7중량부, 및 여분의 상기 체질안료를 포함할 수 있다.
실시 예들에 따르면, 상기 체질안료는, 상기 제2 파트 내에서, 탄산칼슘 5 내지 10 중량부, 산화규소 2 내지 5 중량부, 및 유기점토 5 내지 8 중량부를 포함할 수 있다.
해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시 예들에 따른 섬유 코팅 조성물의 제조 방법은, 폴리실록산 졸(polysiloxane sol)과 부톡시지르코늄 산화물을 혼합하여, 실록산 부톡시지르코늄 산화물 분말을 형성하는 단계, 에폭시 수지, 반응성 에폭시 희석제, 디시안디아미드(dicyandiamide), 및 체질안료를 혼합한 바인더를 형성하는 단계, 상기 실록산 부톡시지르코늄 산화물 분말을 상기 바인더에서 분산시켜 용액을 형성하는 단계, 및 상기 용액을 3급 아민 유도체와 혼합하는 단계를 포함한다.
실시 예들에 따르면, 상기 실록산 부톡시지르코늄 산화물 분말을 형성하는 단계는, 테트라에틸 오소실리케이트 (tetraethyl orthosilicate, TEOS) 32 내지 38 중량부, 증류수 58 내지 64 중량부, 및 암모니아 2 내지 3 중량부 혼합하여, 상기 실리카 졸을 형성하는 단계, 에틸렌디아민테트라아세트산 (ethylenediaminetetraacetic acid, EDTA) 1 내지 2 중량부, 노르말부탄올(n-butanol) 90 내지 95 중량부, 및 암모니아 4 내지 8 중량부를 혼합하여 제1 혼합물을 형성하는 단계, 20% 부탄올(butanol)을 함유하고 있는 지르코늄 부톡사이드 (zirconium butoxide) 95 내지 98 중량부, 노르말부탄올 0.5 내지 1.0 중량부, 및 증류수 1 내지 3 중량부를 혼합하여 제2 혼합물을 형성하는 단계, 상기 제1 혼합물 및 제2 혼합물을 혼합하여, 부톡시지르코늄 산화물을 형성하는 단계; 상기 폴리실록산 졸과 상기 부톡시지르코늄 산화물을 50 내지 60℃에서 축합반응하여, 상기 실록산 부톡시지르코늄 산화물을 형성하는 단계, 상기 실록산 부톡시지르코늄 산화물을 100 내지 140℃에서 건조시켜 고체 상태의 실록산 부톡시지르코늄 산화물 결정을 회수하는 단계, 및 1 내지 5μm의 입경을 갖도록 상기 실록산 부톡시지르코늄 산화물을 분쇄하는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예들에 따르면, 상기 바인더를 형성하는 단계는, 상기 에폭시 수지 70 내지 80 중량부, 상기 반응성 에폭시 희석제 5 내지 13중량부, 상기 디시안디아미드 5 내지 7중량부, 탄산칼슘 5 내지 10 중량부, 산화규소 2 내지 5 중량부, 및 유기점토 5 내지 8 중량부를 혼합하여 바인더 혼합물을 형성하는 단계, 및 상기 바인더 혼합물에 2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilane을 첨가하여 냉각을 시키면서 분산시키는 단계를 포함할 수 있다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시 예들에 따르면, 실록산 부톡시지르코늄 산화물을 제조함으로써, 지르코니아에 소수성 작용기를 부여하여 내오염성을 향상시킬 수 있다.
반응성 에폭시 희석제를 사용함으로써, 에폭시 수지의 저점도 유지와 용제를 사용하지 않으면서도 높은 체질안료 함량을 유지하며, 높은 가교밀도를 유지할 수 있다. 반응성 에폭시 희석제의 이러한 기능에 의해 높은 후막 및 높은 솔리드 함량에 의해 실크스크린의 패턴을 잘 형성할 수 있다.
실리카 졸의 초기 입경이 수 내지 수십 nm의 크기로써, 실록산 부톡시지르코늄 산화물이 μm 크기의 체질안료 내에 충진되는 구조를 가질 수 있다. 따라서, 후술되는 도막의 높은 경도를 부여하고, 나아가 난연 특성을 부여할 수 있다.
체질안료를 사용함으로써, 도막형성 후 후막성을 유지시키며 도막의 거친면을 보완하여 내마모성을 높이며, 내마모성과 경도를 높이고, 후막에서의 흐름 방지성능과 후막유지와 높은 칙소성을 부여하여 실크스크린 작업성을 확보할 수 있다.
실록산 부톡시지르코늄 산화물 분말의 제1 파트와 바인더를 포함하는 제2 파트는 분리 공정으로 따로 제조되어 저장 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 섬유 코팅 조성물 제조 방법을 설명하기 위한 다이어그램이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 부톡시지르코늄 산화물의 합성 기작을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 실록산 부톡시지르코늄 산화물의 축합반응 기작을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에폭시 수지의 구조를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에폭시 수지, 디시아디아미드, 및 3가 아민 유도체의 경화 기작을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에폭시 수지의 단독 경화 기작을 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디시안디아미드의 추가 경화 반응 기작을 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디시안디아미드의 재배치 경화 반응 기작을 보여주는 도면이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명한다. 그러나 본 발명은, 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예들에 따른 섬유 코팅 조성물 및 이를 제조하는 방법을 설명하기로 한다.
우선, 지르코니아 및 실리카의 전반적인 특성에 대하여 살펴보기로 한다.
지르코니아
지르코니아(ZrO2)는 세가지 구조를 갖는다. 1170°C 이하에서는 단사정계(monoclinic) 구조, 1170°c 내지 2370°c 에서는 정방정계 (tetragonal) 구조, 그리고, 2370°c 이상에서는 단순입방(cubic) 구조를 가질 수 있다. 또한, 지르코니아는, 이트리아나(yittria) 및 세리아(ceria)와 같은 3가 안정제를 필요로 하지 않으며 작은 사이즈 즉, 나노사이즈 크기로 만들 수 있다. 또한, 지르코니아의 단사정계는 내열성이 강한 흰색의 결정체로 밀도가 5.68 g/cm3이며, 녹는점이 2,715℃, 굴절률 2.13로 매우 단단하며 낮은 열전도성, 열절연성(α=11 x 10-6/K), 불연특성, 산소 이온 전도성, 우수한 내마모성, 높은 파열인성(6.5 내지 8 Mpa/m2)을 가진 물질로 우수한 전기적, 광학적, 물리적, 화학적 안정을 가지고 있다. 특히, 나노실리카의 표면에 분포시킴으로써 나노실리카의 약점인 내화학성을 보완해 줄 수 있다.
지르코니아는 고경도 특성이며, 기존 마이크로 사이즈의 실리카보다 밀도가 2.1배가 넘는 높은 경도를 갖는다. 마치 강철과 같은 높은 경도를 유기 수지와 결합시켜 가볍고, 응용이 용이한 새로운 타입의 코팅제를 제조할 수 있다. 또한, 지르코니아는 2370°C에서 단순입방구조로 만들어 다이아몬드 모조재로 사용하고 있으며 다이아몬드가 10의 모스경도인데 반해 약 8정도 모스경도를 갖는다. 따라서 이러한 우수한 경도와 내마모성 특성으로 치과용 세라믹재료나 브레이크 소재로도 사용되고 있다. 그리고, 불연특성, 낮은 열전도 특성으로 인해 제트엔진 소재나 디젤엔진 내부코팅제등 열차단을 위한 절연재로 각광받고 있는 원소이다.
실리카
실리카(SiO2)는 현재 주로 사용되는 졸-겔 프로세스의 주 원료이며, 결정성의 석영상태와 무정형의 아모포스(amorphous) 상태를 가지며, 투명한 고체나 흰색의 결정을 가진다. 밀도는 석영일 경우, 2.648 g/cm3, 무정형일 경우, 2.196 g/cm3을 갖는다. 녹는점 1.713℃로 지구상에 매우 풍부한 자원이다.
실리카는 특유의 안정성과 Si-O-Si 결합의 견고성 등 다양한 장점들을 가지고 있다. 이는 Si-O-Si 의 결합 각도가 143°이며 O-Si-O 의 각도가 110°유기수지가 일반적으로 가지는 테트라헤드랄 구조의 109.5°보다 넓으며, 결합길이에서도, 폴리디메틸실록산의 Si-O가 1.64Å이며, 전형적인 유기화학 결합 길이인 C-C, 1.54Å보다 길다. 결합 에너지는 Si-O 452kJ/mol으로, C-C 346KJ/mol로 구조의 유연성과 결합력이 뛰어나 기존의 유기수지보다 내열성이 매우 좋은 특성을 가진다.
이러한 실리카의 제조 방법은 졸-겔 프로세스이며 이것은 일반적으로 가수분해 반응과 축합반응의 과정을 가진다. Si-O-Si의 폴리실록산 중추골격을 합성하는 일반적인 방법은 화학식 1과 같다.
Figure 112020110718611-pat00001
또한, 폴리실록산의 일반적인 구조는 3차원 망상 구조이며, 화학식 2와 같은 형태를 갖는다.
Figure 112020110718611-pat00002
이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 섬유 코팅 조성물을 설명하기로 한다.
섬유 코팅 조성물은 실록산 부톡시지르코늄 산화물(siloxane butoxyzriconium oxide)을 포함하는 제1 용액 및 경화제를 포함하는 제2 용액을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 섬유 코팅 조성물은 65 내지 77 중량부의 제1 용액과 25 내지 25 중량부의 제2 용액을 포함할 수 있다.
제1 용액
제1 용액은 실록산 부톡시지르코늄 산화물을 포함하는 제1 파트와, 에폭시 수지, 반응성 에폭시 희석제, 디시안디아미드, 및 체질안료를 포함하는 제2 파트를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 제1 파트 및 제2 파트는 4 내지 10:1의 부피비로 혼합될 수 있다.
실록산 부톡시지르코늄 산화물은 1 내지 5μm의 입경을 갖는 분말 형태를 가질 수 있다. 실록산 부톡시지르코늄 산화물은, 지르코늄 산화물에 소수성기를 부여하여, 지르코늄의 높은 경도 및 불연성과 함께, 내오염성 및 발수성을 특성을 가질 수 있다.
제2 파트는 70 내지 80 중량부의 에폭시 수지, 5 내지 13중량부 반응성 에폭시 희석제, 5 내지 7중량부의 디시안디아미드, 및 여분의 체질안료를 포함할 수 있다.
에폭시 수지는 바인더로 사용된다. 바인더인 에폭시 수지는, 섬유와의 부착, 코팅 및 무기물들의 고착 역할을 할 수 있다. 본 실시 예에서, 에폭시 수지는 비스페놀에이(bispenol-A)의 구조를 가지며 에폭시 당량 180 내지 190g의 규격으로 상온에서의 점도가 11,000 내지 14,000 CPS이며, 수지 비중은 1.10 내지 1.20 인 것을 사용할 수 있다.
반응성 에폭시 희석제는 에폭시 수지의 저점도를 유지하고 용제를 사용하지 않으면서 높은 체질안료 함량을 유지하기 위하여 사용될 수 있다. 특히, 반응성 에폭시 희석제는 저점도성과 높은 가교 밀도를 유지하기 위하여, 상온 점도가 100CPS 이하이며 3가의 지방산을 가진 글리시딜 에스테르(glycidyl ester)의 구조로 에폭시 당량은 200 내지 270g 범위에 있는 것을 사용할 수 있다. 반응성 에폭시 희석제의 이러한 특징으로 인해, 높은 후막과 높은 솔리드 함량에 의한 실크스크린의 패턴을 잘 형성할 수 있다.
디시안디아미드는 경화제이다. 디시아닌디아마드는 백색 고체로 녹는점이 210 ℃로써, 180 ℃ 이하에서 반응성이 떨어지는 특징을 가지고 있어 다른 체질안료들과 같이 분산공정을 거쳐 사용될 수 있다.
체질안료는 탄산칼슘, 산화규소, 및 유기점토를 포함할 수 있다. 본 실시 예에서, 체질안료는 5 내지 10 중량부의 탄산칼슘, 2 내지 5 중량부의 산화규소, 및 5 내지 8 중량부의 유기점토를 포함할 수 있다.
탄산칼슘은 입경 44μm 이하이며, 도막형성 후 후막성을 유지시키며 도막의 거친면을 보완하여 내마모성을 높이는 역할을 할 수 있다.
산화규소는 내마모성과 경도를 높여주는 역할을 하나, 본 실시 예에서는 산화규소가 가지는 높은 흡유량과 광택 저하 문제가 있어, 2 내지 5 중량부로 적게 사용한다.
유기점토는 체질안료이면서, 칙소성(thixotropic) 조절제로 사용될 수 있다. 유기점토는 내마모성 경도를 높이며 높은 칙소성을 나타낸다. 본 실시 예에서 유기점토는 유기 세피올라이트(organic sepiolite)를 사용할 수 있다. 세피올라이트 계열은 칙소성을 조절할 수 있으며, 유기 성분은 벤질과 탄소 10에서 20개가 붙은 알킬(alkyl)과 디메딜클로라이드(dimethyl chloride)가 붙은 4가 암모늄을 적용할 수 있다. 유기 세피올라이트는 후막에서의 흐름 방지성능과 후막유지와 높은 칙소성을 부여하여 실크스크린 작업성을 확보할 수 있다. 또한, 칙소성 특성으로 인하여, 레올로지(rheology)가 확보되며, 도막의 패턴 및 문양을 형성할 수 있다.
제2 용액
3급 아민 유도체는 제1 용액의 디시안디아미드의 반응온도를 180℃ 이상에서 작업 가능 온도인 100 내지 120℃에서 3 내지 5분 동안 경화하는 것이 가능하게 하는 촉매제로 사용될 수 있다.
본 실시 예에 따르면, 3급 아민 유도체는 에폭시 수지와 카르복실산(carboxylic acid)을 포함할 수 있다. 또한, 제1 용액의 반응성 에폭시 희석제와 3급 아민 유도체는 1:3 내지 9의 부피비로 배합될 수 있다.
3급 아민 유도체를 사용함으로써, 섬유에 실시 예들에 따른 섬유 코팅 조성물을 이용하여 도막을 형성할 때, 디시안디아미드의 반응온도를 낮추어, 도막이 저온에서 보다 빠르게 경화될 수 있다.
이하에서는, 섬유 코팅 조성물 제조 방법을 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 섬유 코팅 조성물 제조 방법을 설명하기 위한 다이어그램이다.
도 1을 참조하면, 제1 파트 및 제2 파트를 각각 제조하고, 제1 파트 및 제2 파트를 혼합한 제1 용액과 제2 용액을 혼합하여 섬유 코팅 조성물을 형성할 수 있다. 이어서, 섬유에 도포하여 도막을 형성할 수 있다.
[제1 파트의 제조]
폴리실록산 졸(polysiloxane sol)과 부톡시지르코늄 산화물을 혼합하여, 실록산 부톡시지르코늄 산화물 분말을 포함하는 제1 파트를 형성할 수 있다.
폴리실록산 졸의 제조
테트라에틸 오소실리케이트 (tetraethyl orthosilicate, TEOS, 98% min) 32 내지 38 중량부, 증류수 58 내지 64 중량부, 및 암모니아 2 내지 3 중량부를 20분 동안 300 내지 400rpm 속도로 교반하여 가수분해할 수 있다. 이후, 실온에서 2시간 동안 400rpm의 속도로 교반하여 실리케이트의 축합반응을 유도할 수 있다. 초기 입경이 5 내지 20 nm의 나노-실리카 졸이 형성되며 표면장력에 의해 구형의 형태를 유지할 수 있다.
부톡시지르코늄 산화물의 제조
에틸렌디아민테트라아세트산 (ethylenediaminetetraacetic acid, EDTA, 99.5%) 1 내지 2 중량부, 노르말부탄올(n-butanol, 95%) 90 내지 95 중량부, 및 암모니아(25%) 4 내지 8 중량부를 실온에서 15분간 교반하여 제1 혼합물을 형성할 수 있다.
질소 퍼징하는 상태에서, 20% 부탄올(butanol)을 함유하고 있는 지르코늄 부톡사이드(zirconium butoxide, 80%) 95 내지 98 중량부, 노르말부탄올 0.5 내지 1.0 중량부, 및 증류수 1 내지 3 중량부를 실온에서 15분간 교반하여 제2 혼합물을 형성할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 부톡시지르코늄 산화물의 합성 기작을 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 제1 혼합물 및 제2 혼합물을 실온에서 300 내지 500rpm으로 20 내지 30분 교반하여 부톡시지르코늄 산화물을 형성할 수 있다.
실록산 부톡시지르코늄 산화물 분말 제조
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 실록산 부톡시지르코늄 산화물의 축합반응 기작을 보여주는 도면이다.
도 3을 참조하면, 폴리실록산 졸과 부톡시지르코늄 산화물을 혼합하여 50 내지 60℃에서 18 내지 24시간 동안 교반하여, 폴리실록산 코어 위에 부톡시지르코늄 산화물이 축합반응을 수행할 수 있다.
축합반응 후, 완성된 실록산 부톡시지르코늄 산화물의 초기 입경은 50 내지 90nm일 수 있다. 다시 120℃에서 24시간 건조하여 고체상태의 실록산 부톡시지르코늄 산화물의 결정을 회수할 수 있다. 회수된 백회색의 실록산 부톡시지르코늄 산화물 분말을 볼밀(ball-mill)을 사용하며 분쇄하여, 분쇄 입경은 최종 코팅제에 적용할 수 있게 1 내지 5 μm일 수 있다.
제조된 실록산 부톡시지르코늄 산화물에서, 지르코늄 알콕시기를 도입하여, 소수성 작용기를 부여할 수 있다. 후속하여 형성되는 도막에서, 소수성 작용기는 우수한 내오염성을 나타낼 수 있다.
[제2 파트의 제조]
이어서, 에폭시 수지, 반응성 에폭시 희석제, 디시안디아미드(dicyandiamide), 및 체질안료를 혼합한 제2 파트를 형성할 수 있다.
에폭시 수지 70 내지 80 중량부, 반응성 에폭시 희석제 5 내지 13중량부, 디시안디아미드 5 내지 7중량부, 탄산칼슘 5 내지 10 중량부, 산화규소 2 내지 5 중량부, 및 유기점토 5 내지 8 중량부를 혼합하여 바인더 혼합물을 형성할 수 있다.
에폭시 수지는 주요 바인더이고, 디시아디아미드는 주요 경화제이다. 반응성 에폭시 희석제는 에폭시 수지의 저점도 유지와 용제를 사용하지 않으면서도 높은 체질안료 함량을 유지하기 위하여 사용되며, 높은 가교밀도를 유지할 수 있다. 반응성 에폭시 희석제의 이러한 기능에 의해 높은 후막 및 높은 솔리드 함량에 의해 실크스크린의 패턴을 잘 형성할 수 있다.
탄산칼슘은 입경 44μm 이하이며, 도막형성 후 후막성을 유지시키며 도막의 거친면을 보완하여 내마모성을 높이는 역할을 할 수 있다. 산화규소는 내마모성과 경도를 높여주는 역할을 할 수 있다. 유기점토는 체질안료이면서, 칙소성(thixotropic) 조절제로 사용될 수 있으며, 예컨대 유기 세피올라이트를 사용할 수 있다. 유기 세피올라이트는 후막에서의 흐름 방지성능과 후막유지와 높은 칙소성을 부여하여 실크스크린 작업성을 확보할 수 있다.
바인더 혼합물을 부착 증진제를 첨가하여 분산시킬 수 있다. 본 실시 예에서, 부착 증진제는 2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilane을 포함할 수 있다. 분산 공정은 고점도 분산기(플래너터리 믹서, planetary mixer)를 사용하여 300 내지 600rpm의 속도로 냉각을 시키면서 3 내지 5시간 동안 수행될 수 있다. 이때, 분산 공정은 반드시 냉각을 시켜서 렛다운 시행하여야 하며 분산 후 점도는 약 60,000 내지 80,000CPS일 수 있다.
실록산 부톡시지르코늄 산화물 분말의 제1 파트와 바인더를 포함하는 제2 파트는 분리 공정으로 따로 제조되어 저장 안정성을 향상시킬 수 있다. 즉, 제1 파트 및 제2 파트는 사용 시 혼합될 수 있다.
[제1 용액 제조]
실록산 부톡시지르코늄 산화물 분말의 제1 파트를 바인더를 포함하는 제2 파트에서 분산시켜 제1 용액을 형성할 수 있다.
제1 파트 및 제2 파트는 4 내지 10:1의 부피비로 혼합되어, 고점도 분산기를 사용하여 200 내지 300 rpm의 속도로 1시간 내지 2시간 동안 분산시킬 수 있다. 이때 반드시 냉각을 시켜서 렛다운해야 한다. 제1 용액의 점도는 80,000 내지 120,000CPS일 수 있다.
전술한 바와 같이, 제1 용액 내 실록산 부톡시지르코늄 산화물은 소수성기가 부여되어 그로 인하여 내오염성이 향상될 수 있다. 또한, 실록산 부톡시지르코늄 산화물은 유기수지와의 상용성까지 부여될 수 있다.
실리카 졸의 초기 입경이 수 내지 수십 nm의 크기로써, 실록산 부톡시지르코늄 산화물이 μm 크기의 체질안료 내에 충진되는 구조를 가질 수 있다. 따라서, 후술되는 도막의 높은 경도를 부여하고, 나아가 난연 특성을 부여할 수 있다.
[제2 용액]
에폭시 수지와 카르복실산(carboxylic acid)을 포함하는 3급 아민 유도체를 준비한다. 이때, 제1 용액의 반응성 에폭시 희석제와 3급 아민 유도체는 1:3 내지 9의 부피비로 배합될 수 있다.
[섬유 코팅 조성물 제조]
67 내지 77 중량부의 제1 용액 및 25 내지 35 중량부의 제2 용액을 혼합하여 섬유 코팅 조성물을 제조할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시 예에서, 주요 바인더인 에폭시 수지, 경화제인 디시아디아미드, 및 3가 아민 경화 촉매제의 기작에 대하여 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에폭시 수지의 구조를 보여주는 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에폭시 수지, 디시아디아미드, 및 3가 아민 유도체의 경화 기작을 보여주는 도면이다. 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에폭시 수지의 단독 경화 기작을 보여주는 도면이다. 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디시안디아미드의 추가 경화 반응 기작을 보여주는 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디시안디아미드의 재배치 경화 반응 기작을 보여주는 도면이다.
도 5 내지 도 6을 참조하면, 에폭시 수지는 단독으로 경화될 수 있으며, 디시아디아미드, 및 3가 아민 유도체를 통해 보다 빠르고 낮은 온도에서 경화될 수 있다. 도 7 및 도 8에서는 디시안디아미드의 경화 반응 기작을 확인할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예들에 의해 제조된 섬유 코팅 조성물을 이용하여 도막을 형성하여, 물성 실험 결과에 대하여 알아보도록 한다.
도막 형성 시, 작업 점도는 50,000 내지 100,000CPS이며, 도장 방법은 자동 실크 스크린 방법을 이용하며, 소재는 면, 폴리에스테르, 나일론, 또는 혼방 소재 등 다양한 섬유가 가능하다. 경화 온도는 100 내지 120℃이며, 경화 시간은 3분 정도이다.
물성 실험한 항목 및 결과는 표 1를 참조한다.
항 목 결 과
경화성 MEK 러빙 실험 100회
부착성 경화 후 섬유 꾸긴 후 손톱으로 박리 양호
패턴형성 지름 2mm, 두께 2mm 형성 양호
경도 연필경도(미쯔비시 유니, AAMA 2605-05) 9H 이상
내오염성 유성사인펜, 수성사인펜, 구두약, 볼펜,
적색 크레용 지움성(KSM3802)		 양호
작업성 실크스크린 인쇄 양호
내약품성 H2S04, 양호
표 1에 설명된 바와 같이, 경화성, 부착성, 경도, 내오염성, 및 내약품성 모두 양호하다. 또한, 패턴 형성도 양호한 것으로 보아, 실크스크린을 통한 다양한 보호 패턴이 가능하다. 또한, 코팅 시 다양한 문양과 패턴을 만들 수 있어 디자인 적인 면에서도 유리할 것으로 보인다.이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (8)

  1. 실록산 부톡시지르코늄 산화물(siloxane butoxyzriconium oxide)을 포함하는 제1 파트와, 에폭시 수지, 반응성 에폭시 희석제, 디시안디아미드 (dicyandiamide), 및 체질안료를 포함하는 제2 파트를 포함하는 제1 용액 67 내지 77 중량부; 및
    3급 아민 유도체를 포함하는 제2 용액 25 내지 35 중량부를 포함하는 섬유 코팅 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실록산 부톡시지르코늄 산화물은 1 내지 5μm의 입경을 갖는 분말 형태의 섬유 코팅 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 파트 및 제2 파트는 4 내지 10:1의 부피비로 혼합되는 섬유 코팅 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 파트는,
    상기 에폭시 수지 70 내지 80 중량부;
    상기 반응성 에폭시 희석제 5 내지 13중량부;
    상기 디시안디아미드 5 내지 7중량부; 및
    여분의 상기 체질안료를 포함하는 섬유 코팅 조성물.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 체질안료는, 상기 제2 파트 내에서,
    탄산칼슘 5 내지 10 중량부;
    산화규소 2 내지 5 중량부; 및
    유기점토 5 내지 8 중량부를 포함하는 섬유 코팅 조성물.
  6. 폴리실록산 졸(sol)과 부톡시지르코늄 산화물을 혼합하여, 실록산 부톡시지르코늄 산화물 분말을 형성하는 단계;
    에폭시 수지, 반응성 에폭시 희석제, 디시안디아미드(dicyandiamide), 및 체질안료를 혼합한 바인더를 형성하는 단계;
    상기 실록산 부톡시지르코늄 산화물 분말을 상기 바인더에서 분산시켜 용액을 형성하는 단계; 및
    상기 용액을 3급 아민 유도체와 혼합하는 단계를 포함하는 섬유 코팅 조성물 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 실록산 부톡시지르코늄 산화물 분말을 형성하는 단계는,
    테트라에틸 오소실리케이트 (tetraethyl orthosilicate, TEOS) 32 내지 38 중량부, 증류수 58 내지 64 중량부, 및 암모니아 2 내지 3 중량부 혼합하여, 상기 폴리실록산 졸을 형성하는 단계;
    에틸렌디아민테트라아세트산 (ethylenediaminetetraacetic acid, EDTA) 1 내지 2 중량부, 노르말부탄올(n-butanol) 90 내지 95 중량부, 및 암모니아 4 내지 8 중량부를 혼합하여 제1 혼합물을 형성하는 단계;
    20% 부탄올(butanol)을 함유하고 있는 지르코늄 부톡사이드 (zirconium butoxide) 95 내지 98 중량부, 노르말부탄올 0.5 내지 1.0 중량부, 및 증류수 1 내지 3 중량부를 혼합하여 제2 혼합물을 형성하는 단계;
    상기 제1 혼합물 및 제2 혼합물을 혼합하여, 부톡시지르코늄 산화물을 형성하는 단계;
    상기 폴리실록산 졸과 상기 부톡시지르코늄 산화물을 50 내지 60℃에서 축합반응하여, 상기 실록산 부톡시지르코늄 산화물을 형성하는 단계;
    상기 실록산 부톡시지르코늄 산화물을 100 내지 140℃에서 건조시켜 고체 상태의 실록산 부톡시지르코늄 산화물 결정을 회수하는 단계; 및
    1 내지 5μm의 입경을 갖도록 상기 실록산 부톡시지르코늄 산화물을 분쇄하는 단계를 포함하는 섬유 코팅 조성물 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 바인더를 형성하는 단계는,
    상기 에폭시 수지 70 내지 80 중량부, 상기 반응성 에폭시 희석제 5 내지 13중량부, 상기 디시안디아미드 5 내지 7중량부, 탄산칼슘 5 내지 10 중량부, 산화규소 2 내지 5 중량부, 및 유기점토 5 내지 8 중량부를 혼합하여 바인더 혼합물을 형성하는 단계; 및
    상기 바인더 혼합물에 2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilane을 첨가하여 냉각을 시키면서 분산시키는 단계를 포함하는 섬유 코팅 조성물 제조 방법.
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