KR20020037288A - 중합체성 기재용 피복물 - Google Patents

중합체성 기재용 피복물 Download PDF

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KR20020037288A
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블랙우드윌리암레이
하버멜제임스
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맥켈러 로버트 루이스
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Abstract

중합체성 기재의 점착성은,
중합체성 기재의 표면을 열경화성 액체 실리콘 고무 조성물로 피복시키는 단계(i),
평균 입자 크기가 0.1 내지 500마이크론인 분말 실리콘 고무의 수성 현탁액을 중합체성 기재상에 열경화성 액체 실리콘 고무 조성물의 피복물에 적용시키는 단계(ii) 및
피복된 중합체성 기재를 가열하여, 열경화성 액체 실리콘 고무 조성물을 경화시키는 동시에 분말 실리콘 고무를 중합체성 기재상에 피복물에 접착시키는 단계(iii)에 의해 감소된다.

Description

중합체성 기재용 피복물{Coatings for polymeric substrates}
본 발명은 중합체성 기재용 피복물에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 본 발명은 분말 실리콘 고무의 수성 현탁액을 자동차용 에어백(air bag)의 제조시 유용한 기재로 적용하는 것에 관한 것이다.
미국 특허 제 4,594,134호(1986.6.10)에는 포스터, 부틸 고무, 폴리아미드(예: 나일론-6,6) 및 아스팔트를 포함하는 다양한 기재용 피복물로서의 분말 실리콘 고무가 교시되어 있다. 당해 피복물의 목적은 기재의 표면 점착성을 제거하는 것이다. 그러나, 미국 특허 제 4,594,134호에서 분말 실리콘 고무는 수성 현탁액으로서보다 건조 분말로서 중합체성 기재에 적용되고, 따라서 미국 특허 제 4,594,134호에서 수득한 표면 범위는 한결같이 일정하지 않다.
분말 실리콘 고무의 수성 분산액을 중합체성 기재(예: 실리콘 겔 시트)로의 적용은 미국 특허 제4,985,227호(1991.1.15)에 공지되어 있지만, 수성 분산액이 도포된 실리콘 겔 시트는 경화되지 않기 보다는 경화되기 쉽다. 따라서, 이들 기재에 대한 분말 실리콘 고무의 접착성을 유지하기는 어렵다.
이들 단점은 분말 실리콘 고무의 수성 현탁액을 중합체성 기재, 특히 열경화성 액체 실리콘 고무 조성물로 예비 처리된 중합체성 기재, 보다 특히 자동차용 에어백 제조시 기재 직물로서 사용되는 중합체성 기재에 적용함으로써, 본 발명에 따라 극복한다.
따라서, 본 발명은 마찰계수를 최소화할 필요가 있는 자동차용 에어백, 팽창식 커텐, 라텍스 제품, 및 기타 상기 팽창식 장치와 같은 피복된 제품의 제조시 사용된 중합체 피복된 기재 직물의 표면을 개질시키는 방법에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 중합체 피복된 기재 직물을, 마찰 계수, 즉 점착성을 감소시키고 피복된 기재 직물에 내점착성을 제공하는 분말 실리콘 고무의 수성 현탁액으로 처리하는 것으로 구성되어 있다.
중합체 피복된 기재 직물을, 예를 들면, 정전기 분무, 용매 분산액 분무, 또는 수성 현탁액 분무 등의 다양한 기술 및 버핑(buffing)과 같은 기계적 수단을 사용하여 분말 실리콘 고무로 처리할 수 있다.
생성된 분말 실리콘 고무 개질되고 피복된 기재 직물은 마찰계수가 낮은 독특한 비점착성 및 매끄러운 감촉을 갖는다고 밝혀졌으며, 상기 특성 모두는 바람직한 특성이다.
자동차용 에어백의 개발 및 제조가 확대되면서, 열경화성 액체 실리콘 고무 조성물은 새로 생산되는 에어백을 피복시키는데 선택하는 물질중의 하나가 되었다. 그러나, 이들 열경화성 액체 실리콘 고무 조성물의 몇몇은 매우 높은 마찰계수를나타내어, 이들을 에어백의 기재 직물에 적용하면, 기재 직물 층이 차단되는, 즉 접히거나 겹치는 경우, 층이 서로 점착되는 경향이 있다. 그 결과, 열경화성 액체 실리콘 고무 조성물의 제2 피복물을 기재 직물 층에 적용하여, 이러한 바람직하지 않은 점착 경향을 감소시킬 필요가 종종 있다.
자동차용 에어백에 사용되는 기재 직물에 적용하기 위한 당해 열경화성 액체 실리콘 고무 조성물은 익히 공지되어 있으며, 예를 들면, 미국 특허 제5,208,097호(1993.5.4), 미국 특허 제5,789,084호(1998.8.4) 및 미국 특허 제5,877,256호(1999.3.2)를 참조할 수 있다. 이들 열경화성 액체 실리콘 고무 조성물은 통상 폴리아미드 섬유 또는 폴리에스테르 섬유로 이루어진 기재 직물에 적용한 다음, 열처리하여, 피복물을 기재 직물상에서 경화시킨다. 일반적으로, 열경화성 액체 실리콘 고무 조성물은 알케닐 그룹 함유 유기 폴리실록산, 수소원자 함유 유기 폴리실록산, 에폭시 그룹 함유 유기 폴리실록산, 적합한 충전제 및 하이드로실란화형 촉매로 이루어진다.
이들 유형의 열경화성 액체 실리콘 고무 조성물이 마켓팅 분야에서는 성공하였으나, 경화 후에도 잔류하는 이들의 점착성은 후처리 공정(예: 봉합) 동안 에어백용 기재 직물의 가공 처리를 손상시킨다. 이들 후처리 공정 동안, 점착성은 피복된 층이 접히고 축척되는 경우, 처리한 기재 직물의 인접 층을 서로 접착시킨다. 활석, 탄산칼슘 및 점토와 같은 분말을 사용하여 층에 산포시키고, 당해 분말은 이들의 접착성을 임시로 경감시킬 수 있고, 당해 분말은 봉합 및 취급 작업을 방해하는 층으로부터 용이하게 제거할 수 있다. 게다가, 이러한 유형의 분말은 환경과유관할 수 있는 작업장에서 과량의 기상 분진을 발생시킨다.
이들 단점을 극복하기 위한 노력에 있어서, 본 발명에 따르는 개선점은 이와 같이 처리된 중합체성 기재를 개질시키기 위한 분말 실리콘 고무의 수성 현탁액을 사용하는 것과 관련이 있다. 바람직한 적용 방법은 분말 실리콘 고무의 수성 현탁액을 처리된 중합체성 기재의 비경화 표면상에 분무시키는 것이다. 바람직하게는, 분말 실리콘 고무의 수성 현탁액이 적용된 중합체성 기재의 처리 표면은 물을 함유하지 않는 처리 표면이어야 한다.
이어서, 처리된 기재를 가열하여, 열경화성 액체 실리콘 고무 조성물을 경화시키는 동시에, 처리된 중합체성 기재의 표면상에 분말 실리콘 고무 입자의 점착성을 촉진시킨다. 경화된 중합체성 고무 입자의 표면상에 존재하는 분말 실리콘 고무 입자는 에어백의 기재 직물에 대한 열경화성 액체 실리콘 고무 피복 조성물의 점착성을 방해하지 않는 것으로 밝혀졌다.
본 발명에 따르는 방법은, 마찰계수를 감소시키는 상부 피복물을 피복된 중합체성 기재의 표면을 초기에 경화시키지 않으면서 피복된 중합체성 기재에 적용하는 방법중의 하나이다. 상기 방법은 피복 작업의 가공 시간을 감소시키고, 일반적으로 중합체성 기재상에 상부 피복물의 내구성을 개선시킨다.
비교적 소량의 분말 실리콘 고무를 피복된 에어백 기재 직물 층에 적용시키면, 이들의 마찰계수가 감소하고 점착 경향이 감소한다. 예를 들면, 열경화성 액체 실리콘 고무 조성물로 처리한 에어백 기재 직물 층의 표면에 적용한, 2g/m2만큼 작은 분말 실리콘 고무는 거의 5개의 인자에 의해 이의 마찰계수를 감소시킬 수 있다.
분말 실리콘 고무를, 분말 실리콘 고무상에서 수동으로 버핑시킴으로써 피복된 에어백 기재 직물 층에 적용할 수 있으나, 분말 실리콘 고무를 적용하는 바람직한 방법은 이를 수계 에멀젼, 현탁액 또는 분산액으로서 분무시키는 방법이다.
분말 실리콘 고무는 일반적으로 기재 직물 층을 분말 실리콘 고무로 산포시킨 다음, 분말 실리콘 고무를 기재 직물 층의 표면상에 손으로 마찰시킴으로써 수동으로 적용한다.
분말 실리콘 고무를 적용하는 기타 방법에는 분말 피복 기술에서 통상적으로 수행되는 유형인 정전기 분무, 및 용매 또는 수계 조성물로서 분말 실리콘 고무 현탁액의 분무화된 연무를 분사시키는 것이 포함된다. 상기에 나타낸 바와 같이, 수성 현탁액으로서 적용하는 것이 가장 바람직한 방법이다.
분말 실리콘 고무가 열경화성 액체 실리콘 고무 조성물로 피복된 직물의 표면을 개질시키는데 주로 사용되나, 기타 유형의 중합체로 피복된 직물 층의 표면을 개질시키는데 유용하다. 천연 고무인 폴리클로로프렌 고무, 폴리우레탄 고무, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐 아세테이트, 폴리에틸렌 글리콜, 페놀계 수지, 아크릴계 수지 및 셀룰로즈계 중합체중에서, 처리될 수 있는 몇몇 기재의 상세한목록은, 예를 들면, 미국 특허 제4,594,134호(1986. 6. 10)를 참조할 수 있다.
본 발명에 사용하기에 적합한 분말 실리콘 고무의 수성 현탁액은 당해 분야에 공지되어 있으며, 이들은 미시간주 미들랜드에 소재하는 다우 코닝 코포레이션(Dow Corning Corporation)과 일본 도쿄도에 소재하는 다우 코닝 도레이 실리콘 캄파니, 리미티드(Dow Corning Toray Silicone Co., Ltd.)와 같은 공급원으로부터 시판중이다. 분말 실리콘 고무의 이러한 수성 현탁액은 또한 미국 특허 제5,708,057호(1998.1.13), 미국 특허 제5,871,761호(1999.2.16), 미국 특허 제5,928,660호(1990.7.27) 및 유럽 특허원 제0 989 226 A2호(2000.3.28)중 다수의 특허에 상세히 기재되어 있다.
분말 실리콘 고무의 이들 수성 현탁액은 통상, 예를 들면, 부가 반응 경화성 실리콘 고무 조성물, 축합 반응 경화성 실리콘 고무 조성물, 유기 과산화물 경화성 실리콘 고무 조성물 또는 자외선 경화성 실리콘 고무 조성물을 당해 조성물이 미립자 형태로 수중에 분산되어 있는 상태로 경화시킴으로써 수득한 현탁액으로 이루어진다. 부가 반응 경화성 실리콘 고무 조성물의 예에는 분자당 2개 이상의 알케닐 그룹을 포함하는 하나 이상의 유기 폴리실록산, 각각의 분자중 규소 원자에 결합되어 있는 2개 이상의 수소원자를 포함하는 유기 폴리실록산 및 백금형 촉매로 이루어진 조성물이 포함된다. 축합 반응 경화성 실리콘 고무 조성물의 예에는 각각의 분자중에 규소 원자에 결합되어 있는 알콕시 그룹, 옥심 그룹, 아세톡시 그룹 또는 아미녹시 그룹 등의 2개 이상의 하이드록시 그룹 또는 가수분해성 그룹을 포함하는 하나 이상의 유기 폴리실록산, 각각의 분자중에 규소 원자에 결합되어 있는 알콕시그룹, 옥심 그룹, 아세톡시 그룹 또는 아미녹시 그룹 등의 3개 이상의 가수분해성 그룹 및 유기-주석 또는 유기-티탄 화합물 등의 축합 반응 촉매가 있다.
수중에서 미립자로서 이들 경화성 실리콘 고무 조성물의 적합한 분산을 성취하기 위해, 하나 이상의 비이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제 및/또는 음이온성 계면활성제를 사용하는 것이 바람직하다. 사용되는 계면활성제의 양은 일반적으로 경화성 실리콘 고무 조성물의 100중량부당 0.1 내지 20중량부, 바람직하게는 0.5 내지 10중량부 범위이다.
수성 현탁액에서 분말 실리콘 고무의 평균 입자 크기는 0.1 내지 500마이크론 범위, 바람직하게는 0.5 내지 50마이크론 범위이다. 분말 실리콘 고무 입자의 형상은 구형, 편평형 또는 무정형일 수 있으나, 구형 입자가 일반적으로 바람직하다. 게다가, 분말 실리콘 고무의 경도는 일본 산업 표준(JIS) A 경도 시험 공정으로 측정한 바와 같이 80 이하인 것이 바람직며, JIS A경도가 65 이하인 것이 가장 바람직하다.
수성 현탁액중의 분말 실리콘 고무의 함량을 특별히 제한하지는 않으나, 수성 현탁액중에 존재하는 분말 실리콘 고무가 수성 현탁액의 전체 중량 기준으로, 10 내지 80중량% 범위가 바람직하다.
본 발명에 따라 사용하기에 적합한 분말 실리콘 고무의 수성 현탁액을 제조하기 위한 상세한 공정은 미국 특허 제5,928,660호(1999.7.27)중의 실시예 3을 참조할 수 있으며, 수성 현탁액으로부터 건조 분말 실리콘 고무를 제조하는 공정은 미국 특허 제5,928,660호의 참조실시예 1을 참조할 수 있다.
실시예 1
팽창식 커튼의 직사각형 부분(7.37cm × 35.6cm)을 벤치 상부에 놓인 페이퍼 시트상의 평면에 배치한다. 팽창식 커튼을 섬유당 144필라멘트를 갖는 폴리아미드 6,6-나일론 섬유로 이루어진 직물로부터 자카드 직조 공정(Jacquard weaving process)을 사용하여 제조한다. 팽창식 커튼 직물을 130g/m2의 하중하에 열경화성 액체 실리콘 고무 조성물로 한면에 피복시킨다. 약수저를 사용하여, 입자 직경의 평균 크기가 5마이크론인 구형 분말 실리콘 고무 0.72g을 피복된 팽창식 커튼 직물의 상부에 분무시킨 다음, 분말 실리콘 고무를 1 내지 2분 동안 수동으로 전체 표면상에서 마찰시킨다. 백색 분말 실리콘 고무는 이들 피복된 팽창식 커튼 직물상에서 마찰시키기 전에는 보이나, 마찰시킨 후에는 보이지 않게 된다. 처리 전 및 후의 피복된 팽창식 커튼 직물을 분석용 저울에서 측량함으로써, 피복된 팽창식 커튼 직물의 중량이 0.52g 증가하였음을 측정하였다. 이는 피복된 팽창식 커튼 직물의 1m2당 대략 2g의 분말 실리콘 고무의 하중과 같다. 분말 실리콘 고무 개질되고 피복된 팽창식 커튼 직물의 마찰계수(COF)는 표준 TMI COF 시험 장치를 사용하여 측정한다. 상기 장치에는 200g의 B형 슬래드(sled) 및 8.5in의 샘플 조각이 포함된다. COF 값은 0.472 정적 COF 및 0.468 동적 COF인 것으로 밝혀졌다. 동일 공정을 사용하여, 피복되었으나 개질되지 않은 팽창식 커튼 직물 샘플의 COF는 2.30 정적 COF 및 2.1 동적 COF이다. COF에서의 상기한 차이는 분말 실리콘 고무를 사용하여 점착성이 상당히 감소, 즉 거의 5배 감소할 수 있다는 것을 나타낸다.
실시예 2
팽창식 커튼의 직사각형 부분(43cm × 33cm)을 마티스 워너형 SV 실험실 피복 장치(Mathis Werner Type SV laboratory coating device)를 사용하여, 피복량 130g/m2으로 열경화성 액체 실리콘 고무 조성물로 피복시킨다. 평균 피복량 130g/m2로써, 피복된 표면적은 28cm × 30cm이다. 이는 피복된 직물의 중량을 측정한 다음, 피복되지 않은 직물의 중량과의 차이를 측정함으로써 검측한다. 팽창식 커튼은 폴리아미드 직물인 6,6-나일론 섬유로부터 표준 자카드 직조 공정을 사용하여 제조한다. 상기 직물은 섬유당 144필라멘트이고 섬유 강도가 470detex이며 기본 중량이 460g/m2인 것으로 제조업자에 의해 보고되어 있다. 이어서, 열경화성 액체 실리콘 고무 조성물의 경화되지 않은 피복물을 평균 피복량 5 내지 9g/m2으로써 입자의 평균 직경 크기가 5마이크론인 분말 실리콘 고무의 수성 현탁액으로 분무한다. 압력 공급 컵(pressure feed cup), 질소 공기 캡, 및 공기압 1in2당 35 내지 60파운드로 운반되는 컵의 in2당 3파운드를 갖는 215형 노즐을 갖춘 크렘린 M18/2 공기 분무 건(Kremlin M18/2 Air Spray gun)을 사용하여 적용시킨다. 분석용 저울을 사용하여 처리 전 및 후의 팽창식 커튼 직물을 칭량함으로써, 팽창식 커튼 직물의 중량이 9g/m2으로 증가하였음을 나타낸다.
분말 실리콘 고무 개질되고 피복된 팽창식 커튼 직물의 마찰계수는 표준 TMI COF 시험 장치 모델 제32-06호를 사용하여 측정한다. 상기 장치에는 200g의 B형 슬래드(sled)와 8.5in의 샘플 조각이 포함된다. COF 값은 0.485 정적 COF 및 0.454 동적 COF인 것으로 밝혀졌다. 동일 공정을 사용하여, 피복되었으나 개질되지 않은 팽창식 커튼 직물 샘플의 COF는 2.30 정적 COF 및 2.1 동적 COF이다. 또한, COF의 상기한 차이는 분말 실리콘 고무를 사용한 점착성 감소도는 거의 5배 정도이다.
본원의 상기 방법을 사용하여 피복된 팽창식 커튼 직물의 표면상에 경화된 분말 실리콘 고무 입자의 내구성은 문위브 스크럽 시험(Moonweave Scrub Test)을 사용하여 측정한다. 이는 스위스 제네바에 소재하는 국제 표준화 협회(ISO)의 표준 점착성 시험 원안이다. 상기 원안은 "고무 또는 플라스틱 피복된 직물 - 합한 전단 가용성 & 마찰에 대한 내성 측정"이라는 표제가 붙어 있는 ISO 5981:1997이다. ISO 시험 원안에 따라, 직물의 커튼 영역으로부터 피복된 샘플(5cm × 10cm)을 시험 공정에 사용한다. 폴리오가노실록산계 중합체의 1m2당 130g으로 피복된 직물에 대한 통상적인 스크럽은 3,000 내지 3,500 스크럽 주기이고, 125℃에서 336시간 동안 열경화시킨 후 1,000 내지 1,500 스크럽 주기이다. 당해 실시예로부터 상부 피복물로 피복된 물질의 스크럽은 경화 후 2,500 내지 3,000 주기이다. 경화 후, 피복된 물질은 차단되지 않으며, COF 측정은 0.585 정적 COF 및 0.560 동적COF로 유지된다.
실시예 3
셀룰로스 깁스 판 커버의 직사각형 부분(8.5in × 11in)을 소모형 실험실 피복 막대를 사용하여 입자 직경의 평균 크기가 5마이크론인 분말 실리콘 고무의 수성 현탁액으로 피복시킨 다음, 물을 증발시켜, 건조시킨다. 평균 피복량은 3g/m2으로써, 셀룰로스 깁스 판 커버의 피복면 표면적은 8.5in × 11in이다. 이는 피복된 셀룰로스 깁스 판 커버의 중량을 측정한 다음, 피복되지 않은 셀룰로스 깁스 판 커버의 중량과의 차이를 측정함으로써 검측한다.
분말 실리콘 고무 피복된 셀룰로스 깁스 판 커버 기재의 마찰계수는 200g의 B형 슬래드 및 8.5in의 샘플 조각을 포함하는, 표준 TMI COF 시험 장치 모델 제32-06호를 사용하여 측정한다. COF 값은 0.325 정적 COF 및 0.309 동적 COF인 것으로 밝혀졌다. 동일 공정을 사용하여, 피복되었으나 개질되지 않은 셀룰로스 깁스 판 커버 샘플의 COF는 0.90 정적 COF 및 0.89 동적 COF이다. 분말 실리콘 고무를 사용한 점착성의 감소도는 거의 3배이다.
본 발명에 따르는 방법은 피복 작업의 가공 시간을 감소시키고, 일반적으로 중합체성 기재상의 상부 피복물의 내구성을 개선시킨다.

Claims (4)

  1. 중합체성 기재를 열경화성 액체 실리콘 고무 조성물로 피복시키는 단계(i),
    평균 입자 크기가 0.1 내지 500마이크론인 분말 실리콘 고무의 수성 현탁액을 중합체성 기재상에 열경화성 액체 실리콘 고무 조성물의 피복물에 적용시키는 단계(ii) 및
    피복된 중합체성 기재를 가열하여, 열경화성 액체 실리콘 고무 조성물을 경화시키는 동시에 분말 실리콘 고무의 입자를 중합체성 기재상에 경화된 피복물에 접착시키는 단계(iii)를 포함하여, 중합체성 기재의 점착성을 감소시키는 방법.
  2. 제1항에 따르는 방법으로 제조한 중합체성 기재.
  3. 셀룰로스 기재를 평균 입자 크기가 0.1 내지 500마이크론인 분말 실리콘 고무의 수성 현탁액으로 피복시키는 단계(ii) 및
    피복된 셀룰로스 기재를 가열하거나 건조시켜, 물을 제거하는 동시에 분말 실리콘 고무를 셀룰로스 기재에 접착시키는 단계(iii)를 포함하여, 셀룰로스계 기재의 점착성을 감소시키는 방법.
  4. 제3항에 따르는 방법으로 제조한 셀룰로스 기재.
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