KR20160041714A - 무기물을 사용한 섬유용 전도성 코팅액 및 대전방지 부직포 제조방법 - Google Patents

무기물을 사용한 섬유용 전도성 코팅액 및 대전방지 부직포 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전도성 무기물 첨가한 섬유용 전도성 무기물 코팅액을 제조하는 방법과 섬유 및 부직포에 이를 코팅하는 방법에 관한 발명으로써, 더욱 자세하게는 전도성 무기물(카본나노튜브, 메탈 나노와이어, 메탈 옥사이드)로 무기물 분산 코팅액 조성하여 그라비아, 슬롯다이, 콤마, 롤, 평판, 함침 코팅 방법으로 섬유 및 부직포에 무기물을 코팅하고, 전도성 무기물 코팅층 위에서 상기 코팅층을 보호하고 기능을 향상시키기 위해서 오버코팅을 하는 방법에 관한 발명이다. 본 발명에 의하면 표면저항이 101 ~ 1010(Ω/□)범위의 부직포를 제조하여, 우수한 기계적 성질과 전도성, 방열효과, 향균효과 등 장점을 나타낸다.

Description

무기물을 사용한 섬유용 전도성 코팅액 및 대전방지 부직포 제조방법 {Manufacturing methods of inorganic material base conducting coating solution for fabrics and anti-static non-wovens}
본 발명은 여러 정전기를 흩을 수 있는 전도성 부직포에 관한 것으로, 예를 들면, 자동차용 내장재나 천장재의 보강 시트, 집진기의 버그 필터, 전자부품 대전방지 백, 물이 스며들 수 있는 필터 또는 에어컨 필터, 전파를 흡수하거나 차단하는 시트, 섬유나 방직공장에서 미세 원사 또는 섬유 원단이 일으키는 정전기를 제어하는 부직포를 제공하는 것이다.
전도성 부직포를 만드는 방법은 두 가지이다. 금속 또는 전도성 카본이 포함된 섬유를 기계적인 처리로 서로 얽히도록 해서 전도성 부직포를 만드는 방법과 일반 부직포에 전도성 물질을 코팅하는 방법이다.
본 발명은 두 번째 방법으로 전도성 무기물 코팅에 대한 방법이다.
상세히 설명하면, 전도성 무기물은 카본 나노 튜브, 메탈 나노와이어(은 나노와이어, 구리 나노와이어), 메탈 옥 사이드(아연 옥사이드, 안티모니 옥사이드, 안티모니 틴 옥사이드, 인듐 틴 옥사이드 등이다.
상기 언급한 무기물들은 다양한 장점이 있다. 카본 나노 튜브는 높은 인장력과 우수한 전기전도도가 장점이다.
가령, 카본 나노 튜브는 철강보다 강도가 100배 뛰어나고, 전기 전도도는 구리와 비슷하며, 열전도율은 다이아몬드와 같다.
그리고 안티모니 틴 옥사이드와 인듐 틴 옥사이드는 최근 투명전극 소재로 각광받고 있으며, 투명성과 우수한 전기전도성을 갖는다.
또한, 메탈 나노와이어는 높은 전기 전도도와 투명성, 그리고 유연성과 항균성(예를 들어, 은 나노와이어)을 갖는다.
지금까지 부직포에 코팅하는 전도성 물질은 전도성 고분자나 계면활성제가 알려져 있다.
하지만, 계면활성제 코팅 방법은 계면활성제를 대기 중의 수분과 결합시켜 전도성을 만들기 때문에, 물 또는 알코올류 용매에 잘 씻기고, 세탁이 어렵다.
그리고 전도성 고분자 코팅 방법은 전도성 고분자 고유의 색과 높은 산도로 인하여, 부직포 원단 고유의 색과 부드러운 질감을 유지하기 어렵다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점들을 보완하고, 해결하기 위한 방법이다.
본 발명은 섬유용 무기물 분산 코팅액을 제조하여 제공하고, 이를 일반적인 코팅 방법으로, 표면저항이 101~1010(Ω/□) 범위에서 조절 가능한 전도성 부직포를 제공하는 것이다.
전도성 무기물을 포함하는 섬유용 무기물 분산 코팅액을 만들어 부직포에 코팅하는 것이 바람직하다.
그리고 전도성 무기물 코팅층을 보호하기 위해 오버코팅 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 물체 또는 전하 마찰에 의해 생긴 정전기를 흩어 없어지게 할 뿐만 아니라 상기에 언급한 기존에 부직포 코팅 문제를 해결한다. 게다가 무기물 소재가 갖는 우수한 기계적 성질과 전도성, 방열효과, 항균효과의 장점을 나타낸다.
도 1은 전도성 무기물 코팅 부직포의 구조를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 전도성 무기물 코팅층 위의 오버코팅층 구조를 예시적으로 나타내는 도면이다.
이하에는, 본 발명의 바람직한 실시 예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시 할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
본 발명의 전도성 무기물 섬유 코팅기재는 레이온, 나일론, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 비닐론, 아크릴 등을 예시할 수 있다. 열가소성 합성 섬유 성분에는 단일 성분 형과 병렬/심초의 복합 성분 형이 있다. 부직포의 벌키감과 유연성이 요구되는 경우는 열융착성 복합섬유가 좋다. 폴리올레핀 계에서는, 폴리프로필렌 심/고밀도 폴리에틸렌 초, 폴리에스테르 심/저융점 공중합 폴리에스테르 초, 폴리에스테르 심/고밀도 폴리에틸렌 초로 섬유 단면 구조(심초 구조)를 갖는 것을 예시한다.
본 발명의 섬유용 전도성 무기물 코팅액은 무기물 분산액 5~50 중량부, 접착용 바인더 0.1~60 중량부, 경화제 0.1~5 중량부, 계면활성제 0.001~10 중량부, 용제 5~95 중량부로 이루어진 조성물이다.
상기 섬유용 전도성 무기물 코팅액의 무기물은 카본나노튜브, 메탈 나노와이어(은 나노와이어, 구리 나노와이어), 메탈 옥사이드(징크 옥사이드, 안티몬 옥사이드, 인듐 옥사이드, 안티몬 틴 옥사이드, 인듐 틴 옥사이드) 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것이 바람직하다.
상기 섬유용 전도성 무기물 코팅액 용제는 물, 알코올(메탄올, 에탄올, 이소프로필 알코올), 케톤(아세톤, 메틸 에틸 케톤, 메틸 이소부틸 케톤), 아민, 에스테르, 아미드(N,N-다이메틸포르아마이드, N-메틸피롤리돈) 알킬 할로겐, 에테르, 퓨란(테트로 하이드로 퓨란) 및 황이 포함된 용제 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것이 바람직하다.
상기 섬유용 전도성 무기물 코팅액 바인더는 우레탄계, 아크릴계, 에폭시계, 우레탄-아크릴계 공중합체 및 폴리에스터계, 폴리이미드계, 폴리아마이드계, 폴리에테르계, 올레핀계 및 멜라민계 수지, 스티렌계, 염화 비닐-비닐 아세테이트 공중합체, 카르복실 메틸 셀룰로오스(CMC), 2-하이드록시 에틸 셀룰로오스(HEC), 하이드록시 프로필 메틸 셀룰로오스(HPMC), 메틸 셀룰로오스(MC), 폴리 비닐 알코올(PVA), 트리 프로필렌 글리콜(TPG), 그리고 잔탄검(XG)과 같은 열경화성 또는 광경화성 수지 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것이 바람직하다.
상기 섬유용 전도성 무기물 코팅액 경화제는 이소시아네이트계, 아지리딘계, 멜라민계, 에폭시계, 폴리카보디이마이드계 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것이 바람직하다.
상기 섬유용 전도성 무기물 코팅액의 계면활성제는 실리콘계, 변성실리콘계, 아크릴계, 아크릴-멜라민계, 알키드계, 알키드-멜라민계, 아민계, 에폭시계, 변성에폭시계, 에테르계, 폴리에스터계, 올레핀계, 불소계를 포함하는 이온계 중에서 1종 또는 2종 이상인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 전도성 무기물 코팅 섬유 또는 부직포는 전도성 코팅층 위에 오버코팅으로 내구성과 내후성을 향상시키는 효과를 나타낸다.
본 발명에 따른 전도성 무기물 코팅과 그에 따른 오버코팅 방법은 그라비아, 슬롯, 콤마, 롤, 평판, 함침 방법 중에 선택되는 것이 바람직하며, 코팅 후 경화 방법으로는 상온 경화, 섭씨 40~200도로 1~30분간 열 경화, UV-A램프 315~400nm 파장에서 300~700mJ로 자외선 경화 방법 중에 선택되는 것이 바람직하다.
이하 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 섬유용 전도성 무기물 코팅액 중 카본 나노 튜브 코팅액은 카본 나노 튜브 분산액 5~50 중량부, 접착용 바인더 1~15 중량부, 경화제 0.1~5 중량부 및 계면활성제 0.01~10 중량부, 용매 5~95 중량부로 이루어진 조성물이다.
또한, 본 발명의 섬유용 전도성 무기물 코팅액 중 은 나노와이어 코팅액은 은 나노와이어 분산액 5~30 중량부, 접착용 바인더 0.1~60 중량부, 계면활성제 0.001~5 중량부를 용매 5~95 중량부로 이루어진 조성물이다.
상기 전도성 무기물 중 카본 나노 튜브는 직경 1 내지 100 나노미터, 길이 1 내지 500 마이크로인 것을 특징으로 한다.
상기 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 얇은 다중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브,다발형 탄소나노튜브 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 한다.
상기 은 나노와이어는 직경이 50나노미터 이하이면서, 길이가 10 미크론 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전도성 섬유를 보호하고 기능을 향상을 나타내는 오버코팅액은 바인더 0.1~3 중량부, 용제 80~99 중량부, 기능성 첨가제 0.1~0.5 중량부로 이루어진 조성물이다.
상기 전도성 코팅 섬유에 오버코팅액 용제는 물, 알코올계, 케톤계, 셀로솔브계 등으로 이루어진 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것이 바람직하다.
상기 전도성 코팅 섬유에 오버코팅액 바인더는 폴리메타크릴레이트류 (예를 들어, 폴리(메틸 메타크릴레이트)), 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐알코올, 폴리에스테르(예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에스테르 나프탈레이트), 그리고 다중 탄산염, 방향성이 높은 폴리머(예를 들어, 페놀계나 크레로졸-포름알데히드(노보락스®)), 폴리스티렌, 폴리비닐톨루엔, 폴리비닐 자일렌, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르이미드, 폴리술피드, 폴리술폰, 폴리페닐렌, 그리고 폴리페닐 에테르, 폴리우레탄(PU), 에폭시, 폴리올레핀(예를 들어 폴리프로필렌, 폴리메틸펜텐, 그리고 고리형 올레핀), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(ABS), 셀룰로오스계, 실리콘 그리고 다른 실리콘 함유한 폴리머(예를 들어, 폴리실세스퀴옥산 그리고 폴리실란) ,폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리아세테이트, 폴리노보넨, 합성 고무 (예를 들어, EPR, 회분식활성슬러지법, EPDM), 그리고 플루오르폴리머(예를 들어, 폴리비닐리덴 불화물, 폴리사불화 에틸렌(TFE) 또는 폴리헥사플루오로프로필렌), 공중합체의 플루오로올레핀 그리고 탄화수소 올레핀(예를 들어, 루미프론®), 그리고 비정질 탄화 플루오르 폴리머 또는 공중합체(예를 들어, 싸이탑®(아사히 글라스 사) 또는 테프론®AF(듀폰사)) 등 열경화성 또는 광경화성 수지 등으로 이루어진 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것이 바람직하다.
상기 전도성 섬유의 오버코팅액 기능성 첨가제는 할스계(송원사), 페놀계(송원사), 벤조트리아졸계(송원사, 센카사), 틴계(송원사), 티누빈계(바스프사) ,이산화 티타늄계(코스모화학사) 등으로 이루어진 가운데 선택된 1종 또는 2종 이상인 것이 바람직하다.
이 기능성 첨가제들은 전도성 무기물 코팅층을 보호하고, 산화방지, 자외선 흡수/차단, 내마모성을 향상하는 장점의 효과를 나타낸다.
본 발명에 따른 예시로 전도성 무기물 부직포 코팅방법은 슬롯다이 코팅 방법을 나타낸다. 슬롯다이 코팅은 슬롯다이 토출량이 높을 수 록 균일한 코팅 면을 나타낸다. 따라서 슬롯 토출 펌프 조건에 따라 코팅액의 고형분은 최대한 희석하는 것이 바람직하다. 그리고 코팅액의 점도는 100cps 이하로 희석하는 것이 바람직하다. 하지만, 상기 코팅 방법은 예시일 뿐 상기 방법에만 국한되는 것은 아니다.
이하에서는 본 발명에 따른 전도성 무기물 코팅방법을 실시 예를 들어 설명하기로 한다.
(실시 예 1)
다중벽탄소나노튜브 이소프로필알코올 분산 용액 30g, 수용성 우레탄계 바인더 용액 8g, 우레탄 경화제 0.1g(Tg=49℃), 캡스톤 첨가제(듀폰사) 0.03g 및 물 20g, 메탄올 20g, 이소프로판올 20g을 혼합한 코팅액을 부직포에 도포한 후 150℃에서 5분간 건조하였다. 상기 방법으로 제조된 부직포의 표면 저항은 104 ~ 105 (Ω/□)으로 측정(미쯔비시 케미칼사, MCP-T600)되었다.
(실시 예 2)
다중탄소벽나노튜브 1-메틸-2-피롤리딘온 분산 용액 40g, 염화 비닐-비닐 아세테이트 공중합체 바인더 용액 6g (Tg=70℃), BYK-310(BYK사) 0.05g 및 1-에톡시-2-프로판올 35g, 메틸 에틸 케톤 15g, 1-메틸-2-피롤리딘온 5g을 이루어진 코팅액을 부직포에 도포한 후 150℃에서 5분간 건조하였다. 상기 방법으로 제조된 부직포의 표면 저항은 104 ~ 105 (Ω/□)으로 측정되었다.
(실시 예 3)
은 나노와이어 수분산 용액 20g, 하이드록시 프로필 메틸 셀룰로오스 수용액(HPMC) 60g, H2O 4g, 에탄올 20g, 캡스톤 첨가제(듀폰사) 0.01g을 혼합한 코팅액을 부직포에 도포한 후 100℃에서 2분간 건조한다. 그리고 그 위에 수용성 우레탄 바인더 용액 20g, 캡스톤 첨가제(듀폰사) 0.03g 및 신가드 W-51 New 0.5g (센카사), 물 50g, 메탄올 30g으로 혼합한 코팅액으로 오버코팅 후 다시 100℃에서 2분간 건조하였다. 상기방법으로 제조된 부직포의 표면 저항은 101 ~103 (Ω/□)으로 측정되었다.
(실시 예 4)
은 나노와이어 수분산 용액 20g, 히드록시 프로필 메틸 셀룰로오스 수용액(HPMC) 60g, 물 4g, 에탄올 20g, 캡스톤 첨가제(듀폰사) 0.01g을 혼합한 코팅액을 부직포에 도포한 후 100℃에서 2분간 건조하였다. 그 위 오버코팅액으로 아크릴-실리카 공중합체계 광경화 바인더 용액 2g, BYK-310(BYK사) 0.1g, Songsorb-3280(송원사) 0.1g, Songnox-1520(송원사) 0.1g 및 다이아세톤알코올 50g, 이소프로필알코올 50g, 광경화용 개시제 0.5g 으로 혼합한 용액으로 다시 오버코팅하였다. 이때, 오버코팅시 경화 조건은 70℃ 2분간 건조 후, UV-A 340nm 파장, 500mJ로 광경화시켰다. 상기 방법으로 제조된 부직포의 표면 저항은 10^1 ~10^3 (Ω/□)으로 측정되었다.
1: 부직포 원단 (섬유기재)
2: 무기물 코팅층 (전도성 및 대전방지 기능, 전자파 차폐 기능)
3: 오버코팅층 (전도성 무기물 코팅층 보호막)

Claims (12)

  1. 전도성 무기물 분산액 5~50 중량부, 접착용 바인더 0.1~60 중량부, 경화제 0.1~5 중량부, 계면활성제 0.001~10 중량부, 용제 5~95 중량부로 이루어진 섬유용 전도성 코팅 조성물로 공지의 코팅방법을 통해 섬유 및 부직포에 코팅하는 방법 또는 성능을 장기간 사용하기 위해서 오버코팅을 추가 코팅하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 전도성 무기물 코팅용 섬유기재는 레이온, 나일론, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 비닐론, 아크릴 등 열가소성 합성 섬유군 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것이 바람직하다.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 섬유용 전도성 무기물은 카본나노튜브, 메탈 나노와이어(은 나노와이어, 구리 나노와이어), 메탈 옥사이드(징크 옥사이드, 안티몬 옥사이드, 인듐 옥사이드, 안티몬 틴 옥사이드, 인듐 틴 옥사이드) 이루어진 군 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것이 바람직하다.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 섬유용 전도성 무기물의 접착용 바인더는 우레탄계, 아크릴계, 에폭시계, 우레탄-아크릴계 공중합체 및 폴리에스터계, 폴리이미드계, 폴리아마이드계, 폴리에테르계, 올레핀계 및 멜라민계 수지, 스티렌계, 염화 비닐-비닐 아세테이트 공중합체, 카르복실 메틸 셀룰로오스(CMC), 2-하이드록시 에틸 셀룰로오스(HEC), 하이드록시 프로필 메틸 셀룰로오스(HPMC), 메틸 셀룰로오스(MC), 폴리 비닐 알코올(PVA), 트리 프로필렌 글리콜(TPG), 잔탄검(XG) 중에서 1종 또는 2종 이상인 것이 바람직하다.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 섬유용 전도성 무기물 코팅액의 경화제는 이소시아네이트계, 아지리딘계, 멜라민계, 에폭시계, 폴리카보디이마이드계 중에서 1종 또는 2종 이상인 것이 바람직하다.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 섬유용 전도성 무기물 코팅액의 계면활성제는 실리콘계, 변성실리콘계, 아크릴 계, 아크릴-멜라민계, 알키드계, 알키드-멜라민계, 아민계, 에폭시계, 변성에폭시계, 에테르계, 폴리에스터계, 올레핀계, 불소계를 포함하는 이온계 중에서 1종 또는 2종 이상인 것이 바람직하다.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 섬유용 전도성 무기물 코팅액의 용제는 물, 알코올(메탄올, 에탄올, 이소프로필 알코올), 케톤(아세톤, 메틸 에틸 케톤, 메틸 이소부틸 케톤), 아민, 에스테르, 아미드(N,N-다이메틸포르아마이드, N-메틸피롤리돈) 알킬 할로겐, 에테르, 퓨란(테트로 하이드로 퓨란) 및 황이 포함된 용제 중에서 1종 또는 2종 이상인 것이 바람직하다.
  8. 제 1항에 있어서, 섬유 및 부직포에 전도성 무기물 코팅 및 오버코팅의 방법은 그라비아, 슬롯다이, 콤마, 롤, 평판, 함침 코팅방법 중에서 선택되는 것이 바람직하다.
  9. 전도성 무기물 분산액 5~50 중량부, 접착용 바인더 0.1~60 중량부, 경화제 0.1~5 중량부, 계면활성제 0.001~10 중량부, 용매 5~95 중량부로 이루어진 전도성 무기물 코팅 조성물과 상기 코팅 조성물을 공지의 코팅법에 의해 섬유에 코팅하고, 바인더 0.1~3 중량부, 용제 80~99 중량부, 기능성 첨가제 0.1~0.5 중량부로 이루어진 기능성 코팅액 조성물을 오버 코팅하여 형성된 전도성 섬유 및 부직포.
  10. 제 1항에 있어서, 선택적으로 시행하는 오버코팅액의 조성은 바인더 0.1~3 중량부, 용제 80~99 중량부, 기능성 첨가제 0.1~0.5 중량부로 이루어진 조성물로 상기 전도성 무기물 코팅액으로 제 8항 방법으로 오버 코팅하여, 블로킹 방지, 열안정성 증가, 산화 방지, 자외선 차단/흡수, 내마모성 증가, 경도 증가, 내구성 증가, 내후성 증가 등의 효과를 나타내는 방법.
  11. 제 10항에 있어서, 전도성 코팅층 위에 오버코팅액의 기능성 첨가제는 할스계(송원사), 페놀계(송원사), 벤조트리아졸계(송원사, 센카사), 틴계(송원사), 티누빈계(바스프사), 이산화 티타늄계(코스모화학사) 등으로 이루어진 가운데 선택된 1종 또는 2종 이상인 것이 바람직하다.
  12. 제 1항 또는 제 10항에 있어서, 공통으로 코팅 후에 섭씨 40~200도로 1~30분으로 열 경화 또는 UV-A 315~400nm, 300~700mJ 광량으로 자외선 경화시키는 방법.
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