KR20110119895A - 수분산폴리우레탄의 다중광택코팅방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수분산폴리우레탄의 다중광택코팅방법에 관한 것으로서 본 발명에 의해 환경친화적인 수분산 폴리우레탄 코팅제품의 내구성을 향상시키고 금속성의 다중광택 효과를 가지는 코팅제품을 제공할 수 있다.

Description

수분산폴리우레탄의 다중광택코팅방법{Multi－Glazing Coating Process Of Waterborne Polyurethane}
본 발명은 수분산폴리우레탄의 다중광택코팅방법에 관한 것으로서 특히, 합성섬유직물의 폴리우레탄코팅방법에 관한 것이다.
본 발명은 환경친화적인 수분산 폴리우레탄 코팅제품의 내구성을 향상시키고 금속성의 다중광택 효과를 가지는 수분산폴리우레탄의 다중광택코팅방법에 관한 것이다.
최근 산업의 고도화와 더불어 여가생활과 레저문화에 대한 관심이 증대되고 있어서, 섬유산업의 모든 제품에 있어서 신체의 보호, 신분의 표현 등의 기본적인 개념을 벗어나 건강과 환경, 지성과 감성 등의 새로운 감각을 가지는 제품으로 접근하고 있으며, 이렇게 변화하는 시대에 생존하기 위한 기술수준의 변화는 반드시 필요하다.
이에 단순한 기능이나 성능을 가진 제품이 아닌 새로운 가치와 심미감을 가지는 제품이 등장하고 있으며, 현재 선진국에서 활발히 연구개발에 몰두하고 있는 광택과 심색성의 조절은 감성이라는 측면에서 중요한 요소로 대두되고 있다. 또한, 웰빙트렌드에 맞추어 보다 쾌적하고 편안할 뿐만 아니라 인체 친화적이며 친환경적인 소재를 바라는 소비자들의 요구가 날로 증대하고 있다.
기존의 기능성 섬유제품을 제조하기 위하여 코팅재료로 사용해 왔던 유성 폴리폴리우레탄은 그 제조 환경 및 사용시 인체에 유해한 유기휘발성분이 발생하기 때문에 점차적으로 수요가 감소하는 추세이며, 이를 대신하여 개발중인 수분산 폴리폴리우레탄은 환경 친화적이어서 점차적으로 그 수요가 증가되고 있다. 폴리폴리우레탄에 대해 시장에서 요구되는 물성은 인장강도, 마모도, 내구성 등의 다양한 기계적 물성이며, 주로 원료 자체의 배합을 조정하여 그 물성을 개선하고 있는 실정이다. 그러나, 수분산 폴리폴리우레탄은 유성 폴리폴리우레탄에 비해 내구성이 취약한 한계성을 나타내고 있으며 이러한 수분산 폴리폴리우레탄의 내구성의 한계를 극복하기 위해 고상 상태의 기능성 첨가물을 투입하는 경우도 있으나, 분산의 어려움과 투명성 저하라는 결점을 가지고 있었다.
또한, 상기의 폴리폴리우레탄 코팅제품은 원톤일색이어서 시장의 다양한 색상요구에 부응하지 못하는 문제점을 안고 있었다. 이러한 기존의 원톤일색의 수분산 폴리폴리우레탄 제품에서 탈피한 복합소재 및 환경친화적인 가공기술을 이용한 다중광택제어기술은 과거부터 지금까지 꾸준히 개발되어 오고 있으나 내구성 및 다양한 광택을 구현하기에는 소비자의 기대에는 미치지 못하고 있다.
이에 본 발명에서는 기존의 수분산 폴리폴리우레탄 코팅방법의 문제점인 내구성문제를 해결하는 한편, 원톤(one-tone)의 무거운 느낌을 탈피하여 메탈릭 광택, 메트한 광택, 은은한 광택, 메쉬한 느낌, 우유빛과 같은 희미한 광택, 알루미늄의 표면을 스크레치한 듯한 광택, 진한 색상의 광택 등의 다양한 다중광택 효과를 부여하는 것을 기술적과제로 한다.
그러므로 본 발명에 의하면, 평균입경 50~200㎚인 음이온계 수분산 폴리폴리우레탄에멀젼 55~90중량%, 평균입경 10~50㎚인 나노실리카입자 1~7중량%, 반경 1~3㎛, 두께 10~30㎚인 판상마이크로 운모입자 9~38중량%로 이루어진 코팅액을 직물표면에 픽업율 60~70%로 패딩 160~180℃에서 큐어링하는 것을 특징으로 하는 수분산폴리우레탄의 다중광택코팅방법이 제공된다.
이하 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 직물의 폴리우레탄코팅방법에 관한 것으로서, 특히 수분산 폴리우레탄 코팅방법의 문제점인 내구성문제를 해결하는 한편, 원톤의 무거운 느낌을 탈피하여 다양한 다중광택 효과를 부여하는 수분산폴리우레탄의 다중광택코팅방법에 관한 것이다.
본 발명의 수분산폴리우레탄의 다중광택코팅방법에서 사용되는 코팅액은 음이온계 수분산 폴리우레탄에멀젼, 나노실리카입자, 판상마이크로 운모입자로 이루어진다. 본 발명의 수분산폴리우레탄코팅액의 주성분인 수분산 폴리우레탄에멀젼은 고형분으로서 수지 함량 30~50중량%, 에멀젼의 평균입경이 50~200㎚인 음이온계 수분산 폴리우레탄에멀젼을 55~90중량% 함유하는 것이 바람직한데, 이러한 수분산 폴리우레탄에멀젼은 시판중인 제품을 사용할 수 있다.
또한, 상기 수분산폴리우레탄코팅액에 함유되는 상기 나노실리카입자는 평균입경 10~50㎚인 것을 사용함으로써 상기 나노실리카입자가 보강재 역할을 하여 코팅후의 코팅면의 인장강도 및 내구성을 향상시키며, 그 함유량은 1~7중량%가 바람직하다. 상기 1중량%미만인 경우에는 인장강도 향상의 효과가 미약하며, 7중량%를 초과하는 경우에는 신도의 저하현상을 초래하는 문제점이 발생할 수 있다.
상기 나노실리카입자는 상기 수분산 폴리우레탄에멀젼보다 입경이 작은 것을 것을 사용하는 것이 최종제품의 인장강도와 파단시 신장율을 증가시킬 수 있어 바람직하다. 일반적으로 인장강도가 증가하면 파단시 신장율은 감소하게 되는데, 본 발명에서 인장강도와 파단시 신장율이 동시에 증가한 이유는 정확하게 규명되지는 않았지만 입경이 작은 나노실리카입자의 큰 비표면적으로 인해 나노실리카입자와 폴리우레탄 사슬간의 강한 상호작용으로 인해 수성 폴리우레탄의 기계적 물성을 증가시킬 수 있다.
또한, 상기 수분산폴리우레탄코팅액에 함유되는 판상마이크로 운모입자는 반경 1~3㎛, 두께 10~30㎚인 판상마이크로 운모입자를 사용하여 메탈릭 광택, 메트한 광택, 은은한 광택, 메쉬한 느낌, 우유빛과 같은 희미한 광택, 알루미늄의 표면을 스크레치한 듯한 광택, 진한 색상의 광택 등의 다중광택 효과를 부여하는데, 상기 판상마이크로 운모입자는 산화철 또는 티타늄옥사이드로 코팅된 운모의 마이크로입자를 사용하는 것이 다중광택 효과를 부여하는데 특히 바람직하다. 상기 판상마이크로 운모입자는 상기 수분산폴리우레탄코팅액의 9~38중량%가 되도록 하여야 하는데, 상기 9중량%보다 낮은 경우에는 다중광택효과의 발현이 미약하며, 38중량%를 초과하는 경우에는 색상이 탁해지는 문제점이 발생할 수 있다.
이렇게 준비된 수분산폴리우레탄코팅액을 직물표면에 픽업율 60~70%로 패딩하고 160~180℃에서 큐어링하여 본 발명의 수분산폴리우레탄의 다중광택코팅방법을 완료하게 된다.
필요에 따라서는 상기 다중광택코팅 후, 평균입경 5~100nm인 나노실리카입자와 평균입경 250~5,000nm인 나노실리카입자가 중량비 1:1~40:1로 혼합된 혼합나노실리카입자 0.5~2중량%, 발수제 5~10중량%, 4급 암모늄계 실란 항균제 1~3중량% 및 잔부로 물로 이루어진 항균발수처리액으로 추가적으로 패딩처리할 수 있다.
이와 같이 서로 다른 입경의 혼합나노실리카입자를 사용하였을 때 듀얼스케일의 나노구조물을 잘 형성하게 되어 소수성이 증가하는데, 상기 듀얼스케일의 나노구조물 위에 물방울을 떨어뜨리면, 물방울은 듀얼스케일의 나노구조물 꼭지점과 접촉하게 되고, 꼭지점 아래의 구조물로는 물방울이 침투할 수 없게 된다. 즉, 물방울과 고체표면과의 접촉면적이 극소로 감소하게 되고, 이는 극소수성으로 나타나게 된다. 자연계에 존재하는 연잎의 미세 구조 역시 이와 같은 원리에 의해 극소수성을 나타나게 되는데, 이와 같은 원리를 로투스 효과(lotus effect)라 한다.
또한, 상기 항균발수처리액에는 발수제 5~10중량%, 4급 암모늄계 실란 항균제 1~3중량%를 함유토록 하는데, 상기 발수제로는 PFOA-FREE 발수제를 사용하여 발암성 물질을 배출하지 않는 발수효과를 부여하고, 발수제에 혼입하여도 항균성이 발현되도록 하는 것이 바람직하다.
그러므로 본 발명의 수분산폴리우레탄의 다중광택코팅방법에 의해 단색 위주 색상의 폴리우레탄 코팅 제품에서 벗어나 다양한 광택 효과를 부여하여 감성 및 질감을 극대화하는 한편, 기존의 환경 친화적인 소재인 수분산 폴리우레탄 코팅방법의 문제점인 내구성문제를 해결하였다.
도 1은 본 발명의 수분산폴리우레탄의 다중광택코팅방법에 의해 제조된 제품의 사진이며,
도 2는 본 발명의 수분산폴리우레탄의 다중광택코팅방법에 의해 제조된 제품표면의 10,000배 전자현미경사진이며,
도 3은 본 발명의 수분산폴리우레탄의 다중광택코팅방법에 의해 제조된 제품표면의 30,000배 전자현미경사진이며,
도 4는 본 발명의 수분산폴리우레탄의 다중광택코팅방법에 의해 제조된 제품표면의 50,000배 전자현미경사진이며,
도 5는 본 발명의 실시예 1과 비교예 1의 제품의 인장강신도를 비교한 그래프이며,
도 6은 본 발명의 수분산폴리우레탄의 다중광택코팅방법에 사용되는 판상마이크로 운모입자의 전자현미경 사진이다.
이하 다음의 실시 예에서는 본 발명의 수분산폴리우레탄의 다중광택코팅방법에 대한 비한정적인 예시를 하고 있다.
[실시예 1]
먼저 나노실리카입자를 제조하는데, 반응기에 암모니아와 메탄올, 증류수 혼합용액 330㎖를 만든 후 테트라에틸오소실리케이트(tetraethyl orthosilicate) 9㎖와 메탄올 91㎖을 첨가시켜 졸-겔법으로 SiO2 졸을 제조한 후, 완전한 반응을 유도하기 위해 2시간 동안 300∼900rpm으로 계속 교반해 주어 반응을 완료한 후 30℃가 되도록 급랭한 후 필터링한 후 중화 및 진공건조를 통해 평균입경 30㎚인 나노실리카입자를 제조하였다.
이후, 평균입경 50~200 ㎚이고 수지 함량 30 내지 50중량%인 음이온계 수분산 폴리우레탄에멀젼(DH-1015, 대한약품(주)) 10g, 상기 준비된 평균입경 30㎚인 나노실리카입자 0.5g, 반경 3㎛, 두께 20㎚인 판상마이크로 운모입자 5g을 함유하는 코팅액을 준비한 후, 직물(Nylon6 recycle원단(경사:30d/34f, 위사:30d))표면에 픽업율 70%로 패딩하고 170℃에서 큐어링하였다.
[실시예 2]
상기 실시예 1의 공정을 완료한 후 PFOA-FREE 발수제(TG-5521, 다이킨) 5중량%, 4급 암모늄계 실란 항균제(T99-19, 클라리언트) 2중량%, 실리카 나노입자(500nm :30nm = 1:40) 2중량% 및 잔부로써 물를 혼합한 항균발수처리액을 준비하여 상기 코팅완료된 직물을 픽업율 65%로 패딩하고 170℃에서 큐어링하였다.
[비교예 1]
상기 실시예 1의 나노실리카입자 및 판상마이크로 운모입자를 첨가하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 코팅후 큐어링하였다.
실시예 1 및 비교예 1의 최종제품의 인장강신도를 측정한 결과는 도 5에 나타내었다. 도 5의 그래프에 의하면 실시예 1은 비교예 1에 비해 인장강도와 파단시 신장율이 증가하는 것을 알 수 있는데, 인장강도가 증가하면 파단시 신장율은 감소하는 것이 일반적인 것에 반해 실시예 1에서 인장강도와 파단시 신장율이 동시에 증가한 이유는 수분산 폴리우레탄에멀젼보다 입경이 작은 실리카 나노입자의 큰 비표면적으로 인해 실리카 나노입자와 수성 폴리우레탄 사슬간의 강한 상호작용으로 인해 수성 폴리우레탄의 기계적 물성이 증가하였을 것으로 보인다.

Claims (4)

  1. 평균입경 50~200㎚인 음이온계 수분산 폴리우레탄에멀젼 55~90중량%, 평균입경 10~50㎚인 나노실리카입자 1~7중량%, 반경 1~3㎛, 두께 10~30㎚인 판상마이크로 운모입자 9~38중량%로 이루어진 코팅액을 직물표면에 픽업율 60~70%로 패딩 160~180℃에서 큐어링하는 것을 특징으로 하는 수분산폴리우레탄의 다중광택코팅방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 나노실리카입자는 상기 수분산 폴리우레탄에멀젼보다 입경이 작은 것을 특징으로 하는 수분산폴리우레탄의 다중광택코팅방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 판상마이크로 운모입자는 산화철 또는 티타늄옥사이드로 코팅된 운모의 마이크로입자인 것을 특징으로 하는 수분산폴리우레탄의 다중광택코팅방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 다중광택코팅 후, 평균입경 5~100nm인 나노실리카입자와 평균입경 250~5,000nm인 나노실리카입자가 중량비 1:1~40:1로 혼합된 혼합나노실리카입자 0.5~2중량%, 발수제 5~10중량%, 4급 암모늄계 실란 항균제 1~3중량% 및 잔부로 물로 이루어진 항균발수처리액으로 추가적으로 패딩처리하는 것을 특징으로 하는 수분산폴리우레탄의 다중광택코팅방법.
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