KR20160080088A

KR20160080088A - 산화아연을 함유한 고일광, 내방충, 내방염 텐트 및 침낭 소재 및 그의 제조방법

Info

Publication number: KR20160080088A
Application number: KR1020150188429A
Authority: KR
Inventors: 배은아
Original assignee: 주식회사 포이즈
Priority date: 2014-12-29
Filing date: 2015-12-29
Publication date: 2016-07-07

Abstract

본 발명은 산화아연을 함유한 고일광, 내방충, 내방염 텐트 및 스리핑백 소재 및 그의 제조방법을 제공한다.

Description

산화아연을 함유한 고일광, 내방충, 내방염 텐트 및 침낭 소재 및 그의 제조방법{HIGH SUNLIGHT, MOTHPROOF, FLAME RETARDANT TENT AND SLEEPING BAG MATERIAL CONTAINING ZINC OXIDE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 산화아연을 함유한 기능성 텐트 및 침낭 소재에 관한 것이다.

산업용 섬유는 기술적인 용도와 기능적인 특징에 따라 분류되고, 형태나 감촉과 함께 기능과 내구성도 동시에 중요한 기능으로 주목받고 있다. 그 중, 외부로부터 비 또는 물 등의 침투를 막아주고 땀, 증기, 열 등을 외부로 배출 시키면서 착용 시 불쾌감을 억제시키며 쾌적성을 추구하는 투습방수 소재는 의류 뿐 아니라 아웃도어 시장 및 레저스포츠 시장에서 기능성에 대한 관심이 날로 증가 되고 있다. 현재 국내에서는 비투습형 소수화 직물이나 패딩공정을 이용한 솔벤트계 투습방수 코팅이 대부분을 이루고 있으며, 반영구적인 고발수/발유 제품의 소재는 개발이전무한실정이다. 기존 양면 코팅 제품은 의류용으로 국한 되어 사용되어 졌으며 국내 판매 위주의 제품이 었으나 해외 Tent 및 Sleeping bag관련 요구 성능을 확인하여 현재 미주 및 유럽과 다양한 형태의 제품 개발 및 판매가 진행되었으며 이러한 기술적인 보완 및 판매를 통해 산업용 기술 제품 시장 및 장비 시장으로 소재의 확대가 커지고 있다.

최근에 레저 산업이 확대되면서, 텐트 용품, 등산 용품 등의 아웃도어 상품이 많은 각광을 받고 있는데, 이러한 아웃도어 상품에 적용되는 아웃도어용 원단은 야외에서 사용되므로, 기본적으로 내후성, 방수성, 내마모성 내일광성 등의 특성을 가지고 있어야 하는데, 최근에는 발수성, 발유성, 투습성, 내충성, 방염성, 내화학성, 내약품성 등의 기능성이 더 요구되고 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하고자, 원단을 실리콘, 실리콘계 발수제, 실리콘계 가교제, TDX-7, CAT촉매, 2% 산화아연 MEK 분산액을 포함하는 표면처리 코팅액으로 120~160℃ 에서 표면코팅하는 단계; 상기 표면코팅된 원단을 150~170℃ 에서 3분간 건조하는 단계; 상기 표면 코팅된 원단을 실리콘, MEK/톨루엔, PU 에멀전, 가교제, 방염제를 포함하는 이면 코팅액을 히팅챔버에서 80~170℃에서 20초 간격으로 다단건조하는 하여 마이크로 셀을 형성하는 단계;를 포함하는 산화아연을 함유한 고일광, 내방충, 내방염 아웃도어용 원단의 제조방법을 제공한다.

상기 제조방법에 있어서, 다단건조는 80~100℃에서 20초, 100~120℃ 에서 20초, 150~160℃에서 20초 동안 건조하는 것을 특징으로 한다.

또한 표면코팅제는 발수제 7중량부, 상기 발수제의 0.1 중량부의 가교제, 및 모기퇴치제 3 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 표면코팅은 1~3 micron 이하의 박막 코팅인 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 실리콘 50phr기준으로 MEK 60phr의 배합하여 7,000~8000cps 점도를 얻는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제조방법에 따라서 아웃도어용 원단을 제조할 수 있다. 또한 상기 아웃도어용 원단은 침낭, 텐트 제조용인 것을 특징으로 한다.

따라서 상기 양면 코팅 직물 소재를 이용하여 기능성 자동차용 텐트, 캠핑용 텐트 및 군용 침낭, 아웃도어용 침낭, 가방, 옷, 커버, 케이스 등에 적용할 수 있고, 양면 코팅에 의해 방수성이 우수하고, 산화아연에 의해 발수성과, 지속적인 자외선 차단이 우수하며, 다공성 수지층에 포함된 포어들에 의해 경량성이 우수한 효과가 있다.

본 발명은 기본원단의 일면에 산화아연을 함유한 수지층을 형성하며, 그 타면에 혼합된 다공성 코팅제를 도포하고, 건조하여 포어 형성 후, 건조하여 기본원단과 가교하여 다공성 수지층을 형성한 아웃도어용 원단을 구성한다.

도 1 및 도 2는 초기, 세탁 3회 발수테스트 결과를 나타낸 그래프,
도 3은 MEK 혼합비율에 따른 점도 변화를 나타낸 그래프,
도 4는 코팅 추가에 따른 공기투과도를 나타낸 그래프,
도 5는 코팅 추가에 따른 발수도를 나타낸 그래프,
도 6은 침낭 완제품의 야외 테스트 사진,
도 7은 텐트 완제품의 야외 테스트 사진,
도 8은 오후시간의 침낭 완제품의 야외 테스트 사진,
도 9는 오후시간의 텐트 완제품의 야외 테스트 사진,
도 10은 본 발명의 제품의 평가지표를 나타낸 도표이다.

이하에서는 본 발명을 더욱 자세히 설명한다.

1. 발수제의 선정 및 처리

표면 코팅 처리제 중 가장 중요한 발수/발유제의 발수성능 테스트를 위하여 기존에 가장 많이 사용되고 있는 2종의 발수제(TG-581, TG-5546)를 선정하였으며, 발수제의 농도는 60~80g/L로 제조하고 패딩기를 이용하여 압력을 준 후, 건조(200℃x3min)의 공정조건으로 제조 후 발수도를 스프레이법으로 측정하였다.

TG 발수제 테스트 (TG 발수제와 가교제 배합비)

위와 동일하게 제조된 발수제의 성능을 테스트하기 위하여 폴리에스테르 75D, 150D 원단에 세탁 초기, 세탁 1회, 3회, 10회 후 AATCC 22의 스프레이법으로 측정하여 결과를 관찰하였다.

이때, TDX-7의 경우 점도가 높고 공기와의 반응성이 커서 접촉시 쉽게 응고되므로 테스트시 공기와의 접촉을 최소화해야 하는 주의가 필요하다. 따라서 본 발명자들은 이러한 악영향을 차단하기 위해 TDX-7의 경우 미리 주 발수 용액과 혼합하기 전에 가는 메쉬망에 걸러서 미리 혼합용액의 농도에 적합하도록 산출된 물의 양의 일부분을 분리하여 TDX-7 용액을 사전에 희석 후 투입하였다. 이를 통해 고농도의 TDX-7 첨가제가 혼합용액 내부에서 응고되거나 미분산으로 인한 원단 표면의 오염 방지를 가능하게 하였다.

TG 발수제 발수 성능 테스트

본 실험을 통해 가장 우수한 세탁내구성을 보이며 발수도를 유지할 수 있는 친환경 발수제는 TG-581에 TDX-7 첨가제를 약 30분간 밀링한 제품으로 향후 표면처리제 및 모든 공정상에 적용키로 하였다.

2. 방해충제 ( 모기퇴치제 ) 처리

캠핑용 텐트 침낭에 추가로 필요한 항균/내해충/내모기등과 같은 기능성 부여하기 위하여 발수 및 방해충제(모기퇴치제) 처리하였다. 방해충 처리제의 경우 발수처리 과정에서 패딩방식으로 처리하는 것이 적합하며 발수제와 혼합트러블이 없는 것을 확인하는 것이 중요하다. 본 발명자가 사용한 방해충 처리제(모기퇴치제)는 lap 실험 결과 발수제(7w%) + 가교제 (발수제의 10%) + 모기퇴치제 (3w%) 에서 혼합성 및 방해충성을 부여할 수 있는 것으로 확인되었다. 실제 방해충 처리된(모기퇴치제) 원단의 경우 공인기관에서 실제 테스트가 불가능하여 당사에서는 직접 모기 및 각종 곤충들을 채집하여 테스트를 진행하여 테스트를 검증하였다.(위치:강정고령보/곤충 채집채를 이용해 약 20~30 마리의 모기와 각종 곤충을 채집하여 진행)

테스트 진행시, 실제 방해충들이 방해충제를 처리하지 않은 원단으로 이동하는 것으로 확인하였고 따라서 방해충 처리는 의미가 있음을 확인하였다.

원단 발수 및 방해충 모기처리 레시피

3. 방염처리

유럽의 경우 제품에 있어서 가장 중요한 요소는 EN 531의 Class이다. 이러한 방염 규격은 모든 제품의 판매에 있어서 Class 1의 결과를 요구하며 이러한 요구 특성은 당사 제품의 텐트 및 슬리핑 백을 디자인함에 있어서 가장 중요한 요구 조건이다.

북미의 방염 규제의 경우에는 NFPA 701의 규제를 따르며 이는 별첨된 테스트 방법에서 자세히 소개되어 있다. 특히 두 가지 테스트에 대해 제어를 해야 하는데 그 하나는 Mass Reduction(중량 감소)에 관해 화염이 일어난 후 40% 의 무게 감소가 일어나면 안되는 것이다. 다른 하나는 화염에 노출 후 어느 정도 속도 만에 불이 꺼지는가이며 2초 이내에 소염이 일어나야 하는 것이다.

4. 표면 코팅용 혼합수지 제조

1) 표면 코팅용 혼합수지 제조 기술

UV 내구성에 가장 중요한 요소인 표면처리용 코팅액의 제조를 위해서는 원단 표면에 박막 코팅이 가능한 혼합 수지액의 점도를 설정하는 것이 중요하다. 도 2는 MEK 혼합비율에 따른 점도변화를 나타내었다.

현재 Nano ZnO의 경우 MEK Base로 저농도화 되어 있으므로 적정 점도의 혼합 코팅액을 만들기 위해 어느 정도의 MEK phr을 혼합해야 하는지에 대한 결정이 상당히 중요한 요소이다. 표면처리 코팅제의 매질인 실리콘의 점도를 작업이 용이하도록 7,000cp로 고정시켜 진행한다. 1~3 micron 이하의 박막의 코팅을 위해서는 line speed 를 30~40m/min로 설정하는 것이 중요하며 knife의 두께는 0.5mm~1.0mm 가 적합하며 7,000-8,000 cps 정도의 점도가 적당하다. 이는 다양한 예비 실험을 통해 이미 검증된 바 있다. 따라서 Silicon base 50phr 기준 MEK 함량의 적정 기준은 60phr로 배합을 할 경우 약 7,000 cps 정도의 점도를 얻을 수 있다. 이러한 결과를 토대로 당사에서는 아래와 같이 실리콘 50phr기준으로 MEK 60phr의 배합 조건이 가능하도록 혼합수지 코팅용액을 제조하였다.

	A	B	C	D	E	F
실리콘	100	100	100	100	100	100
가교제	1	1	1	1	1	1
CAT(촉매) Tin Free	1	1	1	1	1	1
2% ZnO 용액	0	20	40	60	80	100
MEK	100	80	60	80	20	0
예상 ZnO Solid 함량(%)	0	0.2%	0.4%	0.6%	0.8%	1.0%

MEK 용매량에 따른 Nano ZnO 고체 함량의 변화

예상 ZnO solid 함량(%)의 경우 각 배합 후 코팅시 용제가 제거된 후 표면 코팅제 내부에 함유되는 Solid 함량으로서 표면상에 얼마만큼의 ZnO가 분산되어 있는지를 나타내어 준다. 이는 원가적인 측면과 기능을 감안하여 중요한 요소이다.

2) 표면 코팅 공정 기술

표면 코팅층의 적정 Add on을 조사하기 위해 아래와 같은 결과를 도출하였다. 실제 코팅이 너무 미세하게 Add on될 경우 발유도는 4급 이상으로 유지되나 발수도의 경우 세탁 후 내구성이 소실되어 낮은 수치를 나타내게 되었다. 하지만 코팅 Add on이 발수내구성에 적합한 5.5g/sqm 이상 증대시킬 경우 공기투과도와 발수도, 내수압은 만족시키지만 투습도 저하가 일어나게 되어 2가지를 만족시키는 코팅은 불가능한 것으로 확인되었다.

이에 본 발명자들은 제품의 개발을 용도에 따라 2가지 측면으로 양분화시키면서 고투습 제품과 고내수압 제품으로 나누는 것이 적합하다고 확인하였다. 즉, 고 내수압 제품의 경우 코팅 Add on이 5g/sqm 이상이 되어야 하며, 고 투습 제품의 경우 적정 코팅Add on은 3g/sqm 내외가 되는 것이 적합하다. 이에 최종 제품개발의 목표가 고내구성 발수제품에 더욱 부합됨으로서 코팅 Add on을 2가지로 설정하고 BODY 부분과 FLOOR 부분으로 분리하여 제품테스트를 진행 및 데이터베이스화 하였다.

Coating add on(g/sqm)	3.2	4.3	5.5	6.2	7.1
공기투과도(CFM)	3.8	0.6	0.2	0.1	0.1
발수도(10회 세탁 후 %)	80	90	100	100	100
투습도 (g/m2/day)	8600	7300	6500	3400	2800
내수압 (mmH2O)	950	2600	5,200	8500	10,000

도포량에 따른 기능성 테스트

따라서 고내구성 발수를 위해 설정된 데이터를 분석해보면 Coating add on이 5gsm 이상에서는 공기투과도가 급격히 저하하는 특징을 보이고 있으며, 발수도는 현저하게 강화되는 것을 보여주고 있다. 이러한 결과치를 이용하여 약 5g~6g/sqm 고체 함량을 가지는 표면처리 코팅을 다음과 같은 레시피와 실험 조건으로 진행하였다.

	C
Silicon	100
실리콘계 발수제 TG-581	3
실리콘 가교제 syl-off297	1
TDX-7	0.3
CAT(촉매) Tin Free	1
2% ZnO mek 분산액	100

표면처리 코팅용 레시피

Line Speed: 30~40m/min와 Knife는 0.5mm 작업으로 최종 제품에 표면 처리 코팅 시 5g/gsm정도 올라가도록 임의로 여러 번 연습 후 작업 진행하였다. Temp & Residual time: 용매계 발수제의 완벽한 경화를 위한 Chamber 온도 및 잔류시간의 조건은 170℃ 40초이며 실리콘의 경우 150℃ 이상에서 40초 정도 경화조건을 요구함으로 Pilot Chamber 내부의 온도를 170℃에서 약 3분 정도 세팅하여 진행하였다.

5. 기능성 부여를 위한 마이크로포러스 (Micro porous) 이면 코팅

원단 내 투습, 방수 성능을 부여하기 위해 요구 성능에 맞는 친환경적인 실리콘을 선정하여 투습 성능을 최대한 극대화 할 수 있는 수지를 사용하였다. 실리콘 수지는 D사의 산자용 섬유전용 실리콘(FC 227TS)을 이용하여 코팅에 적합한 점도로 선정한 후 사용이 가능하다. 이때 매질은 MEK을 사용하여야 점도를 조절할 수 있다. 실험을 통해 설정된 이면 코팅제의 Recipe는 아래와 같다.

이면코팅제 레시피

실리콘의 기본 물성

배합 방법은 MEK/톨루엔 용액을 먼저 투입하고 FC 227TS 수지를 투입한다. 증점제와 가교제, 촉매, PU 에멀전 및 방염제를 투입 후 적정 점도 7000cps가 될 때까지 믹싱을 한다. 투입한 약제가 균일한 믹싱이 되도록 조절하여 실리콘 에멀젼을 완성하였다.

Line Speed의 경우 20m/min으로 진행 조건을 잡고 Back의 경우 1.0mm 테스트 코팅의 경우 핸드 매뉴얼 작업으로 최종 제품에 표면 처리 코팅시 3~5g/gsm정도 올라가도록 임의로 여러 번 연습 후 작업 진행하였다. Temp & Residual time은 아래 그림과 같이 다단 건조를 이루어야 마이크로 셀(Micro cell)이 형성되므로 약 20초씩 세 번에 걸쳐 Lab상에서도 다단 건조 조건을 유지한다. 약 100℃에서 20초, 120℃에서 20초, 160℃에서 20초 처리하여 균일한 Cell이 형성될 수 있도록 한다. 실제 이 조건은 양산에 그대로 적용되어야 하므로 중요하다.

6. 양산 샘플 제작

양산 조건은 기존 Pilot test 방법과 동일한 조건으로 준비된 2가지 색상의 원단을 연속적으로 연결하여 진행하였다. 단 코팅 라인이 15m정도로 짧은 관계로 이차 Tentering 기계를 이용하여 MEK와 Toluen 건조 공정을 재현하였다.

배합, 코팅액 제조, 표면처리 코팅, 건조의 공정에 따라 제조된다.

7. 완제품 실제 테스트 진행

1) 오후 12시 50분 경, 야외 실제 테스트 진행하였다.

침낭 외부는 약 9℃ 였고, 침낭 내부는 약 12℃ 였으며,

텐트 외부는 약 9℃ 였고, 텐트 내부는 약 16℃ 였다.

2) 오후 18시 15분경, 야외 실제 테스트 진행

침낭 외부는 약 5℃ 였고, 침낭 내부는 약 17℃ 였으며,(내부 온도 확인시, 15분 정도 머물렀다가 온도 체크)

텐트 외부는 약 4℃ 였고, 텐트 내부는 약 11℃ 였다.(내부 온도 확인시, 10분 정도 머물렀다가 온도 체크)

사업에서의 기술 개발 결과는 상기 표 9의 기술개발 성과표와 같다. 시가공 테스트 결과 Nano ZnO 2%용액을 이용해 표면처리 코팅을 진행하였으며 Nylon 40D FD R/S, Nylon 40D SD R/S 제품 모두에서 항균성 99.9% 및 내균성 100%를 유지하는 결과를 확인하였다. 하지만 투습도와 내수압의 경우, 동시에 충족시킬 수는 없으므로 상품화를 위해서는 각각의 제품인 2종 제품으로 제품 영역 고내수성 Tent & Sleeping fabric 과 고투습성 Tent &S leeping fabric 으로 분리하여 판촉하는 것이 중요하다고 할 수 있다.

테스트 규격의 경우 FITI 시험연구원, SGS, KATRI 등에 확인해 본 결과 투습도, 방염도, 내굴곡성의 테스트 경우 해외규격이 국내에서는 인정되지 않을 뿐 아니라 테스트 진행 자체가 불가능한 것으로 최종 목표 설정에 해외 규격을 설정한 것은 문제가 있는 것으로 확인되었고, 국내에서 가능한 미주(ASTM), 유럽(ISO) 규격으로 변경하여 테스트를 진행하였다. 특히, 내균, 내충성(방해충 모기퇴치 테스트)는 국내 및 해외에서는 진행이 불가능한 테스트이며 실제 테스트를 진행해야 하는 어려움이 있었지만 100% 회피의 우수한 성능을 확인할 수 있었다. 항균성의 경우 양면코팅이 된 제품은 균의 침투가 어려워 항균성 테스트가 불가능하여 당사에서는 미처리된 Tent & Sleeping 직물에 항균 처리를 하여 추후 특별한 바이어를 위해 항균 처리를 할시, 항균성을 부여 판매 하는 것이 중요하다고 할 수 있다.

Claims

원단을 실리콘, 실리콘계 발수제, 실리콘계 가교제, TDX-7, CAT촉매, 2% 산화아연 MEK 분산액을 포함하는 표면처리 코팅액으로 120~160℃ 에서 표면코팅하는 단계;
상기 표면코팅된 원단을 150~170℃ 에서 3~5분간 건조하는 단계;
상기 표면 코팅된 원단을 실리콘, MEK/톨루엔, PU 에멀전, 가교제, 방염제를 포함하는 이면 코팅액을 히팅챔버에서 80~170℃에서 다단건조하여 마이크로 셀을 형성하는 단계;를 포함하는 산화아연을 함유한 고일광, 내방충, 내방염 아웃도어용 원단의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 다단건조는 80~100℃에서 20초, 100~120℃ 에서 20초, 150~160℃에서 20초 동안 건조하는 것을 특징으로 하는 아웃도어용 원단의 제조방법.
제1항에 있어서, 발수제 7중량부, 상기 발수제의 0.1 중량부의 가교제, 및 모기퇴치제 3 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 아웃도어용 원단의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 표면코팅은 1~3 micron 이하의 박막 코팅인 것을 특징으로 하는 아웃도어용 원단의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 실리콘 50phr기준으로 MEK 60phr의 배합하여 7,000~8000cps 점도를 얻는 것을 특징으로 하는 아웃도어용 원단의 제조방법.
제1항 내지 제5항에 따라서 제조된 아웃도어용 원단.
제6항에 있어서, 상기 아웃도어용 원단은 침낭, 텐트 제조용인 것을 특징으로 하는 원단.