KR102369888B1 - 합성수지 원단을 적용한 고강도 비도전 또는 반도전 부풀음 테이프 및 그 제조방법 - Google Patents

합성수지 원단을 적용한 고강도 비도전 또는 반도전 부풀음 테이프 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 합성수지 원단을 적용한 고강도 비도전 또는 반도전 부풀음 테이프 및 그 제조방법에 관한 것이다. 합성수지 원단을 적용한 고강도 부풀음 테이프는 합성수지 원사가 메쉬 구조 또는 단방향으로 배치된 구조를 갖는 합성수지 원단층을 도입함으로써 인장강도를 크게 향상시키는 동시에 합성수지 원사 사이로 접착제 성분이 통과할 수 있어 부직포 간의 접착력이 약화되지 않는 이점을 가지며, 가지며 케이블 생산 시 높아진 인장강도로 인해 케이블 생산성이 증대된다.

Description

합성수지 원단을 적용한 고강도 비도전 또는 반도전 부풀음 테이프 및 그 제조방법 {NON-CONDUCTIVE OR SEMI-CONDUCTIVE REINFORCED SWELLABLE TAPE APPLIED BY SYNTHETIC RESIN FABRIC AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 합성수지 원단을 적용한 고강도 비도전 또는 반도전 부풀음 테이프 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 합성수지 원사가 메쉬 또는 단방향으로 배치된 구조를 갖는 합성수지 원단층을 도입함으로써 인장강도를 크게 향상시키는 동시에 부직포 간의 접착력이 약화되지 않는 이점을 가지며 케이블 생산 시 높아진 인장강도로 인해 케이블 생산성이 증대된 부풀음 테이프 및 그 제조방법에 관한 것이다.
전력 케이블, 고압 케이블, 통신케이블 또는 광통신케이블의 경우 관로나 지중의 물이 침투하여 케이블의 미세한 공극을 따라 선로로 퍼지는 현상이 발생되는데 케이블에 물이 침투하게 되면 전력선 케이블의 경우 대부분 절연층의 열화 현상을 촉진시켜 절연성을 저하시키게 되고, 광통신 케이블의 경우 이러한 열화 현상을 발생하지 않지만 케이블 중간의 터미널로 흘러들어 파손시키는 원인이 된다. 근래에는 해수용, 해저용, 원자력용 고압 케이블의 수요도 증대되면서 물에 노출될 수 있는 환경에 처해 있다는 특성상 고압 케이블 및 통신케이블 또는 광통신케이블의 방수 또는 차수를 효과적으로 할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
이를 달성하기 위해 통상 부풀음(swellable) 테이프 또는 얀(yarn)이 사용되는데, 부풀음 테이프는 팽윤성을 갖는 재질로 제조되어 케이블의 도체 또는 중성선 위아래에 감김으로써 수분 침투 시 부풀려지면서 부풀려진 팽윤 압력으로 수분 침투를 막을 수 있다. 따라서 부풀음 테이프 또는 얀은 수분 흡수속도, 즉 초기에 수분을 얼마나 빠르게 흡수할 수 있는지와 얼마나 많이 흡수할 수 있는지 여부가 가장 중요하다. 이러한 부풀음 테이프 또는 얀은 팽윤성 물질을 포함하는 접착제를 제조하고 이를 부직포 또는 폴리에스터 실 등에 코팅함으로써 제조할 수 있는데, 상기 접착제의 방수 또는 흡수 성능, 접착성, 작업성 등을 향상시킬 필요가 있다.
또한 부풀음 테이프는 부직포 원단을 주로 사용하여 제작되는 특성상 인장강도를 향상시키는 방법이 제한적인데, 이를 해결할 수 있는 기술이 필요한 실정이다.
국내공개특허공보 제2003-0035409호
이에 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 인장강도를 향상시키는 동시에 부직포 간의 접착력이 약화되지 않는 고강도 부풀음 테이프를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 위와 같은 고강도 부풀음 테이프의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블용 부풀음 테이프는 제1 부직포층; 상기 제1 부직포층 상에 형성된 합성수지 원단층; 및 상기 합성수지 원단층 상에 형성된 접착제층을 포함하되, 상기 합성수지 원단층은 합성수지 원사가 메쉬(mesh) 형상으로 배치되거나 단방향으로 배치된 구조를 갖고, 상기 접착제층은 고흡수성수지를 포함한다.
상기 합성수지 원사는 PET(Polyethylene terephthalate) 원사일 수 있다.
상기 합성수지 원사는 500-1000 d의 굵기를 갖는 것일 수 있다.
상기 합성수지 원단층은 상기 합성수지 원사에 의해 9-15개/inch의 격자를 갖도록 형성되거나, 상기 합성수지 원사가 단방향으로 2-6개/inch 배치되어 형성될 수 있다.
상기 접착제층 상에 배치된 제2 부직포층을 더 포함할 수 있다.
상기 접착제층은 폴리비닐알코올 6-15 중량부; 알데하이드 0.5-2 중량부; 질산 0.15-0.35 중량부; 가성소다 0.15-0.35 중량부; 고흡수성수지 15-30 중량부; 라우릴에테르 1-2.5 중량부; 내열성 보강제 0.05-0.6 중량부; 및 메탄올 또는 에탄올 수용액 25-55 중량부를 포함할 수 있다.
상기 메탄올 또는 에탄올 수용액은 메탄올 또는 에탄올과 물이 5:5 내지 6:4의 중량비로 혼합된 것일 수 있다.
상기 고흡수성수지는 하기 (1) 내지 (3) 중 하나 이상을 만족할 수 있다.
(1) 입도 분포: 입도 75 μm 이하인 입자 80 wt% 이상 및 입도 75-150 μm인 입자 15 wt% 이하
(2) 순간흡수속도: 5초 이하
(3) 흡수속도: 30초에서 8 mm 이상 및 1분에서 13 mm 이상
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 부풀음 테이프는 합성수지 원사가 메쉬 또는 단방향으로 배치된 구조를 갖는 합성수지 원단층을 도입함으로써 인장강도를 크게 향상시키는 동시에 합성수지 원사 사이로 접착제 성분이 통과할 수 있어 부직포 간의 접착력이 약화되지 않는 이점을 가지며, 케이블 생산 시 높아진 인장강도로 인해 케이블 생산성이 증대된다.
본 발명의 실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블용 부풀음 테이프의 적층 구조를 나타낸 모식도이다.
도 2 및 3은 본 발명의 실시예들에 따른 합성섬유 원사에 의한 격자 구조 및 단방향 배치 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실험예에 따라 제조된 접착제 조성물의 안정성을 관찰한 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실험예에 따른 고흡수성수지들의 SEM 이미지이다.
도 5는 고흡수성수지들의 흡수속도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, '및/또는'은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. '-' 또는 '내지'를 사용하여 나타낸 수치 범위는 다른 언급이 없는 한 그 앞과 뒤에 기재된 값을 각각 하한과 상한으로서 포함하는 수치 범위를 나타낸다. '약' 또는 '대략'은 그 뒤에 기재된 값 또는 수치 범위의 20 % 이내의 값 또는 수치 범위를 의미한다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
그리고 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블용 부풀음 테이프의 적층 구조를 나타낸 모식도이다. 본 발명에서 '케이블'이란 전력 케이블, 고압 케이블, 통신케이블 또는 광통신케이블을 의미하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 케이블용 부풀음 테이프는 제1 부직포층, 제1 부직포층 상에 형성된 합성수지 원단층 및 합성수지 원단층 상에 형성된 접착제층을 포함한다. 또한, 접착제층 상에 배치된 제2 부직포층을 더 포함할 수 있다. 합성수지 원단층은 합성수지 원사가 메쉬(mesh) 형상으로 배치되거나 단방향으로 배치된 구조를 갖고, 접착제층은 고흡수성수지를 포함한다.
도 2 및 3을 참조하면, 합성수지 원단층은 합성수지 원사가 가로방향(CD)과 세로방향(MD)로 배치되어 격자구조를 가질 수도 있고, 가로 또는 세로 중 단방향으로만 배치될 수도 있다.
합성수지 원사는 PET(Polyethylene terephthalate) 원사일 수 있고, 500-1000 d의 굵기를 갖는 것일 수 있다. 또한, 합성수지 원단층은 메쉬 구조일 경우 합성수지 원사에 의해 9-15개/inch의 격자를 갖도록 형성될 수 있으며, 단방향의 합성수지 원사로 형성된 제품의 경우 단방향(예를 들어 세로방향)으로 2-6개/inch 배치되도록 형성될 수 있다.
본 발명의 케이블용 부풀음 테이프는 한 쌍의 부직포 사이에 고흡수성수지가 포함된 접착제가 개재되고 그 사이에 합성수지 원단층을 도입함으로써 인장강도를 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 메쉬 구조 또는 단방향 구조는 원사들 사이로 접착제 성분이 통과할 수 있기 때문에 부직포 간의 접착력이 약화되지 않는다.
이러한 본 발명의 케이블용 부풀음 테이프는 인장강도가 30 kg/3cm 이상, 바람직하게는 35 kg/3cm 이상, 보다 바람직하게는 37 kg/3cm 이상일 수 있고, 인장강도는 45 kg/3cm 이하일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 부직포층은 비도전성(Non-conductive) 또는 반도전성(Semi-conductive) 부직포층일 수 있는데, 반도전성 부직포층은 부직포에 카본블랙을 첨가하여 제조할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 제2 부직포층은 생략할 수 있다. 즉, 본 발명의 부풀음 테이프는 도 1a과 같이 제1 및 제2 부직포를 모두 사용하는 2 ply 구조일 수도 있고, 도 1b와 같이 제1 부직포만을 사용하는 1 ply 구조일 수도 있다.
상기 접착제층을 이루는 접착제 조성물은 폴리비닐알코올 6-15 중량부, 알데하이드 0.5-2 중량부, 질산 0.15-0.35 중량부, 가성소다 0.15-0.35 중량부, 고흡수성수지 15-30 중량부, 라우릴에테르 1-2.5 중량부, 내열성 보강제 0.05-0.6 중량부 및 메탄올 또는 에탄올 수용액 25-55 중량부를 포함한다.
본 발명의 접착제 조성물이 상기 성분들을 상기 함량으로 '포함한다'는 것은 제조가 완료된 조성물에 포함된 성분들이 상기 함량으로 존재하는 경우는 물론, 상기 함량의 성분들을 사용하여 제조된 경우도 의미할 수 있다. 즉, 일부 성분이 제조과정에서 반응에 의해 다른 생성물로 변화된 경우도 포함할 수 있다.
본 발명의 접착제 조성물에 포함된 성분 및 그 기능을 정리하면 하기 표 1과 같다.
성분 함량 (중량부) 기능
폴리비닐알코올 6-15 폴리머
알데하이드 0.5-2 내수성보강제
질산 0.15-0.35 산촉매
가성소다 0.15-0.35 반응종결제, pH조절제
고흡수성수지 15-30 물팽창수지
라우릴에테르 1-2.5 계면활성제
내열성 보강제 0.05-0.6 -
메탄올 또는 에탄올 수용액 25-55 용매
상기 메탄올 또는 에탄올 수용액은 메탄올 또는 에탄올과 물이 5:5 내지 6:4의 중량비로 혼합된 용액일 수 있다. 메탄올 또는 에탄올이 50 wt% 미만, 즉 5 : 5 미만으로 사용될 경우 접착제 조성물의 안정성 및 작업성이 떨어질 수 있다. 메탄올 또는 에탄올이 60 wt% 초과, 즉 6:4 초과로 사용될 경우 원가 상승 대비 효과 차이가 미미하며 독성으로 인해 작업자의 안전에 악영향을 줄 수 있다.상기 고흡수성수지는 하기 (1) 내지 (3) 중 하나 이상을 만족하는 것일 수 있다.
(1) 입도 분포: 입도 75 μm 이하인 입자 80 wt% 이상 및 입도 75-150 μm인 입자 15 wt% 이하; 바람직하게는 입도 75 μm 이하인 입자 85 wt% 이상 및 입도 75-150 μm인 입자 12 wt% 이하; 보다 바람직하게는 입도 75 μm 이하인 입자 90 wt% 이상 및 입도 75-150 μm인 입자 10 wt% 이하
(2) 순간흡수속도: 5초 이하, 바람직하게는 4초 이하
(3) 흡수속도: 30초에서 8 mm 이상 및 1분에서 13 mm 이상; 바람직하게는 30초에서 9 mm 이상 및 1분에서 14 mm 이상
상기 알데하이드는 2 중량부를 초과하면 접착제 조성물이 사용된 부풀음 테이프의 흡수율이 저하될 수 있다.
고흡수성수지의 경우 물을 삼투압 현상에 의해 접촉하였을 때 팽윤을 하게 되는데 이때 팽윤된 고흡수성 수지에 열을 가하면 체인사슬이 깨져서 물처럼 다시 변하고 팽윤 압력을 잃게 된다. 따라서 팽윤된 형태를 보존하여 겔(gel)의 형태를 유지시키기 위해 상기 내열성 보강제가 필요하다.
본 발명의 접착제 조성물은 폴리비닐아세테이트 0.5-2 중량부를 더 포함할 수 있다. 폴리비닐아세테이트는 상기 접착제 조성물의 2차 폴리머로서 기능할 수 있다. 다만 폴리비닐아세테이트는 필수 구성은 아니고 생략 가능하며, 몇몇 실시예에서는 폴리비닐아세테이트가 생략된 경우 더 우수한 접착력, 흡수율 등의 특성을 나타낼 수 있다.
한편, 본 발명의 접착제 조성물은 에어로실과 글래스버블을 포함하지 않을 수 있다. 에어로실과 글래스버블은 통상적으로 점도 보강, 침적 방지, 흐름성 보강 등을 위해 사용되지만, 상기 접착제 조성물은 에어로실과 글래스버블 없이도 안정적인 점도, 흐름성, 작업성 등을 나타내기 때문에 에어로실과 글래스버블을 생략하여 원가를 절감하고 공정을 단순화할 수 있다. 특히, 본 발명의 접착제 조성물은 특정 혼합비의 메탄올 또는 에탄올 수용액을 사용함으로써 점도를 적절한 범위로 조절할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 본 발명의 접착제 조성물은 동부식 방지제를 더 포함할 수 있으나, 본 발명의 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 동부식 방지제는 전력 케이블의 구조상 중성선을 기준으로 도체 및 중성선 in.out 부분에 직접 감싸게 되는데 물이 침투되었을 경우 구리라는 특성상 쉽게 부식이 되어 이를 방지 또는 지연시키기 위해 첨가될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 접착제 조성물의 제조방법은 (a) 반응기에 메탄올 또는 에탄올 수용액을 투입하고 80-90 ℃로 승온하는 단계; (b) 폴리비닐알코올 6-15 중량부를 상기 반응기에 투입하여 상기 메탄올 또는 에탄올 수용액에 3-5시간 동안 용해하는 단계; (c) 상기 반응기에 알데하이드 0.5-2 중량부 및 질산 0.15-0.35 중량부를 투입하여 혼합 및 반응시키는 단계; (d) 상기 반응기에 가성소다 0.15-0.35 중량부를 투입하여 반응을 종결시키는 단계; (e) 상기 반응이 종결된 조성물을 메탄올 또는 에탄올 수용액, 고흡수성수지 15-30 중량부, 라우릴에테르 1-2.5 중량부 및 내열성 보강제 0.05-0.6 중량부와 혼합하여 접착제 조성물을 제조하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 메탄올 또는 에탄올 수용액은 총 25-55 중량부를 사용할 수 있다. 상기 (a) 단계의 메탄올 또는 에탄올 수용액과 상기 (e) 단계의 메탄올 또는 에탄올 수용액의 사용량은 2-8 : 5일 수 있다.
몇몇 실시예에서, 상기 (c) 단계는 10-15 ℃로 급랭한 후 수행되는 저온 반응일 수 있고, 20시간 동안 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
몇몇 실시예에서, 상기 (d) 단계에서 제조된 접착제 조성물의 샘플을 채취하여 점도, Solid Content, pH, 내수성 등을 측정하는 단계를 더 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예들에 따라 제조되는 접착제 조성물은 부직포 등의 테이프 본체 표면에 코팅됨으로써 부풀음(swellable) 테이프나 얀(yarn)으로 제조될 수 있다.
이상에서와 같은 본 발명의 접착제 조성물은 하기 (1) 내지 (2) 중 하나 이상의 특성을 만족할 수 있다.
(1) 접착력: 1.6 N/cm 이상, 바람직하게는 1.7 N/cm 이상
(2) 흡수율: 1분에서 80% 이상, 바람직하게는 1분에서 85% 이상
이하에서는 실험예를 통해 본 발명에 대하여 설명하나, 본 발명의 효과가 하기 실험예에 의해 제한되지 아니함은 자명하다.
제조예 1 - 케이블용 부풀음 테이프 제조
반응기에 50 wt% 메탄올 수용액을 투입하고 82-84 ℃까지 천천히 승온한 후 폴리비닐알코올 10 g을 투입하여 용해한 후, 반응기에 알데하이드 1.3 g과 질산 0.3 g을 넣고 혼합 및 반응시켰다. 이후 가성소다 0.2 g을 투입하여 반응을 종결시켰다. 제조된 조성물을 50 wt% 메탄올 수용액, 고흡수성수지 27 g, 라우릴에테르 1.8 g 및 내열성 보강제 0.1 g과 혼합하여 접착제 조성물을 제조하였다.
부직포 원단의 일면에 접착제 조성물을 나이프 코팅하고 다른 부직포 원단 및 면포(scrim) 원단과 합지하여 부풀음 테이프를 제조하였다. 면포 원단은 부직포 원단들 사이에 합지되도록 하였다. 면포 원단은 PET(Polyethylene terephthalate) 원사가 메쉬(mesh) 구조 또는 단방향 구조로 형성된 것을 사용하였다. 또한 비교를 위해 하기 표 2와 같이 메쉬 구조가 아닌 섬유로 이루어진 원단을 사용하여 부풀음 테이프를 제조하였다.
구분 원사 구조
실시예 1-1 단섬유 + 합성수지 Yarn (단방향)
실시예 1-2 단섬유 + 합성수지 메쉬(격자)
비교예 1 단섬유 + 단섬유
비교예 2 장섬유 + 장섬유
실험예 1 - 케이블용 부풀음 테이프의 인장강도 평가
상기 제조예 1에서 제조된 부풀음 테이프들의 인장강도를 측정하였다. 인장강도는 ISO 9013-3에 의해 의거하여 테이프를 260 mm x 30 mm 크기로 자르고 테이프 세로 양쪽 가장자리 30 mm를 기계로 붙잡아서 기계가 200 mm/초 속도로 테이프를 양쪽으로 잡아 늘리는 방식으로서, 구체적으로 아래와 같은 방법에 따라 측정하였다.
- 단위: 인장하중 - kg/30mm, 신율 - %
- 결점분류: 중
- 측정장비: 인장기(평평한 모양의 clamp을 가진 정속인장식 인장기)
- 시험편: 폭 30mm x 길이 260mm size로 4편 (길이는 두개의 clamp에 물릴 수 있도록 200mm 이상이 되어야 함)
- 시험방법: 인장기의 인장속도- 200mm/min, 표점거리 - 200mm로 setting 시키고 인장기를 가동시켜 시험편의 파열시점에서 인장하중과 신율을 측정한다. 단, 신율은 아래의 계산식에 따라 산출되어진다.
신율(%) = (L2 - L1) / (L1) x 100
L1: 최초 시험편 길이
L2: 최초 시험편 길이 + 늘어난 길이
- 시험결과의 표시: 각 시험편 측정치의 평균값으로 하며, 소숫점 이하 첫째자리까지 표시한다.
각 테이프들의 시편에 대하여 인장강도를 10회 측정한 결과를 하기 표 3과 같이 얻었다.
구분 시편 두께 (mm) 인장강도 평균 (kg/3cm)
실시예 1-1 (n=10) 0.35 36.5
실시예 1-2 (n=10) 0.55 38.6
비교예 1 (n=10) 0.50 18.1
비교예 2 (n=10) 0.43 15.6
상기 표 3과 같이, 면포 원단을 사용한 실시예 1의 경우 인장강도가 0.35 mm 두께의 시편은 비교예 1 대비 101.7% 향상, 비교예 2 대비 134% 향상되었고, 0.55 mm 두께의 시편은 비교예 1 대비 113.3% 향상, 비교예 2 대비 147.4% 향상되었다.이와 같이, 합성수지 원단층을 부직포 사이에 합지하면 케이블용 부풀음 테이프의 인장강도를 크게 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
실험예 2 - 원사 굵기에 따른 케이블용 부풀음 테이프 특성 평가
합성수지 원사의 굵기에 따른 케이블용 부풀음 테이프의 특성을 평가하기 위해 하기 표 4와 같이 원사 굵기가 다른 메쉬 구조의 면포 원단을 사용하여 부풀음 테이프를 제조하였다.
제조된 부풀음 테이프들의 인장강도를 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 측정하여 평균을 구하였으며, 그 결과는 하기 표 4와 같았다.
구분 원사 굵기 (denier) 인장강도 평균 (kg/3cm) 제조 용이성
실시예 2 200 d x 200 d 29.8 ○
실시예 1-2 500 d x 500 d 38.6 ◎
실시예 3 1000 d x 1000 d 41.9 ◎
실시예 4 1200 d x 1200 d 42.5 ○
실시예 5 1500 d x 1500 d 43.0 △
상기 표 4에 나타난 바와 같이 원사의 굵기가 약 500 d x 500 d 이상부터 인장강도가 급격히 향상되나 약 1000 d x 1000 d를 넘어가면 인장강도의 향상 효율이 낮고, 원사가 너무 굵으면 접착제와 부직포 원단 간의 합지가 용이하지 않아 제조가 어려웠다. 특히, 원사 굵기가 너무 커지면 높이 단차가 크게 발생해서 작업성이 떨어졌다.
실험예 3 - 격자 밀도에 따른 케이블용 부풀음 테이프 특성 평가
메쉬 원사에 의해 형성되는 격자의 밀도(단위면적 당 격자 수)에 따른 케이블용 부풀음 테이프의 특성을 평가하기 위해 하기 표 5와 같이 격자 밀도가 다른 메쉬 면포 원단을 사용하여 부풀음 테이프를 제조하였다.
제조된 부풀음 테이프들의 인장강도를 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 측정하여 평균을 구하였으며, 그 결과는 하기 표 5와 같았다.
구분 격자 밀도 (개/inch) 인장강도 평균 (kg/3cm)
실시예 6 4 20.3
실시예 1-2 9 38.6
실시예 7 15 42.7
실시예 8 20 44.9
상기 표 5에 나타난 바와 같이 격자의 밀도가 9개/inch 이상부터 인장강도가 크게 향상되나 15개/inch를 넘어가면 인장강도의 향상 효율이 낮고 접착제와 부직포 원단 간의 합지가 용이하지 않을 것으로 판단된다.
제조예 2 - 다양한 접착제 조성물의 제조
상기 제조예 1과 동일한 방법으로 접착제 조성물을 제조하되, 하기 표 6과 같이 성분들의 함량을 달리하여 여러 시료를 제조하였다.
성분 (g) 실시예 7 실시예 8 실시예 9 비교예 3 비교예 4
폴리비닐알코올 10 10 10 8 10
폴리비닐아세테이트 - - - 0.8 -
알데하이드 1.3 1.8 2 0.8 2.5
질산 0.3 0.26 0.3 0.2 0.3
가성소다 0.2 0.24 0.3 0.2 0.3
고흡수성수지 27 27 27 27 27
라우릴에테르 1.8 2.1 2.1 1.6 2.2
내열성보강제 0.1 0.3 0.3 0.1 0.3
메탄올 수용액 59.3 58.3 58 61.3 57.8
pH 7.4 7.4 7.6 7.2 7.5
점도(cps) 2,600-3,200 3,200-3,800 3,500-4,200 2,200-2,800 3,800-4,600
실험예 4 - 접착제 조성물의 특성 확인
상기 제조예 2에서 제조된 접착제 조성물의 특성을 확인하기 위해 접착력, 내수성, 흡수율 및 작업성을 측정 및 평가하였다.
접착력은 접착제 조성물을 부직포에 코팅하여 방수 테이프를 제조하여(접착강도를 측정하기 위하여 Cover 박막층을 부착), 폭 30 mm, 길이 300 mm로 3편을 채취하여 데시게이터 속에서 24시간 이상 건조시킨 다음, 측정 보조판(스테인리스강판: 두께 1.5-2.0 mm, 폭 50 mm, 길이 120 mm)에 시료의 Base 면을 끝단에서 약 100 mm 부분을 양면테이프로 접합시킨 후에, 시료의 측정 보조판에 접합시키지 않은 부분 약 200 mm의 Cover 박막층을 벗겼다. 인장시험기의 하체크에 측정 보조판을 고정하고 상체크에 박막층을 고정한 다음, 안장속도 300 mm/min으로 180도 박리실험을 통하여 3편의 평균치를 계산하였다.
내수성은 접착제 조성물을 물에 대하여 일정한 중량으로 Dropping하여 엉김 정도를 실험한 다음, 10 g의 접착제 조성물에 일정비율의 고흡수성수지를 첨가하고 24시간 방치 후 고흡수성수지의 입도를 측정하여 입도의 변화 정도를 실험하였다.
흡수율은 내수성 실험과 동일한 방법으로 준비한 직경 79.5 ㎜의 시료를 준비하고 흡수면이 위로 향하게 하여 측정컵에 넣는다. 측정램을 위치하기 전 약 15 g/m2의 부직포로 덮은 후 측정램을 시료 위에 위치시키고 측정장치를 램과 접촉시킨 후 눈금이 0(Zero)위치에 놓여 있는지 확인한 다음, 측정컵에 온도 20±1 ℃인 증류수 125 ㎖를 첨가한 후에, 초시계(Stop Watch)를 작동시키고 램의 위치변화를 확인하여 흡수높이를 측정하였다. 측정된 흡수높이를 100분율로 환산하여 흡수율을 계산한다. 125 ㎖의 증류수는 측정이 종료 시점까지 충분한 양이나 필요 시 추가할 수 있다.
작업성은 접착제 조성물의 점도, 경도, 물성 등을 종합적으로 고려하여 방수 테이프 제조 작업에 소요되는 작업의 용이성을 평가하였다.
상기 접착제 조성물의 특성을 측정 및 평가한 결과는 하기 표 7과 같았다.
단위 실시예 7 실시예 8 실시예 9 비교예 3 비교예 4
접착력 N/cm 1.7 1.76 1.81 1.65 1.8
내수성 - △ ◎ ◎ △ ◎
흡수율 %/30sec 48 62 58 45 55
%/1min 75 90 87 69 81
%/2min 92 100 98 82 95
%/3min 100 100 100 96 100
작업성 - ◎ ◎ ○ △ ○
◎: 우수, ○: 양호, △: 보통상기 표 7에 나타난 것처럼, 폴리비닐아세테이트를 사용한 비교예 3과 알데하이드를 2.5 중량부로 사용한 비교예 2는 상대적으로 접착력, 내수성, 흡수율 및/또는 작업성이 떨어졌음을 알 수 있다. 또한, 실시예 8 및 9의 경우 특히 특성이 우수하였기 때문에 타 제품과도 특성을 비교하였으며 그 결과는 하기 표 8과 같았다.
단위 실시예 8 실시예 9 비교예 5 비교예 6 비교예 7
단위중량 g/m2 80 80 80 80 125
접착력 N/cm 1.76 1.81 1.68 1.53 1.45
내수성 - ◎ ◎ ◎ ○ ○
흡수율 %/30sec 62 58 56 52 50
%/1min 90 87 79 75 74
%/2min 100 98 99 95 92
%/3min 100 100 100 100 100
작업성 - ◎ ○ ○ ◎ △
◎: 우수, ○: 양호, △: 보통상기 표 8에서 비교예 5 및 6은 국내 타사의 고흡수성수지를 사용한 접착제 제품이고, 비교예 7은 중국 회사의 고흡수성수지를 사용한 접착제 제품이다. 상기 표 8에 나타난 것과 같이, 본 발명의 접착제 조성물은 접착력, 내수성, 작업성과 같은 특성이 상대적으로 우수하며, 특히 초기 흡수율(30sec, 1min)이 타 제품 대비 현저히 우수함을 알 수 있다.
실험예 5 - 메탄올 수용액의 안정성 및 작업성 평가
메탄올 수용액의 농도에 따른 안정성 및 작업성을 평가하기 위해, 본 발명에 사용된 고흡수성 수지와 국내 타사 고흡수성 수지를 각각 40 wt% 메탄올 수용액(메탄올:물 = 4:6), 50 wt% 메탄올 수용액(메탄올:물 = 5:5) 및 60 wt% 메탄올 수용액(메탄올:물 = 6:4)에 혼합하여 상기 제조예와 같이 접착제 조성물을 제조하였다. 제조된 접착제 조성물의 안정성을 육안으로 판정한 결과는 하기 표 9 및 도 4와 같았다.
메탄올:물 초기 1시간 후 3시간 후 7시간 후 17시간 후
실시예
(a) 		4:6 안정 불안정 불안정 불안정 불안정
5:5 안정 안정 안정 안정 안정
6:4 안정 안정 안정 안정 안정
국내 타사
(b) 		4:6 안정 불안정 불안정 불안정 불안정
5:5 안정 안정 안정 안정 안정
6:4 안정 안정 안정 안정 안정
상기 표 9 및 도 4에 나타난 바와 같이, 메탄올 수용액은 메탄올의 비율이 5:5 및 6:4일 때 안정적이며 4:6인 경우 성분들의 용해 상태가 불안정해져 작업성 및 물성 등이 열화될 수 있음을 알 수 있다.
실험예 6 - 고흡수성수지의 흡수율 비교
본 발명의 방수 테이프 및/또는 방수 얀용 접착제 조성물에 사용된 고흡수성수지의 흡수율을 타사의 고흡수성수지와 비교하였다. 고흡수성수지의 초기 흡수율은 방수(또는 부풀음, 차수) 테이프의 기능 및 성능을 좌우하는 중요한 특성이다.
고흡수성수지는 상기 실험예 3에서 사용된 비교예 5 내지 7의 국내 타사의 고흡수성수지 및 중국 회사의 고흡수성수지와 비교하였다. 도 5는 본 발명에 사용된 고흡수성수지(a), 국내 타사의 고흡수성수지(b) 및 중국 회사의 고흡수성수지(c)의 SEM 이미지이다. 도 5와 같이, 본 발명의 고흡수성수지(a)는 타사 고흡수성수지(b, c)보다 평균 입경이 작고 구형에 가까운 일정한 형상을 갖고 있음을 알 수 있다.
각 특성들의 시험방법은 다음과 같았다.
- 겉보기 비중: 120 ml의 고흡수성수지 시료를 깔때기(funnel)에 채운다음, 깔때기의 배구를 빠르게 열어 100 ml의 비중컵에 시료를 떨어지게 한다. 비중컵의 위로 나온 시료를 평자로 수평이 되게 한 다음, 비중컵과 시료의 무게를 잰다. 다음과 같은 계산식으로 겉보기 비중을 계산한다.
겉보기 비중(g/ml) = 비중병 무게를 뺀 시료의 무게 / 비중병의 부피(100 ml)
- 순간흡수속도(Vortex method): 100 ml의 비이커에 25 ℃의 순수 50 ml와 Magnetic Stirring bar(8 x 38 mm)를 함께 넣고 Magnetic Stirrer의 중앙에 위치시킨다. Magnetic Stirrer의 Speed를 5로 맞추고 1 g의 고흡수성수지 시료를 비이커에 넣음과 동시에 Stop watch를 작동시킨다. 고흡수성수지 시료의 점성이 증가하여 Magnetic Stirring bar가 정지함과 동시에 Stop watch도 정지시킨다. 이때 Stop watch의 작동시간을 순간흡수속도(초)로 한다.
- 흡수속도(경과시간별 흡수력): 흡수력 측정컵의 내측바닥(면적 50 cm2)에 고흡수성수지 시료 0.2 g을 넣고 측정컵의 바닥가장자리 0.5 cm 정도를 제외한 전부분에 균일하게 산포한다. 산포되어진 시료가 완전히 덮히도록 부직포(약 15 g/m2) 1장을 덮는다. 부직포 위에 RAM(93 g/60 hole)을 놓고 20 ℃의 증류수 125 ml을 붓고 동시에 Timer를 작동시킨다. 요구되는 경과시간별 (30초, 1분, 2분, 3분, 6분, 10분 중 선택)로 흡수된 높이 4곳을 가능한 빨리 읽는다. 측정 중 증류수가 부족하면 보충한다. 각 시간대별 흡수높이의 평균치를 소수첫째자리까지 구하여 경과시간대 흡수력으로 한다(단위: mm). RAM 중량: 93±1 g, 83±1 g (10 g 스틸자 사용 시)
- 입도(Sieve Analysis): Mesh No.가 큰 표준망체를 위로하여 받침용기 위에 차례대로 쌓는다. 35 Mesh 표준망체에 고흡수성수지 100 g을 넣고 뚜껑을 닫는다. 체가름기에 장착하여 15분간 진탕시킨다. 표준망체별로 분리되어진 고흡수성수지 무게를 잰다. Mesh size별로 분리되어진 고흡수성수지의 무게를 단다. 아래 계산식에 따라 Mesh별 입도분포율(wt%)을 계산한다.
Mesh별 입도분포율(wt%) = (분리된 고흡수성수지(g) / 100 g) x 100
하기 표 10 및 도 6은 고흡수성수지들의 흡수속도를 포함한 각종 특성을 측정한 것이다.
실시예 국산 1 국산 2 중국산
겉보기비중(g/ml) 0.86 0.68 0.56 0.82
순간흡수속도(초) 3.00 12.00 10.00 5.90
입도(wt%) ＞ 500 ㎛ 0 0 0 0
～ 250 ㎛ 0 2.8 0.3 3.8
～ 180 ㎛ 0.06 48.3 15.3 10.2
～ 150 ㎛ 0.18 23.6 14.2 12.3
～ 125 ㎛ 0.89 17.6 17.3 17.8
～ 106 ㎛ 5.27 5.2 23.7 11.4
～ 75 ㎛ 38.95 1.8 16.2 29.4
＜ 75 ㎛ 54.65 0.7 13 15.1
초기흡수속도
(mm) 		30초 10 6.3 8 8.3
1분 16 10.8 11 12.8
말기흡수속도
(mm) 		2분 19.8 13.8 13 15.2
3분 21.5 15.3 13 18
6분 22.8 16.3 13 18
10분 22.8 16.3 13 18
상기 표 10 및 도 6에 나타난 바와 같이, 본 발명에 사용된 고흡수성수지는 순간흡수속도, 초기흡수속도 및 말기흡수속도가 타사의 고흡수성수지보다 우수하고, 평균 입경은 더 작으며 겉보기비중은 더 높음을 알 수 있다. 고흡수성수지는 일반적으로 입경이 클수록 흡수높이가 높으나, 본 발명의 고흡수성수지는 평균 입경이 상대적으로 작음에도 타사 고흡수성수지보다 흡수속도 및 흡수높이가 우수했는데, 이는 입경의 분포, 입자의 형상, 형상의 균일성, 겉보기비중 등에 따른 차이인 것으로 생각된다.
이와 같은 고흡수성수지의 흡수속도 차이는 상기 실험예 3에서 나타난 바와 같은 각 접착제 조성물 간의 흡수능 차이에 반영된 것으로 볼 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 제1 부직포층
20: 합성수지 원단층
30: 접착제층
40: 제2 부직포층

Claims (8)

  1. 제1 부직포층;
    상기 제1 부직포층 상에 형성된 합성수지 원단층; 및
    상기 합성수지 원단층 상에 형성된 접착제층을 포함하되,
    상기 합성수지 원단층은 합성수지 원사가 가로방향(CD)과 세로방향(MD)으로 배치되어 격자를 갖는 메쉬(mesh) 형상으로 배치된 구조를 갖고,
    상기 합성수지 원사는 PET(Polyethylene terephthalate) 원사이며,
    상기 합성수지 원사는 500-1000 d의 굵기를 갖고,
    상기 합성수지 원단층은 상기 합성수지 원사에 의해 9-15개/inch의 격자를 갖도록 형성되며,
    상기 접착제층은
    폴리비닐알코올 6-15 중량부;
    알데하이드 0.5-2 중량부;
    질산 0.15-0.35 중량부;
    가성소다 0.15-0.35 중량부;
    고흡수성수지 15-30 중량부;
    라우릴에테르 1-2.5 중량부;
    내열성 보강제 0.05-0.6 중량부; 및
    메탄올 또는 에탄올 수용액 25-55 중량부를 포함하되,
    상기 메탄올 또는 에탄올 수용액은 메탄올 또는 에탄올과 물이 5:5 내지 6:4의 중량비로 혼합되고,
    상기 고흡수성수지는 하기 (1) 내지 (3) 중 하나 이상을 만족하는
    (1) 입도 분포: 입도 75 μm 이하인 입자 80 wt% 이상 및 입도 75-150 μm인 입자 15 wt% 이하
    (2) 순간흡수속도: 5초 이하
    (3) 흡수속도: 30초에서 8 mm 이상 및 1분에서 13 mm 이상
    케이블용 부풀음 테이프.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 접착제층 상에 배치된 제2 부직포층을 더 포함하는
    케이블용 부풀음 테이프.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
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