KR20160080234A - 방오성 원단 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적어도 일 표면이 합성수지로 이루어진 베이스 원단, 상기 원단의 합성수지로 이루어진 표면 상에 형성된 중간 코팅층 및 상기 중간 코팅층 상에 형성된 방오 코팅층을 포함하는 방오성 원단을 제공한다. 상기 방오성 원단은 외부의 오염 물질 및 물리적 환경 변화에 대하여 오염 및 손상이 최소화할 수 있으므로, 자동차용 시트의 소재 등으로 사용될 수 있다.

Description

방오성 원단{Aantifouling fabric}

본 발명은 기능성 원단에 관한 기술로서, 구체적으로는 방오성이 향상된 원단의 제조에 관한 기술이다.

현대 시대에 자동차는 제2의 생활공간이라고 할 수 있을 만큼 많은 시간을 자동차 안에서 보내게 된다. 자동차 안에서 시간을 많이 보내는 동안 여러 가지 형태의 오염이 발생하게 된다. 물, 음료수로 인한 오염, 또는 오일에 의한 오염 등이 그 대표적인 것이라 하겠다. 이를 해결하기 위해 오염방지 가공을 자동차 원단에 적용하려는 노력이 계속되고 있다.

일반적으로 인조가죽은 부직포와 폴리우레탄 등의 수지를 소재로 하여 인공적으로 만든 가죽 모조품으로서, 차량용 시트, 가방, 의류 등 각종 산업분야에서 다양한 형태로 성형되어 활용되고 있다. 상기 인조가죽은 주로 제품의 노출 면에 채용되어 제품화되는 경우가 일반적이므로, 외부 오염물질과의 접촉으로 인한 표면 손상의 위험이 크다. 특히, 폴리비닐클로라이드 또는 폴리우레탄으로 이루어진 인조가죽이 차량용 시트의 소재로 사용되는 경우 습기 및 먼지 등을 포함하는 각종 차량내부에 존재할 수 있는 다양한 이물질에 대한 흡수성이 뛰어나 카시트가 쉽게 오염되는 문제점이 있었다.

따라서, 합성수지로 이루어진 원단, 특히 인조가죽의 표면 물성 개선을 통한 오염 방지의 필요성이 크고, 이를 통하여 인조가죽의 활용성을 더욱 극대화할 필요성이 있다.

본 발명은 전술한 기술적 배경을 고려하여 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 외부 오염물질의 접촉에 의한 손상을 방지할 수 있는 기능성 원단을 제공하는데에 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 방오성 원단은 적어도 일 표면이 합성수지로 이루어진 베이스 원단, 상기 원단의 합성수지로 이루어진 표면 상에 형성된 중간 코팅층 및 상기 중간 코팅층 상에 형성된 방오 코팅층을 포함한다. 이때, 상기 방오 코팅층은 실리콘 변성 폴리우레탄으로 이루어진다.

상기 베이스 원단의 표면을 형성하는 합성수지는 폴리비닐클로라이드, 폴리우레탄 및 열가소성 폴리우레탄으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 수지를 포함할 수 있다. 또한, 상기 베이스 원단은 인조 가죽인 것이 바람직하다.

한편, 상기 중간 코팅층은, 비닐계 화합물, 아크릴계 화합물 및 폴리우레탄의 수분산체 혼합물에 이소시아네이트계 경화제를 첨가하여 조성된 조성물의 경화층일 수 있다. 또한, 상기 중간 코팅층은, 폴리우레탄 수분산체에 이소시아네이트계 경화제를 첨가하여 조성된 조성물의 경화층일 수 있다. 나아가, 상기 중간 코팅층은 액상의 아크릴계 수지만의 경화층일 수 있다.

또한, 상기 실리콘 변성 폴리우레탄으로 폴리오거노실록산 변성 폴리우레탄(PDMS-PU)이 사용될 수 있다. 이때, 상기 실리콘 변성 폴리우레탄 내의 실리콘(Si) 함량은 8 내지 12 중량%인 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 방오성 원단은 표면에 방오성 코팅을 포함하고 있어서, 외부의 오염물질이나 기후 변화 등 외부의 물리적 변화에 따른 표면 손상을 최소화 할 수 있다.

또한, 중간 코팅층에 의하여, 상기 방오성 코팅과 기재인 베이스 원단 간의 부착특성이 향상되므로 전체적으로 방오성 원단의 내구성이 증가될 수 있다.

따라서, 본 발명의 방오성 원단은 외부 오염에 취약한 제품 군에 다양하게 채용되어 활용될 수 있을 것으로 기대되며, 특히, 자동차용 시트의 소재로 유용하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 방오성 원단의 적층구조를 설명하기 위하여 개념적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 실시예 1 내지 4에서 제조된 인조가죽의 방오성을 평가한 결과를 나타내는 사진들이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 방오성 원단을 자세하게 설명하도록 한다. 그러나 하기 설명들은 상기 방오성 원단에 대한 예시적인 기재일 뿐, 하기 설명에 의하여 본 발명의 기술사상이 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상은 후술할 청구범위에 의하여 정해진다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 방오성 원단의 적층구조를 설명하기 위하여 개념적으로 도시한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 방오성 원단(100)은 베이스 원단(110), 중간 코팅층(120) 및 방오 코팅층(130)을 포함한다.

상기 베이스 원단(110)은 방오 특성이 부여되기 전의 원단으로서, 적어도 일 표면이 합성수지로 이루어진다. 상기 베이스 원단의 표면을 형성하는 합성수지로 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리우레탄(PU), 열가소성 폴리우레탄(TPU) 등이 사용될 수 있다. 또한, 상기 적어도 일 표면이 합성수지로 이루어진 베이스 원단은 인조가죽을 포함한다. 본 발명에서 인조가죽은 천연가죽에 대응되는 용어로서, 염화비닐 가죽, 합성피혁, 인공피혁 등을 총칭한다. 본 발명에 사용되는 인조가죽은 공지된 것이라면 그 종류가 크게 제한되지 않으며, 예를 들어 부직포와 폴리우레탄을 소재로 하여 인공적으로 만든 가죽을 들 수 있다. 또한, 상기 베이스 원단으로 제품의 목적에 따라서 제품의 용도와 연관된 다양한 인조가죽이 사용될 수 있음은 자명하다. 또한, 상기 베이스 원단은 서로 다른 2종 이상의 인조가죽이 부분적으로 혼합된 복합 인조가죽을 포함한다.

상기 베이스 원단(110)의 방오 특성을 부여하기 위하여 방오 코팅층(130)이 상기 베이스 원단(110) 상에 형성되는데, 우선 상기 베이스 원단(110)와 방오 코팅층(130)의 안정적인 형성을 위하여, 상기 베이스 원단(110) 상에 중간 코팅층(120)이 먼저 형성된다. 상기 중간 코팅층(120)은 베이스 원단(110)의 합성수지로 이루어진 표면 상에 형성되어, 베이스 원단(110)의 표면 특성을 개질하고, 궁극적으로 상기 방오 코팅층(130)의 부착특성을 향상시킬 수 있다.

상기 중간 코팅층(120)의 형성을 위해서는 우선, 중간 코팅 조성물을 준비하고 이를 베이스 원단(110) 상에 도포(코팅)하고 건조시키는 과정을 거친다. 상기 중간 코팅 조성물은 예를 들면, 비닐계 화합물, 아크릴계 화합물 및 폴리우레탄의 수분산체 혼합물에 이소시아네이트계 경화제를 첨가하여 준비될 수 있다. 상기 비닐계 화합물로는, 비닐클로라이드계 중합체, 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 수지, 비닐계 공중합체 등의 고분자, 경우에 따라서는 비닐기를 포함하는 모노머 화합물 등이 사용될 수 있다.

상기 아크릴계 화합물로는, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트, 이소보닐(메타)아크릴레이트, 디메틸아미노에틸(메타)아크릴레이트, 2-하이드록시에틸 아크릴레이트, 2- 하이드록시프로필 아크릴레이트, 2-하이드록시부틸 아크릴레이트, 메틸에틸렌글릴콜모노(메타)아크릴레이트, 메틸트리에틸렌디글리콜(메타)아크릴레이트 등의 모노머 또는 이들의 공중합체 등이 사용될 수 있다.

상기 비닐계 화합물 및 아크릴계 화합물은 수분산된 형태로 폴리우레탄 수분산체와 혼합된다. 상기 비닐계 화합물이나 아크릴계 화합물은 대략 10 내지 30 중량%의 농도를 갖는 수용액 상태로서, 상기 폴리우레탄 수분산체와 혼합된 후 경화제가 첨가됨으로써 중간 코팅 조성물을 이룬다. 상기 중간 코팅 조성물을 상기 베이스 원단(110)에 5 내지 10㎛의 두께로 도포하고, 100 내지 140℃의 온도 하에서 수 분 동안 경화 및 건조 시킴으로써 중간 코팅층(120) 도막을 베이스 원단(110) 상에 형성할 수 있다. 한편, 상기 경화제는 경화 반응물인 수분산체 혼합물 100 중량부 대비 5 내지 10 중량부가 되도록 사용된다.

상기 경화제로서는 이소시아네이트계 화합물이 사용될 수 있다. 상기 이소시아네이트계 화합물로서는, 열에 의하여 경화될 수 있는 화합물이 사용되며, 예를 들면, 2,4-트릴렌 디이소시아네이트, 2,6-트릴렌 디이소시아네이트, 수소화 트릴렌 디이소시아네이트, 1,3-크실렌 디이소시아네이트, 1,4-크실렌 디이소시아네이트, 디페닐 메탄-4,4-디이소시아네이트, 1,3-비스이소시아나토메틸 시클로헥산, 테트라 메틸 크실렌 디이소시아네이트, 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트, 2,2,4-트리메틸 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 2,4,4-트리메틸 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 트리메티롤프로판의 트릴렌 디이소시아네이트 어덕트, 트리메티롤프로판의 크실렌 디이소시아네이트 어덕트, 트리페닐메탄트리이소시아네이트, 메틸렌 비스 트리 이소시아네이트 등이 사용될 수 있다. 상기 경화제 성분은 단독으로 사용될 수도 있으나, 2종 이상이 혼합되어 사용될 수도 있다.

상기 중간 코팅 조성물로서는 전술한 조성 외에도, 폴리우레탄 수분산체가 단독으로 포함되고 경화제로서 이소시아네이트계 경화제를 포함하는 조성물이 사용될 수 있다. 이 경우에도, 상기 경화제는 상기 폴리우레탄 수분산체 100 중량부 대비 5 내지 10 중량부로 사용되는 것이 바람직하다. 한편, 상기 폴리우레탄 수분산체의 폴리우레탄 수지 농도는 10 내지 30 중량%가 바람직하다.

또한 이외에도, 상기 중간 코팅 조성물은 아크릴계 수지를 단독으로 포함하는 조성물일 수 있다. 이 경우, 상기 아크릴계 수지는 액상(수계)인 상태로서 상기 아크릴계 수지 농도 역시 폴리우레탄 수분산체의 농도와 마찬가지로 10 내지 30 중량%가 바람직하다. 경화 성능이 우수한 아크릴계의 수지의 경우, 별도의 경화제 없이 경화되어 도막 형태의 중간 코팅층(120)을 형성할 수 있다.

상기 아크릴계 수지로서는 예를 들면, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트, 이소보닐(메타)아크릴레이트, 디메틸아미노에틸(메타)아크릴레이트, 2-하이드록시에틸 아크릴레이트, 2- 하이드록시프로필 아크릴레이트, 2-하이드록시부틸 아크릴레이트, 메틸에틸렌글릴콜모노(메타)아크릴레이트, 메틸트리에틸렌디글리콜(메타)아크릴레이트 등의 모노머들 중 적어도 하나의 모노머를 포함하는 동종 중합체(homopolymer) 또는 공중합체(copolymer) 일 수 있다.

전술한 바와 같이, 베이스 원단(110) 상에 중간 코팅층(120)이 형성됨으로써, 방오 코팅층(130)이 보다 안정적으로 형성될 수 있다. 상기 방오 코팅층(130)은 방오 코팅 조성물을 상기 중간 코팅층(120) 상에 도포하고 건조 및 경화시킴으로써 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 방오 코팅 조성물을 상기 중간 코팅층(120) 상에 5 내지 10㎛의 두께로 도포한 후, 100 내지 140℃의 온도 하에서 수 분 동안 경화 및 건조시킴으로써 방오 코팅층을 형성할 수 있다.

상기 방오 코팅 조성물은 실리콘 변성 폴리우레탄 수분산체를 포함할 수 있다. 상기 실리콘 변성 폴리우레탄 수분산체 내의 실리콘 변성 폴리우레탄 농도는 10 내지 30 중량%가 바람직하며, 상기 실리콘 변성 폴리우레탄 내의 실리콘 성분은 8 내지 12 중량%으로 유지되는 것이 바람직하다. 상기 실리콘 변성 폴리우레탄 수분산체로서는 폴리오거노실록산 변성 폴리우레탄(PDMS-PU) 수분산체 등이 사용될 수 있다. 한편, 본 실시예에서는 상기 방오 코팅 조성물 내에 미리 준비된 실리콘 변성 폴리우레탄 수분산체를 포함하는 것을 설명하나, 상기 방오 코팅 조성물은 폴리우레탄 수분산체 및 실리콘 함유 화합물을 각각 개별적으로 혼합물 상태로 포함한 후, 경화 과정, 즉 도막 형성 과정에서 실리콘 화합물이 폴리우레탄 수지 성분에 가교될 수도 있다. 방오 코팅 조성물이 상기 중간 코팅층(120) 상에서 도막을 형성함으로써, 방오성 원단(100)이 제조될 수 있다.

이하에서는 구체적인 예들을 통하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 방오성 원단을 보다 자세하게 설명하도록 한다. 그러나 하기 실시예들은 제한적인 예시들일 뿐이며 아래의 내용 이외에도 변형 가능한 다양한 예들이 재현될 수 있을 것이다.

[합성예] 실리콘 변성 폴리우레탄 수분산체의 합성

합성예 1: α,-Hydroxypropylpolyorganosiloxane (PDMS-OH)의 합성

H-PDMS(α,-hydrogen terminated polyorganosiloxane, Mn: 1000) 18 g (0.018 mole), 톨루엔 40 mL 및 Karstedt 촉매 0.005g을 교반기, 환류각기 및 질소도입기가 부착된 500 mL 3구 플라스크에 가하고 질소기류 하에서 70~75 ?로 가열한 후 교반하면서 알릴알콜(allylalcohol) 17g (0.3 mole)을 50 분 동안 적가 하였다. 적가 후 반응물의 온도를 90~95 ?로 상승시켜 1 시간 동안 더 반응시키고 회전 증발기를 이용하여 감압 하에서 미반응의 알릴알코올을 제거하였다. 반응생성물을 FT-IR로 측정하고 알릴알콜의 이중결합이 없어진 것을 확인한 다음 24 시간 동안 진공 건조시켜 PDMS-OH를 수득하였다(95%).

합성예 2: 폴리오거노실록산 변성 폴리우레탄(PDMS-PU) 수분산체의 합성

PDMS-OH의 제조 장치에 폴리프로필렌글리콜(PPG) 150g(0.15 mole)과 PDMS-OH 20g (0.018 mole)을 가하고 반응기의 온도를 80 ?까지 상승시킨 다음 DMPA[2,2-Bis(hydroxymethyl)propionic acid] 10g (0.075mole)을 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone) 40 mL에 녹인 용액을 가하였다. 질소 기류 하에서 30분 동안 교반해 준 다음 IPDI(isophorone diisocyanate) 70g (0.31 mole)과 소량의 DBTL(Dibutyltin dilaurate)을 가하고 NCO가가 2.4 부근에 도달될 때까지 반응시켰다. 남아있는 NCO는 2-부타논 옥심(2-butanon oxime)을 가하여 블록킹 시켰으며 NCO가가 0이 되었을 때 TEA 7.6g (0.075 mole)를 가하고 50 ?에서 30 분 동안 반응시켰다. 반응생성물에 증류수 250 mL를 600 rpm으로 교반해 주면서 일정한 속도로 적가하여 PDMS-PU 수분산체를 수득하였다.

[실시예] 방오성 인조가죽 적층체의 제조

실시예 1

PVC 인조가죽을 준비하였다. 상기 PVC 인조가죽 상에, 전술한 합성예 2에서 수득된 폴리오거노실록산 변성 폴리우레탄(PDMS-PU) 수분산체를 6㎛의 두께로 도포하고, 120℃의 온도 하에서 2분 동안 건조시킴으로써, 방오 코팅층에 해당하는 도막을 형성하였다. 상기 PDMS-PU 내의 실리콘 함량은 8%이었다. 이로써, 방오성 인조가죽이 완성되었다.

실시예 2

PVC 인조가죽을 준비하였다. 상기 인조가죽의 표면 특성 개질을 위하여, 중간 코팅 조성물을 준비하였다. 상기 중간 코팅 조성물은 EVA 수지, 아크릴 수지, 및 폴리우레탄 수분산체(PUD)를 포함하는 경화 반응물 100 중량부 및 열경화제로서, 2,4-트릴렌 디이소시아네이트 10 중량부를 포함하도록 준비되었다. 상기 중간 코팅 조성물을 상기 인조가족 표면에 6㎛의 두께로 도포하고, 120℃의 온도 하에서 2분 동안 건조시킴으로써, 중간 코팅층에 해당하는 도막을 형성 하였다. 이어서, 상기 중간 코팅층 상에 합성예 2에서 수득된 폴리오거노실록산 변성 폴리우레탄(PDMS-PU) 수분산체를 6㎛의 두께로 도포하고, 120℃의 온도 하에서 2분 동안 건조시킴으로써, 방오 코팅층에 해당하는 도막을 형성하였다. 상기 PDMS-PU 내의 실리콘 함량은 8%이었다. 이로써, 방오성 인조가죽이 완성되었다.

실시예 3

상기 중간 코팅 조성물로서, 폴리우레탄 수분산체(고형분 농도: 25%) 100 중량부 및 열경화제로서, 2,4-트릴렌 디이소시아네이트 10 중량부를 사용한 것 외에는 전술한 실시예 2와 동일한 방법으로 방오 코팅층을 형성하였다. 이로써, 방오성 인조가죽이 완성되었다.

실시예 4

상기 중간 코팅 조성물로서, 수계 아크릴 수지(고형분 농도: 25%)만을 사용한 것 외에는 전술한 실시예 2와 동일한 방법으로 방오 코팅층을 형성하였다. 이로써, 방오성 인조가죽이 완성되었다.

방오성 평가

실시예 1 내지 4에서 완성된 방오성 인조가죽에 대하여, 방오성 평가를 수행하고 하기 표 1에 그 결과를 나타내었다.

[실험방법]

- 시험 시편을 직경 11츠의 원형으로 자른 뒤 시편 틀에 고정시킨다.

- 오염포를 길이 15cm, 너비 3~4츠로 자른 뒤 고정시킨다.

- 예비압력을 6psi 설정하고 두 번에 걸쳐 압력을 걸어준다.

- 공기압을 2~2.5psi로 설정하고, 시험을 500회씩 2회 진행한다.

- 시험시편은 분리하여 측색 장비를 이용하여 값을 구한다.

[평가방법]

- 시험 시편의 비오염 부위와 오염부위의 반사율(R%)을 측정

- 반사율이 낮을수록 방오 성능이 높은것으로 평가함

실시예 구분	중간 코팅 조성	반사율(%)
		AVE
1	-	21.42
2	비닐/아크릴/PUD + 이소시아네이트	15.43
3	PUD + 이소시아네이트	15.23
4	아크릴 수지	9.09

표 1을 참조하면, 중간 코팅층이 배제된 실시예 1의 방오성 인조가죽의 방오성이 가장 낮게 평가되었으며, PUD를 포함하는 실시예 2 및 실시예 3의 방오성 인조가죽이 비슷한 방오성을 나타내었다. 한편, 아크릴 수지만으로 이루어진 중간 코팅층을 갖는 실시예 4의 방오성 인조가죽의 방오 성능이 가장 우수한 것으로 평가 되었다.

도 2는 실시예 1 내지 4에서 제조된 인조가죽의 방오성을 평가한 결과를 나타내는 사진들이다.

도 2에서, 좌측부터 각각 순서대로 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3 및 실시예 4에 대응한 방오성 평가 결과를 나타내는 사진들이다. 도 2를 참조하면, 위 표 1에서 정량적으로 평가한 결과에 대응하는 바와 같이 시각적으로 평가하여도 실시예 4의 방오성 인조가죽의 오염 정도가 가장 낮은 것으로 확인되었다.

Claims (8)

1. 적어도 일 표면이 합성수지로 이루어진 베이스 원단;
   상기 원단의 합성수지로 이루어진 표면 상에 형성된 중간 코팅층; 및
   상기 중간 코팅층 상에 형성된 방오 코팅층을 포함하고,
   상기 방오 코팅층은 실리콘 변성 폴리우레탄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 방오성 원단.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 합성수지는 폴리비닐클로라이드, 폴리우레탄 및 열가소성 폴리우레탄으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 방오성 원단.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 베이스 원단은 인조가죽인 것을 특징으로 하는 방오성 원단.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 중간 코팅층은,
   비닐계 화합물, 아크릴계 화합물 및 폴리우레탄의 수분산체 혼합물에 이소시아네이트계 경화제를 첨가하여 조성된 조성물의 경화층인 것을 특징으로 하는 방오성 원단.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 중간 코팅층은,
   폴리우레탄 수분산체에 이소시아네이트계 경화제를 첨가하여 조성된 조성물의 경화층인 것을 특징으로 하는 방오성 원단.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 중간 코팅층은,
   액상인 아크릴계 수지의 경화층인 것을 특징으로 하는 방오성 원단.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 실리콘 변성 폴리우레탄은 폴리오거노실록산 변성 폴리우레탄(PDMS-PU)인 것을 특징으로 하는 방오성 원단.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 실리콘 변성 폴리우레탄 내의 실리콘(Si) 함량은 8 내지 12 중량%인 것을 특징으로 하는 방오성 원단.

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