KR20050044469A - 에어백용의 실란-가교결합된 폴리올레핀 피복 직물 - Google Patents

에어백용의 실란-가교결합된 폴리올레핀 피복 직물 Download PDF

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Abstract

에어백용 직물을 그라프트된 트리알콕시 실란 단위를 통해 가교결합된 올레핀 중합체로 피복시킨다. 실란 단위는 알콕시실란 잔기의 가수분해 및 축합에 의해 가교결합된다.

Description

에어백용의 실란-가교결합된 폴리올레핀 피복 직물 {Silane-crosslinked polyolefin coated fabrics for airbags}
발명의 분야
본 발명은 피복 직물 및 이의 제조방법, 특히 압력차가 있는 두 영역 사이에서 압력 차단막을 유지할 수 있는 피복 직물에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 피복 직물로 만들어진 에어백에 관한 것이기도 하다.
발명의 배경
예를 들면, 직물의 투과성을 감소시키거나 직물의 열보호성을 향상시키기 위해 직물 상에 가요성 피막을 제공하는 직물 기재용 피복 조성물은 당해 기술분야에 널리 공지되어 있으며, 예를 들면, 유럽 공개특허공보 제553840호, 제WO 01/12894호, 일본 공개특허공보 제6-227347호 및 유럽 공개특허공보 제886164호에 기재되어 있다. 이러한 피복 조성물의 대부분은 실리콘 엘라스토머를 기본으로 한다.
이러한 조성물로 피복된 직물이 다수의 에어백 용도에서 만족스러울 수 있지만, 압축된 유체를 비교적 장시간 동안 직물 기낭에 보유시키고자 하는 경우의 필요 요건을 만족시키지는 못한다. 이러한 필요 요건은, 예를 들면, 이러한 피막을 자동차 산업용 사이드 커텐 에어백(side curtain air bag)에 응용하는 경우에 존재한다. 이러한 사이드 커텐 에어백은, 종래의 에어백과 마찬가지로, 충격시 팽창한다. 사이드 커텐이 펼쳐져 승객과 차체의 측면의 일부, 예를 들면, 창 사이에 쿠션 모양의 커텐이 형성된다. 이의 목적은 종래의 운전자와 승객용 에어백의 경우에서와 같이 충격 자체에 대한 타격을 완화시키는 것 뿐만 아니라, 예를 들면, 차가 구동 중인 경우 승객을 보호하기 위한 것이기 때문에, 사이드 커텐 에어백이 이러한 구동 작용 동안 충분히 압축되는 것이 중요하다. 종래의 운전자와 승객용 에어백은 단지 일순간 동안만 압력을 유지할 필요가 있는 반면에, 사이드 커텐 에어백은 몇 초 동안 적당한 압력을 유지하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 비행기, 공기주입식 래프트(inflatable raft) 등을 위한 긴급 슈트에서, 압축된 직물 구조가 비교적 연장된 시간 동안 특정한 유체압을 유지하는 것이 바람직한 경우에도 유사하게 적용된다.
발명의 상세한 설명
본 발명에 따르는 에어백용 직물은 알콕시실란 잔기의 가수분해 및 축합에 의해 가교결합된 그라프트 트리알콕시실란 단위를 통해 가교결합된 올레핀 중합체로 피복된다.
올레핀 중합체는 폴리에틸렌, 예를 들면, 밀도가 0.935 내지 0.955g/㎖인 중간밀도 폴리에틸렌(MDPE) 또는 밀도가 0.918 내지 0.935g/㎖인 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)인 것이 바람직하지만, 또한 에틸렌 공중합체, 예를 들면, 비닐 아세테이트 단위를 5 내지 30중량% 함유하는 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체(EVA) 또는 에틸렌과 30중량% 이하의 다른 올레핀, 예를 들면, 프로필렌, 1-부텐 또는 1-헥센과의 공중합체 또는 5중량% 이하의 디엔 단위를 함유하는 에틸렌 프로필렌 디엔 삼원공중합체일 수도 있다.
올레핀 중합체는 촉매의 존재하에서 알케닐 트리알콕시 실란과의 반응에 의해 트리알콕시실란 단위로 그라프트될 수 있다. 트리알콕시실란의 알콕시 그룹은 바람직하게는 1 내지 4개의 탄소원자를 가지며, 특히 메톡시 또는 에톡시 그룹이다. 바람직한 알케닐 그룹은 비닐이지만 알릴 및 헥세닐도 선택 가능하다. 바람직한 알케닐 트리알콕시 실란의 한 가지 예는 비닐 트리메톡시 실란이다. 그라프트 반응은, 예를 들면, 벤조일 퍼옥사이드와 같은 퍼옥사이드 촉매의 존재하에 승온에서 수행할 수 있다. 올레핀 중합체에 그라프트되는 알케닐 트리알콕시 실란의 수준은, 예를 들면, (0.1 내지 20중량%?)일 수 있다. 적당한 그라프트 폴리에틸렌이 영국 켄트 그라브센드에 소재하는 에이이아이 컴파운즈 리미티드(AEI Compounds Limited)에서 SX700, SX708 및 SX408이라는 상품명으로 시판되고 있다.
그라프트 중합체는 충전제, 바람직하게는 카본 블랙 또는 실리카, 티타니아 또는 유리 미소구체와 같은 보강성 충전제를 함유할 수 있다. 적합한 다른 충전제에는 분쇄 석영, 분쇄 경화된 실리콘 고무 입자 및 탄산칼슘이 포함된다. 충전제의 양은, 예를 들면, 그라프트 중합체 조성물의 25중량% 이하일 수 있지만, 충전제가 부재하거나 5% 이하로 존재하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 염료, 접착 촉진제, 착색제, 안료, 점도 개질제 또는 유연제와 같은 다른 부가 성분이 그라프트 중합체 조성물에 포함될 수 있다. 접착 촉진제로는 퍼옥시 관능성 또는 아미노 관능성 유기 규소 화합물 또는 오가노티타네이트가 포함된다.
그라프트 중합체는 가교결합 전에 열가소성으로 가공할 수 있다. 가교결합은 수분의 작용에 의해 후속 공정에서 일어난다. 수분의 존재하에서, 알콕시실란 그룹이 실란올 그룹으로 가수분해되고, 이어서 상이한 중합체 분자에 결합된 실란올 그룹들 간에 축합 반응이 일어난다. 중합체 조성물은 바람직하게는 축합 촉매, 예를 들면, 디부틸주석 디라우레이트(DBTDL) 또는 스탄산 옥토에이트와 같은 금속성 또는 유기 금속성 카복실레이트를, 그라프트 중합체를 기준으로 하여, 바람직하게는 0.1 내지 20중량% 포함한다. 가교결합 속도는 수분이 시스템으로 확산되는 속도 및 촉매의 수준에 의해 결정된다. 촉매를 가교결합 전에 최종 가공 단계에서 혼입시키는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 촉매를 함유하는 그라프트 중합체 조성물을, 이것이 직물에 피복될 때까지, 수분으로부터 밀폐시킬 수 있으며, 이 시점에서 용적비에 비해 큰 표면적으로 인해 신속한 수분 확산 및 가교결합이 가능해진다.
따라서, 본 발명은 직물을 트리알콕시실란 단위로 그라프트된 올레핀 중합체로 피복시키고, 이어서 그라프트된 중합체를 알콕시실란 잔기의 가수분해 및 축합에 의해 가교결합시킴을 특징으로 하는, 에어백용 직물의 제조방법을 포함한다.
한 가지 바람직한 피복방법에서, 직물을 그라프트 올레핀 중합체의 압출 피복에 의해 피복시킨다. 중합체는, 예를 들면, 슬릿 다이를 통해 냉각된 배면 롤러에 의해 운반된 직물로 압출시킬 수 있다. 또한, 그라프트 올레핀 중합체는, 그라프트 올레핀 중합체의 가열된 필름을 직물에 적층시킴으로써 직물에 피복시킬 수 있다. 직물은, 예를 들면, 용융된 그라프트 올레핀 중합체를, 예를 들면, 압출에 의해, 가열된 2롤 밀에 도포하여 필름을 형성하고, 형성된 필름을 닙에서 직물에 적층시키는 가열 용융 피복 기법에 의해 피복시킬 수 있다. 또 다른 바람직한 피복방법은, 예를 들면, 그라프트 중합체 조성물을 한쪽이 덜 접착성인 표면을 갖는 롤러의 닙으로 압출시켜 중합체 필름이 다른 롤러에 의해 닙으로부터 운반되어 롤러의 다음 닙에서 직물과 접촉되도록 하는 가열 용융 피복이다. 추가의 또 다른 피복방법에는 분무, 그라비아 피복, 바 피복, 나이프-오버-롤러(knife-over-roller)에 의한 피복, 나이프-오버-에어(knife-over-air)에 의한 피복, 패딩 및 스트린-인쇄가 포함된다. 피막은 무용매 조성물, 예를 들면, 용융된 조성물로서 도포하는 것이 바람직하지만, 경우에 따라, 유기 용매에 용해시킬 수 있다.
조성물을 경화전 피복 중량이 25g/㎡ 이상으로 되도록 도포하는 것이 바람직하다. 피복 두께는 25 내지 150g/㎡인 것이 바람직하며, 압력을 보다 오래 유지시킬 필요가 있는 용도, 예를 들면, 사이드 커텐 에어백에서는 60 내지 130g/㎡ 또는 연장된 시간에 걸친 압력 유지가 중요하지 않는 용도, 예를 들면, 표준 운전자용 에어백에서는 30 내지 50g/㎡인 것이 보다 바람직하다. 조성물을 다층으로 도포하는 것도 가능하지만 이것이 바람직한 것은 아니며, 이때의 두께는 앞서 명시한 두께를 합한 두께를 갖는다. 또한, 직물의 강도 및/또는 감촉을 개선시키기 위해, 추가의 피막, 예를 들면, 낮은 마찰을 제공하는 재료 또는 부가적인 섬유 직물을 이것이 직포이든 부직포이든 간에 피복 조성물에 도포하는 것도 가능하다.
본 발명에서 기재로서 사용하기에 바람직한 직물은 합성 섬유 또는 천연 섬유와 합성 섬유와의 블렌드로부터 제조될 수 있으며, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르-면화 또는 유리 섬유 직물이 포함되며, 가장 바람직하게는 폴리아미드 섬유, 예를 들면, 나일론-6,6이다. 이들은 바람직하게는 직포이다.
본 발명의 피복 직물을 에어백을 형성하는 데 사용하는 경우, 피막은 바람직하게는 에어백의 팽창원(inflation source)으로부터 떨어져 있는 에어백의 표면에 존재하며, 임의로 팽창원 근처의 에어백의 표면에도 존재한다. 직물의 양면을 피복시키는 경우에, 총 피복 중량은 150g/㎡ 이하인 것이 바람직하다.
가교결합된 올레핀 중합체 피막은 에어백 피막으로서 상업적으로 사용되는 실리콘 고무와 유사한 인열 강도와 신도를 갖지만, 인장 강도는 실질적으로, 예를 들면, 50 내지 100% 더 높다. 이는 에어백 피막이 피복 필름의 결함과 관련되는 핀홀을 형성하지 않는다는 잇점이 있다. 본 발명에 따라 피복된 에어백은 10초의 팽창 시간 이후에도 사이드 커텐 에어백에 적합한 압력 보유도인 0.5bar 압력을 유지한다.
본 발명은 하기의 실시예에 의해 예시된다:
실시예 1
비닐 트리메톡시 실란으로 그라프트된 LDPE인 것으로 여겨지는 에이이아이 컴파운즈에 의해 공급되는 실란 그라프트된 폴리에틸렌을 소위 가열 용융 피복 기법을 사용하여 직물에 도포한다. 95% 그라프트 폴리에틸렌과 5% DBTDL 촉매를 사용하여 시트 형태로 제조하여 가교결합시킨 경우 피복재 자체는 다음의 물리적 특성을 갖는다 : 인열 강도 40kN/m, 파단 신도 650%, 쇼어 A 경도 80, 인장 강도 12MPa.
실란 그라프트된 폴리에틸렌을 170℃에서 가열된 2롤 밀로 압출시켜, 나일론-6,6 직포로부터 자체 제조한 모형 팽창성 커텐형 에어백의 양면에 도포한다. 가열된 2롤 밀을 약 170℃로 설정하여 적층 공정에서 필요한 적당한 용융 필름을 형성한다. 직물에서의 피복 중량은 약 150g/㎡이다. 피복 직물을 수 일동안 대기에 노출시켜 메톡시 실란 부위의 가교결합을 개시하고, 이어서 피복된 백을 배치하여 압력 유지 특성을 시험한다.
이렇게 하여 가열 용융 피복 실험으로부터 제조한 피복된 모형 에어백을 표준 크기의 에어백에 의해 경험하게 되는 조건을 흉내내어 냉각 가스 팽창 시험을 수행한다. 백은 10초 팽창 시간 후에 0.5bar 압력을 유지한다; 이러한 위치가 압력 노출 출처이다. 접착성을 증가시키기 위해 직물 또는 피복 조성물을 개질시키는 경우, 훨씬 더 양호한 압력 보유도를 기대할 수 있다.
실시예 2
실시예 1의 그라프트 폴리에틸렌 조성물을 냉각된 롤 상에 지지된 나일론-6,6 직포에 압출 피복시킨다. 중합체 조성물을 컴퓨터 제어된 슬롯 다이를 통해 압출시켜 직물 상에 40g/㎡의 피복 중량을 제공한다. 이러한 실험에서는 통상의 직물의 한면에 피막이 생기므로 팽창 시험이 가능하지 않다. 다시, 접착성은 불량한 것으로 관찰되었으나 얇은 필름을 도포하는 것은 가능한 것으로 판명되었다. 이러한 피복 중량은 매우 잘 접혀지고 마찰이 적은 재료를 제공한다. 이러한 특성은 둘 다 피복된 에어백이 단단히 접혀져 자체 부착(블럭킹)되지 않으면서 원활하고 신속하게 사용되어야 하는 최종 용도에서 매우 중요하다.

Claims (12)

  1. 알콕시실란 잔기의 가수분해 및 축합에 의해 가교결합된 그라프트 트리알콕시 실란 단위를 통해 가교결합된 올레핀 중합체로 피복됨을 특징으로 하는, 에어백용 피복 직물.
  2. 제1항에 있어서, 가교결합된 올레핀 중합체가 가교결합된 폴리에틸렌임을 특징으로 하는 피복 직물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 그라프트 트리알콕시 실란 단위가 알케닐 트리알콕시 실란으로부터 유도됨을 특징으로 하는 피복 직물.
  4. 제3항에 있어서, 알케닐 트리알콕시 실란이 비닐 트리메톡시 실란임을 특징으로 하는 피복 직물.
  5. 에어백의 팽창원으로부터 떨어져 있는 에어백의 표면이 알콕시실란 잔기의 가수분해 및 축합에 의해 가교결합된 그라프트 트리알콕시 실란 단위를 통해 가교결합된 올레핀 중합체로 피복되어 있슴을 특징으로 하는, 피복 직물로 형성된 에어백.
  6. 에어백용 피막으로서의, 알콕시실란 잔기의 가수분해 및 축합에 의해 가교결합된 그라프트 트리알콕시 실란 단위를 통해 가교결합된 폴리에틸렌의 용도.
  7. 직물을 트리알콕시 실란 단위로 그라프트된 올레핀 중합체로 피복시키고, 이어서 그라프트된 올레핀 중합체를 알콕시실란 잔기의 가수분해 및 축합에 의해 가교결합시킴을 특징으로 하는, 에어백용 직물의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 그라프트 트리알콕시 실란 단위가 알케닐 트리알콕시 실란으로부터 유도됨을 특징으로 하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 알케닐 트리알콕시 실란이 비닐 트리메톡시 실란임을 특징으로 하는 방법.
  10. 제7항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서, 직물이 그라프트 올레핀 중합체의 압출 피복에 의해 피복됨을 특징으로 하는 방법.
  11. 제7항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서, 직물이 그라프트 올레핀 중합체의 가열된 필름을 직물에 적층시킴으로써 피복됨을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 직물이, 용융된 그라프트 올레핀 중합체를 가열된 2롤 밀에 도포하여 필름을 형성하고 생성된 필름을 직물에 적층시키는 가열 용융 피복 기법에 의해 도포됨을 특징으로 하는 방법.
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