KR102574627B1 - High thermostable silicone modified reactive urethane hot-melt adhesives and producing method of coating textile using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고내열성 실리콘 변성 반응성 우레탄 핫멜트 접착제 및 이를 이용한 코팅 원단의 제조방법에 관한 것으로, 상기 고내열성 실리콘 변성 반응성 우레탄 핫멜트 접착제는, (a)유기화 처리된 나노클레이 2 ~ 5중량%와, 상기 나노클레이의 분산성 향상을 위한 (b)실란커플링제 1 ~ 2중량%를 혼합하여 균질화한 나노클레이 용액을 제조하는 단계; 상기 혼합된 나노클레이 용액을 (c)옥타메틸시클로테트라실록산 10 ~ 30중량% 및 (d)테트라메틸디실록산 5 ~ 15중량%와 함께 반응하여 나노클레이가 분산되도록 처리한 폴리디메틸실록산/나노클레이 혼합물을 제조하는 단계; 여기에 (e)2-프로펜-1-올(2-propen-1-ol) 5 ~ 15중량%를 천천히 투입하여 내열성의 향상을 위한 OH말단의 반응성 폴리디메틸실록산/나노클레이 혼합물을 제조하는 단계; 상기 OH말단의 반응성 폴리디메틸실록산/나노클레이 혼합물에 (f)방향족 이소시아네이트 15 ~ 30중량%의 비율로 반응시켜 프리폴리머(Prepolymer)를 제조하는 단계; 상기 제조된 프리폴리머에 (g)수평균분자량 500 ~ 4,000 범위의 폴리에스테르 폴리올 15 ~ 25중량%와, (h)내열성 향상을 위한 불소수지 함유 디올 2 ~ 5중량%와, (i)안정적인 난연성의 부여를 위한 반응성 난연제 5 ~ 12중량%와, (j)초기접착력 및 강도의 조정을 위한 쇄연장제 1 ~ 3중량%를 반응시킨 뒤, (k)난연성의 부여를 위한 첨가형 난연제 8 ~ 15중량%를 혼합하여 제조된다.The present invention relates to a high heat-resistant silicone-modified reactive urethane hot-melt adhesive and a method for manufacturing a coated fabric using the same, wherein the high heat-resistant silicone-modified reactive urethane hot-melt adhesive comprises: (a) 2 to 5% by weight of organically treated nanoclay; (b) preparing a homogenized nanoclay solution by mixing 1 to 2% by weight of a silane coupling agent to improve the dispersibility of nanoclay; Polydimethylsiloxane / nanoclay treated to disperse the nanoclay by reacting the mixed nanoclay solution with (c) 10 to 30% by weight of octamethylcyclotetrasiloxane and (d) 5 to 15% by weight of tetramethyldisiloxane preparing a mixture; Here, 5 to 15% by weight of (e) 2-propen-1-ol is slowly added to prepare an OH-terminated reactive polydimethylsiloxane/nanoclay mixture to improve heat resistance. step; (f) preparing a prepolymer by reacting the OH-terminated reactive polydimethylsiloxane/nanoclay mixture in a ratio of 15 to 30% by weight of aromatic isocyanate; In the prepolymer prepared above, (g) 15 to 25% by weight of a polyester polyol having a number average molecular weight in the range of 500 to 4,000, (h) 2 to 5% by weight of a fluororesin-containing diol for improving heat resistance, and (i) stable flame retardancy After reacting 5 to 12% by weight of a reactive flame retardant for imparting and (j) 1 to 3% by weight of a chain extender for adjusting initial adhesive strength and strength, (k) 8 to 15% by weight of an addition-type flame retardant for imparting flame retardancy It is prepared by mixing %.
Description
본 발명은 고내열성 실리콘 변성 반응성 우레탄 핫멜트 접착제 및 이를 이용한 코팅 원단의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유기화 처리된 나노클레이를 적용하여 기능성 폴리디메틸실록산/나노클레이 혼합물을 합성하고 이를 이용한 실리콘 변성 우레탄 접착제를 제조함으로써 보다 우수한 내열성과 양호한 접착성을 갖는 고내열성 실리콘 변성 반응성 우레탄 핫멜트 접착제 및 이를 이용한 코팅 원단에 관한 것이다.The present invention relates to a highly heat-resistant silicone-modified reactive urethane hot-melt adhesive and a method for manufacturing a coated fabric using the same, and more particularly, to synthesize a functional polydimethylsiloxane/nanoclay mixture by applying organically treated nanoclay, and silicone-modified using the same It relates to a highly heat-resistant silicone-modified reactive urethane hot-melt adhesive having better heat resistance and good adhesion by preparing a urethane adhesive and a coated fabric using the same.
일반적으로, 초고온 환경에 대응하는 안전보호복은 크게 산업용과 소방용으로 분류되고 있다. 이에 산업용 방열복은 용융 금속류를 취급하는 산업현장에서 작업자가 착용하는 보호복으로 사용되고 있으며, 소방용 방열복은 화염이나 고온의 복사열에 접근할 수 있는 불연성 내열피복을 말한다.In general, safety protective clothing corresponding to ultra-high temperature environments is largely classified into industrial and firefighting. Accordingly, industrial heat-dissipating clothing is used as a protective clothing worn by workers at industrial sites handling molten metals, and heat-resistant clothing for firefighting refers to non-combustible heat-resistant clothing that can access flames or high-temperature radiant heat.
상기 소방용 방열복은 180℃ 정도의 내열성이 요구되는 산업용 방열복보다 높은 280℃ 이상의 온도에서 사용되기 때문에 보다 높은 내열특성이 요구되며, 이를 위해 아라미드로 구성된 부직포와 단층 및 다층의 금속 알루미늄 증착필름과 고내열성 접착제로 구성되는데, 아라미드 부직포와 증착필름으로 구성된 제품은 유연성과 접착력이 우수한 일반적인 우레탄 접착제의 적용이 가능하나, 낮은 내열성으로 인해 쉽게 박리되는 현상이 발생된다.Since the heat-resistant clothing for firefighting is used at a temperature of 280° C. or higher than industrial heat-resistant clothing requiring heat resistance of about 180° C., higher heat resistance is required. It is composed of an adhesive, and a product composed of an aramid nonwoven fabric and a deposited film can be applied with a general urethane adhesive having excellent flexibility and adhesive strength, but it is easily peeled off due to low heat resistance.
위와 같이, 소방용 방열복에서 가장 중요한 과제는 내열성 향상이지만, 접착제 소재에 대해서도 다양한 물성의 개선이 요구됨에 따라 방열복에 사용되는 섬유소재용 접착제 또는 핫멜트의 경우, 기존의 건축용 또는 구조물용 접착제와 달리 활동성과 세탁 내구성 향상을 위한 유연성과 높은 접착성능이 요구되고 있으며, 상기 핫멜트 접착제는 열에 의해 용융시켜 적용하기 때문에 휘발성 유기용제의 배출이 매우 적어 친환경 접착제로의 사용이 증대되고 있다.As described above, the most important task in firefighting heat clothing is to improve heat resistance, but as various physical properties of adhesive materials are required to be improved, in the case of textile adhesives or hot melts used in heat radiation clothing, unlike conventional construction or structural adhesives, activity and washing Flexibility and high adhesive performance are required for durability improvement, and since the hot-melt adhesive is melted by heat and applied, emission of volatile organic solvents is very low, and its use as an eco-friendly adhesive is increasing.
상기 핫멜트 접착제는 실온에서 고체물질이지만 열을 가하면 유체상태로 용융되어 피착재에 대해 접착력을 갖게 되며, 용융된 상태의 핫멜트 접착제를 냉각시키면 고체형태로 회복되어 응집력을 발휘한다. 이러한 핫멜트 접착제의 접착력은 표면의 구멍이나 요철에 의해 액상의 접착제가 흘러 들어가 접착력을 높이는 앵커(anchor)효과에 영향을 받는데, 이 효과를 잘 이용하기 위해서 용융되었을 때 충분한 흐름성이 필요하므로 적절한 점도를 갖기 위해 높은 온도에서 용융시켜 사용하고 있다.The hot melt adhesive is a solid material at room temperature, but when heated, it melts into a fluid state and has adhesive strength to an adherend. When the melted hot melt adhesive is cooled, it recovers to a solid form and exhibits cohesive force. The adhesive strength of these hot melt adhesives is influenced by the anchor effect that increases the adhesive strength by allowing the liquid adhesive to flow through holes or irregularities on the surface. It is used by melting at high temperature to have.
상기와 같은 요구에 부응하기 위해 유·무기 하이브리드 수지는 유기성분(유기분자 또는 저분자량의 고분자 등)과 무기성분을 결합함으로써 무기물의 경도 및 열안정성과 내구성은 물론 유기고분자의 유연성 및 인성을 동시에 얻을 수 있는 소재로 인식되고 있으며, 예를 들어 나노클레이, 카본블랙, 팽창흑연 등과 같은 무기입자를 유기접착제에 충진시킴으로써 기계적 물성과 내열특성, 공기차단 성능 등의 물성 향상이 가능하여 다양한 소재에 적용이 시도되고 있다.In order to meet the above demands, organic-inorganic hybrid resins combine organic components (organic molecules or low molecular weight polymers, etc.) and inorganic components to simultaneously improve the hardness, thermal stability and durability of inorganic materials as well as the flexibility and toughness of organic polymers. It is recognized as a material that can be obtained. For example, by filling organic adhesives with inorganic particles such as nanoclay, carbon black, and expanded graphite, it is possible to improve physical properties such as mechanical properties, heat resistance, and air barrier performance, and thus apply to various materials. this is being tried
그리고 본 발명에서 사용되는 실리콘수지는 주사슬이 유·무기화합물로 된 -Si-O- 결합으로 이루어져 있어 그 특성이 유연하고 내수성 및 열이나 산화안정성이 매우 우수한 것으로 알려져 있으며, 열에 노출 시에도 접착성능을 장기간 유지할 수 있고 고내열성, 난연성을 나타내는 나노클레이나 불소수지의 경우 다양한 유기물과의 복합화를 통해 물성 개선이 시도되고 있다.In addition, the silicone resin used in the present invention is known to have excellent flexibility and excellent water resistance and heat or oxidation stability because its main chain is composed of -Si-O- bonds made of organic and inorganic compounds, and it is known to have excellent adhesion even when exposed to heat. In the case of nanoclay or fluororesin that can maintain performance for a long time and exhibits high heat resistance and flame retardancy, physical property improvement has been attempted through complexation with various organic materials.
이러한 핫멜트 접착제의 물성을 개선하기 위한 종래기술로서, 대한민국 공개특허 제10-2008-0088628호에서는 폴리올(A)과 폴리이소시아네이트(B)를 반응시켜 얻어지는 우레탄 프리폴리머를 함유하고, 그 폴리올(A)이 폴리올(A)의 전량에 대하여 폴리카보네이트 폴리올(a1)을 40질량%∼80질량%, 폴리테트라메틸렌글리콜(a2)을 5질량%∼40질량%, 및 지방족 폴리카르복시산 및 방향족 폴리카르복시산을 포함하는 폴리카르복시산과, 비스페놀A에 알킬렌옥사이드를 부가하여 얻어지는 폴리에테르 폴리올을 반응시켜 얻어지는 폴리에스테르 폴리올(a3)을 5질량%∼40질량% 함유하는 습기 경화성 폴리우레탄 핫멜트 접착제 및 이것을 사용한 적층 시트가 제공되며, 이 접착제는 적층 시트의 유연한 촉감을 손상시키지 않고 가혹한 세탁 조건 하에서의 세탁을 반복하여 행한 후에도 뛰어난 접착 강도를 유지할 수 있다고 한다.As a prior art for improving the physical properties of such a hot melt adhesive, Korean Patent Publication No. 10-2008-0088628 contains a urethane prepolymer obtained by reacting a polyol (A) and a polyisocyanate (B), and the polyol (A) 40% by mass to 80% by mass of polycarbonate polyol (a1), 5% by mass to 40% by mass of polytetramethylene glycol (a2), and an aliphatic polycarboxylic acid and an aromatic polycarboxylic acid with respect to the total amount of polyol (A) A moisture-curable polyurethane hot-melt adhesive containing 5% by mass to 40% by mass of a polyester polyol (a3) obtained by reacting polycarboxylic acid with a polyether polyol obtained by adding alkylene oxide to bisphenol A, and a laminated sheet using the same It is said that this adhesive can maintain excellent adhesive strength even after repeated washing under harsh washing conditions without impairing the soft feel of the laminated sheet.
또한, 동 공개특허 제10-2011-0022764호에서는 아크릴수지, 폴리우레탄수지, 폴리에스테르수지, 톨루엔 디이소시아네이트 트라이머(Toluene Diisocyanate Trimer, TDI Trimer), 시클로헥실메탄 디이소시아네이트(Cyclohexylmethane diisocyanate, H12MDI), 톨루엔 디이소시아네이트(Toluene Diisocyanate, TDI), 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(Methylene Diphenyl Diisocyanate, MDI), 헥사메틸렌 디이소시아네이트(Hexamethylene Diisocyanate, HMDI) 및 폴리프로필렌글리콜(PPG)를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 단계(단계 1); 상기 제1 혼합물에 계면활성제를 혼합하여 제2 혼합물을 만드는 단계(단계 2); 및 상기 제2 혼합물을 교반하여 친환경 접착제 조성물을 제조하는 단계(단계 3)를 포함하는 친환경 접착제 조성물의 제조방법을 개시하고 있는바, 이는 접착력이 우수하면서도 황변현상이 발생하지 않고 경화가 신속하게 이루어지며, 중금속이나 휘발성 유기화합물(VOC)을 포함하고 있지 않는다는 장점이 있다.In addition, in Patent Publication No. 10-2011-0022764, acrylic resin, polyurethane resin, polyester resin, toluene diisocyanate trimer (TDI Trimer), cyclohexylmethane diisocyanate (Cyclohexylmethane diisocyanate, H 12 MDI ), toluene diisocyanate (TDI), methylene diphenyl diisocyanate (MDI), hexamethylene diisocyanate (HMDI) and polypropylene glycol (PPG) by mixing to prepare a first mixture step (step 1); mixing the first mixture with a surfactant to form a second mixture (step 2); And a method for producing an eco-friendly adhesive composition comprising the step (step 3) of preparing an eco-friendly adhesive composition by stirring the second mixture, which has excellent adhesive strength, does not cause yellowing, and cures quickly. It has the advantage that it does not contain heavy metals or volatile organic compounds (VOCs).
또한, 동 등록특허 제10-1370442호에 개시하고 있는 습기경화형 반응성 폴리우레탄 핫멜트 접착제는 폴리에테르폴리올과 폴리에스테르폴리올의 혼합물 70~80중량%, 디이소시아네이트 15~28중량%, 사슬연장제 0.5~1.5중량% 및 커플링제 0.05~0.2중량%를 함유하는 폴리우레탄 프리폴리머 100중량부에 대하여 아크릴수지 5~10중량부, 열가소성 폴리우레탄수지 2~10중량부 및 점착부여수지 10~20중량부를 포함하는 것으로서, 20℃에서 접착강도 50kf/20mm 이상, 120℃에서 접착강도 10kf/20mm 이상을 나타내고, 120℃에서 용융점도가 30,000~60,000cps로서 내열성 및 작업성이 우수하여 자동차 헤드램프의 실링에 적용이 가능하다고 한다.In addition, the moisture-curing reactive polyurethane hot-melt adhesive disclosed in Patent No. 10-1370442 contains 70 to 80% by weight of a mixture of polyether polyol and polyester polyol, 15 to 28% by weight of diisocyanate, and 0.5 to 20% by weight of chain extender. 5 to 10 parts by weight of an acrylic resin, 2 to 10 parts by weight of a thermoplastic polyurethane resin and 10 to 20 parts by weight of a tackifying resin based on 100 parts by weight of a polyurethane prepolymer containing 1.5% by weight and 0.05 to 0.2% by weight of a coupling agent. It exhibits an adhesive strength of 50 kf/20 mm or more at 20 ° C and an adhesive strength of 10 kf / 20 mm or more at 120 ° C, and has a melt viscosity of 30,000 to 60,000 cps at 120 ° C. It is said to be possible.
그리고 본 출원인은 특허 제10-1709909호를 통해 디이소시아네이트의 삼량체로 생성되는 이소시아누네이트의 화학적 가교결합을 이용하여 접착력과 구조적 강도가 발휘됨과 동시에 경화도의 증가에 의해 접착제 자체의 열 안정성과 화학적 안정성이 우수하고 이를 통해 내열성과 내후성의 향상이 가능하며, 용제를 사용하지 않는 100% 고형분의 친환경 폴리우레탄 접착제로서, 용제의 휘발이 이루어지는 건조과정 없이 열용융에 의해 섬유소재에 접착됨으로써 이를 사용한 코팅 원단은 접착력과 박리강도 등의 물성이 양호하고 부드러운 촉감과 우수한 내열성을 갖는 반응성 우레탄 핫멜트 접착제를 개발한바 있다.In addition, the present applicant, through Patent No. 10-1709909, demonstrates adhesive force and structural strength by using chemical crosslinking of isocyanurate produced as a trimer of diisocyanate, and at the same time increases the degree of curing to increase the thermal stability and chemical properties of the adhesive itself. It has excellent stability and can improve heat resistance and weather resistance. It is a 100% solid eco-friendly polyurethane adhesive that does not use solvents. It adheres to textile materials by thermal melting without a drying process in which solvents are volatilized. A reactive urethane hot melt adhesive having good physical properties such as adhesive strength and peel strength, soft touch and excellent heat resistance has been developed.
한편, 본 발명에서는 실란 처리된 나노클레이가 잘 분산되도록 처리한 폴리디메틸실록산을 프리폴리머화 하여 양호한 상용성을 가지는 실리콘 하이브리드 우레탄 접착제를 개발하였으며, 이를 통해 접착력이 우수한 우레탄 접착제를 바탕으로 사슬에 고내열성과 난연성을 부여하여 섬유 원단에 접착시 양호한 박리강도와 우수한 내열성 그리고 부드러운 촉감을 갖는 실리콘 변성 반응성 우레탄 핫멜트 접착제 및 이를 이용한 코팅 원단의 제조방법을 완성하였다.On the other hand, in the present invention, a silicone hybrid urethane adhesive having good compatibility was developed by prepolymerizing polydimethylsiloxane treated to disperse silane-treated nanoclay well. A silicon-modified reactive urethane hot-melt adhesive having good peel strength, excellent heat resistance and soft touch when attached to a fiber fabric by imparting flame retardancy and a method for manufacturing a coated fabric using the same were completed.
본 발명의 목적은 실란 처리된 나노클레이가 잘 분산되도록 처리한 폴리디메틸실록산을 프리폴리머화 하여 양호한 상용성을 가지는 실리콘 하이브리드 우레탄 접착제의 화학적 조성 및 소프트 세그먼트의 길이 등을 변화시킴으로써 기계적 강도 등의 물성을 유지하면서 섬유 원단에 접착시 280℃ 이상의 고온에서도 양호한 박리강도와 우수한 내열성, 그리고 부드러운 촉감을 갖는 고내열성 실리콘 변성 반응성 우레탄 핫멜트 접착제 및 이를 이용한 코팅 원단의 제조방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to prepolymerize polydimethylsiloxane treated so that silane-treated nanoclay is well dispersed and change the chemical composition and length of the soft segment of a silicone hybrid urethane adhesive having good compatibility, thereby improving physical properties such as mechanical strength It is to provide a highly heat-resistant silicone-modified reactive urethane hot-melt adhesive having good peel strength, excellent heat resistance, and soft touch even at a high temperature of 280 ° C. or higher when adhered to a textile fabric while maintaining and a method for manufacturing a coated fabric using the same.
본 발명에 의한 고내열성 실리콘 변성 반응성 우레탄 핫멜트 접착제는, (a)유기화 처리된 나노클레이 2 ~ 5중량%와, 상기 나노클레이의 분산성 향상을 위한 (b)실란커플링제 1 ~ 2중량%를 혼합하여 균질화한 나노클레이 용액을 제조하는 단계; 상기 혼합된 나노클레이 용액을 (c)옥타메틸시클로테트라실록산 10 ~ 30중량% 및 (d)테트라메틸디실록산 5 ~ 15중량%와 함께 반응하여 나노클레이가 분산되도록 처리한 폴리디메틸실록산/나노클레이 혼합물을 합성하는 단계; 여기에 (e)2-프로펜-1-올(2-propen-1-ol) 5 ~ 15중량%를 천천히 투입하여 내열성의 향상을 위한 OH말단의 반응성 폴리디메틸실록산/나노클레이 혼합물을 제조하는 단계; 상기 OH말단의 반응성 폴리디메틸실록산/나노클레이 혼합물에 (f)방향족 이소시아네이트 15 ~ 30중량%의 비율로 반응시켜 프리폴리머(Prepolymer)를 제조하는 단계; 상기 제조된 프리폴리머에 (g)수평균분자량 500 ~ 4,000 범위의 폴리에스테르 폴리올 15 ~ 25중량%와, (h)내열성 향상을 위한 불소수지 함유 디올 2 ~ 5중량%와, (i)안정적인 난연성의 부여를 위한 반응성 난연제 5 ~ 12중량%와, (j)초기접착력 및 강도의 조정을 위한 쇄연장제 1 ~ 3중량%를 반응시킨 뒤, (k)난연성의 부여를 위한 첨가형 난연제 8 ~ 15중량%를 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 한다.The highly heat-resistant silicone-modified reactive urethane hot-melt adhesive according to the present invention contains (a) 2 to 5% by weight of organically treated nanoclay and (b) 1 to 2% by weight of a silane coupling agent for improving the dispersibility of the nanoclay. Preparing a homogenized nanoclay solution by mixing; Polydimethylsiloxane / nanoclay treated to disperse the nanoclay by reacting the mixed nanoclay solution with (c) 10 to 30% by weight of octamethylcyclotetrasiloxane and (d) 5 to 15% by weight of tetramethyldisiloxane synthesizing the mixture; Here, 5 to 15% by weight of (e) 2-propen-1-ol is slowly added to prepare an OH-terminated reactive polydimethylsiloxane/nanoclay mixture to improve heat resistance. step; (f) preparing a prepolymer by reacting the OH-terminated reactive polydimethylsiloxane/nanoclay mixture in a ratio of 15 to 30% by weight of aromatic isocyanate; In the prepolymer prepared above, (g) 15 to 25% by weight of a polyester polyol having a number average molecular weight in the range of 500 to 4,000, (h) 2 to 5% by weight of a fluororesin-containing diol for improving heat resistance, and (i) stable flame retardancy After reacting 5 to 12% by weight of a reactive flame retardant for imparting and (j) 1 to 3% by weight of a chain extender for adjusting initial adhesive strength and strength, (k) 8 to 15% by weight of an addition-type flame retardant for imparting flame retardancy It is characterized in that it is prepared by mixing %.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 유기화 처리된 나노클레이(a)는 그 입자 표면에 메틸(Methyl), 비스 하이드록시에틸(Bis hydroxyethyl), 옥타데실 암모늄(Octadecyl ammonium) 중에서 선택된 1종 이상의 유기작용기를 포함한 크기가 평균 5 ~ 30마이크로(㎛)인 무기입자로서, 상기 폴리디메틸실록산/나노클레이 혼합물은 수평균분자량 1,000 ~ 2,000 범위를 가지며, 상기 프리폴리머(Prepolymer)의 NCO%는 10 ~ 15%인 것을 특징으로 하고 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the organically treated nanoclay (a) has at least one organic selected from methyl, bis hydroxyethyl, and octadecyl ammonium on the surface of the particle. As inorganic particles with an average size of 5 to 30 microns (㎛) including functional groups, the polydimethylsiloxane/nanoclay mixture has a number average molecular weight in the range of 1,000 to 2,000, and the NCO% of the prepolymer is 10 to 15% It is characterized by being
그리고 본 발명에 의한 코팅 원단의 제조방법은, 고내열성 실리콘 변성 반응성 우레탄 핫멜트 접착제를 80 ~ 120℃의 온도로 용융시키고 섬유 원단에 5 ~ 50g/㎡의 양으로 도포한 다음, 온도 30 ~ 50℃, 상대습도 70 ~ 100%의 조건하에서 12 ~ 48시간 동안 숙성시켜 이루어지는 것으로, 상기 고내열성 실리콘 변성 반응성 우레탄 핫멜트 접착제의 난연성은 V-0등급(UL94 수직법)이며, 상기 코팅 원단은 내열성 280 ~ 320℃, 박리강도 2 ~ 12N/5cm인 것을 특징으로 한다.And the manufacturing method of the coated fabric according to the present invention, the high heat resistance silicone modified reactive urethane hot melt adhesive is melted at a temperature of 80 ~ 120 ℃ and applied to the fiber fabric in an amount of 5 ~ 50g / ㎡, then the temperature 30 ~ 50 ℃ , It is made by aging for 12 to 48 hours under the condition of 70 to 100% relative humidity. 320 ℃, characterized in that the peel strength of 2 ~ 12N / 5cm.
본 발명의 고내열성 실리콘 변성 반응성 우레탄 접착제는 유기화 처리된 나노클레이와 실리콘, 불소수지 함유 디올을 적용하여 우수한 내열성 부여가 가능하고 가공성과 유연성을 바탕으로 경화도가 증대되어 강한 접착력과 구조적 강도를 발휘하며, 이에 반응성 난연제의 적용을 통해 접착제 자체의 열안정성 및 난연성이 우수하고 내열성과 내후성이 향상되는 효과가 있다.The highly heat-resistant silicone-modified reactive urethane adhesive of the present invention applies organically treated nanoclay, silicone, and fluororesin-containing diol to provide excellent heat resistance, and exhibits strong adhesive strength and structural strength by increasing the degree of curing based on processability and flexibility. , Therefore, through the application of a reactive flame retardant, the heat stability and flame retardancy of the adhesive itself are excellent, and the heat resistance and weather resistance are improved.
또한, 본 발명의 반응성 우레탄 핫멜트 접착제는 용제를 사용하지 않는 100% 고형분의 친환경 폴리우레탄 접착제로서, 열용융에 의해 섬유소재에 접착되어 용제의 휘발이 이루어지는 건조과정 없이 접착력과 박리강도 등의 물성 및 가공성이 양호함과 동시에 부드러운 촉감과 우수한 내열성을 갖는 코팅 원단을 제조할 수 있는 장점이 있다.In addition, the reactive urethane hot-melt adhesive of the present invention is a 100% solid eco-friendly polyurethane adhesive that does not use a solvent, and is bonded to a fiber material by thermal melting and has physical properties such as adhesive strength and peel strength without a drying process in which the solvent is volatilized. It has the advantage of being able to manufacture a coated fabric having good processability, soft touch and excellent heat resistance.
이하에서는 본 발명에 의한 고내열성 실리콘 변성 반응성 우레탄 핫멜트 접착제 및 이를 이용한 코팅 원단의 제조방법에 대하여 설명하기로 하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이 용이하게 실시할 수 있을 정도로 예시하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.Hereinafter, a method for manufacturing a highly heat-resistant silicone-modified reactive urethane hot-melt adhesive and a coated fabric using the same according to the present invention will be described, which can be easily performed by a person skilled in the art to which the present invention belongs It is intended to illustrate to an extent, but does not mean that the technical spirit and scope of the present invention is thereby limited.
일반적으로, 폴리우레탄 수지는 중합체 중에 이소시아네이트기(-NCO)와 수산기(-OH)의 반응에 의해서 생성된 우레탄결합을 기본으로 하여 생성된 수지로서, 그 원료는 폴리올, 이소시아네이트, 체인확장제 등을 사용하며, 통상적으로 각종 용제가 첨가되어 용액중합방법으로 제조된다. 이에 따라 폴리우레탄 수지의 특징은 피막강도, 접착강도가 우수하기 때문에 얇은 코팅막의 제조가 가능하고 코팅피막의 탄력성이 풍부하여 촉감이 부드럽고 다공질막 필름으로 제조할 수 있어 투습성, 통기성을 부여할 수 있을 뿐만 아니라 내한성이 우수하며, 가소제를 사용하지 않고 가공하기 때문에 가소제로 인하여 발생되는 작업성 문제가 적다.In general, polyurethane resin is a resin produced based on a urethane bond formed by the reaction of an isocyanate group (-NCO) and a hydroxyl group (-OH) in a polymer, and its raw materials are polyol, isocyanate, chain extender, etc. It is usually prepared by solution polymerization by adding various solvents. Accordingly, polyurethane resin has excellent film strength and adhesive strength, so it is possible to manufacture a thin coating film, and the elasticity of the coating film is rich, so it is soft to the touch and can be manufactured as a porous film, giving moisture permeability and breathability. In addition, it has excellent cold resistance, and since it is processed without using plasticizers, there are few workability problems caused by plasticizers.
그러나 통상의 반응성 우레탄 접착제는 화학적, 물리적 결합력을 이용해 우수한 접착성과 가공성을 가지나, 우레탄 사슬의 물리화학적 한계로 인해 270℃ 이상의 내열성을 부여하기가 어렵다.However, conventional reactive urethane adhesives have excellent adhesiveness and processability using chemical and physical binding forces, but it is difficult to impart heat resistance of 270 ° C. or higher due to physicochemical limitations of the urethane chain.
이에 고내열성 소재의 개발을 위해 내열성이 우수한 일반적인 실리콘 접착제 또는 나노클레이와 같은 무기소재가 사용되고 있으나, 이들은 우수한 내열/난연성에 비해 접착력이 약해 쉽게 박리되는 현상이 관찰된다. 또한 우레탄과 실리콘 그리고 나노클레이는 서로 상용성이 떨어지는 소재이므로 단순히 혼합하여 적용할 경우 상분리가 일어나거나 겔화되는 특성을 보인다.Accordingly, inorganic materials such as general silicone adhesives or nanoclays having excellent heat resistance are used to develop materials with high heat resistance, but they are easily peeled off due to weak adhesive strength compared to excellent heat resistance/flame retardancy. In addition, urethane, silicone, and nanoclay are materials that are not compatible with each other, so when simply mixed and applied, phase separation occurs or gelation occurs.
따라서 우레탄, 실리콘, 무기입자(나노클레이)를 포함하는 시스템에 있어 강화성분인 무기입자의 분산은 최종적인 복합재료가 가지는 물성에 중요한 역할을 하며, 분산이 좋지 못할 경우 불안정한 계면으로 인하여 물성 저하가 유발될 뿐만 아니라 무기입자의 응집현상으로 인하여 훨씬 과량의 강화재가 필요하게 되어 점도 및 밀도 상승 등의 불리한 현상을 야기시킨다. 이러한 문제를 해결하는 수단으로 분산성을 높이기 위해 무기입자를 실란 등으로 전처리하는 방법의 적용이 가능하다.Therefore, in a system including urethane, silicone, and inorganic particles (nanoclay), the dispersion of inorganic particles, which are reinforcing components, plays an important role in the physical properties of the final composite material. In addition, agglomeration of inorganic particles requires a much excessive reinforcing material, causing disadvantageous phenomena such as increase in viscosity and density. As a means to solve this problem, it is possible to apply a method of pre-treating inorganic particles with silane or the like to increase dispersibility.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명의 고내열성 실리콘 변성 반응성 우레탄 핫멜트 접착제는, (a)유기화 처리된 나노클레이 2 ~ 5중량%와, 상기 나노클레이의 분산성 향상을 위한 (b)실란커플링제 1 ~ 2중량%를 혼합하여 균질화한 나노클레이 용액을 제조하는 단계; 상기 혼합된 나노클레이 용액을 (c)옥타메틸시클로테트라실록산 10 ~ 30중량% 및 (d)테트라메틸디실록산 5 ~ 15중량%와 함께 반응하여 나노클레이가 분산되도록 처리한 폴리디메틸실록산/나노클레이 혼합물을 제조하는 단계; 여기에 (e)2-프로펜-1-올(2-propen-1-ol) 5 ~ 15중량%를 천천히 투입하여 내열성의 향상을 위한 OH말단의 반응성 폴리디메틸실록산/나노클레이 혼합물을 제조하는 단계; 상기 OH말단의 반응성 폴리디메틸실록산/나노클레이 혼합물에 (f)방향족 이소시아네이트 15 ~ 30중량%의 비율로 반응시켜 프리폴리머(Prepolymer)를 제조하는 단계; 상기 제조된 프리폴리머에 (g)수평균분자량 500 ~ 4,000 범위의 폴리에스테르 폴리올 15 ~ 25중량%와, (h)내열성 향상을 위한 불소수지 함유 디올 2 ~ 5중량%와, (i)안정적인 난연성의 부여를 위한 반응성 난연제 5 ~ 12중량%와, (j)초기접착력 및 강도의 조정을 위한 쇄연장제 1 ~ 3중량%를 반응시킨 뒤, (k)난연성의 부여를 위한 첨가형 난연제 8 ~ 15중량%를 혼합하여 제조된다.In order to solve the above problems, the high heat resistance silicone modified reactive urethane hot melt adhesive of the present invention includes (a) 2 to 5% by weight of organically treated nanoclay and (b) a silane couple for improving the dispersibility of the nanoclay Preparing a homogenized nanoclay solution by mixing 1 to 2% by weight of ring agent; Polydimethylsiloxane / nanoclay treated to disperse the nanoclay by reacting the mixed nanoclay solution with (c) 10 to 30% by weight of octamethylcyclotetrasiloxane and (d) 5 to 15% by weight of tetramethyldisiloxane preparing a mixture; Here, 5 to 15% by weight of (e) 2-propen-1-ol is slowly added to prepare an OH-terminated reactive polydimethylsiloxane/nanoclay mixture to improve heat resistance. step; (f) preparing a prepolymer by reacting the OH-terminated reactive polydimethylsiloxane/nanoclay mixture in a ratio of 15 to 30% by weight of aromatic isocyanate; In the prepolymer prepared above, (g) 15 to 25% by weight of a polyester polyol having a number average molecular weight in the range of 500 to 4,000, (h) 2 to 5% by weight of a fluororesin-containing diol for improving heat resistance, and (i) stable flame retardancy After reacting 5 to 12% by weight of a reactive flame retardant for imparting and (j) 1 to 3% by weight of a chain extender for adjusting initial adhesive strength and strength, (k) 8 to 15% by weight of an addition-type flame retardant for imparting flame retardancy It is prepared by mixing %.
먼저, 본 발명에 사용되는 유기화 처리된 나노클레이(a)는 입자상태에서 나노크기(100nm 이하)를 가지고 있는 층상 규산염 광물(layered mineral silicates)의 나노입자로서, 일반적으로 층상 구조를 가지고 있는 스멕타이트(smectite)계의 클레이는 Si사면체와 Al팔면체가 2:1의 비율로 3층판(Si-Al-Si)구조를 이루는 층상구조(layer structure)를 가지고 있으며, 스멕타이트계에서 층상구조를 이용하기 위하여 일반적으로 사용되고 있는 것은 몬모릴로나이트(montmorillonite), 헥토라이트(hectorite), 세포나이트(saponite)와 같은 것들이 있는데, 그 가운데에서도 물속에서 팽윤성이 크고 분산성이 가장 좋은 몬모릴로나이트(montmorillonite, MMT)가 가장 일반적으로 사용되고 있다.First, the organically treated nanoclay (a) used in the present invention is nanoparticles of layered mineral silicates having a nano size (less than 100 nm) in a particle state, and is generally smectite having a layered structure ( smectite)-based clay has a layer structure in which Si tetrahedron and Al octahedron form a three-layer (Si-Al-Si) structure in a ratio of 2:1. Among them, montmorillonite (MMT) is the most commonly used as it is highly swellable in water and has the best dispersibility. .
상기 나노클레이는 높은 종횡비와 불연성, 나노스케일의 크기로 인해 고분자 나노복합체의 첨가물로 널리 이용되고 있으며, 유기화 처리공정은 저분자량의 유기화제를 나노클레이의 층상구조에 삽입시켜서 고분자의 침투를 용이하게 하는 과정이라 할 수 있다.The nanoclay is widely used as an additive for polymer nanocomposites due to its high aspect ratio, incombustibility, and nanoscale size, and the organic treatment process facilitates the penetration of the polymer by inserting a low molecular weight organic modifier into the layered structure of the nanoclay. It can be said that it is a process of
상기 유기화 처리된 나노클레이(a)는 그 입자 표면에 유기작용기를 부여함으로 인하여 일정한 크기의 균일한 입자(particle) 또는 응집체(aggregate)를 형성하여 분산성이 향상되면서 접착제의 내수성과 인장강도가 향상되는 것을 확인하였는데, 상기 나노클레이(a)는 그 입자 표면에 메틸(Methyl), 비스 하이드록시에틸(Bis hydroxyethyl), 옥타데실 암모늄(Octadecyl ammonium) 중에서 선택된 1종 이상의 유기작용기를 포함하는 것이 바람직하며, 그로 인해 크기가 평균 5 ~ 30마이크로(㎛)인 무기입자가 균일하게 형성됨으로써 접착제의 기계적 물성 및 내열성, 난연성 등의 특성이 극대화된다는 사실을 확인하였다(상기 나노클레이(a)로는 시판되고 있는 1.44P, 1.24TL, 1.34TCN 등을 사용함).The organic treated nanoclay (a) forms uniform particles or aggregates of a certain size by imparting organic functional groups to the surface of the particles, thereby improving dispersibility and improving the water resistance and tensile strength of the adhesive. It was confirmed that the nanoclay (a) preferably contains at least one organic functional group selected from methyl, bis hydroxyethyl, and octadecyl ammonium on the surface of the particle, As a result, it was confirmed that inorganic particles having an average size of 5 to 30 microns (㎛) are uniformly formed, thereby maximizing the mechanical properties of the adhesive, heat resistance, and flame retardancy (the nanoclay (a) is commercially available 1.44P, 1.24TL, 1.34TCN, etc.).
또한, 상기 나노클레이(a)의 분산성 향상을 위한 개질은 접착제 총중량을 기준으로 1 ~ 2중량%의 실란커플링제(Silane coupling agent)(b)를 혼합하여 균질화한 나노클레이 용액을 제조하는 단계를 거치게 되는바, 상기 실란커플링제(b)로는 APTES(3-Aminopropyl triethoxysilane), MPS(Methacryloxy propyltrimethoxysilane), GPS(Glycidoxy propyl trimethoxysilane), MCPS(Mercaptopropyl trimethoxysilane) 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 사슬 한쪽 말단기에 실란기를 적용하고 생성된 작용기에 실리케이트 나노클레이를 도입함으로써 내열성과 기계적 강도를 높일 수 있는 APTES(3-Aminopropyl triethyoxysilane)가 가장 적합하다.In addition, the modification to improve the dispersibility of the nanoclay (a) is a step of preparing a homogenized nanoclay solution by mixing 1 to 2% by weight of a silane coupling agent (b) based on the total weight of the adhesive As the silane coupling agent (b), APTES (3-Aminopropyl triethoxysilane), MPS (Methacryloxy propyltrimethoxysilane), GPS (Glycidoxy propyl trimethoxysilane), MCPS (Mercaptopropyl trimethoxysilane), etc. can be used, preferably one side of the chain APTES (3-Aminopropyl triethyoxysilane), which can increase heat resistance and mechanical strength by applying a silane group to the end group and introducing silicate nanoclay to the resulting functional group, is most suitable.
이를 통해 유기화 처리된 나노클레이(a) 자체의 물성 강화는 물론 분산과정에서 말단 실란커플링제 간의 가수분해-응축반응(hydrolysis-condensation)을 통해 가교됨으로써 더욱 물성 향상이 가능하다.Through this, it is possible to further improve physical properties by strengthening the physical properties of the organically treated nanoclay (a) itself and crosslinking through hydrolysis-condensation between terminal silane coupling agents during the dispersion process.
상기 나노클레이(a)와 실란커플링제(b)는 균질기(homogenizer)를 사용하여 반응에 사용되기 전에 먼저 균질화시키게 되며, 이후 잘 혼합된 나노클레이 용액(나노클레이 2 ~ 5중량% + 실란커플링제 1 ~ 2중량%)을 투입하여 반응시키는데, 나노클레이(a)가 적용되는 반응성 폴리디메틸실록산의 제조단계는 다음과 같다.The nanoclay (a) and the silane coupling agent (b) are first homogenized before being used in the reaction using a homogenizer, and then a well-mixed nanoclay solution (2 to 5% by weight of nanoclay + silane couple 1 to 2% by weight of ringing agent) is introduced and reacted, and the manufacturing step of reactive polydimethylsiloxane to which nanoclay (a) is applied is as follows.
본 발명에서는 질소공급 하의 반응기에 10 ~ 30중량%의 옥타메틸시클로테트라실록산(Octamethyl cyclotetrasiloxane)(c), 5 ~ 15중량%의 테트라메틸 디실록산(tetramethyl disiloxane)(d)에 대해, 3 ~ 7중량%의 나노클레이 용액을 교반기에 혼합한 후, 트리플산(Trific acid, 트라이플루오로메탄설폰산, Trifluoromethanesulfonic acid, TFMS, TFSA)을 주입하고 반응시켜 수평균분자량 1,000 ~ 2,000 범위의 폴리디메틸실록산/나노클레이 혼합물을 합성한다.In the present invention, 10 to 30% by weight of octamethyl cyclotetrasiloxane (c), 5 to 15% by weight of tetramethyl disiloxane (d) in a reactor under nitrogen supply, 3 to 7 After mixing the nanoclay solution by weight% in a stirrer, triflic acid (Trific acid, trifluoromethanesulfonic acid, TFMS, TFSA) is injected and reacted to obtain polydimethylsiloxane/polydimethylsiloxane having a number average molecular weight in the range of 1,000 to 2,000. Synthesize the nanoclay mixture.
여기에 0.05 ~ 0.1중량%의 금속-비닐실란 복합촉매(metal-vinylsilane complex catalyst)를 첨가한 다음, 5 ~ 15중량%의 2-프로펜-1-올(2-propen-1-ol)(e)을 천천히 투입하여 90 ~ 100℃의 온도에서 2 ~ 6시간 동안 반응시키고 이물질을 제거한 후 진공 건조시켜 내열성의 향상을 위한 OH말단의 반응성 폴리디메틸실록산/나노클레이 혼합물 23 ~ 67중량%를 제조한다.Here, 0.05 to 0.1% by weight of a metal-vinylsilane complex catalyst was added, followed by 5 to 15% by weight of 2-propen-1-ol (2-propen-1-ol) ( e) was added slowly, reacted at a temperature of 90 to 100 ° C for 2 to 6 hours, removed foreign substances, and dried in a vacuum to prepare a reactive polydimethylsiloxane / nanoclay mixture of 23 to 67% by weight for improved heat resistance do.
상기와 같이 제조된 OH말단의 반응성 폴리디메틸실록산/나노클레이 혼합물은 15 ~ 30중량%의 방향족 이소시아네이트(f)과 80 ~90℃의 온도에서 2시간 동안 반응시켜 프리폴리머(Prepolymer)를 제조하는데, 상기 이소시아네이트(f)는 디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI), 폴리카르보디이미드 변성 디페닐메탄 디이소시아네이트(변성 MDI) 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 그룹 중에서 선택하여 사용할 수 있으며, 특히 비교적 내열성이 우수하고 접착강도가 양호한 MDI를 사용하는 것이 반응성에서 가장 유리하다.The OH-terminated reactive polydimethylsiloxane/nanoclay mixture prepared as described above is reacted with 15 to 30% by weight of aromatic isocyanate (f) at a temperature of 80 to 90 ° C. for 2 hours to prepare a prepolymer. Isocyanate (f) may be selected and used from the group consisting of diphenylmethane diisocyanate (MDI), polycarbodiimide-modified diphenylmethane diisocyanate (modified MDI), or mixtures thereof, and in particular, has relatively excellent heat resistance and adhesive strength. It is most advantageous in terms of reactivity to use MDI with good MDI.
그로부터 제조되는 프리폴리머(Prepolymer)는 NCO%가 10 ~ 15%의 범위가 되도록 반응을 진행하여 NCO말단의 실리콘 나노클레이 하이브리드 프리폴리머가 얻어지는데, 만일 OH말단의 반응성 폴리디메틸실록산/나노클레이 혼합물의 함량이 23중량% 미만으로 투입되면 내열성이 떨어지며, 67중량%를 초과하면 실리콘의 함량이 증가하여 접착성과 기계적 강도가 저하되는 경향이 발생됨을 확인하였다.The prepolymer prepared therefrom is reacted so that the NCO% is in the range of 10 to 15% to obtain an NCO-terminated silicon nanoclay hybrid prepolymer. If the OH-terminated reactive polydimethylsiloxane/nanoclay mixture content is When added less than 23% by weight, the heat resistance is lowered, and when it exceeds 67% by weight, it was confirmed that the content of silicon increases, resulting in a tendency for adhesiveness and mechanical strength to decrease.
다음으로, 본 발명의 우수한 내열성과 양호한 상용성을 가지는 우레탄 접착제의 제조를 위한 실리콘 나노클레이 하이브리드 프리폴리머에는 방향족 폴리에스테르 폴리올, 불소수지 함유 디올, 반응성 난연제, 쇄연장제, 첨가형 난연제를 적용하였는데, 접착제 총중량을 기준으로 15 ~ 25중량%의 수평균분자량 500 ~ 4,000 범위의 폴리에스테르 폴리올(g)과, 2 ~ 5중량%의 내열성 향상을 위한 불소수지 함유 디올(h)과, 안정적인 난연성의 부여를 위한 5 ~ 12중량%의 반응성 난연제(i)와, 초기접착력 및 강도의 조정을 위한 1 ~ 3중량%의 쇄연장제(j)를 반응시킨 뒤, 난연성의 부여를 위한 8 ~ 15중량%의 첨가형 난연제(k)를 혼합함으로써 고내열성 실리콘 변성 반응성 우레탄 핫멜트 접착제가 제조되는 것이다.Next, an aromatic polyester polyol, a fluororesin-containing diol, a reactive flame retardant, a chain extender, and an additive type flame retardant were applied to the silicone nanoclay hybrid prepolymer for the preparation of the urethane adhesive having excellent heat resistance and good compatibility of the present invention. Based on the total weight, 15 to 25% by weight of a polyester polyol (g) in the range of 500 to 4,000 in number average molecular weight, 2 to 5% by weight of a fluororesin-containing diol (h) for improving heat resistance, and stable flame retardancy After reacting 5 to 12% by weight of a reactive flame retardant (i) for initial adhesion and 1 to 3% by weight of a chain extender (j) for adjusting strength, 8 to 15% by weight for imparting flame retardancy A highly heat-resistant silicone-modified reactive urethane hot-melt adhesive is prepared by mixing the additive flame retardant (k).
상기 방향족 폴리에스테르 폴리올(g)로는 내열성과 접착력 등의 특성을 고려하여 접착제 총중량을 기준으로 수평균분자량 500 ~ 1500 범위의 폴리에스테르 폴리올 5 ~ 10중량%와 수평균분자량 2,500 ~ 4,000 범위의 폴리에스테르 폴리올 10 ~ 15중량%를 혼합하여 사용하는 것이 강한 접착력과 양호한 유동성을 발휘하기에 더욱 적합하며, 상기 범위를 벗어나면 점도와 촉감, 그리고 수지 자체의 접착력이 떨어지게 된다.The aromatic polyester polyol (g) includes 5 to 10% by weight of polyester polyol having a number average molecular weight of 500 to 1500 and polyester having a number average molecular weight of 2,500 to 4,000 based on the total weight of the adhesive in consideration of characteristics such as heat resistance and adhesive strength. It is more suitable to use a mixture of 10 to 15% by weight of polyol to exhibit strong adhesive strength and good fluidity, and outside the above range, viscosity, feel, and adhesive strength of the resin itself are deteriorated.
한편, 내열성 및 기계적 물성의 부여를 위한 일반적인 첨가제는 사용 후 이행현상(migration)이 발생할 수도 있고 장기간 사용시 첨가제가 빠져나와서 문제점이 있는 반면에, 본 발명에서 사용되는 불소수지 함유 디올(h)은 중량평균분자량 1,000 ~ 2,000인 것을 2 ~ 5중량% 정도로 함유함으로써 내열성 향상에 효과적이며, 상기 불소수지 함유 디올(h)과 반응성 난연제(i)는 OH관능기가 붙어있는 화합물을 우레탄 합성시 공중합 형태로 사용함으로써 추후에 별도의 첨가제를 넣어주지 않아도 물성을 부여할 수 있고 장시간 사용시에도 물성이 유지되는 특성이 있다. 아울러 불소수지 함유 디올의 함량을 2중량% 미만으로 투입하면 내열성의 발현이 약하여 공중합 효과가 미비할 수 있으며, 5중량% 초과하면 공중합물질의 불소수지 함유 디올의 함량이 증가하여 수지의 성상이 나빠질 우려가 있다.On the other hand, general additives for imparting heat resistance and mechanical properties may cause migration after use and have problems in that the additives escape when used for a long time, whereas the fluororesin-containing diol (h) used in the present invention has a weight It is effective in improving heat resistance by containing 2 to 5% by weight of something having an average molecular weight of 1,000 to 2,000, and the fluororesin-containing diol (h) and the reactive flame retardant (i) are compounds having an OH functional group attached in the form of copolymerization during urethane synthesis. By doing so, it is possible to impart physical properties without adding additional additives later, and it has a characteristic that the physical properties are maintained even when used for a long time. In addition, if the content of the fluororesin-containing diol is less than 2% by weight, heat resistance may be weak and the copolymerization effect may be insufficient. There are concerns.
상기 내열성 향상을 위한 불소수지 함유 디올(h)과 함께 안정적인 난연성의 부여를 위한 반응성 난연제(i)는 아래 화학식 1과 같은 수평균분자량 250 ~ 500인 디에틸 N,N-비스(2-하이드록시에틸) 아미노메틸 포스포네이트 또는 아래 화학식 2와 같은 테트라브로모 프탈레이트 디올 타입의 반응성 난연제 중에서 선택되는 1종 이상을 접착제 총중량을 기준으로 5 ~ 12중량% 이내로 사용하는 것이 폴리올과의 반응성과 접착제의 물성을 고려할 때 바람직하다.The reactive flame retardant (i) for imparting stable flame retardancy together with the fluororesin-containing diol (h) for improving heat resistance is diethyl N, N-bis (2-hydroxy having a number average molecular weight of 250 to 500 as shown in Formula 1 below) Ethyl) aminomethyl phosphonate or tetrabromophthalate diol-type reactive flame retardants such as Formula 2 below is used in an amount of 5 to 12% by weight based on the total weight of the adhesive to improve the reactivity with the polyol and the adhesive properties. It is preferable when considering physical properties.
[화학식 1][Formula 1]
[화학식 2][Formula 2]
또한, 초기접착력 및 강도의 조정을 위한 쇄연장제(j)는 통상 모노에틸렌 글리콜, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올 중에서 선택되는 어느 1종 이상의 폴리올을 적정한 비율로 사용하여 반응시키면 본 발명에서 요구되는 수지 특성을 얻을 수 있지만, 핫멜트 접착제의 초기강도 및 저온에서의 결정성 조절을 위해서는 1,6-헥산디올을 1 ~ 3중량% 이내로 사용하는 것이 가장 바람직하다. 이때, 반응 후 최종 조성에서의 NCO%는 안정적인 경화를 위해 2 ~ 5%의 범위로 제조되는 것이 바람직하다.In addition, the chain extender (j) for adjusting the initial adhesion and strength is usually one or more polyols selected from monoethylene glycol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, and 1,6-hexanediol. When reacted using an appropriate ratio, the resin properties required in the present invention can be obtained, but it is best to use 1,6-hexanediol within 1 to 3% by weight to control the initial strength of the hot melt adhesive and the crystallinity at low temperatures. desirable. At this time, the NCO% in the final composition after the reaction is preferably prepared in the range of 2 to 5% for stable curing.
또한, 본 발명에서는 보다 개선된 난연성 부여를 위해 상업적으로 판매되는 첨가형 난연제를 사용할 수 있으나, 통상의 첨가형 난연제는 그 사용량이 20중량%를 초과하면 표면으로의 블루밍(blooming) 현상이 발생되고 접착력의 저하가 확인되므로, 본 발명에서는 접착제 총중량을 기준으로 첨가형 난연제(k)를 8 ~ 15중량% 이내로 사용하였으며, 그로 인하여 부족한 난연성은 반응성 난연제(i)를 5 ~ 12중량% 적용하였다. 본 발명에서 사용되는 첨가형 난연제로는 순도 99.8% 이상, 평균입자경이 8㎛ 내외인 수산화알루미늄(Al(OH)3), ATH)을 반응의 최종단계에서 첨가하여 흐름성과 난연성을 높일 수 있다.In addition, in the present invention, additive-type flame retardants commercially sold can be used to impart more improved flame retardancy, but when the amount of the conventional additive-type flame retardant exceeds 20% by weight, a blooming phenomenon occurs on the surface and the adhesive strength Since the deterioration is confirmed, in the present invention, the additive type flame retardant (k) was used within 8 to 15% by weight based on the total weight of the adhesive, and therefore, the insufficient flame retardancy was 5 to 12% by weight of the reactive flame retardant (i). As the additive-type flame retardant used in the present invention, aluminum hydroxide (Al(OH) 3 ), ATH having a purity of 99.8% or more and an average particle diameter of about 8 μm is added in the final stage of the reaction to improve flowability and flame retardancy.
그리고 본 발명의 코팅 원단의 제조방법은 상기 고내열성 실리콘 변성 반응성 우레탄 핫멜트 접착제를 80 ~ 120℃의 온도로 용융시키고 섬유 원단에 5 ~ 50g/㎡의 양으로 도포한 다음, 온도 30 ~ 50℃, 상대습도 70 ~ 100%의 조건에서 12 ~ 48시간 동안 숙성시켜 이루어짐으로써 내열성과 접착강도, 그리고 높은 박리강도와 부드러운 촉감을 최대로 발휘할 수 있는데, 이 코팅 원단에 있어 상기 접착제의 난연성은 V-0등급(UL94 수직법)이며, 상기 코팅 원단은 내열성 280 ~ 320℃, 박리강도 2 ~ 12N/5cm의 물성을 갖게 된다.And the manufacturing method of the coated fabric of the present invention is to melt the high heat resistance silicone modified reactive urethane hot melt adhesive at a temperature of 80 ~ 120 ℃ and apply it to the fiber fabric in an amount of 5 ~ 50g / ㎡, then the temperature 30 ~ 50 ℃, By aging for 12 to 48 hours under the condition of 70 to 100% relative humidity, it is possible to maximize heat resistance, adhesive strength, high peel strength and soft touch. In this coated fabric, the flame retardancy of the adhesive is V-0 It is a grade (UL94 vertical method), and the coated fabric has physical properties of heat resistance of 280 to 320 ° C and peel strength of 2 to 12 N / 5 cm.
이하에서는 본 발명에 의한 고내열성 실리콘 변성 반응성 우레탄 핫멜트 접착제를 실험한 실시예를 살펴보기로 하되, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이 쉽게 실시할 수 있을 정도의 바람직한 실시한 예를 통하여 본 발명을 설명한다.Hereinafter, an example of an experiment of the highly heat-resistant silicone modified reactive urethane hot-melt adhesive according to the present invention will be described, but a preferred embodiment that can be easily carried out by a person skilled in the art to which the present invention belongs The present invention is explained through
[실시예 1 ~ 3 / 비교예 1, 2][Examples 1 to 3 / Comparative Examples 1 and 2]
반응성 우레탄 핫멜트 접착제의 제조Preparation of reactive urethane hot melt adhesives
1리터 3구 환류 반응기에 질소 분위기에서 1.34-TCN 나노클레이, APTES(3-Aminopropyl triethyoxysilane)를 혼합하여 3시간 동안 50 ~ 100rpm으로 2 ~ 6시간 동안 교반하여 균일하게 혼합한 뒤 옥타메틸시클로테트라실록산(Octamethylcyclotetrasiloxane) 및 테트라메틸디실록산(Tetramethyldisiloxane)을 투입하고 60 ~ 80℃의 온도에서 트리플산(Triflic acid)를 주입하여 12 ~ 48시간 반응하여 수평균분자량 1,000 ~ 2,000 수준의 폴리디메틸실록산 나노클레이 혼합물을 합성한다.Mix 1.34-TCN nanoclay and APTES (3-Aminopropyl triethyoxysilane) in a 1-liter three-necked reflux reactor under a nitrogen atmosphere, stir at 50 to 100 rpm for 2 to 6 hours for 3 hours, and mix evenly with octamethylcyclotetrasiloxane. (Octamethylcyclotetrasiloxane) and tetramethyldisiloxane (Tetramethyldisiloxane) were added, triflic acid was injected at a temperature of 60 ~ 80 ℃, and reaction was performed for 12 ~ 48 hours to form a polydimethylsiloxane nanoclay mixture with a number average molecular weight of 1,000 ~ 2,000. synthesize
상기 얻어진 혼합물에 0.05 ~ 0.1중량%의 금속-비닐실란 복합촉매(metal-vinyl silane complex catalyst)를 첨가하여 60 ~ 80℃의 온도에서 교반하며 2-프로펜-1-올(2-propen-1-ol)을 천천히 투입하여 초기반응을 유도한다. 이후 90 ~ 100℃의 온도에서 2 ~ 6시간 동안 반응한 뒤 24 ~ 48시간 동안 진공 건조시켜 OH말단의 반응성 폴리디메틸실록산/나노클레이 혼합물을 제조한다.0.05 to 0.1% by weight of a metal-vinyl silane complex catalyst was added to the obtained mixture, stirred at a temperature of 60 to 80 ° C, and 2-propen-1-ol (2-propen-1 -ol) is slowly added to induce an initial reaction. Thereafter, the mixture is reacted at a temperature of 90 to 100° C. for 2 to 6 hours and vacuum dried for 24 to 48 hours to prepare an OH-terminated reactive polydimethylsiloxane/nanoclay mixture.
상기 제조된 OH말단의 폴리디메틸실록산 나노클레이 혼합물에 MDI와 촉매를 넣어 80 ~ 90℃의 온도에서 2 ~ 4시간 동안 NCO% = 10 ~ 15%가 될 때까지 반응시켜 프리폴리머(Prepolymer)를 제조한다.Add MDI and a catalyst to the prepared OH-terminated polydimethylsiloxane nanoclay mixture and react for 2 to 4 hours at a temperature of 80 to 90 ° C. until NCO% = 10 to 15% to prepare a prepolymer. .
상기 제조된 프리폴리머에 폴리에스테르 폴리올, 불소수지 함유 디올, 반응성 난연제, 1,6-HD를 투입하고 90 ~ 100℃의 온도에서 3 ~ 5시간 동안 반응을 실시하며, 이후 미반응 이소시아네이트의 제거를 위해 진공하에서 1시간 동안 반응시키며, NCO% = 2 ~ 5% 범위에서 반응을 종료하고 점도를 확인한 후 산화방지제, 첨가형 난연제 등을 혼입하여 교반한다.Polyester polyol, fluororesin-containing diol, reactive flame retardant, and 1,6-HD were added to the prepared prepolymer, and the reaction was carried out at a temperature of 90 to 100 ° C. for 3 to 5 hours. Then, to remove unreacted isocyanate React for 1 hour under vacuum, complete the reaction in the range of NCO% = 2 ~ 5%, check the viscosity, and then mix antioxidants, additive flame retardants, etc. and stir.
위와 같은 공정과 동일한 방식으로 각 구성성분의 배합을 달리하는 반응성 우레탄 핫멜트 접착제의 제조를 아래 [표 1]과 같은 조성으로 실시하였다.In the same manner as the above process, the preparation of a reactive urethane hot-melt adhesive with different formulations of each component was performed with the composition shown in [Table 1] below.
[실험예][Experimental example]
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1, 2에 따라 각각 제조된 반응성 우레탄 핫멜트 접착제에 대하여 접착강도(박리강도), 난연성, 내열성, 촉감 등을 아래와 같은 방법으로 측정하고 그 결과를 아래 [표 2]에 나타내었다.For the reactive urethane hot melt adhesives prepared according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2, adhesive strength (peel strength), flame retardancy, heat resistance, touch, etc. were measured by the following methods, and the results are shown in Table 2 below. ].
○ 접착강도○ Adhesion strength
상기 반응성 우레탄 핫멜트 접착제의 접착강도(박리강도) 시험을 위한 시험편으로는 아라미드 직물을 사용하였다. 반응성 우레탄 핫멜트 접착제는 100℃의 온도로 용융시킨 후 #152 Gravure roll을 사용하여 도포량이 25g/㎡ 정도가 되도록 원단의 표면에 전사하였으며, 고무롤과 합포롤을 사용하여 원단에 압착하여 접착을 실시하였다. 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.An aramid fabric was used as a test piece for testing the adhesive strength (peel strength) of the reactive urethane hot melt adhesive. After melting the reactive urethane hot melt adhesive at a temperature of 100 ° C, it was transferred to the surface of the fabric so that the coating amount was about 25 g / ㎡ using # 152 Gravure roll, and bonded by pressing on the fabric using a rubber roll and a combined roll. . At this time, five specimens were used, and a universal tensile tester owned by the company was used as the testing machine. The breaking load of the tester and the test piece was set within 5 to 85% of the capacity, and after bonding, it was aged for 12 hours at a temperature of 40 ° C and a relative humidity of 70%, and then carried out 5 times.
○ 난연성○ Flame retardant
상기 반응성 우레탄 핫멜트 접착제는 UL94 수직법을 이용하여 아래 내열성 시편과 유사한 방법으로 넓이 1.3cm, 길이 12cm의 시편을 만들어 수직으로 접염시의 난연성을 확인하였다.The reactive urethane hot melt adhesive used the UL94 vertical method to confirm flame retardancy when vertically gluing by making a specimen having a width of 1.3 cm and a length of 12 cm in a similar manner to the heat resistance specimen below.
○ 내열성○ heat resistance
상기 고내열성 실리콘변성 반응성 우레탄 접착제의 내열성 측정방법으로는 이형지와 핫멜트 접착제를 이용하여 0.5㎜ 두께의 필름을 제작한 후 5 ~ 10㎎의 시료를 TGA에 투입하여 20℃/min의 승온속도로 30 ~ 600℃까지 질소 기류하에서 측정하여 시료의 잔존중량 95%가 되는 지점의 온도를 열분해온도로 하고 샘플들의 내열성을 비교하였다.As a method for measuring the heat resistance of the highly heat-resistant silicone-modified reactive urethane adhesive, a 0.5 mm-thick film was prepared using a release paper and a hot melt adhesive, and then a 5 to 10 mg sample was put into TGA and heated to 30 °C at a temperature increase rate of 20 ° C / min. The thermal decomposition temperature of the sample was measured at ~ 600 ° C. under a nitrogen stream, and the temperature at the point where the residual weight of the sample reached 95% was used as the thermal decomposition temperature, and the heat resistance of the samples was compared.
○ 인장강도○ Tensile strength
내열성 측정을 위해 제조된 시편을 ASTM 882 법에 의하여 만능인장시험기를 사용하여 강도를 측정하였다.The strength of the specimen prepared for the measurement of heat resistance was measured using a universal tensile tester according to the ASTM 882 method.
○ 촉감○ Touch
상기 반응성 우레탄 핫멜트 접착제와 아라미드 원단을 합포하여 전문가 10인을 선정하여 그 촉감의 평균치를 측정하였다(◎: 매우 양호, ○: 양호, △: 보통, ×: 불량).The reactive urethane hot melt adhesive and aramid fabric were combined, and 10 experts were selected to measure the average value of the touch (◎: very good, ○: good, △: average, ×: poor).
상기 [표 2]에서와 같이, 실시예 1 내지 3 및 비교예 1, 2에 따라 각각 제조된 반응성 우레탄 접착제에 대한 실험결과를 비교하면, 나노클레이가 적용된 실리콘 변성 수지의 양이 증가할수록 내열성은 증가하나, 인장강도와 박리강도가 저하되는 특성이 확인되었다. 상기 실험결과로부터, 본 발명에 따라 제조된 실시예 1이 상대적으로 가장 우수한 내열성과 박리강도, 난연성을 갖는다는 사실을 확인할 수 있다.As shown in [Table 2], comparing the experimental results of the reactive urethane adhesives prepared according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2, the heat resistance increases as the amount of silicone-modified resin to which nanoclay is applied increases. However, it was confirmed that the tensile strength and peel strength decreased. From the above experimental results, it can be confirmed that Example 1 prepared according to the present invention has relatively excellent heat resistance, peel strength, and flame retardancy.
따라서 본 발명에 의한 나노클레이 및 불소수지 함유 디올이 적용된 고내열성 실리콘 변성 반응성 우레탄 핫멜트 접착제는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 변경이 가능한 것으로, 특히 가공성이 용이한 장점이 있어 초고온 환경에 노출되는 각종 섬유소재의 표면 가공은 물론 각종 의류, 자동차, 건축자재 등에 코팅되거나 필름 형태로의 적용이 가능한 친환경 소재로서 다양한 용도와 형태로 사용될 수 있다.Therefore, the highly heat-resistant silicone-modified reactive urethane hot-melt adhesive to which the nanoclay and fluororesin-containing diol according to the present invention is applied can be substituted, modified, and changed in various ways without departing from the technical idea of the present invention, and particularly easy to process With one advantage, it can be used in various uses and forms as an eco-friendly material that can be applied in the form of a film or coated on various clothing, automobiles, building materials, etc. as well as surface processing of various textile materials exposed to ultra-high temperature environments.
Claims (6)
상기 혼합된 나노클레이 용액을 (c)옥타메틸시클로테트라실록산 10 ~ 30중량% 및 (d)테트라메틸디실록산 5 ~ 15중량%와 함께 반응하여 나노클레이가 분산되도록 처리한 폴리디메틸실록산/나노클레이 혼합물을 합성하는 단계;
여기에 (e)2-프로펜-1-올(2-propen-1-ol) 5 ~ 15중량%를 천천히 투입하여 내열성의 향상을 위한 OH말단의 반응성 폴리디메틸실록산/나노클레이 혼합물을 제조하는 단계;
상기 OH말단의 반응성 폴리디메틸실록산/나노클레이 혼합물에 (f)방향족 이소시아네이트 15 ~ 30중량%의 비율로 반응시켜 프리폴리머(Prepolymer)를 제조하는 단계;
상기 제조된 프리폴리머에 (g)수평균분자량 500 ~ 4,000 범위의 폴리에스테르 폴리올 15 ~ 25중량%와, (h)내열성 향상을 위한 불소수지 함유 디올 2 ~ 5중량%와, (i)안정적인 난연성의 부여를 위한 반응성 난연제 5 ~ 12중량%와, (j)초기접착력 및 강도의 조정을 위한 쇄연장제 1 ~ 3중량%를 반응시킨 뒤, (k)난연성의 부여를 위한 첨가형 난연제 8 ~ 15중량%를 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 고내열성 실리콘 변성 반응성 우레탄 핫멜트 접착제.(a) preparing a homogenized nanoclay solution by mixing 2 to 5% by weight of organically treated nanoclay and (b) 1 to 2% by weight of a silane coupling agent to improve the dispersibility of the nanoclay;
Polydimethylsiloxane / nanoclay treated to disperse the nanoclay by reacting the mixed nanoclay solution with (c) 10 to 30% by weight of octamethylcyclotetrasiloxane and (d) 5 to 15% by weight of tetramethyldisiloxane synthesizing the mixture;
Here, 5 to 15% by weight of (e) 2-propen-1-ol is slowly added to prepare an OH-terminated reactive polydimethylsiloxane/nanoclay mixture to improve heat resistance. step;
(f) preparing a prepolymer by reacting the OH-terminated reactive polydimethylsiloxane/nanoclay mixture in a ratio of 15 to 30% by weight of aromatic isocyanate;
In the prepolymer prepared above, (g) 15 to 25% by weight of a polyester polyol having a number average molecular weight in the range of 500 to 4,000, (h) 2 to 5% by weight of a fluororesin-containing diol for improving heat resistance, and (i) stable flame retardancy After reacting 5 to 12% by weight of a reactive flame retardant for imparting and (j) 1 to 3% by weight of a chain extender for adjusting initial adhesive strength and strength, (k) 8 to 15% by weight of an addition-type flame retardant for imparting flame retardancy A highly heat-resistant silicone-modified reactive urethane hot-melt adhesive, characterized in that it is prepared by mixing %.
상기 유기화 처리된 나노클레이(a)는 그 입자 표면에 메틸(Methyl), 비스 하이드록시에틸(Bis hydroxyethyl), 옥타데실 암모늄(Octadecyl ammonium) 중에서 선택된 1종 이상의 유기작용기를 포함한 크기가 평균 5 ~ 30마이크로(㎛)인 무기입자인 것을 특징으로 하는 고내열성 실리콘 변성 반응성 우레탄 핫멜트 접착제.According to claim 1,
The organically treated nanoclay (a) has an average size of 5 to 30 including at least one organic functional group selected from methyl, bis hydroxyethyl, and octadecyl ammonium on the surface of the particle A highly heat-resistant silicone-modified reactive urethane hot-melt adhesive characterized in that it is a micro (㎛) inorganic particle.
상기 폴리디메틸실록산/나노클레이 혼합물은 수평균분자량 1,000 ~ 2,000 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 고내열성 실리콘 변성 반응성 우레탄 핫멜트 접착제.According to claim 1,
The polydimethylsiloxane / nanoclay mixture has a number average molecular weight in the range of 1,000 to 2,000, characterized in that the high heat resistance silicone modified reactive urethane hot melt adhesive.
상기 프리폴리머(Prepolymer)의 NCO%는 10 ~ 15%인 것을 특징으로 하는 고내열성 실리콘 변성 반응성 우레탄 핫멜트 접착제.According to claim 1,
High heat resistance silicone modified reactive urethane hot melt adhesive, characterized in that the NCO% of the prepolymer is 10 to 15%.
상기 고내열성 실리콘 변성 반응성 우레탄 핫멜트 접착제의 난연성은 V-0등급(UL94 수직법)이며, 상기 코팅 원단은 내열성 280 ~ 320℃, 박리강도 2 ~ 12N/5cm인 것을 특징으로 하는 코팅 원단의 제조방법.According to claim 5,
The flame retardancy of the high heat resistance silicone modified reactive urethane hot melt adhesive is V-0 grade (UL94 vertical method), and the coated fabric has a heat resistance of 280 to 320 ° C and a peel strength of 2 to 12 N / 5 cm. .
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