KR20130015409A - 에어로 겔을 포함하는 섬유의 코팅 방법 - Google Patents

에어로 겔을 포함하는 섬유의 코팅 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 높은 단열성과 기공율, 발수성, 초 경량성을 가지는 에어로 겔 파우더를 포함하는 초단열 경량 섬유코팅 가공기술에 관한 것으로, 상세하게는 통상의 섬유 코팅용 고분자 물질에 에어로 겔 파우더를 직접 균일하게 혼입·분산하거나 또는 고분자 물질의 점도 조절용 희석제에 에어로 겔 파우더를 혼입·분산한 후, 이를 고분자 물질과 균일 혼합함으로써 에어로 겔을 포함하는 섬유코팅용 고분자 물질을 제조하고, 이를 일반적인 섬유 코팅용 장치를 이용하여 통상의 코팅방법으로 섬유상에 균일하게 도포, 큐어링, 건조함으로써 코팅된 섬유가 에어로 겔의 특성으로 인해 단열성, 경량성, 통기성을 가지는 단열 및 보온성, 경량성이 우수한 섬유 코팅용 가공기술을 제공하고자 한다.

Description

에어로 겔을 포함하는 섬유의 코팅 방법{Coating method for fiber including aerogel}
본 발명은 높은 단열성과 기공율, 발수성, 초경량성을 가지는 에어로 겔 파우더를 포함하는 초단열 경량 섬유코팅 가공기술에 관한 것이다. 섬유 코팅 가공이라 함은 직·편물 및 부직포 등을 기본적으로 하여 그 표면에 고분자 물질을 균일하게 도포하여 건조, 경화시키는 것으로 의류용, 산업용, 생활용 등에 다양하게 사용되고 있다. 본 발명은 이러한 섬유코팅 가공에 있어서 에어로 겔이 가지는 높은 단열성과 공극율, 발수성, 초경량성을 이용하기 위하여 에어로 겔 파우더를 고분자 물질에 균일하게 혼입, 분산하여 코팅 된 섬유가 초단열, 경량성을 가지도록 하는 것이다.
에어로 겔은 우수한 단열성 이외에 기공도가 85%~99%이며, 밀도가 0.003g/cm3정도의 초경량으로 기존 단열재에 비하여 단열성이 3배 이상 우수하다. 일부 극한환경용 의류제품 및 우주복 소재로 사용이 되고 있으나 국내에서는 의류제품 적용에 대한 연구개발이 매우 미비하다. 실리카 에어로 겔 파우더의 경우 0.02W/m·K 정도의 낮은 열전도율로 초단열 특성을 가지며, 0.05g/㎠의 낮은 밀도와 90% 이상의 공극율로 초경량성을 갖는다.
에어로 겔이 가지는 나노 다공성구조로 인한 초단열성의 특성을 이용하여 에너지절약을 위한 단열재 개발에 대한 노력이 전 세계적으로 이루어지고 있다. 미국에서는 NASA 등을 중심으로 에어로 겔 소재를 이용한 항공우주산업용 소재를 개발하고 있다. 상기 초단열 성능을 가지고 있는 에어로 겔 소재를 건축용 단열재, 냉장ㆍ냉동 분야, 산업용 단열재, 일상 생활필수품용 보온 단열재로만 사용할 뿐, 단열, 보온기능 향상을 위한 의류 제품으로의 응용은 미흡한 실정이다.
본 발명은 통상의 섬유 코팅용 고분자 물질에 에어로 겔 파우더를 직접 균일하게 혼입·분산하거나 또는 고분자 물질의 점도 조절용 희석제에 에어로 겔 파우더를 혼입·분산한 후, 이를 고분자 물질과 균일 혼합함으로써 에어로 겔을 포함하는 섬유코팅용 고분자 물질을 제조하고, 이를 일반적인 섬유 코팅용 장치를 이용하여 통상의 코팅방법으로 섬유상에 균일하게 도포, 큐어링, 건조함으로써 코팅된 섬유가 에어로 겔의 특성으로 인해 단열성, 경량성, 통기성을 가지는 단열 및 보온성, 경량성이 우수한 섬유 코팅용 가공기술을 제공하고자 한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 섬유포지에 섬유 코팅용 고분자 화합물을 코팅하는 섬유의 코팅방법에 있어서, 에어로 겔을 포함하는 섬유 코팅용 고분자 화합물을 섬유포지에 코팅하는 섬유의 코팅 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 섬유 코팅용 고분자물질은 폴리우레탄, 실리콘, 아크릴, 폴리비닐클로라이드 또는 폴리테트라플루오르에틸렌에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 코팅방법은 다이렉트 코팅방법 또는 트랜스퍼 코팅방법에서 선택된 하나의 방법인 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 섬유 코팅용 고분자 화합물 100중량부 대비 0.1 내지 20중량부의 에어로겔을 함유하는 섬유 코팅용 고분자 조성물을 제공한다.
본 발명에 의해 에어로 겔이 코팅된 섬유는 우수한 단열성, 경량성, 통기성을 갖는다. 또한, 본 발명의 방법으로 섬유 코팅용 고분자 물질에 에어로 겔을 혼입, 분산할 때 에어로 겔이 가지는 저밀도, 다공성 구조로 인해 균일하게 분산될 뿐만 아니라, 분산된 후에는 장기간 방치하여도 침전되거나, 상이 분리되지 않는다.
본 발명에서 사용되는 에어로 겔 분말은 이 기술분야에 일반적으로 알려져 있는 졸-겔 공법으로 제조되는 통상의 어떠한 에어로 겔 분말이 사용될 수 있다. 본 발명에서 바람직하게는 입자크기가 0.1~1,000㎛인 에어로 겔 분말이 사용될 수 있다. 에어로 겔의 입자크기가 0.1㎛보다 작으면 너무 가벼워 비산 문제로 인하여 고분자 물질에 균일하게 혼입하기가 어렵고, 입자크기가 1,000㎛를 초과하는 경우에는 입자가 너무 커서 섬유 표면위에 얇은 막을 형성하는 코팅의 경우 표면이 거칠게 되거나, 입자 탈락의 문제로 인해 바람직하지 않다.
본 발명의 에어로 겔을 포함하는 섬유 코팅용 고분자 물질로는 이 기술이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 배합하여 사용할 수 있는 모든 종류의 섬유 코팅용 고분자 물질이 사용 가능하다.
본 발명에 바람직한 섬유 코팅용 고분자 물질의 예로서는 폴리우레탄, 실리콘, 아크릴, 폴리비닐클로라이드, 폴리테트라플루오르에틸렌 등이 있다. 또한 이들 고분자 물질의 점도 조절용 희석제의 예로는 메틸에틸케톤, 톨루엔, 디메틸포름아마이드, 알코올류 등의 통상적인 용제를 들 수 있다.
본 발명의 섬유 코팅용 에어로 겔 함유 고분자 조성물은 고분자 물질 100중량부에 대하여 점도 조절용 희석제는 0내지 99중량부, 에어로 겔 분말은 0.1내지 20중량부를 포함할 수 있다. 섬유 코팅용 고분자 물질은 사용하는 고분자 물질에 따라서 점도 조절제를 사용하지 않고도 사용할 수 있고, 99중량부를 사용하여 적정 점도로 희석하여 사용할 수 있다. 에어로 겔 분말은 고분자 물질의 점도가 낮을 경우 바로 혼입·분산하여 사용할 수 있으며, 점도가 높을 경우에는 점도 조절용 희석제에 고르게 혼입·분산한 후, 이를 고분자 물질과 혼합, 배합하여 사용할 수 있다.
본 발명에서 에어로 겔을 혼입할 고분자 물질의 점도가 70,000cPs 이하면 고분자 물질에 바로 혼입·분산이 가능하고, 70,000cPs를 초과하게 되면 에어로 겔을 적정 점도 조절용 희석용제에 혼입·분산하여 사용할 수 있다. 에어로 겔 분말이 0.1중량부 미만이면 에어로 겔이 가지는 단열, 경량성의 특성을 코팅된 섬유에서 기대하기 어렵고, 20중량부를 초과하면 에어로 겔 분말의 함량이 과다하게 많아지게 되어 고르게 분산시키기 어렵고, 고분자 물질의 코팅 특성에 바람직하지 않다.
본 발명은 에어로 겔 분말이 포함된 섬유 코팅용 고분자 물질을 사용하여 섬유에 코팅함에 있어서, 이 기술분야에서 일반적으로 사용하는 섬유용 코팅방법으로 에어로 겔이 포함된 고분자 물질을 섬유 상에 균일하게 도포, 큐어링, 건조함으로써 코팅된 섬유가 단열성, 경량성, 통기성을 가지도록 하는 것이 특징이다.
본 발명의 에어로 겔이 포함된 고분자 물질의 코팅방법에 있어서 나이프, 키스 롤러, 그라비어 롤러, 블레이드, 패딩 망글 등 통상의 섬유 코팅용 장치를 이용한 다이렉트 코팅방법과 에어로 겔이 포함된 고분자 물질을 필름 또는 시트 형태로 만들어서 섬유와 라미네이션 하는 등의 트랜스퍼 코팅방법 등이 사용될 수 있다.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 아래에서 설명하는 실시예들에 의해 한정 되는 것은 아니다.
<실시예 1, 비교예 1, 2>
폴리에스터 장섬유를 고밀도로 제직한 직물에 코팅을 위한 전처리로 발수제 처리(니카코리아(주)의 불소계 발수제 KF GUARD 770W 3% solution을 사용하여 패딩 처리한 후, 180℃온도에서 1분 30초간 큐어링)를 한다. 이 포지와 표 1에 기재된 조건으로 섬유고분자물질을 사용하여 콤마 나이프로 이형지 위에 캐스팅하여 제조한 필름 형태의 에어로 겔 함유 고분자 물질을 적절한 접착제를 사용하여 라미네이션 하는 트랜스퍼 코팅 방법을 사용하여 에어로 겔을 포함하는 고분자 물질 층이 코팅된 섬유를 제조한다.
표 1에 나타낸 결과와 같이 일반 의류용 투습방수포용 폴리우레탄 코팅 수지에 에어로 겔 파우더(엠파워(주)의 EMP-SAP사용;Particle size 1~10㎛, 열전도율 0.02W/m·K, Porosity 90%)를 첨가하였을 때 동일 필름 두께대비 중량은 감소하고, 공기투과도 및 투습도는 향상된다.


코팅 고분자물질
조성비 		비교예 1 비교예 2 실시예 1 비고

친수무공형
폴리우레탄
(100중량부)
미세다공형
폴리우레탄
(100중량부)		 미세다공형
폴리우레탄
(100중량부)
+에어로 겔
(3중량부)
공기투과도[㎤/㎠/s] 0 0.07 0.13 JIS L 1096-A
투습도[g/㎡24h] 1,000 8,000 10,000 JIS L 1099 A-1
내수압[㎜H2O] 10,000 4,500 3,500 ISO 0811
중량[g/㎡] 41 33 29 두께 40㎛기준
단열보온성[CLO] 0.19 0.08 0.22 ASTM 1518
* CLO(Clothing insulation)는 섬유제품의 단열·보온성을 측정하는 방법으로 바람이 없는 21℃, 초속 0.1m의 풍속 조건하에서 시간당 1㎡의 발열량이 50kcal일때 보온단열량을 말하는 것으로 수치가 높을수록 높은 단열·보온효과를 나타낸다.
< 실시예 2 내지 4 >
산업용 실리카섬유를 사용하여 제직한 직물에 형태 안정을 위한 열처리를 한다. 이 포지에 표 2에 기재된 조건으로 섬유고분자물질을 나이프를 사용하여 다이렉트 코팅방법으로 코팅하였다. 평가 결과는 표 2에 나타내었다.
코팅 고분자물질 조성비 코팅 부위 도포량
[g/㎡]		 HTI t12


실시예 2		 실리콘수지(DY38-038)
경화제(RD-1)
촉매(SRX-212)
희석 용제(Toluene)
Aerogel		 100P
2.5P
0.25P
30P
3P

양면

197

8.2

5.4


실시예 3		 실리콘수지(DY38-038)
경화제(RD-1)
촉매(SRX-212)
희석 용제(Toluene)
Aerogel		 100P
2.5P
0.25P
30P
5P

양면

191

8.3

5.8


실시예 4		 실리콘수지(DY38-038)
경화제(RD-1)
촉매(SRX-212)
희석 용제(Toluene)
Aerogel		 100P
2.5P
0.25P
30P
7P

양면

187

8.5

5.9
* HTI (Heat Transfer Index) : 시험편 뒷면의 온도가 24℃ 올라가는데 걸리는 시간
* t12 : 시험편 뒷면의 온도가 12℃ 올라가는데 걸리는 시간
상기 표2에 나타난바와 같이 내열성 실리콘 코팅수지(DY 38-038)에 에어로 겔을 3, 5, 7중량부 첨가하였을 때의 불꽃열 통과량 시험결과 및 중량변화를 살펴보면 에어로 겔 첨가량이 증가할수록 동일 코팅층 두께대비 중량은 감소하고, 불꽃열 통과량 시험결과는 향상된다.
이상에서 본 발명은 기재된 실시예에 대해서만 상세히 기술되었지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (4)

  1. 섬유포지에 섬유 코팅용 고분자 화합물을 코팅하는 섬유의 코팅방법에 있어서,
    에어로 겔을 포함하는 섬유 코팅용 고분자 화합물을 섬유포지에 코팅하는 섬유의 코팅 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 섬유 코팅용 고분자물질은 폴리우레탄, 실리콘, 아크릴, 폴리비닐클로라이드 또는 폴리테트라플루오르에틸렌에서 선택된 1종 또는 2종이상인 것을 특징으로 하는 섬유의 코팅 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 코팅방법은 다이렉트 코팅방법 또는 트랜스퍼 코팅방법에서 선택된 하나의 방법인 것을 특징으로 하는 섬유의 코팅 방법.
  4. 섬유 코팅용 고분자 화합물 100중량부 대비 0.1 내지 20중량부의 에어로 겔을 함유하는 섬유 코팅용 고분자 조성물.
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