KR20120121491A - 산업안전작업복용 직물의 고내열성 실리콘코팅방법 - Google Patents

산업안전작업복용 직물의 고내열성 실리콘코팅방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 아라미드섬유를 함유하는 실로 제직된 직물을 실리콘계코팅액으로 코팅하여 난연성 및 내열성을 저하시키지 않으면서도 필링성이 우수한 산업안전작업복용 직물을 제공하는 것이다.

Description

산업안전작업복용 직물의 고내열성 실리콘코팅방법{Process Of Coating High?Heat Resistant Silicone On Fabrics For Industrial Safety Uniform}
본 발명은 산업안전작업복에 적용할 수 있는 직물에 내열성의 저하가 없으면서 필링방지에 의한 내구성 향상을 위한 실리콘코팅방법에 관한 것이다.
산업현장에서 작업자가 착용하는 안전작업복은 고강도, 내열성 및 내화학성을 필요로 한다. 예를 들면 위험한 용도에 사용되는 방탄복, 공업용 작업복, 소방복 및 군인의 보호복은 면이나 모와 같은 비합성 섬유로 된 실로 짠 직물로 만든 후 이들 직물을 통상적인 할로겐과 인 또는 이들 중 하나에 기초한 내화제로 처리하여 사용하였는데, 이러한 작업복은 활동에 제한을 받고 일반적인 비내열성 직물보다 더 무거운 문제가 있었다.
상기 산업안전작업복 중에서도 특히 용접 작업시 착용하는 용접복은 내열성 및 난연성이 더욱 필요로 하는 작업복에 속한다. 특히 아크 용접 작업시에는 용접작업 과정에서 많은 불꽃이 튀며, 전기에 의한 감전, 용접시 발생되는 고온의 열기 및 작업장에서 예상치 못한 외부 충격 등의 위험요소가 상존하고 있다.
이러한 위험요소로부터 작업자를 보호하기 위해 용접복, 용접 마스크 및 용접 장갑 등의 용접용 보호장구(Welding Gear)를 착용하게 되며, 이 중 용접복은 특히 자신의 신체의 대부분을 보호하기 때문에 다른 보호장구에 비해 더 중요하다. 종래의 용접복은 동물의 가죽으로 제작되었는데, 이와 같이 가죽으로 제작된 용접복은 용접 작업시 불꽃이 튀어 닿게 되면 고온의 열에 의해 쉽게 오그라들거나 소실되며, 무겁고 불편할 뿐 아니라 통풍이 되지 않는 문제점이 있었다.
이에 다양한 섬유로 만든 직물에 난연제처리를 하는 경우가 많았는데, 난연제는 유기계(인계, 질소계, 할로겐계) 및 무기계(금속수산화물, 안티몬계)로 구별된다. 유기계 난연제 중 대표적인 할로겐계 난연제는 연소의 추진역할을 하는 활성라디칼(OH?, H?)을 할로겐 화합물인 HX가 연소과정에서 포착함으로서 그 난연효과를 발휘한다. 또한 HX는 불연성가스를 발생시킴으로써 가연성가스를 희석시키고 산소도 차단하는 효과를 가진다. 그러나 이때 발생하는 할로겐가스는 금형 및 전선 등의 금속을 부식시켜 베이스폴리머나 장비에 치명적인 영향을 줄 수 있을 뿐만 아니라 인체에도 유해한 문제점을 가진다.
한편, 무기계 난연제는 난연제 중에서 사용량이 가장 많은 수산화알루미늄Al(OH)3는 470cal/g의 흡열량에 의해 난연효과를 크게 나타내고 있는데, 이러한 수산화금속화합물의 난연효과는 입자 크기나 입도 분포, 불순물, Na2O의 감량 등이 있으며 Al(OH)3의 난연효과를 높이기 위한 또 다른 방법으로는 충진량을 높이는 방법이 있고, 기계적 성질을 향상시키기 위해 표면처리기술이 연구되고 있는데, 충분한 난연성 및 내열성을 확보하기 위해서는 충진량을 높이거나 입자크기를 작게 해야 하지만, 이 경우 코팅 분산성 문제를 초래하므로 적정 함량을 사용하는 것이 관건이다.
또한, 안티몬계 난연제는 주로 할로겐계 난연제와 병용하여 사용하거나 할로겐을 포함하고 있는 PVC, CPE와 같은 수지에 사용됨으로써 큰 난연효과의 상승작용을 얻을 수 있어 많이 사용되어져 왔으나 안티몬계 난연제는 가격이 불안정하고 연소시 유독가스를 배출하는 문제점을 가지고 있다.
이러한 이유로 최근에는 비연소성 및 내열성이 우수한 파라-아라미드, 메타-아라미드, 탄화섬유, PBO, 방염성 레이온등의 고강도ㆍ고내열성 섬유를 이용한 용접복을 개발하기에 이르렀으나 이러한 직물은 우수한 열적안정성은 보였지만 단섬유 형태여서 방적사로 제조하여 사용하는 경우가 많았으며, 이러한 고강도ㆍ고내열성 섬유의 방적사의 경우에 필링성이 좋지 못한 문제점을 가지고 있었으며, 이러한 필링성을 개선하기 위해서는 수지가공을 하여야 하였으나 내열성이 저하되는 문제점을 가지고 있었다.
그러므로 본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하여 인체에 무해하면서도 친환경적일뿐만 아니라 난연성 및 내열성을 저하시키지 않으면서도 필링성이 개선된 산업안전작업복용 직물의 고내열성 실리콘코팅방법을 제공하는 것을 기술적과제로 한다.
따라서, 본 발명에 의하면 고강도ㆍ고내열성 실로 제직된 직물을 하기 화학식 1 기재의 실리콘폴리머 85~95중량% 및 하기 화학식 2의 구조를 갖는 가교제 5~15중량%로 이루어진 실리콘계코팅액으로 코팅하는 것을 특징으로 하는 산업안전작업복용 직물의 고내열성 실리콘코팅방법이 제공된다.
[화학식 1]
Figure pat00001
[상기 R1은 H 또는 CH3이며,
상기 R2는 H, m = 650~800 임.]
[화학식 2]
Figure pat00002
[상기 R3는 H 또는 CH3이고, o = 40~70 임.]
이하 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 고강도ㆍ고내열성 실로 제직된 직물을 실리콘계코팅액으로 코팅하여 우수한 난연성 및 내열성을 가지면서도 필링성이 우수한 산업안전작업복용 직물을 제공하는 것이다.
본 발명에서는 고강도ㆍ고내열성 실로 제직된 직물을 하기 화학식 1 기재의 실리콘폴리머 85~95중량% 및 하기 화학식 2의 구조를 갖는 가교제 5~15중량%로 이루어진 실리콘계코팅액으로 코팅한다.
[화학식 1]
Figure pat00003
[상기 R1은 H 또는 CH3이며,
상기 R2는 H, m = 650~800 임.]
[화학식 2]
Figure pat00004
[상기 R3는 H 또는 CH3이고, o = 40~70 임.]
상기 실리콘계 코팅액의 주성분인 화학식 1 기재의 실리콘폴리머는 규소(Si)와 산소(O)의 전기음성도 차이가 커 에너지적으로 매우 안정되어 열과 산화에 강하며 고온에서 사용되는 경우 안정적인 폴리머이다. 또한, 분자 구조상 실록산(Si-O-Si)에 기인하는 무기적 특성 때문에 내열성, 화학적 안정성, 전기절연성, 내마모성이 우수하다. 특히 상기 화학식 1기재의 실리콘폴리머는 일반 실리콘폴리머에 비하여 이중결합을 가지고 있기 때문에 가교제와 반응하여 네트워크 구조를 형성할 수 있어 고분자 피막형태로 직물표면에 균일하게 도포되어 고내열성의 저하방지에 바람직하다.
일반적으로 주성분인 실리콘계 코팅액에 내열성을 상승시키기 위해서는 난연제를 사용하는데, 이러한 난연제는 폴리머의 연소과정 중 가열ㆍ분해ㆍ발열 등의 특정한 연소단계를 방해함으로써 연소를 억제하거나 완화시켜 난연효과를 나타낸다.
그러나 본 발명에서는 상기 난연제를 함유하지 않는 실리콘계 코팅액을 제공함으로써 환경문제나 독성문제가 없는 고내열성을 발현하는 코팅방법을 제공하는 것이다.
특히, 난연제를 사용하는 경우에는 난연제가 입자 형태로 코팅제와 함께 직물표면에 분포하게 되어 균일한 코팅처리가 되지 못하고, 이로 인해 필링성 문제가 해결되지 않는데 반해, 본 발명에 의해 코팅된 직물은 직물 표면에 코팅제가 균일하게 존재하도록 하여 직물의 필링성 문제를 해결하는 것이다.
기존의 고강도ㆍ고내열성 실을 사용한 직물과 같이 직물 표면에 필링이 발생하게 되면 마찰 강도가 감소하고, 피부에 자극적이며 외관상 좋지 않다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 고강도ㆍ고내열성 실을 사용한 직물을 실리콘계 코팅제로 표면을 피복하였다. 고강도ㆍ고내열성 실은 주로 방적사로서 필라멘트사에 비하여 표면에 단섬유가 많이 분포하기 때문에 외부 힘에 의해 섬유끼리 서로 엉키는 현상이 발생하기 쉽다. 이러한 필링을 방지하기 위하여 직물 표면에 코팅층을 형성하여 표면에 위치한 섬유를 고정시켜 엉킴 현상을 감소시킬 수 있으며, 코팅 층이 외부로부터 섬유를 보호할 수 있어 필링 현상을 감소시킬 수 있는 것이다.
본 발명의 실리콘계코팅액은 화학식 1 기재의 실리콘폴리머 85~95중량% 및 가교제 5~15중량%로 이루어지는데, 가교제는 화학식 1 기재의 실리콘폴리머와 가교를 이룰수 있도록 하는 것으로서 하기 화학식 2의 구조를 갖고 백금촉매를 미량함유하는 것으로서 pH : 7.0±0.5, 비중 : 0.996±0.001, 점도 : 1,000cP 미만, 분자량 : 3,000~5,000인 것이 실리콘계 코팅제를 완전 경화시키는데 특히 바람직하다.
[화학식 2]
Figure pat00005
[상기 R3는 H 또는 CH3이고, o = 40~70 임.]
상기 실리콘폴리머는 비중 0.97~1.07, 점도 9,000~10,000cP, 분자량 50,000~70,000 및 평균분자량 55,000~65,000인 것이 필름 형성능에 바람직하다. 본 발명의 상기 화학식 1의 실리콘폴리머는 말단에 이중결합을 포함하고 있기 때문에 코팅제의 주구조가 되는 선(linear)상 폴리머가 가교제와 반응하여 블록코폴리머(block-copolymer)를 형성하여 네트워크 구조를 형성할 수 있다. 선상의 폴리머 구조는 열이나 힘에 의해 결합이 쉽게 끊어지기 쉬우나, 상기 블록코폴리머는 네트워크 구조를 형성해 거대고분자로 변화해 구조적으로 안정되어 필름형성능을 향상시키게 된다.
본 발명에서 상기 고강도ㆍ고내열성 실은 파라-아라미드, 메타-아라미드, 탄화섬유, PBO, 방염성레이온 중 어느 하나이상을 함유한 고강도ㆍ고내열성 실이 바람직하다. 특히 그 혼합형태는 안전작업복의 용도별로 혼합방적사, 복합가연사, 에어텍스쳐사 및 합연사 중 어느 하나인 것을 사용할 수 있다.
본 발명에서 직물을 코팅하기 위한 방법으로는 디핑법, 롤러코팅, 나이프코팅 등의 여러 가지 방법을 사용할 수 있겠으나, 직물의 태와 항필링성을 위해 나이프코팅방법을 사용하는 것이 바람직하다. 나이프코팅 후 170~180oC로 코팅액을 경화시켜 산업안전작업복용 직물을 제공하게 된다.
따라서 본 발명의 고내열성 실리콘코팅방법에 의하면 인체에 무해하면서도 친환경적일뿐만 아니라 난연성 및 내열성을 저하시키지 않으면서도 필링성이 우수한 산업안전작업복용 직물을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명인 실시예 1의 실리콘코팅방법에 의한 코팅후 직물표면 SEM사진이며,
도 2는 본 발명인 실시예 1의 실리콘코팅방법에 의한 코팅후 직물단면 SEM사진이며,
도 3은 비교예 1의 실리콘코팅방법에 의한 코팅후 직물표면 SEM사진이며,
도 4는 비교예 1의 실리콘코팅방법에 의한 코팅후 직물단면 SEM사진이며,
도 5는 비교예 2의 실리콘코팅방법에 의한 코팅후 직물표면 SEM사진이며,
도 6은 비교예 2의 실리콘코팅방법에 의한 코팅후 직물단면 SEM사진이며,
도 7은 비교예 3의 실리콘코팅방법에 의한 코팅후 직물표면 SEM사진이며,
도 8은 비교예 3의 실리콘코팅방법에 의한 코팅후 직물단면 SEM사진이며,
도 9는 비교예 4의 실리콘코팅방법에 의한 코팅후 직물표면 SEM사진이며,
도 10은 비교예 4의 실리콘코팅방법에 의한 코팅후 직물단면 SEM사진이다.
이하 다음의 실시 예에서는 본 발명의 산업안전작업복용 직물의 고내열성 실리콘코팅방법에 대한 비한정적인 예시를 하고 있다.
[합성례 1]
반응기에 디비닐테트라메틸디실록산과 옥타메틸시클로테트라실록산을 투입하고 백금촉매를 투입하여 상압에서 80~90℃, 10시간 동안 천천히 교반하여 하기 화학식 1 기재의 실리콘폴리머를 합성하였다.
[화학식 1]
Figure pat00006
[상기 R1은 H 또는 CH3이며, 상기 R2는 H, m = 650~800 임.]
얻어진 실리콘폴리머는 pH 7.0±0.5, 비중 0.97~1.07, 점도 9,000~10,000 cP, 분자량 50,000~70,000 및 평균분자량 55,000~65,000이다.
[실시예 1 및 비교예 1~4]
상기 합성례 1에서 얻어진 실리콘폴리머(SOFO-7000, 엠제이코리아社産) 및 하기 화학식 2의 백금촉매를 미량함유하는 가교제(SOFO-7000CAT, 엠제이코리아社産, pH : 7.0±0.5, 비중 : 0.996±0.001, 점도 : 1,000cP 미만, 분자량 : 3,000~ 5,000)를 하기 표 1의 조성비에 따라 혼합한 후 상온에서 교반하여 실리콘계코팅액을 만들었다. 얻어진 실리콘계코팅액을 탄화섬유와 파라계아라미드섬유를 5:5로 혼합한 혼합방적사(20수 2합사)를 사용하여 2/1 트윌조직으로 제직한 직물의 표면을 나이프두께 0.8㎜로 하여 나이프코팅한 후 170℃로 10m/분의 경화속도로 경화하여 코팅작업을 완료하고 직물의 물성을 측정하여 표 1에 나타내었다.
[화학식 2]
Figure pat00007
[상기 R3는 H 또는 CH3이고, o = 40~70 임.]

구분
조성비
필링(급)
방염성실험
HTI(sec) t12(sec)
실시예 1 실리콘폴리머 91% + 가교제 9% 3.5 13.84 9.43
비교예 1 실리콘폴리머 63% + 가교제 6% +
AL계 난연제 31% 		3.0 14.12 10.03
비교예 2 실리콘폴리머 63% + 가교제 6% +
Mg계 난연제 31% 		3.0 14.19 10.17
비교예 3 실리콘폴리머 61% + 가교제 6% +
AL계 난연제 30% +Mg계난연제 3%		 3.0 14.01 9.87
비교예 4 실리콘폴리머 60% + 가교제 6% +
AL계 난연제 30% +Mg계난연제 3% +
염료 1%		 3.0 13.97 9.64
코팅 후 경화의 상태를 알아보기 위하여 주사전자현미경(SEM)으로 직물의 표면과 단면을 측정하였다. 실시예 1은 직물 표면에 코팅제가 존재함을 확인하였고(도 1 및 도 2), 비교예 1 내지 비교예 4는 난연제가 입자 형태로 코팅제와 함께 분포함을 확인하였다(도 3 내지 도 10).

Claims (4)

  1. 고강도ㆍ고내열성 실로 제직된 직물을 하기 화학식 1 기재의 실리콘폴리머 85~95중량% 및 하기 화학식 2의 구조를 갖는 가교제 5~15중량%로 이루어진 실리콘계코팅액으로 코팅하는 것을 특징으로 하는 산업안전작업복용 직물의 고내열성 실리콘코팅방법.
    [화학식 1]
    Figure pat00008

    [상기 R1은 H 또는 CH3이며, 상기 R2는 H, m = 650~800 임.]

    [화학식 2]
    Figure pat00009

    [상기 R3는 H 또는 CH3이고, o = 40~70 임.]
  2. 제 1항에 있어서, 상기 고강도ㆍ고내열성 실은 파라-아라미드, 메타-아라미드, 탄화섬유, PBO, 방염성레이온 중 어느 하나이상을 함유한 고강도ㆍ고내열성 실인 것을 특징으로 하는 산업안전작업복용 직물의 고내열성 실리콘코팅방법.
  3. 제 2항에 있어서, 고강도ㆍ고내열성 실은 혼합방적사, 복합가연사, 에어텍스쳐사 및 합연사 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 산업안전작업복용 직물의 고내열성 실리콘코팅방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 실리콘폴리머는 비중 0.97~1.07, 점도 9,000~10,000 cP, 분자량 50,000~70,000 및 평균분자량 55,000~65,000인 것을 특징으로 하는 산업안전작업복용 직물의 고내열성 실리콘코팅방법.

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